XTMechanical Blog xin chào các bạn. Hôm nay, chúng tôi sẽ tiếp tục giới thiệu tới các bạn cách sử dụng thiết bị sao cho phù hợp với từng tình huống cụ thể: “Với trường hợp này, thì làm thế nào?”. Ở bài viết trước, chúng tôi đã trình bày về bài toán: “Trong thiết bị vận chuyển có dùng vít me, làm thế nào để tăng tốc độ chuyển động lên 2 lần”. Còn trong bài viết này, chúng ta hãy cùng xem xét bài toán “Tư thế vận chuyển có sự thay đổi” với thiết bị vận chuyển sử dụng vít me.

[Hình 1] dưới đây mô tả một thiết bị vận chuyển sử dụng tay gắp kẹp cơ khí để gắp vật từ dưới sàn lên và cất giữ ở trên giá. Đây cũng là một thiết bị thực tế thường được sử dụng trong các nhà kho.

Hình 1. Cơ cấu gắp và thả vật có sự thay đổi về tư thế vận chuyển

Trong thiết bị này, tay gắp gồm có các chuyển động lên xuống, tiến và lùi. Tuy rằng có sự khác biệt khi có hoặc không có phụ tải khi gắp vật, thì tùy thuộc vào tư thế vận chuyển, phụ tải động cơ cũng sẽ thay đổi.

Vậy thì chúng ta sẽ đi vào bài toán “Nếu chọn động cơ theo tư thế ⑤ (Phương ngang), thì điều gì sẽ xảy ra ở tư thế ③ (Phương thẳng đứng)?” xem thế nào nhé.

Bảng 1. Thông số cơ bản của thiết bị

Tên gọi thiết bị	Cơ cấu gắp và thả vật P&P
Đối tượng vận chuyển	Vật	W=5kg
Tốc độ vận chuyển		500mm/s
Thời gian tăng/giảm tốc		0.2s
Quãng đường chuyển động		300mm
Thông số vít me		Đường kính 15mm, Bước ren 10mm, Chiều dài 900mm.
Thông số động cơ servo	Công suất	50W
	Tốc độ quay định mức	3000min-1
	Mô men xoắn định mức	0.16N.m
	Mô men xoắn cực đại	0.56N.m
	Mô men quán tính động cơ	0.045×10-4 kg.m2
	Tỉ số mô men quán tính cho phép	≤ 17 lần
Khớp nối trục	Mã sản phẩm	CPSW25-8-10 (Misumi)
	Mô men xoắn cho phép	1.0N.m
	Mô men quán tính	0.027×10-4 kg.m2
Độ chính xác vị trí	Cả 2 trục X,Y	±0.05mm/500mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mục lục

1. Kiểm tra mô men xoắn tải/ mô men xoắn tăng tốc trong chuyển động phương ngang

2. Kiểm tra mô men xoắn tải/ mô men xoắn tăng tốc trong chuyển động phương thẳng đứng

3. Lựa chọn động cơ

4. Tổng kết

1. Kiểm tra mô men xoắn tải/ mô men xoắn tăng tốc trong chuyển động phương ngang

Trước hết, từ tình huống "đã chọn động cơ trong điều kiện chuyển động theo phương ngang", chúng ta sẽ kiểm tra xem có vấn đề gì xảy ra với mô men xoắn tải và mô men xoắn tăng tốc ở trạng thái này hay không.

Giả sử như có trong tay tài liệu nghiên cứu thiết kế (sổ tính toán) thì chỉ cần tham khảo trong đó là xong, nhưng thực tế không phải lúc nào cũng vậy, thường không có tài liệu hoặc có thì cũng mất nhiều thời gian để đọc hiểu. Do đó, việc nắm rõ tình hình hiện tại là rất cần thiết, vậy nên chúng ta hãy cùng kiểm tra lại xem thế nào nhé.

Theo như tính toán ở bài viết trước, ta có công thức cho mô men xoắn tải như dưới đây. Vì trong bài toán không sử dụng bộ giảm tốc nên tỷ số giảm tốc sẽ cho bằng 1. Ngoài ra, vì thiết bị vận chuyển theo phương ngang nên không có mô men ngoại lực nào tác động lên bộ phận gắp.

Do đó, chỉ cần xét tới mô men tải ma sát. Ta có công thức tính mô men tải ma sát như sau:

Trong thiết bị có sử dụng thanh dẫn hướng, với hệ số ma sát là 0.003. Hiệu suất cơ là 90%. Thay số vào ta được:

Vậy mô men xoắn tải sẽ bằng:

Mô men xoắn tải (Phương ngang)=0.00026 (N.m)

Tiếp theo, chúng ta sẽ tính mô men xoắn tăng tốc.

Theo như tính toán ở bài viết trước, ta có công thức cho mô men xoắn tăng tốc như dưới đây. Vì mô men xoắn tải đã được tính ở trên, nên chúng ta chỉ cần tính toán mô men xoắn gia tốc (được tác dụng thêm để đáp ứng khi tăng tốc).

Trong đó,

Đại lượng mô men quán tính trong công thức trên sẽ được tính là tổng của mô men quán tính mỗi bộ phận. Các bạn vui lòng tham khảo bài viết lần trước để biết công thức tính. Dưới đây chúng tôi sẽ đưa ra kết quả tính toán cho mô men quán tính trong bài toán này.

Bảng 2. Mô men quán tính của các bộ phận

No.	Tên bộ phận	Mô men quán tính (×10-4 kg.m2)
①	Bộ phận chuyển động	0.064
②	Vít me	0.348
③	Khớp nối trục	0.027
④	Động cơ	0.045
	Tổng	0.484

Bây giờ chúng ta đã có tất cả các giá trị cần thiết để tính toán, ta có mô men xoắn gia tốc như sau:

Suy ra mô men xoắn tăng tốc:

Vì tỷ lệ giữa mô men xoắn tải với mô men xoắn tăng tốc là rất nhỏ, nên ta có thể coi như mô men xoắn tải là bằng không. Với thiết bị vận chuyển theo phương ngang sử dụng thanh dẫn hướng và không có ảnh hưởng của ngoại lực, thì ta hoàn toàn có thể bỏ qua mô men xoắn tải.

2. Kiểm tra mô men xoắn tải/ mô men xoắn tăng tốc trong chuyển động phương thẳng đứng

Chúng ta cũng sẽ đi kiểm tra mô men xoắn tải và mô men xoắn tăng tốc khi chuyển động theo phương thẳng đứng.

Đầu tiên, chúng ta sẽ tính toán mô men xoắn tải. Khi chuyển động theo phương thẳng đứng, sẽ chịu tác dụng của trọng lực. Ngoài ra, vì tư thế của thanh dẫn hướng là theo phương thẳng đứng, phản lực pháp tuyến gây ra lực ma sát đối với thanh dẫn hướng là bằng không.

Hình 2. Sự khác nhau về lực tác dụng lên thanh dẫn khi có thay đổi tư thế

Do đó, mô men xoắn tải sẽ chỉ bao gồm mô men ngoại lực (ở đây là trọng lực)

Ta có công thức tính mô men ngoại lực như sau:

Thay số vào ta có:

Suy ra,

Tiếp theo, ta sẽ tính mô men xoắn tăng tốc.

Trong công thức tính mô men xoắn tăng tốc, thành phần "mô men xoắn gia tốc" không bao gồm các yếu tố liên quan đến trọng lực hoặc các ngoại lực khác. Do đó, ta sẽ có cùng một kết quả như trường hợp chuyển động theo phương ngang.

Suy ra mô men xoắn tăng tốc:

Với những kết quả trên, ta đã kiểm tra được mô men xoắn tải và mô men xoắn tăng tốc trong 2 trường hợp chuyển động theo phương ngang và phương thẳng đứng. Chúng ta sẽ tổng hợp lại kết quả trong bảng dưới đây.

Chúng ta có thể thấy rằng có sự khác biệt lớn về mô men xoắn tải giữa trường hợp tư thế nằm ngang và tư thế thẳng đứng.

Ở tư thế thẳng đứng, chỉ để treo tải (bộ phận gắp) bằng động cơ servo thì cũng cần mô men xoắn thực hiện công việc đó. Đây chính là yếu tố ảnh hưởng đến giá trị mô men xoắn tải hiệu dụng. Chúng tôi cũng đã đề cập qua đến mô men xoắn tải hiệu dụng trong bài viết số 5.

Mô men xoắn tăng tốc cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi về mô men xoắn tải. Tuy nhiên, do mô men xoắn gia tốc lớn hơn mô men xoắn tải khá nhiều, nên sự chênh lệch tổng thể (tỉ lệ) là nhỏ.

3. Lựa chọn động cơ

Bảng 1 cho thấy các thông số của động cơ được chọn lần này, nhưng khi so sánh mô men tăng tốc ở tư thế thẳng đứng (bảng 3) và mô men định mức, thì mô men định mức của động cơ thấp hơn mô men tăng tốc.

Tuy mô men xoắn cực đại của động cơ lớn hơn mô men tăng tốc, nhưng trong lúc tính toán thiết kế, hãy đảm bảo rằng mô men tăng tốc không quá 80% mô men định mức của động cơ.

Khi thiết bị được lắp ráp, tính thêm khối lượng dây điện, đường ống, van điện từ…nên khối lượng tải có thể lớn hơn dự kiến ​​tại thời điểm thiết kế. Điều này có thể dẫn tới thiết bị không thể dừng lại chính xác ngay cả khi tải trọng ma sát tăng lên một chút do điều kiện sử dụng thay đổi.
Vì tính toán cần thiết cho việc lựa chọn động cơ đã được hoàn thành, chúng ta chỉ cần xem xét so sánh các thông số kỹ thuật của động cơ. Chúng ta biết rằng động cơ 50W hiện tại là không đủ mô men xoắn, vì vậy chúng ta sẽ so sánh nó với động cơ 100W.

Bảng 4 So sánh thông số động cơ

Công suất （W）	50	100
Tốc độ quay định mức （min-1）	3000
Mô men xoắn định mức （N･m）	0.16	0.32
Mô men xoắn cực đại （N･m）	0.56	1.1
Mô men quán tính động cơ （×10-4 kg･m2）	0.045	0.0777
Tỉ lệ mô men quán tính cho phép	Dưới 17 lần

 

Trong bảng 3 đã chỉ ra rằng mômen tăng tốc ở tư thế thẳng đứng là 0.226 Nm. Lúc đó mô men xoắn định mức của động cơ:

Động cơ 100W có mô men xoắn định mức là 0.32 Nm nên thỏa mãn yêu cầu bài toán.

Tiếp theo chúng ta sẽ cùng xem xét tới tỉ lệ mô men quán tính.

Ở bảng 2, tổng mô men quán tính trong trường hợp sử dụng động cơ 50W đã được tính. Từ bây giờ sẽ thay đổi sang động cơ 100W và chúng ta sẽ chỉ cần tính toán lại phần thay đổi đó (tức mục ④)

Lúc đó tỉ lệ mô men quán tính:

Đối chiếu với bảng 4, Tỉ lệ mô men quán tính lần này thỏa mãn bé hơn tỉ lệ mô men quán tính tối đa cho phép là 17.

4. Tổng kết

Qua các phần ở trên, nếu tư thế vận chuyển của thiết bị thay đổi trong quá trình hoạt động hoặc thay đổi tư thế vận chuyển do cải tiến… thì phải lưu ý những điểm sau.

1. Kiểm tra trạng thái nơi mà động cơ chịu tải cao nhất.

2. Xem xét công suất động cơ khi tải cao dần.

3. Kiểm tra và xem xét những thay đổi về sức bền và độ cứng do thay đổi tư thế.

Có thể nói, việc thay đổi tư thế của một thiết bị cũng “giống như chế tạo một thiết bị khác”.

Ngoài ra, với thiết bị được minh họa trong ví dụ này, tải trọng trên trục xoay khi thay đổi tư thế của nó từ ngang sang dọc cũng lớn lên đáng kể. Và khi thiết kế, điều quan trọng là phải hình dung các động tác của thiết bị.

Ở bài tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét trường hợp thay đổi tốc độ quay của vít me trong thiết bị vận chuyển sử dụng vít me. Điều tối quan trọng luôn phải được kiểm tra khi sử dụng vít me. Các bạn hãy cùng chờ đón nhé.

Hẹn gặp lại.

Tác giả: Đinh Văn Hòa

Nguồn: こんなときどうする？「搬送姿勢が変わった（変化する）！」～ボールネジの場合