Báo cáo Thiết kế máy sản xuất kẹp giấy hình tam giác-Năng suất 120 kẹp/phút (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế máy sản xuất kẹp giấy hình tam giác-Năng suất 120 kẹp/phút (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KẸP GIẤY HÌNH TAM GIÁC – NĂNG SUẤT 120 KẸP/PHÚTS K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2015 - 17 S KC 0 0 5 5 8 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 - 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KẸP GIẤY HÌNH TAM GIÁC – NĂNG SUẤT 120 KẸP/PHÚT Mã số : T2015 - 17 Chủ nhiệm đề tài : GV. NGUYỄN VĂN HỒNG TP. HCM, Tháng 10 / Năm 2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KẸP GIẤY HÌNH TAM GIÁC – NĂNG SUẤT 120 KẸP/PHÚT Mã số : T2015 - 17 Chủ nhiệm đề tài : GV. NGUYỄN VĂN HỒNG TP. HCM, Tháng 10 / Năm 2015
4. T2015 - 17 Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài : 1. Chủ trì đề tài : GV. Nguyễn Văn Hồng Đơn vị phối hợp chính : Khoa Cơ Khí Máy – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Trang 1
5. T2015 - 17 MỤC LỤC Phần I : Mở đầu 5 Phần II : Nội dung Chương 1 : Thiết kế nguyên lý – kết cấu 7 Chương 2 : Thiết kế các bộ phận làm việc 2.1 Hệ thống cấp phôi tự động 18 2.2 Thiết kế bộ phận cắt đứt phôi 24 2.3 Thiết kế bộ truyền 29 Chương 3 : Kết luận và kiến nghị 33 Tài liệu tham khảo 34 Trang 2
6. T2015 - 17 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Phân tích sản phẩm 7 Hình 2 Hình dáng ty 8 Hình 3 Khuôn bẻ ty 9 Hình 4 Sơ đồ nguyên lý sơ bộ 15 Hình 5 Sơ đồ kết cấu 16 Hình 6 Cơ cấu cấp phôi 18 Hình 7 Bộ phận kẹp phôi 19 Hình 8 Bộ phận phóng phôi 20 Hình 9 Bộ phận giữ phôi 22 Hình 10 Bộ phận nắn thẳng 23 Hình 11 Sơ đồ biểu diễn cắt 24 Hình 12 Dao cắt 24 Hình 13 Nguyên lí hoạt động của dao cắt 25 Hình 14 Mô hình hệ thống bẻ 27 Hình 15 Sơ đồ bố trí dao 27 Hình 16 Động học biên dạng Cam 28 Hình 17 Biên dạng thực tế Cam 28 Hình 18 Động cơ điện 29 Hình 19 Mặt cắt ngang của đai thang 30 Hình 20 Sơ đồ căng đai 31 Hình 21 Biểu đồ lực 32 Hình 22 Bộ truyền bánh răng côn răng thẳng 32 Trang 3
7. T2015 - 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ MÁY Tp. HCM, Ngày 8 tháng 10 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung : - Tên đề tài : “THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT KẸP GIẤY HÌNH TAM GIÁC – NĂNG SUẤT 120 KẸP/PHÚT” - Mã số : T2015-17; - Chủ nhiệm : Nguyễn Văn Hồng - Cơ quan chủ trì : Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện : 8 tháng - 3/2015 – 11/2005 2. Mục tiêu : - Thiết Kế Máy Sản Xuất Kẹp Giấy Hình Tam Giác – Năng Suất 120 Kẹp/Phút 3. Kết quả nghiên cứu: - Máy Sản Xuất Kẹp Giấy Hình Tam Giác – Năng Suất 120 Kẹp/Phút 4. Sản phẩm : - 1 Bộ hồ sơ thiết kế máy + 1 bản vẽ lắp + 1 tập bản vẽ chi tiết + 1 bài báo đăng tập san khoa - 1 Đĩa CD lưu các kết quả nghiên cứu 5. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Khoa Cơ Khí Máy, trường Đại học SPKT Tp.HCM. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Văn Hồng Trang 4
8. T2015 - 17 PHẦN I : MỞ ĐẦU I. Tổng quan tình hình nghiên cứu Kẹp giấy là 1 dụng cụ dùng cho trường học và văn phòng rất phổ biến, được sử dụng trên toàn thế giới để kẹp giữ giấy tờ với nhau. Các công nghệ để sản xuất các kẹp giấy phát triển trong những năm đầu của thế kỷ XX, và vẫn hầu như không thay đổi kể từ năm 1930. Kẹp giấy thường thấy ở một số hình dạng, nhưng ta thường thấy loại sử dụng phổ biến nhất là hình bầu dục còn có tên gọi khác là clip Gemt. Một loại kẹp giấy khác đôi khi được sử dụng bởi các nhà lưu trữ và thư viện được gọi là các clip Gothic. Nó có hình dạng hình chữ nhật, với một vòng lặp bên trong tam giác. Các kẹp giấy đã ngày càng đa dạng và phong phú để đáp ứng cho từng công việc cụ thể. Kẹp giấy thường được làm từ dây thép mạ kẽm. Kẹp giấy có thể được làm từ vật liệu nhẹ, thép giá rẻ, hoặc từ thép chất lượng tốt hơn, tùy thuộc vào nhà sản xuất. Hiện nay công nghệ gia công dụng cụ văn phòng phẩm như kim bấm, kim kẹp giấy được tạo ra với năng suất cao, tuy nhiên giá thành để chế tạo máy rất cao. Thiết bị nghiên cứu ở đề tài này được sử dụng cho các công ty nhỏ trong nước hoặc các hộ sản xuất gia đình. Máy sẽ được sản xuất trong nước thay thế những máy ngoại nhập đắt tiền Điển hình như máy chế tạo kẹp giấy Metal Clips Making Machine của trung quốc có giá 6000 dolar với công suất 150-240 cái/phút Machine_1629041174.html máy Clips making machine của trung quốc giá 8000 dolar với công suất 180-240 cái/phút II. Tính cấp thiết của đề tài : Kẹp giấy hình tam giác làm một dụng cụ dùng để kẹp các loại tài liệu, văn bản được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến ở các văn phòng, cơ quan, trường học, Với ưu điễm vừa gọn nhẹ, bề, rẻ và khi kẹp không xảy ra hư hỏng đối với tài liệu văn bản khi kẹp. Việc kẹp và tháo ghim dễ dàng, một ghim có thể được sử dụng nhiều lần mà tính Trang 5
9. T2015 - 17 năng không bị thay đổi. Vậy nên, ghim kẹp giấy hình tam giác được sử dụng rất nhiều hiện nay. Mặt khác, nhu cầu của thị trường sử dụng ghim kẹp là rất lớn một văn phòng, cơ quan một ngày có thể sử dụng từ vài chục đến vài trăm ghim kẹp. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và đòi hỏi độ chính xác các góc độ cũng như khả năng làm việc lâu dài, tính thẩm mỹ của kẹp giấy hình tam giác. Chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu : “ Thiết Kế Máy Sản Xuất Kẹp Giấy Hình Tam Giác – Năng Suất 120 Kẹp/Phút “ III. Mục tiêu đề tài : - Thiết kế máy sản xuất kẹp giấy hình tam giác – năng suất 120 kẹp/phút IV. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : - Đối tượng nghiên cứu : các loại kẹp giấy trên thị trường V. Cách tiếp cận - Phương pháp nghiên cứu : - Tham khảo tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến kẹp giấy. VI. Nội dung nghiên cứu : - Thiết kế nguyên lý máy - Thiết kế sơ đồ nguyên lý máy - Vẽ bản vẽ nguyên lý máy - Vẽ các bản vẽ chi tiết máy - Vẽ bản vẽ lắp tổng thể máy Trang 6
10. T2015 - 17 PHẦN II : NỘI DUNG Chương I : THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ – KẾT CÂU MÁY SẢN XUẤT KẸP GIẤY HÌNH TAM GIÁC 1. CHỌN NHÓM MÁY ĐỂ GIA CÔNG SẢN PHẨM KẸP GIẤY 1.1 Phương pháp chọn nhóm máy : - Sản phẩm kẹp giấy là một sản phẩm đơn giản , nhỏ và nhẹ. - Dựa vào năng suất đặt ra 120 chi tiết/phút → Từ 2 cơ sở trên ta chọn máy sản xuất kẹp giấy thuộc nhóm máy I 1.2 PHÂN TÍCH SẢN PHẨM Hình 1 - Sản phẩm có dạng trụ tròn dài Ø 1mm , gấp khúc - Các góc độ có số liệu và hình dáng khác nhau cụ thể : + Góc 2 < góc 1 < góc 3 = 180o -cạnh a + b = c Trang 7
11. T2015 - 17 1.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ - Từ hình dáng sản phẩm chọn phôi cuộn có đường kính Ø 1mm, vật liệu CT5. - Để cấp phôi cho máy làm việc thì cần phải thiết kế cơ cấu cấp phôi .Đối với cơ cấu phôi tự động phôi cuộn thì bao gồm các bộ phận : kẹp , phóng và nắn thẳng phôi . - Đối với cơ cấu phôi thì ta có thể bố trí theo thứ tự : cơ cấu kẹp và phóng → cơ cấu nắn thẳng hoặc cơ cấu nắn thẳng → cơ cấu kẹp và phóng phôi . + Cách 1 : Cơ cấu kẹp và phóng → cơ cấu nắn thẳng *Đối với cách bố trí này thì ngoài việc phóng phối lực đẩy phải đủ để nắn thẳng phôi qua bộ nắn thẳng . *Vì phôi nhỏ , Ø1mm → điều này khó thực hiện được . +Cách 2 : Cơ cấu nắn thẳng → cơ cấu kẹp và phóng phôi . * Với cách bố trí này thì kết cấu máy sẽ đơn giản , khi đó cơ cấu kẹp và phóng phối vừa có nhiệm vụ cấp vừa có nhiệm vụ kéo phôi qua bộ nắn thẳng . →So sánh 2 cách trên ta thấy thì việc đảm nhiệm lực kéo so với lực đẩy của bộ kéo và phóng phôi thì dễ thực hiện được , ta chọn cách bố trí thứ 2 - Để đảm bảo việc cấp phôi thì hành trình cấp phôi phải được điều khiển bằng một hệ thống cam .Việc tính toán và thiết kế cam sẽ đảm bảo cho việc cấp đủ chiều dài phôi . - Sau khi cấp phôi cho máy làm việc , để tạo được sản phẩm có kích thước và hình dáng đúng như bản vẽ thì : + Cần thiết kế các bộ phận bẻ góc của kẹp giấy . +Có các bộ phận giữ và tạo góc độ đúng theo bản vẽ . + Đối với các bộ phận giữ và tạo góc độ ta có thể thiết kế các ty giữ , các ty này có dạng trụ dai được tạo dáng để tạo các góc độ của kẹp giấy . Giả sử để bẻ góc 1 , 2 và 3 tạo dáng ty như hình vẽ : Hình 2 Ty 1 ty 2 ty 3 Trang 8
12. T2015 - 17 + Để đạt được đúng chiều dài của các cạnh a , b và c thì việc bố trí vị trí các ty rất quan trọng . + Đối với các bộ phận bẻ , ta có thể thiết kế các dao bẻ . + Để thực hiện việc bẻ , thì các dao bẻ được bố trí lồng bên ngoài các ty và thực hiện nhiệm vụ bẻ xung quanh các ty đó . + Để các dao bẻ được , cần thiết kế một bộ phận điều khiển các dao bẻ đó ( ta có thể thiết kế cơ cấu trục khuỷu để điều khiển bàn trượt và các dao được gắn trên bàn trượt, khi hành trình chạy không thì các dao không tác dụng và sản phẩm được rơi tự do ) + Để đỡ các ty , ta cần thiết kế thêm một bộ phận đỡ ( khuôn ) , khuôn có các lỗ tròn để gắn các ty . Vị trí các ty phụ thuộc vào các lỗ đó. Hình 3 Khuôn - Để thực hiện được hết các góc như hình dạng sản phẩm thì không thể thực hiện nếu là phôi cuộn dài → thiết kế dao cắt để cắt đứt phôi . + Yêu cầu của dao cắt đứt : * Đảm bảo cắt đủ chiều dài của phôi , vì vậy việc bố trí vị trí của dao cắt rất quan trọng. * Dao cắt đứt phải cắt đứt khi phôi đã được cố định ( tránh tình trạng rớt phôi ) * Đảm bảo đủ lực cắt. - Quá trình tạo phôi bẻ ra hình dáng sản phẩm Phôi Trang 9
13. T2015 - 17 Trường hợp 1 : + Bước 1 : bẻ góc 1 ( 20o ) + Bước 2 : bẻ góc 2 ( 18o ) + Bước 3 :bẻ góc 3 ( 180o ) - Đối với trường hợp 1 : Phôi được giữ ở góc 1 để bẻ góc 2, sau đó góc 1 được thả ra để bẻ góc 3 . Lúc này phôi được cố định ở góc 2 nhờ ty 2. - Để góc 1 thả ra là do ty 1 được rút về → cần thiết kế bộ phận đẩy ty 1 về . Trang 10
14. T2015 - 17 Trường hợp 2 : + Bước 1 : bẻ góc 1 ( 20o ) + Bước 2 : bẻ góc 3 ( 180o ) + Bước 3 : bẻ góc 2 ( 18o ) - Đối với trường hợp này : Sau khi bẻ xong góc 1 thì ngay tại vị trí đó ty 1 lập tức được rút về để bẻ góc 3 , điều này rất khó thực hiện vì khó bố trí bộ phận đẩy ty 1về. Trang 11
15. T2015 - 17 Trường hợp 3 : + Bước 1 : bẻ góc 3 ( 180o ) + Bước 2 : bẻ góc 1 ( 20o ) + Bước 3 : bẻ góc 2 ( 18o ) _Đối với trường hợp này : Để bẻ được góc 1 , ta thấy ở đây nếu có đầy đủ 3 ty thì việc bẻ sẽ bị vướng vào ty 2 . Để trành được điều này thì phải bố trí sao cho ty 2 vào vị trí khi góc 1 đã bẻ xong. Khi đó ngay lập tức ty 2 tiếp tục tham gia bẻ góc 2 → Điều này cũng rất khó bố trí ( vì chu kỳ diển ra rất nhanh ) Trường hợp 4 : + Bước 1 : bẻ góc 3 ( 180o ) + Bước 2 : bẻ góc 2 ( 18o ) + Bước 3 : bẻ góc 1 ( 20o ) Trường hợp này tương tự như trường hợp 3 Trường hợp 5 : + Bước 1 : bẻ góc 2 ( 24o ) Trang 12
16. T2015 - 17 + Bước 2 : bẻ góc 3 (180o ) + Bước 3 : bẻ góc 1 ( 20o ) -Đối với trường hợp này vì cạnh c của góc 2 dài hơn so với cạnh b của góc 1. vì thế khi bẻ góc 3 thì bị vướng vào ty 1 , cũng như những trường hợp trên để trành được điều này thì phải bố trí sao cho ty 1 vào vị trí khi góc 3 đã bẻ xong.→ cần them một bộ phận điều khiển ty 1 .( cộng thêm bộ phận đẩy ty 2 để bẻ góc 2), cơ cấu điều khiển trở nên phức tạp ) Trường hợp 6 : + Bước 1 : bẻ góc 2 ( 18o ) ( tương tự ) + Bước 2 : bẻ góc 1 ( 20o ) + Bước 3 : bẻ góc 3 ( 180o ) Trang 13
17. T2015 - 17 *TH 1 : - Trường hợp này khi bẻ góc 3 thì bị vướng vào ty 1. Nếu bố trí sao cho ty 1 sau khi bẻ xong rút ra thì khi ty 2 rút ra để bẻ góc 3 thì phôi sẽ bị rơi xuống . * TH 2 : + Bước 3 : bẻ góc 3 ( 180o ) Đối với trường hợp này ty 1 sau khi tahm gia bẻ góc 1 xong phải lập tức để rút về → Điều này cũng rất khó bố trí ( vì chu kỳ diển ra rất nhanh ) Kết luận : Qua 6 trường hợp trên ta thấy TH1 là hợp lý và dễ thực hiện nhất. - Để thực hiện đầy đủ các góc độ của kẹp giấy thì cần phải cắt đứt phôi rời khỏi cuộn . → Vấn đề gặp phải là phôi sẽ bị tụt khỏi cơ cấu phóng và giữ phôi khi thực hiện hành trình chạy không. → cần phải thiết kế bộ phận giữ phôi . - Cuối cùng cần thiết kế bộ phận đột làm dĩnh đầu kim kẹp giấy . để thuận lợi cho việc kẹp - Có thể bố trí cớ cấu này trên bàn trượt được điều khiển bởi trục khuỷu . Thời điểm đột khi bàn trượt thực hiện hành trình chạy không . Trang 14
18. T2015 - 17 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ SƠ BỘ Hình 4 2.6 SƠ ĐỒ KẾT CẤU - Máy tự động gồm các bộ phận chính như : nguồn chuyển động , cơ cấu chuyển động , cơ cấu chấp hành và cơ cấu điều khiển . - Sơ đồ kết cấu của máy sản xuất kim kẹp giấy có dạng sau : + Từ động cơ truyền đến trục chính ( cũng là trục phân phối ).Trục này nhận chuyển động qua cơ cấu điều chỉnh riêng Y của nó . Trong quá trình công tác trục phân phối quay lien tục và đều để thực hiện chuyển động làm việc và chuyển động chạy không. Trang 15
19. T2015 - 17 Hình 5 2.7 SƠ LƯỢC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG - Chuyển động từ động cơ qua các bộ phận truyền đai giảm tốc (16) đến trục II . Từ trục II chuyển động được truyền đến trục khuỷu (20) nhờ cặp bánh răng nón (15) (tỉ số truyền 1:1) - Từ trục khuỷu chuyển động được biến đổi từ chuyển động tròn thành chuyển động tịnh tiến của bàn trượt (13) nhờ thanh truyền (19).Bàn trượt được đặt và chuyển động tịnh tiến trên thân máy . Trên bàn trượt có gắn các dao bẻ 1,2,3(8) ,dao cắt đứt (7) và cơ cấu đột (17) để điều chỉnh tất cả các quá trình làm việc tạo ra sản phẩm. - Quá trình cấp phôi được thực hiện nhờ bộ phóng và giữ phôi (3) gắn trong con trượt (4A) . Khi con trượt (4A) chuyển động tịnh tiến trên đế trượt (4B) thì bộ phận phóng và giữ phôi (3) sẽ kéo phôi qua hai bộ nắn thẳng theo phương thẳng đứng và phương ngang (2) và qua bộ giữ phôi (5) , bộ phận này có tác dụng định hướng cũng như giữ phôi không cho bị tụt về khi con trượt (4A) chạy không về. Hành trình làm việc của con trượt được điều khiển bởi cơ cấu bánh lệch tâm(14) Trang 16
20. T2015 - 17 gắn trên trục II. Hành trình này quyết định chiều dài cần thiết của sản phẩm kim kẹp giấy . - Quá trình tạo sản phẩm: + Giai đoạn 1 : Khi phôi đã được cấp đủ chiều dài thì bàn trượt (13) sẽ tịnh tiến điều khiển dao bẻ 1 tiến vào bẻ góc thứ nhất của sản phẩm thông qua bộ khuôn (6) và ty chặn 1. + Giai đoạn 2 : Dao cắt đứt(7) tiến vào cắt đứt phôi + Giai đoạn 3 : Dao bẻ 2 (8) tiến vào bẻ góc thứ hai của sản phẩm + Giai đoạn 5 : Cơ cấu rút ty 1(11) sẽ rút tý về . + Giai đoạn 6 : Dao bẻ 3(8) tiến vào bẻ góc thứ 3 của sản phẩm + Giai đoạn 7 : Khi bàn trượt đi đến cuối hành trình thì cơ cấu đột (17) sẽ tiến vào đột làm dĩnh đầu sản phẩm đồng thời cơ cấu rút ty 2,3 (10) sẽ rút hai ty này về , sản phẩm được rơi xuống . Tất cả các dao này đều được đặt trên bàn trượt nhưng có sự tiến vào trước và sau là do cách bố trí các dao trên bàn trượt . Dao nào ở vị trí gần khuôn thì tiến vào trước và ngược lại dao ở xa khuôn thì thì tiến vào sau . - Sau khi đã đi hết hành trình thì bàn trượt chạy không về đưa các dao bẻ , dao cắt và cơ cấu đột về vị trí bàn đấu lúc kết thúc một chu kì tạo ra một sản phẩm . Sau đó bàn trượt lại tiến vào tiếp tục chu kì mới. Trang 17
21. T2015 - 17 CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN LÀM VIỆC TRÊN MÁY I. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO MÁY SẢN XUẤT KẸP GIẤY HÌNH TAM GIÁC 1. Chọn cơ cấu cấp phôi cho máy : Trên cơ sở phân loại các dạng cấp phôi tự động, phôi có tiết diện tròn Ø = 1 mm , vật liệu phôi CT5 nên ta chọn cơ cấu cấp phôi dạng thép cuộn . Hình 6 Cuộn thép được đặt trên giá đỡ và có thể quay tròn quanh trục khi phôi được kéo tới. các bộ phận của cơ cấu cấp phôi dạng cuộn gồm: kẹp, phóng phôi và nắn thẳng. 1.1 Bộ phận kẹp phôi : Với những ưu điểm và nhược điểm của các cơ cấu phóng phôi như trên thì ta chọn cơ cấu kẹp phôi dạng chấu bi sẽ đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật của máy và đạt được 4 tiêu chí công nghệ: tính hợp lý của kết cấu, dễ gia công, giá thành thấp và năng suất cao. Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4