ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Trương Vĩ
Nhóm sinh viên thực hiện : Đoàn Ngọc Hậu
Đồng Thành Đạt
Phạm Thanh Phương
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
LỜI NÓI ĐẦU 3
Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY 4
Nguyên lý làm việc: 4
II.Khả năng ứng dụng vào thực tế: 6
Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY 6
Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế máy: 6
1.Chọn phương án cắt: 6
2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi: 7
3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho lưỡi cưa: 7
Tính toán hệ thống dẫn động băng tải: 9
1.Tính toán băng tải: 9
1.Thiết kế bộ truyền xích: 11
1.Thiết kế bộ truyền bánh răng: 13
Định ứng suất cho phép: 13
Ứng suất tiếp cho phép: 13
Ứng suất uốn cho phép: 14
2.Thiết kế trục: 16
III Cơ cấu kẹp phôi: 20
Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 22
Hệ thống điều khiển mạch điện: 22
Hệ thống điều khiển bằng khí nén: 22
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang2

GVHD:Bùi Trương Vĩ

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY
Nguyên lý làm việc:
Hình 1_1 sơ đồ nguyên lý hoạt động
S
M1
K2
K3
DC3
DC2
VD
DC1
K1
S
K1
Hình 1_2 sơ đồ mạch điện điều khiển
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang4
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
K3
K2
SOL
PT
Hình 1_3 sơ đồ mạch khí nén điều khiển
Khi đóng mạch điện, động cơ 1 hoạt động làm quay băng tải đẩy phôi(
gỗ tấm) đã được cấp sẵn trên băng tải đến khi chạm công tắc hành trình K1. K1 là
công tắc hành trình kết hợp vừa là thường đóng của động cơ 1, vừa là thường mở
của van điện khí nén. Khi phôi chạm vào K1 thì ngắt mạch động cơ 1 làm băng tải
dừng, đồng thời đóng mạch điện của van điện, làm cho van điện có tín hiệu tác

công đồng thời tăng được năng xuất( do kích thước được xác định do máy) đảm
bảo được độ chính xác cao, tạo điều kiện cho việc lắp ghép được chính xác.
Bên cạnh đó, nếu tính toán và chọn lại công suất động cơ theo chế độ
cắt sắt thép, thì máy còn ứng dụng để cắt thép tấm, cắt tôn trong các nhà máy cắt
tôn….Mà chỉ cần tính toán và thay thế cụm dao cắt, còn các bộ phận còn lại vẫn
được giữ nguyên.
Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ
MÁY
Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế
máy:
1.Chọn phương án cắt:
+ Phương án cho lưỡi cưa chạy từ trên xuống:
Đây là phương án thích hợp đối với cắt gỗ có dạng thanh, bề
rộng cắt phải nhỏ hơn đường kính của lưỡi cưa và chiều sâu cắt phải nhỏ hơn bán
kính lưỡi cưa, cần lực cắt lớn( bởi vì chiều dài cắt lớn). Đối với phương án này thì
khi cắt không cần kẹp chặt chi tiết theo phương thẳng đứng, chi cần cố định hai
bên chi tiết, lưỡi cưa thực hiện chuyển động cắt từ trên xuống sẽ tạo nên lực ép
kẹp chi tiết theo phương thẳng đứng. Phương án này có nhiều hạn chế, không ứng
dụng cắt được những phôi có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính của lưỡi cưa
+ Phương án cho lưỡi cưa chạy ngang;
Đây là phương án có thể cắt được gỗ có dạng thanh hoặc dạng
tấm có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính lưỡi cưa, chiều sâu cắt nhỏ hơn bán
kính lưỡi cưa. lực cắt nhỏ hơn so với phương án trên, ứng dụng cắt được nhiều chi
tiết có chiều rộng cắt khac nhau. Phương án này cần cố định chi tiết theo phương
thẳng đứng và một bên đối diện với lưỡi cưa của chi tiết. Phương án này có nhiều
ưu điểm hơn so với phương án trên nên chọn phương án này để bố trí và thiết kế
máy
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang6
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ

So với sống trượt, sống lăn có hệ số ma sát nhỏ hơn khoảng 20 lần,
việc sửa chữa sống lăn cũng dễ dàng hơn sống trược nhưng sống lăn có giá thành
cao, bề mặt làm việc của sống lăn phải gia công rất chính xác và việc bảo vệ sống
lăn yêu cầu phức tạp hơn. Do đó sử dụng sống trượt để dùng truyền động
Việc sử dụng loại sống trượt nào còn phải tùy thuộc vào kết cấu
của máy. Ở đây, do cần sử dụng 2 sống trượt để truyền động sử dụng sống trượt
trụ, vì sống trượt trụ có kết cấu đơn giản dễ chế tạo nhưng độ cứng vững kém. Do
đó sử dụng 2 sống trượt cùng lúc để tăng độ cứng vững của sống trượt
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang7
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Soáng tröôït
Chi tieát tröôït
Hình 2-1 kết cấu sống trượt trụ
b. Hệ thống thủy lực và khí nén:
Để truyền chuyển động cho máy chạy doc theo sống trượt thì có
thể sử dụng mạch khí nén hoặc mạch thủy lực để truyền chuyển động và truyền
lực. Đối với mạch khí nén thì lực của pittong sinh ra nhỏ và không ổn định do khí
có tính chất nén được và dễ bị mất trong khi truyền, khó điều chỉnh vận tốc khi
cưa, nhưng các thiết bị đơn giản, rẽ tiền. Còn với mạch thủy lực thì lực sinh ra tốt,
ổn định do chất lỏng không có tính nén được, dễ điều chỉnh vận tốc và lực đẩy
bằng cách điều chỉnh lưu lượng nhờ các van tiết lưu. Tuy nhiên các phần tử của hệ
thống thủy lực đắt hơn nhiều so với các phần tử khí nén.
Ở đây ta chọn hệ thống khí nén vì cấu tạo của hệ thống đơn giản so
với hệ thống thủy lực.
Sơ đồ nguyên lý của cụm truyền động cho lưỡi cưa:
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang8
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
3

ρ
3600 vAQ =
Với
33
/03,0/30 mTmkg ==
ρ
: khối lượng riêng của ván gỗ
A= 0,5.0,14 = 0,07m
2
: diện tích tiết diện của ván gỗ
Q= 3600.0,07.0,03= 15,12 T/m
3
Lực cản trên những đoạn băng có tải:
W
ct
= ( q
vl
+ q
bt
+ q
cl
)L.c
Chọn c= 1,3: hệ số cản chuyển động
( )
210

/21
2.36,0
12,15
.36,0

cl
= 3N
Trên 2m băng tải có 4 con lăn

mN
t
G
q
cl
cl
/24
5,0
3.4
===⇒
∑
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang10
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Vậy : W
ct
= (21 + 0,001 + 24).1,3.2= 117N
Lực cản chuyển động trên đoạn băng không tải :
W
kt
= (q
bt
+ q
cl’
).L.c
Chọn t’= 1m, số con lăn chịu không tải là 2 con

.
0
===
η
Do đó tra bảng P1.3 sách TTTKHDDCK_ Trịnh Chất chọn động cơ
có ký hiệu4a71A6Y3 có công suất của động cơ là : N= 0,37 kW
Số vòng quay của động cơ : n= 920 vg/phút
Số vòng quay của tang :

phutvg
D
v
n
tg
/96
400.14,3
2.1000.60
.
.1000.60
===
π
⇒
6,9
96
920
==i
= i
x
.i
br

b
. K
c
Trong đó :
K
đ
− là hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, vì tải trọng êm nên K
đ
=1
K
A
− Hệ số xét đến chiều dài xích, chọn A =(30 ÷ 50)t nên K
A
= 1
K
0
− Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, chọn K
0
= 1
K
đc
− Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, K
đc
= 1,2
K
b
− Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn K
b
= 1,5 vì bôi trơn định kỳ
K

n
n
K
n
n
01
: số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở
Công suất tính toán của bộ truyền:
N
t
= K.K
Z
.K
n
.N = 1,8.1.2,08.0,37=1,39 [KW]
Tra bảng 5-5( tính toán hệ thống dẫn động cơ khí) ta chọn được xích ống con
lăn một dãy có [N] =1,61 [KW] t =12,5 mm.
Kiểm nghiệm số vòng quay theo điều kiện :
gh1
nn ≤
(TKCTM−107-6.9)
Theo bảng 6-5(TKCTM) với bước xích t = 12,5 mm, số răng đĩa dẫn Z
1
= 25, số
vòng quay giới hạn n
gh
của đĩa xích có thể đến 1050[ vg/ph].
có n
1
= 920 vg/ph vậy điều kiện được thoả mãn.

++
+
=






−
++
+
=
A
t
ZZ
t
A
ZZ
X
π
Chọn X= 112
Kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây :
]u[
x.15
n.Z
L
v4
u ≤==
Trong đó :





+
−+
+
−=
2
12
2
2121
2
ZZ
8
2
ZZ
X
2
ZZ
X
4
t
A

374
14,3.2
2575
8
2



+
−+
+
−=
mm]
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang12
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Để đảm bảo độ võng bình thường tránh cho xích bị căng quá, giảm khoảng cách
trục một khoảng ∆A = 0,003A = 0,003.374=1 [ mm]
Cuối cùng là lấy A = 373 [mm]
Tính đường kính của đĩa xích
− Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn :
73,99
25
180
5,12
180
1
1
===
oo
c
Sin
Z
Sin
t
d

t
=≈
(TKCTM−109-6.17)
Trong đó :
k
t
: hệ số xét đến trọng lượng xích lên trục, khi bộ truyền nằm ngang
k
t
= 1,15
89
920.5,12.25
37,0.15,1.10.6

10.6
.
7
7
===≈
ntZ
Nk
PkR
t
t
[N]
1.Thiết kế bộ truyền bánh răng:
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:
Bánh nhỏ: chọ thép 35 thưòng hoá

2

N
= 1 và
[σ
NoH
]= 2,6HB: Ứng suất tiếp xúc làm việc cho phép khi bánh răng làm việc lâu
dài:
Ứng suất tiếp cho phép của bánh lớn và bánh nhỏ:
[σ
H
] = 2,6.160 = 416 N/mm
2
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang13
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Ứng suất uốn cho phép:
Lấy hệ số chu kỳ ứng suất uốn k”
N
= 1
Giới hạn mỏi uốn thép 35 là:

2
35,1
/225500.45,0.45,0 mmN
bk
===
−
σσ
Chọn hệ số an toàn SF = 1,5 và hệ số tập trung ứng suất tại chân răng k
σ
= 1,8

2
= Z
1
.i
br
= 20.3,2= 64
Chọn mô đun của các bánh răng m= 2,5
Tính khoảng cách trục a
w
:
a
w
= 0,5.m.(Z
1
+Z
2
)= 0,5.2,5.(20 + 64)= 105mm
Chọn a
w
= 161 mm
Chiều rộng bánh răng:

mmab
www
5,313,0.105. ≈==
ψ
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Hệ số dạng răng:
Bánh nhỏ: y
1

FF
σσ
Bánh lớn :
2
2
1
12
/92,13
517,0
392,0
.36,18. mmN
y
y
FF
===
σσ
[ ]
125
22
=<⇒
FF
σσ
Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian
ngắn :
- Ứng suất tiếp xúc cho phép :
[ ]
[ ]
2
22
/1040416.5,2.5,2 mmN

1
+
=
σ

( )
2
3
6
1
/39,390
96.5,31
4,1.35,0.3,1.12,3
.
2,3.105
10.05,1
mmN
Hqt
=
+
=
σ
Trong đó hệ số quá tải : k
qt
= 1,4

[ ]
11 HqtHqt
σσ
<⇒

Môđun pháp : m
n
= 2,5 mm
Số răng : Z
1
= 20; Z
2
= 64
Góc ăn khớp :
0
20=
w
α
Đường kính vòng chia( lăn ):

mmZmd
w
5020.5,2.
11
===

mmZmd
w
16064.5,2.
22
===
Khoảng cách trục:
a
w
= 105

N
nd
N
d
T
F
ww
II
t
436
66,306.50
35,0.10.55,9.2
.
.10.55,9.2
.2
6
1
6
1
====
Lực hướng tâm:

NtgtgFF
wtr
15920.436. ===
α
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang15
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
2.Thiết kế trục:

+ Khoảng cách giữa khe hở bánh xích và thành trong của hộp: a = 10 [mm]
+ Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp giảm tốc: l
1
= 10 [mm]
+ Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay ngoài hộp đến ổ: l
2
= 20 [mm]
Trục II:
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang16
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
L
32828
M
x
M
uy
M
ux
l
1
R
Y
B
X
B
B
A
T
W

=159[N]
Mx=
[ ]
N.mm
96
.0,339,55.10
n
.N9,55.10
6
1
Ii
6
32828==
Tính phản lực ở các gối trục:
N
L
lR
L
W
X
B
74
700
159.75,31
2
700
.133.
2
10
=

Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm:
Ở tiết diện A:

22
uxuyu
MMM +=
Trong đó:
mmNM
mmNlRM
mmNlTM
u
ux
uy
.14735504813843
.504875,31.159.
.1384375,31.436.
22
1
1
=+=⇒
===
===
Đường kính trục tại tiết diện trên là:
3
][1,0
σ
td
M
d ≥
Trong đó:

.26795259006867
.25900350.74.
.6867350.20.
22
1
1
=+=⇒
===
===
Đường kính trục tại tiết diện trên là:
3
][1,0
σ
td
M
d ≥
Trong đó:
mmNMMMM
uxutd
.26795.75,0
22
==+=
Tra bảng 7-2_TKCTM-NXBGD chọn
2
/50][ mmN=
σ
mmd
mm
49,17
50.1,0

σψσ
βε
σ
σ
σ
σ
σ
+
=
−
.
.
1
Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng
σ
a
= σ
max
= σ
min
=
W
M
u
; σ
m
= 0
vậy
a
k

Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu
kỳ mạch động.
τ
a
= τ
min
=
o
x
W
M
.22
max
=
τ
;
σ
-1
- giới hạn mỏi uốn
σ
-1
= 0,45.σ
b
= 0,45.600 = 270 [N/mm
2
]
(trục làm bằng thép 45 nên có σ
b
= 600 [N/mm
2

τ
- hệ số kích thước: xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục
đến giới hạn mỏi ( tra bảng 7-4).
k
σ

và k
τ
- hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn
[n] - hệ số an toàn cho phép: trong điều kiện làm việc bình thường lấy [n] =
1,5
* Đối với trục I:
Momen cản uốn
][785
32
20.14,3
32
3
33
mm
d
W ===
π
Momen cản xoắn
][1570
16
20.14,3
16
3
33

a
===
τ
Chọn hệ số k
σ

, k
τ
, ε
σ
và ε
τ
Theo bảng 7-4 (TKCTM) lấy
ε
σ
= 0,88
ε
τ
= 0,77
Theo bảng 7-8 (TKCTM) tập trung cho rãnh then
k
σ
= 1,63
k
τ
= 1,5
Tỷ số:
85,1
88,0
63,1k

−+=
σ
σ
τ
τ
εε
kk
Thay các giá trị tìm được vào công thức (7-6) và (7-7) ta được:

53,5
77,18.6,2
270
==
σ
n
14,7
45,10.05,045,10.96,1
150
=
+
=
τ
n
37,4
14,753,5
14,7.53,5
22
=
+
=n

Hệ thống điều khiển mạch điện:
Hình 3_1 sơ đồ mạch điện điều khiển
Hệ thống điều khiển bằng khí nén:
Sơ đồ mạch khí nén sử dụng một pistong_xilanh để truyền chuyển động
chạy dao khi cắt, một van tiết lưu để điều chỉnh tốc độ chạy dao cho phù hợp,
tránh hiện tượng tốc độ chạy dao quá lớn làm kẹt dao không cắt được. Một van
điện 5/2 tác động một đầu bàng nam châm điện và một đầu bằng lò xo để cấp khí
cho pistong và được điều khiển bởi công tất K1
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang22
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
pt
K2
K3
VD
Hình 3_2 sơ đồ mạch khí nén điều khiể TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bài giảng: BÀI Thủy khí và lập trình PLC _ Trần Ngọc Hải.
[2] Giáo trình: Hệ thống truyền động thủy khí_ Trần Xuân Tùy và
Trần Ngọc Hải.
[3] Thiết kế chi tiết máy (Tác giả :Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn
Lẫm) Nhà xuất bản giáo dục – 1999
[4]Tính toán thiết kế hệ dẫn đông cơ khí_ Trịnh Chất và Lê Văn Uyển
[5] Giáo trình: Trang bị điện_ Lê Tiến Dũng
[6] Giáo Trình: Thiết bị nâng chuyển_ Nguyễn Xuân HùngSVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang23