THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG CẢI TIẾN, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG , thuyết minh THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG, động học THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG, kết cấu máy THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG, nguyên lý máy THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN THÙNG TỰ ĐỘNG
SVTH :
MSSV :
GVHD : TS. LẠI KHẮC LIỄM
BỘ MÔN : THIẾT KẾ MÁY
Tp HCM , Tháng 4/ 2013
MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh kinh tế hiện nay, trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, đang từng bước phát triễn. Đời sống con người ngày càng được nâng cao, yêu cầu về hàng hoá để phục vụ cho con người không chỉ có chất lượng cao, số lượng nhiều, tốc độ nhanh mà còn có cả tính thẩm mỹ. Vì thế hàng hóa cần được bao bì, đóng gói.
Các sản phẩm sau khi được đóng gói, bao bì sẽ được đóng thành từng kiện (mỗi kiện có nhiều gói phụ thuộc vào kích thước lớn hay nhỏ của kiện). Các kiện này là những thùng được làm bằng chất liệu như gỗ, giấy… nhưng chất liệu chủ yếu là giấy. Đóng thùng sản phẩm thành các kiện giúp bảo quản sản phẩm tốt hơn, việc kiểm tra, vận chuyển từ nơi này tới nơi khác đơn giản hơn. Đáp ứng cho yêu cầu này, nhiều loại máy móc thiết bị đã ra đời.
Đóng thùng sản phẩm là cho sản phẩm vào thùng giấy đã được chế tạo sẵn, sau đó dùng băng keo dán kín miệng thùng. Công việc này hiện nay hầu hết được thực hiện bằng tay và các thiết bị cầm tay cho năng suất thấp. Để đáp ứng cho các yêu cầu của hàng hóa là số lượng nhiều, tốc độ nhanh, có tính thẩm mỹ, ta cần áp dụng các hệ thống dán thùng tự động.
Vì vậy, em tiến hành khảo sát và thực hiện đề tài : “Thiết Kế Hệ Thống Dán Thùng Tự Động”.
Hệ thống dán thùng tự động bao gồm: một băng tải để vận chuyển thùng, một máy dán thùng bằng băng keo.
Nội dung cụ thể của luận án bao gồm : chọn phương án dán thùng, tính toán động học, tính bền hệ thống truyền động và kết cấu, thiết kế băng tải, thiết kế cơ cấu dán (chủ yếu là xác định kích thước động và kết cấu), chọn sơ đồ mạch điện để điều khiển cả hệ thống.
MỤC LỤC
Trang
Mở Đầu...................................................................................................................................... 1
Chương 1 : Chọn sơ đồ động.................................................................................................. 2
1.1 - Yêu cầu kỹ thuật.................................................................................................... 2
1.2 - Các phương án dán băng keo............................................................................... 3
1.2.1 - Các phương án thiết kế............................................................................ 3
1.2.2 - Chọn phương án thiết kế....................................................................... 10
Chương 2 : Chọn động cơ, tính toán động học.................................................................. 11
2.1 - Chọn động cơ....................................................................................................... 11
2.2 - Tính toán động học............................................................................................. 17
Chương 3 : Tính bền hệ thống truyền động....................................................................... 19
3.1 - Tính toán bộ truyền xích.......................................................................... 19
3.2 - Tính toán các bộ truyền bánh răng......................................................... 23
3.3 - Tính toán trục, then, khớp nối và chọn ổ............................................... 38
3.4 - Thiết kế vỏ hộp giảm tốc và chọn các chi tiết phụ............................... 58
Chương 4 : Thiết kế băng tải................................................................................................ 65
4.1 - Tính toán tang dẫn động và bị động................................................................. 65
4.2 - Tính toán con lăn đỡ........................................................................................... 75
Chương 5 : Thiết kế cơ cấu dán băng keo.......................................................................... 76
5.1 - Sơ đồ nguyên lý................................................................................................... 76
5.2 - Xác định kích thước cơ cấu dán băng keo....................................................... 76
Chương 6 : Thiết kế mạch điện điều khiển........................................................................ 84
6.1 - Yêu cầu của mạch điện điều khiển................................................................... 84
6.2 - Chọn các thiết bị điện......................................................................................... 84
6.3 - Mạch điện điều khiển......................................................................................... 85
Tài liệu tham khảo................................................................................................................. 88
CHƯƠNG 1 : CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG
1.1 - Yêu cầu kỹ thuật :
- Thùng được thực hiện trong hệ thống này là thùng giấy (thùng carton).
- Năng suất 2400 (thùng/giờ).
- Thực hiện dán băng keo cả mặt trên và mặt dưới của thùng một cách đồng thời.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của thùng.
- Miệng thùng giấy sau khi dán phải kín, đường băng keo phẳng, không có bọng khí.
- Dán được những thùng có kích thước sau :
|
Thông số |
Min |
Max |
|
Chiều dài a (mm) |
150 |
600 |
|
Chiều cao b (mm) |
150 |
600 |
|
Chiều rộng c (mm) |
150 |
500 |
|
Khối lượng (kg) |
1 |
20 |
1.2 - Các phương án dán băng keo :
1.2.1 - Các phương án thiết kế :
1) Phương án 1:
1 - Thùng giấy 12 - Khâu 12 23 - Cuộn băng keo
2 - Con lăn dán băng keo 13 - Lò xo kéo 24 - Dây băng keo
3 - Con lăn dán băng keo 14 - Khâu 14 25 - Con lăn
4 - Lò xo kéo 15 - Con lăn dán băng keo 26 - Khâu 26
5 - Khâu 5 16 - Con lăn dán băng keo 27- Lò xo kéo
6 - Con lăn 17 - Khâu 17 28 - Băng tải
7 - Dây băng keo 18 - Lò xo kéo 29 - Bộ truyền xích
8 - Cuộn băng keo 19 - Khâu 19 30 - Hộp truyền động
9 - Con lăn 20 - Khâu 20 31 - Khớp nối
10 - Dao cắt băng keo 21 - Dao cắt băng keo 32 - Động cơ
11- Khâu 11 22 - Con lăn
a) Nguyên lý hoạt động :
- Băng tải (28) gồm 2 băng tải được đặt song song với nhau, cách một khoảng cho trước để lắp cụm dán băng keo dưới và chuyển động nhờ một động cơ (32) qua khớp nối (31) đến hộp truyền động (30) và bộ truyền xích (29).
- Dây băng keo (7),(24) được kéo ra từ cuộn băng keo (8),(23) vòng qua các con lăn (6),(9) và con lăn(22),(18) có tác dụng làm căng băng keo và đến vị trí con lăn dán băng keo (2),(3).
- Thùng giấy (1) được băng tải (28) đưa vào cụm dán băng keo trên và dưới để tiến hành dán. Khi thùng giấy di chuyển đến vị trí con lăn dán băng keo (2),(3), tác động làm cho con lăn dán băng keo (2),(3) được đẩy lên, đồng thời khâu (5),(26) được nâng lên, tác động qua khâu (12),(19) rồi đến khâu (14),(17) làm hai con lăn dán băng keo (15),(16) được nâng lên. Dây băng keo bắt đầu được dán khi thùng giấy chạm vào con lăn dán băng keo (2),(3). Thùng giấy di chuyển gần tới vị trí dao cắt (10),(21) thì tác động vào khâu (11),(20) làm dao cắt được nâng lên. Khi thùng di chuyển ra khỏi khâu (11),(20) không còn tác động vào khâu này thì khâu này được hạ xuống nhờ lò xo kéo (4),(27). Do dao cắt băng keo (10),(21) được gắn trên khâu (11),(20) nên khi khâu này hạ xuống thì hai dao cắt (10),(21) cũng được hạ xuống và cắt dây băng keo. Quá trình dán băng keo lên thùng giấy được kết thúc khi thùng di chuyển ra khỏi con lăn dán băng keo (15),(16), khi đó các con lăn dán băng keo (2),(3),(15),(16) đồng thời được hạ xuống nhờ các lò xo kéo (13),(18). Con lăn dán băng keo (15),(16) có tác dụng ép chặt lại dây băng keo lên thùng giấy. Thùng đầu tiên được dán xong thì thùng thứ hai được đưa vào và quá trình cứ diễn ra liên tục.
- Việc điều chỉnh máy theo chiều cao của thùng giấy nhờ trục vis. Trục vis sẽ di chuyển toàn bộ cụm dán băng keo trên lên hoặc xuống sao cho phù hợp với chiều cao của thùng.
- Để phù hợp với chiều rộng của thùng giấy, ta điều chỉnh khoảng cách giữa hai thang dẫn hướng đặt phía trên băng tải (28).
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Kết cấu đơn giản.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
c) Nhược điểm :
- Mặt trên của thùng không được nén chặt.
- Không thực hiện được đối với thùng có chiều rộng quá nhỏ.
- Nhiều bọng khí.
2) Phương án 2 :
38 - Băng tải 40- Hộp truyền động 42 - Động cơ
39 - Bộ truyền xích 41 - Khớp nối
a) Nguyên lý hoạt động :
- Cơ cấu dán băng keo và quá trình dán tương tự phương án 1 nhưng khác ở chổ là thùng giấy được vận chuyển nhờ hai băng tải (38) riêng biệt, mỗi băng tải này chuyển động nhờ một động cơ (42) qua khớp nối (41) đến hộp truyền động (40) và bộ truyền xích (39). Hai băng tải riêng biệt này áp sát hai mặt bên của thùng giấy và di chuyển lôi thùng đi.
- Việc điều chỉnh máy theo chiều cao thùng giấy tương tự phương án 1.
- Để phù hợp với chiều rộng của thùng, ta điều chỉnh khoảng cách giữa hai băng tải (38).
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
- Thực hiện được với thùng có chiều rộng nhỏ.
c) Nhược điểm :
- Kết cấu phức tạp.
- Thùng di chuyển không đồng bộ, đường băng keo dán không phẳng.
- Có hiện tượng trượt giữa băng tải và hai mặt bên của thùng, làm thùng bị trầy xước, giảm tuổi thọ băng tải.
- Mặt trên của thùng không được nén chặt.
- Nhiều bọng khí.
3) Phương án 3:
33 - Băng tải 35- Hộp truyền động 37 - Động cơ
34 - Bộ truyền xích 36 - Khớp nối
a) Nguyên lý hoạt động :
- Cơ cấu dán băng keo và quá trình dán tương tự phương án 1.
- Việc điều chỉnh máy sao cho phù hợp với chiều cao và chiều rộng của thùng giấy tương tự phương án 1.
- Khác với phương án 1 là có thêm băng tải (33) lắp tại vị trí cụm dán băng keo trên, có tác dụng là nén chặt và hỗ trợ di chuyển thùng giấy. Băng tải (33) bao gồm hai băng tải đặt song song với nhau và cách nhau một khoảng cho trước để lắp cụm dán băng keo trên, cùng chuyển động nhờ một động cơ (37) qua khớp nối (36) đến hộp truyền động (35) và bộ truyền xích (34).
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Kết cấu đơn giản.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
- Mặt trên của thùng được nén chặt.
- Thùng di chuyển nhẹ nhàng, ổn định, đường băng keo phẳng, ít bọng khí.
c) Nhược điểm :
- Không thực hiện được đối với thùng có chiều rộng quá nhỏ.
4) Phương án 4 :
33 - Băng tải 35 - Hộp truyền động 37 - Động cơ
34 - Bộ truyền xích 36 - Khớp nối
a) Nguyên lý hoạt động :
- Cơ cấu dán băng keo và quá trình dán tương tự phương án 2.
- Việc điều chỉnh máy sao cho phù hợp với chiều cao và chiều rộng của thùng giấy tương tự phương án 2.
- Khác với phương án 2 là có thêm băng tải (33) lắp tại vị trí cụm dán băng keo trên, có tác dụng là nén chặt và hỗ trợ di chuyển thùng giấy.
b) Ưu điểm :
- Năng suất cao.
- Thực hiện dán băng keo mặt trên và mặt dưới của thùng.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi kích thước của thùng.
- Lắp ráp vận hành đơn giản.
- Thực hiện được với thùng có chiều rộng nhỏ.
- Mặt trên của thùng được nén chặt.
- Thùng di chuyển tương đối ổn định, nhẹ nhàng, ít bọng khí.
c) Nhược điểm :
- Kết cấu phức tạp.
- Thùng di chuyển không đồng bộ.
- Có hiện tượng trượt giữa băng tải và hai mặt bên của thùng, làm thùng bị trầy xước, giảm tuổi thọ băng tải.
1.2.2 - Chọn phương án thiết kế:
- Dựa vào yêu cầu kỹ thuật của hệ thống, nguyên lý làm việc, các ưu điểm và nhược điểm của từng phương án, ta chọn phương án thiết kế là phương án 3.
....................................
CHƯƠNG 2 : CHỌN ĐỘNG CƠ, TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC
2.1- Chọn động cơ :
- Do động cơ kéo đồng thời 2 băng tải , nên tải trọng tác động lên một băng tải là G=20/2=10(kg) (xét trường hợp thùng giấy nằm đều trên 2 băng tải ).
- Khoảng cách giữa 2 băng tải phải nhỏ hơn chiều rộng nhỏ nhất của thùng là Cmin=150 (mm).
+Giả sử để thùng di chuyển được thì mỗi bên thùng tiếp xúc với từng băng tải lớn hơn 1/6 chiều rộng thùng.
+Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai băng tải là: 4/6-=4/6.150 =100 (mm)
+Khoảng cách lớn nhất giữa hai băng tải là: 4/6-=4/6.500 =333 (mm)
Do máy có cơ cấu dẫn hướng nên xu hướng thùng bị xoay xem như không đáng kể, ta chọn khoảng cách giữa hai băng tải là 110 (mm).
- Chiều rộng nhỏ nhất của băng :
Đối với thùng có : 1/6 = 1/6.150 =25 (mm)
Đối với thùng có : 1/6 = 1/6.500 =83 (mm)
Nên ta chọn chiều rộng băng tải là 100 (mm)
- Lựa chọn các thông số cơ bản.
+Thời gian vận chuyển một thùng:
(giây) (2.82[2])
Trong đó Z -là năng suất giờ của đường dây chuyền.
- Chọn khoảng cách giữa 2 thùng liên tiếp là a = 400 (mm)
- Vận tốc của băng tải :
(m/s) (2.81[2])
Trong đó :
a-bước giữa đường tâm các bộ phận làm việc hay chiều dài của một chổ làm việc.
i-số sản phẩm trong một bộ phận làm việc.
- Năng suất khối lượng tính toán lớn nhất:
(T/giờ)
- Khoảng cách giữa các con lăn lấy cho nhánh có tải cho nhánh không tải
- Trọng lượng thùng có ích trên 1 mét dài của băng:
- Chọn dây băng loại 3 ( bảng 4.3[1]); vải bạt B-820 (bảng 4.5[1])
- Chiều dài dây băng:
( bảng 4.12[1])
Với :
+- chiều dày lớp bọc cao su ở mặt làm việc. ( bảng 4.6[1])
+- chiều dày một lớp màng cốt. ( bảng 4.5[1])
+i = 1- số lớp màng cốt trong dây băng.
+- chiều dày lớp bọc cao su ở mặt không làm việc. ( bảng 4.6[1])
Tacó : = 2 + 1.1,5 +1,5 =5 (mm)
- Khối lượng dây băng vải cao su trên một đơn vị chiều dài:
(kg/m) (4.11[1])
+B-chiều rộng dây băng.
+-chiều dày dây băng.
+Hệ số cản : = 0,022 (bảng 6.16[1])
- Xác định lực cản chuyển động và kéo căng băng:
- Trọng lượng con lăn trên một mét dài (bảng 6.10[1])
+Nhánh có tải :
+Nhánh không tải :
- Ta chia chu tuyến băng thành bốn đoạn riêng biệt tính từ điểm 1 tới điểm 4, mỗi đoạn có các dạng lực cản khác nhau.
- Tại điểm 1 có lực căng tại nhánh ra của tang dẫn động:
S1=Sra
- Lực cản trên đoạn 1 - 2: (2.33[2])
- Lực kéo căng tại điểm 2: (2.51[2])
- Lực kéo ở đoạn 2-3 : (2.45[2])
- Lực kéo căng tại điểm 3:
- Lực cản trên đoạn 3-4 (2.32[2])
- Lực căng tại 4:
- Xác định
Với :
Ta có :
Suy ra :
- Kiểm tra độ bền của băng
Số lớp vải của băng:
(3.3[2])
+Smax-lực căng tính toán lớn nhất của băng.
+K-hệ số dự trữ bền kéo của băng (bảng 3.6[2])
+Kd-giới hạn bền chống đứt trên cơ sở 1cm của một lớp đệm.
+Kd=55kg/cm-đối với vải bạt mác B-820.
Vậy
- Kiểm tra độ võng:
+Độ võng cho phép:
- Xác định lực kéo :
+Lực cản ở tang dẫn động :
+Lực kéo :
(2.53[2])
- Tính bộ phận dẫn động :
Chọn đường kính tang : - (mm)
Kiểm tra đường kính tang truyền động theo áp lực dây băng lên tang:
- (thỏa mãn)
+pt-áp lực cho phép của dây băng lên tang.
Pt=10000--11000 (kg/m2)
+-góc ôm của dây băng lên tang.
+-hệ số bám giữa dây băng và tang. (bảng 6.6[1])
+W0=Sv-Sr (5.34[1])
+B-bề rộng dây băng.
- Số vòng quay của tang trong một phút :
(vòng/phút)
- Công suất cần thiết của động cơ :
Từ động cơ thông qua khớp nối đến hộp giảm tốc khai triễn hai cấp và bộ truyền xích để kéo một trục, trên trục đó có gắn hai tang chủ động của hai băng tải, do đó: (2.54 [2])
Với
- Chọn tỷ số truyền của hộp giảm tốc là 12; tỷ số truyền của bộ truyền xích là 2,1
(vòng/phút)
- Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ (vòng/phút)
Từ bảng P13 phụ lục [3] với N =0,05(kW) và (vòng/phút), nên ta dùng động cơ : 4A50A4Y3 có (kW),(vòng/phút)
2.2 - Tính toán động học :
+Tỷ số truyền hệ dẫn động:
|
Trục Thông số |
Động cơ |
1 |
2 |
3 |
||
|
Công suất P(kw) |
0,06 |
0,058 |
0,056 |
0,054 |
||
|
Tỷ số truyền u |
|
4,32 |
2,78 |
|||
|
Số vòng quay n(vg/ph) |
1378 |
1378 |
318,98 |
114,74 |
||
|
Mômen xoắn T(Nmm) |
415,82 |
401,82 |
1676,59 |
4494,51 |
||
...............................................
CHƯƠNG 3 : TÍNH BỀN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
3.1 - Tính toán bộ truyền xích :
1) Chọn loại xích:
Do vận tốc thấp, nên ta dùng xích con lăn.
2)Xác định các thông số của xích và bộ truyền :
- Chọn số răng đĩa xích dẫn:
Ta chọn Z1=13 (răng)
Với ux=2,1 : tỉ số truyền bộ truyền xích
- Số răng đĩa xích lớn:
Z2=ux.Z1=13.2,1=27,3 (răng)
Ta chọn Z2=27 (răng)
- Công suất tính toán:
Pt=p.k.kz.kn (5.3[3])
Trong đó:
Z1=13 ; kz=25/Z1=25/13=1,9
Với n01=200vg/ph
kn=n01/n1=200/114,47=1,74
Theo công thức(5.4[3])và bảng( 5.6[3]):
k=k0.ka.kđc.kđ.dc.kbt=1.1.1.1.1,25.1=1,25
+k0=1- hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền.
+ka=1- hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích.
+kđc=1- hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích.
+kđ=1- hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng.
+kc=1,25- hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền.
+kbt=1- hệ số kể đến ảnh hưởng của bôi trơn.
Như vậy:
Pt=0,054.1,25.1,9.1,74=0,22 (kW)
Theo bảng 5.5[3], với n01=200vg/ph, chọn bộ truyền xích 1 dãy có bước xích
p =8(mm) thỏa mãn điều kiện bền mòn:
pt<[p]=0,43 (kW)
- Khoảng cách trục a=40.p=40.8=320 (mm)
- Theo công thức (5.12[3]), số mắt xích :
x=2a/p + 0,5(Z1+Z2)+(Z2- Z1 )2 .p/(4a )
=2.320/8 + 0,5(13+27) + (27-13)2 .8/4..320=100,12 (mm)
Lấy số mắt xích chẳn, chọn x=100
- Tính lại khoảng cách trục a:
a=
=
- Để xích không chịu lực quá lớn, giảm a một lượng bằng:
=0,003.a0,003.319,5=0,95 (mm)
Do đó : a=319,5-0,95=318,5 (mm)
- Số lần va đập của xích, theo công thức (5.14[3]):
i=Z1.n1/15.x=13.114,47/15.100=0,99<[i]=35(bảng 5.9[3]).
3) Tính kiểm nghiệm xích về độ bền :
- Theo công thức (5.15[3]):
s= Q/(kd.Ft+F0+Fv)
- Theo bảng 5.2[3]:
+Tải trọng phá hỏng : Q=4600N
+Khối lượng một mét xích : q=0,2 kg
+kđ=1,2 (tải trọng mở máy bằng 1,5 lần tải trọng danh nghĩa)
v=Z1.t.n1/60000=13.8.114,47/60000=0,2 (m/s)
Ft=1000.p/v=1000.0,054/0,2=270 N
Fv=q.v2 =0,2.0,2=0,008 N
F0=9,81.kf.q.a=9,81.6.0,2.0,318=3,74 N
Trong đó : kf=6
Do đó :
S=4600/(1,2.270+3,74+0,008)=14
Theo bảng 5.10[3] với n0=200vg/ph , ta có [S]=7,8
Vậy S>[S] bộ truyền xích đảm bảo độ bền.
4) Đường kính đĩa xích :
- Theo công thức (5.17[3]) và bảng 13.4[3]:
d1=p/sin()=8/(sin)=33,4 (mm)
d2=p/sin()=8/sin(=68,9 (mm)
da1=p[0,5+cotg()]=8[0,5+cotg()]=36,46 (mm)
da2=p[0,5+cotg()]=8[0,5+cotg()=72,4 (mm)
r=0,5025dl+0,05=0,5025.5+0,05=2,56 (mm)
Với dl=5(bảng 5.2[3])
df1=d1-2r=33,4-2.2,56=28,28 (mm)
df2=d2-2r=68,9-2.2,56=63,78 (mm)
- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc theo công thức:
+k=0,62 vì Z1=13
+E=2,1.10(Mpa)
+k=1(xích 1 dãy)
+A=11 (mm2) (bảng 5.12[3])
+Fvđ=13.10-7.n1.p3.m=13.10.114,47.83.1=0,076 (N)
=920,5 (Mpa)
Vậy dùng thép 40X tôi cải thiện đạt độ rắn HB260, ứng xuất cho phép []=950Mpa(bảng 5.11[3]), đảm bảo được điều kiện tiếp xúc cho răng đĩa 1 và 2.
Tương tự : ( với cùng vật liệu và nhiệt luyện ).
5) Xác định lực tác dụng lên trục :
Theo công thức (5.20[3]):
Fr=kx.Ft=1,05.270=283,5 (N)
Kx=1,05 đối với bộ truyền nghiêng một góc nhỏ hơn 400.
3.2 - Tính toán các bộ truyền bánh răng :
1) Chọn vật liệu chế tạo bánh răng :
- Vật liệu phải thỏa điều kiện về độ bền tiếp xúc (tránh tróc rỗ, mài mòn, dính…) và độ bền uốn. Do không yêu cầu gì đặc biệt và theo quan điểm thống nhất hoá trong thiết kế, ta chọn vật liệu hai cấp bánh răng như nhau. Theo bảng 6.1[3] ta chọn :
+Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện, đạt độ rắn: HB241÷285, có giới hạn bền b=850(Mpa) và ch=580(Mpa).
+Bánh lớn: Thép 45 tôi cải thiện, đạt độ rắn: HB192÷240 có giới hạn bền b=750(Mpa) và ch=450(Mpa).
2) Phân phối tỉ số truyền : uh=12 cho 2 cấp, theo bảng3.1[3] ta có : u1=4,32 và u2=2,78
3) Xác định ứng suất cho phép :
- Ứng suất tiếp xúc cho phép :
[H]= Hlim KHL ZRZVKLKxH/SH
- Tra bảng 6.2[3] với thép 45 tôi cải thiện có độ rắn HB180÷350 ta có :
Hlim=2HB+70
+SH=1,1(hệ số an toàn phụ thuộc vào phương pháp nhiệt luyện)
+Flim=1,8HB
+SF=1,75 (hệ số an toàn trung bình).
- Chọn độ rắn của bánh nhỏ: HB1=245; độ rắn của bánh lớn: HB2=230
Hlim1=2.245+70=560 (MPa)
FLim1=1,8.245=441(MPa)
HLim2=2.230+70=530(MPa)
Flim2=1,8.230=414(MPa)
+Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở : NHO=30
Ta có: NHO1=30.(245)2,4=1,6.107
NHO2=30.(230)2,4=1,39. 107
Do bộ truyền chịu tải trọng tĩnh :
NHE = NFE = N = 60cn
Với c , n , lần lượt là số lần ăn khớp trong một vòng quay , số vòng quay trong một phút và tổng thời gian làm việc của bánh răng đang xét .
+c=1
+n1=1378 vòng/phút
+n2=318,98 vòng/phút
+Bộ truyền làm việc 2 ca trong 1 ngày, ca 8 giờ và sử dụng 300 ngày trong 1 năm, thời gian phục vụ 5 năm.
=2.8.300.5=24000 (giờ)
Ta có : NHE2=NFE2=60.1.1378.24000=1,98.109
NHE3= NFE3=60.1.318,98.24000=0,46.109
Vậy : NHE1> NHO1, ta có KHL1=1
NHE2> NHO2, ta có KHL2=1
- Sơ bộ ta xác định được ứng suất tiếp xúc cho phép (sơ bộ lấy ZRZVK
]= Hlim.KHL/SH..
[
]1=560.1/1,1=509(Mpa).
[
]2=530.1/1,1=481,8(Mpa).
- Với cấp nhanh và cấp chậm ta đều sử dụng bánh răng thẳng , do đó theo công thức (6.12[3]) , ta có :
......................................
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ BĂNG TẢI
4.1- Tính toán tang dẫn động và bị dẫn :
4.1.1- Sơ lược về tang dẫn động và bị dẫn :
- Tang dẫn động và bị dẫn được chế tạo bằng gang đúc hay thép hàn CT3; chiều dài tang chọn là 120(mm)
- Đường kính tang:=100(mm)
- Bề rộng băng B=100 (mm)
4.1.2- Tính toán trục tang :
1) Trục dẫn động :
a) Vật liệu làm trục tang :
- Chọn vật liệu làm trục tang là thép 45XH có
b) Đường kính trục tang :
- Mômen xoắn trên trục tang :
(Nmm)
- Tính sơ bộ theo công thức (10.9[3])
Lực tác dụng lên trục tang :
- Lực vòng : ==174,78 (N)
- Lực căng băng : (kg)=149,5(N)
- Lực từ đĩa xích : Fx =283,5(N)
- Khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:
+Khoảng cách từ tâm của đĩa xích tới tâm của ổ là 46 (mm).
+Khoảng cách từ tâm của ổ đến tâm của tang là 76,5 (mm).
+Chiều dài của trục tang là 245 (mm).
- Xác định mômen trên các đoạn trục :
+Ox :
FxA+ FxB+Fx-2 Ft=0
FxA= FxB = (N)
+Oy :
FyA – 2Fc+ FyB=0
(N)
+Mômen xoắn T=T4=8739 (Nmm)
-Xác định đường kính trục :
+Xác định mômen uốn tổng :
Mkj =
+Mkj : Mômen uốn tổng tại tiết diện j thuộc trục k
+Mkyj : Mômen uốn trong mặt phẳng yoz tại tiết diện j thuộc trục k
+Mkjx : Mômen uốn trong mặt phẳng xoz tại tiết diện j thuộc trục k
- Xác định mômen tương đương :
Mktdj =
+Mktđj : Mômen tương đương tại tiết diện j thuộc trục k
+Tkj : mômen xoắn tại tiết j thuộc trục k
Suy ra :
Mtđ1 =7568,2 (Nmm)
Mtđ2 =19153,4 (Nmm)
Mtđ3 = 24160,6 (Nmm)
Mtđ4 =19153,4 (Nmm)
Mtđ5 =7568,2 (Nmm)
- Đường kính trục tại tiết diện j tại trục k theo công thức :
dkj = (10.17[3])
+ dkj là đường kính trục tại tiết diện j tại trục k
+[ s ] của thép chế tạo trục.
Tra bảng 10.5[3]: [ s ] = 65 (Mpa)
Vậy :
d1 =10,5 mm; d2 =14,34 mm; d3 =15,5 mm; d4 =14,34 mm; d5 =10,5 mm
- Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ, ta chọn đường kính các đoạn trục như sau :
d1 =20 mm; d2 =25 mm; d3 =30 mm; d4 =25 mm; d5 =20 mm
c) Kiểm nghiệm trục tang về độ bền mỏi :
- Do chưa xét đến một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi như đặc tính thay đổi của chu kỳ ứng suất, sự tập trung ứng suất, yếu tố kích thước, chất lượng bề mặt …vì vậy cần kiểm tra độ bền mỏi khi kể các yếu tố trên.
- Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diên nguy hiểm thỏa điều kiện sau:
Sjk = ³[s] (10.19[3])
+[s] = 2 : là hệ số an toàn cho phép
+Thép 45 thường hoá có: sb = 600 MPa
Suy ra : s-1 = 0,436 sb = 261,6 MPa
-1=0,58 s-1=151,73(MPa)
Theo bảng 10.7[3] : Hệ số ảnh hưởng cuả ứng suất trung bình đến độ bền mỏi cs = 0,05 ; ct = 0
Trục tang chủ động quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng do đó saj tính theo :
saj = smaxj = Mj / Wj ; smj = 0 (10.22[3])
+saj : biên độ của ứng suất pháp tại tiết diện j trục k
+smj : trị số trung bình của ứng suất pháp tại tiết diện j trục k
Vì trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động, do đó:
tmj=taj = tmaxj /2 = Tj / Woj (10.23[3])
+tmj : trị số trung bình ứng suất tiếp tại tiết diện j trục k
+taj : biên độ ứng suất tiếp tại tiết diện j trục k
+tmaxj : biên độ ứng suất tiếp max tại tiết diện j trục k
+Wj ; W0j :mômen cản uốn và momen cản xoắn
Chọn lắp ghép các ổ lăn lắp trên trục theo K6, lắp đĩa xích theo K6 kết hợp với lắp then.
Kích thước của then theo [3], trị số của mômen cản uốn và mômen cản xoắn [3] ứng với các tiết diện trục ( nguy hiểm ) như sau :
|
Tiết diện |
Đường kính trục d (mm) |
bxh |
t1 (mm) |
W (mm3) |
W0 (mm3) |
|
1 |
20 |
6x8 |
3,5 |
642,47 |
1427,86 |
|
2 |
25 |
- |
- |
1533,98 |
3067,96 |
|
3 |
30 |
7x8 |
4 |
2335,25 |
4985,97 |
|
4 |
25 |
- |
- |
1533,98 |
3067,96 |
|
5 |
20 |
6x8 |
3,5 |
642,47 |
1427,86 |
- Các hệ số ksdj và ktdj đối với các tiết diện nguy hiểm theo [3] :
ksdj = ( ks / sj + kx –1 ) / ky
ktdj = ( kt / tj + kx –1 ) / ky
+Với kx : hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt
+ky : hệ số tăng bền mặt trục
+Bảng 10.8[3] Ra = 2,5÷0,63 mm, ta có : kx = 1,06
+Không dùng các biện pháp tăng bền bề mặt, ta có :
..................................
CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ CƠ CẤU DÁN BĂNG KEO
5.1 - Sơ đồ nguyên lý :
1.Thùng giấy 5.Cuộn băng keo 9.Con lăn dán băng keo
2.Lò xo kéo 6.Khâu 6 10.Dao cắt
3.Khâu 3 7. Lò xo kéo 11.Khâu 11
4.Con lăn 8.Khâu 8 12. Con lăn dán băng keo
5.2 Xác định kích thước cơ cấu dán băng keo :
1) Thông số cuộn băng keo (5) :
- Chiều dài dây băng : 1500 (m)
- Khối lượng : 19 (ib) = 8,6 (kg)
2) Con lăn dán băng keo (9),(12) :
- Với bề rộng của con lăn là 48 mm, nên ta chọn chiều dài con lăn dán băng keo là lcl = 56 (mm), để tránh trường hợp băng keo bị dính vào hai đầu mút của con lăn.
- Chọn đường kính con lăn là: D=38(mm)
3) Chiều dài mép dán băng keo trên thùng :
4) Xét khâu (3) và con lăn dán băng keo (12) :
Cho l=50(mm); l=91(mm); l=137(mm); l=60(mm); =160; Rcl=Dcl/2= 19(mm).
- Để tạo được mép dán có chiều dài 70 (mm) thì khoảng cách từ tâm con lăn dán băng keo (12) đến mặt trên của thùng là h=70 (mm).
- Khi thùng di chuyển vào, khâu (3) và con lăn dán băng keo (12) sẽ quay một góc quanh tâm A và nâng lên một đoạn là:
h+ R = 70+19=89 (mm)
Ta có:
Cos=, suy ra : =72,50
Ta có : Cos=, suy ra : =18,40
Ta có : =72,50-18,40=54,10
Vậy khâu (3) và con lăn dán băng keo (12) sẽ quay quanh tâm A một góc là =54,10
Lúc đó thanh AB cũng quay 1 góc là 54,10 quanh tâm A.
Ta có : = ++=18,40+160+54,10=88,50
Cos= ; suy ra : l=l. Cos=50.cos88,50=1,3 (mm)
Ta có: l=l.cos=50.cos(18,40+160) = 41,3 (mm)
l=l- l= 41,3-1,3 = 40 (mm)
Vậy thanh AB nâng lên một đoạn là 40 (mm).
Ta thấy =88,50< 900 nên thoả mãn điều kiện quay về của khâu (3) và con lăn dán băng keo (12).
5) Xét khâu (8), con lăn dán băng keo (9) và lò xo (7) :
- Cho =109mm ; =144mm ; l=42mm ; =230
- Khi khâu (3) quay quanh tâm A tác động qua khâu (6) truyền đến khâu (8) và làm khâu (8) quay một góc quanh tâm a.
- Ta xét cho trường hợp khoảng cách từ mặt trên của thùng giấy đến con lăn (9) và con lăn (12) phải bằng nhau. Nên chiều cao khâu (8) và con lăn (9) phải nâng là :
l = h+Rcl =70+19=89 (mm).
Ta có:
cos=; suy ra : =17,40
Ta có: cos=;suy ra :
Ta có: =820-17,40= 64,60
Vậy khâu (8) và con lăn (9) quay được một góc = 64,60 quanh tâm a.
Do đó thanh ac cũng quay quanh tâm a 1 góc = 64,60.
Ta có: = 64,60
Suy ra: = -= 64,60-230=41,60
Ta có:
l=l.cos=42.cos230 = 38,7 (mm)
l=l.cos= 42.cos41,60= 31,4 (mm)
l- l= 38,7-31,4=7,3 (mm)
Vậy thanh ab quay quanh tâm a và nâng lên một đoạn là 7,3 (mm).
Ta có:
l= l.sin=42.sin230 = 16,4 (mm).
l=l.sin=42.sin41,60= 27,9 (mm).
Lò xo (7) bị giãn một đoạn :
l= l+ l= 16,4 + 27,9 = 44,3 (mm).
6) Xét khâu (6) :
- Thanh AB quay quanh tâm A với 1 góc =54,10, tác động vào thanh Bb làm thanh ab quay quanh tâm a với 1 góc = 64,60.
- Chiều dài thanh Bb phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai tâm A và a.
- Khoảng cách giữa 2 tâm A và a phụ thuộc vào kết cấu thân máy và khe hỡ giữa 2 con lăn dán băng keo khi 2 con lăn dán băng keo ở vị trí cao nhất.
- Để đảm bảo cho kích thước chiều dài nhỏ nhất của thùng không được nhỏ hơn khe hở giữa hai con lăn dán băng keo e.
Nên : e < l = 150 (mm)
Chọn e = 62 (mm)
Khoảng cách giữa 2 tâm A và a là:
lAa=lAC+ lac+Dcl+e = 131+108+38+62=339 (mm).
7) Xét khâu (11) dao cắt (10) và lò xo (2) :
- Chọn góc xoay của khâu (11) là = 200, l=72 (mm), l= 117 (mm), l=18 (mm)
- Điểm P quay lên tới vị trí cao nhất chính là điểm P’. Khi thùng giấy vừa đi ra khỏi điểm P’ thì khâu (11) sẽ rơi trở lại vị trí ban đầu và đồng thời dao sẽ cắt băng keo (10) sẽ cắt băng keo. Để đảm bảo đạt được mép dán là 70 mm thì tại vị trí dao cắt là điểm N1 cách điểm P’ một khoảng là l= 70 (mm).
Ta có: =.cos50= 70.cos50 70 (mm)
l= =70 (mm)
Khoảng cách giữa điểm đầu mút P của khâu (11) cách vị trí đặt dao cắt băng keo là 70 mm.
Ta có:
l=l.sin50=(117+70).sin50=16,5 (mm)
l=l.sin250=(117+70).sin250=79 (mm)
Suy ra: l=l-l= 79-16,5=62,5 (mm)
Vậy khâu (11) quay quanh tâm H với góc quay là 200 thì sẽ nâng lên được độ cao là 62,5 (mm).
Ta có:
l=l.sin250=72.sin250=30,4 (mm)
=30,4+18=48,4 (mm)
0=48,4/sin250=114,5 (mm)
Suy ra: 114,5-72=42,5 (mm)
Vậy thùng giấy chạm vào khâu (11) tại điểm M cách tâm quay H một đọan là 42,5 (mm).
Theo quy tắc tam giác đồng dạng, ta có :
Suy ra: (mm)
Vậy lò xo (2) bị dãn một đoạn là l=24 (mm).
..................................
CHƯƠNG 6 : THIẾT MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
6.1 - Yêu cầu của mạch điện điều khiển :
- Hệ thống dán thùng hoạt động thì hai băng tải phải chuyển động đồng thời để đưa thùng giấy vào cơ cấu dán băng keo và tiến hành dán băng keo. Lúc đó hai động cơ điều khiển hai băng tải phải được khởi động một cách đồng bộ.
- Khi hệ thống dán thùng gặp sự cố thì phải ngừng khẩn cấp.
- Hiển thị rõ ràng các trạng thái hoạt động của hệ thống.
- Đơn giản và dễ sử dụng.
- Đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện.
6.2 - Chọn các thiết bị điện :
- Cầu dao : đóng hoặc mở điện cung cấp cho toàn bộ hệ thống.
- Cầu chì : dùng để bảo vệ cho các thiết bị điện tránh khỏi sự cố ngắn mạch.
- Công tắc tơ : cung cấp điện cho mạch động lực và duy trì dòng điện trong mạch điều khiển.
- Nút nhấn có đèn : khởi động hệ thống điều khiển.
- Nút nhấn không có đèn : tắt hệ thống điều khiển.
- Nút Reset : tắt khẩn cấp hệ thống điều khiển.
- Đèn : hiển thị trạng thái hoạt động của mạch điện điều khiển.
- Rơle nhiệt : bảo vệ các động cơ khỏi bị quá tải.
6.3 - Mạch điện điều khiển :
- Đối với việc điều khiển động cơ thì điều quan trọng là vấn đề khởi động động cơ, đảo chiều, hãm hoặc thay đổi tốc độ động cơ. Yêu cầu chuyển động của hệ thống chỉ thực hiện chuyển động liên tục, không yêu cầu đảo chiều, hãm hoặc thay đổi tốc độ động cơ nên mạch điện điều khiển tương đối đơn giản.
- Có hai cách để khởi động động cơ : khởi động trực tiếp và khởi động gián tiếp.
Lúc bắt đầu đóng điện cho động cơ, tốc độ còn bằng 0, suất điện động nên dòng điện phần ứng động cơ lúc mở máy Imm rất lớn.
(4.16[7])
Động cơ có công suất càng lớn thì Ru càng nhỏ (dây to) nên Imm càng lớn, điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt nóng mạnh động cơ và gây sụt áp cho lưới điện, làm hư hỏng các thiết bị điện.
Để tránh tình trạng sụt áp cho lưới điện do động cơ có công suất lớn gây ra, ta sử dụng cách khởi động gián tiếp. Động cơ của ta có công suất nhỏ nên dây quấn có tiết diện nhỏ, điện trở Ru lớn, dòng Imm nhỏ, không gây sụt áp cho lưới điện nên ta chọn phương pháp khởi động trực tiếp.
- Mômen của động cơ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện vào động cơ :
(4.8[7])
Khi động cơ quá tải trong thời gian lâu sẽ ảnh hưởng xấu đến động cơ nên ta cần phải dùng thiết bị bảo vệ quá tải lâu cho động cơ.
Ta dùng các rơle nhiệt để bảo vệ các động cơ khỏi bị quá tải. Rơle nhiệt có quán tính nhiệt rất lớn vì khi dòng tải qua phần tử đốt nóng tăng lên thì cần một thời gian để nhiệt truyền đến băng kép làm băng kép cong lên. Vì vậy rơle nhiệt không có tác dụng cắt mạch tức thời khi dòng tăng lên mạnh, nghĩa là không thể bảo vệ động cơ khi bị sự cố ngắn mạch.
- Sơ đồ mạch điện :
+CD : cầu dao.
+CC1, CC2 : cầu chì.
+K1, K2 : là các cuộn dây và các tiếp điểm của công tắc tơ tương ứng.
+RN1, RN2 : rơle nhiệt.
+DC1, DC2 : động cơ
+R : nút Reset.
+M : nút mở hệ thống.
+D : nút dừng hệ thống.
+DP1, DP2, DP3, DK : đèn tín hiệu.
- Nguyên lý hoạt động :
Sau khi đóng cầu dao CD, động cơ DC1, DC2 vẫn chưa hoạt động, khi nhấn nút khởi động M, hai cuộn dây K1, K2 có điện đồng thời, làm cho các tiếp điểm K1, K2 tương ứng đóng lại, mạch động lực được đóng lại làm hai động cơ DC1, DC2 hoạt động. khi buông nút nhấn M ra thì dòng điện vẫn được duy trì nhờ các tiếp điểm K1, K2 mắc song song với nút khởi động M.
Mạch động lực và mạch điều khiển được bảo vệ ngắn mạch nhờ các cầu chì CC1, CC2.
Khi nhấn nút dừng D, các cuộn dây K1, K2 không được cung cấp điện làm các tiếp điểm K1, K2 tương ứng được mở ra làm hở mạch, khi đó cả hai động cơ DC1, DC2 đều ngừng.
Khi hệ thống đang hoạt động gặp sự cố bất ngờ, ấn nút R để cắt điện toàn bộ mạch điều khiển và mạch động lực làm cho hệ thống không hoạt động nữa.
Động cơ DC1 và DC2 được bảo vệ bằng các rơle nhiệt RN1 và RN2. Khi quá tải vượt mức cho phép, rơle nhiệt tác động, mở tiếp điểm thường đóng RN1 và RN2 để ngắt điện toàn bộ mạch điều khiển, ngừng cung cấp điện cho mạch động lực làm hai động cơ DC1, DC2 ngừng hoạt động. Sau khi xử lý sự cố, ấn lại nút phục hồi thì mới mở được cho hệ thống hoạt động.
Ta dùng các đèn báo DP1, DP2 và DP3 để nhận biết trạng thái các pha của mạng điện và đèn báo DK để nhận biết trạng thái hoạt động của động cơ DC1 và DC2.
Tài Liệu Tham Khảo GVHD: TS.Lại Khắc Liễm
Trang 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Đức & Nghiêm Xuân Lạc : Tính toán máy nâng chuyển – Nhà Xuất Bản Hải Phòng – 1997.
[2] Nguyễn Hồng Ngân & Nguyễn Danh Sơn : Kỹ thuật nâng chuyển (tập 2) – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh– 2004.
[3] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển : Thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (tập 1&2) – Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 1998.
[4] Nguyễn Hữu Lộc : Cơ sở thiết kế máy (tập 1&2) – Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh– 2002.
[5] Lại Khắc Liễm : Giáo Trình Cơ Học Máy –Trường Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh – 1998.
[6] Lê Hoàng Tuấn : Sức bền vật liệu (tập 1&2) – Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật – 1998.
[7] Vũ Quang Hồi : Giáo Trình Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ Điện – Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 2002.
[8] Nguyễn Ngọc Cẩn: Trang bị điện trong máy cắt kim loại – Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP.HCM – 2001.
[9] Trần Hữu Quế : Vẽ kỹ thuật cơ khí (tập 1&2) – Nhà Xuất Bản Giáo dục - 2003.
