Máy đóng tập luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Trong thời đại hiện nay nhu cầu về giáo dục và đào tạo đang được tập trung phát triển và luôn là ưu tiên hàng đầu tại mọi quốc gia trên thế giới Một dụng cụ học tập và làm làm việc không bao giờ thiếu và được sử dụng rất rộng rãi ở mọi lúc mọi nơi và thích hợp với mọi lứa tuổi là cuốn sổ tay tập vở Nó giúp chúng ta ghi chép nhanh lại những kiến thức thông tin cần thiết một thiết bị lưu trữ dữ liệu tuyệt vời Vậy nên việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo một sản phẩm công nghệ tiện lợi đảm bảo được chất lượng sản phẩm an toàn và dễ sử dụng đối với người lao động sẽ đặt ra một vấn đề đáng để ta đặc biệt quan tâm Xuất phát từ mục tiêu trên nhóm chúng em đã nghiên cứu và chế tạo thành công Máy đóng tập không chỉ đảm bảo sản phẩm làm ra đạt chất lượng sử dụng mà còn đáp ứng được nhu cầu thẩm mĩ của người dùng máy có thể dùng được với nhiều loại giấy khác nhau Máy được thiết kế phù hợp với nhu cầu sản xuất vừa và nhỏ Máy sử dụng hoạt động của các động cơ và các cơ cấu truyền động đơn giản nhỏ gọn và dẽ dàng tìm kiếm thay thế nếu xảy ra hư hỏng được vận hành bởi bộ vi điều khiển trung tâm Arduino điều khiển toàn bộ hoạt động của các cơ cấu làm việc Với việc áp dụng các kiến thức điện tử các chương trình điều khiển vào trong thiết kế đã tạo nên kết quả khá khả quan đảm bảo kết cấu nhỏ gọn nhưng vẫn hoạt động hiệu quả và đảm bảo chất lượng của sản phẩm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

MÁY ĐÓNG TẬP

Người hướng dẫn: TS LÊ HOÀI NAM

Sinh viên thực hiện: LÊ NGỌC TƯỜNG QUANG

NGUYỄN VĂN LONG

TÓM TẮT

Tên đề tài: MÁY ĐÓNG TẬP

Nội dung:

Trong thời đại hiện nay, nhu cầu về giáo dục và đào tạo đang được tập trung phát triển và luôn là ưu tiên hàng đầu tại mọi quốc gia trên thế giới Một dụng cụ học tập và làm làm việc không bao giờ thiếu và được sử dụng rất rộng rãi ở mọi lúc, mọi nơi và thích hợp với mọi lứa tuổi là cuốn sổ tay, tập vở Nó giúp chúng ta ghi chép nhanh lại những kiến thức, thông tin cần thiết, một "thiết bị lưu trữ dữ liệu" tuyệt vời Vậy nên việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một sản phẩm công nghệ tiện lợi, đảm bảo được chất lượng sản phẩm, an toàn và dễ sử dụng đối với người lao động sẽ đặt ra một vấn

đề đáng để ta đặc biệt quan tâm Xuất phát từ mục tiêu trên, nhóm chúng em đã nghiên

cứu và chế tạo thành công “Máy đóng tập” không chỉ đảm bảo sản phẩm làm ra đạt

chất lượng sử dụng mà còn đáp ứng được nhu cầu thẩm mĩ của người dùng (máy có thể dùng được với nhiều loại giấy khác nhau)

Máy được thiết kế phù hợp với nhu cầu sản xuất vừa và nhỏ Máy sử dụng hoạt động của các động cơ và các cơ cấu truyền động đơn giản, nhỏ gọn và dẽ dàng tìm kiếm thay thế nếu xảy ra hư hỏng, được vận hành bởi bộ vi điều khiển trung tâm Arduino điều khiển toàn bộ hoạt động của các cơ cấu làm việc Với việc áp dụng các kiến thức điện tử, các chương trình điều khiển vào trong thiết kế đã tạo nên kết quả khá khả quan, đảm bảo kết cấu nhỏ gọn nhưng vẫn hoạt động hiệu quả và đảm bảo chất lượng của sản phẩm

Máy gồm các bộ phận:

• Bộ phận lấy giấy, bỏ bìa

• Bộ phận hiệu chỉnh và vận chuyển giấy

• Bộ phận đóng ghim

• Bộ phận gập đôi tập

1 Tên đề tài đồ án:

Máy đóng tập

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Phần chung:

cơ khí, các thiết bị linh kiện điện tử, mạch điện tử điều khiển hệ thống

b Phần riêng:

bộ phận gập đôi tập

và bộ phận hiệu chỉnh, vận chuyển giấy

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

a Phần chung:

máy

b Phần riêng:

điều khiển

5 Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

sửa chửa và bổ sung nội dung và hàm lượng công việc cần thực hiện thông qua

đồ án

Kiểm tra tiến độ hoàn thành đồ án và góp

ý, sửa chữa nếu có sai sót

Kiểm tra, sửa chữa thuyết minh và các bản vẽ

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/2/2017

7 Ngày hoàn thành đồ án: 28/5/2017

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2017

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nhân loại đã và đang trải qua những sự phát triển không ngừng về mọi mặt.Trong đó, lĩnh vực điều khiển tự động hoá đóng một vai trò không hề nhỏ Điện tử góp phần rất lớn vào quá trình tự động hoá, thực sự đã giúp con người có những tiến

bộ vượt bậc

Đặc biệt là trong các nhà máy, khu công nghiệp, việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất với xu hướng tối ưu hóa, hiện đại hóa nhằm đem lại năng suất và hiệu quả cao cho con người Tuy vậy ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng các thành tựu của

“vi điều khiển”còn khá mới mẻ trong thời điểm hiện tại

Trong xu hướng chung đó, việc vận dụng những kiến thức mà chúng em đã được học trong quá trình học tập ở trường cũng như tìm hiểu thêm qua các tài liệu, chúng

em đã thực hiện xong đồ án tốt nghiệp với đề tài “Máy đóng tập” Đồ án này được

vận hành chủ yếu dựa vào sự điều khiển của vi điều khiển Arduino trên nền tảng cơ khí chính xác, hệ thống sẽ hoạt động một cách tự động theo một chu trình đã được thiết lập sẵn

Tuy nhiên do phạm vi trình độ của chúng em còn hạn chế nên việc nghiên cứu, tìm hiểu và chế tạo còn nhiều thiếu sót, vướng mắc Do đây cũng là đề tài mới, lần đầu tiên áp dụng vào thực tế để chế tạo thành một hệ thống nên việc thực hiện còn gặp nhiều khó khăn, khó tránh khỏi những thiếu sót Trong quá trình làm đề tài, em xin cảm ơn thầy TS Lê Hoài Nam đã tận tình chỉ bảo, định hướng cho em hoàn thành tốt

đồ án

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 18 tháng 5 năm 2017 Sinh viên thực hiện:

Lê Ngọc Tường Quang Nguyễn Văn Long

CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan chấp hành nghiêm các qui định về liêm chính học thuật trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này, tuyệt đối không có sự sao chép, trộm cắp ý tưởng, vi phạm luật sở hữu trí tuệ với bất kỳ sản phẩm nào Số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học

vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố Nếu vi phạm, chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện:

Lê Ngọc Tường Quang Nguyễn Văn Long

MỤC LỤC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÓNG TẬP 2

1.1.Giới thiệu về tập vở, sổ tay 2

1.1.1 Tổng quan về lịch sử 2

1.1.2.Thành phần của một cuốn tập vở, sổ tay 3

1.2 Giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động hóa 7

1.3 Sự cần thiết và tầm quan trọng của máy đóng tập 7

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 9

2.1 Tính toán thiết kế quá trình lấy giấy, bỏ bìa 9

2.1.1 Quá trình lấy giấy 9

2.1.2 Thiết kế hệ thống bỏ bìa 12

2.2 Tính toán thiết kế quá trình hiệu chỉnh và vận chuyển giấy 19

2.2.1 Tính toán thiết kế quá trình hiệu chỉnh giấy 19

2.2.2 Thiết kế băng tải vận chuyển giấy 22

2.3 Thiết kế bộ phận đóng ghim 27

2.3.1 Tính toán, chọn lựa các bộ phận cần thiết của cơ cấu 28

2.3.2 Kiểm nghiệm bộ truyền vitme đai ốc về độ bền : 30

2.3.3 Kiểm nghiệm bộ truyền vitme đai ốc theo điều kiện ổn định : 31

2.4 Tính toán thiết kế bộ phận gập đôi tập 32

2.4.1 Cơ cấu nâng giấy 32

2.4.2 Cơ cấu chèn ép gập đôi tập 35

2.5 Mô hình tổng thể toàn máy 38

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 39

3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 39

3.2 Giới thiệu về vi điều khiển Arduino 40

3.2.1 Arduino Uno R3 40

3.2.2 Arduino Nano 43

3.3 Mạch điều khiển động cơ L298N 44

3.3.1 Thông số kỹ thuật 44

3.3.2 Các chân tín hiệu 45

3.4 Module điều khiển động cơ bước A4988 46

3.4.1 Thông số kỹ thuật 46

3.4.2 Tính năng 46

3.4.3 Sơ đồ kết nối và nguyên lý 46

3.5 Động cơ servo SG90 9G 47

3.5.1 Giới thiệu 47

3.5.2 Thông số kỹ thuật 47

3.5.3 Điều khiển 47

3.6 Module rơ-le 48

3.6.1 Giới thiệu 48

3.6.2 Thông số kỹ thuật 48

3.7 Rơ-le công suất MY2 48

3.7.1 Giới thiệu 48

3.7.2 Thông số kỹ thuật 49

3.8 Công tắc hành trình 49

3.8.1 Giới thiệu 49

3.8.2 Thông số kỹ thuật 50

3.9 Led thu, phát hồng ngoại 50

3.9.1 Giới thiệu 50

3.9.2 Thông số kỹ thuật 50

3.10 Bộ nguồn máy tính 51

3.10.1 Giới thiệu 51

3.10.2 Quy ước chung các mức điện áp 51

3.10.3 Nguyên lý hoạt động 52

CHƯƠNG 4: NGUYÊN LÝ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 53

4.1 Nguyên lý điều khiển hệ thống 53

4.1.1 Bộ phận lấy giấy, bỏ bìa 53

4.1.2 Bộ phận hiệu chỉnh giấy và vân chuyển giấy 53

4.1.3 Bộ phận đóng ghim 53

4.1.4 Bộ phận gập đôi tập 53

4.2 Sơ đồ mạch nguyên lý 54

4.3 Chương trình điều khiển 55

4.3.1 Arduino Uno R3 55

4.3.2 Arduino Nano 61

CHƯƠNG 5: LẮP RÁP VÀ HIỆU CHỈNH MÁY 66

5.1 Quá trình gia công và lắp ráp 66

5.2 Hiệu chỉnh máy 67

5.3 An toàn lao động 68

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Bảng thông số kích thước ở bi trượt 15

Bảng 2.2 Bảng thông số kích thước gối đỡ 17

Bảng 2.3 Bảng tiêu chuẩn ASTM A500 cho thép 38

Bảng 3.3 Các chế độ điều khiển động cơ bước 46

Hình 1.1 Tập vở 2

Hình 1.2 Bộ sổ tay truyện dân gian 2

Hình 1.3 Các loại sổ tay thông dụng 3

Hình 1.4 Một vài chất liệu và màu sắc giấy thường dùng 4

Hình 1.5 Giấy ford 4

Hình 1.6 Giấy bristol 5

Hình 1.7 Giấy couche 5

Hình 1.8 Giấy duplex 5

Hình 1.9 Giấy crystal 6

Hình 1.10 Loại sổ tay và tập vở sử dụng ghim để cố định 6

Hình 1.11 Một số hệ thống sản xuất tự động 7

Hình 1.12 Máy đóng ghim thủ công 8

Hình 1.13 Máy làm vở học sinh bán tự động 8

Hình 2.1 Khung đựng giấy 9

Hình 2.2 Bộ phận đưa giấy lên băng tải giấy 11

Hình 2.3 Động cơ giảm tốc 12 VDC 1632T 11

Hình 2.4 Hệ thống bỏ bìa 12

Hình 2.5 Hộp đựng bìa .13

Hình 2.6 Động cơ encoder có giảm tốc GA25 V1 13

Hình 2.7 Cơ cấu kẹp bìa 14

Hình 2.8 Động cơ servo SG90-9G 14

Hình 2.9 Ổ trượt 15

Hình 2.10 Ổ trượt SC8 15

Hình 2.11 Thanh trục trượt trơn 16

Hình 2.12 Gối đỡ SK 16

Hình 2.13 Gối đỡ SK8 17

Hình 2.14 Puly GT2 .17

Hình 2.15 Dây đai GT2 .18

Hình 2.16 Động cơ bước 18

Hình 2.17 Sơ đồ chân động cơ bước 18

Hình 2.18 Cơ cấu hiệu chỉnh giấy theo chiều dọc 19

Hình 2.19 Cơ cấu hiệu chỉnh giấy theo chiều ngang 19

Hình 2.20 Cơ cấu bánh răng, thanh răng 20

Hình 2.21 Ăn khớp trong bánh răng, thanh răng 20

Hình 2.22 Nối trục mềm 22

Hình 2.23 Động cơ bước 21

Hình 2.24 Băng tải giấy 22

Hình 2.25 Kết cấu Puly hình trụ 23

Hình 2.26 Thanh trục 8mm 24

Hình 2.27 Ổ bi gối đỡ KP08 24

Hình 2.28 Động cơ bước 27

Hình 2.29 Bộ phận đóng ghim 27

Hình 2.30 Thiết bị bấm ghim 28

Hình 2.31 Vít me truyền động 28

Hình 2.32 Nối trục mềm 28

Hình 2.33 Động cơ gạt nước 30

Hình 2.34 Bộ phận gập đôi tập 32

Hình 2.35 Cơ cấu nâng giấy 32

Hình 2.36 Thanh thép chữ V lỗ 32

Hình 2.37 Động cơ giảm tốc SV35 33

Hình 2.38 Mô hình toàn máy 38

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 39

Hình 3.2 Arduino uno R3 40

Hình 3.3 Các cổng vào/ra 42

Hình 3.4 Arduino Nano 43

Hình 3.5 Các I/O của Arduino Nano 44

Hình 3.6 Các chân tín hiệu L298N 45

Hình 3.7 Biến áp điều khiển điện áp 46

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối chân của A4988 46

Hình 3.9 Động cơ servo SG90-9G 47

Hình 3.10 Sơ đồ chân động cơ servo 47

Hình 3.11 Module rơ-le 48

Hình 3.12 Rơ-le công suất MY2 49

Hình 3.13 Sơ đồ liên kết chân của rơ-le công suất MY2 49

Hình 3.14 Công tắc hành trình 49

Hình 3.15 Led thu và phát hồng ngoại 50

Hình 3.16 Cấu tạo chân của led hồng ngoại 50

Hình 3.17 Bộ nguồn máy tính 51

Hình 3.18 Thông số kỹ thuật của bộ nguồn máy tính 52

Hình 5.1 Các dụng cụ gia công cơ khí 66

Hình 5.2 Các dụng cụ, thiết bị thiết kế mạch điện tử 66

Hình 5.3 Lập trình trên phần mềm điều khiển Arduino 67

Hình 5.4 Máy ngoài thực tế 67

MỞ ĐẦU

Thiết kế "Máy đóng tập" với mục đích phục vụ quá trình sản xuất, chế tạo các

loại tập vở, sổ tay dùng cho mọi lứa tuổi, thích hợp với các quy mô vừa và nhỏ Đồng

hiện thông qua việc tìm hiểu một số máy thủ công và tự động có các chức năng tương

tự hiện có trên thị trường và tính toán dựa trên kiến thức đã học Qua đó, ở đồ án này chúng em sẽ giới thiệu sơ lược về tầm quan trọng của tập vở, sổ tay cũng như sự cần thiết của máy đóng tập trong quá trình sản xuất, tính toán thiết kế các bộ phận quan trọng của máy và đúc kết trong quá trình thực hiện chế tạo máy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÓNG TẬP

1.1 Giới thiệu về tập vở, sổ tay

1.1.1 Tổng quan về lịch sử

Một cuốn tập vở, sổ tay nhỏ để vừa túi áo hay một cuốn sổ bìa bọc da đẹp đẽ trong túi xách vẫn không bao giờ là thừa thãi Những cuốn sổ tay bỏ túi thực tế chưa từng tạo nên một phong trào sử dụng, tuy đôi khi nó cũng là điểm nhấn cho một người nếu nó được thiết kế đẹp mắt Việc mang theo một cuốn sổ nho nhỏ trong túi đã từng

là một thói quen của hầu hết đàn ông và cho đến nay nhiều người vẫn giữ nguyên thói quen ấy

Hình 1.1 Tập vở

Hình 1.2 Bộ sổ tay truyện dân gian

Hình 1.3 Các loại sổ tay thông dụng Tập vở, sổ tay mang một lịch sử lâu dài, quan trọng Rất nhiều ý tưởng kiệt xuất được ghi chép một cách vội vã hay chi tiết, nhiều trong số đó đã góp phần thay đổi thế giới Sổ tay bỏ túi từng là vật bất ly thân của những vĩ nhân, có những cuốn sổ không tên tuổi được nhiều nghệ sỹ tiên phong sử dụng như một công cụ đắc lực cho công việc sáng tác của họ Những người nghệ sỹ này say mê thỏa sức sáng tạo ở mọi lúc mọi nơi, đặt bút lên cuốn sổ và viết hay vẽ bất cứ thứ gì từ cuộc sống đường phố hay trong các quán cafe, nắm bắt ngay tức thì những khoảnh khắc, ý tưởng và cảm xúc thoáng qua trong đầu

Hầu hết mọi người cũng nhanh chóng nhận thấy ích lợi to lớn từ những cuốn sổ tay nhỏ Không chỉ nhà văn hay họa sĩ mới có nhu cầu ghi chép lại, tất cả mọi người với nhiều ngành nghề khác nhau đều sở hữu một vài cuốn sổ tay với nhiều mục đích cần thiết khác nhau Nhìn lại lịch sử sử dụng của nó, chúng ta có thể nhận ra một điều rằng sổ tay đi cùng con người trên mọi bước đi trong cuộc đời

1.1.2 Thành phần của một cuốn tập vở, sổ tay

Đối với mỗi học sinh, sinh viên và kể cả người đi làm thì việc chọn được một cuốn tập vở, sổ tay tốt cũng rất quan trọng, điều này cũng phần nào tác động tới tinh thần học tập và làm việc của mỗi người trong quá trình sử dụng nó

a Chất liệu giấy tự nhiên:

Một cuốn vở, sổ tay tốt tức là chất liệu làm ra cũng phải tốt, tốt nhất là chất liệu

tự nhiên để đảm bảo được sự sạch sẽ và bắt mắt khi viết hoặc xem cuốn vở, cũng giúp chúng ta duy trì được tốc độ viết bài, ghi chép của mình, đảm bảo được thị lực cho người sử dụng Bên cạnh đó một cuốn vở, sổ tay tốt thì không được nhòe mực, ăn mực tốt và có thể viết với mọi loại bút

Hình 1.4 Một vài chất liệu và màu sắc giấy thường dùng Giấy Ford: là loại giấy phổ biến và thông dụng, thường thấy nhất là giấy A4

bám mực tốt (do đó mực in không đẹp lắm) cũng được dùng làm bao thư lớn, nhỏ, giấy note, letter head, hóa đơn, tập học sinh,

Hình 1.5 Giấy ford Giấy Bristol: có bề mặt hơi bóng, mịn, bám mực tốt vừa phải, vì thế in offset đẹp, thường dùng in hộp xà bông, mỹ phẩm, dược phẩm, bìa sơ mi, brochure, card, tờ rơi,

Hình 1.6 Giấy bristol Giấy Couche: có bề mặt bóng, mịn, láng, in rất bắt mắt và sáng Thường dùng để

in tờ rơi quảng cáo, catalogue, poster, brochure, … Định lượng vào khoảng 210g/m2

90-Hình 1.7 Giấy couche Giấy Duplex: có bề mặt trắng và lán gần gần với bristol, mặt kia thường sẫm như giấy bồi Thường dùng in các hộp sản phẩm kích thước hơi lớn, cần có độ cứng, chắc

Hình 1.8 Giấy duplex

Giấy Crystal: có một mặt rất lán bóng gần như có phủ lớp keo bóng vậy, mặt kia nhám, thường xài trung gian giữa giấy bristol và giấy couche tùy theo mục đích yêu cầu sản phẩm

Hình 1.9 Giấy crystal Ngoài ra còn có các loại giấy mỹ thuật, cán gân, dát vàng, bạc, in bằng khen, thiệp cưới, các loại giấy than, giấy carton và nhiều loại khác nữa

b Gáy vở bền và tiện dụng:

Gáy vở cũng là điều quan trọng mà bạn cần quan tâm khi mua vở để tránh gáy vở

bị hỏng trong quá trình sử dụng, tốt nhất bạn không nên dùng những loại mở đóng bằng kẹp hoặc nút bấm thông thường mà nên dùng những cuốn vở được đóng gáy cẩn thận để tránh bị long trang giấy trong thời gian sử dụng, tốt nhất ta nên dùng các loại tập vở và sổ tay dùng ghim bấm để cố định các trang giấy với nhau để đảm bảo độ bền chắc trong quá trình sử dụng

Hình 1.10 Loại sổ tay và tập vở sử dụng ghim để cố định

c Trang giấy có dòng kẻ giúp dễ trình bày:

Khi chọn tập vở bạn cũng cần chọn những cuốn vở có trang giấy chia phù hợp, thường thì cuốn vở được chia ly càng nhỏ thì khi bạn trình bày càng trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt thích hợp với những môn học sử dụng hình học, đảm bảo sự linh hoạt

cho người sử dụng Đối với học sinh tiểu học thì nên sử dụng vở kẻ ô, học sinh trung học, sinh viện đại học cao đẳng thì nên chọn vở kẻ ngang để có thể viết nhanh hơn và viết được nhiều hơn Còn đối với người đi làm thì chọn một cuốn sổ tay hay một cuốn

vở để ghi chép đều hợp lí cả

1.2 Giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động hóa

Trong xu thế hội nhập toàn cầu, đất nước ta đang bước vào giai đoạn thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa, bất cứ ngành nghề kỹ thuật nào cũng cần đến tự động hóa Phải khẳng định rằng, hệ thống điều khiển và tự động hóa có mặt trong mọi dây chuyền sản xuất của tất cả các ngành kinh tế

Hình 1.11 Một số hệ thống sản xuất tự động

Tự động hóa có nghĩa là một công việc được thực hiện mà có rất ít hoặc không

có sự tham gia của con người vào quá trình sản xuất Qua đó, các dây chuyền sản xu ất

cũ kỹ với những phương pháp làm việc truyền thống dùng sức người đã dần được thay thế bằng các dây chuyền sản xuất hiện đại Hệ thống máy móc được lập trình sẽ tự động thực hiện các công đoạn với độ chính xác cao, thời gian rút ngắn, từ đó làm tăng năng suất lao động và tăng tính hiệu quả kinh tế

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất Đồng thời tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay Chính vì vậy, hệ thống tự động hóa được ứng dụng rất đa dạng và rộng rãi trong chế tạo và sản xuất, trong các ngành công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày

1.3 Sự cần thiết và tầm quan trọng của máy đóng tập

Nhu cầu sử dụng tập vở, sổ tay trong đời sống hàng ngày từ xưa tới nay vẫn không hề sụt giảm Nó luôn là một trọng những dụng cụ để lưu giữ thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả đối với mọi tầng lớp sử dụng

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại Với các loại sản phẩm có số lượng sản xuất vừa và lớn thì không thể sử dụng các quá trình sản xuất thủ công để đáp ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất

Hình 1.12 Máy đóng ghim thủ công

Hình 1.13 Máy làm vở học sinh bán tự động

Kết luận: Để tiết kiệm sức người, sức của và thời gian trong việc chế tạo hàng

loạt một khuôn mẫu cho các loại tập vở, sổ tay đã cho thấy việc ứng dụng tự động hóa

là vấn đề rất cần thiết và quan trọng Chính vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế máy đóng tập là rất cần thiết

Máy đóng tập được thiết kế gồm 4 bộ phận chính:

• Bộ phận lấy giấy, bỏ bìa

• Bộ phận hiệu chỉnh và vận chuyển giấy

• Bộ phận đóng ghim

• Bộ phận gập đôi tập

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ

2.1 Tính toán thiết kế quá trình lấy giấy, bỏ bìa

2.1.1 Quá trình lấy giấy

a Thiết kế hộp đựng giấy

Hình 2.1 Khung đựng giấy

❖ Chọn vật liệu:

Hộp đựng giấy được chế tạo bằng gỗ ép bề dày 12mm, tỷ trọng riêng: 0,65 –

mòn, nhẹ, độ bền mòn cao, hệ số giãn nỡ thấp, trọng lượng bằng một nửa trọng lượng

4 chân được làm từ 4 xy lanh nhựa Lò xo bên trong là loại lò xo nhận tải trọng nén, thường được dùng cho máy ảnh kỹ thuật số, bản lề di động và nút nhấn…

Các tham số vật lý:

Di: đường kính trong của lò xo

De: đường kính ngoài của lò xo

L0: chiều dài tự nhiên của lò xo

R (Độ cứng): thông số này quyết định khả năng chịu nén của lò xo Đơn vị tính:

N (dây mạ kẽm): dây thép mạ kẽm dùng làm lò xo

S (Thép Cr-Si): thép có Crôme-Silicium Lò xo làm bằng nguyên liệu này sẽ có

độ bền và độ cứng tốt hơn

Đặc tính:

Đầu mút: tất cả các lò xo nén đều có vòng xoắn nối tiếp ở hai đầu mút

Độ cứng: Dung sai cho độ cứng của lò xo khoảng +/- 15%

Tính toán khả năng chịu nén của lò xo:

Kích thước của 1 tờ giấy A4 là 210 mm x 297 mm nên có diện tích là 0,21 x

(gam)

1 lốc giấy 50 tờ sẽ có trọng lượng = 4,9896 x 50 = 249,48 (gam)

Hộp giấy có kích thước 215 mm x 300 mm khung chứa giấy và 219 mm x 302

mm là kích thước tổng, 3 thành ngoài cao 4 0mm

Khối lượng khung gỗ:

∑mkhung = mgỗ + malu; với mi = DiVi

Hành trình lớn nhất của xy lanh là 65mm, suy ra chiều dài lớn nhất của lo xo có thể chọn là 65mm Ta chọn lò xo có chiều dài 30mm

Ta có (L0 – L1) ứng với trạng thái lò xo co và giãn cực đại là:

b Thiết kế bộ phận đưa giấy lên băng tải giấy

Hình 2.2 Bộ phận đưa giấy lên băng tải giấy Một tờ A4 có chiều dài 297 mm, bán kính bánh xe lăn lấy giấy từ khung được sử dụng là R = 33 mm, bán kính 2 bánh lăn chuy ển giấy lên băng tải là r = 13 mm Thời gian mong muốn để lấy ra 1 tờ giấy A4 từ khung đựng giấy để chuyển lên cho 2 bánh

Vận tốc dịch chuyển của tờ giấy ứng với động cơ 1 là:

Ta chọn dùng 2 động cơ giảm tốc 12VDC 116 vg/ph để lấy giấy ra từ khung giấy

và chuyển giấy lên băng tải giấy

Hình 2.3 Động cơ giảm tốc 12 VDC 1632T

a Thiết kế hộp đựng bìa

Hình 2.5 Hộp đựng bìa

Hộp đựng bìa được tính toán thiết kế tương tự hộp đựng giấy

Một tờ A4 có chiều rộng 210 mm, bán kính bánh xe lăn bánh được sử dụng là R

= 33 mm Thời gian mong muốn để lấy ra 1 tờ giấy A4 từ khung đựng giấy là t = 0,5s Vận tốc dịch chuyển của tờ giấy là:

Ta chọn động cơ encoder DC giảm tốc GA25 V1 để sử dụng:

Hình 2.6 Động cơ encoder có giảm tốc GA25 V1

b Thiết kế bộ phận vận chuyển bìa

Tay kẹp lấy bìa được gá cố định và đóng mở nhờ vào sự hoạt động của động cơ servo Động cơ servo được gá cố định vào ổ trượt và ổ trượt chuyển động tịnh tiến theo trục trượt nhờ cơ cấu bộ truyền đai thang để chuyển bìa từ hộp đựng bìa lên băng chuyền

Hình 2.7 Cơ cấu kẹp bìa

• Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây

• Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

• Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC

Tính chọn ổ trượt:

Hình 2.9 Ổ trượt Bảng 2.1 Bảng thông số kích thước ở bi trượt

Hình 2.11 Thanh trục trượt trơn Trục trơn được dùng trên các hệ thống cơ điện tử để dẫn hướng chuyển động hoặc lắp đặt các cụm chi tiết quay, tịnh tiến trong nhiều loại máy như máy in 3D và CNC mini,… trục trơn dùng để dẫn hướng các chuyển động theo trục X, Y và Z, do đó

độ cứng và độ chính xác của trục trơn ảnh hướng lớn tới kết quả vận hành của máy Trục trơn của được gia công với cấp chính xác cao, nhiệt luyện đảm bảo tăng độ cứng bề mặt, giúp những sản phẩm máy hoạt động ổn định và đạt độ chính xác cao nhất

Gối Đỡ SK dạng đứng dùng để cố định thanh trượt tròn thường được dùng trong

cơ khí và chế tạo máy Gối đỡ được chế tạo từ hợp kim nhôm rất chắc chắn, kích thước gá trục: 8mm

Bảng 2.2 Bảng thông số kích thước gối đỡ

Hình 2.13 Gối đỡ SK8

Tính chọn bộ truyền dây đai, con lăn (puly)

Tính chọn puly:

Ta chọn 2 puly căng đai GT2 giống nhau, suy ra tỉ số truyền là 1 : 1

Puly GT2 có 20 răng với bước răng 2mm, đường kính trục 5 mm

Hình 2.14 Puly GT2

Tính chọn dây đai:

Vì puly được dùng là puly GT2 nên ta chọn dây đai GT2 với bước răng 2mm để dẫn động

• Loại động cơ bước: 2 pha

2.2 Tính toán thiết kế quá trình hiệu chỉnh và vận chuyển giấy

2.2.1 Tính toán thiết kế quá trình hiệu chỉnh giấy

a Cân chỉnh giấy theo chiều dọc:

Giấy được cân chỉnh theo chiều dọc bằng cơ cấu gạt giấy, các cần gạt được làm

từ tấm nhựa nhôm và được điều khiển thông qua sự hoạt động của các động cơ servo SG90 9G

Hình 2.18 Cơ cấu hiệu chỉnh giấy theo chiều dọc

b Cân chỉnh giấy theo chiều ngang:

Hình 2.19 Cơ cấu hiệu chỉnh giấy theo chiều ngang Các thanh ngang hiệu chỉnh giấy được làm từ các thanh nhôm rỗng có kích thước 25x12x1mm, khối lượng rất nhỏ, được gắn cố định vào 2 đầu thanh răng của cơ cấu bánh răng, thanh răng

Hình 2.20 Cơ cấu bánh răng, thanh răng

❖ Các thông số cơ bản của cơ cấu bánh răng, thanh răng:

▪ Chiều cao răng: h = 2,5 mm

Hình 2.21 Ăn khớp trong bánh răng, thanh răng

Tính chọn động cơ:

Động cơ được sử dụng phải cung cấp đủ momen xoắn để làm dịch chuyển 2 thanh răng chuyển động tịnh tiến mang theo cơ cấu hiệu chỉnh giấy theo chiều ngang Momen này phải tạo ra 1 lực kéo cần thiết để thắng được lực ma sát giữa thanh ngang bằng nhựa mang cơ cấu và đế nhựa

Hệ số ma sát giữa nhựa và nhựa là μ = 0,04

Lực kéo cần thiết của động cơ là:

trọng lượng trên 1 nhánh của cơ cấu hiệu chỉnh giấy

• Loại động cơ bước: 2 pha

Bánh răng được nối với động cơ bước để điều khiển hoạt động thông qua nối trục mềm

Hình 2.22 Nối trục mềm

2.2.2 Thiết kế băng tải vận chuyển giấy

a Xác định thông số cơ bản của băng tải:

Độ rộng băng tải phụ thuộc lưu lượng cần vận chuyển và kích cỡ vật phẩm (hay kích thước của các “hạt” vật liệu) cần vận chuyển trên băng Nếu kích cỡ vật phẩm càng lớn thì độ rộng băng tải càng phải rộng Vật phẩm cần vận chuyển ở đây là 11 tờ giấy (tính luôn bìa) có trọng lượng là 51,56 g, mỗi tờ có kích thước 21 x 29,7 cm ta thiết kế tổng bề rộng băng tải là 20 cm Vì trọng lượng vật phẩm cần tải nhỏ (51,56 g)

và ở giữa băng tải cần bố trí cơ cấu gạt chỉnh giấy theo chiều dọc nên ta chia băng tải thành 3 dãi băng nhỏ bề rộng 1 cm

Băng tải ta thiết kế là băng tải ngang vì các công đoạn thực hiện của máy đều

Băng tải chuyển giấy từ khâu đầu tiên (lấy giấy, bỏ bìa) đến khâu cuối cùng (gập giấy) nên băng tải sẽ chạy xuyên suốt từ đầu tới cuối, vì vậy ta thiết kế băng tải có chiều dài L = 1 m

Hình 2.24 Băng tải giấy

b Xác định vận tốc của băng tải

Vận tốc băng tải cần giới hạn tùy thuộc dung lượng của băng, độ rộng của băng

và đặc tính của vật liệu cần vận chuyển Sử dụng băng hẹp chuyển động với vận tốc cao là kinh tế nhất Vận tốc băng tải thường được tính toán nhằm đạt được lưu lượng vận chuyển theo yêu cầu cho trước

Ta chế tạo máy đóng xong 1 tập giấy gồm 11 tờ giấy (1 quyển 44 trang) trong thời gian 50s, tải trọng băng tải kéo trong 50s là 22 tờ giấy (103,12g), suy ra năng suất

-3 (tấn/giờ) Vận tốc cần thiết của băng tải để đạt được năng suất được tính theo công thức :

Q = 0,36qV (tấn/giờ) (2.1) Vận tốc của băng tải được tính theo công thức:

Trọng lượng vật liệu cần chuyển trong 1m chiều dài:

(22 tờ giấy), suy ra trọng lượng giấy cần vận chuyển trong 1m chiều dài là:

Chiều dài của Puly được xác định theo công thức 1.7[3]:

Gối đỡ KP08 8mm dạng đứng dùng để cố định thanh trượt tròn thường được dùng trong cơ khí và chế tạo máy, được chế tạo từ hợp kim rất chắc chắn

Đường kính: 8mm Khối lượng: 37g

Xác định lực kéo băng tải:

Lực kéo băng tải phải khắc phục các lực cản chuyển động sau:

• Lực cản do ma sát trong ổ trục con lăn đỡ, ma sát lăn giữa tấm băng và con lăn

• Lực cản do trọng lượng của vật liệu và băng trên những đoạn băng nghiêng

• Lực cản do băng vòng qua các đoạn cong

Do đó, lực cản chuyển động được tính toán theo những đoạn băng có đặc điểm khác nhau về hình học cũng như về tình trạng chịu lực:

Trên những đoạn băng thẳng, có tải nằm ngang:

Wct = Σ (qi + qoi+qcl ).li c

có tải

c: hệ số cản chuyển động (xác định bằng thực nghiệm), c = (0,2-0,5)

li: chiều dài các đoạn băng

Tương tự, trên những đoạn băng không tải:

Trong đó: δ, δ1, δ2 là chiều dày của lớp lõi vải và các lớp cao su ở 2 mặt đáy

Chọn ρ0 = 1

Suy ra q0 = 1.0,01.0,001 = 1.10-5 (N/m)

clt



t: bước đặt con lăn trên nhánh có tải, t = 2



t’: bước đặt con lăn trên nhánh có tải

Lực kéo tối thiểu cần thiết của động cơ là W = 0,3322 N

Suy ra momen xoắn tối thiểu của động cơ là:

M = W.R = 0,3322.1,8 = 0,6 (N.cm)

Động cơ bước được sử dụng là:

Hình 2.28 Động cơ bước Thông số kỹ thuật:

• Loại động cơ bước: 2 pha

2.3.1 Tính toán, chọn lựa các bộ phận cần thiết của cơ cấu

Bộ phận bấm được gắn với bộ truyền vít me nâng hạ điều khiển bằng động cơ bước Bộ phận đóng ghim được thiết kế lại từ thiết bị bấm ghim xoay 3 chiều deli

041 (25 tờ)

Hình 2.30 Thiết bị bấm ghim Đặc điểm:

• Kiểu dáng của dập ghim xoay 3 chiều Deli 0414 tương đối vuông vắn, sắc cạnh

• Dập ghim xoay 3 chiều Deli 0414 là dập ghim cỡ vừa dùng trong văn phòng

• Bấm được 25 tờ giấy với định lượng 80gsm

• Màu sắc: xanh, đen, trắng

a Bộ truyền vít me:

Hình 2.31 Vít me truyền động