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 FeederPEF-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

Ø6

0

Ø4

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

34

0

SOL 2

SOL 1

50

90°

Ø7

0

50

P.C.D

Ø400

Ø25

0

132

152

Serial No.MABUCHI MOTOR

Equipment No.MABUCHI MOTOR

Property No.

MABUCHIMOTOR

EquipmentNo.

MABUCHI MOTOR

Serial No.MABUCHI MOTOR

Property No.

AA-0

-A04

??

?)

Ø160

?

AA

-0-A

07

AA

-0-A

09

AA

-0-A

10

AA

-0-A

08

AA

-0-A

06

AA-0

-A06

AA-0-A05

AA-0

-A03

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 23

45

67

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

Ø4

4

17

0

200

Hình 3.6. Bản vẽ kết cấu cụm xoay gắp vòng đệm ra

f. Cụm lấy vòng đệm cao su

40

0

360

56.4

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

TL10-0

1

TL8-0

1

S 2

0

S 2

3

S 2

2

S 2

1

TL10-0

2

S 3

6

TL10-0

1

TL10-0

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

Ø6Ø6Ø6Ø6Ø6

TL10-0

2

0

0.2

0.4 0.6

0.8

1TL8-0

2

TL10-0

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

Ø9

4

A view

Bản vẽ trên có thể rung được loại sản phẩm khác có thể ứng

dụng cho công đoạn khác.