Chơng i: đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền
động của máy mài tròn .
1. Đặc điểm công nghệ
1.1. Giới thiệu chung
Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra, còn có các
loại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng... Thờng
trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trục chính với đá
mài. Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy.
Máy mài công nghiệp
Máy mài trònMáy mài phẳng Các loại khác
Máy
mài
tròn
ngoài
Máy
mài
tròn
trong
Máy
mài
bằng
biên
đá
Máy
mài
mặt
đầu
Máy mài vô tâm
Máy mài rãnh
Máy mài cắt
Máy mài răng

2.2. Truyền động ăn dao
ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc
độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 ữ 4)/1. ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi
- động cơ điện một chiều (BBĐ - ĐM), hệ KĐT - ĐM có D = 10/1 với phơng pháp điều
chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ - ĐM với dải
điều chỉnh tốc độ D = (20 ữ 25)/1 còn truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực.
2.3. Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
2
2. Đặc tính cơ của máy mài
Đặc tính của cơ cấu sản xuất đợc khái quát bằng phơng trình:
q
dm
odmoc
))(MM(MM


+=
trong đó:
M
co
- Mômen ứng với tốc độ =0
Mdm - Mômen ứng với tốc độ định mức dm
Mc - Mômen ứng với tốc độ
q - số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất. Với máy mài nói riêng và máy cắt gọt
kim loại nói chung, q thờng nhận hai giá trị q=1 (ứng với truyền động chính

=
1

bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn
t. Trong vùng này, khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và mômen ăn dao cũng giảm theo. ở
vùng tốc độ cao, tơng ứng với tốc độ v
z
của truyền động chính cũng phải lớn, nếu giữ F
ad
lớn
nh cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn. Do đó, cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng
này, mômen truyền động ăn dao cũng giảm theo.
3
v
F
z
v
z
v
gh
0
F
ad
v
ad
v
1
0
v
2
b. Truyền động ăn dao
a. Truyền động chính
Hình 3-1. Đồ thị đặc tính phụ tải của máy mài

min

gh

max

P
M
Hình 3-2. Quan hệ M() và P()
của động cơ một chiều kích từ
CHƯƠNG ii : thiết kế Và TíNH TOáN MạCH LựC
CủA Hệ TRUYềN ĐộNG

A> Các phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn
công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra.
Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp
tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn đợc một vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất
để thiết kế.
Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền động
một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối
bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của máy mài tròn và
nhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc độ động cơ quay chi tiết máy mài tròn, ta phải điều
chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi.
Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông
động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau:
- Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
- Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ
T-Đ).

M
I
Hình 4-1. Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ.
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ đợc thể hiện trên hình 4-1. Động cơ Đ truyền động quay
chi tiết của máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc
độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy
phát i
KF
thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ
nguyên.
2>Đặc điểm của hệ F-Đ
Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh các chỉ tiêu hệ
điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự
chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ
F-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ.
Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất
là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%), công suất lắp đặt
máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có
từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện
đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải
thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác nh các máy điện khuếch đại (MKĐ) và
có các phản hồi nâng cao chất lợng.
II> Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ
một chiều
Tốc độ động cơ điện một chiều có thể đợc điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng
phẳng nhờ hệ chỉnh lu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các bộ chỉnh
lu là điều khiển đợc. Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor.
Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor đợc sử dụng
rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lu có điều khiển bởi những tính chất u việt: gọn nhẹ, tổn hao
ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ... Trong hệ thống truyền động

2> Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lu liên tục:
M
)k(
R
k
cosE
2
dm
dm
do




=
Độ cứng của đặc tính cơ là
2
dm
R
k







=
trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng

khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián
đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn. Biên giới giữa vùng
dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờng ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc
tính cơ:
1)
p
cos
p
sinU
IL
()
p
sin
p
U
E
(
2
m2
e
2
m2
=




+


nó không đợc khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn nh khi làm việc
với nguồn xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi là
"mạch khoá cỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sử
dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt nh transistor bipolar, MOSFET và IGBT ở
những dải công suất mà các van này chịu đợc. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng
thyristor.
Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụng
cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện...).
Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặt
vào phần ứng động cơ một chiều.
Sơ đồ nguyên lý một bộ băm xung áp một chiều
9

T
U
B
ttt
t
Trong khoảng thời gian 0 - cho van mở ,toàn bộ đIện áp nguồn đợc đa ra tải.Còn
khoảng còn lại - T cho van khoá , cắt nguồn khỏi tải. Lúc đó ta có : U
d
=U
L
/T = U
L
trong đó: U
L
là điện áp một chiều cần băm,U
dk
là điện áp điều khiển van , là hệ số lấp đầy

Từ các phơng án truyền động đã giới thiệu trên tôi thấy mỗi phơng án đều có u điểm
và nhợc điểm riêng . Ngày nay động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rất phổ biến bởi vì nó có
kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện
xoay chiều ba pha, nhng về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u
việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch
lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh
tốc độ rộng. Chính vì vậy, trong hệ truyền động dùng cho máy mài này em sẽ sử dụng động
cơ một chiều làm động cơ truyền động .
Mặt khác do trong bản thiết kế này, yêu cầu về công suất truyền động không cao nên
em sử dụng phơng pháp băm xung sử dụng Tranzitor. Sở dĩ em lựa chọn phơng án này bởi vì
nó có thể bù dắp đợc những nhợc điểm của hệ(T-Đ), phơng pháp băm xung điều chỉnh tốc
độ bằng cách thay đổi điện áp nên không gây tổn thất phụ do đó hiệu suất của phơng pháp
này là rất cao, mặt khác phơng pháp này sử dụng tranzitor nên rất kinh tế vì việc điều khiển
đóng mở tranzitor đơn giản hơn nhiều so với Thyristor, do đó mạch điều khiển cũng sẽ đơn
giản hơn
Nh vậy ta sẽ chọn phơng án thiết kế hệ truyền động Động cơ một chiều dùng ph-
ơng pháp băm xung.
b > Lựa chọn sơ đồ băm xung cụ thể
Đối với phơng pháp băm xung tuỳ thuộc vào tải và công suất của nó ta có các sơ
đồ băm xung cụ thể sau :
10
1 . Sơ đồ băm xung có van mắc nối tiếp :
Sơ đô này có u điểm là đơn giản ,kinh tế nhng có nhợc điểm là có tồn tại chế độ
dòng gián đoạn làm giảm chất lợng của hệ thống , nó chỉ phù hợp với tải đủ lớn .
2 . Sơ đồ có chế độ hãm
Sơ đồ này tồn tại chế độ hãm, dòng điện trong mạch có thể chạy theo 2 chiều tuỳ
thuộc vào hệ số và không tồn tại chế độ dòng gián đoạn.
3. Sơ đồ có đảo chiều
Khi cần cho động cơ đảo đợc chiều quay ngời ta dùng sơ đồ cầu cho mạch điều áp
một chiều nh hình vẽ trên . Sơ đồ này có 3 phơng pháp điều khiển khác nhau :

Để tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta
cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:
Đặc tính phụ tải truyền động Pc(), Mc(): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnh
tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.max
M
c
0

min

max

M
c
= const
Hình 5. Đặc tính phụ tải
Phạm vi điều chỉnh tốc độ

max

và

min.
12

min
= i.
cmin
= i.
60

min
max
min
max
===
n
n
D


=10:1
Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động: Điều chỉnh điện áp
phần ứng sử dụng bộ băm xung.
Loại động cơ truyền động: động cơ một chiều kích từ độc lập.
Đặc điểm của phụ tải truyền động động cơ quay chi tiết máy mài tròn là giữ M =
const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đại
P
max
=

1
.M
đm
.
max
=

1
.M
cmax

đ
= 0,116 (kg.m
2
)
2a = 2 2p = 4
2> Xác định các thông số động cơ
Điện cảm phần ứng L =
==
3200.2.3,24
220
.6,5
..
.
dmdm
dm
L
npI
U
k
7,92.10
-3
(H)
Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và k
L
= 1,4 ữ 1,9 đối với máy
có bù; p là số đôi cực.
k
đm

22

s
k
JR
dm
==
13
Hằng số thời gian mạch phần ứng: T =
)(0225,0
352,0
10.92,7
3
ư
s
R
L
==

Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
MMM
k
R
k
U
.88,065,348
)631,0(
352,0
631,0
220

mu
===
ddm
M

D> Tính toán chọn van mạch lực bộ biến đổi xung áp
1. Sơ đồ mô tả trạng thái làm việc ở các chế độ khác nhau
Hai tranzitor T1 và T2 làm việc trái pha nhau. Dựa theo đồ thị ,khi có T2 dòng điện
tải đảo chiều ,bằng cách thay đổi ta có các khả năng :
E
N
> E
D
. Lúc nay nguồn E
N
phát năng lợng còn động cơ nhận năng lợng It > 0.
E
N
E
D
. Dòng đã có giai đoạn đảo chiều :
+) 0 ữ t
/
0
: T
2
khoá, năng lợng đa từ Ed về nguồn qua điôt D1 .
+) t
/
0