Nghiên cứu thiết kế tính toán trục vít đôi

- NGUYỄN THÁI TẤT HOÀN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TÍNH TOÁN TRỤC VÍT ĐÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC.
- Họ và tên tác giả luận văn TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Chuyên ngành : LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC.
- Trang bìa luận văn: Mẫu kèm theo 2.
- Nôi dung luận văn: Trình bày rõ các vấn đề theo trình tự: 3.1.
- Phần mở đầu - Lý do chọn đề tài - Lịch sử nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả - Phương pháp nghiên cứu.
- Những kết luận mới - Đóng góp mới và kiến nghị của tác giả về sử dụng kết quả nghiên cứu của luận văn.
- Các phụ lục (nếu có) để làm sáng tỏ nội dung của luận văn.
- Luận văn được in trên một mặt giấy trắng khổ A4 (210 x 297mm), dày không quá 100 trang, không kể hình vẽ, bảng biểu, đồ thị và danh mục tài liệu tham khảo.
- Đối với các luận văn về khoa học xã hội khối lượng có thể nhiều hơn 20% đến 30%.
- Luận văn sử dụng chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo Winword hoặc tương đương.
- Tuyệt đối không được tẩy, xoá, sửa chữa trong luận văn.
- Tóm tắt luận văn được trình bày 2trang, cỡ chữ VnTime (Roman) hoặc Times New Roman cỡ 13 Hệ soạn thảo Winword hoặc tương đương.
- Tóm tắt luận văn phải phản ánh trung thực kết cấu, bố cục và nội dung luận án, phải ghi đầy đủ toàn văn kết luận của luận văn.
- Tuyệt đối không được tẩy, xoá, sửa chữa trong tóm tắt luận văn.
- Nôi dung tóm tắt luận văn trình bày ngắn gọn các vấn đề theo trình tự và mẫu TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài.
- Tác giả luận văn Khóa.
- Nội dung tóm tắt: a) Lý do chọn đề tài b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
- c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả d) Phương pháp nghiên cứu.
- e) Kết luận - 1 - LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với việc phát triển không ngừng tìm ra các loại vật liệu và phương pháp gia công mới, các sản phẩm chất dẻo như ống nhựa, thanh định hình, và đặc biệt là các loại dây cáp được sử dụng rất phổ biến, ngày càng thay thế cho các sản phẩm bằng kim loại.
- Trong phạm vi thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói chung, các sản phẩm làm từ chất dẻo phần lớn đều được chế tạo từ các dây chuyền công nghệ đùn, trong đó máy đùn trục vít đôi đóng vai trò quan trọng.
- Từ thực tế sản xuất ở nước ta, máy đùn trục vít cho ngành nhựa vốn đều phải nhập về từ nước ngoài do sử dụng lâu ngày thường bị mòn, thậm chí nứt trục vít và xi lanh, làm giảm hiệu suất, dẫn đến nhu cầu sửa chữa, thay thế.
- Tuy nhiên, tại Việt Nam có rất ít cơ sở có thể đảm nhiệm công việc này, bởi trục vít có hình dáng rất phức tạp, đa dạng theo từng máy, trong khi chưa có nghiên cứu hoàn chỉnh về thiết kế, chế tạo.
- Nguyễn Mạnh Cường, tác giả đã chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp thạc sĩ là “Nghiên cứu mô phỏng, tính toán và thiết kế trục vít đôi cho máy đùn hai trục vít quay cùng chiều”.
- Đề tài đã nghiên cứu và đưa ra một quy trình hoàn chỉnh để thiết kế các trục vít đôi cho máy đùn trục vít đôi quay cùng chiều từ vẽ thiết kế, tính toán kiểm nghiệm cho đến khi thu được thiết kế làm việc cuối cùng của trục vít.
- Với thiết kế này, việc gia công tự động trục vít đôi trên máy CNC phục vụ cho công tác sửa chữa, thay thế hay chế tạo mới hàng loạt đều trở nên dễ dàng.
- Đây là một đề tài mới, do kiến thức hạn hẹp nên chắc không tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong sự phê bình, góp ý của các thầy cô và các bạn để giúp cho đề tài nghiên cứu được hoàn thiện.
- Giới thiệu và mục tiêu của đề tài Máy đùn trục vít được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản phẩm chất dẻo, có thể dùng vào nhiều mục đích khác nhau như đùn nhựa, nhào trộn,… Trong số đó, máy đùn 2 trục vít quay cùng chiều (MĐ2C) được sử dụng rộng rãi, do có thể sử dụng cho nhiều loại vật liệu, áp lực đầu phun lớn và cho ra nhựa được nhào trộn kỹ.
- Tuy nhiên do kích thước khá dài, lại chịu áp lực lớn nên trục vít thường bị mài mòn, tróc bề mặt trong quá trình hoạt động, giảm hiệu suất máy.
- Từ thực tế đó, yêu cầu đặt ra là phải mô phỏng, tính toán ứng suất và chuyển vị của trục vít, từ đó đưa ra thiết kế hợp lý của trục vít, tránh tình trạng 2 trục vít va chạm vào nhau và va chạm vào thành của xi lanh.
- Trước đây, việt thiết kế, nghiên cứu trục vít đôi gặp nhiều khó khăn, nhất là tại các nước đang phát triển do sự phức tạp của hệ thống và thiếu các công cụ tính toán.
- Đặc biệt, trong điều kiện Việt nam, các nghiên cứu hoàn chỉnh về thiết kế, tính toán và chế tạo trục vít đôi chưa thấy được đề cập đến.
- Dựa trên thực tế trên, đề tài đặt ra mục tiêu thông qua tìm hiểu về nguyên lý đùn và đặc biệt là máy đùn trục vít, tác giả đề ra phương pháp nghiên cứu mô phỏng, tính toán kiểm nghiệm bền, thiết kế và đi đến chế tạo trục vít đôi cho máy đùn hai trục vít quay cùng chiều.
- Nội dung của đề tài Nội dung nghiên cứu gồm 5 phần như sau.
- Phần I- tổng quan về đề tài: Giới thiệu tình hình thực tế cũng như nghiên cứu cho đến nay liên quan đến máy đùn trục vít và trục vít đôi, từ đó đưa ra mục tiêu của đề tài.
- Phần II- Lý thuyết công nghệ đùn: trình bày cơ sở lý thuyết về chất dẻo, các phương pháp gia công.
- Thông qua việc tìm hiểu công nghệ đùn, đề tài đã tìm hiểu máy đùn nhiều trục vít, và trục vít của máy đùn, từ đó đưa ra cơ sở cho việc tính toán và thiết kế.
- Phần III- Tính toán thiết kế trục vít đôi: đầu tiên, dựa trên lý thuyết ăn khớp, nghiên cứu đề ra biên dạng mặt cắt ngang cơ bản của trục vít đôi, từ đó đưa ra thiết kế vùng làm việc của trục vít đôi.
- Sau khi tìm hiểu tính toán lý thuyết và - 3 - phương pháp phần tử hữu hạn, đề tài thực hiện tính toán kiểm nghiệm trục vít đôi bằng cả 2 phương pháp trên.
- Phần IV- Chế tạo trục vít đôi: dựa trên kết quả thiết kế và tính toán ở phần 2, tiến hành lập trình cho máy CNC để chế tạo vùng làm việc của trục vít đôi.
- Phần V- Kết luận Cụ thể, đầu tiên ta đi vào tìm hiểu vật liệu chất dẻo, công nghệ đùn và trục vít đôi trong máy đùn trục vít.
- Trục vít nói chung và đặc biệt là trong MĐ2C có hình dáng khá phức tạp, tuy nhiên nó có thể tạo được từ sự kết hợp của 2 thành phần chính: vít vận chuyển, đĩa nhào trộn, ngoài ra còn có thể có thêm răng nhào trộn.
- Vít vận chuyển là 1 đường vít có nhiệm vụ chính là tạo áp lực vận chuyển nguyên liệu vào sâu trong trục vít đồng thời gia nhiệt cho nguyên liệu chủ yếu bằng nhiệt từ xi lanh.
- Một trục vít sẽ bao gồm nhiều vít vận chuyển có bước vít khác nhau và nhiều đĩa nhào trộn khác nhau kết hợp lại, tuy nhiên đặc điểm chung là mặt cắt của trục vít đối với cả 2 thành phần là không đổi, được thiết kế nhằm đảm bảo sự ăn khớp của 2 trục vít trong quá trình hoạt động.
- Biên dạng trục vít được thực hiện dựa trên các kết quả nghiên cứu của ông Booy[1] và Klemens[2].
- Sau khi tìm hiểu hình dạng trục vít, ta xây dựng chương trình bằng phần mềm Visual Basic thiết kế tự động biên dạng sơ bộ mặt cắt ngang của trục vít đôi dựa trên nguyên lý ăn khớp của cặp đường vít.
- Tiếp đó, kết quả được đưa vào phần mềm Solid Work để có thể thiết kế mô hình 3D trục vít đôi.
- Bước tiếp theo là kiểm nghiệm, tính toán trục vít bằng phần mềm Phần tử hữu hạn Ansys Multiphysics để rút ra được kết cấu trục vít hợp lý.
- Sau khi đặt các điều kiện làm việc thực tế của trục vít vào phần mềm Ansys, chương trình cho ta ứng suất, chuyển vị của toàn bộ trục vít khi làm việc, từ đó đánh giá được những vị trí nguy hiểm, dễ mài mòn cũng như kiểm nghiệm khả năng va đập của các trục vít với nhau và giữa trục vít với xilanh.
- Do biên dạng mặt cắt ngang của trục vít là như nhau, nên trong quá trình tính toán kiểm nghiệm đễ dễ tính toán ta coi trục vít chỉ có 1 thành phần là vít nhào trộn và có bước vít cố định.
- Dựa trên cơ sở kiểm nghiệm, tác giả đã đưa ra thiết kế cuối cùng của vùng làm việc của trục vít đôi sử dụng phần mềm Solid Work.
- Thiết kế này sẽ được sử dụng trong các chương trình chế tạo tự động bằng máy tính (CAM.
- 4 - Phần II: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐÙN 2.1.
- Vật liệu chất dẻo 2.1.1.
- Tổng quan Chất dẻo là loại vật liệu hỗn hợp, được tạo thành từ các polyme và các chất phụ gia.
- Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà người ta có thể dùng các chất phụ gia như: chất độn, chất ổn định, chất gia cường, chất tạo màu,… Chất dẻo có nhiều tính chất ưu việt như: nhẹ, mềm dẻo, một số vật liệu có khả năng thấu quang tốt, dẫn nhiệt và dẫn điện kém, khả năng tái sử dụng cao, nhiệt độ gia công thấp, có thể gia công bằng nhiều phương pháp,…Với những tính chất trên, chất dẻo được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế cuộc sống, đặc biệt là trong công nghiệp bao bì, ngành công nghiệp xây dựng.
- Nhựa thường được dùng làm vỏ bọc cho các sợi dây dẫn, vỏ ngoài cho các thiết bị điện tử, cũng như trong các vật liệu dân dụng hàng ngày như quần áo, chậu, bồn rửa,… Chất dẻo được chia làm 2 nhóm chính: chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt rắn.
- Chất dẻo nhiệt dẻo là chất dẻo dưới tác dụng của nhiệt chuyển từ trạng thái rắn sang trại thái lỏng hoặc mềm, và khi được làm nguội trở nên rắn.
- Còn chất dẻo nhiệt rắn là loại vật liệu chất dẻo bị hoá rắn dưới tác dụng của nhiệt hoặc dung môi.
- Do khả năng tái sinh được, vật liệu chất dẻo nhiệt dẻo thường được sử dụng rộng rãi, chiếm 90% trong thực tế sản xuất.
- Chính vì vậy trong phạm vi hạn hẹp của đề tài, chất dẻo nhiệt dẻo được tập trung nghiên cứu.
- Các phương pháp gia công Có nhiều phương pháp gia công sản phẩm chất dẻo như: đùn, đúc áp lực, gia công vật thể rỗng, cán.
- Công nghệ đùn: đầu tiên, vật liệu dưới dạng hạt hoặc bột qua máy đùn được làm nóng chảy và trộn nhuyễn, sau đó qua khe hở định hình của đầu đùn thành sản phẩm.
- Do sản phẩm sau khi ra khỏi đầu đùn trong thời gian ngắn phải giữ được hình dáng nên người ta thường dùng công nghệ này với chất dẻo nóng chảy có độ cứng cao, hoặc cần có thêm chất độn phù hợp, ví dụ như PVC, PE, PP,… Một dây chuyền đùn bao gồm máy đùn, đầu đùn, tạo cỡ- làm nguội, thiết bị kéo sản phẩm, cuộn thu sản phẩm hoặc cắt phân đoạn.
- Công nghệ đúc áp lực: vật liệu được dẻo hoá đến trạng thái nóng chảy, rồi được đưa vào khuôn tạo hình nhờ áp lực.
- 5 - Sản phẩm Mềm Cứng Phương pháp đúc áp lực thường dùng sản xuất các sản phẩm định hình với số lượng lớn với nhiệt độ gia công từ 150 −300C.
- Công nghệ gia công vật thể rỗng: Có nhiều cách tạo hình cho việc sản xuất vật thể rỗng như đùn, thổi, phu thổi, đúc li tâm,… Thông thường, ban đầu người ta tạo ra đoạn ống chất dẻo nóng dẻo, được đùn ra từ các máy đùn.
- Sau đó khâu thổi sản phẩm được tiến hành trong khuôn gồm hai nửa lòng khuôn ghép lại, với khí nén áp lực thổi vào làm đoạn ống trong trạng thái dẻo nóng sẽ tiếp nhận biên dạng của khuôn.
- Cuối cùng khi khuôn nguội ta tách hai nửa lòng khuôn để thu sản phẩm.
- Công nghệ cán: vật liệu chất dẻo nhiệt dẻo được chế tạo thành tấm hoặc màng sau khi đi qua khe giữa các trục cán.
- Phương pháp cán thích hợp cho các loại vật liệu chất dẻo nhiệt dẻo có độ nhớt phù hợp, ví dụ như PVC, ABS, các ete xenlulo,… 2.2.
- Công nghệ đùn Công nghệ đùn là loại hình công nghệ cho ta sản phẩm liên tục từ dạng vật liệu dạng bột hoặc dạng hạt.
- Để dẻo hoá vật liệu, người ta sử dụng máy đùn, mà chủ yếu ngày nay là máy đùn trục vít.
- Sơ đồ khối công nghệ đùn cho máy đùn Máy đùn Đầu đùn Tạo cỡ Làm nguội Kéo sản phẩm Cuộn thu sản phẩm Cắt phân đoạn Xếp - Màng (phẳng, ống.
- 6 - Máy đùn trục vít bao gồm xi lanh hình trụ tròn được nung nóng và bên trong có trục vít đóng vai trò như một pít tông.
- Sau khi cho vật liệu vào máy đùn trục vít, vật liệu sẽ được vận chuyển trong khe rãnh giữa trục vít và xi lanh làm cho bị nóng chảy, làm nhuyễn và sau đó được vận chuyển qua khe hở định hình của đầu đùn, đẩy ra ngoài và tạo thành sản phẩm.
- Ngoài trục vít và xi lanh, máy đùn trục vít còn bao gồm động cơ và hộp giảm tốc để làm quay trục vít, cùng bộ phận cung cấp liệu để đưa vật liệu ban đầu vào.
- Hiện nay người ta có thể dùng nhiều loại máy đùn trục vít khác nhau tuỳ thuộc vào vật liệu và yêu cầu công suất, có thể máy một trục, hai trục quay cùng chiều hoặc ngược chiều, máy đùn nhiều trục vít,… Quá trình công nghệ đùn được mô tả như hình 2.1.
- Máy đùn trục vít Máy đùn trục vít không chỉ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất, trộn và chế tạo sản phẩm chất dẻo mà còn khá phổ biến trong những lĩnh vực khác của công nghiệp thực phẩm và cao su.
- Hiện tại trên thị trường có rất nhiều loại máy đùn mà ta có thể phân loại như hình 2.2.
- Sơ đồ phân loại máy đùn trục vít Máy đùn trục vít1 trục vítXi lanh trơnXi lanh có rãnh2 trục vítQuay cùng chiềuCó phần giaoQuay ngược chiềuKhông có phần giaoNhiều trục vítTrục giữa quayTrục giữa không quay .
- Các bộ phận chính của máy đùn trục vít Các bộ phận chính của máy đùn trục vít gồm có: a) Trục vít Là bộ phận quan trọng nhất, quyết định tính năng của máy.
- Tại đây vật liệu được nhựa hóa, đưa đến trạng thái chảy dẻo, trước khi được đưa ra hỏi đầu đùn cho các công đoạn sau đó.
- Các trục vít được gia công theo phương pháp phay hoặc tiện CNC để đạt độ chính xác cao.
- Đồng thời phải sử dụng vật liệu có cơ tính cao, thực hiện chế độ nhiệt luyện tốt để đạt được cơ tính tốt ưu.
- Trục vít b) Xi lanh: Trong xilanh có trục vít và vật liệu với các giai đoạn nhựa hóa.
- Bên trong xi lanh có tiết diện cắt ngang có dạng hình số 8, chiều dài thì phù hợp với chiều dài của trục vít.
- Tiết diện dọc trục của xi lanh có thể là dạng côn hoặc trụ tùy theo cấu tạo hình học của trục vít.
- Đầu còn lại của xilanh có mặt bích để lắp đầu đùn, có thể thay đổi khi gia công các sản phẩm khác nhau.
- Xi lanh trục vít đôi c) Động cơ Là bộ phận tạo ra mọi chuyển động của máy bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các bộ phận trung gian.
- Có yêu cầu về công suất cũng như tốc độ phụ thuộc vào đường kính trục vít và yêu cầu năng suất của máy.
- Tùy thuộc vào dạng sản xuất và yêu cầu sử dụng của máy mà có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một cách vô cấp.
- Để có thể làm được điều đó trong thực tế sử dụng động cơ 1 chiều hoặc động cơ biến tần.
- Đồng thời với máy đùn 2 trục vít, hộp giảm tốc còn có nhiệm vụ tạo ra chuyển động đồng thời cho 2 trục vít sao cho 2 trục vít ăn khớp với nha.
- e) Hệ thống ổ chặn ổ đỡ Hệ thống ổ chặn ổ đỡ và ổ chặn có tắc dụng giảm ma sát cho trục vít khi quay, đồng thời khi làm việc trục vít xuất hiện lực dọc trục, hệ thống ổ chặn có tác dụng khử lực dọc trục sinh ra trong quá trình vận hành của máy.
- Lực đàn hồi sinh ra khi các đĩa vị ép sẽ chống lại lực dọc trục ép lên các đĩa lò xo, từ đó giúp trục vít là việc cân bằng không bị đẩy lùi về phía sau.
- Chức năng chính là chứa nguyên liệu gồm các hạt nhựa và chất phụ gia trước khi được đưa vào vùng trục vít.
- Phễu liệu thường có bộ phận sấy, nhằm loại bỏ hơi nước trong nguyên liệu, nâng cao chất lượng cho sản phẩm.
- Đôi khi phễu có đường băng chuyền để đưa vật liệu vào máy đùn.
- Thân máy có thể chế tạo bằng phương pháp đúc với vật liệu gang hoặc chế tạo bằng phương pháp hàn khung thép hình

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt