Thiết kế máy xả cuộn giấy

Luận văn của em gồm 6 chương: Chương 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XẢ GIẤY CUỘN Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ GIẤY CUỘN Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM DAO CẮT Chương 4: THIẾT KẾ

LỜI CẢM ƠN

<< Cơm Cha, áo Mẹ, chữ Thầy>>

Câu nói đã có từ bao đời của người xưa nhắc nhở chúng ta phải biết công

ơn cha mẹ, Thầy cô những người đã nuôi nấng, dạy dỗ chúng ta nên người

Con xin chân thành cảm ơn Cha Mẹ đã nuôi nấng dạy dỗ con để có được ngày hôm nay

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô trường Đai Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong những năm học tại trường Không chỉ giới hạn ở đó, Thầy cô còn giáo dục nhân cách, đạo đức cho em để em có thể vững bước trên đường đời

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS, TS: Nguyễn Thanh Nam và Thầy Trần Văn Lợi đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suất quá trình học tập và đặc biệt trong quá trình làm luận văn

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung

Ngày nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống con người được nâng cao rất nhiều, xã hội thì ngày càng văn minh, con người thì ngày càng tiến bộ và bên cạnh đó thì nhu cầu về vật chất phục vụ cho con người ngày càng cao Trong số những nhu cầu về vật chất đó ta không thể không nói đến ngành sản xuất bao bì, túi xốp Có thể nói nó gắn liền với sự phát triển của xã hội, ta có thể bắt gặp các sản phẩm dạng này ở bất cứ đâu, từ ứng dụng trong ngành sản xuất lương thực thực phẩm cho đến hầu hết mọi lãnh vực khác, từ gói một cái bánh nhỏ cho tới phủ một mặt sân lớn và còn rất nhiều thứ khác Theo thống kê của uỷ ban phát triển của Liên Hiệp Quốc

(UNDP) thì 70% nhu cầu vật chất phục vụ cho con người được làm từ nhựa và trong đó 30% là sản phẩm dạng bao bì

Quy trình công nghệ sản xuất bao bì nói chung và ngành sản xuất bao xốp nói riêng đã và đang từng bước phát triển, hoàn thiện nhằm mang lại hiệu quả về mặt kinh tế Trước nhu cầu thực tế trên và cộng với trong thời gian chuẩn bị cho luận văn tốt nghiệp em đã được tìm hiểu và đôi nét về công nghệ này và dưới sự đồng ý của thầy hướng

dẫn em đã chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY SẢN XUẤT

BAO XỐP”

Tuy đã được sự tận tình hướng dẫn của quí thầy, nhưng do trình độ kiến thức còn hạn chế, tài liệu liên quan không nhiều và khuôn khổ thời gian có hạn mặc dù đã cố gắng song khó tránh khỏi những thiếu sót nhầt định trong quá trình thực hiện đề tài Kinh mong được sự góp

ý và phê bình của quý thầy cô

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thạnh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suất thời gian làm luận văn tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn!

Luận văn của em gồm 6 chương:

Chương 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XẢ GIẤY CUỘN

Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ GIẤY CUỘN Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM DAO CẮT

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỤ TRỢ

Chương 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG

Chương 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG MÁY

MỤC LỤC Trang

Chương I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XẢ GIẤY CUỘN 1

1.1 Giới thiệu công nghệ sản xuất giấy 1

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất giấy 1

1.3 Các công đoạn trong quy trình 2

1.4 Giới thiệu về máy xả giấy cuộn 4

1.5 Nhiệm vụ luận văn 7

Chương II CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ GIẤY CUỘN 8

2.1 Phân tích nguyên lý hoạt động của máy 8

2.2 Yêu cầu thiết kế cần đạt được 9

2.3 Các phương án thiết kế 10

2.4 Phương án được chọn và nhiệm vụ thiết kế 14

2.5 Động học, động lực học của máy 16

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM DAO CẮT 22

3.1 Lựa chọn phương án cụm dao cắt 22

3.1.1 Phương án 1 22

3.1.2 Phương án 1 23

3.1.3 Lựa chọn phương án 23

3.2 Tính toán thiết kế cụm dao cắt 24

3.2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 24

3.2.2 Tính toán thiết kế trục mang dao cắt trên 30

3.2.3 Tính toán thiết kế bộ truyền trục vít, bánh vít 38

3.2.4 Tính toán thiết kế trục trung gian để nâng, hạ trục mang dao trên 44

3.2.5 Tính toán thiết kế bộ truyền xích 53

3.2.6 Tính toán thiết kế trục mang dao cắt dưới 56

3.2.7 Tính toán chọn ổ lăn 65

3.2.8 Tính toán thiết kế vòng kẹp và gối trục 70

3.2.8.1 Vòng kẹp ổ lăn cho trục mang dao trên 70

3.2.8.3 Thiết kế vòng vít chặn để lắp dao cắt trên lên trục 73

Chương IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỤ TRỢ 74

4.1 Chọn đường kính trục cán 74

4.2 Kiểm nghiệm độ bền của trục cán 74

4.3 Tính toán chọn bản lề 77

4.4 Tính toán chọn lò xo 78

4.5 Tính bu lông của trục ép lò xo 80

4.6 Chọn bộ truyền xích cho trục cán 80

4.7 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng của trục cán 82

Chương V: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG 83

5.1 Tính toán thiết kế bộ truyền xích đến các trục dẫn động trung gian 83

5.2 Thiết kế các trục truyền dẫn động trung gian 86

5.2.1 Trục truyền dẫn động từ motor 86

5.2.1.1 Tính đường kính của trục 86

5.2.1.2 Chọn ổ lăn 87

5.2.1.3 Chọn khớp nối 88

5.2.2 Trục truyền dẫn động đến trục cuộn giấy vào 88

5.2.2.1 Tính đường kính trục 88

5.2.2.2 Chọn ổ lăn 89

5.2.3 Trục truyền dẫn động từ motor đến cụm dao cắt 90

5.2.3.1 Tính đường kính trục 90

5.2.3.2 Chọn ổ lăn 91

5.2.3.3 Chọn khớp nối 92

Chương VI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG MÁY 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

Chương 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XẢ GIẤY CUỘN

1.1 Giới thiệu công nghệ sản xuất giấy

Ngày nay việc áp dụng máy móc tiên tiến vào sản xuất là việc làm cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất, giải phóng sức lao động của con người, đồng thời tăng chất lượng và giảm giá thành cho sản phẩm cũng như tạo ra lợi thế cạnh tranh trên thị trường

Trong công nghệ sản xuất giấy cũng không phải là ngoại lệ Từ nguyên liệu thô ban đầu là các loại cây gỗ, các phế phẩm của việc sản xuất đồ gỗ, tre, nứa Để cho ra những sản phẩm giấy phổ biến như ngoài thị trường đòi hỏi phải qua nhiều công đoạn như: tạo bột, trộn keo, sấy, ép bột, cuộn giấy, cắt giấy Trong đó cắt giấy là một công đoạn quan trọng và mất nhiều công sức trước khi có được những sản phẩm giấy thông dụng

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất giấy

Sau đây là quy trình công nghệ sản xuất giấy từ tre, nứa:

Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất giấy

1.3 Các công đoạn trong quy trình

1.3.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên vật liệu

Vật liệu ban đầu là các loại tre, nứa, gỗ, các phế phẩm của việc sản xuất đồ gỗ , được lựa chọn, phân loại Sau đó, chúng được làm sạch sơ bộ qua các hệ thống xử lý, trước khi cho vào công đoạn tiếp theo

1.3.2 Công đoạn cắt vụn vật liệu

Sau khi được xử lý sơ bộ, nguyên vật liệu sẽ được cắt nhỏ giúp cho việc xử lý các công đoạn sau được thuận tiện hơn

1.3.3 Công đoạn ngâm ủ

Đây là một công đoạn quan trọng, vì nó quyết định chất lượng giấy, như màu sắc, độ bền của giấy Ở công đoạn này, nguyên liệu vụn sẽ được rửa nhiều lần, qua nhiều lần xử lý hóa học để có được chất lượng giấy như ý

1.3.4 Công đoạn nghiền thô

Trước khi cho vào máy nghiền tinh để có được bột giấy mịn thì cần phải qua nghiền thô, nhằm đảm bảo cho quá trình nghiền tinh được dễ dàng

1.3.5 Công đoạn nghiền tinh

Đây là quá trình tạo bột giấy hoàn chỉnh cho quá trình xeo ép thành giấy tấm

1.3.6 Công đoạn xeo

Sau khi đã được nghiền thành bột mịn, người ta cho vào xeo thành những

Những tấm giấy mới xeo chưa khô sẽ được sấy khô qua những máy sấy cỡ lớn, trước khi cuộn lại thành những cuộn giấy lớn

1.3.8 Công đoạn cắt, cho ra thành phẩm

Sản phẩm giấy dạng bán thành phẩm, ở dạng khổ lớn có nhiều kích cỡ khác nhau như: 1m, 1,2m, 1,35m, 1,4m được cuộn lại với những cuộn có đường kính bất kỳ xung quanh một lõi cứng rỗng Lõi này có đường kính trong tiêu chuẩn và có giá trị là: 3inch = 76.2mm Hình dưới đây minh họa rõ điều này: Từ những cuộn giấy như thế này sẽ được cắt thành những cuộn có khổ nhỏ hơn khổ ban đầu nhằm cho ra những sản phẩm đủ loại kích cỡ khác nhau như :

A0, A1, A2………

Hình 1.1 Giấy cuộn

Đây là hình chiếu của một cuộn giấy:

Hình 1.2 Cuộn giấy dưới dạng 2D

Đây là công đoạn mất khá nhiều công sức và thường được thực hiện bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau, ở những địa điểm khác nhau Sở dĩ có hiện tượng này là do sau khi các nhà sản xuất giấy cho ra những loại giấy cuộn và bán chúng cho những công ty, cơ sở sản xuất nhỏ hơn Từ đó người ta sẽ cắt và gia công thành những loại sản phẩm giấy khác nhau

Vì lý do đó cho nên việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo những chiếc máy chia cuộn giấy là cần thiết và có ý nghĩa thiết thực Đó cũng là lý do cho sự lựa chọn đề tài này

1.3.9 Các công đoạn xử lý nước

Quá trình xử lý nguyên vật liệu sẽ thải ra môi trường những chất thải hóa học có trong các nguồn nước thải của quy trình công nghệ Vì vậy, xử lý các loại nước thải này trước khi đưa chúng vào tái sử dụng hoặc thải ra môi trường

là nhiệm vụ quan trọng trong việc góp phần bảo vệ môi trường

1.4 Giới thiệu về máy xả giấy cuộn

Hiện nay, việc ứng dụng máy này để chia giấy cuộn khổ lớn ra làm những khổ nhỏ đã được một số công ty sản xuất giấy tại Việt Nam đưa vào ứng dụng

Tuy nhiên, ở những mức độ tự động hóa khác nhau, tùy vào quy mô của từng đơn vị

Có thể kể ra sau đây một vài công ty trong ngành giấy như: công ty giấy Sài gòn, công ty giấy Trúc Bạch( Hà Nội), công ty giấy Mai Lan và một số công ty khác

Sau đây xin giới thiệu một vài mẫu máy chia cuộn giấy mà sinh viên đã tìm hiểu

1.4.1 Máy bán tự động

Loại máy này thường được sử dụng rộng rãi, vì những ưu điểm của nó là: kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, giá thành thấp, dễ sử dụng Tuy nhiên, nó có khá nhiều nhược điểm như: tốn nhân công, khó điều chỉnh, kết cấu cồng kềnh, độ chính xác khi cắt không cao, dễ bị đứt giấy do sự không đồng bộ về tốc độ của các cơ cấu

hình 1.5 máy bán tự động

Các cơ cấu được thiết kế ở máy này chủ yếu là những cơ cấu cơ khí truyền thống, kết hợp với điều khiển khí nén

Các bộ biến tốc được sử dụng đều là các bộ biến tốc cơ khí Trong đó, biến tốc đai được sử dụng chủ yếu để thay đổi tốc độ của các trục cuộn của máy

Điều khiển theo chương trình là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều khiển (tín hiệu ra) được thay đổi theo một qui luật trước Nói cách khác, trên máy điều khiển theo chương trình, thứ tự, giá trị của các chuyển động cũng như thứ tự đóng mở các bộ phận máy Điều được thực hiện đúng theo một chương trình đã vạch sẵn Các cơ cấu mang chương trình này được đặt vào thiết

bị điều khiển, và sẽ làm tự động theo chương trình đã cho

Nếu các chương trình được ghi lại bằng các dấu tì, bằng hệ thống cam, bằng mẫu ghép hình … Ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển theo chương trình phi số Nếu các chương trình được biểu thị bằng các chữ số dưới dạng mã hiệu, ta gọi hệ điều khiển theo chương trình số

Với loại máy này nhà sản xuất ứng dụng những công nghệ hiện đại, làm

hình 1.4 máy tự động và bảng thông số

1.5 Nhiệm vụ luận văn

Vì những lý do như đã nêu ở mục (1.2.8), nên nhiệm vụ của đề tài là thiết

kế máy cắt giấy cuộn ( còn gọi là máy xả giấy cuộn) Với mong muốn góp

phần cải thiện quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành sản xuất giấy Chúng em hy vọng, với những kiến thức có được trong những năm học tại trường Đại học, cộng với kiến thức thực tế cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn sẽ giúp chúng em hoàn thành đề tài đúng kế hoạch và đạt yêu cầu tốt nhất trong giới hạn của khả năng có thể

Với thiết kế này các đơn vị sản xuất giấy sẽ giảm được khá nhiều chi phí cho sức lao động tay chân, cho công đoạn chia giấy cuộn vốn rất nặng nhọc và mất thời gian

Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ

GIẤY CUỘN

2.1 Phân tích nguyên lý hoạt động của máy

Mục tiêu mà máy cần thực hiện được thể hiện như dưới đây Đầu vào là giấy cuộn khổ lớn thì đầu ra phải là những cuộn giấy với khổ nhỏ hơn

Những cuộn giấy khổ nhỏ mong muốn

- Dưới đây là sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của máy:

12

14 13

11 10

hình 2.1 sơ đồ nguyên lý của máy

CUỘN GIẤY

KHỔ LỚN

MÁY

Trên đây là sơ đồ động của máy xả giấy cuộn Với sơ đồ trên, nguyên tắc làm việc được mô tả như sau:

(1) là bộ truyền động đai dẹt, nhiệm vụ của nó là truyền vận tốc, mômen xoắn từ động cơ tới cuộn giấy chưa cắt ban đầu (2) Ngoài ra bộ truyền đai (1) còn có nhiệm vụ quan trọng đó là luôn đảm bảo ổn định vận tốc dài tại điểm tiếp xúc giữa bánh đai, dây đai với cuộn giấy là không thay đổi trong quá trình làm việc của máy Nếu vận tốc này hay nói cách khác là vận tốc dài tại đường tròn ngoài cùng của cuộn giấy mà không ổn định, thì ngay lập tức giấy sẽ bị đứt giữa chừng, do sự không đồng đều giữa tốc độ cắt, tốc độ cuộn vào và tốc độ xả ra

(3) là trục tạo ra lực căng cho giấy nhằm đảm bảo giấy không bị nhàu, gấp nếp trước khi dao cắt và trước khi cuộn vào

(4) là bộ trục cán có bề mặt làm bằng vật liệu cao su, nhằm góp phần ổn định vận tốc dài trong một số trường hợp nó còn làm nhiệm vụ chuyển hướng

đi của giấy, đối với trường hợp xả giấy hai lớp

(5), (6) là dao cắt và trục mang dao Dao này có thể được dẫn động, hoặc không tùy phương thiết kế, nhưng thông thường là được dẫn động nhằm đảm bảo chất lượng vết cắt

(7) trục dẫn động dao cắt và đồng thời cũng có chức năng như một cái thớt để dao cắt

(8) trục vừa làm nhiệm vụ dẫn động cuộn giấy đã cắt (9) vừa làm nhiệm vụ đỡ cuộn giấy (9) Trục này được truyền động bằng bộ truyền xích Vật liệu để chế tạo là thép có bọc lớp cao su bên ngoài nhằm tăng ma sát với cuộn giấy

(10) và (11) là bánh căng xích và đĩa xích của bộ truyền xích dẫn động trục (8)

(12) là bánh căng đai của bộ truyền đai

(13) là động cơ dẫn động của máy

(14) là truyền đai có điều chỉnh hay còn gọi là cơ cấu bù tốc độ Bộ này có nhiệm vụ bù tốc độ khi xuất hiện trượt đai, khi đó tốc độ sẽ không đảm bảo ổn định và bộ này có tác dụng như một bộ tiết chế làm ổn định lại tốc độ

2.2 Yêu cầu thiết kế cần đạt được

Từ những phân tích ở mục trên ta có thể nhận thấy một số vấn đề mà thiết

kế sẽ gặp phải

1 Phải luôn đảm bảo vận tốc dài của cuộn giấy cả khi xả ra và khi cuộn vào

là không thay đổi đồng thời chúng phải bằng nhau Nếu không đạt được điều này giấy sẽ bị đứt ngay lập tức

2 Hiện tượng giấy bị xé rách nếu dao cắt không tốt

3 Các bộ truyền đai sẽ có hiện tượng trượt trong quá trình làm việc do đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của tốc độ xả giấy, cuộn giấy

4 Trục mang giấy phải chịu được trọng lượng của cuộn giấy, không oằn cong

Vì vậy ta rút ra một số yêu cầu sau khi thiết kế:

- Phải đảm bảo năng suất làm việc của máy

- Đảm bảo chất lượng giấy sau khi cắt không bị rách, bị lỗi

- Đảm bảo độ bền, độ cứng vững của các trục, của khung máy

- Thiết kế đơn giản, có tính khả thi, không gây khó khăn cho người sử

dụng

2.3 Các phương án thiết kế

Dưới đây là một số phương án, sau đó là phân tích cụ thể từng phương án Những ưu, khuyết điểm của chúng và lựa chọn phương án phù hợp

2.3.1 Phương án thiết kế 1

12

14 13

11 10

hình 2.2 phương án 1

căng giấy 4 trục cán có nhiệm vụ tạo lực căng đều cho giấy 5,6 trục mang dao và cơ cấu dẫn động dao 7 trục dùng làm thớt cắt 8 trục ma sát dẫn động cuộn giấy đã được cắt rồi 9 cuộn giấy đã cắt 10,11 bánh căng xích và bộ truyền xích 12 bánh căng đai

13 động cơ 14 bộ truyền đai có bù tốc độ

Trên đây là phương án được áp dụng khá phổ biến trong thực tế Trong đó việc đảm bảo vận tốc dài của cuộn giấy được thực hiện trên nguyên tắc sử dụng bộ biến tốc ma sát Bánh đai (1) luôn được áp sát vào cuộn giấy nhờ một

và có lợi lại tùy thuộc vào người thiết kế đánh giá, do đó có nhiều cách bố trí

vị trí các trục này Để giải quyết sự trượt dây đai khi làm việc ta sử dụng bộ tiết chế đai (14) Bộ này sẽ bù lại tốc độ khi có sự trượt đai xảy ra Vì vậy tốc độ sẽ đảm bảo được không đổi

+ Ưu điểm: đây là một phương án có kết cấu, thiết kế đơn giản, không sử

dụng nhiều những cơ cấu đòi hỏi độ chính xác cao do đó nó có tính khả thi và có thể được áp dụng rộng rãi Tuy nhiên, phương án trên cũng có những khuyết điểm tồn tại

+ Nhược điểm: vì sử dụng bánh đai tiếp xúc trực tiếp với cuộn giấy nên rất

mau chóng mòn dây đai cũng như có thể làm rách giấy

- Do có sự trượt tương đối của đai, nên tốc độ làm việc của máy không được ổn định

- Độ chính xác không cao, không nâng được tốc độ cắt lên cao

2.3.2 Phương án thiết kế 2

9 6 5 4

1

27

1011

131412

hình 2.3 phương án 2

3 trục căng giấy 4 trục cán có nhiệm vụ tạo lực căng đều cho giấy

5,6 trục mang dao và cơ cấu dẫn động dao 7 trục dùng làm thớt cắt

8 trục ma sát dẫn động cuộn giấy đã được cắt rồi 9 cuộn giấy đã cắt 10,11 bánh căng xích và bộ truyền xích 12 bánh căng đai

Ở phương án này cuộn giấy ban đầu không được dẫn động bằng bộ truyền đai mà được dẫn động bởi bộ truyền xích thông qua một trục tiếp xúc trực tiếp với cuộn giấy Trục này được chế tạo bằng vật liệu thép Được bao bọc bên ngoài bởi một lớp hợp chất có hệ số ma sát lớn, độ ổn định trong khoảng nhiệt độ rộng, độ hao mòn nhỏ như là các hợp chất của cao su, vật liệu asbo (hợp

- Ưu điểm: ở phương án này, ngoài những ưu điểm như kết cấu đơn

giản, giá thành thấp, có tính khả thi cao Do sử dụng bộ truyền xích nên tốc độ cuộn giấy chưa xả ra được ổn định hơn phương án 1 Sử dụng trục có bọc lớp vật liệu tăng ma sát tại trục tiếp xúc với cuộn giấy nên tăng được tính chống mài mòn trục, hạn chế rủi ro rách giấy khi làm việc

- Nhược điểm: vì sử dụng nhiều bộ truyền xích nên khi làm việc sẽ gây

ra nhiều tiếng ồn, khả năng bôi trơn khó khăn

Tốc độ không cao, độ cơ động của máy cũng không cao

2.3.3 Phương án thiết kế 3

12

1234

5678

91011

hình 2.3 phương án 3

1 cuộn giấy 2.li hợp điện từ 3.bộ truyền xích 4.trục căng giấy

5,6 dao và bộ truyền động dao 7 trục dẫn động cuộn giấy đã cắt

8.cuộn giấy 9,10.bánh căng xích và bộ truyền xích 11 bánh căng đai12.động cơ

Đối với phương án này, để giải quyết tốc độ dài ổn định của cuộn giấy, ta không áp dụng nguyên tắc biến tốc bằng bánh ma sát nữa Ở đây sử dụng bộ li hợp điện từ (2) điều khiển bằng điện hay khí nén hoặc sử dụng nhiều động cơ và tách đường truyền dẫn làm hai hay nhiều đường riêng biệt( trong đó động cơ được sử dụng là động cơ thay đổi tốc độ vô cấp) Vì sử dụng bộ thay đổi tốc độ này nên tốc độ được ổn định, và tốc độ làm việc cũng được nâng cao

Động cơ ta sử dụng có nhiều cấp tốc độ hoặc sử dụng bộ biến tần để thay đổi tốc độ động cơ

- Ưu điểm: tốc độ làm việc nhanh, độ chính xác cao, giảm bớt được một

số cơ cấu Máy làm việc ổn định

- Nhược điểm: vì sử dụng một số cơ cấu hiện đại, nên đòi hỏi độ chính

xác cao, do đó dẫn đến giá thành cao Khó làm đều tốc độ giữa trục cuộn và trục xả Phải sử dụng các cảm biến tốc độ và đưa tín hiệu về bộ xử lý để đáp ứng kịp thời tốc độ giữa các bộ phận

2.4 Phương án được chọn và nhiệm vụ thiết kế

Qua những phân tích ở trên, để phù hợp với khối lượng công việc của đề tài, tính khả thi của phương án, và những ưu điểm về phương diện kỹ thuật ta chọn phương án (2) Sau đây ta sẽ phân tích rõ hơn về phương án được chọn

4 5

7 8

10 11

13 14 12

1

hình 2.4 phương án được chọn

1 2 3

9

10 11 13

12

hình 2.5.Sơ đồ động phương án được chọn

2.4.1 Hệ thống dẫn động của bộ biến tốc ma sát:

1 Bộ truyền đai 2 trục ma sát, luôn tiếp xúc với cuộn giấy

2.4.2 Hệ thống dao cắt:

1 2 3

4

hình 2.6 hệ thống dao cắt Trong đó:

1 Dao cắt lắp trên trục có thể thay đổi được vị trí

2 bộ truyền bánh răng

2.4.3 Hệ thống trục cuộn vào

3

1 2

hình 2.7 hệ thống trục cuộn vào Trong đó:

1 Trục dẫn động 2 bộ truyền xích 3.cuộn giấy đã cắt

2.5 Động học, động lực học của máy

Ta bắt đầu phân tích động học, động lực học của máy từ cơ cấu công tác, tức là từ cuộn giấy xả và cuộn giấy cuộn

- Từ cuộn xả ra:

V

y

x

z

hình 2.8 các chuyển động

số vòng quay của cuộn giấy:

d

v n

.10



Ứng với khi cuộn giấy có đường kính nhỏ nhất và lớn nhất (dmax, dmin) ta có:

6,2502,76

1.10.6

.10

1.10.6

.10

n

/ 24 , 26 30

6 , 250 30

. max

max   

s rad

n

/ 67 , 1 30

9 , 15 30

Ngoài trọng lực của bản thân cuộn giấy P, trục này còn chịu tác động của lực cản do ma sát ( Fms1, Fms2) của ổ gây ra, lực tiếp tuyến do trục dẫn động tạo nên Fr.

P = M.g = 1200 9,81 = 11772 N

Fms = Fr f = P.f = 11772 0.003 = 35,316 N

T = 35,316.d/2 = 35,316.76/2 = 1342 Nmm

Lấy gần đúng đường kính ngõng trục d = 76mm

Trọng lượng của bản thân cuộn giấy sẽ sinh ra mômen quán tính đối với trục x:

2 4

0

x

2

12

13

 : là bán kính quán tính

 : là khối lượng riêng

M: là khối lượng

R: là bán kính cuộn giấy

Từ đó ta có:

216 )

2

2 , 1 (

1200 2

Vậy biến thiên động năng của cuộn giấy từ lúc đầu chưa quay đến khi đạt tốc độ là:

L = A = 12



 TdVới A là công của cuộn giấy trong khoảng chuyển động đó

T là mômen quay

 là góc quay giả sử trong một vòng  = 0 2

Tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp này ta sẽ không xác định được A do góc quay là một ẩn số Vì vậy ta xác định theo mômen động lượng như sau: Mômen động lượng của cuộn giấy

Vì cuộn giấy lúc đầu đứng yên nên L1 = 0

Chọn thời gian để cuộn giấy từ lúc đứng yên đến lúc quay với  =1,67

s rad

là 1 giây

 L2 = M  M = 360,72Nm = 360720Nmm

Bỏ qua mômen ma sát của ổ lăn thì lực ma sát cần thiết giữa cuộn giấy và trục tiếp xúc là:

M F

dcg

601 1200

360720

2

2





Đây cũng là lực tác dụng làm quay cuộn giấy

Do đó lực tác dụng lên trục sẽ là những lực :

- ma sát của ổ đỡ: Fmso

- trọng lượng bản thân P

- lực ép của trục tiếp xúc lên cuộn giấy ( một thành phần của lực ma sát)

Gọi nó là : F2ta tính được như sau:

F2 = F/f = 601/ 0,5 = 1202 N

Với f là hệ số ma sát giữa cao su và giấy là 0,5

Để thành phần này có thể khử bớt trọng lượng bản thân ta bố trí trục dẫn tiếp xúc như phương án thứ hai sau đây:

phương án bố trí thứ nhất



F P

phương án bố trí thứ hai hình 2.10.các phương án bố trí hệ thống dẫn động cuộn xả Khi đó lực tác dụng lên trục cuộn giấy sẽ chỉ còn:

Khi đó chỉ còn mômen uốn MX , và mômen xoắn tác dụng lên trục

Đối với trục cuộn giấy vào ta có thể tính theo kết quả vừa đạt được

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM DAO CẮT

3.1 Lựa chọn phương án cụm dao cắt

 Nguyên lý hoạt động

Motor 3 dẫn động cho trục mang dao 5 thông qua hộp giảm tốc1 và bộ truyền xích 6 Dao cắt 17 có thể di chuyển dọc trục 5 Dao cắt 13 được lắp vào thanh truyền 12, và thanh truyền này có thể quay quanh hoặc di chuyển dọc trục 9 nhờ vào vòng kẹp 11 Khi làm việc thì dao cắt 13 được thanh truyền 12 hạ xuống và tiếp xúc với dao cắt 7 để cắt giấy Nếu dao cắt 13 nào không cắt thì ta có thể nâng thanh truyền 12 lên

 Ưu điểm

Đơn giản, dễ chế tạo

Thay đổi số dao cắt rất đơn giản

 Nhược điểm

Không thể dẫn động cho dao cắt 14 quay được nên đường cắt của giấy không được sắc sảo

3.1.2 Phương án 2

14 13

 Nguyên lý hoạt động

Motor 3 dẫn động cho trục mang dao 5 thông qua hộp giảm tốc1 và bộ truyền xích 6 Dao cắt 7 có thể di trượt trên trục mang dao dưới 5 Dao cắt 13 được lắp vào vòng vít chặn 14 và vòng vít chặn 14 này được lắp vào trục12 vì vậy dao cắt 13 cũng có thể di chuyển dọc trục mang dao 12 Khi hoạt động thì

ta quay tay quay 11, lúc này bánh vít 8 lắp trên trục 9 quay làm cho trục12 hạ xuống thông qua thanh truyền 10 và dao cắt 13 được tiếp xúc với dao cắt 7 Trục 9 dẫn động cho trục12 thông qua bộ truyền bánh răng 15 Vậy là giấy sẽ được cắt

 Ưu điểm

Dao cắt 7 và 13 đều chuyển động nên giấy cắt ra rất sắc sảo

 Nhược điểm

Khi thay đổ số lượng dao cắt thì ta phải tháo trục 12 ra để thêm hoặc bớt số lượng dao cắt

3.1.3 Lựa chọn phương án

Với nhu cầu thẩm mỹ ngày ngày càng cao, và theo phân tích những ưu nhược điểm của 2 phương án ta chọn phương án 2

3.2 Tính toán thiết kế cụm dao cắt

3.2.1 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

3.2.1.1 Tính các yêu cầu của bộ truyền bánh răng

Chọn đường kính ngoài vòng vít chặn của trục dẫn động cho trục mang dao :

60000.1

60000

Chọn đường kính của dao cắt : d2 = 100 mm

Khi làm việc, để giấy được cắt với đường cắt sắc sảo thì vận tốc dài của dao phải lớn hơn vận tốc của giấy Có như vậy mới tạo ra được lực ma sát giữa lưỡi dao và giấy

Vì d2 = 100 mm > d1 = 80 mm nên ta có thể chọn số vòng quay của trục mang dao cắt bằng với số vòng quay của trục dẫn động : n2 = n1 = 238,73 v/p Khi làm việc thì ta cho lưỡi dao lọt vào trong khe hở của vòng vít chặn là 5mm để bảo đảm tất cả các dao được cắt đứt giấy hoàn toàn

Như vậy ta thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng với yêu cầu :

Công suất : P = 1 kw

Tỉ số truyền : u = 1

Số vòng quay : n = 238,73 v/p

2

80100







Thời hạn sử dụng : 12000 giờ

3.2.1.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Vì bộ truyền bánh răng hở nên ta tiến hành tính toán thiết kế theo ứng suất uốn để tránh gãy răng

Chọn vật liệu chế tạo bánh răng là thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn :

350

180 



Xác định ứng suất cho phép :

Theo bảng 6.2[2] với thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB180 350

702

HLim0 2 702.24070550



MPa HB

FLim0 1,8 1,8.240432



Theo 6.5[2] ta có:

Bánh răng làm việc với chế độ tải trọng và số vòng quay n không đổi nên số chu kỳ làm việc tương đương :

Vì NHE > NHO nên hệ số tuổi thọ KHL = 1

Theo 6.1a[2] sơ bộ xác định được:

1,1

1.550

F

FC FL FLim

75,1

1.1.432

Với KFC = 1 vì bộ truyền quay 1 chiều

Ứng suất quá tải cho phép: Theo 6.13 và 6.14[2] ta có:

Z m

2

2 1

Vậy số răng mỗi bánh răng : Z  85 34 răng

Xác định chiều rộng vành răng :

Theo bảng 6.15[tkm] ta chọn ba 0,315

mm a

b a

b

w ba w w

m

d w  2,5.3485

3.2.1.3 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

Theo 6.33[2] ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng làm việc :

21

.2

w w

H H

M H

ud b

u K T Z Z



Theo bảng 6.5[2] có : ZM = 274 MPa1/3

Theo bảng 6.12[2] chọn ZH = 1,76

Hệ số trùng khớp ngang 



 1,88 3,2 1 1 cos

2 1

,134

2.3288,

5,44,774,5

4,7.74,5

2 2





S

Theo bảng 6.7[2] chọn hệ số kể đến sự phân bố K H 1,05 (sơ đồ 5)

Vì bánh răng thẳng nên hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng 1

73,238.85.60000





Theo bảng 6.13[2] chọn cấp chính xác 9

Theo bảng 6.14[2] chọn KHv = 1,13

Theo bảng 6.15[2] chọn hệ số kể đến ảnh hưởng của các sai số ăn khớp

004,0

8506,1.73.004,0



u

a v

w w H Hv

K K T

d b K

2

Với mômen xoắn T

N F

 

MPa d

u b

u K T Z

Z Z

w w

H H

M

85.1.27

2.132,1.40000.288,0.76,1.274

1

.2

Vậy H H thỏa điều kiện tiếp xúc

3.2.1.4 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn

Theo bảng 6.7[2] có hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn : K  1,12

Theo bảng 6.14[2] ta chọn hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn : K F 1,37

Theo bảng 6.15[2] chọn F 0,011

85,71

85.06,1.73.011,0



u

a v

85.27.85,71

2

W W F Fv

K K T

d b K

Do đó theo 6.45[2] thì hệ số tải trọng khi tính về uốn :

Với 0,592

69,1

1169

Vì bánh răng trụ răng thẳng Y 1

Theo bảng 6.18[2] ta chọn hệ số dạng răng: YF = 3,7

Ứng suất sinh ra tại chân răng:

MPa m

d b

Y Y Y TK

w w

F F

5,2.85.27

7,3.1.592,0.76,1.40000.22

Vậy F  F nên điều kiện uốn được thỏa mãn

3.2.1.5 Kiểm nghiệm về quá tải

Hệ số quá tải:

2,2max

Vậy bộ truyền bánh răng thỏa điều kiện quá tải

3.2.1.6 Các thông số của bộ truyền bánh răng

Môdun: m = 2,5mm

Khoảng cách trục : aw = 85mm

Bề rộng vành răng : bw = 27mm

Đường kính vòng chia : d1 = d2 = d = 85mm

Chiều cao răng : h = 2,25.m = 2,25.2,5 = 5,625mm

3.2.2 Tính toán thiết kế trục mang dao cắt trên

3.2.2.1 Chọn vật liệu chế tạo trục mang dao

Chọn vật liệu chế tạo trục mang dao là thép 45 có b 600MPa,

Ứng suất xoắn cho phép :   15MPa

Ứng suất uốn cho phép :   50MPa Bảng 10.5[2]

3.2.2.2 Xác định các lực tác dụng lên trục mang dao

Các lực tác dụng lên trục từ các chi tiết lắp trên nó

Với mômen xoắn T

N F

T

85

40000.2.2

tg F

F r  t w 941 200 343

Lực tạo ra tại dao cắt khi làm việc :