Thuyết minh đồ án hệ thống kho hàng tự động

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 trang bị hệ thống kho hàng tự động cho văn phòng, nhà xưởng của minh,... Với công việc ứng dụng công nghệ 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.

PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ LỸ THU ẬT

T ng quan h ổ ệ thống

Hệ g m có 3 thành phồ ần chuyển động độ ậc l p chính bao gồm cơ cấu nâng (1), chuyển động tịnh ti n cế ủa xe (2) và các con lăn chuyển hàng (3)

Quá trình làm việc của xe nâng hàng diễn ra như sau: Xe sẽ lấy hàng và điều chỉnh độ cao lên hoặc xuống đến dãy tầng yêu cầu thông qua bộ phận nâng.

Xe di chuyển vào kho qua bánh xe, và khi đến nơi, hàng hóa trên xe được xếp vào kho chứa thông qua các con lăn gắn trên xe.

Các thông s quan tr ng c a h ố ọ ủ ệthống:

2 Đặc tính tải trọng: va đập vừa

3 Đường kính lăn bánh răng d 3 = 190 (mm)

4 Chi u cao xe nâng: ề h = 312,5 (mm)

5 Chi u dài xe nâng: ề L = 1250 (mm)

7 Trọng lượng tối đa của xe nâng G n = 300 (kg)

8 Trọng lượng tối đa của hàng và xe G d = 160 (kg)

9 Đường kính bánh xe d s = 150 (mm)

10 V n t c xe di chuyậ ố ển hàng V x = 10 (m/ph)

11 Chi u dài xe di chuyề ển L 1 = 700 (mm)

12 Chi u dài phề ần đặt hàng trên xe L 2 = 600 (mm)

1.2 Xác định các thành ph n c a h ầ ủ ệthống dẫn động

Hệ có 2 thành phần độc lập, tách bi t nhau, bao g m h ệ ồ ệthống nâng h s d ng ạ ử ụ bàn nâng và xe ch hàng ở

Hệ thống con lăn và cơ cấu giữ xe nâng

Xác định các thành phần của h ệ thố ng d ẫn động

1.2 Xác định các thành ph n c a h ầ ủ ệthống dẫn động

Hệ có 2 thành phần độc lập, tách bi t nhau, bao g m h ệ ồ ệthống nâng h s d ng ạ ử ụ bàn nâng và xe ch hàng ở

Hệ thống con lăn và cơ cấu giữ xe nâng

- 2 thanh răng được gắn với 2 cột d n ẫ hướng c ố định

- 2 bánh răng nằm trên trục ra của h p sộ ố và liên k t vế ới thanh răng

- 6 bánh xe có nhi m v tệ ụ ỳ và dẫn hướng cho cơ cấu

- khung xe và các kh p n i ớ ố

 H ệthống có nhi m v nâng và h xe t i ray dệ ụ ạ ớ ẫn để đi vào kho.

Khi nhận tín hiệu điều khiển, động cơ sẽ được cấp điện để quay, kéo theo toàn bộ giá nâng di chuyển tịnh tiến đến vị trí yêu cầu Hệ thống truyền động răng - bánh răng chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Chiều di chuyển của giá nâng phụ thuộc vào chiều của điện áp được áp dụng vào động cơ.

Việc d ng và kh ng ch hành trình c a giá ừ ố ế ủ nâng phụ thu c vào các c m bi n và công tộ ả ế ắc hành trình đặt dọc theo các ray dẫn hướng

TÍNH TOÁN THIẾ T KẾ TRONG HỆ TH ỐNG CƠ KHÍ

Tính toán độ ng h ọc

- Công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ: Pyc (kW) about:blank 12/85

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRONG HỆ THỐNG CƠ KHÍ

- Công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ: Pyc (kW)

- Số vòng quay sơ bộ ủa động cơ n c sb (vg/ph) ho c tặ ốc độ đồng hồ của động cơ ndb (vg/ph)

- Tỉ s momen m máy: Tố ở mm /T ( n u cế ần)

- Chọn được động cơ điện phù hợp

- Tra các thông s ố cơ bản của động cơ

Sơ đồ động học của hệ th ng xe ố

Hnh 2.1 Sơ đồ hệ thống

Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 about:blank 13/85

Hnh 2.2 Sơ đồ động học

Hnh 2.3 Sơ đồ ực tác d ng lên bàn nâng l ụ

2.1.1 Xác định công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ điện

Công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ điện: Pyc = 𝑃𝑙𝑣/𝜂𝑐 (kW) (1.1)

Trong đó: Pyc - là công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ điện

Plv - là công suất trên bộ phận máy công tác ( tr c c a bụ ủ ộ phận làm việc ) ấ about:blank 14/85

2.1.1 Xác định công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ điện

Công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ điện: Pyc = 𝑃 𝑙𝑣 /𝜂 𝑐 (kW) (1.1)

Trong đó: Pyc - là công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ điện

Plv - là công suất trên bộ phận máy công tác ( tr c c a bụ ủ ộ phận làm việc )

𝜂 𝑐 - là hi u su t chung c a toàn c m ệ ấ ủ ụ

 Xác định công su t trên tr c máy công tác: ấ ụ Cụm nâng c a kho hàng có hai quá trình c n quan tâm là quá trình nâng và quá trình ủ ầ hạ

- Trọng l c cự ủa các bộ phận trong c m, g i là l c cụ ọ ự ản chính ( vì thường là lớn hơn các lực cản khác, vd: l c c n do ma sát);ự ả

Lực ma sát giữa con lăn và ray sẽ thay đổi tùy thuộc vào hướng di chuyển của cơ cấu, với nguyên tắc là luôn ngược chiều với hướng di chuyển của cụm.

Khi thực hiện quá trình nâng, cụm cơ cấu nâng bao gồm hàng hóa và các bộ phận liên quan như giá xe đỡ và xe mang hàng sẽ di chuyển lên trên Lực phát động trong quá trình nâng thường có hướng đi lên, do đó lực này thường ngược chiều với lực cản từ ma sát và trọng lực.

Khi hạ cẩu, cơ cấu nâng cùng với các bộ phận liên quan như giá xe đỡ và xe mang hàng sẽ di chuyển xuống dưới Lực phát động trong quá trình này thường hướng xuống, ngược chiều với lực cản do ma sát nhưng lại cùng chiều với trọng lực.

Trọng lượng của hàng hóa và xe di chuyển được ký hiệu là G, trong khi trọng lượng của xe ủ nâng được ký hiệu là Gn Lực ma sát khi nâng hàng là Fự ms,n, và lực ma sát khi hạ hàng là Fạ ms,h.

- Quá trình nâng: F = Fc,n ms,n + G + Gn d (1.2a)

- Quá trình h : Fạ c,h = - Fms,h + G + Gn d (1.2b)

Lực cản khi nâng vật thường lớn hơn lực cản khi hạ, vì vậy khi chọn động cơ, cần đảm bảo động cơ có khả năng làm việc hiệu quả trong quá trình nâng.

Với: f là h s ma sát gi1– ệ ố ữa con lăn và dẫn hướng

N – là áp l c giự ữa con lăn và dẫn hướng

Suy ra: F = f [G L/2 + G L] / h v i h s ma sát ms 1 n d ớ ệ ố f 1 = 0,05 (thép thép) –

Công su t có ích trên tr c b ấ ụ ộphận công tác: Plv,n = 𝐹𝑐,𝑛 𝑉𝑛 60 1000 (kW) (1.3a) about:blank 15/85

Với: f là h s ma sát gi1– ệ ố ữa con lăn và dẫn hướng

N – là áp l c giự ữa con lăn và dẫn hướng

Suy ra: F = f [G L/2 + G L] / h v i h s ma sát ms 1 n d ớ ệ ố f 1 = 0,05 (thép thép) –

Công su t có ích trên tr c b ấ ụ ộphận công tác: Plv,n = 𝐹𝑐,𝑛 𝑉𝑛 60.1000 (kW) (1.3a)

Cuối cùng ta có công su t trên trấ ục bộ phận công tác:

𝑡𝑟 𝜂 ) 𝑜𝑡𝑟 (kW) (1.3b) Trong đó: 𝜂𝑡𝑟 – là hi u suệ ất thanh răng – bánh răng

𝜂𝑜𝑡𝑟 là hi u su– ệ ất ổ trục con lăn xe nâng

Vn – là v n tậ ốc nâng ( đầu bài cho hoặc xác định t yêu c u thi t k ) ừ ầ ế ế

 Xác định hiệu su t chung c a cấ ủ ụm truyền động:

𝜂𝑐 = 𝛱𝜂 𝑖 𝑘 (1.4a) Trong đó: 𝜂𝑖 – là hi u su t c a chi ti t ho c b truyệ ấ ủ ế ặ ộ ền th i ứ

K - là s chi ti t hay b truy n th ố ế ộ ề ứ i đó Với sơ đồ bố trí h dệ ẫn động như đề bài, ta có:

Bảng 2.1 Hiệu su t các b ấ ộphận , b truy n trong c m trộ ề ụ uyền động

Tên g i ọ Kí hi u ệ Số lượng Giá tr ịchọn Ghi chú

Hiệu Su t 1 cấ ặp ổ lăn 𝜂𝑜𝑙 3 0,995

Hiệu su t 1 cấ ặp bánh răng 𝜂𝑏𝑟 2 0,97

 Tính công su t yêu c u trên trấ ầ ục động cơ:

Plv = 60 1000 522 34 10 0, 0, 99 93 = 3,2 (kW) , v i chớ ọn 𝜂 𝑡𝑟 = 0,93 , 𝜂 𝑜𝑡𝑟 = 0,99 , gia t c trố ọng trường g(m/𝑠 2 ) ( theo 1.3b)

Suy ra: P yc= 0,972 3,2 = 3,45 (kW) (theo 1.1) about:blank 16/85

Plv = 60 1000 522 34 10 0, 0, 99 93 = 3,2 (kW) , v i chớ ọn 𝜂𝑡𝑟 = 0,93 , 𝜂𝑜𝑡𝑟 = 0,99 , gia t c trố ọng trường g(m/𝑠 2 ) ( theo 1.3b)

2.1.2 Xác định tốc độ quay sơ bộ của động cơ hoặ ốc độc t đồng bộ của động cơ cần

Tốc độ quay sơ bộ động cơ cần có: nđc,sb = nlv usb (1.5)

Trong bài viết này, nđc và sb đại diện cho số vòng quay sơ bộ cần thiết của động cơ, trong khi nlv biểu thị tốc độ quay của trục máy công tác Thêm vào đó, usb là tỷ số truyền sơ bộ của cụm, đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động của hệ thống.

 Xác định tốc độ quay trên tr c b ụ ộphận công tác:

3 (1.6a) Trong đó: 𝑣𝑛 là v n t– ậ ốc nâng (m/ph)

Với v n tậ ốc nâng 𝑣𝑛 (m/ph); đường kính lăn 𝑑3(mm) nlv = 1000 𝑣 𝑛

 Xác định tỷ số truy n chung c a c m ề ủ ụ Công th c chung: ứ 𝑢𝑠𝑏 = 𝛱 𝑢𝑖,𝑠𝑏 (1.7a) Trong đó : 𝑢𝑖,𝑠𝑏 – là tỉ số truyền sơ bộ của bộ truyền th i; ứ

Với sơ đồ ụm đã cho, ta có: c

Với 𝑢𝑏𝑟1,𝑠𝑏, 𝑢𝑏𝑟2,𝑠𝑏 lần lượt là tỉ s truyố ền sơ bộ ủa bánh răng cấ c p nhanh ( cấp 1) và b truyộ ền bánh răng cấp chậm ( c p 2) trong c m; ấ ụ 𝑢 𝑘1 , 𝑢 𝑘1 lần lượt là t ỉ

Nguyễn Xuân Tùng - 20187510, số truy cập về khớp nối từ trục động cơ sang trục vào của HGT và khớp nối từ trục ra của HGT sang trục bộ phận công tác.

Bảng 2.2 T sỉ ố truyền sơ bộ của các bộ phận, b truy n trong c m truy n chuyộ ề ụ ề ển động

Tên g iọ Kí hi uệ Số lượng Giá trịchọn Ghi chú about:blank 17/85

8 số truy n t cề ừ ủa khớp n i t ố ừtrục động cơ sang trục vào của HGT và c a kh p nủ ớ ối từ trục ra của HGT sang tr c b ụ ộphận công tác

Bảng 2.2 T sỉ ố truyền sơ bộ của các bộ phận, b truy n trong c m truy n chuyộ ề ụ ề ển động

Tên g i ọ Kí hi u ệ Số lượng Giá tr ịchọn Ghi chú

Tỉ s truy n kh p n i t ố ề ớ ố ừ trục động cơ sang trục vào của HGT

Tỉ s truyố ền sơ bộ ủ c a b ộ truyền bánh răng cấp nhanh

Tỉ s truyố ền sơ bộ ủ c a b ộ truyền bánh răng cấp chậm( cấp 2)

Tỉ s truy n c a kh p n i t ố ề ủ ớ ố ừ trục ra của HGT sang trục bộ phận công tác

 Xác định tốc độ quay sơ bộ ủa động cơ c hoặc tốc độ đồng b cộ ủa động cần nlv = 34 1000

𝑢 𝑠𝑏 =8 1 1 8 = 14 Suy ra: nđc,sb V,99 14 = 797,86(vg/ph) (theo 1.5)

Vậy, ch n => n = 1000 (vg/ph) ọ sb

2.1.3 Chọn độngcơ điện Động cơ điện thỏa mãn: { 𝑃𝑑𝑐 ≥ 𝑃𝑦𝑐

 Chọn được loại động cơ là:

Bảng 2.3 B ng thông s cả ố ủa động cơ điện đã chọn

 Tỉ s truy n chung c a cố ề ủ ụm:

Trong bài viết này, nđc đại diện cho tốc độ quay của động cơ đã được chọn, trong khi ả nlv là tốc độ quay trên trục công tác đã được xác định theo công thức 1.6b.

 Phân ph i t s truy n chung cho các b truy n trong hố ỉ ố ề ộ ề ộp:

Công th c chung: ứ 𝑢 𝑐 = 𝛱 𝑢 𝑖 (1.9a) Với u là t s truy n b i ỉ ố ề ộthứ i trong c m ụ

Do u = u =1 nên ti n hành phân u cho k1 k2 ế c 𝑢 𝑏𝑟1 , 𝑏𝑟2 𝑢 dựa vào tiêu chí: theo yêu c u g n nh ầ ọ ẹ

- Lấy u = 1,25 ubr1 br2 ubr2 = 1,25 𝑢 𝑏𝑟2 2 => u br2= √𝑢𝑐/1,25 = 3,70

- Suy ra u = ubr1 c/ubr2 = 1,25 ubr2 = 4,63

2.3 Tính các thông s trên các tr c ố ụ

Hộp gi m t c 1 cả ố ấp nên quy ước gọi trục vào c a HGT là tr c I, tr c trung gian là ủ ụ ụ trục II, trục ra là tr c III; ụ

- Tỉ s truy n t ố ề ừtrục động cơ sang trục I( trục vào của h p gi m t c): ộ ả ố uđcI = u = 1 k

- Tỉ s truy n t ố ề ừtrục I sang tr c II c a HGT: uụ ủ III = ubr1 = 4,63

- Tỉ s truy n t ố ề ừtrục II sang tr c III c a HGT: uụ ủ IIIII = ubr2 = 3,70

- Tỉ s truy n t ố ề ừtrục III ( tr c ra c a h p giụ ủ ộ ảm t c) sang tr c b ố ụ ộphận công tác ( tr c c a b ụ ủ ộphận làm việc): uIIIlv = u = 1 k

2.3.2 Tính tốc độ quay trên các tr c ụ

Từ góc độ quay của động cơ, chúng ta tính toán tốc độ quay cho các trục khác theo trình tự từ trục động cơ đến các trục phía sau bằng công thức phù hợp.

- Tỉ s truy n t ố ề ừtrục III ( tr c ra c a h p giụ ủ ộ ảm t c) sang tr c b ố ụ ộphận công tác ( tr c c a b ụ ủ ộphận làm việc): uIIIlv = u = 1 k

2.3.2 Tính tốc độ quay trên các tr c ụ

Từ góc độ quay của động cơ, ta có thể tính toán tốc độ quay cho các trục khác bằng cách áp dụng công thức: ni = 𝑛 𝑖−1, bắt đầu từ trục động cơ và tiếp tục đến các trục phía sau.

Cụ thể, với sơ đồ truyền động: Động cơ => trục I ( trục vào c a HGT ) => tr c II ( ủ ụ trục ra của HGT) => tr c b ụ ộphận công tác:

Trình t : n => n => n => nự đc II III lv,t

- Tốc đôh quay trên trục động cơ: nđc = 975

- Tốc độ quay trên tr c I ( tr c vào c a HGT): nụ ụ ủ I = 𝑛 đ𝑐

- Tốc độ quay trên tr c II: nụ II = 𝑛 𝑛 𝐼

- Tốc độ quay trên tr c III: nụ III = 𝑛 𝐼𝐼

- Tốc độ quay trên tr c b ụ ộphận công tác: nlv,t = 𝑛 𝐼𝐼𝐼

2.3.3 Tính công su t trên các tr c ấ ụ

Xuất phát t công suừ ất trên tr c bụ ộ phận công tác, ti n hành tính công su t cho các ế ấ trục phía trước nó theo công thức: ni-1 = 𝜂 𝑃 𝑖

Trình t : P => Pự lv III => P => P => PII I đc,t

- Công su t trên tr c bấ ụ ộ phận công tác: Plv = 3,2 (kW)

- Công su t trên tr c III ( tr c ra c a HGT ): ấ ụ ụ ủ

- Công su t trên tr c II ( tr c ra c a HGT ): ấ ụ ụ ủ

- Công su t trên tr c I ( tr c vào c a HGT ): ấ ụ ụ ủ

- Công su t trên trấ ục động cơ ( thực cần – khác với công su t danh ấ nghĩa của động cơ): Pđc,t = 𝑃 𝐼

0, 995 1 = 3,46(kW) Công su t trên trấ ục m t bên c a tr c III( tr c ra cộ ủ ụ ụ ủa HGT ): P’III = 𝑃 𝐼𝐼𝐼

Công su t trên mấ ột tr c công tác ( có 2 trục 2 bên ): P’ụ lv = 𝑃 2 𝑙𝑣 = 3,2

2.3.4 Tính momen xo n trên các tr c ắ ụ

Sau khi đã có công suất và tốc độ quay, ta tính momen xo n trên các tr c theo công ắ ụ thức: T = 9,55 i 10 6 𝑛 𝑃 𝑖

Bảng 2.4 L p bậ ảng thông s ố Động học

Trụ đ/c Trục I Trục II Trục III Trục B phân công tác

Hộp giảm tốc ốc được phân thành hai cấp truyền nhanh và chậm, có thể bao gồm một bước trung gian Cấp truyền nhanh bắt đầu từ trục chủ động cấp I đến trục bị động cấp II, tiếp theo là trục III, đại diện cho cấp truyền chậm.

Hnh 0.4 Sơ đồ động của hộp giảm tốc xe nâng Chọn b truyộ ền là bánh răng trụ răng thẳng:

- Chọn v t liậ ệu bánh răng nhỏ là thép 45 tôi c i thiả ện độ ắ r n HB 0, gi i hớ ạn bền và gi i h n ch y lớ ạ ả ần lượt là  b 1750, ch 1450 (Mpa)

- V t liậ ệu bánh răng lớn là thép 45 thường hóa với độ ắ r n HB0,

Xác nh ng su t cho phép: đị ứ ấ about:blank 22/85

Xác nh ng su t cho phép: đị ứ ấ

- ng su t ti p xúc cho phép: ứ ấ ế

Z R - hệ s ố xét đến độ nhám mặt răng làm việc

Z V - hệ s ố xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

K xH - hệ ố xét đến ảnh hưở s ng của kích thước bánh răng

Y R - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượ chân răngn

Y S - hệ số xét đến độnhạy c a v t liủ ậ ệu đố ớ ậi v i t p trung ứng su t ấ

K xF - hệ ố xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn s

K FC - hệ ố xét đến ảnh hưở s ng của đặt tải, lấy bằng 0,7 do đặt tải 2 chiều

(Trong quá trình tính toán sơ bộ, lấy các hệ số trên bằng 1)

K K - hệ s ốtuổi th , xét b i th i h n ph c v và ch ọ ở ờ ạ ụ ụ ế độ tải tr ng c a b truy n ọ ủ ộ ề

  - ứng su t ti p xúc và ng su t u n cho phép v i chu k uấ ế ứ ấ ố ớ ỳ ốn cơ sở

 N với m H ,m F là b c cậ ủa đường cong mỏi khi th v ử ề ứng su t ti p xúc và uốn, do bánh răng có HB tr c II ( ủ ụ trục ra của HGT) => tr c b ụ ộphận công tác:

Trình t : n => n => n => nự đc II III lv,t

- Tốc đôh quay trên trục động cơ: nđc = 975

- Tốc độ quay trên tr c I ( tr c vào c a HGT): nụ ụ ủ I = 𝑛 đ𝑐

- Tốc độ quay trên tr c II: nụ II = 𝑛 𝑛 𝐼

- Tốc độ quay trên tr c III: nụ III = 𝑛 𝐼𝐼

- Tốc độ quay trên tr c b ụ ộphận công tác: nlv,t = 𝑛 𝐼𝐼𝐼

2.3.3 Tính công su t trên các tr c ấ ụ

Xuất phát t công suừ ất trên tr c bụ ộ phận công tác, ti n hành tính công su t cho các ế ấ trục phía trước nó theo công thức: ni-1 = 𝜂 𝑃 𝑖

Trình t : P => Pự lv III => P => P => PII I đc,t

- Công su t trên tr c bấ ụ ộ phận công tác: Plv = 3,2 (kW)

- Công su t trên tr c III ( tr c ra c a HGT ): ấ ụ ụ ủ

- Công su t trên tr c II ( tr c ra c a HGT ): ấ ụ ụ ủ

0, 995 1 = 3,46(kW) Công su t trên trấ ục m t bên c a tr c III( tr c ra cộ ủ ụ ụ ủa HGT ): P’III = 𝑃 𝐼𝐼𝐼

Công su t trên mấ ột tr c công tác ( có 2 trục 2 bên ): P’ụ lv = 𝑃 2 𝑙𝑣 = 3,2

2.3.4 Tính momen xo n trên các tr c ắ ụ

Sau khi đã có công suất và tốc độ quay, ta tính momen xo n trên các tr c theo công ắ ụ thức: T = 9,55 i 10 6 𝑛 𝑃 𝑖

Hộp giảm tốc ốc được phân chia thành hai cấp truyền động: cấp nhanh và cấp chậm, với khả năng bổ sung một bước trung gian Cấp nhanh bắt đầu từ trục chủ động cấp nhanh I, tiếp theo là trục II, và sau đó là trục III, đại diện cho cấp truyền chậm.

Hnh 0.4 Sơ đồ động của hộp giảm tốc xe nâng Chọn b truyộ ền là bánh răng trụ răng thẳng:

Xác nh ng su t cho phép: đị ứ ấ about:blank 22/85

Xác nh ng su t cho phép: đị ứ ấ

- ng su t ti p xúc cho phép: ứ ấ ế

Z R - hệ s ố xét đến độ nhám mặt răng làm việc

Z V - hệ s ố xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng

K xH - hệ ố xét đến ảnh hưở s ng của kích thước bánh răng

Y R - hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượ chân răngn

Y S - hệ số xét đến độnhạy c a v t liủ ậ ệu đố ớ ậi v i t p trung ứng su t ấ

K xF - hệ ố xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn s

K FC - hệ ố xét đến ảnh hưở s ng của đặt tải, lấy bằng 0,7 do đặt tải 2 chiều

(Trong quá trình tính toán sơ bộ, lấy các hệ số trên bằng 1)

K K - hệ s ốtuổi th , xét b i th i h n ph c v và ch ọ ở ờ ạ ụ ụ ế độ tải tr ng c a b truy n ọ ủ ộ ề

  - ứng su t ti p xúc và ng su t u n cho phép v i chu k uấ ế ứ ấ ố ớ ỳ ốn cơ sở

 N với m H ,m F là b c cậ ủa đường cong mỏi khi th v ử ề ứng su t ti p xúc và uốn, do bánh răng có HB Ch n kh p n i có các thông s sau: ọ ớ ố ố

Thông s ố Kí hi u ệ Giá tr ị

Mô men xo n l n nh t có th truyắ ớ ấ ể ền được T max 250

Số chốt Z 6 Đường kính vòng tâm ch t ố D0 105

Chiều dài phần tử đàn hồi l3 28

Chiều dài đoạn côngxon c a chủ ốt l1 34 Đường kính của chốt đàn hồi dc 14

* Kh p n i tr c làm viớ ố ụ ệc: dsb ≥ 3 √ 0,2 [𝜏] 𝑇 3 ′ = √ 3 268966,73 0,2 20 = 40,67 mm l y dấ 3sb = 45 mm

=> Ch n kh p n i có các thông s sau: ọ ớ ố ố

Số chốt Z 8 Đường kính vòng tâm ch t ố D0 130

Chiều dài phần tử đàn hồi l3 28

Chiều dài đoạn côngxon c a chủ ốt l1 34 Đường kính của chốt đàn hồi dc 14

Vật liệu làm trục là thép C45 tôi thường hóa Ứng suấ ật d p cho phép của vòng cao su: [σ]d=4 (MPa) Ứng suấ ốt u n cho phép c a chủ ốt: [σ]u= 70(N/mm ) 2

3.1.3 Ki m nghi m s c bể ệ ứ ền đập của vòng

* Khớp nối trục động cơ:

* Kh p n i tr c làm viớ ố ụ ệc:

* Khớp nối trục động cơ:

* Kh p n i tr c làm viớ ố ụ ệc:

3.1.5 L c tác d ng lên trự ụ ục

Momen xo n trên các ắ trục:

Xác định sơ bộ đường kính tr c : ụ dk ≥ 3 √ 0,2 [𝜏] 𝑇 𝑘

Trong đó [ ] là ng su t xo n cho phép, có giá tr 15 30 (MPa) ứ ấ ắ ị

Lấy [ ] = 20 (MPa) d1sb ≥√ 3 0,2 [𝜏] 𝑇 1 mà tr c I nụ ối với động cơ qua khớp nói nên d = d (0,8 1sb đc ÷ 1,2)

Nên l y d = 35mm ấ 1 d2sb ≥√ 3 0,2 [𝜏] 𝑇 2 = 3 √ 147634,5 0,2 20 = 33,29 mm l y d = 40 mm ấ 2sb d3sb ≥√ 3 0,2 [𝜏] 𝑇 3 ′ = 3 √ 268966,73 0,2 20 = 40,67 mm l y dấ 3sb = 45 mm

Chọn sơ bộ đường kính trục là:

- Chọn d = 35mm, theo 1 bảng 10.2[1], ta được chi u rề ộng ổ lăn b0 = 21mm

- Chọn d = 40mm, theo 2 bảng 10.2[1], ta được chiều rộng ổ lăn b0 = 23mm

- Chọn d = 45mm, theo 3 bảng 10.2[1], ta được chiều rộng ổ lăn b0 = 25mm.

Xác đị nh kho ng cách gi a các g ả ữ ối đỡ và điểm đặ ực…………………… t l

Chọn sơ bộ đường kính trục là:

- Chọn d = 35mm, theo 1 bảng 10.2[1], ta được chi u rề ộng ổ lăn b0 = 21mm

3.2 Xác định kho ng cách gi a các gả ữ ối đỡ và điểm đặt lực

Chiều dài mayơ của nối trục vòng đàn hồi: lm12 = (1,4 … 2,5)d = (1,4…2,5).35 = (49…62,5) 1 chọn lm12 = 55mm lm33 = (1,4…2,5)d3=(1,4…2,5).45=(63…112,5) (mm)

Chọn lm330 (mm) Chiều dài mayơ của các bánh răng trụ:

Chọn lm13 = 50 (mm), -Trục II: lm22= (1,2…1,5).40 = (48…60) Chọn lm22 P(mm) lm23= (1,2…1,5).40 = (48…60) Chọn lm23 U(mm)

- Trục III lm34= (1,2…1,5).45 = (45…67,5) Chọn lm34 = 66(mm)

Các tr s k ị ố ichọn theo bảng 10.3[1]

-Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của h p, ho c ộ ặ khoảng cách giữa các chi ti t quay: Ch n k mm;ế ọ 1

-Khoảng cách từ mặt mút ổ đến thành trong c a h p: Ch n k mm ủ ộ ọ 2

-Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ: Ch n k mm ọ 3

-Chiều cao nắp ổ và đầu bulông: Chọn h mm n

Chiều dài các đoạn trục lki của các trục.

 Theo bảng 10.4[1] ta có các thông s cố ủa trục II:

 Các thông s c a trố ủ ục III: l c 33 0,5(l m 33 b 0 )k 3 h n

Hình 3.1 Sơ đồ đặ ựt l c chung

3.3 Xác định các l c tác d ng lên tr c I ự ụ ụ

3.3.1 Xác định kho ng cách gi a các gả ữ ối đỡ và điểm đặt lực

Ta có: l = l = 119 mm 13 23 lc12 = 67 mm l11 = l = 178 mm 21 about:blank 45/85

3.3 Xác định các l c tác d ng lên tr c I ự ụ ụ

Ta có: l = l = 119 mm 13 23 lc12 = 67 mm l11 = l = 178 mm 21

Để xác định lực từ bánh răng tác dụng lên trục, chúng ta chọn hệ trục tọa độ như hình 10.3 Sử dụng công thức 10.1 và 10.5 cùng với các quy ước về chiều và các đại lượng tương ứng của lực, chúng ta có thể phân tích lực tác động lên trục I.

- Vị trí đặ ực của bánh 1: âm do đó rt l 13 = d /2 = -26,65 mm w1

- Trục 1 quay ngược chiều kim đồng hồ , do đó cq1 = 1

- Bánh răng 1 chủ động , do đó cb13 = 1

- Hướng răng trên bánh răng 1: do bánh răng trụ thẳng đứng nên hr = 0 13

Lực từ khớp n i tác d ng lên ố ụ trục ( xem h.10.5) hướng theo phương x và bằng:

 Fly10 = Fy13 - Fly11 -332,04 + 496,66 = 164,62 N 𝛴M10y = Fx13 l13 - Flx11 l11 - Fx12 lc12= 0

 Flx10 -672,50 N Hình 3.2 Sơ đồ đặ ựt l c và biều đồ momen trục I

3.4 Xác định các l c tác d ng lên tr c II ự ụ ụ

Để xác định lực từ bánh răng tác dụng lên trục, chúng ta chọn hệ trục tọa độ như hình 10.3 Áp dụng công thức (10.1) và (10.5) cùng với các quy ước về chiều và các đại lượng tương ứng của lực, đối với trục II, ta có thể tính toán chính xác lực tác động.

- Vị trí đặ ực c a bánh 2, t l ủ dương do đó r23 = d /2 = 123,36 mm w2

- Trục 2 quay thu n chiậ ều kim đồng hồ , do đó cq2 -1 Nguyễn Xuân Tùng - 20187510

- Bánh răng 2 bị động , do đó cb23 = -1

Vịt í đặt l ủ bá h 3 â d đó d /2 48 42 about:blank 47/85

- Vị trí đặ ực của bánh 3, âm do đó rt l 22 = -dw3/2 = -48,42 mm

- Trục 2 quay thu n chiậ ều kim đồng hồ , do đó cq2 -1 - Bánh răng 3 chủ động , do đó cb22 = 1

𝛴Fy = Fy22 - Fy23 + Fly21 + Fly20 = 0

 Fly20 = Fy23 - Fly21 – Fy22 - 496,66 -1190,76 +710 = -977,42 N 𝛴M20y = Fx23 l23 - Flx21 l21 + Fx22 l = 0 22

𝛴Fx = Fx23 - Flx21 - Flx20 + Fx22 = 0

Hình 3.3 Sơ đồ đặ ực và bit l ều đồ momen tr c II ụ 3.5 Xác định các l c tác d ng lên tr c III ự ụ ụ

Ta có: l = l = 56,5 mm 34 22 lc33 = 82,5 mm l11 = l = 178 mm 31

Chọn hệ trục tọa độ như hình 10.3 để xác định lực từ bánh răng tác dụng lên trục Sử dụng công thức (10.1) và (10.5) cùng với các quy ước và chiều tương ứng của lực, ta có thể phân tích lực tác động lên trục III.

- Vị trí đặ ực c a bánh t l ủ 4: dương do đó r34 = d /2 = 181,56 mm w4

Lực từ khớp n i tác d ng lên tr c ố ụ ụ hướng theo phương x và bằng:

= 8927,59… 1241,38 N => ch n Fọ x32 = Fx33 = - 1200 N about:blank 49/85

𝛴M30y = Fx34 l34 - Flx31 l31 - Fx32 lc32 + Fx33(l31 + lc32)= 0

 Flx31 = ( Fx33(l31 + lc32) + Fx34 l 34 - Fx32 lc32) / l 31

𝛴Fx = - Fx32 + Flx31 + Flx30 - Fx33 – Fx34 = 0

 Flx30 = Fx32 + Fx33 + Fx34 –Flx31

Hình 3.4 minh họa sơ đồ đặt và biểu đồ mô men trục III Để xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục, cần áp dụng công thức tính toán cụ thể cho từng đoạn.

  σ- ng su t cho phép c a thép ch t o tr c Ứ ấ ủ ế ạ ụ

Mj-Mômen u n t ng ố ổ Mj M 2 yj M 2 xj

Mtdj-Momen tương đương M tdj  M j 2 0,75.T j 2

Từ biểu đồ momen ta th y ti t di n 1-1 l p kh p n i, ti t di n 1-ấ ế ệ ắ ớ ố ế ệ 2 ổ lăn 11, tiết di n 1-3 lệ ắp bánh răng 1 là các tiết diện nguy hiểm.

 Tại ti t di n 1-3 lế ệ ắp bánh răng 1 : about:blank 51/85

 Tại ti t di n 1-3 lế ệ ắp bánh răng 1 :

Nmm d13 = √ 3 0,1 [𝜎] 𝑀 𝑡đ13 = √ 3 61333,46 0,1 55 = 22,34 mm lấy theo giá tr tiêu chu n: dị ẩ 13 = 25

 Tại ti t di n 1-2 lế ệ ắp trên ổ lăn 10

Mtđ10 = √𝑀 10 2 + 0, 𝑇75 10 2 = √10720 2 + 0, 33694,75 36 2 = 31086,99 Nmm d10 = √ 3 0,1 [𝜎] 𝑀 𝑡đ10 = √ 3 31086,99 0,1 55 = 17,82 mm lấy theo giá tr tiêu chu n d = 20 mm ị ẩ 10

T i ti t di n 1-4 ch lạ ế ệ ỗ ắp ổ lăn 11, chọn đồng b ộ đường kính tr c vụ ới ổ lăn 10, nên:

 Tại ti n di n 1-1 lệ ệ ắp kh p n i ớ ố

Nguyễn Xuân Tùng - 20187510 lấy theo giá tr tiêu chu n d = 20 mm ị ẩ 12

T ừbiểu đồ momen ta th y ti t di n 2-2 lấ ế ệ ắp bánh răng 3, tiết diện 2-3 l p bánh ắ răng 2 là các tiết di n nguy hiệ ểm. about:blank 52/85

43 lấy theo giá tr tiêu chu n d = 20 mm ị ẩ 12

T ừbiểu đồ momen ta th y ti t di n 2-2 lấ ế ệ ắp bánh răng 3, tiết diện 2-3 l p bánh ắ răng 2 là các tiết di n nguy hiệ ểm.

 Tại ti t di n 2-2 lế ệ ắp trên bánh răng 3

Nmm d22 = √ 3 0,1 [𝜎] 𝑀 𝑡đ22 = √ 3 199717,36 0,1 55 = 33,11 mm lấy theo giá tr tiêu chu n d = 44 mm ị ẩ 22

 Tại ti t di n ch lế ệ ỗ ắp ổ lăn 20 và ổ lăn 21 chọn đường kính trục: d20 = d = 40 (mm) 21

Từ biểu đồ momen ta th y ti t di n 3-1 và 3-5 l p kh p n i, ti t diấ ế ệ ắ ớ ố ế ện 3-2 và 3-4 lắp ổ lăn, tiết di n 3-3 lệ ắp bánh răng 4 , là các tiết diện nguy hiểm.

 Tại ti n di n 3-1 lệ ệ ắp kh p nớ ối đồng bộ vs ti t di n 3-5 ế ệ

Mtđ31 = √𝑀 31 2 + 0, 𝑇75 31 2 = √0 2 + 0, 268966,75 73 2 = 232932,02 Nmm d =√ 3 𝑀 𝑡đ31 √ 3 232932,02 34 86 mm about:blank 53/85

Mtđ31 = √𝑀 31 2 + 0, 𝑇75 31 2 = √0 2 + 0, 268966,75 73 2 = 232932,02 Nmm d31 = √ 3 0,1 [𝜎] 𝑀 𝑡đ31 = √ 3 232932,02 0,1 55 = 34,86 mm lấy theo giá tr tiêu chu n d = d = 40 mm ị ẩ 31 35

 Tại ti n di n 3-2 lệ ệ ắp ổ lăn đồng bộ vs ti t di n 3-4 ế ệ

Nmm d32 = √ 3 0,1 [𝜎] 𝑀 𝑡đ32 = √ 3 253097,46 0,1 55 = 35,84 mm lấy theo giá tr tiêu chu n d = d = 45 mm ị ẩ 32 34

 Tại ti n di n 3-3 lệ ệ ắp bánh răng 4

Nmm d34 = √ 3 0,1 [𝜎] 𝑀 𝑡đ34 = √ 3 238142,36 0,1 55 = 35,11 mm lấy theo giá tr tiêu chu n dị ẩ 34 = 50 mm

Kiểm tra độ bền của then theo công thức: d t 1 σ = 2T [ ] dl (h - t )  d

Trong đó T- mômen xo n trên tr c ắ ụ d- đường kính tr c ụ l b h t kích thước then about:blank 54/85

Trong đó T- mômen xo n trên tr c ắ ụ d- đường kính tr c ụ lt, b, h, t- kích thước then [d]- ng su t d p cho phép ứ ấ ậ Theo bảng 9.5[1], v i t i trớ ả ọng va đập v a ta có [ừ d] = 50 MPa

[c]- ng su t c t cho phép ứ ấ ắ [c] = (60 90)/2 = 30 45 MPa chọn [c] = 40 MPa

Xét t i v trí l p kh p nạ ị ắ ớ ối

Theo bảng 9.1a[1], với đường kính ch l p then d mm, ta có then: ỗ ắ b = 5 mm t1 = 3 mm h = 5 mm t2 = 2,3 mm 0,16 r  0,25 l = 0,9.l = 0,9.55 = 49,5(mm) t m

Xét t i v trí lạ ị ắp bánh răng 1

Theo bảng 9.1a[1], với đường kính ch l p then d % mm, ta có then: ỗ ắ b = 8 mm t1 = 4 mm h = 7 mm t2 = 2,8 mm 0,16 r  0,25 l = 0,9.l = 0,9.50 = 45(mm) t m

Xét t i v trí lạ ị ắp bánh răng 2 about:blank 55/85

Theo bảng 9.1a[1], với đường kính ch l p then d @ mm, ta có then: ỗ ắ b = 12 mm t1 = 5 mm h = 8 mm t2 = 3,3 mm 0,25 r  0,4 l = 0,9.l = 0,9.55 = 49,5 (mm) t m

Theo bảng 9.1a[1], với đường kính ch l p then d D mm, ta có then: ỗ ắ b = 12 mm t1 = 5 mm h = 8 mm t2 = 3,3 mm 0,25 r  0,4 l = 0,9.lt m = 0,9.50 = 45(mm)

Theo bảng 9.1a[1], với đường kính ch l p then d =ỗ ắ 40 mm, ta có then: b = 12 mm t1 = 5 mm h = 8 mm t2 = 3,3 mm

Xé i ị í lắ bá h ă 4 about:blank 56/85

Theo bảng 9.1a[1], với đường kính ch l p then d P mm, ta có then: ỗ ắ b = 14 mm t1 = 5,5 mm h = 9 mm t2 = 3,8 mm 0,25 r  0,4 l = 0,9.l = 0,9.66 = 59,4(mm) t m

3.8 Ki m nghi m tr c v b n mể ệ ụ ề độ ề ỏi

Kết c u tr c v a thi t k ấ ụ ừ ế ế đảm bảo được độ b n mề ỏi yêu cầu nếu h sệ ố an toàn t i các ạ chi ti t nguy hi m thế ể ỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó [s]: hệ số an toàn cho phép, thông thường [s] = 1,5…2,5 j : s  h s an toàn ch xét riêng ng su t pháp ệ ố ỉ ứ ấ

 j : s  h s an toàn ch ệ ố ỉ xét riêng đến ứng su t ti p ấ ế

Với σ-1và τ-1: giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng Với thép C45 có b`0(MPa)

   và tr s biên độ ị ốtrung bình củaứng su t pháp t i ti t di n jấ ạ ế ệ about:blank 57/85

  biên độ và tr sị ố trung bình của ứng su t pháp t i ti t di n j ấ ạ ế ệ : aj , mj

  biên độ và tr s trung bình cị ố ủa ứng su t ti p t i ti t di n j ấ ế ạ ế ệ

Momen c n uả ốn đối v i tr c có 1 rãnh then: ớ ụ

Momen c n xoả ắn đối v i tr c có 1 rãnh then: ớ ụ

  Đố ới v i tr c quay ng su t u n thay ụ ứ ấ ố đổi theo chu k ỳ đố ứng, do đó: i x

Vì tr c quay 1 chiụ ều ứng su t uấ ốn thay đổi theo chu kỳ mạch động, do đó:

  hệ số kể đến ảnh hưởng của tr sị ố ứng suất trung bình đến độ ền b mỏi, tra theo bảng 10.7[1], ta có:  0,05; 0.

TRỤC I: Mặt cắt 1 1 lắp khớp nối , mặt cắt 1 2 lắp ổ lăn , mặt cắt 1 3 lắp bánh - - - răng 1

TRỤC II: Mặt cắt 2 2 lắp bánh răng 3, mặt cắt 2 3 lắp bánh răng 2 - -

TRỤC III: Mặt cắt 3 1 lắp khớp nối,mặt cắt 3 2 lắp ổ lăn ,mặt cắt 3 3 lắp bánh - - - răng 4

Các ổ lăn được lắp ghép theo k6, lắp bánh răng, nối trục theo k6 kết hợp với lắp then

Kích thước của then, trị số của mômen cản uốn và mômen cản xoắn ứng với tiết diện trục như sau:

Tiết diện Đường kính trục b × h

 K odj ,K rdj hệ số, xác định theo các công thức:

K x hệ số t p trung ng su t do tr ng thái b m t, tra ậ ứ ấ ạ ề ặ bảng 10.8[1], ta có K x 1, 06.

K y hệ số tăng bền b mề ặt trục, tra b ng 10.9[1] ta có ả K y 1.

  hệ s ố kích thước k ể đến ảnh hưởng của kích thước ti t di n trế ệ ục đến giới h n mỏi, tra bảng 10.10[1] ạ ,

K  K  khi dùng dao phay ngón, ứng v i v t li u có ớ ậ ệ b`0(MPa) ,tra bảng 10.12[1] ta có K  1,76và K  1,54.

Bảng 3.1 K t qu tính toán h s ế ả ệ ố an toàn đối với các tiết di n c a 3 tr c ệ ủ ụ Tiết diện d;mm Tỉ s ố𝐾 𝜎 /𝜀 𝜎 do

Xác đị nh các l c tác d ng lên tr ự ụ ục II

Chọn hệ trục tọa độ như hình 10.3 để xác định lực từ bánh răng tác dụng lên trục, sử dụng công thức (10.1) và (10.5) cùng với các quy ước về chiều và các đại lượng tương ứng của lực Đối với trục II, ta có thể áp dụng các công thức và quy ước này để tính toán chính xác lực tác dụng.