Luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy lắp ráp tự động cụm gối đỡ động cơ dc cỡ nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ VĂN HUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LẮP RÁP TỰ ĐỘNG CỤM GỐI ĐỠ ĐỘNG CƠ DC CỠ NHỎ Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số : 60.52.01.03 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, Năm 2015 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN VĂN YẾN Phản biện 1: TS BÙI MINH HIỂN Phản biện 2: PGS.TS LÊ VIẾT NGƯU Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 5 tháng 12 năm 2015 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài - Ngành công nghiệp sản xuất mô tơ không chỉ giữ một vị trí quan trọng trong việc thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát triển mà còn đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, góp phần phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại. - Đứng trước thực trạng trên, đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm gối đỡ dùng cho động cơ DC cỡ nhỏ ” là rất cần thiết, ứng dụng thực tế trong điều kiện hiện nay không chỉ tại công ty mà có còn thể ứng dụng cho cả các công ty, nhà máy sản xuất, lắp ráp trên một phần công đoạn v.v 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Tính toán,thiết kế máy lắp ráp comi ở Công ty TNHH Mabuchi Đà Nẵng 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: - Phạm vi nghiên cứu: 4. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp phương pháp khảo sát, lý thuyết và thực nghiệm: Phương pháp khảo sát: Khảo sát các máy, thiết bị tương tự, tham khảo các ý kiến khoa học từ thực tiễn của các chuyên gia. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Ứng dụng các lý thuyết đã có sẵn tiến hành tính toán thiết kế máy, thiết kế các chi tiết, bộ phận máy. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Quan sát mô hình mô phỏng, thử nghiệm các ý tưởng trên thực tế lắp ráp cụm gối đỡ tại nhà máy. 2 5. Ý nghĩ khoa học thực tiễn Vận dụng lý thuyết cơ học vào thực tiễn tính toán, vươn lên để làm chủ việc thiết kế độc lập tại công ty. Vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn cho các doanh nghiệp, để tiến hành việc công nghiệp hóa các công đoạn lắp ráp thành phẩm và vừa có thể tự chế tạo máy để làm chủ được công nghệ kỹ thuật theo nguyên tắc lý thuyết và thực tiễn trong nghiên cứu chế tạo máy tự động. 6. Kết luận đề tài Chế tạo máy lắp ráp tự động, do việc lắp ráp, chế tạo, nghiệm thu được thực hiện tại công ty nên phần chế tạo máy như thuyết minh đề tài sẽ không có mà được đặt tại công ty. Tôi đảm trách phần thiết kế máy, nên để đảm bảo tính minh bạch, tính thống nhất do vậy chỉ đảm bảo được phần bản vẽ lắp ráp thiết bị, các bản vẽ chi tiết, bản vẽ sơ đồ đấu hơi và các van khí nén. 7. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn gồm có các chương như sau : CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. THỰC TRẠNG, XU HƯỚNG LẮP RÁP CÁC VẬT NHẸ, NHỎ TRONG CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY Ngày nay với việc xã hội hóa ngày càng phát triển, công nghệ ngày nay càng được cải tiến và nâng cao thì yêu cầu của con người có trình độ khoa học kĩ thuật chuyên môn cũng ngày càng cao, việc sử dụng máy móc sẽ giúp con người tập trung vào những việc đòi hỏi có tính sáng tạo hơn, những công việc nguy hiểm, nặng nhọc, tỉ mỹ, lắp ráp các linh kiện nhỏ .v.v.. 1.1.1. Quá trình tiến hành thiết kế Máy gắn các linh kiện comi tự động sẽ giảm bớt khó khăn và thời gian sản xuất tăng lên. Việc đầu tiên làm đó là nghiên cứu kỹ lưỡng các linh kiện đơn thể này, đây là những linh kiện rất phức tạp về kích thước cũng như hình dạng. Sau nghiên cứu 3 linh kiện đơn thể này thì nhận thấy không thể thiết kế máy lắp ráp ngay một lúc mà phải nghiên cứu từng giai đoạn lắp ráp của sản phẩm, phân ra từng khu, mỗi khu có một nhiệm vụ riêng, mỗi nhiệm vụ riêng đó sẽ có chức năng cấu thành một bộ phận. 1.1.2. Nguyên tắc ứng dụng trong thiết kế sản phẩm Đây là một thuật ngữ để gọi những thiết bị có khả năng định vị chi tiết, tách phôi và nạp phôi vào vị trí lắp ráp. Một trong những chi phí chủ yếu khi phát triển các hệ thống lắp ráp tự động là mất nhiều thời gian cho việc thiết kế các cụm cấp phôi. 4 1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHỄU CẤP PHÔI Mục tiêu của một hệ thống tự động hóa sản xuất công nghiệp là mang lại giá trị tăng thêm cho nguyên liệu, cho bán thành phẩm hoặc cho một tổ hợp thành phẩm tạo ra những sản phẩm có giá trị cao hơn. Cấp vận chuyển và lưu giữ phôi tụ dộng phải được giải quyết trên cơ sở của các quá trình gia công cụ thể, chức năng thiết bị và độ chính xác yêu cầu. Theo các số liệu khảo sát thì có đến 70 ~ 73 % lượng phôi thuộc nhóm phôi rời. Với luận văn là ‘ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy lắp ráp tự động cụm gối đỡ động cơ DC cỡ nhỏ. 1.2.1. Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và máng tải ( ổ chứa ) 1.2.2. Cơ cấu cấp phôi kiểu lồng phôi vào móc vào chốt 1.2.3. Cơ cấu cấp phôi dạng ổ tích Cơ cấu cấp phôi dạng ổ tích là tổ hợp các cơ cấu chấp hành để thực hiện việc cấp phôi rờ từng chiếc từ ổ tích tới vị trí gia công. Hình 1.1. Các cơ cấu tiếp liệu dạng ổ tích Tùy thuộc vào dạng chuyển động của khâu tiếp liệu, cơ cấu tiếp liệu được chia làm nhóm chuyển động tịnh tiến khứ hồi, và 5 nhóm chuyển động dao động khứ hồi, chuyển động quay và chuyển động phức tạp. Hình 1.2. Các cơ cấu tiếp liệu dạng ổ tích Hình 1.3. Các cơ cấu tiếp liệu dạng đĩa(a, b), dạng xích (c), dạng xoắn ốc (d, e) 6 Cơ cấu ngắt liệu là cơ cấu điều chỉnh số lượng phôi được cấp từ ổ tích tới cơ cấu tiếp liệu. Hình 1.4. Các cơ cấu ngắt liệu dạng chuyển động khứ hồi 1.2.4. Cơ cấu cấp phôi dạng rung động Nguyên lý như sau: Cốc phễu 2 đặt lên trên 3 trụ và được lồng 3 lò xo. Ba lò xo này gắn trên 6 bệ nặng 9 và nhờ giá 10, bên tròn phễu có một đường máng 2 xoắn nghiêng vòng theo máng cốc. Phôi được đổ tự do và chứa trong cốc phễu 2 có dạng hình cung. Muốn chuyển động dao động người ta cho dòng điện 220V qua cuộn dây nam châm 8, nó sẽ hút khung điện gắn chặt ở đấy cốc, nhờ thế cốc phễu 2 sẽ chuyển động về phía dưới một ít. Đồng thời nhờ tác dụng uốn của lò xo phẳng 1 cốc 2 còn có chuyển động quay theo tiết diện quy định. Muốn có lực kéo sản phẩm lớn hơn nhiều ta làm ba thanh nam châm đặt ở 3 góc, góc nghiêng của các lò xo thường khoảng 60 ~700. Góc nghiêng của máng dẫn 7 phôi 2,5 ~ 40 dòng điện xoay chiều có chỉnh lưu Xelen một chu kỳ, tần số thường 50Hz ; tương ứng với một dao động của cốc phễu thì phôi dịch chuyển từ 2 ~3 mm nghĩa là v = 7 ~ 8 [m/phút]. Cốc chứa phôi dao động từ 3000 ~ 3500 lần trong một phút ( vặn đi, vặn lại, lắc ). Mỗi lần dao động cốc tụt xuông 0,02 ~ 0,05mm do quá tính nên phôi không tụt xuống ngay với cốc, sau khi tụt xuống lò xo đẩy cốc lên vị trí cũ, phôi được đưa lên một quãng trong không gian dao động, nhiều lần như vật phôi sẽ bò dần lên theo đường xoắn ốc mà hình dạng của cốc đã được gia công. Hình 1.6. Cơ cấu định hướng phôi trong phễu tròn 8 Piezo Feeder PEF-150iL SANKI Hình 1.7. Cụm cơ cấu phễu rung dẫn phôi ra ngoài theo biên dạng đã định Hình 1.8. Cụm cơ cấu phễu rung dẫn phôi ra ngoài theo biên dạng đã định 9 Motor xoay Và Ø 6 0 Ø 4 4 Hình 1.9. Cụm cơ cấu phễu rung dẫn phôi ra ngoài theo biên dạng đã gia công 1.3. CƠ SỞ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 1.3.1. Khái quát về cơ khí hóa và tự động hóa 1.3.2. Mục đích của cơ khí hóa và tự động hóa 1.3.3. Tính toán năng suất lao động 1.3.4. Nhiệm vụ của tự động hóa 1.3.5. Hiệu suất làm việc của máy tự động và đường dây tự động 1.3.6. Hiệu quả kinh tế trong tự động hóa Phễu chứa 10 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN, KHÍ NÉN TRONG CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH 2.1.1. Lý thuyết về điều khiển tự động 2.1.2. Các nguyên tắc điều khiển Nguyên tắc này giữ tín hiệu ra y = y(t) theo một chương trình đã được định sẵn. Để có một tín hiệu ra nào đó thực hiện theo chương trình, cần sử dụng máy tính hay các thiết bị khác có lưu trữ chương trình. Hai thiết bị thông dụng chứa chương trình điều khiển là: 1: PLC (Programmable Logic Controller ) 2: CLC (Computerized Mumerical Control ) 2.1.3. Nguyên tắc điều khiển theo chương trình 2.1.4. Phân loại theo hệ thống điều khiển tự động 2.1.5. Phép biến đổi Laplace Giả sử có hàm ( )f t liên tục, khả tích. Ảnh Laplace của ( )f t qua phép biến đổi Laplace ký hiệu là ( )F p . Để thuận lợi trong việc phân tích, giải quyết các bài toán điều khiển, người ta mô tả toán học các phần tử và hệ thống bằng hàm truyền đạt ( transfer fuction ), phương trình trạng thái ( state space ), v.v. Hàm truyền đạt của một khâu ( hay hệ thống ) là tỉ số giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào biểu diễn theo toán tử Laplace, kí hiệu là ( )W p với điều kiện ban đầu triệt tiêu. ( )Y p ( )U p ( )W p 11 2.1.6. Lý thuyết về khí nén trong các cơ cấu chấp hành 2.1.7. Lý thuyết về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung Hình 2.1. Ảnh hưởng của góc  , tỷ số gia tốc, tần số f, góc nâng  , hệ số ma sát lên vận tốc vận chuyển của phôi Để đánh giá sự ảnh hưởng của tần số rung đến quá trình động học của phôi, ta tiến hành làm thực nghiệm đẻ đánh giá. 12 Hình 2.2 Mô hình lắp ghép của cơ cấu và ứng xuất của thiết bị cấp phôi Hình 2.3. Tổng quan các bowl rung của máy 13 2.2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.2.1. Các phương án  Phương án 1  Phương án 2 2.2.2. Chọn lựa phương án tối ưu và hiệu quả ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SOL 14 SOL 13 SOL 12 SOL 11 SOL 10 SOL 9 SOL 8 SOL 7 SOL 6 SOL 5 SOL 4 SOL 3 30° 30° 50 3 4 0 SOL 2 SOL 1 50 90° Ø 7 0 50 P. C. DØ 40 0 Ø 25 0 13 2 15 2 Serial No. MABUCHI MOTOR Equipment No. MABUCHI MOTOR Property No. MABUCHI MOTOR Equipment No. MABUCHI MOTOR Serial No. MABUCHI MOTOR Property No. A A -0 -A 04 ? ? ? ) Ø 1 6 0 ? A A -0 -A 07 A A -0 -A 0 9 A A -0 -A 1 0 A A -0 -A 0 8 A A -0 -A 0 6 A A -0 -A 06 AA-0-A05 A A -0 -A 03 Hình 2.5. Bản vẽ tổng thể của máy 2.2.3. Sơ đồ điều khiển 14 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY 1.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU MÁY, CÁC BỘ PHẬN TRONG QUÁ TRÌNH THAO TÁC 3.1.1. Tính kết cấu khung máy 3.1.2. Các bộ phận trong quá trình thao tác a. Cụm cấp bản comi vào khuôn Mô hình hóa cơ cấu có: Hình 3.1. Mô hình hóa kết cấu BOWL rung (feede bowl) Khâu dẫn Khâu bị dẫn 15 b. Cụm xoay comi 3 1 2 4 Hình 3.2. Bản vẽ kết cấu cụm xoay comi 16 c. Cụm xoay di chuyển comi 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3.3. Bản vẽ kết cấu cụm xoay di chuyển comi d. Cụm cơ cấu bốc và di chuyển Hình 3.4. Bản vẽ 3D cụm cơ cấu bốc và di chuyển 2 17 Hình 3.5. Bản vẽ kết cấu cụm cơ cấu bốc và di chuyển 18 e. Cụm xoay gắp vòng đệm ra Ø 4 4 1 7 0 200 Hình 3.6. Bản vẽ kết cấu cụm xoay gắp vòng đệm ra f. Cụm lấy vòng đệm cao su 4 0 0 360 5 6 .4 54 19 1.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XY LANH TRONG QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN 1.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN, MẠCH ĐIỀU KHIỂN Khi thiết kế mạch khí nén tự động cho tối ưu và kinh tế là hết sức quan trọng. Với đề tài thực hiện tại công ty nên vấn đề thiế kế mạch khí nén phải đơn giản, dẽ sử dụng, không yêu cầu tính toán nhiều nhiều phải đảm bảo. S 4 1 S 4 0 S 3 9 S 3 8 T L 1 0 -0 1 T L 8 -0 1 S 2 0 S 2 3 S 2 2 S 2 1 T L 1 0 -0 2 S 3 6 T L 1 0 -0 1 T L 1 0 -0 1 S 4 2 KM-22 Ø4 Ø6 Ø4 Ø4 Ø6 Ø4 Ø6 Ø4 Ø6 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 KM-22KM-22 KM-22 KM-22 Ø6Ø6Ø6Ø6 Ø6 T L 1 0 -0 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1T L 8 -0 2 T L 1 0 -0 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 LINE ?LINE ? B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A S 3 5 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 1 0 S 1 1 S 1 2 S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6 S 1 7 S 1 8 S 4 6 S 2 4 S 2 5 S 2 6 S 2 7 S 2 8 S 3 0 S 3 1 S 3 2 S 3 3 S 3 4 S 3 7 S 2 9 S 4 3 S 4 4 S 4 5 Ø4 B A S 1 9 B A S 4 6 B A S 4 7 Hình 3.7. Bản vẽ kết cấu cụm lấy vòng đệm cao su Hình 3.8. Bản vẽ sơ đồ đấu hơi và các van 20 1.4. NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM CÁC KÍCH ĐỘNG (BIÊN ĐỘ) VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 1.5. MÔ HÌNH HÓA SẢN PHẨM BẰNG PHẦN MỀM AUTODESK INVENTOR Sản phẩm bao gồm đó là bộ lắp ghép comi như hình Hình 3.9. Sản phẩm của quá trình lắp ráp 1.6. CHẾ TẠO MÁY Hình 3.10. Bản vẽ tổng quan 3D 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. KẾT LUẬN Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo. Đến nay, luận văn đã được hoàn thành đúng thời gian được giao. Việc chế tạo, lắp ráp máy được tiến hành trong khoảng 2 tuần và tại công ty. Đề tài đã đi vào thực tiễn tại công ty. Thiết bị máy tự động yêu cầu quá trình lắp ráp chính xác nên việc tính toán cho một cơ hệ phải tỷ mĩ, tìm hiểu khảo sát các linh kiện rời rạc cần rất nhiều thời gian, công sức nhưng tài liệu tham khảo kỹ thuật lại rất hạn chế. Tuy nhiên, với quyết tâm cao nhất của mình và quyết tâm trong công việc, tác giả đã làm việc ngày để đề tài này thành công hơn. a. Quá trình lắp ráp các linh kiện rời như: tâm comi, bản comi, vòng đệm. b. Sau khi quá trình lắp ráp được tiến hành. Ta tiến hành đo đạt kiểm tra góc độ lắp ráp, kiểm nghiệm .v.v Do vậy kiểm tra quá trình lắp ráp, đo đạt các kích thước, đo đạt các thông số, kiểm tra kết quả lắp ráp các bản comi, số liệu này sai lệch 3% là một kết quả hợp lý. c. Đánh giá hiệu quả kinh tế Thiết bị đưa vào vận hành sẽ đạt được các chỉ tiêu: - Năng suất lao động tăng từ 2 – 3 lần so với năng suất lao động thủ công. - Giải phóng bớt sức lao động cho công nhân. 22 - Giảm chi phí đầu tư khoảng 1/3 so với thiết bị ngoại nhập. d. Đánh giá hiệu quả kỹ thuật - công nghệ và hướng phát triển của đề tài Lắp ráp được sản phẩm theo nguyên lý lắp, xoay, xoay lắp chặt trên khuôn. Vượt ra khỏi phạm vi trong lĩnh vực chế tạo máy thuần túy, công nghệ các công ty hiện nay về quá trình lắp ráp sản phẩm. Hiện nay, phần theo nguyên lý rung đã và đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều doanh nghiệp, công ty, các tập đoàn lớn hay cả trong y tế. Cung cấp giải pháp tiên tiến trong việc tạo ra các sản phẩm với số lượng ít nhưng có chức năng quan trọng. Luận văn đã hoàn thành phần cơ khí, các bản vẽ lắp ráp, bản vẽ khí, được thực nghiệm thành công tại công ty để áp dụng được cho tất cả các loại sản phẩm mà khách hàng yêu cầu trong việc tạo ra những sản phẩm nhỏ, có biên dạng cong. Kết thúc quá trình lắp ráp và nghiệm thu máy, tác giả nhận thấy rằng khả năng tạo ra sản phẩm lắp ráp trên hoàn toàn khả thi và tối ưu nhất. Bằng cách mở rộng thay thế một số chi tiết trên máy để đáp ứng được tát cả các loại mà khả năng máy có thể làm được. Do đó, trong các nghiên cứu sắp tới tác giả sẽ tiếp tục xây dựng hoàn chỉnh phần lắp ráp các cụm khác lại với nhau để tạo thành một dây chuyền sản xuất Rotor mà khách hàng yêu cầu. 23 STT Máy tự động Năng suất 97% Sản phẩm 33 sản phẩm/ phút Hiệu quả Tốt Phế phẩm 3% Kích thước 1200 x 1000 Số người cắt giảm 6 người/ đội Kích thước sản phẩm 60o Thay đổi mã hàng có Liên kết công đoạn sau có Đề tài không chỉ dừng lại ở vấn đề đã được luận văn nghiên cứu khảo sát mà còn mở rộng hướng nghiên cứu thiết kế cho các công đoạn khác, thay thế các kết cấu, các cụm cơ cấu đang sử dụng và tìm ẩn những vấn đề bất hợp lý. và góp phần tạo ra các công việc cần thiết cho các ngành liên quan. 2. KIẾN NGHỊ Kế hoạch dự trữ vật tư thay thế là rất quan trọng trong quá trình vận hành sử dụng như: các xy lanh, mô tơ cho mâm xoay, các chi tiết bị mài mòn, va đập, các loại ổ bi. Xây dựng quy trình sửa chữa và thay thế khoa học để đáp ứng với thực tế tại nhà máy như: các ổ bi, ổ trục đã bị trầy xướt hoặc bị mài mòn, các chi tiết bị hư hỏng, gãy,.v.v Ban quản lý tại công ty cần thành lập thêm các đội ngũ, các 24 chuyên gia để đáp ứng các công nghệ tiên tiến để tìm ra các giải pháp khác hay hơn, phù hợp hơn. A S1/1 B B S1/1 Ø 9 4 A view Bản vẽ trên có thể rung được loại sản phẩm khác có thể ứng dụng cho công đoạn khác.