CHƯƠNG 2 : PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ MƠ HÌNH HỐ
2.5. Bộ truyền đai răng
2.5.1. Giới thiệu
Bộ truyền đai răng là bộ truyền chuyển động và mômen giữa các trục nhờ ăn khớp giữa các răng và được ứng dụng rộng rãi. Để giải quyết những yêu cầu kỹ thuật khác nhau người ta dùng bộ truyền đai răng với nhiều loại biên dạng khác nhau.
Hình 2.26: Bộ truyền đai răng [14]
Bộ truyền đai răng có các răng tương tự bánh răng, ăn khớp vào các rãnh tương ứng trong pulley. Khác với hầu hết các đai khác, loại đai này không truyền động thông qua lực kéo dựa trên chiều dày, thay vào đó, đai có cấu trúc bản mỏng, khả năng truyền động là từ các dây cáp thép và các răng có độ dai cao.
Nhờ truyền động bằng ăn khớp nên bộ truyền đai răng tránh đi tình trạng trượt đàn hồi của bộ truyền đai thang, và có thể truyền động giữa 2 trục xa nhau, tỷ số truyền ổn định như bánh răng, hiệu suất cao.
45
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
2.5.2. Các thành phần của đai răng
Hình 2.27: Thành phần đai răng [14]
Thành phần cơ bản của đai răng là vật liệu tổng hợp có độ bền cao được dùng trong kết cấu truyền động đai răng. Ba thành phần chính của đai răng đó là:
- Nền cao su neoprene: mặt lưng (2) và mặt răng (3) - Các dây cáp thép (1)
- Các răng neoprene với lớp mặt là nylon (4).
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 2.29: Đồ thị biểu thị lực ở các nhánh dẫn phụ thuộc vào lực căng ban đầu [13]
Flkb là lực kéo nhánh bị dẫn. Flkd là lực kéo nhánh dẫn.
Fwlkd là lực động học nhánh dẫn. Fs là lực kéo dây đai.
Fv là lực căng ban đầu
0 20 40 60 80 100 120 140 11.6 20 30 40 60 80 100 Fs Fv Flkb Flkd Fwlkd
47
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ CỦA CÁC CỤM CƠ CẤU CỦA MÁY HÀN QUAI KHẨU TRANG
3.1. Phân tích ngun lý, thời gian của tồn máy
Hình 3.1: Nguyên lý máy hàn quai khẩu trang
Nguyên lý: Phôi khẩu trang sẽ được đưa vào cụm khay (1), sau đó cụm khay chuyển động từng bước khay, đưa khẩu trang tại vị trí hàn quai (3). Cụm hàn quai (2) sẽ hàn quai khẩu trang đã được chuẩn bị trước từ cụm lấy dây (4) đến phôi khẩu trang. Tiếp tục hàn ở quai phải (2 quai hàn 2 lần). Sau đó, khẩu trang sẽ được đưa tới cụm gập quai (7), thơng qua đầu gập có nhiệt, quai khẩu trang sẽ được gập vào trong phôi khẩu trang để có thể dễ đóng gói. Cuối cùng, qua bộ ra (8), khẩu trang sẽ được xếp thành chồng
1 8 4 7 6 2 3
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
được cắt thông qua cụm (6) để chuẩn bị cho khẩu trang tiếp theo. Thông số thiết kế khẩu trang:
- Kích thước phơi khẩu trang: Dài x Rộng = 175 x 95 mm. - Kích thước dây thun quai: chiều dài từ 165 ÷ 175mm.
Bảng 1: Ước tính thời gian thực hiện, các thao tác chính và thao tác đồng thời
Bảng 2: Xử lý số liệu từ thời gian
XỬ LÝ SỐ LIỆU Thời gian Thao tác Thời gian bước trước Thời gian thực hiện Đơn vị
Bước 1 Băng tải chạy 1 khay vào vị trí 0 100 ms
Trễ 1 100 -100 ms
Bước 2 Xoay lấy dây thun 0 120 ms
Trễ 2 120 10 ms
Bước 3 Kẹp dây 130 80 ms
Trễ 3 0 ms
Bước 4 Cụm kéo cắt vào + cắt dây 210 150 ms
49
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Bước 5 Đầu hàn đi xuống + thời gian hàn 360 230 ms
Trễ 5 0 ms
Bước 6 Nhả dây quai đã được hàn ra 590 100 ms
Trễ 6 0 ms
Bước 7 Đầu hàn đi lên 690 80 ms
Tổng thời gian 770 ms
Bảng 3: Thời gian và năng suất theo mục tiêu và thực tế
Thông số Thời gian Đơn vị
Thời gian hàn 150 ms
Thời gian xuống hàn 80 ms
Thời gian xoay kéo dây 100 ms
Thời gian cắt kéo 50 ms
Năng suất mục tiêu 85 cái/phút
Năng suất đạt được thực tế 77,9 cái/phút Thơng số về năng suất tính tốn:
- Thời gian hàn: 70 ÷ 150 ms.
- Thời gian động cơ đi xuống để hàn: 60 ÷ 80 ms. - Thời gian động cơ xoay kéo dây: 80 ÷ 120 ms. - Thời gian động cơ cụm kéo cắt: 40 ÷ 50 ms.
Ngoài ra, thời gian trễ của các bước cũng được liệt kê ở Bảng 2.
Tổng thời gian thực hiện để hàn 1 khẩu trang từ phơi đến hồn thiện: 770 ms. Vì vậy, năng suất của máy hàn quai: 𝑁 =1000×60
770 = 77.9 cái/phút. Năng suất nằm trong
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 3.2: Biểu đồ phân bố thời gian theo tính tốn
3.2. Tính tốn thiết kế các cụm chính của máy quai khẩu trang
3.2.1. Cụm cấp phôi
Cụm cấp phôi khẩu trang vào máy quai dùng để cấp phôi từ máy thân sang máy quai, sau đó sẽ đưa đến các vị trí hàn. Cụm này sẽ hoạt động độc lập, mỗi lần sẽ di chuyển 1 bước, đến khi các cụm hàn quai và gập quai hồn thành thì sẽ hoạt động bước tiếp theo.
Phôi khẩu trang sẽ được chứa trên các khay chứa, mỗi khay chứa 1 khẩu trang. Có các cách để dẫn động như sau:
- Truyền động bằng băng tải cao su. - Truyền động bằng băng tải dùng xích.
Vì lý do băng tải dẫn động này là các khay chứa nên lựa chọn sử dụng xích để tải. Ngồi ra, xích tải mang các khay nên xích sử dụng là xích có bách dẫn. u cầu đặt ra là xích sẽ dẫn hướng nên sử dụng 2 đĩa xích để truyền động và dẫn hướng.
a. Tính tốn chọn xích
51
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Vận tốc tải nhỏ dưới 10÷ 15m/s nên xích được chọn là xích ống con lăn 1 dãy, và cũng dễ mua hàng sẵn trên thị trường.
Loại xích: Xích 35(ANSI), 1 dãy xích. Bước xích: t = 9,525mm. - Số răng đĩa xích:
Tỉ số truyền được chọn trong băng tải là u=1 nên chọn xích có số răng là 33 răng. Công suất cần truyền: 𝑁 = 𝑃 .𝑣
1000= 80 .0,25
1000 = 0,02 𝑘𝑤 [4]
với P = 80 N (xích có tải trọng 8kg) và v = 0,25 m/s là vận tốc tải. Công suất cần thiết cho động cơ:
𝑁𝑐𝑡 = 𝑁. 𝑘
Với: k = kđ. kA.k0.kđc.kb.kc [1]
kđ: Hệ số xét đến tải trọng ngồi, chọn kđ=1,25 vì có va đập kA: Hệ số xét đến chiều dài xích, A > 80t nên chọn kA = 0,8
k0: Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền. Chọn k0 = 1
kđc: Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, chọn kđc = 1 kb: Hệ số xét đến bơi trơn, vì ít bơi trơn nên chọn kb = 0,7
kc: Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền, chọn 3 ca nên kc = 1,45 Khi đó, k = 1,25.0,8.1.1.0,7.1,45 = 1,015
Nên cơng suất cần thiết là: 𝑁𝑐𝑡 = 𝑁. 𝑘 = 0,02.1,015 = 0,0203 𝑘𝑊
Tra bảng 6.4 [4], ta có Nct < [N] nên số răng đáp ứng được. Chọn số răng đĩa xích là Z = 33 răng.
- Tính tốn khoảng cách trục:
Lựa chọn khoảng cách trục là 1620mm, để bao gồm tất cả các cụm máy phía trên bàn máy.
- Tỉ số truyền u = 1.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
sin180𝑧 sin18033
Từ các tính tốn thiết kế, ta lựa chọn loại xích: Xích 35 (ANSI), xích ống con lăn.
Bước xích: t = 9,525 mm. Số răng: Z = 33 răng.
Đường kính đĩa xích: d = 100,2 mm. Tỉ số truyền: u = 1.
Theo kích thước khẩu trang nên đĩa xích cần trượt được trên thanh dẫn hướng, vì vậy nên chọn đĩa xích đơi, có 2 dãy xích đối diện nhau.
Lúc này phân bố tải trọng trên đĩa xích sẽ giảm còn 1 nửa cho mỗi đĩa. Để dễ dàng cho gia cơng nên chọn 2 đĩa xích có cùng góc độ với nhau, đảm bảo hàn đồng tâm.
Băng tải này sẽ tuần hồn, vì vậy, cố lượng đĩa xích có 4 đĩa, dẫn từ dưới lên trên bàn máy và thoát ra ở phần đối diện.
53
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 3.4: Bản vẽ đĩa xích đơi đĩa bị dẫn
Hình 3.5: Mơ hình hóa đĩa xích đơi
Xích tải chuyển nên sẽ chọn xích có bách dẫn để gá khay khẩu trang lên phía trên. Bách xích dẫn cần lựa chọn loại phù hợp.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 3.6: Dây xích có tai [13]
Bảng 4: Thơng số dây xích có tai [13]
Mã xích H T N O E Z S Khối lượng (g) KANA 25 5.8 0.75 5.6 3.4 2.9 11.65 7.95 0.3 KANA 35 8.8 1.25 7.9 3.4 4.4 13.8 9.5 0.9 KANA 40 11.7 1.5 9.5 3.6 5.8 17.3 12.7 1.4 KANA 50 14.6 2 12.7 5.2 7.3 22.3 15.9 3.2 KANA 60 17.5 2.4 15.9 5.2 8.8 26.3 18.25 5.6 KANA 80 23 3.2 19.1 6.8 11.5 34.2 24.6 13 KANA 100 28.9 4 25.4 8.7 14.4 44.6 31.75 25 KANA 120 35 4.8 28.6 10.3 17.5 50.9 36.55 38 KANA 140 40.7 5.6 34.9 11.9 20.4 62 44.45 71 KANA 160 46.7 6.4 38.1 14.3 23.4 69.9 50.8 97
Lựa chọn bách dẫn loại KANA 35, bề rộng bách dẫn là 7,9 mm, bề dày 1,25 mm. Lỗ trên bách dẫn là Ø = 4,4 mm nên có thể lắp vít M4 để chứa khay khẩu trang.
55
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
b. Tính tốn chọn truyền động cho băng tải
Để truyền động cho băng tải, chọn động cơ Servo đáp ứng công suất đầu vào. Công suất cần truyền: 𝑁 = 𝑃 .𝑣
1000 Với: Tải trọng là 27 kg. P = 270 N.
Lực ma sát trượt: Fms = 270.0,3 = 121,5 N. Vận tốc: v = 1 m/s
Công suất cần truyền: 𝑁 = 𝑃 .𝑣
1000= 391,5 .1
1000 = 0,3915 𝑘𝑤
Vì vị trí hàn quai cần độ chính xác cao nên lựa chọn bộ truyền đai răng: Hiệu suất của bộ truyền đai: 97%.
η = ηđ. ηob với ηđ: Hiệu suất của bộ truyền đai. ηđ = 97%
ηob: Hiệu suất của 1 cặp ổ bi, ηob = 99,5% η = 0,97.0,995 = 0,96515 nên ta có: 𝑁𝑐𝑡 = 𝑁
η = 0,3915
0,96515 = 0,405 𝑘𝑊
Lựa chọn động cơ:
Động cơ Servo 750W, ECMA-C20807RS, hãng Delta.
Công suất cần tải ở mức 0.405 kW nên theo lựa chọn đai răng L pitch, bước răng t = 9,525 mm. (0.375 in)
Đĩa puly lựa chọn số răng là Zr = 30 răng, chịu được công suất N = 0,915 kW Tỉ số truyền chọn: u = 1. Đường kính puly: 𝑑 = 𝑡 sin180𝑧 = 9,525 sin18030 = 90,2 𝑚𝑚
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
57
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 3.8: Mơ hình hóa Puly trên 3D
3.2.2. Cụm cấp thun
Cụm cấp thun gồm 2 bộ phận: Bộ phận tạo lực kéo thun và bộ phận dẫn thun. - Bộ phận tạo lực kéo: Dùng để kéo dây thun, lúc này dây thun sẽ co giãn dẫn đến không đảm bảo được chiều dài.
- Bộ phận dẫn thun: Cuốn dây thun tới để đáp ứng được chiều dài, tránh tình trạng thiếu chiều dài của dây thun.
Hai bộ phận trên không thể tách rời nhau, bổ trợ cho nhau để dây thun luôn đáp ứng được chiều dài yêu cầu.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 3.9: Bộ phận kéo dây thun
Sử dụng 1 bách dẫn để kéo dây thun, gồm bách dẫn chính (1), giá chưa lá thép lị xo (2), cò kẹp (4), thanh điều chỉnh dài (6), cánh quay (7). Dây thun sẽ vòng qua 1 nửa vịng trịn, tới tại vị trí kẹp để kẹp lại. Những vị trí giữa 2 kẹp đều có các khoảng cách để có thể kéo cắt đi dây thun.
Yêu cầu của động cơ kéo dây bao gồm: Quay được góc chính xác, có thể hãm được khi vận tốc lớn.
Vì các u cầu đó, động cơ cần chọn là động cơ servo. Mỗi lần quay để lấy dây, động cơ sẽ quay 1 góc 1800.
Tính tốn cơng suất động cơ: Công suất cần truyền: 𝑁 = 𝑃 .𝑣
1000 Với: v = ω.R là vận tốc dài.
ω: vận tốc góc. Góc quay của bách xoay là 1800 = π, thời gian quay ước tính là 120 ms = 0,12s nên 𝜔 = 𝜋
59
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
R: bán kính góc quay, 𝑅 = 175
𝜋 = 56 mm.
Vậy: v = 26,2.0,056 = 1,47 (m/s).
Trọng lượng của bách dẫn và trục dẫn là 1,01kg, P = 10,1 N. Công suất cần truyền: 𝑁 = 𝑃 .𝑣
1000= 10,1.1,47
1000 = 0,015 𝑘𝑊
Hiệu suất của bộ truyền thông qua 1 cặp ổ bi: ηob = 99,5% nên ta có: 𝑁𝑐𝑡 = 𝑁
𝜂𝑜𝑏 =0,015
0,995 = 0,015 𝑘𝑊
Lựa chọn động cơ: Động cơ Servo 200W, ECMA-C20602RS, hãng Delta.
Hình 3.10: Thiết kế nguyên bộ kéo dây b. Bộ phận dẫn thun:
Động cơ Giá động cơ Trục truyền động Bách xoay
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
cần đạt (165÷175mm), nếu khơng có bộ phận dẫn này, tính chất dây thun co giãn nên chiều dài sẽ không đáp ứng được.
Nguyên lý: Sử dụng động cơ kéo dây thun. Dây thun co giãn do lực kéo nhưng ma sát lăn thì làm dây thun vẫn giữ được chiều dài. Vì vậy sử dụng 1 con lăn tạo truyền động từ động cơ là con lăn dẫn bằng cao su, con lăn còn lại là con lăn bị dẫn bằng Inox để tránh bị Oxy hóa. Lực tạo ra ma sát lăn là lực của lò xo kéo con lăn bị dẫn luôn ma sát với con lăn dẫn.
- Tính tốn động cơ: Tính chất của cụm này là tạo lực kéo, chỉ chuyển động để tạo ma sát cho việc kéo thun. Vì vậy nên chọn động cơ thường, nhỏ gọn để giảm trọng lượng và không gian.
Công suất cần truyền: 𝑁 = 𝑃 .𝑣 1000 Với P = 0,1 N và vận tốc v = 0,135/s. Công suất động cơ: 𝑁 = 𝑃 .𝑣
1000= 0,1.0,135
1000 = 0,0000135 𝑘𝑊
Lựa chọn động cơ thường, cơng suất 6W, tốc độ 1200 vịng/phút. - Đường kính con lăn dẫn và con lăn bị dẫn và bị dẫn:
Chiều dài thun từ: 165÷175 mm, độ co giãn tự nhiên từ 13÷18% nên khi kéo qua con lăn, dây thun sẽ có chiều dài từ: 185÷207 mm, vì vậy:
𝑑 = 𝐶
𝜋 = 58,9 ÷ 65,9 𝑚𝑚, vì vậy chọn d = 60 mm.
Vì tốc độ lớn nên cần hộp giảm tốc, để có vận tốc 1,2 m/s thì cần có hộp giảm tốc có vận tốc đầu ra: v = 0,135 m/s. Khi đó, tốc độ quay của đầu ra là:
𝑛 = 𝑣 . 60
𝑑. 𝜋 =
0,135.60
0,03. 𝜋 = 85 𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡
Nên ta có tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: = 𝑛2
𝑛1 = 85
1200= 1
14 Do đó, ta chọn động cơ kéo có các tính chất như sau:
61
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Số vòng quay: n = 1200 vòng/phút. Hộp giảm tốc có tỉ số truyền u = 1:15 Mã động cơ: 2IK6GN-C
Mã hộp giảm tốc: 2GN-15K
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
Hình 3.13: Bộ phận dẫn thun
3.2.3. Cụm kéo cắt
Cụm kéo cắt được dùng để cắt dây thun sau khi dây thun đã được kẹp vào bách dẫn thun. Lúc này, các cò kẹp sẽ kẹp dây thun thẳng hàng, căng để chuẩn bị cắt.
Vì lý do khi hàn khẩu trang sẽ khơng có khơng gian nên vị trí thiết kế kéo sẽ khơng đặt ở vị trí hàn mà phải đặt ở ngồi, di chuyển vào rồi cắt sau đó di chuyển ra lại