Mục lục
Lời nói đầu
Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, khoa học kỹ
thuật ngày càng phát triển, nhiều thành tựu mới đã được áp dụng vào lĩnh vực công
nghệ sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng, kỹ thuật của quá trình
sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động. Việc tăng năng suất máy và giảm giá
thành thiết bị là hai yếu tố của hệ truyền động điện hay một cơ cấu nào đó là rất
khó khăn.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó và cùng với những kiến thức đã được học,
nhóm em đã chọn đồ án môn học với đề tài : “ Thiết kế hệ thống truyền động ăn
dao máy tiện”
Đề tài bao gồm 4 chương lớn:
Chương 1: Yêu cầu về công nghệ và truyền động cho máy tiện
Chương 2: Tính toán chọn động cơ
Chương 3: Lựa chọn phương án truyền động và tính toán mạch
Chương 4 : Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Chương 5: Xây dựng cấu trúc hệ truyền động và mô phỏng
Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của cô
giáo Nguyễn Thị Liên Anh, em đã hoàn thành xong bản đồ án môn học này.
1
Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế, nên bản đồ án của
em không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất kính mong nhận được sự góp
ý bổ sung của các thầy, cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2014

Chương I : Yêu cầu về công nghệ và truyền động cho
máy tiện
I. Yêu cầu công nghệ.
1. Đặc điểm công nghệ.
1.1. Công dụng của máy tiện.

là momen ứng với tốc độ w = 0.
- M
c
là momen khi máy có tốc độ w
c
.
- M
c.đm
momen ứng với tốc độ định mức.
Ứng với truyền động ăn dao thì q = 0, tức là M
c
= M
c.đm
= const.
Từ đây ta vẽ được đặc tính cơ của truyền động ăn dao :
3
Hình 1.2. Đặc tính cơ của truyền động ăn dao.
2. Đồ thị phụ tải.
Lực ăn dao của truyền động ăn dao được xác định theo công thức:
F
ad
=kF
x
+ F
ms
+ F
d
, [N]
Công suất ăn dao của máy tiện được xác định bằng công thức:
P

4
Hình 1.3. Đồ thị phụ tải của truyền động ăn dao.
Ở dải tốc độ rộng v
1
<v<v
2
momen phụ tải là hằng số, ở vùng tốc độ v<v
1

và v>v
2
momen phụ tải sẽ thay đổi tuyến tính theo tốc độ.
II. Yêu cầu về truyền động.
- Truyền động ăn dao cần phải đảo chiều quay để đảm bản ăn dao hai
chiều. Đảo chiều bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện
hoặc dùng khớp li hợp điện tử. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền
động ăn dao thường là D = (50 ÷ 300)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06
và 1,26 và mô men không đổi ( M = const).
- Truyền động ăn dao là liên tục, động cơ chạy theo chế độ dài hạn.
- Ở chế độ xác lập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phụ tải thay
đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và hãm êm. Tốc độ
di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng cần liên hệ với
tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên năng lượng ăn dao.
Truyền động ăn dao thường có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, nên động cơ cần
được kiểm tra theo điều kiện momen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tính đến sự
giảm momen động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện momen
khởi động.
5
Chương 2 : Tính toán chọn động cơ
I. Thông số động cơ.

Ưu điểm :
- Cấu tạo đơn giản, giá thành
hạ, vận hành tin cậy chắc
chắn.
- Có thể sử dụng trực tiếp nguồn
xoay chiều.
Nhược điểm :
- Điều khiển tốc độ khó khăn
hơn động cơ một chiều.
- Các chỉ tiêu khởi động xấu
hơn động cơ một chiều.
So sánh ưu điểm và nhược điểm của 2 loại động cơ trên ,ta chọn sử dụng động cơ
điện một chiều kích từ độc lập.
2. Tính toán và chọn động cơ.
2.1. Tính toán công suất động cơ.
• Công suất ăn dao của máy tiện :
P
ad
= F
ad
. V
ad
. 10
-3
(kW)
F
ad
= 600 (N), V
ad.min
= 0,049 (m/phút) ; V

2.2. Tính toán tốc độ động cơ.
- Tốc độ ăn dao nhỏ nhất :V
ad.min
= 0,049 (m/phút) ;
- Tốc độ ăn dao lớn nhất : V
ad.max
= 470(m/phút) ;
- Bán kính qui đổi là ρ = V
ad
/ W
Đ
= 0,049 (m)
• Tốc độ động cơ nhỏ nhất là :
Đtt.min
= = 0,0167 (rad/s)
• Tốc độ động cơ lớn nhất là :
Đtt.max
= = 159,864 (rad/s)
 Tốc độ lớn nhất : n
max
= 159,864.9,55 = 1527 (vòng /phút)
• Momen qui đổi về trục động cơ :
M
cqđ
= = = 36,75 (N.m)
• Từ các số liệu tính toán trên ta chọn được động cơ phù hợp :
Tên động cơ Công suất định
mức (P
đm
)

3
, T
5
là các tiristor nhóm
catot chung, T
2
T
4
T
6
nhóm anot chung. Động cơ được điều khiển bằng
cách thay đổi góc mở α của hệ để thay đổi điện áp ra phần ứng của động
cơ. Góc mở α được tính từ giao điểm các nửa hình sin.
Giả thiết T
5,
T
6
đang dẫn nên V
F
= U
c
, V
G
= U
b
Tại = π/6 + α cho xung điều khiển để mở T
1
, tiristor này sẽ mở vì U
a


> U
c
. Sự mở T
2

9
làm cho T
6
bị khóa một cách tự nhiên , lúc này T
1
và T
2
dẫn và điện áp
trên tải U
d
= U
a
– U
c
Tại = 5π/6 + α lúc này ta có U
b
> U
a
, U
c
cho xung mồi mở T
3
, tiristor
này sẽ mở vì U
b

dẫn thì có điện áp U
c
tác dụng lên anot của T
4
mà U
c

> U
a
. Sự mở T
4
làm cho T
2
bị khóa một cách tự nhiên , lúc này T
3
và T
4

dẫn và điện áp trên tải U
d
= U
b
– U
a
Tại = 9π/6 + α lúc này ta có U
c
> U
a
, U
b

cho xung mồi mở T
6
, tiristor
này sẽ mở vì khi T
4
dẫn thì có điện áp U
a
tác dụng lên anot của T
6
mà U
a

> U
b
. Sự mở T
6
làm cho T
4
bị khóa một cách tự nhiên , lúc này T
5
và T
6

dẫn và điện áp trên tải U
d
= U
c
– U
b.
10

= 6% U
Ddm
= 13,2V là sụt áp trên máy biến áp.
- + ∆U
L
là sụt áp trên cuộn kháng lọc, thường khoảng (5 ÷ 10%)U
tải,đm
.
Chọn ∆U
L
= 2%U
Ddm
= 4,4V là sụt áp trên cuộn kháng lọc.
Từ đó, điện áp một chiều sau chỉnh lưu tính được :
U
dđm
= 220 + 2.1,8 + 13,2 + 4,4 = 241,2 (V).
Do là chỉnh lưu cầu ba pha nên :
U
dđm
= 2,34U
2
cosα
min
.
Chọn α
min
= 15
o
, do đó điện áp thứ cấp định mức máy biến áp

1
= I
2
/k
ba
= 35,496 /2,06 = 17,23 A.
1.2. Tính toán mạch lọc.
Sau chỉnh lưu, nhất thiết phải có bộ lọc để san bằng độ đập
mạch (hay lọc loại bỏ thành phần xoay chiều ) của điện áp
chỉnh lưu đến mức cần thiết mà tải yêu cầu. Mục đích của việc
tính toán bộ lọc là xác định các trị số cần thiết của điện cảm lọc
và tụ điện lọc sao cho thỏa mãn hệ số đập mạch cho trước đồng
thời hiệu chỉnh để có kích thước vừa phải.
11
Hình 3.2a. Bộ lọc điện cảm
Sử dụng lọc điện cảm mắc nối tiếp với tải. Lọc điện cảm rất
phù hợp với loại tải công suất lớn, vì công suất càng lớn thì
điện trở tải R
t
sẽ càng nhỏ và dễ dàng thực hiện điều kiện lọc tốt
là X
L
>> R
t
. Các bộ lọc một chiều thường dùng hệ số san bằng
k
sb
để đánh giá hiệu quả của bộ lọc :

Trong đó :

Với V
admax
, V
admin
lần lượt là tốc độ ăn dao lớn nhất và nhỏ nhất của máy
tiện.
Mặt khác : D = D
cơ
. D
điện
.
Trong đó : D
cơ
là phạm vi điều chỉnh cơ, theo bài D
cơ
= 100/1
D
điện
là phạm vi điều chỉnh điện của động cơ. D
điện
=
- là tốc độ động cơ lớn nhất, ứng với
- là tốc độ động cơ nhỏ nhất, ứng với
Khi góc mở nhỏ nhất α = α
min
thì điện áp trên tải lớn nhất:
U
dmax
= 2,34U
2

= 1,33.1,64 + 0,269.43,5 = 13,88V
Từ đây ta tính được điện áp phía một chiều nhỏ nhất :
U
dmin
= U
Dmin
+ = 13,88 + 25,6 = 39,48V.
Từ (*) , ta được :
13
Cos
max
= = = 0,15
Dựa vào cos
max
ta tính được hệ số đập mạch tương đối k
*
dm
= 0,34
Hệ số đập mạch vào :
k
đmv
= k
*
dm
. = = 2,67.
Chọn k
dmr
= 0,5. Ta tính được hệ số san bằng :
k
sb

Trong đó: I
v
– dòng trung bình của van được chọn;
K
iv
– hệ số lưu trữ về dòng điện cho van.
I
tbv
= I
đm
/ 3 = 43,5 /3 =14,5 (A)
K
iv
= 1,2 ÷ 1,4. Chọn k
iv
= 1,3
Từ đó ta được : I
v
> 18,85 (A).
1.3.2. Theo chỉ tiêu điện áp.
Điện áp của van phải thỏa mãn điều kiện :
U
v
> k
uv
.U
ngmax
.
14
Trong đó: k

= 1,1I
v
= 1,1.21 = 23,1 (A).
Chọn cầu chì GSGB25 có I
đm
= 25A.
1.4.2. Bảo vệ quá áp.
+ Bảo vệ quá áp do phía nguồn xoay chiều gây ra.
Chọn varistor V420LA10 có U
đm
= 420(VAC) và U
bảo vệ max
=
1120(V).
+ Bảo vệ các xung áp trên van.
Sử dụng mạch RC mắc song song với van và đặt càng gần van
càng tốt sao cho dây nối ngắn tối đa.
R khoảng vài chục đến 100Ω, chọn R= 40Ω.
C từ 0,1 đến 2µF, chọn C = 1,5 µF.
2. Mạch điều khiển.
2.1. Cấu trúc mạch điều khiển
Mạch điều khiển bao gồm các khâu:
- Khâu đồng bộ (ĐB)
- Khâu tạo điện áp tựa (U
tựa
)
- Khâu so sánh (SS)
- Khâu tạo xung (TX)
- Khâu khuếch đại xung (KĐX)
15

Vì xung dương sau khối so sánh là một xung vuông có độ rộng kéo dài
từ khi xuất hiện cho đến hết nửa chu kì đang xét của điện áp chỉnh lưu,
xung này chưa thích hợp để mở thysistor. Do vậy khâu tạo xung này có
nhiệm vụ:
+ Chế biến xung ra thành dạng thích hợp cho việc mở thysistor ( dạng
xung kim đơn hoặc xung chùm)
+ Khuếch đại đủ công suất mở thysistor
+ Chia xung cấp cho các thysistor
- Khâu khuyếch đại xung
Có nhiệm vụ khuyếch đại để đảm bảo về:
+ Độ lớn của xung
+ Công suất xung điều khiển
+ Cách ly mạch lực với mạch điều khiển.
2.2. Nguyên tắc điều khiển
16
0
α
π
π
2
ω
ω
0
uđf
- Có 2 hệ điều khiển chỉnh lưu cơ bản là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ.
• Hệ đồng bộ: Trong hệ đồng bộ góc mở
α
luôn được xác định, xuất phát từ
một thời điểm cố định của điện áp mạch lực. Vì vậy trong mạch điều khiển
phải có một khâu thực hiện nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bộ hay đồng pha

và thông thường thời điểm tạo điện áp răng cưa trùng với thời điểm
chuyển mạch tự nhiên.
 Điện áp điều khiển (U
đk
)là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được
biên độ .
+ Điện áp răng cưa (U
RC
) và điện áp điều khiển (U
đk
) được đưa vào bộ so
sánh, khi U
RC
= U
đk
sẽ có xung điều khiển mở thông Thyristor.
+ Bằng cách thay đổi điện áp điều khiển U
đk
ta có thể điều chỉnh được thời
điểm phát xung điều khiển mở Thyristor ( tức là điều khiển góc mở α (α = Π
U
U
RC
dk
max
) để xác định U
đk
)
 U
đk

- Ưu điểm của mạch tạo xung đồng bộ bằng biến áp điểm giữa kết hợp với chỉnh
lưu:
+ Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với
mạch điều khiển thường là điện áp thấp.
19
+ Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển cới mạch lực. Điều này
đảm bảo an toàn cho ngưới sử dụng cũng như các linh kiện điều khiển.
+ Khuyếch đại thuật tóan giúp chuẩn hóa dạng xung đồng bộ đồng thời biến
trở R
x1
giúp điều chỉnh độ rộng xung.
Do vậy để tạo ra điện áp tựa đồng bộ với điện áp lưới ta sử dụng biến áp có điểm
giữa kết hợp với chỉnh lưu.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Điện áp xoay chiều 220 V được đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp đồng
pha (sử dụng máy biến áp điểm giữa) qua mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ.
Điện áp chỉnh lưu U
cl
được đưa tới cửa (+) của khuếch đại thuật toán OA để so
sánh với điện áp U
ng
lấy từ biến trở P
1
,
 Nửa chu kỳ đầu U
ba
>0 và U
ba
'
< 0 ⇒ D

).
 Nếu U
cl
< U
ng
thì U
db
= - U
bh
(V)
 Nếu U
cl
> U
p
thì U
db
= +U
bh
(V)
+ Điện áp ra U
db
là xung đồng bộ có dạng xung chữ nhật.
+ Điều chỉnh P
1
để thay đổi điện áp U
ng
đưa vào cực (-) từ đó thay đổi độ
rộng xung của xung đồng bộ. Ta điều chỉnh biến trở P
1
để độ rộng xung âm là

=
∫
−
t
tc
di
C
0
.
1
=
d
t
t
R
E
C
∫
−
−
0
)(
1
21
Như vậy điện áp trên tụ C tăng trưởng tuyến tính tạo nên sườn lên của xung
răng cưa.
+ Khi U
db
> 0 thì D
3

6
). Vì thế
độ chính xác so sánh rất cao , độ trễ không quá vài micro giây. Điện trở ra R
r
= 0
(thực tế R
r
= 0 đến 200Ω).
+ Thời gian chuyển từ - U
bh
đến+ U
bh
bằng 0 (thực tế là vô cùng nhỏ).
- Do U
đk
dùng trong mạch điều khiển không âm nên ta chọn mạch so sánh hai cửa
dùng khuếch đại thuật toán OA
22
- Nguyên lý hoạt động:
+Điện áp răng cưa U
rc
được đưa vào cửa (-) của khuếch đại thuật toán, còn
điện áp điều khiển U
đk
được đưa vào cửa (+). Khi đó điện áp ra là:
U
ra
= k
0
(U

hiệu sau khâu so sánh với nguồn tạo xung chùm.
23
Khâu tạo xung trùm.
2.3.5. Mạch khuếch đại xung.
Sử dụng khuếch đại xung ghép biến áp xung, đây là phương pháp ghép thông
dụng nhất hiện nay vì dễ dàng cách ly điều khiển và lực.
+ Hệ số khuếch đại dòng K
I
= I
g
/I
v
. Do đó, K
I
rất lớn, trong khoảng (100÷200A),
mà các tầng khuếch đại thường có hệ số khuếch đại β<100 nên KĐX thường gồm
2 tầng khuếch đại. - Xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé cỡ 10 ÷ 200 µs , trong
khi đó thời gian mở thông Thyristor dài, điều này sẽ làm cho công suất tỏa nhiệt
của Transitor lớn và kích thước biến áp xung lớn . Để khắc phục ta sửa các xung
vuông thành dạng xung kim bằng cách nối thêm tụ C
2
.
- Điện áp trên tụ :

).21.(
)(
e
U
t
u

bh
t
R
−
=
.
.2
24
Sơ đồ mạch khuếch đại xung
+E
Tr1
Tr2
BAX
D6
*
*
R13
R14
um
U10
Như vậy điện áp suy giảm theo hàm mũ với hằng số thời gian
τ
,do đó sau
thời gian khoảng 3
τ
thì có thể cho rằng điện áp ra về không.Vậy độ rộng xung đơn
tạo ra theo phương pháp này là : t
x
=3
τ