XTmechanical Blog xin chào các bạn. Trong bài viết lần này, chúng ta sẽ xem xét thiết bị vận chuyển sử dụng kết hợp xy lanh không trục và thanh dẫn hướng tuyến tính.

Nếu chỉ mỗi xy lanh không trục thì sẽ yếu đối với mô men tải trọng (phương vận chuyển và phương vuông góc với hướng vận chuyển), tuy nhiên bằng cách kết hợp với thanh dẫn hướng, thì khả năng chống lại mô men tải trọng sẽ tốt hơn. Nhờ vào đó, với kiểu vận chuyển giữa 2 điểm (point to point), ta có thể làm ra được một hệ thống vận chuyển ít tốn kém hơn hệ thống sử dụng động cơ để vận chuyển.

Tuy nhiên, trong trường hợp sử dụng các thanh dẫn hướng nhiều trục và xy lanh không trục như vậy, chúng ta cần phải thực hiện thao tác “điều chỉnh tâm” (xác định, điều chỉnh vị trí các bộ phận sao cho cân bằng, vuông góc, thẳng trục,… để đạt độ chính xác vị trí cao). Ngoài ra, bộ phận khối trượt và khối vận chuyển của xy lanh không trục không nên lắp đặt liên kết cứng, mà phải lắp đặt liên kết "nổi" cho chúng.

Tiếp theo đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu lý do vì sao cần phải thực hiện hai điểm vừa nêu ở trên nhé.

MỤC LỤC

1. Chủng loại và cấu tạo của xy lanh không trục (Rodless Cylinder)

   1.1 Phương pháp lắp đặt piston và khối trượt

   1.2 Có bộ phận dẫn hướng và không có bộ phận dẫn hướng

2. Lỗi hoạt động khi sử dụng đồng thời xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng

3. Những chú ý khi sử dụng xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng (lắp đặt liên kết nổi và điều chỉnh tâm)

   3.1 Những chú ý khi sử dụng thanh dẫn hướng tuyến tính

   3.2 Những chú ý khi sử dụng đồng thời xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng

4. Tổng kết

---

1. Chủng loại và cấu tạo của xy lanh không trục (Rodless Cylinder)

Xy lanh không trục như tên của nó đã nói lên, đó là một loại xy lanh khí nén không có bộ phận trục xy lanh. Piston sẽ di chuyển sang trái và phải bên trong thân hình ống. Piston được liên kết với khối trượt bên ngoài phần ống, và khi nhìn vào sản phẩm thực tế, sẽ thấy như là khối trượt này di chuyển sang trái và phải.

1.1 Phương pháp lắp đặt piston và khối trượt

Phương pháp lắp đặt piston và khối trượt có hai loại là: dùng "nam châm" và "khớp nối cơ học".

Loại dùng nam châm

Với loại xy lanh không trục dùng nam châm, piston và khối trượt được kết nối với nhau bằng lực của nam châm.

Nếu tác dụng quá nhiều lực vào khối trượt, piston và khối trượt sẽ bị tách rời (lệch), hoặc piston bị chệch hoàn toàn khỏi khối trượt. Khi bị lệch, thì khối trượt không còn liên quan mà chỉ có piston chuyển động, xy lanh sẽ mất đi tính năng bình thường của nó. Mặc dù không đạt được mục tiêu về mặt tính năng, ta cũng có thể được coi đây là một kiểu bảo vệ thiết bị và vật vận chuyển khỏi bị hư hại do tác dụng lực quá mức lên các bộ phận chuyển động.

Hình 2. Cấu tạo bên trong của xy lanh không trục dùng nam châm

Loại dùng khớp nối cơ học

Khác với loại dùng nam châm, với xy lanh không trục dùng khớp nối cơ học, piston và khối trượt được lắp với nhau bằng liên kết cơ khí nên dù có tác dụng lực mạnh vào khối trượt thì cũng không tách rời nó khỏi khối trượt được. Kiểu dùng khớp nối cơ học này thường phù hợp với các trường hợp như có lực tác dụng từ bên ngoài hoặc khi khối lượng của vật được vận chuyển là lớn (hay kích thước hoàn thiện của vật lớn).

Hình 3. Cấu tạo bên trong của xy lanh không trục dùng khớp nối cơ học

1.2 Có bộ phận dẫn hướng và không có bộ phận dẫn hướng

Xét tới cấu tạo bên trong của xy lanh không trục ngoài cách phân chia như ở mục 1.1, chúng ta còn có thể chia nó thành 2 dạng gồm: dạng cơ bản “không có bộ phận dẫn hướng” và dạng “có bộ phận dẫn hướng” như sau.

Dạng không có bộ phận dẫn hướng (dạng cơ bản)

Trong trường hợp chỉ dùng duy nhất một xy lanh không trục để vận chuyển vật (đặc biệt là vận chuyển theo phương ngang), thì dạng xy lanh không có bộ phận dẫn hướng sẽ không thể hoạt động bình thường do các bộ phận như piston, khối trượt với ống xy lanh gây cản trở lẫn nhau.

Dạng có bộ phận dẫn hướng

Bộ phận dẫn hướng thường gồm 3 loại: thanh trượt, con lăn dẫn hướng, hay thanh dẫn hướng. Tùy thuộc vào loại dẫn hướng mà khả năng chịu tải cũng sẽ khác nhau. Ngoài ra, kích thước ngoài (hình dạng mặt cắt) của xy lanh cũng sẽ khác nhau.

Nhìn vào hình 4 dưới đây, các bạn có thể thấy rằng kích thước ngoài của xy lanh là lớn dần theo thứ tứ sau: dạng cơ bản < dạng thanh trượt dẫn hướng < dạng thanh dẫn hướng.

Hình 4. Hình dạng mặt cắt của các dạng xy lanh không trục

Không chỉ thế, giá thành đương nhiên cũng sẽ khác nhau, vì vậy chúng ta cần kiểm tra catalog và lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu sử dụng.

2. Lỗi hoạt động khi sử dụng đồng thời xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng

Trong trường hợp sử dụng xy lanh không trục có bộ phận dẫn hướng, thì có thể vận chuyển vật có khối lượng ở một mức độ nào đó, tuy nhiên, chúng ta phải làm thế nào nếu như khối lượng lớn hơn mức cho phép hay mô men tải trọng phát sinh? Khi đó, chúng ta cần lắp bộ phận dẫn hướng song song với xy lanh không trục, sao cho để bộ phận dẫn hướng tiếp nhận phần tải trọng. Như thế, vì tải trọng không tác dụng lên xy lanh không trục, nên có thể dùng để vận chuyển những vật có khối lượng lớn. Ở các tình huống như vậy, thông thường chúng ta sẽ lựa chọn sử dụng bộ phận dẫn hướng nhỏ và có đặc tính tải trọng cho phép lớn như thanh dẫn hướng…vv

Tuy nhiên, có những trường hợp thiết bị vẫn không hoạt động trơn tru mặc dù không có vấn đề gì về tải trọng cho phép của xy lanh không trục và thanh dẫn hướng. Trong bảng 1 dưới đây, chúng ta hãy cùng xem bốn ví dụ về các lỗi hoạt động có thể xảy ra và các nguyên nhân có thể nghĩ tới.

Bảng 1 Các ví dụ về lỗi hoạt động

Ví dụ	Trạng thái lỗi	Nguyên nhân
1	Toàn thiết bị chuyển động nặng nề	Độ song song với thanh dẫn hướng kém (bị lệch so với thanh dẫn hướng hoặc bị nghiêng hình chữ V với thanh dẫn hướng)
2	Chuyển động khởi đầu thì tốt nhưng xấu dần về cuối	Độ song song ở phần đầu thì tốt nhưng kém dần ở phía điểm cuối
3	Bị bật nảy ra lúc khởi đầu	Độ song song ở phần đầu kém còn từ phần giữa trở đi thì tốt
4	Chuyển động lúc đầu và cuối thì tốt nhưng ở đoạn giữa thì xấu	Phần giữa xy lanh bị võng xuống (trường hợp quãng đường chuyển động dài)

 

[Ví dụ 1]

Trạng thái lỗi: toàn thiết bị chuyển động nặng nề.

Nguyên nhân: độ song song với bộ phận dẫn hướng kém (bị lệch, bị nghiêng hình chữ V với bộ phận dẫn hướng)

Hình 5. Ví dụ 1 – độ song song với bộ phận dẫn hướng kém

[Ví dụ 2]

Trạng thái lỗi: chuyển động khởi đầu tốt nhưng xấu dần về phía điểm cuối.

Nguyên nhân: độ song song ở phần đầu tốt nhưng kém dần về phía điểm cuối. Chẳng hạn khi bộ phận dẫn hướng bị cong ở phía điểm cuối.

[Ví dụ 3]

Trạng thái lỗi: bị bật nảy ở chuyển động khởi đầu.

Nguyên nhân: độ song song ở mỗi phần đầu kém, nhưng từ phần giữa trở đi thì tốt.

 

Hình 6. Ví dụ 2, 3 – độ song song với bộ phận dẫn hướng ở mỗi phần cuối (đầu) kém

[Ví dụ 4]

Trạng thái lỗi: chuyển động ở phần đầu và cuối đều tốt, nhưng xấu ở phần giữa.

Nguyên nhân: phần xy lanh ở giữa bị cong võng (trường hợp hành trình vận chuyển là dài).

Hình 7. Ví dụ 4 – phần giữa bị cong võng

Nguyên nhân phổ biến của những lỗi hoạt động này thường là do độ song song kém giữa xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng, hoặc độ song song kém giữa các bộ phận dẫn hướng khi sử dụng nhiều bộ phận dẫn hướng.

Tuy khối vận chuyển chuyển động dọc theo bộ phận dẫn hướng, nhưng nếu độ song song kém, phần lắp ghép giữa khối trượt của xy lanh không trục và khối vận chuyển sẽ bị lệch, và gây ra tác dụng lực quá mức lên xy lanh. Nếu điều này xảy ra, chuyển động của khối trượt sẽ trở nên xấu đi và gây ra các lỗi vận hành như đã nêu trong bảng 1.

Trong số các ví dụ trên, chỉ có trường hợp thứ 4 (hình 7) là do xy lanh không trục bị cong võng, nên cần lắp thêm bộ phận đỡ phần giữa (giá đỡ trung gian) để giải quyết vấn đề. Những thông số về chiều dài yêu cầu hay khoảng cách vị trí lắp đặt của giá đỡ trung gian được mô tả trong catalog, vì vậy các bạn hãy nhớ tham khảo khi thiết kế và lựa chọn thiết bị.

3. Những chú ý khi sử dụng xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng (lắp đặt liên kết nổi và điều chỉnh tâm)

Xy lanh không trục cực kỳ hữu dụng vì chúng cho phép thiết kế nhỏ gọn bộ truyền động khi vận chuyển trên hành trình dài bằng truyền động khí nén. Mặc dù trên thị trường cũng có bán sẵn một số thiết bị đã được lắp hoàn chỉnh, nhưng không phải cứ thế mua về là dùng ngay được. Cần phải xem xét đến các điều kiện về tải trọng dựa trên các điều kiện sử dụng, cũng như việc có sử dụng thanh dẫn hướng hay không khi thiết kế và lựa chọn thiết bị. Hơn nữa, nếu bỏ qua những điểm cần chú ý khi dùng đồng thời xy lanh không trục và thanh dẫn hướng, có thể sẽ dẫn đến các lỗi vận hành được nêu ở phần trước.

Vì vậy, chúng ta cần phải có biện pháp như thế nào để ngăn chặn những lỗi vận hành đó? Chúng ta đã biết nguyên nhân của những lỗi vận hành trên là do độ song song kém giữa các thành phần, nên từ đó chúng ta có những điểm cần lưu ý để giải quyết bài toán. Tiếp theo, chúng ta hãy cùng xem xét các điểm chú ý đó khi sử dụng thanh dẫn hướng, và khi sử dụng đồng thời với xy lanh không trục nhé.

​​​​​​​​​​​​​​3.1 Những chú ý khi sử dụng thanh dẫn hướng

Thanh dẫn hướng với độ cứng riêng của nó, có thể đáp ứng rất tốt với bài toán dẫn hướng thẳng. Do đó, khi sử dụng nhiều thanh dẫn hướng, hay dùng cùng lúc với xy lanh không trục, trục vít me,v.v, nếu không đạt được độ song song tốt, sẽ xảy ra các hiện tượng như một số phần bị biến dạng, mòn, hỏng hóc…và gây ra các lỗi vận hành hoặc làm hư hỏng xy lanh. Để ngăn chặn điều này, cần phải thực hiện thao tác “điều chỉnh tâm”.

Để thực hiện thao tác “điều chỉnh tâm”, cần chú ý những điểm như sau:

1. Độ thẳng của thanh dẫn hướng chuẩn.
2. Độ song song giữa thanh dẫn hướng căn theo và thanh dẫn hướng chuẩn.

Chúng ta sẽ thực hiện điều chỉnh theo thứ tự từ a → b. Độ thẳng của thanh dẫn hướng chuẩn phụ thuộc vào quá trình gia công tùy theo phương pháp lắp đặt, thông thường ta thực hiện điều chỉnh độ thẳng (điều chỉnh tâm) của thanh dẫn hướng chuẩn theo các bước sau đây.

Những điều cần lưu ý khi sử dụng thanh dẫn hướng:

(1) Căn chỉnh hai đầu của thanh dẫn hướng theo vị trí lắp đặt mốc được chọn làm chuẩn (chốt pin định vị) và tiến hành lắp đặt thanh dẫn hướng.

(2) Lắp một thanh thẳng (thanh chuẩn) song song với thanh dẫn hướng.

(3) Gắn đồng hồ đo so (đồng hồ rà) vào khối dẫn hướng.

(4) Điều chỉnh vị trí của thanh thẳng sao cho đồng hồ so chỉ về “0” ở vị trí lắp đặt mốc (ở cả hai đầu).

(5) Di chuyển khối dẫn hướng đến gần bu lông cố định thanh dẫn hướng, kiểm tra số đo trên đồng hồ và thực hiện điều chỉnh.

Sau khi thực hiện xong “điều chỉnh tâm” cho thanh dẫn hướng chuẩn, tiếp theo chúng ta lắp đặt thanh dẫn hướng căn theo sao cho nó song song với thanh dẫn hướng chuẩn. Điều chỉnh tâm cho thanh dẫn hướng căn theo, lúc này là căn chỉnh song song với thanh dẫn hướng chuẩn. Các bước thực hiện cũng tương tự như khi điều chỉnh tâm cho thanh dẫn hướng chuẩn, nhưng thay thế thành phần thanh thẳng chẩn bằng thanh dẫn hướng chuẩn.

Hình 8. Điều chỉnh tâm cho thanh dẫn hướng chuẩn

​​​​​​​​​​​​​​3.2 Những chú ý khi sử dụng đồng thời xy lanh không trục và bộ phận dẫn hướng

Khi sử dụng đồng thời xy lanh không trục và thanh dẫn hướng, chúng ta cần phải điều chỉnh độ thẳng của thanh dẫn hướng (hoặc độ thẳng kết hợp khi có nhiều thanh dẫn hướng) và độ song song với xy lanh không trục. Ở chỗ lắp ráp thiết bị, người ta thường gọi thao tác này là “điều chỉnh tâm”.

Vì thanh dẫn hướng tuyến tính có nhiều bu lông lắp đặt nên có thể thực hiện điều chỉnh độ thẳng và độ song song, tuy nhiên do không thể thực hiện điều chỉnh cho xy lanh không trục được, nên nếu cố định cứng bộ phận khối trượt và khối vận chuyển, thì có thể khiến xy lanh bị cong vênh và gây ra các hiện tượng như biến dạng, mòn, hỏng hóc,... Để tránh điều này, cần phải thực hiện biện pháp “tránh” ở bộ phận lắp đặt khối trượt với khối vận chuyển.

Người thiết kế cần phải thiết kế sao cho công việc từ lắp ráp cho đến điều chỉnh tâm đều có thể thực hiện một cách trơn tru. Phương pháp lắp đặt “tránh” ở đây thường được gọi là “liên kết nổi” hay “khớp nối nổi”.

Bằng cách lắp ghép như vậy, thì ngoại trừ hướng chuyển động của xy lanh không trục ra, các thành phần khác sẽ có thể vận hành trơn tru (hình 9).

Hình 9. Ví dụ về liên kết nổi

4. Tổng kết

Trong bài viết này, chúng tôi đã trình bày về cấu tạo của xy lanh không trục, cũng như những điểm cần lưu ý về lỗi vận hành khi sử dụng xy lanh không trục làm thiết bị vận chuyển, và cả những vấn đề có thể làm hư hỏng thiết bị. Tuy trọng tâm của bài viết này là về xy lanh không trục, nhưng những vấn đề tương tự cũng có thể xảy ra với cơ cấu nhiều thanh dẫn hướng, hay thanh dẫn hướng với các loại cơ cấu truyền động tuyến tính khác (trục vít me, thanh răng và bánh răng…).

Tùy thuộc vào độ cứng cơ học và cơ cấu truyền động, mà sự ảnh hưởng là đáng kể hay không, tuy nhiên dù là gì đi nữa thì cần phải thực hiện “điều chỉnh tâm” khi lắp đặt thiết bị. Một thiết bị không được điều chỉnh tâm thì cũng giống như một “mẫu vật” không phát huy được tính năng. Đứng ở lập trường người thiết kế, phải luôn có ý thức “liệu rằng cấu tạo như này thì có thể thực hiện điều chỉnh tâm hay không?” khi thiết kế.

Sau đây, chúng tôi sẽ tổng kết lại những điểm cần lưu ý đối với thiết bị vận chuyển sử dụng xy lanh không trục:

(1) Kiểm tra các điều kiện tải trọng tác dụng lên xy lanh không trục trong quá trình sử dụng. (tải trọng vuông góc trục radial, tải theo chuyển động quay pitching, mô men tải trọng)

(2) Nếu có vấn đề ở điểm (1), hãy thay đổi kích thước hoặc sử dụng thêm thanh dẫn hướng để đảm bảo tải trọng tác dụng lên xy lanh không trục nằm trong phạm vi cho phép.

(3) Điều chỉnh độ thẳng và độ song song (điều chỉnh tâm) khi sử dụng đồng thời xy lanh không trục và thanh dẫn hướng hay khi dùng nhiều thanh dẫn hướng. Ngoài ra, cấu tạo thiết bị nên được thiết kế để dễ dàng lắp đặt.

(4) Sử dụng liên kết nổi cho mối nối giữa khối trượt và khối vận chuyển của xy lanh không trục. Điều này sẽ ngăn ngừa khả năng “lệch tâm” xảy ra giữa thanh dẫn hướng và xy lanh không trục.

(5) Nên lắp đặt giá đỡ trung gian cho những xy lanh không trục có hành trình vận chuyển dài. Khi lắp đặt giá đỡ cần tham khảo trong catalog về thông số vị trí lắp đặt giá đỡ.

Ở bài viết tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu với các bạn các vấn đề, lỗi hỏng hóc có thể xảy ra khi lắp ghép trục (giữa trục và bộ phận gắn vào trục). Thông thường hay dùng phương pháp lắp ghép bằng thanh khóa key, tuy nhiên cũng có trường hợp có lỗi hỏng hóc xảy ra khi dùng phương pháp này. Khi đó, một phương pháp khác thường được dùng là chốt khóa ma sát (khóa cơ học). Chúng tôi sẽ tập trung nói về những ưu điểm, tính năng và cách sử dụng của khóa cơ học trong bài viết sắp tới.

Hẹn gặp lại các bạn!

Tác giả: Đinh Văn Hòa

Nguồn: https://jp.meviy.misumi-ec.com/info/ja/archives/34155