Đặc biệt trong nền sản xuất kinh tế thị trường ngày nay, việc thay đổi mẫu mã sản phẩm để nâng cao sức cạnh tranh là một nhu cầu bức thiết điều đó càng đòi hỏi các hệ thống sản xuất tự đ
Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
Tổng quan
Hình 1.1 Hệ thống băng chuyền phân loại
Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro tiết kiệm được chi phí Và hạn chế là một hướng tất yếu của quả trình sản xuất nào cũng không thể tránh khỏi, do thời gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ như hiện nay Cùng với sự phát triển vượt bậc của kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua Và lĩnh vực điều khiển tự động đã ra đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu trong cuộc sống, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp Chính vì vậy phải lựa chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành Đảm bảo điều kiện cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trì và sửa chữa hệ thống khi có sự cố.
Thực tiễn đó đã đặt ra làm sao để quản lí các nhà máy sản xuất một cách linh hoạt ổn định và phù hợp nhất, tiết kiệm nhất và phải an toàn Trước thời cơ và thách thức của thời đại, do đó sự nhận biết nắm bắt và vận dụng các thành tựu một cách có hiệu quả nền khoa học kĩ thuật thế giới nói chung và kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh chóng bên cạnh đó những doanh nghiệp vừa và nhỏ quy mô sản xuất thì ngược lại hoàn toàn chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cân sản phẩm và đóng gói bao bì, vẫn còn sử dụng sức người, chính vì vậy cho năng suất chưa hiệu quả Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng và khai thác một cách khả thi nhất tốt nhất có thể Việc ứng dụng kĩ thuật điều khiển vào “quá trình phân loại sản phẩm” là một trong những thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền sản xuất cũ mang nhiều hạn chế Làm thay đổi cục diện của nền công nghiệp mạnh mẽ Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng cho chúng em tìm hiểu xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hoàn thiện và phát triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong đời sống sản xuất của con người.
1 Khái niệm và phân loại
Khái niệm: Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng
Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm:
Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có sự tham gia của con người hay không mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi xử lí.
Theo màu sắc: màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí
Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên ngoài Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của phôi với nhau.
Phân loại và ứng dụng: có những cách phân loại sản phẩm sau:
Phân loại sản phẩm theo kích thước: Phương pháp này dựa vào kích thước của sản phẩm mà phân loại Phương pháp này thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp chế biến bia, nước giải khát,
Hình 1.2: Phân loại sản phẩm theo kích thước
Phân loại sản phẩm theo màu sắc: Phương pháp này dựa vào màu sắc sản phẩm mà phân loại Phương pháp này được ứng dụng hiều trong các dây chuyền chế biến nông sản, vật liệu xây dựng nhằm phân loại chính xác màu sắc của sản phẩm.
Hình 1.3 Hệ thống phân loại cam theo màu sắc
Phân loại sản phẩm theo khối lượng: Phương pháp này dựa vào khối lượng của sản phẩm mà phân loại, thường gặp nhiều trong chế biến thủy, hải sản
Hình 1.4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng
Phân loại sản phẩm theo mã vạch: Mã vạch được tạo riêng cho từng loại sản phẩm về số lượng, mặt hàng, thông tin khách hàng ngay trực tiếp trên sản phẩm Phương pháp này sử dụng công nghệ laser hoặc công nghệ chụp ảnh
Hình 1.5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch của Opticon
2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống
Nguyên lí hoạt động chung :
Hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên nguyên lý dùng cảm biến để xác định yếu tố mang tính chất phân loại sản phẩm Chuyển động của bộ băng chuyền đưa sản phẩm của bộ phận tiếp nhận đến bộ phận điều khiển để tiến hành phân loại Các sản phẩm sau khi phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói Chu trình này sẽ lặp lại cho đến khi hết sản phẩm.
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống
3 Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người
Hệ thống phân loại sản ra đời hình thành và phát triển trong giai đoạn kinh tế của thế giới nói chung và của đất nước như hiện nay đã đánh dấu thêm những bước ngoặt quan trọng cho sự tiến bộ của khoa học- công nghệ kĩ thuật thực tế đã ứng dụng một cách tốt nhất cho những mục đích cao, khó của con người Có một tầm quan trọng ảnh hưởng lớn đến nền công nghiệp đặc biệt là đối với tình hình nước Việt Nam ta hiện nay làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể cho cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và ổn định lâu dài Đồng thời cũng là nền tảng cho sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên thế giới Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn Vấn đề số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất Từ đây sự thay thế của máy móc của các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các qua trình khác để tạo ra sản phẩm Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công việc khó khăn phức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt Nhờ vậy mà sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt.
Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môi trường sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên đã có sự hình thành nhanh chóng gây ra những hậu quả vô cùng nguy hiểm Lâu dài nó sẽ làm cho sự tồn tại của con người không được bền lâu Bởi vậy, hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng trong nhiều hệ thống tự động khác có ý nghĩa hơn vào thế kỉ này
Do con người không thể tác động trực tiếp những tác hại và hậu quả gây ra và giải pháp tối ưu cho các hệ thống tự động cho những công việc khó khăn phức tạp nhiều nguy hiểm tiềm tàng.
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Băng tải là một thiết bị công nghiệp giúp di chuyển nguyên vật liệu từ điểm này sang điểm khác mà không phải tốn sức người giúp chủ nhà máy xí nghiệp giải quyết triệt để vấn đề vận chuyển nguyên vật liệu một cách hiệu quả nhất
Băng tải cần được thiết kế phù hợp, kết cấu cơ khí không quá phức tạp nhưng phải đảm bảo độ bền, đáp ứng được các chế độ làm việc khác nhau.
Hình 2.2 Cấu tạo chung của bang tải:
1) băng truyền 2)Trục truyền động 3) trục căng 4) hệ thống con lăn đỡ
Ưu điểm của băng tải:
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng.
Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động hóa, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao, tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không quá lớn.
Một vài đánh giá để lựa chọn kiểu băng tải phù hợp:
Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng
Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp Băng tải lá 25-125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp Băng tải thanh đẩy 50-250kg rápVận chuyển chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách > 50m Băng tải con lăn 30-500kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách < 50m
Băng tải xích, băng tải con lăn: độ ổn định cao khi vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành đắt.
Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :
Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm
Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.
Nhược điểm: Độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thời gian làm việc
Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài
Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:
Tải trọng băng tải không quá lớn.
Kết cấu cơ khí không quá phức tạp.
Dễ dàng thiết kế chế tạo.
Tuy nhiên loại băng tải này cũng có một vài nhược điểm như: độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm theo thời gian.
Các yêu cầu chung của bộ truyền động với băng tải:
+ Trong quá trình sản xuất của nhà máy thì chế độ làm việc của các thiết bị băng tải luôn diễn ra một cách liên tục với chế độ dài hạn và các phụ tải hầu như không đổi Vì vậy để đáp ứng các yêu cầu công nghệ của hầu hết các thiết bị băng tải vận tải liên tục khi không có các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ tại các phân xưởng sản xuất theo dây truyền có quy định tốc độ nhất định để phù hợp nhịp độ làm việc và đồng nhất với toàn bộ dây truyền khi cần thiết.
+ Trong các hệ thống truyền động các thiết bị băng tải liên tục cần phải đảm bảo quá trình khởi động đồng tải, bởi vậy chúng ta nên lựa chọn động cơ truyền động cho băng tải vận hành liên tục là động cơ có hệ số trượt lớn, có rãnh stato sâu để có hệ số mở máy lớn.
So sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích:
Bộ truyền đai Bộ truyền xích Ưu điểm
Có khả năng truyền chuyển động và cơ năng giữa các trục ở xa nhau.
Làm việc êm và không ồn.
Giữ được an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá tải do hiện tượng
Có khả năng truyền chuyển động giữa các trúc cách nhau tương đối lớn.
Kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai.
Không có hiện tượng trượt.
Có thể cùng môt lúc truyền trượt trơn chuyển động cho nhiều trục.
Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích.
Khuôn khổ và kích thước lớn
Tỉ số truyền không ổn định, hiệu suất thấp do có sự trượt đàn hồi.
Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai.
Do có sự va đập khi vào khớp nên gây nhiều tiếng ồn lớn khi làm việc, không thích hợp với vận tốc cao.
Đòi hỏi chế tạo, lắp ráp chính xác hơn, yêu cầu chăm sóc, bảo quản thường xuyên.
Vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định.
Dễ mòn khớp bản lề.
Do thích hợp với vận tốc cao nên thường lắp ở đầu vào của hộp giảm tốc.
Thường dùng khi cần truyền động trục có khoảng cách lớn
Thích hợp với vận tốc thấp, thường lắp ở đầu ra của hộp giảm tốc.
Thích hợp truyền động với khoảng cách trục trung bình, yêu cầu làm việc không có trượt.
Bảng So sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích
3 Pít – tông /van khí nén
Theo thiết kế, cơ cấu phân loại sản phẩm được thực hiện bằng pít tông khí nén Pít tông khí nén (xi lanh khí nén) là thiết bị cơ học, hoạt động được nhờ khí nén giúp chuyển năng lượng tiềm năng thành động năng (nhờ sự chênh áp bởi khí nén nên áp suất lớn hơn áp suất khí quyển), pít tông của xi lanh chuyển động làm cho sản phẩm hoạt động như mong muốn người dùng.
Cấu trúc của hệ thống khí nén (The structure of Pneumatic Systems) thường bao gồm các khối thiết bị sau:
- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô,…)…
- Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.
- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút,
1-nguồn khí nén, 2-van lọc, 3-van điều chỉnh áp suất, 4-đồng hồ đo áp suất, 5- van phân phối 3/2, 6- van tiết lưu
Hình 2.3:Sơ đồ hệ thống khí nén của cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm theo chiều cao
Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
- Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia công, các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm…
Tính toán, thiết kế hệ thống
Thông số đầu vào ( đề số 2) Đề số Năng suất làm việc Khối lượng phôi Kích thước hình học phôi (cm)
[N,sp/ph] [Qmin,kg] [Qmax,kg] [h1,d1] [h2,d2] [h3,d3]
1 Tính các thông số hình dạng và động học của băng tải
Chọn các kích thước của băng tải: Chiều dài L = 1200 mm, chiều rộng W 150mm, chiều dày đai băng tải H = 3 mm Chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm là 90 mm Từ đó suy ra có 8 sản phẩm trên băng chuyền tại thời điểm bất kì.
Hình 1: Kích thước, khoảng cách giữa các sản phẩm
- Tổng khối lượng sản phẩm lớn nhất trên băng tải:
-Năng suất 18 sp/phút => Thời gian 1 sản phẩm đi hết băng tải là: t = 60 15 ⋅ 8&.67 ( s )
Theo yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng 0,3 – 5.5 kg nên lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao su có khối lượng riêng là ρ 1250 kg/m3 và khung sườn thép CT45 Đai cao su có khả năng vận chuyển êm, truyền động nhanh, ổn định, do phôi có trọng lượng vừa phải nên dùng đai cao su có khả năng ma sát tốt, làm việc chính xác Khi không yêu cầu góc nghiêng lớn và không yêu cầu di chuyển theo đường cong thì đai tải cao su hoàn toàn có thể đáp ứng tốt yêu cầu làm việc.
- Hệ số trượt giữa trục và băng tải là: à = 0,3
- Do chọn băng tải dày 3mm nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính tang quay là 60mm.
Phân tích lực tác dụng lên băng tải:
Lực ma sát giữa dây băng và bề mặt tấm đỡ, con lăn, … do khối lượng phôi và dây băng.
Hình 2: Sơ đồ lực hệ thống băng tải
Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các puly dẫn động, bị động Phần giữa 2 puly này băng được dẫn hướng và đỡ bởi các các con lăn và tấm trượt tùy thuộc vào kết cấu và loại dây Lực cản chuyển động băng khác nhau tại mỗi đoạn đặc trưng, trên mỗi đoạn này có cùng tính chất lực cản Lực căng dây tại mỗi điểm đặc trưng (i) sẽ bằng lực căng tại điểm ngay trước nó (i-1) cộng với lực cản chuyển động của dây trên đoạn từ (i-1) đến i.
Trên sơ đồ hình 2 ta có lực căng băng tại các điểm đặc trưng Si (i = 0 - 3), với S0 là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn.
Các lực chuyển động của băng:
W0/1: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến điểm 1.
q0: Trọng lượng 1 mét dài băng tải.
w: là hệ thống là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây; được xác định bằng thực nghiệm, w = 0,2 – 0,4 Chọn w = 0,3
W1/2: Lực cản trên đoạn uốn cong qua tang bị động từ điểm 1 đến điểm 2
W1/2 = ξ ⋅ S 1 =0,05 ⋅ S 1 ξ :là hệ số cản trên tang đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng ξ = 0,03 – 0,05 Chọn ξ = 0,05
W2.3 : Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3
q0: là trọng lượng 1 mét dài băng
Qt: tổng trọng lượng tải đặt trên băng
Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng:
F = S3 - S0 = ΣW i−1 i = 2 + 0,05.S1 + 135.44 = 137.44 + 0,05.S1 (N) Như vậy để xác định được lực kéo F ta cần biết giá trị của S0 Lực S0 có thể xác định từ điều kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:
α: góc ôm của băng trên tang Chọn α= π rad
f : hệ số ma sát giữa băng với tang = 0,2 ~ 0,4 Ở đây chọn f =0,3
- Công suất yêu cầu trên trục tang công tác:
II Tính toán, thiết kế các thành phần của hệ thống
1 Động cơ Để chọn được động cơ chúng ta cần biết:
Công suất cần thiết trên trục động cơ Pđc
Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ n sb
Hai thông tin này được tính toán từ dữ liệu đầu vào Cụ thể là từ vận tốc V của bảng tải và lực kéo của băng tải F (Hình 3)
Hình 3: Hệ dẫn động băng tải
Công suất cần thiết trên trục động cơ Pct được xác định theo công thức sau:
P ct = P lv η Ở đây Plv và 𝜂 lần lượt là công suất làm việc (tính trên trục công tác) và hiệu suất của cả bộ truyền (bao gồm hiệu suất của ổ lăn, hiệu suất của bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít-bánh vít, bộ truyền đai, bộ truyền xích ….) Các giá trị hiệu suất này được tra trong bảng 2.3
Số vòng quay sơ bộ n sb trên trục động cơ được tính từ số vòng quay trên trục công tác (trục làm việc) n sb của băng tải (hoặc xích tải) Số vòng quay sơ bộ được xác định bởi công thức: n sb =n lv ⋅ u c
Với n lv = 60 πD v cho hệ thống băng tải với D là đường kính tang quay.
- Công suất trên trục công tác:
- Hiệu suất chung của hệ thống:
- Công suất cần thiết trên trục động cơ:
Số vòng quay trên trục công tác: n lv =¿ 60 v πD = 60 π 0 0,045 , 06 ,32 rpm
Tỉ số truyền chung của hệ Tra bảng 2.4, chọn các tỉ số truyền thành phần u x =3
- Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ: n sb =n lv ⋅u x ,32 3= 42,96 rpm
Vậy đến đây ra đã có đủ 2 thông tin để chọn động cơ, gồm Pđc = 15,8 (W) và n sb B,96 rpm
Ta chọn động cơ tích hợp bộ giảm tốc của hãng ZD với mã 4IK25RGN-A có công suất 25W số vòng quay 1350 rpm, có thể làm việc với tốc độ 47 rpm.( Trích dẫn tài liệu tham khảo)
- Tính lại tỉ số truyền: u= n ⅆ c n lv = 47
Thông số Động cơ Công tác
2 Tính chọn bộ truyền ngoài Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp cùng động cơ, do đó bộ truyền ngoài nên chỉ dùng bộ truyền xích, không nên dùng bộ truyền đai Dữ liệu ban đầu để tính toán bộ truyền xích bao gồm:
Số vòng quay đĩa xích chủ động n1 = 47 rpm
2.1 Các bước tính toán chọn bộ truyền xích như sau
Dựa theo cơ sở lớ thuyết về ô Loại xớch ằ ta chọn loại ô Xớch con lăn ằ do cú tải trọng nhỏ, vận tốc thấp.
- Tỉ số truyền thực tế : u t = z 2 z 1 = 76
- Sai lệch tỉ số truyền : Δ u = | u t −u u | ⋅ 100 %= | 3.3−3,28 3,28 | =0,6 % < 4% thoả mãn
Pt , P , [ P ] lần lượt là công suất tính toán, công suất cần truyền và công suất cho phép.
kz là hệ số dạng răng và được tính bằng công thức: k z = 25 z 1 = 25
kn: là hệ số vòng quay, tra bảng 5.5 k n = n 01 n 1 = 50
k là hệ số, tính từ các hệ số thành phần và được tra trong bảng 5.6 k=k o k a k dc k bt k d k c
- ko = 1 ( đường nối tâm hai đĩa xích so với đường nằm ngang là 30 o k f = 4
Ta tra được [s] = 7 < s = 96,46 => Xích đủ bền
2.3 Xác định thông số đĩa xích
- Đường kính vòng chia: d 1 = p sin ( z π 1 ) = sin 12,7 ( 23 π ) ,27 (mm) d 2 = p sin ( z π 2 ) = sin 12,7 ( 76 π ) 07,32 (mm)
- Đường kính chân răng: ¿ d 1 −2 r= 93,27− 2.3,944= 85,38( mm )
Với r =0,5025 d 1 + 0,05=0,5025 7,75+ 0,05 = 3,944 (mm) d 1 = 7,75 (mm) – đường kính con lăn tra trong bảng 5.2 ¿> d 2 −2r 07,32−2.3,944)9,43 ( mm)
- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của đĩa xích: σ H = 0,47 ⋅ √ k r ( F t ⋅ k d + F vd ) ⋅ A E ⋅k d
A: Diện tích chiếu của bản lề Tra bảng 5.12 với p,7mm ta được A9,6 mm 2
kr : hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích Tra bảng với số răng z1# => kr 0,48
kd : Hệ số phân bố tải không đều giữa các dãy Sử dụng 1 dãy xích => kd = 1
Fvd : lực va đập trên m dãy xích
1 + E 2 = 2,1.10 5 (Mpa) (do E1=E2=2,1.10 5 (Mpa) vì cả 2 đĩa xích đều làm bằng thép )
Tra bảng 5.11 chọn vật liệu làm đĩa xích là gang xám
Xác định lực tác dụng lên trục :
F r = k x ⋅ F t = 1,15 63,8 = 73,37 (N) Với k x = 1,15 : Hệ số kể đến trọng lượng của xích ( Do β≤ 40 0 )
Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích
Thông số Kí hiệu Giá trị
Loại xích Xích ống con lăn
Số răng đĩa xích nhỏ Z1 23
Số răng đĩa xích lớn Z2 76
Vật liệu đĩa xích Gang xám Đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ d1 93,27 mm Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 307,32 mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích nhỏ da1 98,75 mm Đường kính vòng đỉnh đĩa xích lớn da2 313,41 mm
Bán kính đáy r 3,944 mm Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ ⅆ f 1 85,38 mm Đường kính chân răng đĩa xích lớn ⅆ f 2 299,43 mm
Lực tác dụng lên trục Fr 73,37 (N)
3 Tính toán trục, chọn ổ lăn.
Chọn vật liệu chế tạo là thép 45 có σ b `0 Mpa , ứng suất xoắn cho phép[ τ ] = ¿ 15,3 Mpa
3.1 Xác định đường kính trục sơ bộ tại vị trí lắp ổ lăn : d= √ 3 0,2 T [ τ ] = √ 3 0,2.15,3 9800 = 14,74 (mm)
3.2 Xác định các lực tác dụng:
- Lực tác dụng từ băng tải:
Trọng lượng của băng tải:
Lực tác dụng từ đĩa xích:
- Lực căng dây xích bé là:
- Lực căng dây xích lớn là:
- Momen tại vị trí lắp đĩa xích:
- Lực băng tải tác dụng lên con lăn:
3.3 Xác định khoảng cách giữa các điểm đặt lực
- Chiều dài moay ơ đĩa xích: lm = (1,2 -> 1,5).16 = (1,2 -> 1,5) 16 = 19,2 -> 24 (mm)
3.4 Tính đường kính đoạn trục:
- Gọi đường kính các đoạn trục lắp bánh răng, ổ lăn 1, lần lượt là d 0 ,d 1
Tra bảng trị số ứng suất cho phép, ứng suất cho phép của thép 45 chế tạo trục là [𝜎]63 Mpa. d 0 = √ 3 0,1 M tđ [ σ 0 ] = √ 3 0,1.63 8487 ,04 ( mm) d 1 = √ 3 0,1 M tđ [ σ 1 ] = √ 3 8632,4 0,1.63 ,1 ( mm)
Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau : d 0 ( mm )( Đoạntrục lắp vớiđĩa xích) d 1 (mm )(Đoạntrục lắp vớiổ lăn)
4 Chọn then và kiểm nghiệm then:
Then được lắp tại đĩa xích trên trục: d 0 (mm)
Chọn then bằng, tra bảng 9.1 ta có:
Chiềusâu rãnhthen trêntrục t 1=2,5 ( mm) Chiềusâurãnhthen trênlỗ t 2=1,8 ( mm) Chiềudàithen: l =(0,8 ÷ 0,9) l m ÷ 18 (mm)
4.2 Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt:
Ta có điều kiện bền dập và bền cắt: { σ d = τ c = d.l d l t 2 2 ( h−t T T t b ≤ 1 ) [τ ≤[ c σ ] d ]
Với bảng 9.5 ta có: dạng lắp cố định, vật liệu may- ơ bằng thép và chế độ tải trọng va đập nhẹ
{ [ τ c ] =( 40÷ 60 )( Mpa)dolàm việc vađậpnhẹ gây nên [ σ d ] 0 ( Mpa)
Kiểm tra độ bền then tại vị trí lắp bánh răng:
⇒ Then tại vị trí nàythỏa mãnđiều kiệnbền dập vàcắt
4.3 Kiểm nghiệm trục theo độ bền mỏi: Độ bền của trục được đảm bảo nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện: s j = s σ j s τ j
[s] – hệ số an toàn cho phép, thông thường [s]= 1,5 … 2,5 (khi cần tăng độ cứng )
[s] = 2,5 … 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục).
s σ j và s τ 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 j: s σ j = σ −1
Trong đó: σ −1 và τ −1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kì đối xứng Có thể lấy gần đúng: σ −1 =0,436 σ b =0,436.600&1,6 ( MPa ) τ −1 =0,58 σ −1 =0,58.261,61,73 ( MPa ) σ aj ,σ mj ,τ aj ,τ mj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j, do quay trục một chiều:
Với W j , W 0 j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục ψ σ ,ψ τ là hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, tra theo bảng 10.7.
K σdj , K τdj là hệ số, xác định theo công thức:
K x là hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt, cho trong bảng 10.8
K y là hệ số tăng bền bề mặt trục, cho trong bảng 10.9 phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt, do đó K y =1
ε σ và ε τ là hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi, trị số cho trong bảng 10.10
K σ và K τ là hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn, trị số của chúng phụ thuộc vào loại yếu tố gây tập trung ứng suất Tại các bề mặt trục lắp có độ dôi, có thể tra trực tiếp tỉ số K σ /ε σ và K τ / ε τ – bảng 10.11.
4.4 Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn:
Tra bảng 10.6 với d 1 ( mm) , ta có:
Do vị trí này lắp ổ lăn nên ta chọn kiểu lắp chặt Chọn kiểu lắp r6, tra bảng10.11 ta có:
{ s s σj τj = = K K σdj τdj σ τ σ aj τ aj −1 −1 + + ψ ψ σ τ τ σ mj mj = = 2,11.6,09+ 2,81.3,29 151,73 261,6 +0,05.0 0.6,09 ,8 = 28,3
4.5 Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp đĩa xích:
Do M j =0( Nmm) nên ta chỉ kiểm tra hệ số an toàn khi chỉ tính riêng ứng suất tiếp, tra bảng 10.6 với d 0 (mm) ¿
Ta thấy sự tập trung ứng suất tại trục lắp khớp nối là do rãnh then và do lắp ghép có độ dôi
Tra bảng 10.11 với kiểu lắp k6.
• Ảnh hưởng của độ dôi:
• Ảnh hưởng của rãnh then:
Tra bảng 10.12 với σ b `0( MPa) ta có:
Vậy trục đảm bảo độ an toàn về độ bền mỏi.
Chọn ổ lăn: Do trục không chịu ảnh hưởng của lực dọc trục nên ta chọn loại ổ bi đỡ 1 dãy.
Chọn sơ đồ kích thước ổ:
Với kích thước trục như hình và đường kính ngõng trục d = 16(mm), ta chọn được ổ lăn SKF 6203 với đường kính trong d = 17(mm), đường kính ngoài D 40(mm), khả năng tải động C= 9,55(kN), khả năng tải tĩnh C 0 = 4,75( kN )
Ta chọn ổ của hãng SKF :
Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:
Tải trọng động quy ước:
k t −¿ hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ k t =1
k đ −¿ hệ số kể đến đặc tính tải trọng Tra bảng 11.3, k đ =1
X – hệ số tải trọng hướng tâm X = 1
Y – hệ số tải trọng dọc trục Y=0
V – hệ số kể đến vòng nào quay V= 1
→Q1,1( N )Tra bảng 11.2 chọn tuổi thọ của ổ lăn: L h =3.10 3 ( gi ờ )
Tuổi thọ tính bằng vòng quay của ổ:
10 6 =2,22 (triệ uv òng) Khả năng tải động của ổ lăn:
6 Hệ thống piston khí nén