Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam đang đặt ra yêu cầu cơ giới hóa mạnh mẽ trong nhiều ngành sản xuất, bao gồm nông nghiệp và tiểu thủ công nghiệp. Việc áp dụng máy móc dẫn động bằng động cơ điện nhằm thay thế lao động thủ công đã trở thành nhu cầu thiết yếu nhằm nâng cao năng suất và giải phóng sức lao động của người dân.
Tại khu vực miền Trung, điều kiện thời tiết thường xuyên xảy ra bão lụt, ngập úng và sạt lở đất. Sau các đợt thiên tai, các vật dụng nội thất gia đình như chăn, ga, gối, đệm làm từ sợi bông xơ thường bị ngập nước; nếu để ẩm ướt kéo dài sẽ dẫn đến nấm mốc, hư hỏng và vón cục. Do đó, nhu cầu phục hồi, tái chế và sản xuất các sản phẩm chăn ga gối đệm tại các hộ gia đình và cơ sở may mặc nhỏ lẻ là rất lớn.
Trên thị trường hiện nay, các dòng máy đánh tơi xơ bông công nghiệp nhập khẩu (như các model SZSM360, SZSM560, SZSM710, SZSM770) sở hữu nhiều tính năng tự động (đầu dò kim loại 2 mm, tự động đảo chiều băng tải, cấp liệu tự động), nhưng lại có trọng lượng rất lớn (từ 440 kg đến 580 kg), kích thước cồng kềnh và giá thành cao, không phù hợp với điều kiện kinh tế và không gian sản xuất tại các vùng nông thôn. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài đồ án "Tính toán, thiết kế, chế tạo máy đánh tơi bông phục vụ sản xuất chăn ga gối bông" được thực hiện nhằm chế tạo một thiết bị cơ khí gọn nhẹ, vận hành đơn giản và chi phí thấp.
Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được phân công và xác lập theo các nội dung chính:
- Nghiên cứu tổng quan và khảo sát các loại máy đánh tơi bông, máy đánh gòn xơ tương tự trên thị trường.
- Đề xuất phương án nguyên lý và lựa chọn kết cấu máy đánh tơi bông chạy bằng động cơ điện.
- Tính toán, thiết kế động lực học và các bộ phận cơ khí quan trọng của máy (bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, trục, then, gối đỡ ổ lăn, khung đế).
- Xây dựng mô hình 3D của hệ thống máy trên phần mềm SolidWorks.
- Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí (lập tiến trình công nghệ, tính lượng dư, chọn chuẩn).
- Chế tạo mô hình thực tế của máy.
- Xác lập các yêu cầu về an toàn lao động trong quá trình lắp ráp và vận hành máy.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu cơ khí, nguyên lý truyền động, phương pháp tính toán động lực học và quy trình công nghệ chế tạo máy đánh tơi bông.
- Phạm vi không gian: Đề tài thực hiện tại Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng; hướng tới ứng dụng tại các xưởng may gia công và hộ gia đình tiểu thủ công nghiệp.
- Phạm vi thông số kỹ thuật ban đầu: Trọng lượng máy mục tiêu 80 kg; năng suất thiết kế 800–900 kg/h; tốc độ động cơ 920 vòng/phút; công suất động cơ định mức 1,5 kW (tính toán chọn động cơ 1,1 kW); sử dụng nguồn điện lưới dân dụng 220V - 50Hz.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận áp dụng các cơ sở lý thuyết kỹ thuật cơ khí, giáo trình chuyên ngành và các tiêu chuẩn chế tạo máy:
- Tài liệu lý thuyết và sổ tay thiết kế: Giáo trình lý thuyết tính toán máy nông nghiệp; tài liệu "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" (Tập 1) của tác giả Trịnh Chất và Lê Văn Uyển phục vụ việc tra cứu hệ số tải trọng, công thức ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn, mô đun bánh răng và thông số bộ truyền đai.
- Văn bản tiêu chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn đai thang thường TCVN 2332-78 và đai thang hẹp TCVN 3210-79; tiêu chuẩn thép xây dựng và kết cấu TCVN 1651-85; đối chiếu với các tiêu chuẩn quốc tế như JIS G3101 (SS400), ГОСТ 380-89 (CT3), DIN 17100 (ST44-2), ASTM (A572 Gr42), GB700-88 (Q235A).
- Lý thuyết động lực học và năng lượng: Định luật bảo toàn cơ năng (chuyển hóa thế năng thành động năng va chạm của thanh răng vào bó sợi) để xác định lực đánh tơi thực nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp và so sánh: Khảo sát các thông số kỹ thuật của các dòng máy công nghiệp hiện có trên thị trường để tìm ra các nhược điểm về khối lượng và chi phí, từ đó định hình thông số thiết kế mới.
- Phương pháp thực nghiệm xác định lực: Thực hiện thí nghiệm va đập rơi tự do với vật thử khối lượng $m = 0,08\text{ kg}$ ở độ cao $h = 0,8\text{ m}$ tác dụng vào răng quay có đường kính $D = 500\text{ mm}$ ($s = 0,5\text{ m}$) nhằm đo công và lực đánh tơi lý thuyết, kết hợp hệ số tăng lực thực tế ($K = K_1 \cdot K_2$).
- Phương pháp tính toán thiết kế giải tích: Tính toán độ bền tiếp xúc, độ bền uốn, kiểm nghiệm quá tải cho bộ truyền bánh răng và tính toán tuổi thọ của dây đai thang, tính then và chọn ổ lăn.
- Phương pháp mô hình hóa 3D: Sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế hình học, lắp ráp các cụm chi tiết và mô phỏng không gian máy.
- Phương pháp công nghệ chế tạo máy: Lập bảng tiến trình công nghệ, xác định lượng dư gia công, chế độ cắt và gá đặt cho từng nguyên công tiện, phay, khoan.
Nguồn dữ liệu của đồ án gồm các bảng thông số máy công nghiệp thực tế, các bảng tra cứu cơ tính vật liệu cơ khí và kết quả đo đạc từ mô hình thực nghiệm chế tạo tại xưởng.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống máy đánh tơi bông được thiết kế dưới dạng máy cơ khí chạy bằng động cơ điện 1 pha với kết cấu nhỏ gọn.
1. Kiến trúc và cấu tạo hệ thống máy
Máy gồm các cụm bộ phận cơ bản:
- Động cơ điện: Đặt ở phần dưới khung máy, truyền mô men xoắn lên trục thông qua bộ truyền đai thang và buli.
- Cơ cấu truyền động: Bao gồm 01 bộ truyền đai thang chữ A kết hợp với cặp bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài với tỉ số truyền $u = 1$ để dẫn động đồng bộ hai trục quay.
- Trục và trống xoay bông: Đường kính trục $D = 500\text{ mm}$; các răng trên trục được chế tạo bằng các thanh sắt đan xen liên tục tạo thành vòng tròn cào tơi bông. Máy có trang bị tấm chắn bảo vệ để tì tay khi nạp vật liệu, ngăn ngừa nguy cơ đưa tay vào vùng quay nguy hiểm.
- Khung đế và bàn máy: Kết cấu khung hàn từ thép carbon kết cấu giúp nâng đỡ toàn bộ hệ thống trục và động cơ, đảm bảo độ vững chắc khi làm việc.
[Động cơ điện 1,1 kW / 920 v/ph]
[Răng trục xoay bông 1] [Răng trục xoay bông 2]
2. Thông số tính toán các bộ truyền cơ khí
| Hạng mục thông số |
Bộ truyền đai thang |
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng |
| Loại kết cấu / Tiết diện |
Đai thang chữ A ($b=13\text{ mm}, h=8\text{ mm}$) |
Bánh răng trụ răng thẳng |
| Vật liệu chế tạo |
Vải cao su Sunfua hóa |
Bánh 1: Thép C50 tôi cải thiện; Bánh 2: Thép C45 tôi cải thiện |
| Độ rắn bề mặt |
— |
Bánh 1: $250\text{ HB}$; Bánh 2: $240\text{ HB}$ |
| Tỉ số truyền ($u$) |
$u_đ = 2,5$ (thực tế $u_{tt} = 2,55$) |
$u = 1$ |
| Đường kính / Số răng |
$d_1 = 80\text{ mm}, d_2 = 200\text{ mm}$ |
Mô đun $m = 2,5\text{ mm}$; $Z_1 = Z_2 = 45$ răng |
| Khoảng cách trục ($a_w$) |
$a = 560\text{ mm}$ (hiệu chỉnh theo đai $l=1000\text{ mm}$) |
$a_w = 125,5\text{ mm}$ (danh nghĩa $130\text{ mm}$) |
| Chiều rộng ($B$ hoặc $b$) |
$B = 20\text{ mm}$ (số đai $Z = 1$) |
$b = 13\text{ mm}$ |
| Góc ôm / Góc ăn khớp |
Góc ôm bánh nhỏ $\alpha_1 = 155^\circ > 120^\circ$ |
Góc ăn khớp $\alpha = 20^\circ$ |
| Lực tác dụng |
$F_0 = 241,19\text{ N}$; Lực lên trục $F_r = 470,01\text{ N}$ |
Lực vòng $F_t = 487,46\text{ N}$; Lực hướng tâm $F_r = 177,42\text{ N}$ |
| Kiểm nghiệm ứng suất |
Vận tốc đai $v = 3,85\text{ m/s} \le 25\text{ m/s}$ |
$\sigma_H = 366,30\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 370\text{ MPa}$ |
3. Quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí
Trong Chương V, quy trình chế tạo các chi tiết dạng trục và bánh răng được thiết kế qua các bước:
- Chọn phôi cán nóng từ thép C45 thường hóa có giới hạn bền $\sigma_b = 600\text{ MPa}$, giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 340\text{ MPa}$, độ rắn $170\dots217\text{ HB}$.
- Chuẩn bị chuẩn công nghệ: Dùng hai lỗ tâm làm chuẩn tinh thống nhất cho các nguyên công gia công mặt trụ ngoài.
- Tiến trình nguyên công:
- Nguyên công 1: Khỏa hai mặt đầu và khoan lỗ tâm trên máy tiện, kết hợp tiện thô các đoạn trục.
- Các nguyên công tiếp theo: Tiện bán tinh, tiện tinh đạt kích thước lắp ghép ổ lăn và bánh răng, phay rãnh then trên máy phay, nhiệt luyện tôi cải thiện đạt độ cứng yêu cầu và mài tinh bề mặt lắp ghép.
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LOẠI MÁY TƯƠNG TỰ
Chương này tổng hợp các thông số kỹ thuật của các dòng máy đánh tơi bông, máy đánh gòn xơ công nghiệp đang lưu hành:
| Dòng máy (Model) |
Kích thước (mm) |
Công suất (W) |
Hiệu suất / Năng suất |
Trọng lượng (kg) |
| SZSM360 |
$2200 \times 700 \times 970$ |
900 |
$50 - 80\text{ kg/h}$ |
440 |
| SZSM560 |
$2200 \times 920 \times 970$ |
1000 |
$100 - 180\text{ kg/h}$ |
480 |
| SZSM710 |
$2200 \times 1080 \times 1070$ |
1000 |
$160 - 230\text{ kg/h}$ |
530 |
| SZSM770 |
$2200 \times 1200 \times 1070$ |
1000 |
$250 - 350\text{ kg/h}$ |
580 |
Các dòng máy này có tỷ lệ đánh tơi đạt trên 98%, xử lý được sợi từ 3D đến 25D, tích hợp đầu dò phát hiện dị vật kim loại 2 mm và tự động đảo chiều băng tải. Tuy nhiên, tác giả chỉ ra nhược điểm lớn là giá thành quá cao và trọng lượng cồng kềnh, không thích hợp cho quy mô sản xuất nhỏ tại nông thôn.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY ĐÁNH TƠI BÔNG
Chương II phân tích các phương án cơ cấu truyền động và lựa chọn vật liệu chế tạo kết cấu:
- Phân tích bộ truyền: So sánh các loại đai (đai dẹt, đai thang, đai tròn, đai hình lược, đai răng). Đề tài quyết định lựa chọn bộ truyền đai thang thường bằng vải cao su nhờ tính dẻo dai, ít chịu ảnh hưởng của độ ẩm, làm việc êm, có khả năng trượt an toàn khi quá tải và giá thành rẻ.
- Lựa chọn vật liệu: Trục và then làm việc trong điều kiện chịu mài mòn nên sử dụng thép C45 thường hóa hoặc tôi cải thiện. Phần khung đế và bàn máy chịu lực tĩnh, ít mài mòn, được chọn thép carbon kết cấu thấp (so sánh cơ tính giữa CT38, CT3, SS400, Q235A, A572 Gr42, ST44-2) nhằm tận dụng tính hàn tốt và chi phí thấp.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ
Nội dung trọng tâm tính toán động học và động lực học của máy:
- Xác định lực đánh tơi bông:
- Lực đánh tơi lý thuyết qua thí nghiệm va đập: $P_{\text{đánh tơi bông}} = \frac{m \cdot g \cdot h}{s} = \frac{0,08 \times 9,8 \times 0,8}{0,5} = 1,25\text{ N}$.
- Tính toán hệ số tăng lực thực tế: Hệ số mòn răng $K_1 = 1,4$; hệ số sơ cứng bông $K_2 = 1,4 \rightarrow K = K_1 \cdot K_2 = 1,96$.
- Lực tính toán thực tế: $P_{tt} = 1,96 \times 1,25 = 2,45\text{ N}$.
- Tính chọn động cơ điện:
- Vận tốc dài của răng quay: $V = \frac{2 \pi n R}{60} = \frac{2 \times 3,14 \times 450 \times 0,25}{60} = 11,8\text{ m/s}$ (với bán kính trống $R = 0,25\text{ m}$, tốc độ sơ bộ $n_{sb} = 450\text{ v/ph}$).
- Công suất làm việc trên trục: $P_{lv} = \frac{F \cdot V}{1000} = \frac{2,45 \times 11,8}{1000} = 0,03\text{ kW}$.
- Hiệu suất chung hệ thống: $\eta_{ht} = \eta_đ \cdot \eta_{br} \cdot \eta_{ol}^2 = 0,96 \times 0,94 \times (0,99)^2 = 0,83$.
- Công suất yêu cầu: $P_{ycđc} = \frac{0,03}{0,83} = 0,036\text{ kW}$.
- Động cơ được chọn: Động cơ điện 3 pha/1 pha ký hiệu 4A80B6Y3, công suất định mức $1,1\text{ kW}$, tốc độ quay $920\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,74$, hiệu suất $\eta = 74%$, khối lượng $17\text{ kg}$.
- Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng:
- Vật liệu bánh 1: Thép C50 ($\sigma_{b1} = 800\text{ MPa}, \sigma_{ch1} = 530\text{ MPa}, \text{HB}_1 = 250$).
- Vật liệu bánh 2: Thép C45 ($\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}, \sigma_{ch2} = 450\text{ MPa}, \text{HB}_2 = 240$).
- Ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H] = 370\text{ MPa}$.
- Mô đun bánh răng $m = 2,5\text{ mm}$, số răng $Z_1 = Z_2 = 45$ răng, đường kính chia $d_1 = d_2 = 113\text{ mm}$, đường kính đỉnh $d_{a1} = d_{a2} = 118\text{ mm}$, đường kính chân $d_{f1} = d_{f2} = 106,75\text{ mm}$.
- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: $\sigma_H = 366,30\text{ MPa} \le 370\text{ MPa}$ (thỏa mãn điều kiện bền). Kiểm nghiệm quá tải $\sigma_{Hmax} = 470,55\text{ MPa} \le 1260\text{ MPa}$.
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CỦA MÁY TRÊN SOLIDWORKS
Chương này giới thiệu tổng quan về các module thiết kế của phần mềm SolidWorks và trình bày các bước dựng hình 3D từng chi tiết (trục, răng cào, vỏ bọc, khung máy, bộ truyền đai, bánh răng), sau đó tiến hành lắp ráp hoàn chỉnh cụm máy trên môi trường 3D.
CHƯƠNG V: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
Tác giả tiến hành phân tích điều kiện làm việc và lập quy trình công nghệ cho chi tiết cơ khí:
- Xác định phương pháp tạo phôi (phôi cán nóng).
- Tính toán lượng dư gia công cho các bề mặt lắp ghép.
- Thiết kế chi tiết nguyên công 1: Khỏa hai mặt đầu, khoan lỗ tâm kết hợp tiện thô các cổ trục trên máy tiện.
CHƯƠNG VI: CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC TẾ
Trình bày quá trình triển khai gia công cơ khí, hàn khung vỏ, lắp ráp động cơ, căn chỉnh bộ truyền đai - bánh răng và chạy thử nghiệm mô hình thực tế tại xưởng.
CHƯƠNG VII: ĐƯA RA NHỮNG YÊU CẦU VỀ AN TOÀN LAO ĐỘNG KHI LẮP MÁY, KHI SỬ DỤNG MÁY
Xác lập các quy tắc an toàn cơ khí và điện:
- Đảm bảo tiếp địa an toàn cho vỏ động cơ và khung máy.
- Bố trí các tấm chắn bảo vệ tại vùng nạp bông và bộ truyền chuyển động quay (bánh đai, bánh răng) để tránh tai nạn cuốn kẹp tay.
- Hướng dẫn quy trình vận hành trước khi bật điện, kiểm tra dị vật và bảo dưỡng định kỳ gối đỡ ổ bi.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả kỹ thuật đạt được
Đồ án đã tính toán, thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy đánh tơi bông với các thông số kỹ thuật cụ thể:
- Động cơ dẫn động: Động cơ điện công suất $1,1\text{ kW}$, tốc độ $920\text{ vòng/phút}$.
- Hệ thống truyền động: Bộ truyền đai thang chữ A ($u_đ = 2,5$, đường kính bánh đai $80\text{ mm}$ và $200\text{ mm}$, chiều dài đai $1000\text{ mm}$) phối hợp cặp bánh răng trụ răng thẳng ($m = 2,5\text{ mm}, Z = 45$, khoảng cách trục $a_w = 125,5\text{ mm}$).
- Trục xoay tơi bông: Đường kính $500\text{ mm}$, tốc độ làm việc đạt $184\text{ vòng/phút}$ đến $368\text{ vòng/phút}$, vận tốc dài răng cào đạt $11,8\text{ m/s}$.
- Kiểm nghiệm ứng suất: Ứng suất tiếp xúc bánh răng đạt $366,30\text{ MPa}$ (nằm trong giới hạn bền cho phép $370\text{ MPa}$).
- Hồ sơ kỹ thuật hoàn chỉnh: Bộ bản vẽ A0 (bản vẽ lắp tổng thể, sơ đồ nguyên lý, bản vẽ chi tiết, sơ đồ nguyên công) cùng mô hình 3D trên SolidWorks.
2. Đóng góp và giải pháp của đề tài
- Giải pháp kết cấu nhỏ gọn: Thay thế các cỗ máy công nghiệp nặng hàng trăm kilôgam bằng một kết cấu gọn nhẹ (trọng lượng mục tiêu ~80 kg), có thể đặt và sử dụng trong không gian hộ gia đình.
- Tính khả thi kinh tế: Sử dụng các loại vật liệu phổ biến, dễ gia công và sẵn có trên thị trường Việt Nam (thép C45, C50, thép carbon hàn), giúp hạ giá thành sản xuất so với các thiết bị nhập khẩu.
- Hỗ trợ thực tiễn cho vùng lũ: Đưa ra phương tiện cơ giới hóa giúp người dân xử lý nhanh lượng chăn ga gối bị ngâm nước sau thiên tai, giảm thiểu sức lao động thủ công.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên nhận xét của người hướng dẫn và nội dung thuyết minh đồ án:
- Hạn chế về mặt trình bày và hồ sơ: Nhiều vị trí trong thuyết minh định dạng (format) chưa đồng bộ và hợp lý; một số bản vẽ kỹ thuật còn thiếu sót cần chỉnh sửa.
- Hạn chế về tính cơ động: Máy sử dụng động cơ điện 220V nên chủ yếu làm việc tại chỗ cố định, phụ thuộc vào nguồn điện lưới, chưa tích hợp động cơ đốt trong để vận hành lưu động ngoài hiện trường.
- Mức độ tự động hóa: Chưa tích hợp các cảm biến hiện đại như đầu dò kim loại tự động hoặc cơ chế cấp liệu tự động như các dòng máy công nghiệp lớn.
- Hướng phát triển tiếp theo: Hoàn thiện kết cấu khung vỏ thẩm mỹ hơn, tối ưu hóa hình dáng răng cào để tăng độ tơi xốp của sợi bông, và nghiên cứu tích hợp cơ cấu cấp liệu an toàn tự động.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy: Tham khảo một đồ án thiết kế hoàn chỉnh từ tính toán động học, động lực học, chọn động cơ, tính toán chi tiết máy (đai, bánh răng, trục, then, ổ lăn) đến lập quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy công cụ.
- Kỹ sư và xưởng cơ khí chế tạo vừa và nhỏ: Tham khảo bản vẽ nguyên lý và thông số kích thước hình học của bộ truyền bánh răng ($m = 2,5\text{ mm}, Z = 45$) và bộ truyền đai thang chữ A để ứng dụng vào các máy chế biến bông xơ, sợi vải tương tự.
- Phần nội dung giá trị nhất: Phương pháp tính toán thực nghiệm lực đánh tơi bông bằng mô hình va đập rơi tự do và chuỗi công thức kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc, độ bền uốn của bánh răng trụ răng thẳng theo tiêu chuẩn hệ dẫn động cơ khí.
Câu hỏi thường gặp
1. Động cơ điện được tính toán lựa chọn trong đồ án có các thông số kỹ thuật gì?
Theo tính toán công suất yêu cầu hệ thống ở Chương III, nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ điện có ký hiệu 4A80B6Y3 với các thông số: công suất định mức $1,1\text{ kW}$, tốc độ quay đồng bộ $920\text{ vòng/phút}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,74$, hiệu suất động cơ $\eta = 74%$, hệ số quá tải mô men $T_{max}/T_{dn} = 2,2$, mô men khởi động $T_k/T_{dn} = 2,0$ và khối lượng động cơ là $17\text{ kg}$.
2. Lực đánh tơi bông thực tế được xác định qua công thức và thí nghiệm như thế nào?
Lực đánh tơi lý thuyết được xác định thông qua thí nghiệm bảo toàn động năng khi thả rơi khối vật thử $0,08\text{ kg}$ từ độ cao $h = 0,8\text{ m}$ xuống trống quay đường kính $D = 0,5\text{ m}$, cho ra $P_{\text{đánh tơi bông}} = 1,25\text{ N}$. Lực tính toán thực tế $P_{tt}$ được tính bằng cách nhân với hệ số tăng lực $K = K_1 \cdot K_2$ (với $K_1 = 1,4$ là hệ số mòn răng, $K_2 = 1,4$ là hệ số sơ cứng bất thường của bông), cho kết quả lực thực tế là $P_{tt} = 1,4 \times 1,4 \times 1,25 = 2,45\text{ N}$.
3. Cặp bánh răng trụ răng thẳng trong máy có thông số hình học và vật liệu ra sao?
Cặp bánh răng có tỉ số truyền $u = 1$, mô đun $m = 2,5\text{ mm}$, số răng $Z_1 = Z_2 = 45$ răng, góc ăn khớp $\alpha = 20^\circ$, khoảng cách trục $a_w = 125,5\text{ mm}$ (danh nghĩa $130\text{ mm}$), chiều rộng vành răng $b = 13\text{ mm}$, đường kính vòng chia $d_1 = d_2 = 113\text{ mm}$, đường kính đỉnh răng $d_{a1} = d_{a2} = 118\text{ mm}$, đường kính chân răng $d_{f1} = d_{f2} = 106,75\text{ mm}$. Bánh răng 1 chế tạo từ thép C50 tôi cải thiện ($\text{HB} = 250$), bánh răng 2 chế tạo từ thép C45 tôi cải thiện ($\text{HB} = 240$).
4. Bộ truyền đai thang sử dụng loại đai nào và lực tác dụng lên trục là bao nhiêu?
Bộ truyền sử dụng 01 dây đai thang chữ A ($Z = 1$) bằng vải cao su với kích thước mặt cắt $b = 13\text{ mm}, h = 8\text{ mm}$, đường kính bánh đai nhỏ $d_1 = 80\text{ mm}$, bánh đai lớn $d_2 = 200\text{ mm}$, chiều dài đai tiêu chuẩn $l = 1000\text{ mm}$, góc ôm bánh nhỏ $\alpha_1 = 155^\circ$. Lực căng ban đầu trên một nhánh đai là $F_0 = 241,19\text{ N}$ và tổng lực tác dụng lên trục đai là $F_r = 470,01\text{ N}$.
5. Kết cấu trục xoay bông được thiết kế thế nào để đảm bảo an toàn cho người vận hành?
Trục xoay bông có đường kính $500\text{ mm}$, các răng làm từ các thanh sắt đan xen liên tục tạo thành vòng tròn cào bông. Để đảm bảo an toàn lao động, vùng quay của răng được che chắn bằng các tấm chắn cơ khí và bàn đỡ tì tay, giúp người thao tác khi đưa khối bông xơ vào không bị cuốn tay trực tiếp vào vùng chuyển động nguy hiểm của trục xoay.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Tính toán, thiết kế, chế tạo máy đánh tơi bông phục vụ sản xuất chăn ga gối bông" của sinh viên Văn Ngọc Quý và Lý Nguyễn Anh Tú đã giải quyết bài toán cơ giới hóa khâu đánh tơi xơ bông phục vụ các xưởng may và hộ gia đình sau mùa mưa bão tại miền Trung. Nhóm tác giả đã thực hiện đầy đủ các bước tính toán động lực học, lựa chọn động cơ điện 1,1 kW, thiết kế chi tiết bộ truyền đai thang, bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng và kết cấu trục theo đúng các tiêu chuẩn cơ khí hiện hành. Nghiên cứu hoàn thành với việc dựng mô hình 3D trên SolidWorks, lập quy trình công nghệ gia công chi tiết và chế tạo mô hình máy thực tế, được hội đồng chuyên môn đánh giá đạt kết quả xuất sắc 9/10 điểm.
