Thiết kế Dây chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp

Trong các loại mẫu mã, bao bì thì bìa Carton là một mặt hàng không thể thiếu trong việc đóng gói sản phẩm để vận chuyển và bảo quản… do những ưu điểm của nó so với các vật liệu khác: nhẹ

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Giáp đã tận

tình hướng dẫn em làm Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành

Cơ Điện Tử Thầy đã dành cho em sự giúp đỡ nhiệt tình

trong suốt thời gian làm Luận văn tốt nghiệp

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý Thầy/Cô

trong Bộ môn Cơ Điện Tử đã dành thời gian quý báu để

nhận xét và chấm Luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng em xin cảm ơn tất cả qúy Thầy/Cô trong Khoa

Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã trang bị

cho em những kiến thức cơ sở cũng như đã giúp đỡ em

trong thời gian làm Luận văn tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Đức Thịnh

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Không ngừng nâng cao chất lượng hạ giá thành và đa dạng hoá sản phẩm là sách lược của rất nhiều cơ sở sản xuất hiện nay

Để thực hiện sách lược ấy các công ty, xí nghiệp … phải luôn tích

cực áp dụng kỹ thuật và công nghệ mới, nghiên cứu thị trường và

tìm kiếm cơ hội đầu tư trong và ngoài nước

Công ty Kỹ Nghệ Thực Phẩm Việt Nam–VIFON, thuộc Bộ Công Nghiệp, là một trong số các công ty có sách lược như trên

Với bề dày kinh nghiệm gần 30 năm từ sản xuất bột ngọt đến

các sản phẩm: Mì ăn liền, Phở ăn liền, Bún ăn liền, bột súp, bột

canh, tương ớt… công ty đã dần đáp ứng được nhu cầu của người

tiêu dùng Để công ty ngày càng thỏa mãn tốt hơn nhu cầu thị

trường trong và ngoài nước ngày càng tăng thì ngoài việc nghiên

cứu cải tiến chất lượng sản phẩm, công ty còn luôn chú ý đến

vấn đề mẫu mã bao bì sao cho đáp ứng nhu cầu, thị hiếu của

người tiêu dùng đồng thời nâng cao năng suất lao động Để đáp

ứng được điều này, cần phải có một dây chuyền sản xuất bao bì

hợp lý, hiệu quả và có tính kinh tế Trong các loại mẫu mã, bao

bì thì bìa Carton là một mặt hàng không thể thiếu trong việc

đóng gói sản phẩm để vận chuyển và bảo quản… do những ưu

điểm của nó so với các vật liệu khác: nhẹ, giá thành thấp, đặc

biệt là có thể chịu được những va đập nhẹ Chính bởi những ưu

điểm trên của bìa Carton nên em đã chọn đề tài “Thiết kế dây

chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp“ và chọn khâu “Tạo sóng và

xếp lớp “ là khâu trọng điểm để nghiên cứu và thiết kế

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii

MỤC LỤC iii

TỔNG QUAN 1

1.1CÁC LOẠI GIẤY CARTON 1

1.2ỨNG DỤNG GIẤY CARTON 2

1.3CÁC DẠNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BÌA CARTON 3 LỚP 3

1.3.1Cấu tạo của bìa giấy Carton 3 lớp 3

1.3.2Quy trình sản xuất 3

1.4NHIỆM VỤ CỤ THỂ 5

THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC 6

2.1NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA KHÂU TẠO SÓNG, XẾP LỚP 6

2.1.1Phương án 1 6

2.1.1.1Sơ đồ và nguyên lý hoạt động 6

2.1.1.2Ưu và nhược điểm 7

2.1.2Phương án 2 7

2.1.3Kết luận 8

2.2XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH 9

2.3PHÂN CHIA TỈ SỐ TRUYỀN 9

2.3.1Khâu tạo sóng, xếp lớp (bìa 2 lớp) 9

2.3.1.1Xác định lực cản chuyển động 9

2.3.1.2Xác định công suất động cơ và chọn động cơ 11

2.3.1.3Phân phối tỉ số truyền 11

2.3.2Hệ thống kéo giấy 12

2.3.2.1Xác định lực cản chuyển động 12

2.3.2.2Xác định công suất động cơ và chọn động cơ 13

THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC 15

3.1TÍNH CÔNG SUẤT 15

3.1.1Khâu tạo sóng, xếp lớp bìa giấy 2 lớp 15

3.1.1.1Trục I 15

3.1.1.2Trục II 15

3.1.1.3Trục III 16

3.1.2Hệ thống kéo giấy 16

3.1.2.1Trục I 16

3.1.2.2Trục II 16

3.2TÍNH CÁC BỘ TRUYỀN 17

3.2.1Khâu tạo sóng, xếp lớp 17

3.2.1.1Tính bộ truyền đai 17

3.2.1.2Tính bộ truyền trục vít – bánh vít 19

3.2.1.3Tính toán bộ truyền bánh răng (1), (2) 22

3.2.1.4Thiết kế trục I và II của hộp giảm tốc trục vít – bánh vít 26

3.2.1.5Thiết kế trục chính trục cán sóng : 38

3.2.1.6Bộ phận bôi hồ: 48

3.2.2Thiết kế hệ thống kéo giấy 49

3.2.2.1Tính bộ truyền xích 49

3.2.2.2Tính trục dẫn : 52

3.3NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DÂY CHUYỀN 55

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NHIỆT 56

4.1TÍNH TOÁN NHIỆT CHO CÁC LÔ CÁN SÓNG 56

4.1.1Nguyên lý sấy của khâu tạo sóng xếp lớp 56

4.1.2Tính truyền nhiệt qua lớp giấy 57

4.1.3Tính truyền nhiệt qua lô cán sóng (1) 58

4.1.4Tính truyền nhiệt qua lô cán sóng (2) 59

4.1.5Tính nhiệt qua lô (3) 59

4.2TÍNH TOÁN NHIỆT CHO DÀN SẤY BÌA CARTON 3 LỚP 60

THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN 64

5.1THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NĂNG SUẤT 64

5.1.1Máy phát tốc một chiều 64

5.1.2Máy phát tốc xoay chiều 65

5.1.3Máy phát tốc quang học 65

5.1.4Kết luận 66

5.2THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CỬ CẮT BẰNG “MẮT THẦN” 66 5.2.1Cảm biến tiếp cận điện-quang 66

5.2.2Các phương pháp dùng chùm sáng để phát hiện mục tiêu 67

5.2.2.1Phương pháp truyền trực tiếp 67

5.2.2.2Phương pháp truyền phản xạ 67

5.2.2.3Phương pháp truyền khuếch tán 67

5.2.3Kết luận 68

5.3THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 68

5.3.1Các phương pháp đo nhiệt độ 69

5.3.1.1Đo nhiệt bằng cặp nhiệt 69

5.3.1.2Đo nhiệt bằng Diod và Transitor 69

5.3.2Lựa chọn phương pháp 70

VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG MÁY 72

6.1VẬN HÀNH MÁY 72

6.1.1Hệ thống điện 72

6.1.2Máy tạo sóng, xếp lớp 73

6.1.2.1Căn chỉnh giấy và các lô cán sóng 73

6.1.2.2Vận hành máy 73

6.2CÔNG TÁC BẢO TRÌ 73

6.2.1Vệ sinh máy 73

6.2.2Bảo quản và sửa chữa 73

KẾT LUẬN 74

7.1NHỮNG VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT ĐƯỢC 74

7.2HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

TỔNG QUAN

1.1 CÁC LOẠI GIẤY CARTON

Kể từ khi con người phát minh ra giấy thì giấy đã trở thành một sản phẩm đóng góp nhiều vai trò có ý nghĩa trong đời sống của con người: ghi chép, truyền tải thông tin, bao bì, đóng gói …

Nguyên liệu để sản xuất ra giấy là bột giấy hỗn hợp nước và sớ sợi được khai thác từ tre, nứa, thông …

Ngày nay, sản phẩm giấy ngày càng được cải tiến đưa vào phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng trong sản xuất và tiêu dùng Một trong những ứng dụng của giấy trong sản xuất và tiêu dùng là bìa giấy Carton được dùng để bảo quản, vận chuyển sản phẩm… Tuỳ vào yêu cần cầu đảm bảo an toàn, tính chất và khối lượng của sản phẩm bên trong thùng Carton mà người ta chế tạo ra nhiều loại giấy Carton: 3 lớp 5 lớp, 7 lớp … và với những bước sóng khác nhau

Trong các loại đó thì loại giấy bìa Carton 3 lớp là loại được dùng phổ biến nhất, các loại khác cũng dựa trên cơ sở của loại 3 lớp mà phát triển thêm ra Trong loại 3 lớp thì cũng tùy thuộc vào công dụng của nó mà người ta thay đổi bước sóng của lớp ruột bìa Carton và chất liệu giấy

Lớp ngoài mặt 1 Lớp sóng giữa Lớp ngoài mặt 2

Hình 1.1 : Giấy bìa Carton 3 lớp

Lớp ngoài mặt 2

Lớp ngoài mặt 1 Lớp bìa giữa

Lớp dợn

sóng

Hình 1.2 : Giấy bìa Carton 5 lớp

Ngoài ra còn rất nhiều loại khác, nhưng ở đây ta chỉ giới hạn nghiên cứu thiết kế đối tượng là bìa giấy Carton 3 lớp phục vụ cho đóng thùng các loại sản phẩm như mì ăn liền, bún, phở, cháo ăn liền, bột canh…

1.2 ỨNG DỤNG GIẤY CARTON

Ngày nay, trong việc chứa đựng, đóng gói, vận chuyển các loại sản phẩm như hàng điện tử, Tivi, máy lạnh, máy giặt… các mặt hàng thực phẩm như bánh, kẹo, đồ hộp, mì ăn liền… người ta thường dùng bao bì Carton bởi do nó có những

ưu điểm sau:

- Khối lượng riêng khoảng 50kg/cm³, tương đối nhẹ khi vận chuyển

- Lớp giữa là lớp sóng cách đều hình sin làm cho kết cấu của bao bì Carton có tính đàn hồi và có độ cứng chắc giữ cho sản phẩm bên trong được an toàn, tránh bị va đập

- Trên bao bì Carton có thể in quảng cáo, giới thiệu về sản phẩm một cách tiện lợi và có hiệu quả

- Vì làm bằng giấy nên không gây ô nhiễm môi trường và có thể tái chế để sử dụng lại

- Giá thành rẻ và rất phổ biến trên thị trường

Nhưng để sử dụng những ưu điểm trên một cách có hiệu qủa bên cạnh đó

ta cũng cần phải biết những nhược điểm của bìa giấy Carton là: dễ hút ẩm nên khó bảo quản tốt trong môi trường không khí ẩm, dễ cháy do vật liệu làm bằng giấy…

1.3 CÁC DẠNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BÌA CARTON 3 LỚP

1.3.1 Cấu tạo của bìa giấy Carton 3 lớp

- Gồm 1 lớp dợn sóng ở giữa và 2 lớp mặt ngoài như hình vẽ

Hình 1.3 : Cấu tạo bìa Carton 3 lớp

1.3.2 Quy trình sản xuất

Bao gồm 3 cuộn giấy được lấy từ Nhà máy giấy Đồng Nai: cuộn tạo sóng giữa, 2 cuộn giấy mặt 1 và mặt 2 đi qua lô cán sóng và được lô bôi hồ quét hồ vào cuộn giấy lớp mặt ngoài thứ nhất được sấy bằng nhiệt điện trở qua lô số 2 và được dán vào lớp dợn sóng giữa tạo ra bìa giấy 2 lớp Sau đó bìa giấy 2 lớp này được đưa qua lô bôi hồ để bôi hồ tiếp lớp ruột và dán với lớp giấy mặt ngoài thứ hai (cuộn giấy lớp mặt hai cũng được sấy để giấy cứng lại và hồ mau khô) Tiếp theo bìa giấy 3 lớp được đưa qua dàn sấy để sấy hồ cho khô lại và giấy được cứng chắc Qua hệ thống “Mắt Thần” bìa giấy Carton sẽ được cắt ra thành tấm rồi xén cạnh, chấn tạo vết, ghim thành hộp và đưa vào sử dụng Quy trình sản xuất trên được khái quát thành sơ đồ sau đây:

Lớp ngoài mặt 1 Lớp sóng giữa Lớp ngoài mặt 2

Gia Nhiệt

GHIM THÀNH HỘP

ĐƯA VÀO SỬ DỤNG

CHẤN TẠO VẾT XÉN CẠNH

CẮT THÀNH TẤM

Mắt Thần

SẤY KHÔ BÌA CARTON 3 LỚP

BÌA GIẤY 2 LỚP

BÌA GIẤY CARTON 3 LỚP

DÁN BÌA 2 LỚP VỚI LỚP MẶT NGOÀI 2 BÔI HỒ LỚP DỢN SÓNG

TẠO SÓNG CHO LỚP GIỮA

DÁN LỚP DỢN SÓNG VỚI LỚP MẶT NGOÀI 1 BÔI HỒ LỚP DỢN SÓNG

CUỘN TẠO LỚP DỢN SÓNG CUỘN TẠO LỚP MẶT NGOÀI 2

CUỘN TẠO LỚP MẶT NGOÀI 1

SẤY

Hình 1.4 : Sơ đồ tổng quan qui trình sản xuất giấy bìa Carton 3 lớp

Ngoài ra còn nhiều dạng quy trình sản xuất hiện đại khác nhưng chủ yếu cũng dựa trên nền của quy trình sản xuất trên

1.4 NHIỆM VỤ CỤ THỂ

Trong dây chuyền sản xuất bìa Carton 3 lớp thì phần quan trọng và cốt lõi nhất là khâu tạo sóng và xếp lớp cho bìa Carton vì từ khâu này mà bìa giấy Carton 3 lớp được hình thành Do đó khi thiết kế ta chọn khâu tạo sóng, xếp lớp là khâu trọng điểm để nghiên cứu và phát triển

2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC

2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA KHÂU TẠO SÓNG, XẾP LỚP

Thiết kế máy cán sóng bìa Carton có thể có nhiều phương án khác nhau nhưng ở đây em lựa chọn trong 2 phương án sau:

2.1.1 Phương án 1

2.1.1.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động

Lớp mặt ngoài

Bìa 2lớp đã cán sóng (3)

(2) (1)

(8)

(7) (6)

(5)

(4) Lô bôi hồ Lớp ruột

Hình 2.1 : Sơ đồ nguyên lý khâu tạo sóng, xếp lớp bìa Carton

• 2 lô tạo sóng (1), (2) và lô trơn (3) nằm trên 1 trục thẳng đứng

• Các lô (6), (7), (2) nằm trên trục ngang

• (4), (5): Bộ dẫn hướng giấy

• (8): Máng đựng hồ

- Lớp giấy tạo sóng (lớp ruột) được đưa vào qua 2 lô (1) và (2) ăn khớp với nhau nhờ những răng song song trên đường sinh tạo nên lớp sóng cho giấy đồng thời 2 lô này cũng gia nhiệt cho lớp sóng nhờ hệ thống nhiệt điện trở bên trong các lô rỗng (1), (2) để lớp giấy khô cứng lại giữ nguyên dãy sóng ban đầu tạo bởi 2 lô (1) và (2)

- Bộ phận định vị giấy (4), (5) được đặt sát lô (2) có tác dụng giữ cho giấy cứng không xê dịch, ôm sát lô và chỉ trượt theo một chiều

- Bộ phận bôi hồ bao gồm 2 lô (6), (7) và máng đựng hồ (8) Lô (7) được đặt sát lô (2) có tác dụng quét hồ vào lớp giấy đã được cán sóng trên lô (2) Lô (6) có tác dụng phân phối hồ cho đều trên mặt lô (7) trước khi lô (7) quét hồ lên lớp giấy ruột

- Lớp giấy mặt ngoài được đưa vào lô (3) cũng được gia nhiệt cho giấy khô cứng để khi dán với lớp ruột thì hồ sẽ chóng khô Bộ phận gia nhiệt cho lô (3) cũng là hệ thống nhiệt điện trở đặt trong lô rỗng (3) Từ đây ta tạo ra được bìa Carton 2 lớp Sau đó bìa Carton 2 lớp sẽ được bôi hồ lớp ruột và dán với lớp mặt ngoài thứ hai tạo bìa Carton 3 lớp

2.1.1.2 Ưu và nhược điểm

• Ưu điểm :

- Sản xuất hàng loạt đa dạng, nhiều kích cỡ, tuỳ theo nhu cầu

- Khâu tạo sóng, xếp lớp có nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản, dễ chế tạo, dễ căn chỉnh

- Để điều khiển dây chuyền chỉ cần khoảng 1 đến 2 công nhân là đủ Do đó chi phí cho nhân công ít tốn kém

- Kết cấu máy khá đơn giản nên dễ sửa chữa, bảo trì

Lớp mặt ngoài

Bìa 2lớp đã cán sóng (3)

(2)

(8)

(7) (6) Lô bôi hồ Lớp ruột

2.1.3 Kết luận

Ta có thể có rất nhiều phương án khác nữa nhưng 2 phương án trên theo em là 2 phương án có kết cấu máy đơn giản, dễ chế tạo, căn chỉnh và rất thực tế Trong 2 phương án đó phương án nào cũng có những ưu, nhược điểm của nó nhưng theo em thì phương án 1 là phương án tối ưu nhất vì những nhược điểm của nó có thể khắc phục được bởi sự tiên tiến của khoa học kỹ thuật ngày nay Còn phương án 2 tuy có kích thước nhỏ gọn nhưng việc chế tạo và căn chỉnh rất khó khăn dẫn đến không kinh tế

Tóm lại thì với đề tài thiết kế khâu tạo sóng, xếp lớp bìa Carton 3 lớp thì phương án 1 là phương án tối ưu nhất để em lựa chọn thiết kế

2.2 XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Do yêu cầu năng suất của máy phải đạt khoảng 4800m/ca, với mỗi ca làm việc 8 giờ nên ta có thể xác định được vận tốc trung bình của máy là:

V = = 10 (m/ph)Từ đó ta suy ra vận tốc trung bình của lô cán sóng là v = 10m/ph

2.3 PHÂN CHIA TỈ SỐ TRUYỀN

2.3.1 Khâu tạo sóng, xếp lớp (bìa 2 lớp)

2.3.1.1 Xác định lực cản chuyển động

Lực cản tổng : Wt = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 (2-1)

Trong đó :W1 ,W2,W3 lần lượt là lực cản của các lô (1),(2),(3)

W4 : Lực cản của lô (1) lên lô (2) Lực này tạo ra lớp dợn sóng giữa của bìa giấy Carton

W5 : Lực cản của cuộn giấy lớp mặt 1 và cuộn giấy lớp ruột

Ta có :

W1 = P1.f (2-2)

Với :

P1 : Trọng lượng lô 1 : P1 = 950N

f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5

r1: Bán kính ngỗng trục 1, chọn r1 = 55mm

R1 : Bán kính phân lô cán 1, R1 = 313 mm

Thay số vào ta được : W1 = 950 x 0,5 x ≈ 199 (N)

Ta có: W2 = P2.f (2-3)

Với P2: Trọng lượng lô 2 : P2 = 1050N

f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5

r2 : Bán kính ngỗng trục 2, chọn r2 = 55mm

R2 : Bán kính phầân lô cán 2, R2 = 181 mm

Thay số vào ta được : W2 = 1050 x 0,5 x ≈ 160 (N)

Ta có: W3 = P3.f (2-4)

Với :

P3 : Trọng lượng lô 3 : P3 = 1200N

f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5

r3 : Bán kính ngỗng trục 3, chọn r3 = 55mm

R2 : Bán kính phần lô cán 1, R2 = 181 mm

Thay số vào ta được : W3 = 1200 x 0,5 x ≈ 182 (N)

W4 : lực cản của lô (1) lên lô (2)

Theo giả thiết ta chọn W4 = 400N

W5 = Wc1 + Wc2 (2-5)

Wc1 : Lực cản cuộn lớp ruột

Wc2 : Lực cản cuộn mặt ngoài 1

Vì hai cuộn giấy như nhau ⇒ Wc1 = Wc2 = Wc

Mà: Wc = Fc = P.f (2-6)

Trong đó :

P : Trọng lượng cuộn giấy, P = 8000N

f : Hệ số ma sát trượt, f = 0,75

r : Bán kính trục đỡ cuộn giấy, r = 30mm

R : Bán kính cuộn giấy, R = 375 mm

Thay số vào ta được : Wc = 8000 x 0,75 x = 480 (N)

Mặt khác khi cuộn giấy quay với tác dụng của lực kéo giấy F như hình vẽ thì cuộn giấy sẽ có gia tốc sinh ra lực quán tính Để loại bỏ lực quán tính này ta cần bố trí 1 phanh hãm trên trục đỡ giấy để thắng gia tốc khi dây chuyền có sự cố và giữ cho giấy không bị chùng khi đang hoạt động

G Q

N: Phản lực tại tâm trục

F: Lực kéo của giấy

Q: Trọng lượng cuộn giấy

+ Ứng suất kéo giới hạn: Gk = 15 ÷ 20 (N)

+ Lực kéo tới hạn: Fgh = 2250 ÷ 3000 (N)

Kết luận: Lực cản tổng của toàn khâu tạo sóng và xếâp lớp là:

Wt = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 199 + 160 + 182 + 480 + 3000 = 3941 (N)

2.3.1.2 Xác định công suất động cơ và chọn động cơ

Ta có : Nđc≥ (2-7)

Trong đó :

V : Vận tốc cán giấy, V = 10m/ph

ϕ : Hiệu suất trạm dẫn, ϕ = ϕ1 ϕ2 ϕ3 … ϕn

với ϕ1 = 0,96: Bộ truyền đai

ϕ2 = 0,7: Bộ truyền trục vít

ϕ3 = 0,95: Bộ truyền bánh răng (để hở)

⇒ϕ = 0,96 x 0,7 x 0,95 ≈ 0,64

⇒ Công suất động cơ : Nđc≥ 39411000xx100,6460 ≈ 1,03 (KW)

Theo bảng P1.3 [1]

Chọn động cơ : 4AX90L4Y3

Công suất máy : P = 2,2 KW

Số vòng quay : n = 1420 (v/ph)

Hiệu suất η% = 80%, cos α = 0,83

V : Vận tốc trục chính, V = 10 m/ph

D : Đường kính trục chính, D = 262 mm

+ Số vòng quay của động cơ vừa chọn là : n2 = 1420 (v/f)

Do đó ta có tỉ số truyền chung : i chung = = 121420,15 = 116,9

Với tỉ số truyền trên ta có thể phân chia tỉ số truyền từng bộ truyền như sau:

Chọn : iH = 35 ; iBR = 3,34 ; iđai = 1

2.3.2 Hệ thống kéo giấy

Bao gồm các lô nhám có thông số:

D = 105 mm; L = 1000 mm; bước nhám P = 1

Bố trí theo sơ đồ sau :

Các cặp lô nhám

Động cơ

Bộ truyền BR côn

i = 1 HGT

Bộ truyền xích

Hình 2.4 : Sơ đồ truyền động

Ta có : Vận tốc giấy: V = (2-8)

⇒ Số vòng quay của lô nhám : n1 = = 31000,14 10510

∑ Wc : Tổng lực cản của lô nhám

Wcng : Lực cản của lô kéo giấy ngoài

Lực cản của 1 lô nhám : Wc = P + P0.f (2-10)

P : Lực ép giữa 2 lô, P = 20N

P0 : Trọng lượng của 1 lô nhám, P0 = 350 N

f : Hệ số ma sát ổ lăn, f = 0,5

V : Vận tốc lô kéo giấy (V = 10m/ph)

ϕ = ϕ1.ϕ2.ϕ3.ϕ4 : hiệu suất trạm dẫn

Chọn động cơ loại : 4A80B4Y3

Mà : ichung = uxích uHGT uđại

uxích : tỉ số truyền bộ truyền xích

uHGT : tỉ số truyền hộp giảm tốc vít – bánh vít

uđại : tỉ số truyền bộ truyền đai

Chọn : uxích = 1,32 ; uHGT = 35 ; uđai = 1

3

THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC

n

xP10x55,9

=

1420

13,2x10x55,

+ Momen xoắn: T3 =

3 3 6

n

xP10x55,9

Động cơ

Bộ truyền BR côn

i = 1 HGT

Bộ truyền xích II

n

xP10x55,9

=

1400

41,110x55,

n

xP10x55,9

=

40

05,110x55,

≈ 250688 (N.mm)

3.2 TÍNH CÁC BỘ TRUYỀN

3.2.1 Khâu tạo sóng, xếp lớp

3.2.1.1 Tính bộ truyền đai

• Chọn loại đai theo công suất : P = 2,2 kW, n = 1420 v/f

Vì cơ cấu có vận tốc V ≤ 30 m/s nên theo H4.1 [1] ta sử dụng đai thang thường loại A, có các thông số: bt = 11 mm, b = 13 mm, h = 8 mm, y0 = 2,8 mmDiện tích : A = 81 mm2

Đường kính bánh đai nhỏ : d1 = 100 ÷ 200mm

Chiều dài giới hạn : l = 560 ÷ 4000 mm

Đường kính bánh đai nhỏ : d1 = 1,2 dmin⇒ d1 = 1,2 x 100 = 120 mm

Theo dãy tiêu chuẩn trang 60 [1] ta chọn : d1 = 140 mm

⇒ V1 = 3,14x60000140x1420 = 10,4 m/s

Vì tỉ số truyền uđ = 1 ⇒ V1 = V2 (vận tốc 2 bánh bằng nhau)

• Chọn sơ bộ khoảng cách trục a theo điều kiện d2 :

Theo dãy tiêu chuẩn bảng 4.13 [1] ta chọn : L = 1400 mm

Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ :

Tacó: i = ≤ imax = 10

⇒ i = 140010,4 x 1000 = 7,43 ≤ 10

⇒ L = 1400 mm thỏa điều kiện về tuổi thọ

Theo CT 4.6 trang 54 [1] ta tính chính xác khoảng cách trục aw theo L đã chọn :

∆ = = 0

⇒ a = = 480 mm

⇒ aw = 480 thỏa mãn điều kiện 162 ≤ a ≤ 560 mm

• Tính góc ôm đai α :

⇒ Theo bảng 4.16 trang 61 [1] ta lấy C2 = 0,95

Cα : hệ số kể đến ảnh hưởng góc ôm α1,Theo Bảng 4.15 [1] ⇒ Cα = 1

Cu : hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai

Theo bảng 4.18 [1] ta lấy Cz = 1

⇒ Z ≥ 2,2x2,x201,8,21 1 = 1,5

⇒ Lấy Z = 3

• Tính chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài da của các bánh đai :

+ Chiều rộng bánh đai :

Hình 3.3 : Kết cấu bánh đai

• Lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục :

3.2.1.2 Tính bộ truyền trục vít – bánh vít

• Chọn vật liệu :

Ta tính vận tốc trượt sơ bộ : Vsb = 8,8 x 10-3 (3-6)

Với :

n1 : số vòng quay của trục vít; n1 = 1420 v/f

P1 : công suất trên trục vít I, P1 = 2,13 KW

u : tỉ số truyền bộ truyền trục vít - bánh vít

Thay số vào ta được : Vsb = 8,8 x 10-3 3 2,13x35x14202 ≈ 5 (m/s)

Vì Vsb ≥ 5 m/s, do đó ta chọn vật liệu bánh vít là đồng thanh thiếc kẽm chì (chứa thiếc từ 3 ÷ 6%) БрОЦС 5-5-5

Vật liệu trục vít là thép C45

• Xác định ứng suất cho phép :

Theo bảng 7.1 trang 146 [1] ta có:

σb = 200 … 250 MPa, σch = 80 … 100 MPa

Ta chọn: σb = 250 MPa, σch = 100 MPa

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép : [σH] = [σH0] KHL

Với : [σH0]= 0,9 σb (trục vít có HRC ≥ 45)

⇒ [σH0]= 0,9 x 250 = 225 (MPa)

KHL = với NHE = 25x107

⇒ KHL≈ 0,67

⇒ [σH]= 225 x 0,67 ≈ 150 (MPa)

+ Ứng suất uốn cho phép [σF] : [σF] = [σF0] KFL

Vì bộ truyền làm việc 1 chiều ⇒ [σF0] = 0,25 x 250 x 100 = 70,5 (MPa)

KFL : hệ số tuổi thọ

KFL = ≈ 0,54

⇒ [σF] = 70,5 x 0,54 = 38,07

Vì thép C45 được tôi HRC ≥ 45 ⇒ [σF] = 38,07 x 1,25 ≈ 47,6 (MPa)

+ Ứng suất cho phép khi quá tải:

[σH]max = 4σch = 4 x 100 = 400 (MPa)

[σF]max = 0,8σch = 0,8 x 100 = 80 (MPa)

• Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền :

+ Xác định khoảng cách trục aw :

aw = (Z2 + q) 3

2 H

2 2

2

q H

K2

Tx][Z

170

σ (3-7)

Ta có : uTV = 35, chọn Z1 = 1, Z2 = 35

⇒ chọn sơ bộ hiệu suất η = 0,7 (trang 150 [1])

T1 = 14325 Nmm, T2 = 371650 Nmm (đã tính ở phần trên)

- Chọn sơ bộ KH = 1,1 ÷ 1,3, lấy KH = 1,2

- Chọn sơ bộ q ≥ (0,25 … 0,3)Z2⇒ q ≥ 0,3Z2 = 0,3 x 35 = 10,5 ⇒ Chọn q =11Thay số vào ta được : aw = (35 + 11) 3

2 2

2

11

2,1371650x

150x35

170

⇒ aw = 160,5 (mm)

+ Môđun dọc của trục vít : m = =

1135

5,160x

+ Hệ số tải trọng : KH = KH β + KHV

Vì tải trọng không thay đổi ⇒ KH β = 1

Ta có: Vs = 6,6 m/s và bộ truyền trục vít cấp chính xác 7

Do đó theo Bảng 7.7 [1] ta chọn KHV = 1,1

⇒ KH = 1 x 1,1 = 1,1

Thay số vào ta được : σH =

11x184

1,1371650x

)1135

Vậy thỏa điều kiện bền tiếp xúc

• Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn :

σF =

n 2 2

F F 2

mdb

KYT4,1

≤ [σF] (3-10)

Trong đó :

mn = cos γw : môđun pháp của răng bánh vít ⇒ mn= 8 x cos (5,140) = 7,97

γw : góc vít γw = 5,140

KF : hệ số tải trọng KF = KH = 1,1

d2 = mZ2 : đường kính vòng chia bánh vít ⇒ d2 = 8 x 35 = 280 mm

b2 : Chiều rộng vành răng bánh vít

b2 = 0,75 x da1 = 0,75 m (q + 2) = 0,75 x 8(11 + 2) = 78 mm

YF : hệ số dạng răng với số răng tương đương Zv = ⇒ Zv=35,4

Tra bảng 7.8 trang 154 [1] ta được : YF = 1,64

Thay số vào ta được : σF = 1,4x78371650x280x71,,9764 1,1 ≈ 5,4 (MPa)

⇒σF = 5,4 MPa < [σF] = 38,07 MPa

Vậy thỏa điều kiện bền uốn

• Các thông số của bộ truyền trục vít :

- Khoảng cách trục: aw = 184 mm

- Đường kính ngoài của bánh vít:

daM2 ≤ da2 + 2m = 312 mm (lấy daM2 = 310 mm)

- Chiều rộng bánh vít: b2≤ 0,75da1 = 78 mm

- Góc ôm δ = arcsin () = 51,30

- Chiều rộng phần cắt ren trục vít b1≥ (11 = 0,06 Z2) m ⇒ b1= 104,8 (mm)

1

−β+

ψ+

η

−

(3-11)

Trong đó :

Ktq = 29 :Hệ số tỏa nhiệt của phần bề mặt hộp

to : Nhiệt độ môi trường xung quanh, lấy to = 300C

η : Hiệu suất bộ truyền, η = 0,78

P1: Công suất trên trục vít, P1 = 2,13 KW

Kt : Hệ số tỏa nhiệt, chọn Kt = 13 w/m2 0C

[td]: Nhiệt độ dầu cho phép trong hộp giảm tốc

β : Hệ số kể đến sự giảm nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thời gian do ngắt quãng hoặc do tải trọng làm việc giảm so với tải trọng danh nghĩa, lấy β = 1

ψ : Hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy, lấy ψ = 0,3

Vì trục vít đặt dưới bánh vít ⇒ [td] = 900C

Thay số vào ta được :

A ≥ (0,7x13(11000+0,3x)(1+−00,,x7829)x)2x,13x(90−30) = 1231468,,68 ≈ 0,38 (m²)

3.2.1.3 Tính toán bộ truyền bánh răng (1), (2)

• Chọn vật liệu :

Bánh nhỏ : Thép 45 tôi cải thiện HB 241 … 285

σb1 = 850 MPa, σch1 = 580 MPa

Bánh lớn : Thép 45 tôi cải thiện HB 192 … 240

σ = 750 MPa, σ = 450 MPa

• Xác định ứng suất cho phép :

Theo Bảng 6.2 với thép 45 tôi cải thiện HB 180 … 350 có :

1 = 491 MPa+Ứng suất uốn cho phép :

Với bộ truyền 1 chiều KFC =1

⇒ [σF]1 = 450 x1 x 751,

1 = 257 (MPa) [σF]2 = 423 x1 x 751,

1 = 242 (MPa)+Ứng suất quá tải cho phép :

[σH]max = 2,8 x 450 = 1260 (MPa)

[σF1]max = 0,8σch1 =0,8 x 580 = 464 (MPa)

[σF2]max = 0,8σch2 =0,8 x 450 = 360 (MPa)

• Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền :

Khoảng cách trục : aw = Ka(u+1) (3-12)

Trong đó:

Ka : Hệ số, theo bảng 6.5 [1] ta có: Ka = 49,5

u : Tỉ số truyền, u = 3,34

T1 : Momen xoắn trên trục bánh chủ động, T1 = 371650 Nmm

KH β: Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răngTheo: Bảng 6.7 [1] với ψbd = 0,53 ψba (u + 1)

Bảng 6.6 [1] ta có ϕba = 0,5

⇒ψbd = 0,53 x 0,5 x (3,34 + 1) ≈ 1,2

⇒ KH β = 1,06

[σH] : ứng suất tiếp xúc cho phép : [σH]1 =518 MPa

Thay số vào ta được :

aw = 49,5 x (3,34 + 1)3

2x3,34x0,5518

06,1371650

≈ 206 mm+ Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ :

)134,3(x06,1

≈ 90 (mm)+Xác định các thông số ăn khớp :

Xác định mođun theo công thức 6.17 [1] :

m = (0,01 ÷ 0,02) aw⇒ m = 0,02 x 206 = 4,12

Lấy m = 5

+Xác định số răng, góc nghiêng β và hệ số dịch chỉnh

Ta có: β = 0 do bánh răng dạng răng thẳng

Số răng bánh nhỏ : Z1 = = 5(23,x34206+1) ≈ 18,98

chọn Z1 = 19, ⇒ Z2 = u.Z1 = 3,34 x 19 ≈ 63

⇒ d1 = mZ1 = 5 x 19 = 95 mm ; d2 = mZ2 = 5 x 63 = 315 mm

⇒ Số răng tổng : Zt = Z1 + Z2 = 19 + 63 = 82

Tính lại khoảng cách trục : aw = = = 205 mm

Xác định hệ số dịch tâm : y = – 0,5 (Z1 + Z2) = - = 0

Hệ số : Ky = = 0 ; ∆y =

⇒ Hệ số dịch chỉnh tổng : xt = y + ∆y = 0

Hệ số dịch chỉnh bánh 1 : x1 = 0,5 (xt - y) = 0

Hệ số dịch chỉnh bánh 2 : x2 = xt - x1 = 0

Góc ăn khớp : αw = 20o

• Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ :

- Khoảng cách trục: aw = 205 mm

• Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc :

)134,3(x065,1371650x

⇒σH1 = 512 MPa < [σH] = 518 MPa

⇒ Thỏa điều kiện bền tiếp xúc

• Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn :

Vậy bộ truyền đủ bền uốn.

• Xác định các lực tác dụng:

- Lực vòng : Ft1 = Ft2 = = = 7824 (N)

- Lực hướng tâm : Fr1 = Fr2 = Ft2.tgαw = 7824.tg200 = 2848 (N)

- Lực dọc trục : Fa1 = Fa2 = 0

3.2.1.4 Thiết kế trục I và II của hộp giảm tốc trục vít – bánh vít

• Chọn vật liệu :

Vật liệu chế tạo trục là thép C45

- Giới hạn bền: σb = 600 MPa

- Giới hạn chảy: σch = 340 MPa

• Tính sơ bộ trục:

Theo công thức10.9 [1] có : d ≥ 3

][2,0

T

τ (3-18)

Trong đó:

T1 : momen xoắn trên trục I : T1 = 14325 N.mm

T2 : momen xoắn trên trục II : T2 = 371650 N.mm

[τ] : ứng suất xoắn cho thép : [τ] = 15 ÷ 50 MPa

Suy ra : d1≥ 3

15x2,0

13425

(trục vào của HGT, [τ] = 15 MPa)

d2≥ 3

50x2,0

• Xác định các khoảng cách:

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp: k1 = 10

- Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ: k3 = 10

- Khoảng cách từ mặt cạnh ổ đến thành trong hộp: k2 = 10

- Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: hn = 20

- Chiều dài mayơ bánh vít – trục vít: lm = (1,2 ÷ 1,5) d

Hình 3.4 : Sơ đồ tính lực trục I

- Tính lực từ các chi tiết quay:

+ Fr = 452,4 (N) (đã tính phần trên)

- Tính các phản lực trên các gối đỡ :

+ Trong mp zoy có :

,52x4,4525,139x

C B

Hình 3.5 : Biểu đồ moment của trục I

- Xác định đường kính trục:

+ Tại A : Mx = 0; My = 0, Tz = 14325 N.mm

⇒ MtđA = 2

zA

2 yA

⇒ dB = 3 tñB

][1

⇒ dD = 3

50x,

FxA FxC

Ft3A

Hình 3.7 : Sơ đồ tính lực tác dụng lên trục II

- Tính các phản lực trên các gối đỡ:

Trong mp zoy có:

ΣMA = - Fr2.AB + Fa2. – FyC AC – Fr3.AD = 0

Trong mp zox có :

∑MA = − FxC.AC – Ft2.AB + Ft3.AD = 0

Hình 3.8 : Biểu đồ moment của trục II

2

⇒ MtđC = (637656)2 +(232112)2+0,75x(371650)2 ≈ 751049 (N.mm)

⇒ dC = 3 tđC

][1

Hình 3.9 : Kết cấu trục II

• Kiểm nghiệm độ bền của trục:

+Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:

Kết cấu trục thiết kế đảm bảo được độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau: (Công thức 10.19 [1])

Sj = ≥ [S] (3-19)

Trong đó:

[S] : Hệ số an toàn cho phép, [S] = 1,5 … 2,5 ([S] = 2)

Sσ j, Sτ j: Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp tại tiết diện thứ j

Theo công thức 10.20 và 10.21 [1], ta có:

σa, τa, σm, τm : Biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp

 Trục I : (Tiết diện nguy hiểm tại C)

Do trục quay 1 chiều nên : σm = 0 ; σa = ; τm = τa =

Trong đó :

Wu : Momen cản uốn

Wx : Momen cản xoắn

Khi lắp có độ đôi tra bảng 10.11 [1] ta có :

với kiểu lắp k6 ⇒ = 2,06; = 1,64

+

⇒ S ≈ 2,108 ≥ [S] = 2

Vậy trục I đạt yêu cầu về độ bền mỏi

 Trục II (Tiết diện nguy hiểm tại C) :

σm = 0, σa = ; τm = τa =

= 16326 N.mm+ Wx = = 32668 (Nmm)

⇒ Sc = 2,28 > [S] = 2

Vậy trục II đạt yêu cầu về độ bền mỏi

+Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh :

Để đề phòng khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng do quá tải đột ngột (chẳng hạn khi mở máy) ta cần tiến hành kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh

Công thức kiểm nghiệm có dạng : σtđ = ≤ [σ] (3-22)

Trong đó: σ = 3

max

d,0

M ; τ = 3

max

d2,0