Giới thiệu chung
Đặt vấn đề
Nước trái cây đang trở thành sản phẩm quen thuộc và ngày càng phát triển theo xu hướng hiện đại Hiện nay, người tiêu dùng ngày càng chú trọng đến sức khỏe và nhận thức được giá trị của sản phẩm tự nhiên, đặc biệt là nước trái cây và rau củ, nhờ vào sự gần gũi, giàu dinh dưỡng và khả năng cung cấp các chất cần thiết cho cơ thể.
Trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gia tăng giữa các doanh nghiệp trong nước và doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài, nhiều công ty đã điều chỉnh chiến lược sản xuất, giảm tỷ trọng nước giải khát có gas Trong khi thị trường nước ngọt có gas gặp khó khăn, nhu cầu tiêu thụ nước giải khát không gas, đặc biệt là nước trái cây, tại Việt Nam lại tăng mạnh với mức 30% mỗi năm Khảo sát gần đây cho thấy 70% hộ gia đình ở thành phố quan tâm hơn đến sức khỏe, 74% muốn bổ sung vitamin và khoáng chất, và 80% ưa chuộng sản phẩm chứa các thành phần có lợi cho sức khỏe như nhân sâm và calcium.
Cam là một loại trái cây giàu vitamin C, giúp tăng cường sức đề kháng và hỗ trợ quá trình giải độc cơ thể Ngoài ra, vitamin C còn có tác dụng chống loãng xương Hàm lượng khoáng chất trong cam có khả năng ngăn ngừa sự phát triển của bệnh ung thư ruột kết Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc uống nước cam ép hàng ngày có thể giúp phòng ngừa ung thư vú và ung thư phổi nhờ vào sự phong phú của hợp chất Cirus Limonoid trong quả cam.
Nước cam ép 100% nguyên chất đang trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều gia đình Việt Nam nhờ vào tính tiện lợi và giá trị dinh dưỡng cao Tuy nhiên, không phải ai cũng có đủ thời gian để tự chuẩn bị Để đáp ứng nhu cầu của thị trường và sự phát triển của công nghệ, nhiều loại máy ép nước cam đã ra đời, giúp người tiêu dùng dễ dàng thưởng thức nước cam tươi ngon.
Máy ép nước cam đã trở thành một thiết bị quen thuộc trong mỗi gia đình Việt Nam nhờ vào tính tiện dụng và hiệu quả cao Quá trình ép nước cam đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nước thu được và việc giữ lại tinh dầu trong vỏ cam, nhằm bảo đảm chất lượng nước cam Việc ép hiệu quả không chỉ tăng năng suất mà còn mang lại lợi nhuận cao hơn.
Máy ép nước cam cần được thiết kế hợp lý để tối ưu hóa việc lấy nước cam, đảm bảo hiệu suất và chất lượng nước cam nguyên chất Nếu thiết kế không hợp lý, năng suất và chất lượng nước cam sẽ bị ảnh hưởng.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu và thiết kế một máy ép nước cam cụ thể nhằm:
- Tiết kiệm thời gian làm việc
- Đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu cho việc sử dụng
- Dễ dàng vấn chuyển và sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát tình hình sử dụng nước cam ép ở Việt Nam hiện nay
Khảo sát các máy ép nước cam hiện có
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và các yếu tố cơ học của máy là rất quan trọng, bao gồm năng suất, lực ép, kích thước và khối lượng của nguyên liệu Việc tìm hiểu những tính chất này giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo máy hoạt động hiệu quả.
Trên cơ sở đó tiến hành thiết kế máy ép nước cam đáp ứng được mục tiêu của đề tài.
Sơ lược về cây cam
1.4.1 Giới thiệu về cây cam:
Cây cam có nguồn gốc từ khoảng 2200 năm trước công nguyên tại Trung Quốc, nhưng một số ý kiến cho rằng nó bắt nguồn từ Ấn Độ Cam được trồng phổ biến tại Ấn Độ và sau đó lan rộng sang Đông Nam Á Vào thế kỷ thứ 3 TCN, cây cam được đưa đến Châu Âu và lan ra khu vực Địa Trung Hải, rồi tiếp tục được đưa đến Châu Mỹ Những năm sau đó, các nhà vườn ở Châu Mỹ và Châu Âu đã mang cây cam đến Châu Úc và Châu Phi Hiện nay, cây cam đã trở thành loại cây trồng phổ biến trên khắp thế giới.
- Phân loại : Ở Việt Nam, có 1 số giống cây cam phổ biến như :
Cam mật là loại trái cây có hình dạng tròn, vỏ dày từ 3-4mm, với màu sắc từ xanh đến xanh vàng Thịt trái có màu vàng cam, vị ngọt đậm và chứa nhiều nước, nhưng lại có khá nhiều hạt, trung bình từ 13-20 hạt mỗi trái Trọng lượng trung bình của mỗi trái cam mật khoảng 20g.
Cam sành là loại trái cây có hình dáng hơi tròn, vỏ dày và sần sùi Thịt cam có màu cam, chứa nhiều nước và vị ngon ngọt, với trung bình khoảng 15 hạt mỗi trái Trọng lượng của mỗi trái cam sành dao động từ 200 đến 250g.
Cam Canh chính là một loại quýt, vỏ mỏng và bóc dễ Cây sinh trưởng khoẻ, tán cây hình dù, lá màu xanh đậm
Giống cam Naven : Còn gọi là cam rốn: nguyên sản ở Califocnia (Mỹ), được trồng ở Việt Nam từ những năm 1937 hiện còn trồng dải rác ở một số vùng ở nước ta
Cam Xã Đoài, Cam Vân Du,….giống cam valencia
1.4.3 Trái cam và công dụng của trái cam:
Trái cam là nguyên liệu chính để sản xuất nước cam, được trồng phổ biến ở những vùng có khí hậu ấm áp Vị của trái cam có thể thay đổi từ ngọt đến chua tùy thuộc vào môi trường Cam thường được lột vỏ và ăn tươi hoặc vắt lấy nước để sử dụng.
Vỏ cam, thường bị bỏ đi do độ dày và vị đắng, có thể được chế biến thành thức ăn cho súc vật bằng phương pháp rút nước bằng sức ép và hơi nóng Ngoài ra, vỏ cam còn được sử dụng như gia vị hoặc trang trí trong nhiều món ăn.
Hình 1.6: Trái cam Ứng dụng:
- Nước cam cung cấp rất nhiều chất dinh dưỡng cho cơ thể như: các vitamin (C, A,
B, P), flavanoid, khoáng chất (canxi ), chất xơ, tinh dầu cam,
Cam có tác dụng ngăn ngừa bệnh tim mạch, viêm nhiễm và ung thư, đồng thời thúc đẩy quá trình liền sẹo và hỗ trợ hệ thần kinh, giúp cải thiện giấc ngủ.
- Pectin: làm gel thực phẩm; là chất ổn định trong các sản phẩm sữa, nước giải khát
- Hesperidin : hòa tan cholesterol và chất béo trung tính
- Tinh dầu cam: trung hòa axit, duy trì hoạt động bình thường của ruột
- Có tác dụng chăm sóc da, làm đẹp
- Làm tăng hương vị trong món ăn, kích thích vị gíac
- Khủ mùi nấm mốc, mùi khó chịu trong ngôi nhà
- Là chất tẩy tự nhiên
Cam là nguồn cung cấp rutin (vitamin P), giúp tăng cường sức khỏe mạch máu Ngoài ra, cam còn chứa vitamin nhóm B, rất cần thiết cho hệ thần kinh, cùng với các khoáng chất và chất xơ, cả hòa tan và không hòa tan.
Uống nước cam đều đặn mang lại nhiều dưỡng chất quý giá, đặc biệt là cho trẻ nhỏ, với lượng calori thấp và giàu vitamin, giúp ngăn ngừa bệnh tim mạch ở người lớn Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cam nguyên trái, chín cây và sạch chứa nhiều hesperidin hơn so với nước cam vắt, do quá trình ép có thể làm mất đi thành phần này.
Hình 1.7: Lát cắt cấu trúc của trái cam
Thành phần từ cây cam rất đa dạng, bao gồm lá, hoa, vỏ cây và trái, tất cả đều có thể được sử dụng để pha chế nước uống với vị đắng nhẹ và hương cam đặc trưng Nước hãm từ lá cam có tác dụng hạ hỏa, hỗ trợ trong việc giảm triệu chứng mất ngủ và giúp xoa dịu rối loạn lưu thông máu.
180 gam cam ở dạng đồ tráng miệng nguyên chất cung cấp tới 160% nhu cầu vitamin
C trung bình của một người trong một ngày Cam cũng chứa vitamin A, canxi và chất xơ
1 Tăng cường thể lực: Nước cam pha muối
2 Tẩy trang, làm sạch da: Nước cam ép
3 Làm săn chắc da mặt: Mặt nạ từ hạt (hột) cam
4 Trị bệnh phong thấp: Bột hạt cam
5 Tăng cường hệ miễn dịch: Sa-lát cam
6 Tẩy da chết, tăng độ láng mịn cho da: Mát-xa bằng vỏ cam
7 Giúp ngủ ngon giấc, đuổi muỗi: Hương thơm vỏ cam tươi
Kết luận: Phần 1 đã giới thiệu tổng quan về cây cam và trái cam, nhấn mạnh công dụng của chúng trong đời sống hàng ngày Những lợi ích mà trái cam mang lại đã dẫn đến nhu cầu thiết kế máy ép nước cam, một sản phẩm thiết thực phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ nước cam trong cuộc sống và sản xuất.
Tổng quan về máy và thiết bị ép
Giới thiệu về bộ phận ép
Ép là quá trình tác động lực cơ học lên vật liệu làm vật liệu bị biến dạng nhằm mục đích:
- Phân chia pha lỏng rắn trong vật liệu
- Định hình – Biến dạng vật liệu Phạm vi sử dụng:
- Sản xuất đường, sản xuất nước quả, sản xuất dầu thực vật, tinh dầu
- Sản xuất đậu phụ, pho mát, bơ
- Chế biến bánh mì, mì sợi, Bánh bích qui
- Tạo hình mì sợi, bánh qui, ép đường thành viên, ép các sản phẩm khô: Bánh rau, lương khô, viên canh
- Ép các loại bánh men, các bánh thức ăn gia súc
- Ép các viên thuốc, các loại kẹo
- Chuẩn bị cho các quá trình chế biến tiếp theo
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép:
- Thao tác: Độ đều của vật liệu vào ép
- Vấn đề cung cấp năng lượng.
Phân loại máy ép
Có hai nhóm máy ép là nhóm máy ép để tách pha lỏng ra khỏi pha rắn và nhóm máy ép để tạo hình sản phẩm
2.2.1 Máy ép để tách pha lỏng ra khỏi pha rắn a Máy ép trục vít:
Máy ép trục vít là thiết bị hoạt động liên tục, thích hợp cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau Bộ phận chính của máy là trục vít với bước vít nhỏ dần hoặc đường kính trục lớn dần, hoạt động quay trong xi lanh nằm ngang.
Nguyên liệu ép khi di chuyển theo trục ép chịu áp suất tăng dần Sự ép xảy ra do khe hở giữa xi lanh và bước vít giảm dần
Máy ép kiểu trục vít thường dùng trong các nhà máy tinh dầu, nhà máy đồ hộp (ép nước cà chua v.v )
Hình 2.1 Máy ép trục vít
Trục vít 1 trong xi lanh có lỗ 2 cố định, cho phép nguyên liệu vào phểu 3 và nước ép chảy qua lỗ trên xi lanh vào máng 4 Bã ép được thoát ra qua cửa 5 và đi theo máng 6 Kích thước cửa tháo bã 5 có thể điều chỉnh để phù hợp với độ ướt của bã bằng cách di chuyển trục vít Mở cửa nhỏ giúp nước ép chảy ra nhiều hơn nhưng chất lượng kém Khi mới vận hành máy, cần mở to cửa và sau đó giảm dần Nhược điểm của máy ép trục vít là quá trình chà xát mạnh gây đục nước ngọt hoặc dầu.
Máy ép trục là thiết bị phổ biến trong các nhà máy chế biến thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất rượu vang Nó bao gồm các thành phần chính như bơm nhiều pittong trụ, thùng chứa, bộ phân phối và máy ép, giúp nạp sản phẩm ép vào buồng chứa.
Máy ép trục là thiết bị hoạt động gián đoạn, chuyên dùng để ép mía Bộ phận chính của máy gồm 2 hoặc 3 trục ép có kích thước và hình dạng rãnh đồng nhất Nguyên liệu được đưa vào giữa các trục, và quá trình ép diễn ra nhờ vào khe hở giữa chúng.
Cấu tạo máy ép: Một bộ máy ép gồm các bộ phận chính:
- Các trục ép: Trục đỉnh, trục trước, trục sau
- Bộ gối đỡ trục và bộ điều chỉnh vị trí lắp trục
- Bộ phận nén trục đỉnh
Giá máy có nhiều kiểu: kiểu đỉnh thẳng, kiểu đỉnh nghiêng và kiểu cần nén cong
Hình 2.2 Cấu tạo máy ép trục d Máy ép dùng khí nén:
Máy ép sử dụng lực tác dụng từ không khí nén, rất phù hợp cho dây chuyền sản xuất nước quả từ các nguyên liệu mềm như dứa, cam, quít và nho Phương pháp này giúp bảo vệ cấu trúc của vỏ, cuống và xơ, những thành phần không có lợi cho chất lượng nước quả Máy hoạt động theo phương thức gián đoạn.
Cấu tạo sơ bộ của máy ép:
Hình 2.3 Cấu tạo máy ép dùng khí nén
1: Thùng ép 4: Ống dẫn không khí nén
2: Đầu thùng ép 5: Trục rỗng
Nhược điểm của máy ép dùng khí nén này là: Mỗi máy ép phải dùng tới 3 động cơ để quay thùng ép, trục vít và cho máy nén khí
2.2.2 Máy ép để tạo hình: a Máy ép trục lăn (máy ép nén)
Máy ép trục lăn hoạt động liên tục với hai bộ phận chính: bộ phận nén gồm hai trục lăn và bộ phận tạo hình là khuôn đúc Hai trục lăn quay ngược chiều nhau, tạo ra áp suất để đẩy bột nhão vào khuôn đúc.
Khuôn đúc là các đĩa kim loại có gia công lỗ có hoa văn
Dùng trong sản xuất mì ống
Hình 2.4 Máy ép trục lăn b Máy dập ép:
Bộ phận tạo hình khuôn đúc 1 của máy ép được gia công với hoa văn phong phú, thực hiện chuyển động qua lại để ép khối bột nháo đã được cán 2 xuống băng tải 3.
Máy dập ép thường dùng trong công nghệ bánh kẹo
Hình 2.5 Sơ đồ máy dập ép tạo hình bánh quy
Các kiểu ép nước cam hiện tại
2.3.1 Ép nước cam bằng tay
Ép cam bằng phương pháp thủ công là cách sử dụng dao để cắt quả cam thành hai nửa, sau đó dùng tay vắt để lấy nước Mặc dù phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, nhưng năng suất thu được khá thấp, nên thường phù hợp với các hộ gia đình nhỏ lẻ.
Hình 2.6 Vắt nước cam bằng tay
2.3.2 Ép nước cam bằng máy
Máy ép công suất nhỏ là thiết bị lý tưởng cho việc ép cam, chỉ cần cắt quả cam làm đôi và ấn xuống bộ phận ép Khi ấn, động cơ nhỏ sẽ hoạt động để ép nước Mặc dù máy ép này đã có mặt trên thị trường, nhưng năng suất của nó khá thấp, phù hợp hơn với các hộ sản xuất nhỏ lẻ.
Hình 2.7 Ép nước cam bằng máy
Máy ép tự động sử dụng động cơ thay cho sức người, cho phép người dùng chỉ cần cho cam vào bộ phận chứa Máy sẽ tự động cắt, ép và loại bỏ vỏ, mang lại năng suất cao, giảm thiểu thời gian và lượng nhân công cần thiết.
Giới thiệu về máy ép nước cam tự động
Các phương án thiết kế
Cắt trái cam ra từng miếng nhỏ và cho vào máy ép kiểu trục vít:
Hình 3.1 Máy ép nước cam kiểu trục vít
Hình 3.2 Sơ đồ máy ép nước cam kiểu trục vít
2: Phiểu nạp liệu 5: Bộ phận ra bã cam
3: Trục vít ép 6: Phiểu ra nước cam
Khi động cơ 1 hoạt động, nguyên liệu được đưa vào phiểu nạp liệu 2 và rơi vào trong vít ép 3 Tại đây, cam được ép nhờ lực chà sát và nén, đẩy nước cam ra ngoài qua phiểu ra liệu 6 ở phía dưới, trong khi phần bã cam được trục vít đẩy ra ngoài ở cuối trục.
- Ưu điểm: Ép được triệt để nước trong trái cam
Bã ép được đẫy ra ngoài dựa vào trục vít
Phải tốn công để gọt võ trước khi đưa vào máy ép, nếu không phần tinh dầu trong võ sẽ hoà lẫn vào trong nước cam
Chế tạo trục vít ép khó khăn
Cam được ép dựa vào khí nén:
Hình 3.3 Sơ đồ máy ép nước cam dùng khí nén
1: Những ống dẫn khí 5: Dao cắt
3: Trái cam còn nguyên 7: Thanh nén cắt cam
4: Trái cam sao khi cắt nữa
Khí nén tác động lên thanh 7, thanh 6 và thanh 2, khiến các thanh này di chuyển xuống dưới Thanh 7 có chức năng đẩy trái cam xuống dao 5 để cắt cam thành hai phần, trong khi thanh 6 và thanh 2 giúp ép nửa trái cam xuống phần ép bên dưới và đẩy vỏ cam ra ngoài.
- Ưu điểm: Ép được trái cam mà không cần qua khâu cắt và gọt vỏ Nhỏ gọn, sạch sẽ, tiện lợi
- Nhược điểm: Cơ cấu phức tạp
Có thêm một máy nén khí
Hình 3.4 Sơ đồ máy ép nước cam tự động
1: Thùng cấp liệu 5: Thanh gạt vỏ
2: Dao cắt 6: Thùng chứa vỏ sao khi ép
3: Cối ép lõm 7: Tấm lưới lọc
Khi động cơ hoạt động, cam được lăn từ thùng chứa vào cối ép lõm, nơi hai cối quay ngược chiều nhau Trái cam được cắt thành hai phần nhờ dao cố định, trong khi cối ép lồi tiếp tục ép cam vào cối ép lõm Sau khi quá trình ép hoàn tất, vỏ cam được loại bỏ bằng thanh gạt, rơi vào thùng chứa, trong khi nước cam được lọc qua lưới lọc Kết quả cuối cùng là nước cam nguyên chất.
- Ưu điểm: Cam được ép tự động
Không cần gọt vỏ trước khi ép
Cam được ép 1 cách liên tục
Cơ cấu ép đơn giản, nhỏ gọn, sạch sẽ tiện lợi
Cam thường gặp nhược điểm là bị cắt không vuông góc với đường tâm Trong ba phương án đã đề cập, phương án thứ ba nổi bật với nhiều ưu điểm và ít khuyết điểm hơn cả.
→ Vậy ta chọn phương án thứ 3
Thiết kế máy ép nước cam tự động
- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vệ sinh khi ép
- Máy hoạt động ổn định
- Cơ cấu gọn gàng, an toàn khi làm việc, tiết kiệm công sức lao động cũng như nguyên liệu mua về
- Dễ vận hành, sữa chữa và thay thế
- An toàn khi thao tác
- Năng suất cao, sản phẩm đẹp
3.2.2 Cơ cấu làm việc của máy
- Cơ cấu cấp nguyên liệu
- Cơ cấu cắt quả cam làm hai
- Cơ cấu ép nữa quả cam
- Cơ cấu tách phần vỏ quả ra khỏi khuôn ép
3.2.3 Chọn cơ cấu thích hợp cho máy
- Cơ cấu cấp nguyên liệu:
Hình 3.5 Sơ đồ bộ phận cấp liệu
Cam được đặt vào bộ phận chứa đặc ở trên cao nhất của máy Dưới bộ phận này, một lỗ có đường kính lớn hơn quả cam được tạo ra, cùng với một đường ray Nhờ vào trọng lượng của trái cam, nó có thể lăn xuống mà không cần sự can thiệp của con người.
Cấp liệu vào bộ phận ép 1 cách tự động
Người công nhân chỉ thực hiện thao tác dễ dàng khi cho cam vào nơi chứa
Loại bỏ được những quả hư Tính an toàn cao
Do cam tự động lăn nên khi vào cơ cấu cắt ép, cam được cắt không vuông góc với đường tâm của quả cam
Hình 3.6 Sơ đồ cơ cấu cắt 1: Trái cam 2: Cối ép lõm 3: Dao cắt
Cơ cấu dao cắt được chọn là dao đứng yên và cam di chuyển nhờ vào 2 cối ép quay ngược chiều nhau
Cơ cấu ép cam bao gồm cối ép lõm và cối ép lồi Khi trái cam được cắt làm đôi, nó sẽ được đưa xuống bộ phận ép nhờ vào vòng quay của cối ép Sự ăn khớp giữa các bánh răng giúp cối ép lồi quay ngược chiều nhau và hướng ra ngoài, đảm bảo rằng miếng cam không bị rơi ra khỏi cối ép lõm ngay khi vừa được cắt.
3.2.4 Sơ đồ cấu tạo các bộ phận chính của máy ép nước cam tự động
Hình 3.8 Sơ đồ máy ép nước cam tự động 1: Thùng cấp liệu 5: Thanh gạt vỏ
2: Dao cắt 6: Thùng chứa vỏ sao khi ép
3: Cối ép lõm 7: Tấm lưới lọc
3.2.5 Nguyên lý hoạt động của máy ép nước cam tự động
Khi động cơ hoạt động, cam được đưa từ thùng chứa 1 vào cối ép lõm 3 qua đường dẫn Hai cối ép lõm quay ngược chiều nhau, cắt cam thành hai phần nhờ dao 2 cố định Cối ép lồi 4 tiếp tục ép cam vào cối ép lõm 3, loại bỏ phần vỏ cam bằng thanh gạt 5 Vỏ cam rơi vào thùng chứa, trong khi nước cam được ép và lọc qua lưới lọc 7, tạo ra sản phẩm cuối cùng là nước cam nguyên chất.
Thí nghiệm xác định lực ép trong trái cam
Xác định lực cần thiết để ép triệt để nước trong trái cam
- Nguyên liệu: 25 trái cam sành có đường kính tương đương từ
- Dụng cụ thí nghiệm: 1 cây dao cắt trái cây, 1 cân Nhơn Hoà, 1 vật cứng hình cầu có đường kính khoảng 70mm
Trong thí nghiệm này, sau khi chuẩn bị dụng cụ, trái cam được cắt làm đôi và tiến hành thử nghiệm Vật cứng hình cầu được cố định trên mặt cân, sau đó miếng cam được cầm sao cho chiều cắt hướng ra ngoài Người thực hiện dùng lực tay ép miếng cam vào vật hình cầu cho đến khi nước trong miếng cam dần dần hết Một người khác ngồi vuông góc với cân để ghi nhận số liệu lúc bắt đầu ép và khi miếng cam gần hết nước, sau đó tiếp tục thực hiện với các trái cam khác.
- Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm
Bước 2: Cắt trái cam ra làm 2
Bước 3: Tiến hành thí nghiệm xác định lực cần thiết để ép
Bước 4: Tiếp tục thực hiện với các trái còn lại
Bước 5: Tiến hành tính toán và trừ ra phần trọng lượng của vật hình cầu
Bảng 3.1: Xác định lực cần dùng khi ép nữa trái cam: (Đơn vị: Newton) Ép nữa trái cam Cam sành Trừ phần trọng lượng dư
Để ép hết nước trong miếng cam, lực cần thiết tối thiểu là 416N và tối đa là 576N Lực ép phải được điều chỉnh hợp lý, nếu quá yếu sẽ không vắt hết nước, còn nếu quá mạnh sẽ làm tinh dầu trong vỏ cam bị ép ra, khiến nước cam bị đắng Bên cạnh đó, chiều cắt của miếng cam cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình ép nước.
3.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép
Có nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến việc ép cam: a) Lực tác dụng để có thể ép được nước cam ra khỏi tép cam:
Lực ép giữa cối ép lõm và cối ép lồi là yếu tố quan trọng giúp làm vỡ các tép cam, từ đó ép hết nước trong miếng cam Khi cối ép lồi quay nhanh hơn, lực ma sát tạo ra bên trong miếng cam sẽ góp phần tối ưu hóa quá trình ép, đảm bảo nước trong các tép cam được chiết xuất triệt để.
Trường hợp 1 : Cam được cắt vuông góc với đường tâm của trái cam:
Hình 3.9 Đường tâm của cam khi cắt
Khi cam được cắt vuông góc với đường tâm, tất cả múi cam sẽ bị chia thành hai phần Điều này dẫn đến việc khi ép cam, nước không được ép triệt để, và lực ép cũng giảm đi đáng kể.
Trường hợp 2 : Cam được cắt trùng với đường tâm của trái cam:
Hình 3.10 Đường tâm của cam khi cắt
Cam được cắt theo đường tâm, dẫn đến chỉ một số múi cam được cắt, trong khi phần lớn là những múi cam nguyên vẹn Do đó, khi tiến hành ép cam, cần chú ý đến việc sử dụng các múi cam chưa cắt để đảm bảo chất lượng nước cam.
1 lực rất lớn mới phá vỡ được những muối cam chưa cắt
DUT.LRCC c) Ảnh hưởng của ma sát trượt khi ép:
Cối ép lõm có 4 lõm, trong khi cối ép lồi chỉ có 3 lồi, và chúng phải ăn khớp với nhau nhờ cặp bánh răng có tỉ số truyền 3/4, dẫn đến cối ép lồi quay nhanh hơn Ma sát giữa cối ép lồi và vỏ cam xuất hiện trong quá trình này, giúp tăng cường hiệu quả ép.
Nguyên lý hoạt động và tính toán chi tiết máy của máy ép cam tự động
Nguyên lý hoạt động của máy ép nước cam tự động
Máy ép cam hoạt động nhờ vào động cơ công suất 2,2 kW, với số vòng quay ban đầu là nr0 vòng/phút Qua cặp bánh răng Z1/Z23/66 với tỉ số truyền 2, tốc độ của trục vít giảm xuống còn n60v/p Trong hộp giảm tốc, trục vít kết hợp với bánh vít theo tỉ số truyền 30, dẫn đến tốc độ của bánh vít đạt 12v/p, đồng thời cũng là tốc độ trục ra của hộp giảm tốc.
Trục ra của hộp giảm tốc, hay trục I, truyền tốc độ lên trục II qua đai thang với puly có đường kính từ 100mm đến 200mm, tạo ra tỉ số truyền 2, dẫn đến tốc độ ở trục II là 6 vòng/phút Tiếp theo, chuyển động từ trục II được truyền qua cặp bánh răng có đường kính 160mm-120mm với tỉ số truyền ắ, làm cho trục III có tốc độ cao hơn trục II với 8 vòng/phút Điều này giúp cục ép trên và cục ép dưới ăn khớp hợp lý, mặc dù cục ép trên có 4 lõm cầu và cục ép dưới có 3 cầu lồi.
Hình 4.1: Máy ép nước cam
Tính toán chi tiết máy
Nguyên liệu đầu vào của máy là cam sành, khối lượng trung bình ước tính khoảng 320g/trái (đường kính trái cam khoảng 80-90mm)
Các thông số ban đầu:
Lực ép tác dụng lên miếng cam P = 500N
Vận tốc v = 0, 18 (m/s) Đường kính tang D = 600 (mm)
Thời gian phục vụ T = 10 năm, mỗi năm làm việc 360 ngày, mỗi ngày làm việc 10 giờ
1 Xác định công suất trên trục động cơ
Công suất yêu cầu trên trục động cơ là: ct yc
+Pct: Công suất trên trục công tác
Chọn hiệu suất sơ bộ các bộ truyền và ổ lăn theo bảng 2.1 (I trang 27), ta chọn hiệu suất các bộ truyền như sau:
Hiệu suất của ổ lăn (bộ truyền được che kín ) 1 = 0,995
Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ (bộ truyền được che kín ) 2 = 0,97
Hiệu suất bộ truyền trục vít (bộ truyền được che kín) 3 = 0,4
Hiệu suất bộ truyền đai (bộ truyền được che kín) 4= 0,95
Hiệu suất của hệ thống là :
Công suất cần thiết của động cơ là:
2 Xác định tốc độ đồng bộ trên trục động cơ
Số vòng quay của trục công tác là:
Tra bảng 2P.1 ([I] trang 323) ta chọn được động cơ có ký hiệu AO2-41-8
Các thông số của động cơ như sau:
P = 2,2 (Kw); Khối lượng động cơ ứng với III2 m = 55(kg); n = 720(vg/ph); = 81%
4.2.2 Phân phối tỷ số truyền, tốc độ vòng quay và tính mô mên xoắn trên trục
Ta chọn tỷ số của bộ truyền đai: iđ =2 do đó tỷ số truyền của hộp giảm tốc là
Chọn tỷ số bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng là i1 = 2 tỷ số truyền bộ truyền trục vít i2 = 30
2 Tính toán các thông số vòng quay
Tốc độ quay của các trục
0, 75 dc dc n v ph n n v ph i n n v ph i n n v ph i n n v ph i
Công suất trên các trục:
Mômen xoắn trên các trục:
Ta lập được bảng kết quả tính toán sau:
Bảng 4.1: Phân phối tỷ số truyền, tốc độ vòng quay và tính mô mên xoắn trên trục Trục
4.2.3 Thiết kế các bộ truyền:
Tính bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
Bánh nhỏ: Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn 140 - 190 HB có:
b1 = 500 MPa; ch1 = 260 MPa Chọn HB1 = 170 (HB)
Bánh lớn: Thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn 140 - 190 HB có:
b2= 500 Mpa; ch2 = 260 MPa Chọn HB2 = 170 (HB)
2 Xác định ứng suất cho phép:
Số chu kì tương đương:
N 0:số chu kì tương đương đường cong mỏi tiếp xúc
Tra bảng (3-9) trang 43 [I], đối với thép thường hóa hoặc tôi cải thiện (200-280)
kn: hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc
tx 2 N tx o k n 2, 6 HB 442 N mm / 2 (4.14) ứng suất uốn cho phép
Khi răng làm việc một chiều
1: giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch động và trong chu kì đối xứng với thép
(4.16) n: hệ số an toàn Đối với thép C thường hóa: n = 1,5 k n : hệ số tập trung ứng suất ở chân răng đối với bánh răng bằng thép thường hóa n 1,8 k (4.17)
: hệ số chu kì ứng suất uốn (4.18)
Ứng suất uốn cho phép:
3 Chọn hệ số tải trọng K:
4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng:
với bộ truyền chịu tải trung bình (4.20)
5 Xác định khoảng cách trục A:
6 Tính vận tốc vùng của bánh răng và chọn cấp chinh xác chế tạo bánh răng:
7 Định chính xác tải trọng k và khoảng cách trục A:
8 Xác định modun và chiều rộng bánh răng và số răng:
9 Kiểm nghiệm bền uốn của răng
Tính số răng tương đương
Công thức kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu tải đột ngột
184, 7 1, 2 202 / txqt tx qt txqt tx tx qt qt txqt
11 Định các thông số hình học của bộ truyền
= 20 0 mn = 1,5 Đường kính vòng chia:
2 2 99 e n d m Z mm (4.38) Đường kính vòng đỉnh:
D d m mm (4.40) Đường kính vòng chân:
Tính lực tác dụng lên trục:
Tính bộ truyền trục vít – bánh vít
1 Tính vận tốc sơ bộ và chọn vật liệu
Tốc độ quay thật của trục vít là: ntv-bv = ndc/nbrt = 720/2 60 v/ph
Giả sử vận tốc trượt sơ bộ ≤ 2m/s, nên chọn vật liệu làm bánh vít là gang xám
Chọn vật liệu làm trục vít là thép 40, tôi bề mặt bằng dòng điện tần số cao đạt độ rắn
2 Tính ứng suất cho phép Ứng suất tiếp xúc cho phép
tx (0, 75 0,9) bk : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 10 7 chu kỳ
Theo bảng 4-4/71 [I] với bánh vít làm bằng vật liệu như trên đúc trong khuôn cát có:
Trục vít được bôi trơn đạt độ rắn HRC = 45, mặt ren được mài và đánh bóng
' N td k N : hệ số tuổi thọ (4.46)
Ntd : số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương
Trong chế độ làm việc thứ i (i = 1, 2, , N), các thông số quan trọng bao gồm số vòng quay trong 1 phút và mô men xoắn trên bánh vít, cùng với tỉ số giờ làm việc tương ứng.
T2i là trị số được dùng để tính toán , T2 là mô men xoắn lớn nhất trong các trị số thay số ta có Ntd = 60.12.96000 = 69,12.10 6
Tính ứng suất uốn cho phép: 0 u k " n N td (4.50)
+ 0u ứng suất uốn cho phép ứng với 10 6 chu kỳ
Vậy: 0u = 50 0,7= 35 (MPa) Ứng suất quá tải
Với bánh vít bằng đồng thanh thiếc
3 Chọn mối ren Z 1 của trục vít và số răng của bánh vít:
Chọn Z1 = 2 (Z1 là số mối ren, lấy trong khoảng từ 1 đến 4) (4.55)
Suy ra: Z2 = i.Z1 = 60 (Z2 là số răng bánh vít, chọn trong khoảng 30 đến 70) (4.56)
4 Sơ bộ chọn trị số hiệu suất, hệ số tải trọng và tính công suất trên bánh vít:
(4.57) Chọn lại hiệu suất và hệ số tải trọng, tính công suất trên bánh vít:
Chọn lại hệ số tải trọng K = 1,1 1,3 (4.59)
5 Định môđun m và hệ số đường kính q theo điều kiện sức bền tiếp xúc:
6 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng: a Kiểm nghiệm vận tốc trượt:
c Hệ số tải trọng: tt d
Ktt: hệ số tập trung tải trọng
Do tải trọng không đổi: Ktt = 1 (2.68)
7 Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh vít:
8 Định các thông số của bộ truyền: m = 4 q = 11
A = 117mm Đường kính vòng chia của trục vít
1 4.11 44 d e m q mm (4.72) Đường kính vòng đỉnh của trục vít:
D d m mm (4.73) Đường kính vòng chân của trục vít (lấy c=0,2)
Chiều dài phần ren của trục vít:
Vì trục vít được mài nên ta tăng thêm phần có ren
L m mm (4.78) Đường kính vòng chia (vòng lăn) của bánh vít
2 2 2 60.4 240 d c d Z m mm (4.79) Đường kính vòng đỉnh (trong mặt cắt chính) của bánh vít:
D e mm (4.80) Đường kính vòng ngoài cùng của bánh vít:
Chiều rộng của bánh vít:
9 Tính lực tác dụng lên bộ truyền
Lực vòng P1 trên trục vít bằng lực dọc trục Pa2 trên bánh vít
(4.82) Lực vòng P2 trên bánh vít bằng lực dọc trục Pa1 trên trục vít
Lực hướng tâm trên Pr2 trên bánh vít bằng Pr1 trên trục vít
10 Tính nhiệt truyền động trục vít
Diện tích thoát nhiệt cần thiết của hộp giảm tốc
+ Chọn t0 = 200: nhiệt độ môi trường xung quanh
+ Kt = 8 - 17,5 Chọn Kt,5: hệ số tỏa nhiệt (4.86)
+ = 0,25 - 0,3 Chọn =0,27: hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy (4.87)
Hệ số β là chỉ số phản ánh sự giảm nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian, do ảnh hưởng của việc làm việc ngắt quãng hoặc do tải trọng làm việc giảm so với tải trọng danh nghĩa.
+ Ktq = 40 (ứng với số vòng quay của quạt là n = 2935v/p): hệ số toả nhiệt của phần hộp được quạt (4.89)
+ [t]d = 70-90 0 C, chọn [td] 0 C (trục vít đặt dưới bánh vít): nhiệt độ cho phép cao nhất của dầu
txqtmax=txqt.Kqt = 10,62.1,4 = 14,87 < []txqtmax = 72(MPa) (4.91)
4.3 Tính toán phần thân máy
4.3.1 Thiết kế bộ truyền đai:
Chọn loại đai thang với hệ số trượt = 0,02
Chọn tiết diện đai thang:
(Công suất trên bộ truyền trục vít: P’tv = 0,107 kW, nđc = 12 vòng/phút)
Chọn tiết diện đai A với các thông số:
Bảng 4.2 Bảng thông số tiết diện đai
Kích thước tiết diện, mm Diện tích tiết diện A, mm 2 Đường kính bánh đai nhỏ d1, mm
Chiều dài giới hạn L, ao a h ho mm
2 Định đường kính bánh đai:
Chọn đường kính bánh đai nhỏ d1:
Kiểm tra vận tốc đai
(4.92) với vmax = (30 – 35) m/s thoả mãn điều kiện
Chọn đường kính bánh đai lớn d2:
Theo bảng (5-15)/93 [I], Chọn đường kính tiêu chuẩn: d2 = 200 mm
Vậy tỉ số truyền thực tế i:
3 Chọn sơ bộ khoảng cách trục A:
4 Định chính xác chiều dài đai L và khoảng cách trục A:
Theo bảng (5-12)/92 - [I] theo chiều dài tiêu chuẩn, chọn L = 1000mm
Kiểm nghiệm số vòng chạy u của đai trong 1 giây : Áp dụng công thức u max
Xác định các thông số của bộ truyền đai:
Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài tiêu chuẩn L = 1100mm Áp dụng công thức 5 2
5 Kiểm nghiệm góc ôm: Áp dụng công thức 5 3
Mà 1 120 o thoả mãn điều kiện
6 Xác định số đai cần thiết:
[δp]0 : Ứng suất có ích cho phép ,N/mm 2
Ct : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng
Cα : Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm
Cv : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc
Ta chọn ứng suất căng ban đầu 0 1, 47 N mm/ 2 và theo trị số D1 Tra bảng
ta tìm được ứng suất có ích cho phép [δp]0 (N/mm 2 ) :
Ta có số đai Z tính theo công thức 5 22 [ ]
và số đai đã lấy:
9 Định các kích thước chủ yếu của bánh đai:
- Chiều rộng của bánh đai B: Áp dụng công thức 5 23 [ ]
Trong đó các hệ số t,S tra từ bảng 10 3 [ ]
=>Chiều rộng của bánh đai B
- Đường kính ngoài của bánh đai : Áp dụng công thức 5 24 [ ]
: bánh dẫn : Dn1 = D1 + 2h0 (4.104) bánh bị dẫn : Dn2 = D2 + 2h0 (4.105) h0 ,Tra bảng 10 3 [ ]
- Đường kính trong của bánh đai :
Bánh bị dẫn : Dt2 = Dn2 - 2e (4.107) e , Tra bảng 10 3 [ ]
10 Tính lực căng ban đầu S 0
- Tính lực tác dụng lên trục R: Áp dụng công thức 5 26 [ ]
Thông số Ký hiệu Đai thang Đường kính bánh đai nhỏ Đường kính bánh đai lớn Chiều rộng bánh đai Chiều dài đai
Số đai Lực tác dụng lên trục d1, mm d2, mm
4.3.2 Tính bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
Do không có yều cầu đặc biệt ta chọn vật liệu cho 2 bánh răng như sau:
* Bánh lớn: Thép 35 thường hóa phôi rèn có b 1 500N/mm 2 , ch 1 260 N/mm 2 , độ rắn HB0-190, chọn HB0
* Bánh nhỏ: Thép 35 thường hóa phôi rèn đường kính Ta có số chu kì tương đương của bánh lớn:
=> Số chu kì làm việc tương đương của bánh nhỏ:
Ta thấy Ntd1 > N0 và Ntd2 > N0 nên hệ số chu kỳ ứng suất kN ’ của cả 2 bánh răng đều bằng 1
- Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:
- Úng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:
tx 2 = 2,6×170 = 442 N/mm 2 b) Ứng suất uốn cho phép
- Vì răng làm việc một mặt (bánh răng quay một chiều) nên áp dụng công thức 3 5 [ ]
+ σ0 và σ-1 - Giới hạn mỏi uốn trong chu kì mạch động và trong chu kì đối xứng
Ta có : 1 ( 0 , 4 0 , 45 ) bk (vì bánh răng bằng thép) (4.116)
Hệ số an toàn n cho bánh răng làm bằng thép rèn và thường hóa được xác định là 1,5 Đồng thời, hệ số tập trung ứng suất ở chân răng kσ cũng được quy định là 1,8 cho loại vật liệu này.
+ kn ’’ - Hệ số chu kì ứng suất mỏi uốn Áp dụng công thức 3 7 [ ]
N N k '' N 0 Lấy m ≈ 6 vì thép thường hoá (4.117)
N0 - số chu kì cơ sở của đường cong mỏi uốn.lấy N0 ≈ 5×10 6
Ntd -số chu kì tương đương theo trên ta có:
Bánh lớn: Ntd1 = 12,96.10 6 Bánh nhỏ: Ntd2 = 17,28.10 6
Vì Ntd1 > N0 và Ntd2 > N0 nên kn ’’ = 1
-Vậy ta có: Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn:
N/mm 2 Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:
3 Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K K = (1,3 ÷ 1,5) (4.118)
4 Chọn hệ số chiều rộng bánh răng
A - Trong đó : A - khoảng cách trục (4.119) b - Chiều dài răng
5 Xác định khoảng cách trục A
(vì bộ truyền ăn khớp ngoài) Để tiện tính toán chọn A8mm
6 Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng
- Tính vận tốc vòng của bánh răng trụ răng thẳng: áp dụng công thức 3 17 [ ]
m/s (vì bộ truyền ăn khớp ngoài) (4.121)
- Chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng:theo bảng 3 11 [ ]
46 I ta có : Với v = 0,053 m/s lấy cấp chính xác 9
7 Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A
- Hệ số tải trọng K: áp dụng công thức 3 19 [ ]
Trong đó: Ktt - Hệ số tập trung tải trọng Vì bộ truyền có khả năng chạy mòn (HB
σu1 < [σ]u1 = 119,4 N/mm 2 -> thoả mãn điều kiện bền
+Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng bánh lớn: áp dụng công thức 3 40 [ ]
=> σu2 < [σ]u2 = 124,2 N/mm 2 -> thoả mãn điều kiện bền
10 Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột
- Ứng suất tiếp xúc cho phép: áp dụng công thức 3 43 [ ]
+ Bánh lớn: [σ]txqt1 ≈ 2,5 ×[σ]Notx1 = 2,5×2,6HB = 2,5×2,6×170 = 1105 N/mm 2 (4.131) + Bánh nhỏ: [σ]txqt2 ≈ 2,5 ×[σ]Notx2 = 2,5×2,6HB = 2,5×2,6×170 = 1105 N/mm 2 (4.132)
- Ứng suất uốn cho phép : áp dụng công thức 3 46 [ ]
+ Bánh lớn: [σ]uqt1 = 0,8×[σ]ch1 = 0,8×260 = 208 N/mm 2 (4.133) + Bánh nhỏ:[σ]uqt2 = 0,8×[σ]ch2 = 0,8×270 = 216 N/mm 2 (4.134)
- Kiểm nghiệm ứng suất bền tiếp xúc: áp dụng công thức 3 41 [ ]
Trong đó: Kqt = 1,4: hệ số tải trọng quá tải của thép thường hoá σtx - ứng suất tiếp xúc.áp dụng công thức 3 13 [ ]
ứng suất quá tải σtxqt = 340,5 N/mm 2 nhỏ hơn hệ số cho phép đối với cả bánh nhỏ và bánh lớn
- Kiểm nghiệm sức bền uốn cho phép khi quá tải: áp dụng công thức 3 42 [ ]
+ Bánh lớn : σuqt1=σu1×KqtB,1×1,4 = 58,94 N/mm 2 σuqt1 < [σ]uqt1 = 208 N/mm 2 + Bánh nhỏ : σuqt2 = σu2×KqtC,1×1,4 = 60,34 N/mm 2 σuqt2 < [σ]uqt2 = σuqt2 = 216 N/mm 2
11 Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền
Bảng 4.3 Bảng thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng
Tên thông số Công thức Giá trị Đơn vị
Chiều cao răng h = 2,25×mn (4.139) 4,5 mm
Chiều cao đỉnh răng hd = m (4.140) 2 mm
Chiều cao chân răng hf = 1,2×m (4.141) 2,4 mm Độ hở hướng tâm c = 0,25×m (4.142) 0,5 mm Đường kính vòng chia
(4.144) 120 mm Đường kính vòng lăn d1 = dc1(4.145) 160 mm d2 = dc2(4.146) 120 mm
Tên thông số Công thức Giá trị Đơn vị Đường kính vòng đỉnh răng
(4.147) 124 mm Đường kính vòng chân răng
Góc ăn khớp α0 (4.150) 20 độ Đường kính vòng cơ sở
- Lực tác dụng lên bánh răng được chia làm ba thành phần: lực vòng P, lực hướng tâm
Pr và lực dọc trục Pa (Pa=0 vì là bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng) Áp dụng công thức 3 49 [ ]
- Lực hướng tâm: áp dụng công thức 3 49 [ ]
4.3.3 Tính toán trục và chọn then, ổ lăn:
Chọn vật liệu cho trục:
Vật liệu chế tạo trục cần có độ bền cao, khả năng chịu ứng suất tốt, dễ gia công và có thể nhiệt luyện Thép Cacbon và thép hợp kim là những lựa chọn chính cho việc sản xuất trục Với hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình, thép 45 (thép thường hoá) với giới hạn bền σbk = 600 N/mm² là sự lựa chọn phù hợp.
).Ứng suất xoắn cho phép ở đầu trục vào của hộp giảm tốc [τ]x = 20 ÷ 35 N/mm 2 , tại tiết diện nguy hiểm [τ]x = 10 ÷ 13 N/mm 2
DUT.LRCC a Tính đường kính sơ bộ của các trục
Trong đó: d - đường kính trục (mm)
N – công suất truyền (kW) n - số vòng quay trong một phút của trục
+ Đối với trục I (trục ra của bánh vít):
NI = 0,107 kW nI = 12 Vg/ph
Chọn dI = 25 mm + Đối với trục II (trục của cối ép lõm):
NII = 0,101 kW nII = 6 Vg/ph
Chọn dII = 30 mm + Đối với trục III (trục của cối ép lồi):
NIII = 0,09 kW nIII = 8 Vg/ph
Chọn dIII = 27 mm + Đối với trục IV (trục của cối ép lõm quay không qua bánh đai):
NIV = 0,101 kW nIV = 6 Vg/ph
Chọn dIV = 30 mm b Tính gần đúng trục
- Để tính các kích thước, chiều dài của trục ta tham khảo bảng 7 1 [ ]
Ta chọn các kích thước như sau:
+ Khoảng cách giữa các chi tiết quay trong hộp: c1mm
+ Khe hở của bánh răng và thành trong của hộp: mm
+ Chiều rộng bánh đai: Bdai = 36mm
+ Chiều dài may ơ bánh đai: lm = Bdai = 36mm
+ Chiều rộng bánh răng lớn và nhỏ: Bbrl = Bbrn = 56mm
+ Chiều cao nắp ổ và đầu bu lông: l3 mm
+ Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp: l2mm
+ Khoảng cách từ nắp ổ đến mặt cạnh của chi tiết quay ngoài hộp l4 mm
+ Khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp: amm
+ Chiều rộng của cối ép lồi: 90mm
+ Chiều rộng của cối ép lõm: 90mm
- Tổng hợp các kích thước trên ta có:
Hình 4.2: Bản vẽ phác sơ đồ máy ép nước cam tự động
Hình 4.3: Sơ đồ momen uốn và xoắn trên trục I
-Các lực tác dụng lên trục I bao gồm :
+ Lực tác dụng lên đai: Pd = 715,6 N
+ Lực vòng trên bánh vít: P2 = 709,6 N
Tìm phản lực tại các gối đỡ
Lấy momen theo phương y đối với A1 ta có:
Lấy momen theo phương x đối với C1 ta có:
- Tính momen uốn tại các tiết diện nguy hiểm:
Tại điểm B1: MuxB1 = FA1x.a53.566,5944,5 N.mm (4.162)
MuyB1 = FA1y.aE1,2.56,5%492,8 N.mm (4.163) Tại điểm D1: MuxD1 = Fc1x.c – Pbv.(b+c) + FA1x.(a+b+c) (4.164)
- Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: Áp dụng công thức 7 3 [ ]
Trong đó : + Mtd – Momen tương đương Áp dụng công thức [ 1 ]
+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0
+ Đường kính trục ở tiết diện B1:
+ Đường kính trục ở tiết diện B1:
+ Đường kính trục ở tiết diện D1:
Vì tại D1 có lắp bánh đai nên dD1 = (0,8-1,2)dD1 = 18,4-27,6 (4.170)
Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b600MPa a Tính phản lực tại các gối đỡ và momen:
Lực tác dụng lên bộ truyền (trong phần tính bộ truyền)
Lực tác dụng lên trục của bánh đai: Rd = 715,6(N)
Momen xoắn trên trục: Mx = 160758,3 (N.mm)
Tìm phản lực tại các gối đỡ
Hình 4.4: Sơ đồ momen uốn và xoắn trên trục II Lấy momen theo phương y đối với B2 ta có:
Lấy momen theo phương x đối với B2 ta có:
- Tính momen uốn tại các tiết diện nguy hiểm:
Tại điểm C2: MuC2x = Fb2x.c38.71,57117N.mm (4.173)
Tại điểm D2: MuD2x = -FE2x.a = -1041.56,5 =-58816,5 N.mm (4.175)
- Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: Áp dụng công thức 7 3 [ ]
Trong đó : + Mtd – Momen tương đương Áp dụng công thức [ 1 ]
+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0
+ Đường kính trục ở tiết diện C2:
+Đường kính trục ở tiết diện D2:
Hình 4.5: Sơ đồ momen uốn và xoắn trên trục III Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b600MPa
- Các lực tác dụng lên trục III bao gồm:
Lực tác dụng lên trục (tính trong phần tính bộ truyền)
Momen xoắn trên trục: Mx = 107437,5 (N.mm)
Tính phản lực tại các gối trục:
Lấy momen theo phương y đối với B3 ta có:
Lấy momen theo phương x đối với B3 ta có:
- Tính momen uốn tại các tiết diện nguy hiểm:
Tại điểm C3: MuC3x = FE3x.(a+b) = 521,87.(56,5+56) = 58710 N.mm (4.184)
- Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: Áp dụng công thức 7 3 [ ]
Trong đó : + Mtd – Momen tương đương Áp dụng công thức [ 1 ]
+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0
+ Đường kính trục ở tiết diện B3:
+Đường kính trục ở tiết diện C3:
Hình 4.6: Sơ đồ momen uốn và xoắn trên trục III Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 45 có b600MPa
- Các lực tác dụng lên trục IV bao gồm:
Lực tác dụng lên trục (tính trong phần tính bộ truyền):
Momen xoắn trên trục: Mx = 160758,3 (N.mm)
Tính phản lực tại các gối trục:
Lấy momen theo phương y đối với B4 ta có:
Lấy momen theo phương x đối với B3 ta có:
- Tính momen uốn tại các tiết diện nguy hiểm:
MuB4y = -Fep.l=-500.98,5=-49250N (4.191) Tại điểm C4: MuC4x = -FE4x.(a+b) = -1041.(56,5+56) = -117112,5 N.mm (4.192)
- Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm: Áp dụng công thức 7 3 [ ]
Trong đó : + Mtd – Momen tương đương Áp dụng công thức [ 1 ]
+ β - Đường kính trong của trục- vì trục đặc nên β = 0
+ Đường kính trục ở tiết diện B3:
+Đường kính trục ở tiết diện C4:
Vì C4 lắp then nên chọn đường kính dC4 = 30 mm (đồng bộ với trục II) c Tính chính xác trục:
Kiểm tra hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm
Hệ số an toàn tính theo công thức 7 5 [ ]
-Trong đó: + nσ – hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp Theo công thức
+ nτ – hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp Theo công thức
[n] hệ số an toàn cho phép thường lấy [n] = 1,5 ÷ 2,5 Nhưng có thể lấy lớn hơn
Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng
- σm: là giá trị trung bình ứng suất pháp. m 0
Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ mạch động o
Trong đó: τ-1: là giới hạn mỏi uốn và xoắn với một chu kỳ đối xứng τa : Biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trục
W: Mô men cản uốn của tiết diện
Wo: Mô men cản xoắn của tiết diện kτ : Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn tra bảng
Hệ số tăng bền bề mặt trục β và hệ số ψτ phản ánh ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi Trong đó, τm đại diện cho trị số trung bình của ứng suất tiếp.
MU, Mx: là mô men uốn và mômen xoắn a Trục I:
Xét tiết diện B Đường kính trục d = 30 mm Tra bảng 7 3 [ ]
W = 2320 mm 3 ; Wo = 4970 mm 3 ; b × h = 8 × 7 mm 2 b: Chiều rộng then (mm) h: Chiều cao then (mm)
Có thể lấy gần đúng :
Chọn hệ số ψσ và ψτ theo vật liệu, đối với thép cacbon trung bình ψσ = 0,05 và ψτ = 0 , hệ số tăng bền β = 1
, tập trung ứng suất do rãnh then kσ = 1,64; kτ = 1,37
Vì do lắp ghép trục với then có độ dôi nên lấy áp suất bề mặt lắp ghép là
=> thỏa mãn Lấy đường kính trục vào là dI = 30 (mm) do yêu cầu kết cấu, tại vị trí này lắp khớp nối nên chọn dI = 32mm
Đường kính lắp khớp nối được chọn là dk = 25mm, đường kính lắp ổ lăn là dOL%mm, đường kính lắp bánh đai là dbr mm, và đường kính lắp bánh vít là dbv = 30mm Kiểu lắp ổ lăn được lựa chọn là k6.
Hình 4.7: Bản vẽ sơ bộ trục I
Hệ số an toàn tính theo công thức 7 5 [ ]
Đường kính trục d = 30 mm Tra bảng 7 3 [ ]
W = 2320 mm 3 ; Wo = 4970 mm 3 ; b × h = 8 × 7 mm 2 b: Chiều rộng then (mm) h: Chiều cao then (mm)
Có thể lấy gần đúng :
Chọn hệ số ψσ và ψτ theo vật liệu, đối với thép cacbon trung bình ψσ = 0,05 và ψτ = 0 , hệ số tăng bền β = 1
, tập trung ứng suất do rãnh then kσ = 1,76; kτ = 1,54
Vì do lắp ghép trục với then có độ dôi nên lấy áp suất bề mặt lắp ghép là P = 30 N/mm 2
=> thỏa mãn Vậy trục đảm bảo bền
- Xét tiết diện (D2) Đường kính trục dD2 = 30 mm Tra bảng 7 3 [ ]
W = 2320 mm 3 ; Wo = 4970 mm 3 ; b × h = 8 × 7 mm 2 b: Chiều rộng then (mm) h: Chiều cao then (mm)
Có thể lấy gần đúng :
Chọn hệ số ψσ và ψτ theo vật liệu, đối với thép cacbon trung bình ψσ = 0,05 và ψτ = 0 , hệ số tăng bền β = 1
, tập trung ứng suất do rãnh then kσ = 1,76; kτ = 1,54
Vì do lắp ghép trục với then có độ dôi nên lấy áp suất bề mặt lắp ghép là P = 30
Chọn đường kính lắp ổ lăn là dOL%mm, đường kính lắp bánh răng là dbr0mm và đường kính lắp bánh đai là dbd0mm Kiểu lắp cho bánh răng được chọn là H7/k6, trong khi ổ lăn sử dụng kiểu lắp k6.
Hình 4.8: Bản vẽ sơ bộ trục II c Trục III:
Xét tiết diện (C3) Đường kính trục dc3 = 27 mm Tra bảng 7 3 [ ]
W = 1855 mm 3 ; Wo = 4010 mm 3 ; b × h = 8 × 7 mm 2 b: Chiều rộng then (mm) h: Chiều cao then (mm)
Có thể lấy gần đúng :
Chọn hệ số ψσ và ψτ theo vật liệu, đối với thép cacbon trung bình ψσ = 0,05 và ψτ = 0, hệ số tăng bền β = 1
, tập trung ứng suất do rãnh then kσ = 1,76; kτ = 1,54
Vì do lắp ghép trục với then có độ dôi nên lấy áp suất bề mặt lắp ghép là
Vậy tiết diện C3 đảm bảo độ an toàn
+ Đường kính lắp ổ lăn là: d0L%mm
+ Chọn đường kính lắp bánh răng: dbr'mm
Hình 4.9: Bản vẽ sơ bộ trục III d Trục IV:
Hệ số an toàn tính theo công thức 7 5 [ ]
Đường kính trục d = 30 mm Tra bảng 7 3 [ ]
W = 2320 mm 3 ; Wo = 4970 mm 3 ; b × h = 8 × 7 mm 2 b: Chiều rộng then (mm) h: Chiều cao then (mm)
Có thể lấy gần đúng :
Chọn hệ số ψσ và ψτ theo vật liệu, đối với thép cacbon trung bình ψσ = 0,05 và ψτ = 0 , hệ số tăng bền β = 1
, tập trung ứng suất do rãnh then kσ = 1,76; kτ = 1,54
Vì do lắp ghép trục với then có độ dôi nên lấy áp suất bề mặt lắp ghép là P = 30
Vậy trục đảm bảo bền
+ Đường kính lắp ổ lăn là: d0L%mm
+ Chọn đường kính lắp bánh răng: dbr0mm
Hình 4.10: Bản vẽ sơ bộ trục IV
2 Chọn ổ lăn cho hộp giảm tốc và máy
Tính và chọn ổ lăn cho trục 1:
Vì có lực dọc trục nên dự kiến chọn loại ổ bi đỡ chặn a Sơ đồ tính lực
Hệ số khả năng làm việc tính theo công thức (8-1, trang 156 - [I]) ở đây C = Q.(n.h) 0,3 ≤ Cbảng
H = 36000 giờ, bằng thời gian phục vụ của máy; n = 12 vg/ph;
Tải trọng Q được tính theo công thức (8.6, trang 163 - [I])
Kt=1: tải trọng tĩnh (bảng 8.3, trang 162 - [I])
Kn=1: nhiệt độ làm việc dưới 100 o C (bảng 8.4, trang 162 - [I])
Như vậy lực At hướng về bên trái nên lực Q lớn hơn ta chỉ cần tính đối với gối trục bên trái, gối trục kia lấy ở cùng loại
Tra bảng 17P [Trang 347 đối với ổ bi cỡ trung - [I] ], với d %mm ta lấy ổ bi có kí hiệu 46305, Cbảng = 31000
Bảng 4.3: Thông số hình học ổ bi 46305 d D B
T lớn nhất r r1 d2 D2 Đường kính bi
Hệ số khả năng làm việc
Tải trọng tĩnh cho phép
Số vòng quay giới hạn trong 1 phút
Tính và chọn ổ lăn cho trục 2
Chọn ổ lăn: Đuờng kính ngõng trục dIIOL = 25mm vì không có lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy
Ta tính cho gối đỡ cho Rf lớn hơn
Trên gối 2 ta lắp ổ lăn tuỳ động (ổ bi đỡ) 1 dãy cỡ nhẹ có số hiệu là 105 [Bảng 14P [I] trang 337] với các thông số như sau:
Bảng 4.4: Thông số ổ bi đỡ 1 dãy có số hiệu 105 d D B d2 D2 Đường kính bi
Hệ số khả năng làm việc C
Tải trọng tĩnh cho phép
Số vòng quay giới hạn trong 1phút
Kích thước chỗ vát (mm)
25 47 12 32,2 39,8 6,35 11300 500 13000 1 b Sơ đồ tính lực c c Kiểm nghiệm khả năng tải động với A = 0 suy ra:
Tính và chọn ổ lăn cho trục 3 a Chọn ổ lăn: Đuờng kính ngõng trục dIIOL%mm vì không có lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy
Ta tính cho gối đỡ cho Rf lớn hơn
Trên gối 2 ta lắp ổ lăn tuỳ động (ổ bi đỡ) 1 dãy cỡ nhẹ có số hiệu là 105 vói các thông số như sau:
Bảng 4.5: Thông số ổ bi đỡ 1 dãy có số hiệu 105 d D B d2 D2 Đường kính bi
Hệ số khả năng làm việc C
Tải trọng tĩnh cho phép
Số vòng quay giới hạn trong 1phút
Kích thước chỗ vát (mm)
25 47 12 32,2 39,8 6,35 11300 500 13000 1 b Sơ đồ tính lực c Kiểm nghiệm khả năng tải động với A = 0 suy ra
Tính và chọn ổ lăn cho trục IV:
Chọn ổ lăn: Đường kính ngõng trục dIIOL = 25mm vì không có lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ một dãy
Ta tính cho gối đỡ cho Rf lớn hơn
Trên gối 2 ta lắp ổ lăn tuỳ động (ổ bi đỡ) 1 dãy cỡ nhẹ có số hiệu là 105 [Bảng 14P [I] trang 337] với các thông số như sau:
Bảng 4.6: Thông số ổ bi đỡ 1 dãy có số hiệu 105: d D B d2 D2 Đường kính bi
Hệ số khả năng làm việc C
Tải trọng tĩnh cho phép
Số vòng quay giới hạn trong 1phút
Kích thước chỗ vát (mm)
25 47 12 32,2 39,8 6,35 11300 500 13000 1 b Sơ đồ tính lực c c Kiểm nghiệm khả năng tải động với A = 0 suy ra:
Các thông số hình học của then bao gồm chiều rộng (b), chiều dài (l) và chiều cao (h) Các giá trị b, h, l được xác định dựa trên tiêu chuẩn điều kiện bền dập của then, nhằm đảm bảo tính ổn định và độ bền của sản phẩm.
N/mm 2 (4.233) Điều kiện bền cắt của then : c c dbl
Trong đó k và t biểu thị phần then lắp trong rãnh của trục và moayơ (mm)
d và c là ứng suất dập và cắt thực tế, N/mm 2
d 0 N/mm 2 bảng (7-20)-[I] và c 0 N/mm 2 bảng (7-21)-[I] là ứng suất dập và cắt cho phép l m l0,8 với l m chiều dài moayơ được tính theo đường kính trục hoặc bề rộng bánh
* Then lắp bánh vít và bánh đai:
T1 = 32367,6 N.mm lt1 = b1 = 17mm (do yêu cầu kết cấu) dbr1 = 30mm, tra Bảng (7-23 trang 143 - [I]) ta được: b = 10 mm, h = 8 mm, t = 4,5 mm, t1 = 3,6 mm, k ≈ 2,9 mm
Như vậy then đảm bảo đủ bền
Theo đường kính trục để lắp then d = 30mm
Tra Bảng (7-23 trang 143 - [I]) ta được: b = 8mm, h = 7mm, t1 = 2,6mm
Chiều dài then: l = 0,8.lm = 0,8.30 = 24mm, k = 2,9 d 150 N mm
Như vậy then đảm bảo đủ bền
Theo đường kính trục để lắp then d = 27 mm
Tra Bảng (7-23 trang 143 - [I]) ta được: b = 8mm, h = 7mm, t1 = 2,6mm
Chiều dài then: l = 0,8.lm = 0,8.30 = 24mm, k = 2,9 d 150 N mm
Như vậy then đảm bảo đủ bền
Theo đường kính trục để lắp then d = 30mm
Tra Bảng (7-23 trang 143 - [I]) ta được: b = 8mm, h = 7mm, t1 = 2,6mm
Chiều dài then: l = 0,8.lm = 0,8.30 = 24mm, k = 2,9 d 150 N mm
Như vậy then đảm bảo đủ bền
4.2.4 Tính toán phần ép cam:
Cơ tính của vật liệu chế tạo phần ép cam: PC (Polycacbonat)
- Độ bền va đập (ftlp/in): 16
- Nhiệt độ Ta và Tg (ºC) : 150 Kích thước cục ép :
- Cục ép trên : Đường kính ngoài 160 mm Đường kính lõm 80 mm
- Cục ép dưới : Đường kính lồi 75 mm Đường kính trong 90 mm