Tính toán và thi t k ế ế ệ h thống cơ khí khung nâng xe

Đồ án thiết kế hệ thống Cơ Khí – Cơ Điện Tử thông minh là một học phần bắt buộc trongchương trình Module 4 – Cư nhân Cơ Điện Tử, học phần giúp sinh viên bước đầulàm quen với việc thiết k

Trang 1

BÁO CÁO ĐỒ ÁN GVHD : T.S NGUYỄN TRỌNG DU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh Khoa Học – Kỹ Thuật ngày càng phát triển và ứng dụng vào trong doanh nghiệp Đi kèm đó là các doanh nghiệp luôn tìm những giải pháp để giảm chi phí nhân công, giảm chi phí kho bãi và những lỗi kỹ thuật có thể có trong công tác lưu chuyển gây ra thì kho hàng tự động nổi lên Đây một giải pháp để giải quyết bài toán trên một cách hiệu quả, tối ưu về chi phí nhân công, giảm diện tích nhà kho, tăng độ chính xác trong quá trình lưu trữ và lấy hàng hóa

Thiết kế hệ thống Cơ Khí – Cơ Điện Tử thông minh là yêu cầu cốt lõi của sinhviên các ngành Cơ Khí nói chung và sinh viên Cơ Điện Tử nói riêng Đồ án thiết

kế hệ thống Cơ Khí – Cơ Điện Tử thông minh là một học phần bắt buộc trongchương trình Module 4 – Cư nhân Cơ Điện Tử, học phần giúp sinh viên bước đầulàm quen với việc thiết kế cơ khí cho một hệ thống, ứng dụng các phần mềmSolidworks 2D/3D, mô phỏng nguyên lý hoạt động Đây là một cơ hội tuyệt vời đểsinh viên có thể áp dụng kiến thức được học trên giảng đường vào các bài toán

thực tế Để là hành trang kiến thức, đảm bảo cho sinh viên sau ra khi trường có thể

tự thiết kế những sản phẩm sao cho đảm bảo về tiêu chí kỹ thuật, chất lượng và

vừa đảm bảo cả về các tiêu chí kinh tế

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Trọng Du trong suốt

15 tuần vừa qua, cảm ơn sự hướng dẫn, cung cấp tài liệu của các thầy cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đề tài này

SVTH : NGÔ ĐẮC SANG

download by : skknchat@gmail.com

Trang 3

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

Lời mở đầu

Phần 1 : Tổng quan về kho hàng tự động

1.1 Giới thiệu chung về kho hàng tự động

1.2 Tìm hiểu về hệ thống kho hàng tự động

Phần 2 : Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật

Phần 3 : Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí khung nâng xe

Chương 1 : Tính toán sơ bộ

Chương 2 : Bộ truyền cấp nhanh Chương 3 : Bộ truyền cấp chậm

Chương 4 : Bộ truyền xích

Chương 5 : Thiết kế trục

Chương 6 : Then và Ổ lăn

Chương 7 : Thiết kế vỏ hộp giảm tốc

Phần 4 : Tính toán và thiết kế hệ thống xe di chuyển

Chương 2 : Bộ truyền cấp nhanh Chương 3 : Bộ truyền cấp chậm

Chương 4 : Bộ truyền xích

Chương 5 : Trục

Chương 6 : Then và ổ lăn

Chương 7 : Thiết kế hộp giảm tốc

Phần 5 : Kết luận

Trang 4

Phần 1 : Tổ ng quan về kho hàng tự động1.1 Giới thiệu chung về kho hàng tự động :

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và nền công nghiệp trên thế giới nói riêng đang phát triển mạnh mẽ Ngày trước sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc vận chuyển hàng hóa vào kho là hoàn toàn bằng sức người, do đó không tận dụng hết không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lí trở nên kho khăn kém hiệu quả

Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng phát triển, hàng hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho

xã hội Từ đó đã nảy sinh cần có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những hạn chế của các kho hàng cũ

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưng trong đó chủ yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡhàng là các máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho

Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:

Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa

Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường

để chung với nhau trong 1 kho)

Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên

nhau)

Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho

Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa

Trang 5

được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm được nhân công …

Hình 1.1 Xe nâng hàng

Ngày nay, thay vì cách lưu trữ hàng hóa thủ công tốn nhiều diện tích

và nhân công lao động, nhiều công ty trên thế giới đã trang bị hệ thống kho hàng tự động cho văn phòng, nhà xưởng của mình…Với việc ứng dụng côngnghệ cao trong việc cất giữ hàng hóa, giờ đây chúng ta có thể quản lý hàng hóa của mình một cách khoa học, có hệ thống và có tính linh hoạt cao, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm giá thành hoạt động

Hình 1.2 Hệ thống kho hàng

Trang 6

BÁO CÁO ĐỒ ÁN GVHD : T.S NGUYỄN TRỌNG DU 1.2 Tìm hiểu về hệ thống kho hàng tự động :

Kho hàng tự động là một hệ thống lấy cất hàng hóa tự động với côngnghệ hiện đại, được sử dụng trong các nhà kho hoàn toàn tự động Hệthống gồm có 2 phần chính là phần mềm và phần cứng

Phần mềm gồm có phần mềm quản lý các robot lấy cất hàng

và phần mềm quản lý hàng hóa

Phần cứng bao gồm các hệ thống giá kệ cố định, các robot lấy cất

hàng ,hệ thống các băng tải vận chuyển hàng và hệ thống các tự động trả hàng.

Kho hàng tự động ra đời giải quyết được các vấn đề khó trong công nghiệp

như:

Mật độ lưu trữ cao: do giải pháp này tận dụng được chiều cao vàđường chạy của robot nhỏ nên diện tích sử dụng sẽ ít hơn những giảipháp khác, so sánh trên cùng khả năng lưu trữ giúp tiết kiệm chi phí đầu

tư cho diện tích sử dụng, xây dựng và hệ thống lạnh

Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/ phút/ robot

Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần một robot cho một nhà kho giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư

Không cần hệ thống chiếu sáng,do đó tiết kiệm chi phí đầu tư hệthống chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành

Thất thoát nhiệt thấp: thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào, bù nhiệt cho hệ thống chiếu sáng là những nguồn thất thoát nhiệt chính trong các kho lạnh Sử dụng diện tích nhỏ hơn các giải pháp khác nên thất thoát nhiệt xuống đất

sẽ thấp hơn Ngoài ra với hệ thống cửa ra vào tự động và có phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ là rất thấp,giảm thời gian xả đá của hệ thống lạnh.

Không sử dụng lao động trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công,quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ

Trang 7

Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp với công nghệ mã vạch (Barcode) hay thẻ từ (Transponder) giúp giảm chi phí quản lý và nhân công, đồng thời cũng dễ dàng đạt được các tiêu chuẩn ISO

để tạo lợi thế cạnh tranh

Mô hình nhà kho có khả năng lưu trữ cao nhưng tốc độ thấp thích hợp cho các nhà máy mà sản phẩm của họ được sản xuất với năng suất cao, số lượng lớn.

Hình 3 : Hệ thống kho hàng tự động trong công nghiệp

Đối với các nhà máy chỉ sản xuất một sản phẩm thì hệ thống băng

chuyền chỉ đơn thuần phân phối sản phẩm cho các robot một cách tối ưu

Nhưng với những nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng lúc thì hệ thống băng chuyền còn thực hiện phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp

Trang 8

Phần 2 : Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật

1- Hộp giảm tốc (cơ cấu nâng)2- Hệ thống con lăn giữ xenâng

3- Hệ bánh răng – thanh răng4- Động cơ

5- Hộp giảm tốc (xe di chuyển)

6- Bộ truyền xích7- Hệ con lăn di chuyển hàng8- Bánh xe

9- Hệ thống nâng10- Ray dẫn vào kho11- Xe di chuyển12- Hàng hóa13- Bộ truyền xích14- Thanh răng và cột dẫnhướng

2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống :

Cơ cấu nâng: Hộp giảm tốc – 1, gắn với hệ thống nâng - 9, đầu vào được

nối với động cơ – 4a tạo chuyển động quay với tốc độ lớn, đẩu ra được gắn với bánh răng trong hệ bánh răng thanh răng – 3 Hệ thanh răng bánh răng – 3 :thanh răng cố định thẳng đứng nên bánh răng sẽ lăn trên thanh răng theo phương thẳng đứng, với hệ thống con lăn – 2 có chức năng giữ cân bằng tạo

ra sự di chuyển theo phương thẳng đứng(lên, xuống) của hệ thống nâng – 9.

Xe di chuyển: Hộp giảm tốc – 5, gắn với xe di chuyển - 11, đầu vào được

nối với động cơ – 4b tạo chuyển động quay với tốc độ lớn, đẩu ra được gắn với 2 bánh xe – 8 qua bộ truyền xích – 6 Bánh xe biến chuyển động quay

Trang 9

thành chuyển động tịnh tiến giúp xe di chuyển – 11 có thể di

chuyển theo phương ngang(vào, ra)

Hệ con lăn: Hệ con lăn – 7 nối với động cơ – 4c(động cơ biến tần) thông

qua bộ truyền xích – 13 Động cơ tạo chuyển động quay, qua bộ truyền xích

để giảm tốc độ truyền đến hệ con lăn, hệ con lăn tạo ra sự chuyển động theo phương ngang(trái, phải) của hàng hóa – 12

2.2 Cơ cấu dẫn hướng :

Hệ con lăn - 2:

Thanh dẫn hướng thép được mài nhẵn gắn trong đườngray chịu bằng nhôm Các trục thép dẫn xe chạy, các conlăn của xe lăn sắt (không có độ hở) trên trục thép

Trang 10

2.3.2 Thông số / yêu cầu kỹ thuật của hệ thống :

Thời gian phục vụ: l h = 30000 (h)

Đặc tính tải trọng: êm

Cụm xe nâng:

Đường kính lăn bánh răng 3: d 3 = 160 mm

Chiều cao xe nâng: h = L/4 mm

Chiều dài xe nâng: L = 1300 mm

Chiều dài phần đặt hộp giảm tốc: L 1 = 1000 mm

Chiều dài phần đặt hàng trên xe: L 2 = 700 mm

Trang 11

Phần 3 : Tính toán và thiế t kế hệ thống

cơ khí khung nâng xe

Trang 12

Hình 3.1 Phân tích lực tác dụng

lên hệ 3.1.1 Xác định công suất yêu cầu :

a) Tính toán cho quá trình nâng c ủa hệ:

- Hệ số ma sát lăn: f = 0,005 (Tr 44 [3])

- Lấy điểm A nằm giữa con lăn 1-3 và con lăn 2

- Giả thiết bỏ qua lực tỳ của con lăn 3 (vì hệ thống nâng có xu

hướng tách con lăn 3 ra khỏi thanh dẫn hướng)

Xét cân bằng tại điểm A:

Trang 13

Trang 14

Lực F

⇒ =

Công suấ t đâ u ra của hệ thố

để thắng lực cản khi hệ thống nâng lên:

b) Tính toán cho quá trình hạ và giữ hệ:

- Khi hệ thống đi xuống vẫn chịu tác dụng của các lực như khi hệ

thống đi lên (bỏ qua lực tỳ ở con lăn 3)

- Fms1, Fms2, F đổi chiều so với khi hệ thống đi lên

Xét lực cân bằng trên toàn hệ thống nâng:

- Hiệu suất nối trục di động: η k = 0,99

- Hiệu suất 1 cặp ổ lăn : η ol = 0,99 (4 cặp ổ lăn)

Trang 15

Trang 16

- Hiệu suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc η br = 0,97 (2cặp bánh răng)

⇒(bả

ng=P2 3 Tr194 2[1]) = 0,99.0,994 0,97 2 0,93 = 0,83

d) Công suất cần thiết trên trục động0,204cơ:

= = 0,83 = 0,245 3.1.2 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ :

Trang 17

Trang 18

Trang 19

3.1.5 Tính toán các thông số trên trục :

Công suất trên trục:

Tốc độ quay của

Trang 20

Trang 21

Trang 22

Trang 23

TrụcThông số

Chương 2 : Bộ truyền cấp nhanh

Thông số đầu vào:

Trang 24

KxH – Hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng

YR – Hệ số xét đến ảnh hưởng cảu độ nhám mặt lượn chân răng

YS – Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất

KxF – Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn

KFC – Hệ số xét đến ảnh hưởng của tải đặt Chọn KFC=0,8(đặt tải 2phía) Trong thiết kế sơ bộ : ZR Zv KxH = 1 và YR YS KxF = 1

SH, SF – Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn

KHL, KFL – hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng cảu thời gian phục vụ

và chế độ tải trọng của bộ truyền:

Trang 25

Trang 26

Trang 27

[ 1 [ 2

Ka – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng:

Tra bảng P6.1 Tr92 [1]→ Với bánh răng trụ thẳng ta lấy Ka = 49,5(MPa)

T1 – Momen xoắn trên trục bánh răng chủ động(Nmm):

– Hệ số kể đến sự phân bố không đồng đều tải trọng trên

Trang 28

Trang 29

- Sai số tỉ số truyền : Δu = − 100% =

Trang 31

- ,Hệ số kể đến sự phân bố không đều tảớitrọng trênrăngcác đôi răng đồng

- ,– Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều dài vành kh=i

1,22tínhứng suất tiếp và uốn Tra bảng P6.7 Tr98 [1] ứng với sơ đồ 3 :răng{

Kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng về độ bền tiếp xúc:

=

Thay các số liệu vào biểu thức ta được:

Trang 32

Trang 35

1 2

Trị số

1281,5387,95019151

0,0390,296

Trang 36

Trang 38

Trang 39

[ ] = [ ] =

– Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

KxH – Hệ số xét đến ảnh hưởngcủa kích thước bánh răng

YR – Hệ số xét đến ảnh hưởng cảu độ nhám mặt lượn chân răng

Y S – Hệ số xét đến độ nhạy của vật liệu đối với tập trung ứng suất K xF –

Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến

Trang 40

KHL, KFL – hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng cảu thời gian phục vụ và chế

độ tải trọng của bộ truyền:

- mH, mF – bậc của đường cong mỏi khí thử về ứng suất tiếp xúc và uốn

Trang 41

Trang 42

Trang 43

Xác định sơ bộ khoảng cách trục đối với cấp nhanh:

w2 = ( 2 + 1) 3 √[ ] 22 2

Trong đó:

Ka – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng:

Tra bảng P6.1 Tr92 [1]→ Với bánh răng trụ thẳng ta lấy Ka = 49,5(MPa)

T2 – Momen xoắn trên trục bánh răng chủ động(Nmm):

T2 = 60050,71 Nmm[ H] - Ứng suất tiếp xúc cho phép(MPa)[ H] = 409,09 MPa

Tra bảng P6.7 Tr98 [1]→ ứng với sơ đồ 3, ta chọn

chiều rộng vành răng khi tính ứng suất tiếp xúc và uốn:

Trang 44

Trang 46

SVTH : NGÔ ĐẮC SANG 30 LỚP : CK-CĐT-04

Trang 48

Trang 50

SVTH : NGÔ ĐẮC SANG 32 LỚP : CK-CĐT-04

Trang 51

Các thông số và kích thước bộ truyền cấp chậm:

3 4

3

Trị số

1732,5523,76029109-0,06

Trang 53

Trang 54

trơn II,-

Tr82 [1] →ảng P5.6 Tr82 [1] →

Trang 55

Trang 58

Theo bảng P5 2 Tr78

đ: hệ số tải trọng động,v: vận tốc trung bình của xích:

Theo bảng P5.10 Tr86 [1] với p = 12,7(mm) và n =1390 (vg/ph) → [s] = 13,2

Trang 59

E: mô đun đàn hồi,

Chọn vật liệu làm bánh xích là thép 45 tôi+ram đạt độ rắn HRC45 có ứng suất

tiếp xúc cho phép [ H] = 800 Đảm bảo độ bền tiếp xúc cho răng đĩa nhỏ Tương tự với bánh xích 2.

h) Lực tác dụng lên trục:

Trang 60

Trang 61

Các thông số và kích thước bộ truyền xích:

6 Số răng đĩa xích lơn

N

Trang 62

+ T – Momen xoắn trên trục bánh răng (Nmm)

+ dw – Đường kính vòng lăn bánh răng (mm)

Trang 63

Trang 64

Xác định chiều dài mayơ đĩa xích, mayơ bánh răng trụ: =

+ hn: chiều cao nắp ổ và đầu bu lông

+ k3: khoảng cách từ cạnh chi tiết quay đến nắp ổ

Định dạng
Số trang	210
Dung lượng	2,05 MB