i
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

LÊ KIM HỢI

MÔ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN
MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ

Chun ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
Mã số: 8520103

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2022
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI HỆ THỐNG

Phản biện 1: TS. HOÀNG VĂN THẠNH
Phản biện 2: TS. NGUYỄN QUẬN

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
kỹ Thuật cơ Khí họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 26 tháng 06
năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
− Thư viện Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, việc nâng cao năng suất, giảm giá thành và giảm các
ô nhiễm là ưu tiên hàng đầu cho các doanh nghiệp sản xuất. Trong
năm 2020, dịch Covid-19 xuất hiện đe dọa sức khỏe con người. Các
loại sản phẩm bảo vệ sức khỏe con người như khẩu trang y tế, máy trợ
thở, máy tạo oxy… giúp đỡ rất nhiều cho việc bảo vệ và chăm sóc sức
khỏe con người.
Khi số lượng dây chuyền càng nhiều, một nhà máy sản xuất với
số lượng dây chuyền lớn, yêu cầu về giảm tiền đầu tư, giảm giá thành
sản phẩm, đảm bảo giảm ơ nhiễm tiếng ồn… thì xilanh khí trong 1 dây
chuyền quá nhiều nên tiếng ồn của máy nén khí rất lớn. Thực tế cho
thấy chi phí cho máy nén khí và hạ tầng khí nén quá lớn, cần phải giảm
chi phí này xuống. Khi sử dụng động cơ thì khơng cần sử dụng máy
nén khí, giúp giảm tiếng ồn, và giảm tiếng ồn từ xilanh khí nén.
Yêu cầu về năng suất của mỗi dây chuyền càng lớn để phục vụ
cho nhu cầu của thị trường và xuất khẩu dẫn đến cần năng suất cao
hơn, máy móc cần độ chính xác cao, độ cứng vững và tốc độ di chuyển
nhanh… để nâng cao năng suất của dây chuyền sản xuất. Khi sử dụng
động cơ thì độ chính xác cao hơn vì sử dụng cấp xung cho động cơ để

động cơ hoạt động, tốc độ di chuyển nhanh hơn.
Nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới, chép mẫu và thiết
kế lại từ các sản phẩm đã có cũng như nhu cầu về sản xuất, chế tạo các
bộ phận có độ chính xác và độ phức tạp cao là rất lớn. Để đáp ứng
được yêu cầu trên, ta phải nghiên cứu phát triển, áp dụng các công
nghệ mới vào sản xuất nổi bật trong số đó là cơng nghệ
CAD/CAM/CNC/CAE.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2
Với các lý do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Mơ hình hóa và
mơ phỏng số dây chuyền máy may khẩu trang y tế”.
Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã tiếp thu và áp dụng các
kiến thức được truyền đạt. Do hiểu biết và thời gian có hạn, đồng thời
dịch bệnh Covid kéo dài nên em khơng tránh khỏi các sai sót về
chun mơn. Em mong q Thầy thơng cảm cho em về các sai sót đó.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Bùi Hệ Thống đã trực tiếp
hướng dẫn em làm luận văn tốt nghiệp, cùng các Thầy trong khoa Cơ
Khí đã nhiệt tình chỉ bảo cho em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2022
Học viên thực hiện

Lê Kim Hợi

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


3
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
KHẨU TRANG Y TẾ
1.1. Lịch sử phát triển
Theo ghi chép của nhà thám hiểm người người Italy là Marco Polo, thì
khẩu trang đã xuất hiện từ thời nhà Nguyên ở Trung Quốc.Tuy nhiên
đến đầu thế kỷ 17, sau khi chiếc khẩu trang y tế đầu tiên ra đời. Collin
Mayer bác sĩ người Mỹ đã may một cái túi bằng vải, có khoét 2 lỗ cho
2 con mắt. Và trùm cái “khẩu trang” này vào đầu cùng với một cặp
kính để khám chữa bệnh thủy đậu.
Cho đến năm 1827, bác sĩ người Tây Ban Nha Fernandez Carlos thiết
kế chiếc khẩu trang khác. Dựa theo hình dáng của Hijab mà phụ nữ
Hồi giáo dùng để che mặt.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp vải sợi và
ngành công nghiệp may mặc, các sản phẩm khẩu trang y tế đua nhau
ra đời với đa dạng về chủng loại. Đặc biệt, trong đại dịch Covid-19,
khẩu trang là một phần bắt buộc trong cơng cuộc chống dịch, vì vậy
máy móc, dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế cũng phát triển rất mạnh
mẽ.
1.2. Một số ứng dụng
- Ứng dụng trong y tế: Sử dụng cho các Bác sỹ, y sỹ, điều
dưỡng, y tá… trong quá trình mổ, khám bệnh cho bệnh nhân.
- Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm: Công nhân trong
các nhà máy sản xuất thực phẩm sử dụng khẩu trang y tế để tránh giọt
bắn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


4
- Vì đại dịch Covid-19 nên khẩu trang y tế được sử dụng như là
vật thiết yếu để đáp ứng cơng cuộc phịng và chống dịch.
1.3. Các dây chuyền trong nước và trên thế giới
- Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 4 lớp
- Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95:
- Dây chuyền sản xuất khẩu trang kf94:
1.4. Các dây chuyền trong nước và trên thế giới
Công nghệ hàn siêu âm
Bộ gấp nếp và gập quai
1.5. Quy trình hàn quai khẩu trang y tế

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


5
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MƠ HÌNH HĨA VÀ
MƠ PHỎNG SỐ
2.1. Khái niệm về phương pháp
Phương pháp mơ hình hóa được sử dụng rất nhiều trong thiết kế
cơ khí. Sử dụng các phần mềm thiết kế 2D, 3D để có thể mơ hình ra
máy móc, sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính, cho biết vị trí trực
quan, cấu trúc, cấu tạo của từng cụm lắp, toàn bộ về biểu linh kiện lắp

ráp của sản phẩm, máy móc.
Có 2 quy trình thiết kế: thuận và nghịch. Thiết kế thuận từ ý
tưởng để tạo ra sản phẩm thực tiễn. Đối với thiết kế nghịch thì từ sản
phẩm, chúng ta sẽ tạo ra bản thiết kế đáp ứng rồi cho sản xuất đại trà.
Mỗi quy trình đều có đặc điểm riêng. Tùy vào điều kiện thiết kế của
sản phẩm để chọn quy trình phù hợp.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6
Mơ hình hóa: Sử dụng phần mềm 3D CAD/CAM để thiết kế các
chi tiết, lắp ráp các chi tiết trên máy tính. Các q trình thiết kế được
thực hiện thơng qua các cơng cụ hỗ trợ từ máy tính giúp xác định vị
trí tương quan, hỗ trợ bản vẽ chế tạo, bản vẽ lắp cho người thiết kế.

Mô phỏng số: Thực tế là sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nhưng
có sự trợ giúp từ máy tính. Chia lưới, tính tốn ứng suất, thuyết bền,
chuyển vị…thực tế trên máy tính, từ đó cho biết các mặt cắt nguy
hiểm, hoặc các mặt cắt quá an toàn, cần thay đổi để có thể làm giảm
khối lượng, tiết kiệm vật liệu, nâng cao hiệu quả cho thiết kế và gia
công.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



7
2.2. Phân tích, tính tốn động học, động lực học các cơ cấu trong
dây chuyền
2.2.1. Cơ cấu cấp phôi
Cơ cấu cấp phôi là cơ cấu để đưa phôi khẩu trang vào vị trí cần
hàn quai khẩu trang. Sử dụng 1 bộ truyền xích để dẫn khay chứa phơi
khẩu trang đến vị trí hàn quai.
Cơ cấu cấp phơi bao gồm:
- 4 đĩa xích đơi kiểu xích 35Z33 (gia cơng theo u cầu).
- 2 dây xích kiểu 35 (tiêu chuẩn ANSI).
- Khay chứa phôi.
Bộ truyền đai răng là bộ truyền chuyển động và mômen giữa các
trục nhờ ăn khớp giữa các răng và được ứng dụng rộng rãi. Để giải
quyết những yêu cầu kỹ thuật khác nhau người ta dùng bộ truyền đai
răng với nhiều loại biên dạng khác nhau.
2.2.2. Cơ cấu hàn quai
Cơ cấu hàn quai là cơ cấu dùng để hàn dây thun vào phôi khẩu
trang, giúp trở thành 1 khẩu trang hoàn chỉnh.
Cơ cấu hàn quai bao gồm: cấp dây thun, cắt dây thun, hàn quai.
- Cơ cấu cấp dây thun:
Là cơ cấu dùng để chuẩn bị dây thun trước khi cắt, hàn. Dây thun
được xếp theo từng cuộn, sau đó cơ cấu này sẽ kẹp đúng yêu cầu chiều
dài của dây thun. Sử dụng bích xoay để kẹp phôi. Chiều dài của dây
thun đáp ứng nhu cầu được quấn theo bán kính của bích xoay. Sử dụng
bộ kẹp xoay để có thể giữ vị trí của dây thun trên bích xoay.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



8
2.3. Mơ hình hóa sản phẩm trên Inventor
2.3.1. Mơ hình hóa từng chi tiết cụ thể

2.3.2. Ưu điểm khi kết hợp 2 phương pháp thiết kế
Phương pháp thiết kế thuận cho phép người thiết kế sử dụng ý
tưởng của chính mình để tạo ra chi tiết, máy… theo số liệu đã đo đạc.
Sau đó sử dụng các phần mềm để tính tốn, phân tích
CAD/CAM/CAE. Cuối cùng từ những phân tích như vậy để tối ưu hóa
thiết kế trước khi đưa ra bản vẽ chế tạo gia công.
Phương pháp thiết kế ngược cho phép thiết kế nhanh và chính
xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt
tự do không xác định được.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9
Phương pháp thiết kế ngược giúp bớt đi 1 khâu sản xuất mẫu
thử.
Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.
Khi kết hợp 2 phương pháp này lại, chúng ta có tồn bộ thiết kế
trên 3D, sau đó gia cơng lắp ráp thực tế, tránh tình trạng phải chế tạo
thử nghiệm.
2.3.3. Ưu điểm khi kết hợp 2 phương pháp thiết kế
Đưa ra kích thước thực tế của sản phẩm thơng qua mơ hình 3D
trên máy tính.
Xem xét rõ vị trí tương quan của các chi tiết máy, các cụm lắp

ghép.
Có thể đưa ra các chi tiết theo dạng: Chi tiết gia công - chi tiết
mua hàng. Lúc này, với mỗi sản phẩm đều có thể cho ra 1 bộ dữ liệu
bao gồm: bản vẽ gia công và biểu linh kiện mua hàng.
Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.
Giáo dục- cho tào đạo, trình chiếu và mơ hình hóa thiết kế số
hóa.
Thời trang và dệt may- thiết kế cho vừa các kích cỡ quần áo và
xác định kích thước, và kích cỡ chuẩn.
Bảo tàng- lưu trữ các dữ liệu 3D, tập hợp các dữ liệu danh mục
cho bảo tàng.
2.3.4. Mơ hình hóa các chi tiết

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10

2.3.5. Mơ hình hóa các cụm

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11
2.4. Lý thuyết về động cơ Servo
2.4.1. Giới thiệu về động cơ Servo

Động cơ servo là những hệ hồi tiếp vịng kín, tín hiệu ra của
động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay vận tốc
và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kỳ lý do
nào ngăn cản chuyển động của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận được
tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục
chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
2.4.2. Ưu điểm của động cơ Servo
- Tăng tốc độ đáp ứng: Các động cơ bình thường, muốn chuyển
từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần một khoảng thời gian quá độ.
- Tăng khả năng đáp ứng: Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự
tăng/giảm tốc cần mượt mà, nghĩa là gia tốc là một hằng số hay gần
như là một hằng số, quá trình quá độ vận tốc phải xảy ra một cách
tuyến tính.
- Điều chỉnh được nhiều tốc độ: Động cơ Servo được điều chỉnh
bằng số xung, là điều khiển trơn nên giá trị vị trí và tốc độ có thể thay
đổi.
- Khả năng ổn định tốc độ: Động cơ servo loại này thường được
thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổn định
Thơng thường, động cơ Servo có tốc độ lớn nhất (quy định) là
3000 vịng/phút
2.4.3. Cấu tạo động cơ Servo
Cấu tạo cơ bản của động cơ servo gồm:- Nam châm vĩnh cữu
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12
- Lõi sắt phần ứng- Bộ encoder- Vỏ- Cuộn dây phần ứng
Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần

con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay
được một vòng.
2.5. Bộ truyền đai răng
2.5.1. Giới thiệu
Bộ truyền đai răng là bộ truyền chuyển động và mômen giữa các
trục nhờ ăn khớp giữa các răng và được ứng dụng rộng rãi. Để giải
quyết những yêu cầu kỹ thuật khác nhau người ta dùng bộ truyền đai
răng với nhiều loại biên dạng khác nhau.
2.5.2. Các thành phần của đai răng
Thành phần cơ bản của đai răng là vật liệu tổng hợp có độ bền
cao được dùng trong kết cấu truyền động đai răng. Ba thành phần
chính của đai răng đó là:
- Nền cao su neoprene: mặt lưng (2) và mặt răng (3)
- Các dây cáp thép (1)
- Các răng neoprene với lớp mặt là nylon (4).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13
Chương 3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ
ĐỘNG
3.1. Phân tích ngun lý, thời gian của tồn máy
Ngun lý: Phôi khẩu trang sẽ được đưa vào cụm khay (1), sau
đó cụm khay chuyển động từng bước khay, đưa khẩu trang tại vị trí
hàn quai (3). Cụm hàn quai (2) sẽ hàn quai khẩu trang đã được chuẩn
bị trước từ cụm lấy dây (4) đến phôi khẩu trang. Tiếp tục hàn ở quai
phải (2 quai hàn 2 lần). Sau đó, khẩu trang sẽ được đưa tới cụm gập

quai (7), thơng qua đầu gập có nhiệt, quai khẩu trang sẽ được gập vào
trong phơi khẩu trang để có thể dễ đóng gói. Cuối cùng, qua bộ ra (8),
khẩu trang sẽ được xếp thành chồng trên băng tải ra hàng. Bộ cấp dây
(5) sẽ kéo dây cho đủ chiều dài của dây, và dây sẽ được cắt thông qua
cụm (6) để chuẩn bị cho khẩu trang tiếp theo.
Thông số thiết kế khẩu trang:
- Kích thước phơi khẩu trang: Dài x Rộng = 175 x 95 mm.
- Kích thước dây thun quai: chiều dài từ 165 ÷ 175mm.

Thao tác
Bước 1
Trễ 1
Bước 2
Trễ 2
Bước 3
Trễ 3

XỬ LÝ SỐ LIỆU
Thời
Thời gian
gian
bước
trước
Băng tải chạy 1 khay
0
vào vị trí
100
Xoay lấy dây thun
0
120

Kẹp dây
130

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Thời
gian
thực
hiện

Đơn
vị

100

ms

-100
120
10
80
0

ms
ms
ms
ms
ms

Lưu hành nội bộ



14
Bước 4

Cụm kéo cắt vào + cắt
dây

Trễ 4
Bước 5

Đầu hàn đi xuống +
thời gian hàn

210

150

ms

360

0

ms

360

230


ms

0

ms

590

100

ms

690

0
80
770

ms
ms
ms

Trễ 5
Bước 6

Nhả dây quai đã được
hàn ra

Trễ 6
Bước 7

Đầu hàn đi lên
Tổng thời gian
Thông số về năng suất tính tốn:
- Thời gian hàn: 70 ÷ 150 ms.

- Thời gian động cơ đi xuống để hàn: 60 ÷ 80 ms.
- Thời gian động cơ xoay kéo dây: 80 ÷ 120 ms.
- Thời gian động cơ cụm kéo cắt: 40 ÷ 50 ms.
Tổng thời gian thực hiện để hàn 1 khẩu trang từ phơi đến hồn
thiện: 770 ms. Vì vậy, năng suất của máy hàn quai: N =

1000×60
770

=

77.9 cái/phút. Năng suất nằm trong khoảng năng suất mục tiêu đặt ra:
70 ÷ 85 cái/phút.
3.2. Tính tốn thiết kế các cụm chính của máy quai khẩu trang
3.2.1. Cụm cấp phôi
Phôi khẩu trang sẽ được chứa trên các khay chứa, mỗi khay chứa
1 khẩu trang. Có các cách để dẫn động như sau:
- Truyền động bằng băng tải cao su.
- Truyền động bằng băng tải dùng xích.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


15

Vì lý do băng tải dẫn động này là các khay chứa nên lựa chọn
sử dụng xích để tải. Ngồi ra, xích tải mang các khay nên xích sử dụng
là xích có bách dẫn. u cầu đặt ra là xích sẽ dẫn hướng nên sử dụng
2 đĩa xích để truyền động và dẫn hướng.
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000

=

80 .0,25
1000

= 0,02 kw

Chọn số răng đĩa xích là Z = 33 răng.
- Tính tốn khoảng cách trục:
Lựa chọn khoảng cách trục là 1620mm, để bao gồm tất cả các
cụm máy phía trên bàn máy.
- Tỉ số truyền u = 1.
- Đường kính đĩa dẫn và bị dẫn:
d=

t
9,525
=
= 100,2 mm
180
180

sin z
sin 33

Từ các tính tốn thiết kế, ta lựa chọn loại xích:
Xích 35 (ANSI), xích ống con lăn.
Bước xích: t = 9,525 mm.
Số răng: Z = 33 răng.
Đường kính đĩa xích: d = 100,2 mm.
Tỉ số truyền: u = 1.
3.2.2. Cụm cấp thun
Yêu cầu của động cơ kéo dây bao gồm: Quay được góc chính
xác, có thể hãm được khi vận tốc lớn.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


16
Vì các u cầu đó, động cơ cần chọn là động cơ servo. Mỗi lần
quay để lấy dây, động cơ sẽ quay 1 góc 1800.
Tính tốn cơng suất động cơ:
Cơng suất cần truyền: N =

P .v
1000

Với: v = ω.R là vận tốc dài.
ω: vận tốc góc. Góc quay của bách xoay là 1800 = π, thời gian
quay ước tính là 120 ms = 0,12s nên ω =

R: bán kính góc quay, R =

175
π

π
0,12

= 26,2 rad/s.

= 56 mm.

Vậy: v = 26,2.0,056 = 1,47 (m/s).
Trọng lượng của bách dẫn và trục dẫn là 1,01kg, P = 10,1 N.
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000

=

10,1.1,47
1000

= 0,015 kW

Hiệu suất của bộ truyền thông qua 1 cặp ổ bi: ηob = 99,5%
nên ta có: Nct =

N

ηob

0,015

= 0,995 = 0,015 kW

Lựa chọn động cơ: Động cơ Servo 200W, ECMA-C20602RS,
hãng Delta.
3.2.3. Cụm kéo cắt
- Tính tốn bộ truyền:
Vì u cầu độ chính xác cao, chống rung nên lựa chọn 2 con
trượt và thanh trượt bi.
Lực chịu tải trên mỗi con trượt:
F = 66/2= 33 N (tải trọng của cụm kéo cắt là 6,6 kg).
Cánh tay đòn từ tâm kéo đến tâm của con trượt: r = 43 mm.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


17
Momen xoắn: M = F.r = 33.0,043 = 1,4 N.m
Từ các thông số, ta chọn loại con trượt MGN15C
Yêu cầu của động cơ dẫn kéo bao gồm: Quay được góc chính
xác, có thể hãm được khi vận tốc lớn, và có thể tinh chỉnh được vị trí
khi hoạt động.
Vì các yêu cầu đó, động cơ cần chọn là động cơ servo. Mỗi lần
quay để lấy dây, động cơ sẽ quay 1 góc 1200.
Cơng suất cần truyền: N =


P .v
1000

Trọng lượng của cụm kó là 7,6 kg, P = 76 N.
Cơng suất cần truyền: N =

P .v
1000

=

76.1,26
1000

= 0,096 kW

3.2.4. Cụm hàn quai
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000

Với: Tải trọng là 48 kg; P = 480 N.
Khoảng cách từ đầu hàn đến đe hàn: h = 76 mm.
Thời gian đi xuống để hàn: t = 80 ms.

Vận tốc: v = 0,95 m/s
Công suất cần truyền: N =

P .v

1000

=

480 .0,95
1000

= 0,456 kw

- Cụm mở kẹp:
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000

Với: Tải trọng là 5,5 kg; P = 55 N.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


18
Khoảng cách từ đầu hàn đến đe hàn: h = 20 mm.
Thời gian đi xuống để hàn: t = 50 ms.
Vận tốc: v = 0,45 m/s
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000


=

55 .0,4
1000

= 0,022 kw

3.2.5. Cụm gập quai
Lực cần để gập (theo đo lý thuyết): F = 32N.
Vận tốc gập: v = 0,5 m/s
Vì lực gập khá nhỏ nên chọn sơ bộ 2 con trượt bi.
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000

=

32.0,2
1000

= 0,016 kw

Động cơ Servo 100W, ECMA-C20601RS, hãng Delta.
Ngoài ra, dưới đầu hàn có 1 đế để giữ khẩu trang trên mặt phẳng
để gập
3.2.6. Cụm ra hàng
Băng tải này hoạt động liên tục. Lực ma sát trên đai và khẩu
trang là 120N (đo từ thực nghiệm).

Vận tốc của băng tải đưa hàng ra: v = 0,5 m/s.
Công suất cần truyền: N =

P .v
1000

=

120.0,5
1000

= 0,06 kw

Chọn động cơ: JSCC 80YS25GV22
công suất 25W, số vòng quay: 1200 vòng/phút.
Chọn hộp giảm tốc: 80GK5H, tỉ số truyền u = 5.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


19
- Tính đường kính puly: số vịng quay khi qua giảm tốc: 240
vịng/phút.
d=

v .60.1000 0,5.60.1000
=
= 39,98 mm.

240. π
240. π

Vì vậy chọn đường kính puly đai là: d = 40 mm.
3.3. Lắp ráp triển khai tại nhà máy
Chương 4. MÔ PHỎNG SỐ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN
TỬ HỮU HẠN
4.1. Tổng quan về mô phỏng số
4.1.1. Lý thuyết về phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM/Finite Element Method) là
một công cụ số mạnh mẽ để giải quyết các phương trình vi phân đạo
hàm riêng cũng như là các phương trình tích phân. Phương pháp này
dựa trên việc rời rạc hóa miền khảo sát thành các miền con,có hình
dạng tùy ý, được liên kết thơng qua các nút của phần tử.
+ Phương pháp phân tích tốn học: Có tính khách quan nhất và
kết quả chính xác 100% và thường áp dụng cho các bài tốn đơn giản,
mơ hình không phức tạp.
+ Phương pháp phần tử hữu hạn: Áp dụng các quy luật vật
lý, hàm toán học…vào các phần mềm mơ phỏng để tính tốn. Kết quả
tính tốn xấp xỉ chính xác, phụ thuộc vào khối lượng tính tốn và cách
xây dựng mơ hình tính trên phần mềm.
+ Phương pháp thử nghiệm thực tiễn: Thực hiện bằng các
phương pháp đo, thử nghiệm, quan sát. Kết quả tính tốn xấp xỉ chính
xác do các yếu tố chủ quan, cách thử nghiệm, thiết bị đo đạc…
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


20

4.1.2. Các giai đoạn của bài toán phần tử hữu hạn
+ Tiền xử lý (Pre Processing): Trước khi xử lý là giai đoạn chuẩn
bị (chia lưới) một chi tiết để phân tích. Dạng hình học phức tạp được
chia nhỏ thành các dạng hình học đơn giản (phần tử) trong quá trình
chia lưới.
+ Xử lý (Solving): Thực hiện phân tích phần tử hữu hạn.
+ Hậu xử lý (Post Processing): để tìm thêm các thông tin, đại
lượng thứ cấp như các phản lực, lực, ứng suất, nhiệt độ, vẽ biểu đồ, vẽ
sơ đồ biến dạng,…(tính các đại lượng thứ cấp và hiển thị kết quả).
4.1.3. Trình tự mơ phỏng số dựa trên phần mềm CAE
- Trình tự mơ phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên
cơng cụ CAE có thể được liệt kê qua một số bước cơ bản sau:
Tiền xử lý:
Thiết lập các mơ hình/chi tiết máy cho tính tốn phân tích.
Định nghĩa thuộc tính vật liệu cho chi tiết máy/cụm chi tiết.
Lắp ráp các chi tiết/cụm chi tiết.
Định nghĩa các tương tác nếu cần thiết.
Gán điều kiện biên/ đặt tải trọng cần thiết cho mơ hình số.
Chia lưới phần tử hữu hạn
Xử lý: Thực hiện tính tốn thơng qua các phần mềm CAE.
Hậu xử lý (post-processing): để tìm thêm các thông tin, đại
lượng thứ cấp như các phản lực, lực, ứng suất, nhiệt độ, vẽ biểu đồ, vẽ
sơ đồ biến dạng….(tính các đại lượng thứ cấp và hiển thị kết quả).
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


21
4.2. Mô phỏng số cụm hàn quai trên phần mềm Inventor CAE

4.2.1. Giới thiệu chung về phần mềm
Inventor của hãng AutoDesk là sản phẩm hàng đầu dùng để thiết
kế từ CAD, mơ phỏng chun sâu để kiểm tra tính hợp lý của bản thiết
kế chi tiết và các cụm, cung cấp những thông số cần thiết hỗ trợ việc
thiết kế, lắp ráp và có thư viện đầy đủ các yếu tố để tạo bản vẽ chi tiết,
cụm lắp có chất lượng.
4.2.2. Một số chức năng của Inventor
-

Sketch: Môi trường vẽ 2D.

-

Design: Thiết kế chi tiết từ sketch 2D thành hình 3D.

-

Assemble: Lắp ráp các chi tiết 3D thành cụm máy hoặc máy.

4.2.3. Mơ phỏng số cụm hàn quai
Phân tích biến dạng cho tấm đỡ có chiều dày: T = 20 mm.
Vật liệu: Thép tiêu chuẩn P20 với các thông số:
Tỷ khối (Density): 7860 (kg/m3)
Sức bền uốn (Yield Strength): 2,5.108 (N/m2)
Giới hạn bền kéo sau khi tôi cải thiện: B = 75 (kg/mm2) =
7,5.108 (N/m2)
Số phần tử (Elements): 454634; Số nút (Nodes): 810881
Loại phần tử: Phần tử 3 chiều bậc nhất (3D Tetrahedral).
Kết luận: Với kết quả thu được sau khi phân tích trên phần mềm
Autodesk Inventor, ta thấy với chiều dày tấm đỡ T = 20 (mm), độ võng

của tấm đỡ là 0,2475 (mm), tương đối nhỏ. Như vậy, chọn chiều dày
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


22
tấm đỡ T = 20 (mm). Các ứng suất chính tương đương và ứng suất
Von Mises Stress đều nhỏ hơn giới hạn bền kéo 7,5.108 N/m2 và uốn
2,5.108 N/m2 nên có thể nói: Tấm đỡ đã đủ bền để đạt được những
yêu cầu kỹ thuật đặt ra lúc đầu của người thiết kế.
4.3. Mô phỏng số cụm siêu âm trên phần mềm NX CAE
4.3.1. Giới thiệu về phần mềm NX CAE
Là một Module trong NX, NX CAE (Module Simulation) phân
tích chun sâu q trình thiết kế, tính tốn lực, sức bền và mô phỏng
các chi tiết chuyển động trên phần mềm dùng để dự đoán và giải các
bài toán sản xuất trước khi chúng được đưa vào thực tế. Ngoài ra, sử
dụng để phân tích các trạng thái chuyển động: Rung, dịng chảy, gió…
4.3.2. Cụm hàn siêu âm
Máy hàn siêu âm gồm 3 bộ phận: Thùng hàn (1), súng hàn (2),
đe hàn (3).
Thùng hàn có chức năng phát ra dịng điện, dòng điện qua súng
hàn sẽ tạo ra tần số làm rung đầu súng hàn, nó khuếch đại qua đe hàn
để tạo thành siêu âm để hàn.
4.3.3. Mô phỏng số cụm hàn siêu âm
- Mơ hình tính tốn:
+ Chia lưới:
Kích thước phần tử: (Element Size): 7 mm
Số phần tử (Elements): 27158
Số nút (Nodes): 41258

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


23
Loại phần tử: Phần tử 3 chiều bậc nhất (3D Tetrahedral).
Loại

Vật liệu

Modun đàn

Hệ số

(kg/m )

hồi (GPa)

Poisson

Tỷ trọng
3

Đe hàn

Thép

7860


209

0.3

Súng hàn

Thép

7860

209

0.3

Vòng gốm áp

Gốm

7600

65

0.31

điện

PZT-8

Tấm điện cực


Đồng

8900

115

0.31

Ốc khóa

Thép

7860

209

0.31

- Kết quả đạt được sau mơ phỏng số:
Chuyển vị lớn nhất tại bề mặt đầu búa hàn tương ứng với kết
quả thể hiện trên hình màu đỏ, lúc này chuyển vị lớn nhất là 1,5917
μm tại tần số dao động là 19678 Hz (sai số khoảng 1,6 % so với tần số
thiết kế 20000 Hz).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ