ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
***************************************

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Giảng viên hướng

:

TS. Nguyễn Thái Tất Hoàn

Sinh viên thực hiện

:

Lê Hải Đăng

MSSV

:

20184374

Lớp

:

Cơ điện tử 07- K63

dẫn

Hà Nội, 2022



MỤC LỤC

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN GIỚI THIỆU SẢN PHẨM....................................................1
1.1. Khái niệm và ứng dụng.............................................................................................1
1.2. Nguyên lý hoạt động.................................................................................................2
1.2.1. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống..........................................................2
1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của các cụm chức năng trong hệ thống......................2
CHƯƠNG II. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG....................................3
2.1. Băng tải.....................................................................................................................3
2.2. Bộ truyền đai/ xích....................................................................................................4
2.3. Pit tơng/ Van khí nén................................................................................................5
2.4. Cảm biến...................................................................................................................6
2.5. Động cơ.....................................................................................................................7
CHƯƠNG III. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG......................................................9
3.1. Hệ thống băng tải......................................................................................................9
3.1.1. Tính các thơng số hình, động học băng tải.........................................................9
3.1.2. Tính lực kéo băng.............................................................................................10
3.1.3. Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng.................................................................12
3.1.4. Tính chọn động cơ............................................................................................12
3.1.5. Tính tốn bộ truyền ngồi................................................................................15
3.1.6. Tính trục chủ động, bị động/con lăn................................................................23
3.2. Hệ thống cấp phơi...................................................................................................33
3.3. Hệ thống pittong khí nén........................................................................................35
CHƯƠNG IV. XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG........................................................38

4.1. Thiết kế xây dựng bản vẽ hệ thống.........................................................................38
4.2.Mô phỏng nguyên lý hoạt động...............................................................................38
KẾT LUẬN.......................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................39


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN GIỚI THIỆU SẢN PHẨM
1.1. Khái niệm và ứng dụng
Ngày nay, tự động hóa phục vụ cơng tác quản lí, giám sát và điều khiển trong các
nhà máy, xí nghiệp. Các hệ thống tự động giúp nâng cao hiệu quả của q trình sản
xuất, hồn thiện sản phẩm, tránh rủi ro, giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán
trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người
tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày
càng văn minh hơn.
Hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong sản xuất tự động hàng
hóa với số lượng lớn, giúp phân loại nhanh những sản phẩm đạt yêu cầu và những sản
phẩm bị lỗi (phế phẩm) cũng như phân loại thành những nhóm có đặc điểm khác nhau
phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau này.
Trong các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, nhà máy sản xuất gạch ốp lát cho
ngành xây dựng hay sản xuất các chi tiết cơ khí, linh kiện điện tử …, dịng sản phẩm
được tạo ra sau hàng loạt những qui trình cơng nghệ cần được kiểm tra để đảm bảo
loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản phẩm đạt chất lượng
thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện thuận lợi cho quá trình lưu kho
để phân phối ra thị trường hay phục vụ tốt hơn cho những cơng đoạn sản xuất tiếp
theo. Hơn nữa, nó cịn có thể tích hợp thêm chức năng dãn nhãn, đếm và quản lý sản
phẩm..., giúp nâng chất lượng của sản phẩm và nâng cao hiệu quả hoạt động của dây
chuyền sản xuất.
Từ những yêu cầu thực tế đó mà hệ thống tự động phân loại sản phẩm đã sớm
được hình thành và phát triển, trở thành một khâu quan trọng trong một hệ thống sản
xuất tự động, để thực hiện chức năng kiểm tra, phân loại đảm bảo sự vận hành liên tục

của dịng phơi liệu trong q trình sản xuất tự động. Đạt được mục tiêu nâng cao tính
cạnh tranh của sản phẩm, làm chủ giá thành và chất lượng sản phẩm, tăng khả năng
linh hoạt phát triển sản phẩm, thay đổi mẫu mã đáp ứng nhu cầu thị trường.
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, Ví dụ:
 Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hoặc bán tự động, có
sự tham gia của con người hay không?, điều khiển bằng PLC, vi xử lý.
 Theo màu sắc: Màu sắc sẽ được cảm biến nhận biết rồi xử lý thành tín hiệu
điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lý.
 Theo trọng lượng, kích thước bên ngồi.
Ngồi ra cịn nhiều cách phân loại khác nhau tùy vào yêu cầu sử dụng cũng như
sự khác biệt giữa các phôi. Ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế:
1


Máy tách màu, phân loại hàng hóa theo cân nặng, phân loại sản phẩm theo kích thước,
phân loại bưu kiện sử dụng trong các doanh nghiệp Logistic.
1.2. Nguyên lý hoạt động
1.2.1. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác
định các đặc điểm của sản phẩm. Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có đặc
điểm khác nhau Từ nguyên lý làm việc đó ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần
những chuyển động cần thiết:
 Chuyển động của băng chuyền, truyền chuyển động quay cho trục của băng
chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng
thẳng trung gian.
 Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có đặc điểm khác
nhau. Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén.

Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xylanh
đẩy vào băng chuyền. Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được
phân loại với đặc điểm khác nhau. Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được
chuyển đến thùng hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại

xong sản phẩm.
Hình 1.1: Mơ hình phân loại sản phẩm theo vật liệu.

1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của các cụm chức năng trong hệ thống
Để có một hệ thống phân loại sản phẩm với yêu cầu kiểu dáng nhỏ gọn, dễ lắp đặt,
bảo trì, sửa chữa chúng ta cần thiết kế mơ hình cơ khí, điều khiển bằng động cơ và hệ
thống hoạt động tự động. Ngoài ra cịn có các vấn đề khác như là: vật liệu mơ hình,
nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết..., yêu cầu đặt ra phải giải quyết các vấn
đề:
 Vấn đề cơ khí: phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của
các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính
thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
 Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
2


CHƯƠNG II. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
2.1. Băng tải
Băng tải là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm. Nhiệm vụ
chính là vận chuyển sản phẩm tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn.
Nguồn động lực chính của băng tải chính là động cơ điện: động cơ một chiều, động cơ
3 pha lồng sóc hay servo… tùy vào yêu cầu hệ thống để tạo ra momen đủ lớn cho
băng tải cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc rồi mới qua tải. Hai đầu băng tải có
Puli băng tải là vịng kín cuốn quanh puli này. Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp,
thường là hai, có thể là cao su. Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng

tải, lớp trên là lớp phủ.

Hình 2.1: Hệ thống băng tải

Các thành phần băng tải:





Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật
Trạm dẫn động, truyền động cho bộ phận kéo
Bộ phân căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo
Hệ thống đỡ làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc.

Có nhiều loại băng tải khác nhau tùy thuộc vào đặc tính của hàng hóa vận chuyển
như băng tải xích, băng tải con lăn, băng tải đai, băng tải đứng, băng tải xoắn ốc, …
Trong phạm vi đồ án sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng 0,2 – 5 kg, tương
đối nhẹ, cho nên em lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai cao su.
Đai cao su có đặc tính: bền, đàn hồi tốt, ít bị ảnh hưởng bới độ ẩm và sự thay đổi
của nhiệt độ, đai vải cao su được sử dụng khá rộng rãi. Đai cao su có khả năng vận
chuyển êm, truyền động nhanh, ổn định, do phơi hình trụ có bề mặt tiếp xúc tương
đối, trọng lượng vừa phải nên khả năng ma sát tốt, làm việc chính xác. Khi khơng u
cầu góc nghiêng lớn và không yêu cầu di chuyển theo đường cong thì đai tải cao su
hồn tồn có thể đáp ứng tốt yêu cầu làm việc.

3


2.2. Bộ truyền đai/ xích

Do đặc tính làm việc liên tục nên để thuận lợi cho việc vận chuyển trong quá trình
sản xuất người ta thường lắp them bộ truyền động cho băng tải giúp cho quá trình vận
chuyển của băng tải trở nên dễ dàng và chính xác.

Hình 2.2: Bộ truyền xích

Bảng 2.1: so sánh bộ truyền đai và bộ truyền xích
Nội dung

Bộ truyền đai


Ưu điểm



Bộ truyền xích

Làm việc êm, khơng ồn, tốc độ
cao
Giữ được an tồn cho các chi
tiết máy và động cơ khi bị quá
tải do hiện tượng trượt trơn.









Nhược điểm



Khn khổ và kích thước lớn
Tỉ số truyền khơng ổn định,
hiệu suất thấp do có sự trượt
đan hồi
Lực tác dụng lên các trục và ổ
lớn do phải căng đai








4

Kích thước nhỏ hơn
Khơng xảy ra hiện tượng
trượt
Có thể cùng lúc chuyển
động cho nhiều trục
Lực tác dụng lên trục nhỏ
hơn truyền động đai vì
khơng cần căng xích.
Do có sự va đập khi vào

khớp nên gây nhiều tiếng ồn
lớn khi làm việc, khơng
thích hợp với vận tốc cao.
Địi hỏi chế tạo, lắp ráp
chính xác hơn, u cầu
chăm sóc, bảo quản thường
xuyên.
Vận tốc và tỷ số truyền tức
thời không ổn định.
Dễ mòn khớp bản lề



Phạm vi

Do thích hợp với vận tốc cao
nên thường lắp ở đầu vào của
hộp giảm tốc, thường dùng khi
cần truyền động trên khoảng
cách trục 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, u cầu làm việc
khơng có trượt

2.3. Pit tơng/ Van khí nén
Piston xylanh bao gồm piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất là một loại
động cơ thủy lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng,
thực hiện chuyển thẳng hoặc chuyển động vịng khơng liên tục. Piston xylanh được
dùng rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về,
xylanh khí nén có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn,
làm việc ổn định và giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So với hệ thống
thủy lực, hệ thống khí nén có cơng suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:
 Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ
và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
 Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí nên có thể trích chứa khí
nén rất thuận lợi, khơng khí dùng để nén hầu như có số lượng khơng giới hạn
và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
 Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rị rỉ khơng khí nén ở hệ thống ống dẫn,
do đó khơng tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
 Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền
động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các
xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí
nén.
 Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn
được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của q
trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí
nén thấp.
Trong đồ án này em chọn cơ cấu sinh lực bằng
khí nén để tạo ra lực đẩy phơi. Chọn cơ cấu xilanh
khí nén vì nó có ưu điểm:
 Giá thành rẻ
 Lực kẹp đủ lớn, đều có thể kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm
việc
 Sử dụng đơn giản với sinh viên

 Dễ tìm mua trên thị trường
Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dịng năng lương bằng cách đóng, mở hay
chuyển đổi vi ṭ rí để thay đổi hướng đi của dòng năng lượng.

5


Van điều khiển em chọn van 5/2 tác động nam châm điện và lị xo. Chọn van 5/2
có ký hiệu như hình vẽ.
Hình 2.3: Xylanh khí nén

Hình 2.4: Ký hiệu van trên sơ đồ điện

Các thông số của van là:

 Áp suất làm việc: 0,15 – 0,7 MPa
 Ta cấp khí vào cửa P(1) rồi lấy khí ra cửa A(4) và B(2) để đưa vào 2 đầu
của xilanh.
 Ở đầu ra 3 và 5 của van ta sử dụng van tiết lưu một chiều để điều chỉnh lưu
lượng ra của xylanh, tức là điều chỉnh lực đẩy phôi ra khỏi băng tải.
2.4. Cảm biến
Đây chính là hệ thống thu nhận thông tin từ phôi cho bộ điều khiển. Các loại cảm
biến thường được sử dụng là cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.Cảm
biến thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng không điện (các đại lượng vật lí, hóa
học…) thành các đại lượng điện. Ví dụ áp suất nhiệt đơ lưu lượng vận tốc…thành tín
hiệu điện (mV, mA…)
Theo ngun lí của cảm biến có:


Cảm biến điện trở



Cảm biến điện từ



Cảm biến tĩnh điện



Cảm biến hóa điện



Cảm biến nhiệt điện



Cảm biến điện tử và ion…

Theo tính chất nguồn điện:


Cảm biến phát điện



Cảm biến thông số Theo phương pháp đo:



Cảm biến biến đổi trực tiếp



Cảm biến bù

Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng trong đồ án này em
dùng cảm biến quang để phân loại sản phẩm. Sản phẩm chạy trên băng truyền, kích
hoạt cảm biến quang thứ nhất được phân loại là vật cao, kích hoạt cảm biến quang thứ
hai là vật được phân loại là vật trung bình, cịn sản phẩm khơng kích hoạt cảm biến
6


nào thì là vật thấp. Cảm biến quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại khơng nhìn thấy
bằng mắt thường. Nó gồm một nguồn phát quang và một bộ thu quang. Nguồn quang

Hình 2.5: Cảm biến quang

sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng.
Ở đồ án này em sử dụng nguồn LASER. Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc
transitor quang. Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc
phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện. Ánh sáng do LASER phát ra tác động đến
transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ khơng tác động đến bộ thu
được. Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng.
Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển. Do
cảm biến kết nối với mạch điều khiển nên điện áp của cảm biến là 24 VDC.
2.5. Động cơ
Một số loại động cơ:






Động cơ điện một chiều.
Động cơ điện xoay chiều
Động cơ bước.
Động cơ servo.

Trong hệ thống, vì sử dụng truyền động băng chuyền bằng xích và khơng u cầu
tải trọng lớn nên khơng cần động cơ có công suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của
băng chuyền như là:
 Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
 Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.
 Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy hệ thống sử dụng động cơ một chiều. Hơn nữa, động cơ điện một chiều cho
phép thay đổi trị số momen và vận tốc góc trong một phạm vi rộng, khởi động êm,
hãm và đảo chiều dễ dàng, do đó được dùng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển
bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm.

7


Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay
làm việc việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho
dòng điện chạy qua dây dẫn làm cuộn dây chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện
năng thành cơ năng.
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,

Hình 2.6: Động cơ điện
một chiều

hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một
chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ
điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm
vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển
động quay của rotor là liên tục. Thơng thường
bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ
chổi than tiếp xúc với cổ góp
Nếu trục của một động cơ điện một chiều
được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều,
và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình
thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counterEMF(CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt
vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được
sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động
cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động
cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội
của các cuộn dây phần ứng.
Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

Cơng suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng: Phương trình cơ bản
của động cơ 1 chiều:
P=I.Vphan dien dong
Phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều:
E=K.Ω
8

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý
của

động cơ một chiều


V=E+Ru.Iu
M=K.Φ.Iu
Với:

 Φ: Từ thông trên mỗi cực (Wb)
 V: Điện áp phản ứng (V)
 Rư: Điện trở phản ứng (Ohm)
 Ω: tốc độ động cơ (rad/s)
 M: moment động cơ (Nm)
 K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

CHƯƠNG III. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1. Hệ thống băng tải
Thông số đầu vào (theo số liệu đề cho):
 Nguồn lực dẫn động băng tải: động cơ điện
 Thông số hình học phơi :
+ Hình trụ: h1 = 0,05 m; h2 = 0,07 m; h3 = 0,03 m
d1 = d2 = d3 = 0,05 m
+ Hình khối lập phương: h1 = h2 = h3 = 0,05 m
 Trọng lượng phôi: Qmin = 0,2 kg; Qmax = 5 kg
 Năng suất làm việc: N= 20 sp/ph

Hình 3.1: Kích thước, khoảng cách giữa các sản phẩm

3.1.1. Tính các thơng số hình, động học băng tải
Chiều dài L thỏa mãn điều kiện: L ≥ n.d + (n-1).x
Trong đó:

n là số sản phẩm trên băng tải tại 1 thời điểm
9


d là đường kính sản phẩm, d= 0,05 m
x là khoảng cách giữa 2 mép gần nhau nhất của 2 sp
Chọn thông số:
-

Chọn chiều dài L=1 m, chiều rộng W=0,1 m, chiều dày H=0,003 m
Chọn khoảng cách giữa 2 sản phẩm là: 0,25 m
Số sản phẩm tối đa trên băng tải tại một thời điểm: 4 sp

Tổng khối lượng sản phẩm lớn nhất là: Mmax= 4.5 = 20 (kg)
Để đảm bảo năng suất 20 sp/ph, thời gian 1 sản phẩm đi hết băng tải là:

Vận tốc băng tải là: v =

(m/s)

Theo yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm có trọng lượng 0,2 - 5 kg, nên lựa chọn
phương án sử dụng băng tải dây đai cao su có khối lượng riêng là ρ=1250kg/m 3 và
khung sườn thép CT45. Đai cao su có khả năng vận chuyển êm, truyền động nhanh,
ổn định, do phơi có trọng lượng vừa phải nên dùng đai cao su có khả năng ma sát tốt,
làm việc chính xác. Khi khơng u cầu góc nghiêng lớn và khơng yêu cầu di chuyển
theo đường cong thì đai tải cao su hồn tồn có thể đáp ứng tốt u cầu làm việc.
Hệ số trượt giữa trục và băng tải là: µ=0,3.
Do chọn băng tải dày 0,003 m nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính trục
nhỏ nhất là 0,06 m. Chọn đường kính trục chủ động bằng 0,06 m.
3.1.2. Tính lực kéo băng

W2/3

Qt

S2

S3

W1/2
W0/1
S0

S1
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống lực băng
tải

Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các trục động, bị động;
phần giữa 2 trục này băng được đỡ bằng một tấm phẳng. 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:
Si=Si-1+W(i-1)/i

(3.1)

10


Theo sơ đồ 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 cản chuyển động của băng:



W0/1 : Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến 1
W0/1 = q0Lw=ρHWgLw

(3.2)

 W0/1 = 1250.0,003.0,1.9,81.1.0,4=1,47 (N)
q0 : Trọng lượng 1 m dài băng
L : Chiều dài băng
W: Chiều rộng băng tải
w : Hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây, được xác định bằng thực nghiệm,
w=0.2 – 0.4; chọn w= 0,4.
Theo (3.1) ta có: S1=S0+W0/1


W1/2 : Lực cản trên đoạn uốn cong qua trục bị động từ điểm 1 đến 2
W1/2 =ξ.S1 (3.3)
 W1/2 = 0,06.( S0+W0/1)

ξ : Hệ số cản trên trục đổi hướng, phụ thuộc góc đổi hướng, ξ = 0,03 – 0,06,
chọn ξ=0,06.


W2/3: Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến 3
W2/3= (q0L+ Qt).w=(q0L+Mmax.g).w
 W2/3= (3,68.1 +20.9,81).0,4=79,95 (N)

(3.4)

q0: Trọng lượng 1m dài băng
Qt: Tổng trọng lượng tải đặt trên băng.
Lực kéo băng là lực được truyền từ trục chủ động sang băng:
(3.5)
F=S3-S0=∑W(i-1)/i
 F= W0/1+ W1/2+ W2/3
 F= W0/1+ 0,06.( S0+W0/1)+ W2/3
 F= 1,47+0.06.( S0+1,47)+ 79,95

Trong đó:
S0 và S3 lần lượt là lực căng tác dụng lên phần dưới và phần trên của trục chủ động
F0 là lực căng ban đầu
Ft là lực có ích của động cơ


Lực kéo băng là lực được truyền từ tang dẫn sang băng:
11


S3 ≤ S0.efα
F = S3 - S0 ≤ S0.(efα - 1)
S0 ≥
S3 ≤

(3.6)

(3.7)

Trong đó :
α = π : góc ơm của băng trên tang
f: hệ số ma sát giữa băng với tang f= 0,2 ~ 0,4. Chọn f= 0,4
Từ (3.5) và (3.6)  1,47+0,06.( S0+1,47)+ 79,95 ≤ S0.(efα - 1)
 S0 ≥ 100,1 (N)
Chọn S0 =101 N, khi đó:
Ta có: S1=S0+W0/1=3000+2,21=3002,21 (N)
F = S3 – S0 =∑W(i-1)/i =1,47+0.06.(101+1,47)+ 79,95=87,57 (N)
→ S3=F+S0= 87,57+101= 188,57 (N)
Kiểm tra điều kiện (3.7) ta có: S3 ≤ S0.efα (188,57 <354,87 ) (thỏa mãn)
Công suất yêu cầu trên trục:
Nyc=

(kW)

(3.8)

3.1.3. Tính kiểm nghiệm độ bền dây băng
Với belt PVC dày 0,003 m thì:
 Ứng suất lớn nhất cho phép của băng σa=800 (N/cm2)
 Khối lượng băng tải mbt= 2,5 (kg/m2)
Lực căng ban đầu kéo băng tải: F0= σ0.Wbt.Hbt
σ0: là ứng suất căng ban đầu, σ0=1.8 MPa
Suy ra: F0= 540N
Với lực kéo băng tải F0 đã tính được ở phần trên thì ta có:
≤ 800 (thỏa mãn)
12


3.1.4. Tính chọn động cơ

Để chọn được động cơ, chúng ta cần biết hai thông tin:
 Công suất cần thiết trên trục động cơ Pct
 Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nsb
Hai thơng 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 3.3)

Hình 3.3: Hệ dẫn động băng tải

Cơng suất cần thiết trên trục động cơ Pct được xác định theo công thức
Pc t=

(3.9)

Ở đây Plv và 𝜂 lần lượt là cơng suất làm việc (tính trên trục cơng 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 ….)
Plv =

(kW)

Bảng 3.2: Bảng hiệu suất của các loại bộ truyền hay ổ

13

(3.10)


Từ các thơng số trên tính được hiệu suất của bộ tuyền là:
(3.11)

Trong đó:





𝜂k : Hiệu suất khớp nối
𝜂ol :Hiệu suất mỗi cặp ổ lăn
𝜂br :Hiệu suất bộ tuyền bánh răng trụ
𝜂x :Hiệu suất bộ truyền xích

Thay số vào (3.9), ta được cơng suất của trục cơng tác:
Pct=

(kW)

Số vịng quay sơ bộ nsb trên trục động cơ được tính từ số vịng quay trên trục
cơng tác (trục làm việc) nlv của băng tải (hoặc xích tải). Số vịng quay sơ bộ được xác
định bởi công thức
nsb= nlv.uc
nlv =

(3.12)
(v/ph) (3.13)

Bảng 3.3: Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ

uc :tỉ số truyền chung của bộ truyền. Tỉ số truyền này được xác định từ các tỉ số truyền
thành phần (tỉ số truyền bộ truyền bánh răng (hoặc trục vít) 𝑢𝑏𝑟(𝑡𝑣), tỉ số truyền bộ
truyền xích (đai 𝑢𝑥(đ) ) nên:

uc= ubr.ux= 20.2= 40
ubr : Tỷ số truyền hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ, chọn ubr= 2
14


ux : Tỷ số truyền của bộ truyền xích, chọn ux= 2
Thay số vào (3.12), ta được số vòng quay sơ bộ nsb trên trục động cơ:
nsb=nlv.uc= 26,43.40= 1057,2 (v/ph)
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của động cơ

Vậy đến đây ra đã có đủ 2 thơng tin để chọn động cơ: với Pct= 8,05.10-3 (kW),
nsb= 1057,2 (vòng/phút). Ta chọn động cơ 15W-S7I15GD và hộp giảm tốc có tỷ số
truyền 50, với thông số:
+ Công suất Pdc = 15 W
+ Điện áp: 220/240V
+ Tần số: 50 Hz
+ Dòng điện: 0,23 – 0,25A
+ Số vòng quay ndc = 1200/50= 24 v/ph
+ Momen xoắn Tdcgt = 4500 Nmm
3.1.5. Tính tốn bộ truyền ngồi
Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp cùng động cơ, do đó bộ truyền ngồi
nên chỉ dùng bộ truyền xích, không nên dùng bộ truyền đai. Dữ liệu ban đầu để tính
tốn bộ truyền xích bao gồm:





Cơng suất truyền Pct= 8,05.10-3 (kW)
Số vịng quay đĩa xích chủ động nct= 53 v/ph

Tỉ số truyền ux = 2
Góc nghiêng của bộ truyền xích: 𝛽 = 30°

Chọn loại xích: xích ống con lăn
15


Chọn số răng đĩa xích
Bảng 3.5: Các loại xích và số răng tương ứng

Các bước tính tốn chọn bộ truyền xích như sau: Dựa vào tỉ số truyền, chọn số
răng của bánh chủ động z1. Số răng đĩa lớn được tính qua tỉ số truyền.
Số răng chủ động: z1= 29- 2ux= 25 → Chọn z1=25
Số răng bị động: z2= ux.z1= 50 ≤ zmax=120 → chọn z2= 50

(3.16)

Tỉ số truyền thực tế: ut=
Để đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mòn của bộ truyền xích, cơng suất tính tốn phải
thỏa mãn điều kiện:
Pt= P.k.kz.kn ≤ [P]

(3.17)

Chọn bộ truyền thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và vận tốc
vịng đĩa xích nhỏ là: z 01=25 và n01= 50 (v/ph)
Pt, P, [P] lần lượt là cơng suất tính tốn, công suất cần truyền và công suất cho phép
(kW); kz là hệ số dạng răng và được tính theo cơng thức sau:
Kz =

=1

(3.18)

kn là hệ số vòng quay:
k là hệ số, tính từ các hệ số thành phần và được tra trong bảng 5.6
k= k0.ka.kđc.kbt.kđ.kc
Tra bảng 3.6 ta được:


k0 - hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền. Với 𝛽 = 30°, ta được k0= 1
16








ka - hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích.
Chọn 𝑎 = (30 ÷ 50)𝑝 ⇒ ka = 1
kđc - Hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích: kđc = 1,1
kbt – Hệ số ảnh hưởng của bôi trơn: kbt = 0,8
kđ – Hệ số tải trọng động: kđ = 1,2
kc – Hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền.
Với số ca làm việc là 2; kc = 1,25
Bảng 3.6: Trị số của các hệ số thàng phần trong hệ số
sử dụng k

Thay số ta tính được: k= k0.ka.kđc.kbt.kđ.kc= 1.1.1,1.0,8.1,2.1,25= 1,32
Vậy ta có:
Pt= Pct.k.kz.kn = 8,05.10-3.1,32.1.0,94 = 9,99.10-3 (kW)
Bảng 3.7: Cơng suất cho phép [P] của xích con lăn

17


Tra bảng với điều kiện Pt=9,99.10-3 ≤ [P], tra theo cột n01=50 vịng/phút. Ta chọn
được bước xích t =12,7 mm. Số liệu của bộ truyền xích được tổng hợp:
-

Bước xích: t= 12,7 mm
Đường kính chốt: dc =3,66 mm
Chiều dài ống: B = 5,80 mm
Công suất cho phép: [P] = 0,19 kW

Xác định khoảng cách trục và số mắt xích:
Chọn trục sơ bộ: a = 40t= 40.12,7= 508 (mm)
Số mắt xích:

x=

= 117,89

Vì số mắt xích ngun, chẵn nên chọn x = 118
Tính lại khoảng cách trục a:

a *=

=

= 508,7 (mm)

Để xích khơng q căng thì cần giảm a một lượng:
∆a=0,003.a* = 0,003.508,7 = 1,53 (mm)
Do đó: a=a*-∆a=508,7-1,53 = 507,17 (mm)
Bảng 3.8: Số lần va chạm các loại xích

Số lần va đập của xích i:
Tra bảng với bước xích t=12,7 mm ⇒Số lần va đập cho phép của xích là: [i]=60

18


< [i] → Thỏa mãn.
Bảng 3.9: Thơng số của xích con lăn

Kiểm nghiệm xích về độ bền:

Vận tốc trung bình của xích
(m/s)
 Q: tải trọng phá hỏng, tra bảng 5.2 với t=12,7 mm, ta được:
- Q= 9 (kN)
- Khối lượng 1m xích: q= 0,3 (kg)
 kd: hệ số tải trọng động, kd=1,2
 Lực vòng :

 Fv: lực căng do lực li tâm sinh ra; Fv= q.v2= 0,3.0,282= 0,024(N)
 F0: Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra; F0= 9,81.𝑘𝑓.𝑞.𝑎

Trong đó kf là hệ số phụ thuộc độ võng của xích: do 𝛽 ≤ 40° ⇒ 𝑘𝑓 = 4
F0= 9,81.4.0,3. 508,7.10-3= 5,99 (N)
 [s] - Hệ số an toàn cho phép: Tra bảng 3.10 với t = 12,7 (mm), n1=50 v/ph ta
được [s]=7.
19


Bảng 3.10: Trị số của hệ số an toàn

Do vậy:
=222,15 > [s] (thỏa mãn)
Xác định thơng số của đĩa xích:


Đường kính vịng chia:

= 101,3(mm)

= 202,3 (mm)


Đường kính đỉnh răng:

(mm)

(mm)
Với r = 0,5025.dl+0,05; dl là đường kính con lăn, tra bảng 5.2 ta được: dl=7,75 mm
Nên r =0,5025.7,75+0,05= 3,94 (mm)


Đường kính chân răng:

20


 Kiểm nghiệm răng đĩa về độ bền tiếp xúc:

Bảng 3.10: Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A

Trong đó:
 Kd : hệ số tải trọng động Kd=1,2
 A: Diện tích chiếu của bản lề: Tra bảng 3.10 với t=12,7 mm ta được
A = 39,6 mm2
 kr: Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích, tra bảng ở trang 87 [1] theo số
răng z1 = 25, ta được 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:
(mm)

 E: Mơđul đàn hồi

(MPa); do E1=E2=2,1.105 (Mpa)
Vì cả hai đĩa xích đều làm bằng thép, thay số vào ta được:

21


Bảng 3.11: Diện tích chiếu mặt tựa bản lề A

Tra bảng chọn vật liệu làm đĩa xích là thép 45, nhiệt luyện tơi cải thiện với đĩa
bị động có z > 30 với vận tốc xích v < 5 m/s
Xác định lực tác dụng lên trục:
Fr=kx.Ft
Trong đó kx: hệ số kể đến trọng lượng của xích. kx=1,15 vì β ≤ 40o
Fr= 1,15.28,75= 33,06 (N)
Tổng hợp các thông số của bộ truyền xích
Thơng số

Kí hiệu

Giá trị
Xích ống con lăn

Loại xích
Bước xích

t

12,7 (mm)

Số mắt xích

x

118

Khoảng cách trục

a

507,17 (mm)

Số răng đĩa xích nhỏ

z1

25

Số răng đĩa xích lớn

z2

50

Vật liệu đĩa xích

Thép 45

Đường kích vịng chia đĩa xích nhỏ

d1

101,3 (mm)

Đường kính vịng chia đĩa xích lớn

d2

202,3 (mm)

Đường kính vịng đỉnh đĩa xích nhỏ

da1

106,88 (mm)

Đường kính vịng đỉnh đĩa xích lớn

da2

208,21 (mm)

22