THIẾT KẾ CẦU TRỤC 10 TẤN

Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơ điệndùng mạng điện công nghiệp.. Trường hợp dùng palăng điện làm cơ cấu nâng thì có thể được điề

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Là một sinh viên điều kiện tiếp xúc với thực tế còn rất hạn chế, bởi vậy có nhữngmôn học vừa có lý thuyết, vừa có tính ứng dụng là điều rất cần thiết Đồ án tốt nghiệp thựcsự đã giúp cho em tiếp cận được gần hơn với thực tế, giúp em tổng hợp và ứng dụng tất cảcác kiến thức đã học được trong suốt quá trình học tập, không chỉ là về lý thuyết, thực tếmà còn về kĩ năng làm việc

Trên tinh thần đó, em đã tiến hành thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “THIẾT KẾ

CẦU TRỤC 10 TẤN” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Châu Mạnh Lực, với mong

muốn học hỏi thật nhiều những kiến thức cũng như kinh nghiệm thiết kế để tạo nền tảng hỗtrợ công việc sau này Một điều quan trọng không kém mà em nhận ra khi thực hiện đồ ántốt nghiệp đó là tạo cho sinh viên có một tầm nhìn từ bao quát đến chi tiết, và giúp sinh viêncó cơ hội thể hiện khả năng tiếp cận, nhận xét và giải quyết vấn đề, vốn là tiêu chí tối quantrọng của một người kỹ sư

Tập thuyết minh này trình bày các bước tính toán thiết kế cần thiết để đưa ra phương ánthiết kế cuối cùng đáp ứng yêu cầu bài toán và các yêu cầu kỹ thuật

Em xin chân thành cám ơn ba mẹ đã luôn động viên và giúp đỡ em những khi khó khăn

Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Th.S Châu Mạnh Lực đã tận tình hướng dẫn

cũng như cung cấp cho em những kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy cô Khoa Cơ Khí đã giảng dạy em trong suốtquá trình học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ công nhân viên tại công ty TNHH MTVĐóng và sửa chữa tàu Hải Sơn đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án

Sinh viên thực hiện

Trần Hữu Quyền

Trang 2

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

Chương I : Tổng quan 3

1.1 Mục đích sử dụng cầu trục 3

1.2 Phân loại cầu trục 3

1.3 An toàn trong sử dụng máy nâng chuyển 4

Chương II : Cơ sở lý thuyết để thiết kế máy 6

2.1 Phân tích chuyển động cần thiết 6

2.2 Cơ cấu nâng hạ vật 6

2.3 Cơ cấu di chuyển vật 7

Chương III : Tính toán thiết kế máy 10

3.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế 10

3.2 Tính toán động học 18

3.3 Tính toán động lực học 24

3.4 Tính toán thiết kế một số cơ cấu chính của máy 55

Chương IV : Thiết kế hệ thống điều khiển 82

4.1 Khái niệm chung 82

4.2 Hệ thống cấp điện và các thiết bị bảo vệ 82

4.3 Thiết kế mạch điều khiển 83

Chương V : Thử máy, bảo dưỡng, vận hành và an toàn 86

5.1 Thử máy 86

5.2 Bảo dưỡng cầu trục 87

5.3 An toàn trong sử dụng máy 88

Tài liệu tham khảo 89

Trang 3

Các bộ máy của cầu trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc bằng động cơ điệndùng mạng điện công nghiệp Cầu trục có thể được điều khiển bởi người lái trong cabintreo ở 1 đầu cầu lăn Trường hợp dùng palăng điện làm cơ cấu nâng thì có thể được điềukhiển từ mặt nền nhà xưởng thông qua hộp điều khiển.

Như vậy máy nâng chuyển nói chung và cầu trục nói riêng đóng vai trò rất quantrọng trong quá trình sản xuất, giúp giảm nhẹ sức lao động, tăng năng suất và đảm bảo antoàn

1.2 Phân loại Cầu trục

Dựa vào yêu cầu về những công việc như trên, người ta phân loại cầu trục thành các loại như sau :

1.2.1 Dựa vào tải trọng nâng :

Loại nhẹ : tải nâng từ 1÷5 tấn

Loại trung bình : có tải nâng từ 5 ÷ 16 tấn

Loại nặng : có tải nâng từ 16 ÷ 80 tấn

Loại rất nặng : có tải nâng lớn hơn 80 tấn

1.2.2.Căn cứ vào chế độ làm việc :

Chế độ làm việc nhẹ

Chế độ làm việc trung bình

Chế độ làm việc nặng

Chế độ làm việc rất nặng

Trang 4

1.2.3 Dựa vào kết cấu thép

Cầu trục 1 dầm

Cầu trục 2 dầm

1.2.4 Dựa vào công dụng :

Cầu trục công dụng chung

Cầu trục chuyên môn hóa phục vụ xếp đỡ

1.2.5 Theo cách tựa của dầm:

Cầu trục tựa

Cầu trục treo

1.2.6 Theo cách bố trí cơ cấu cơ cấu di chuyển cầu trục:

Cầu trục dẫn động chung

Cầu trục dẫn động riêng

1.3 An toàn trong sử dụng máy nâng chuyển :

Trong thực tế tần suất xảy ra tay nạn trong sử dụng máy nâng là lớn hơn rất nhiều sovới các loại máy khác Do vậy vấn đề an toàn trong sử dụng máy nâng là vấn đề quan trọngđược đặt lên hàng đầu

Với cầu trục lăn do có nhiều bộ phận máy lắp với nhau và được đặt trên cao do vậycần phải thường xuyên kiểm tra để kịp thời phát hiện những hư hỏng như lỏng các mốighép, rạn nứt tại các mối hàn do thời gian sử dụng lâu …

Đối với các chi tiết máy chuyển động như bánh xe, trục quay phải có vỏ bọc an toànnhằm ngăn những mảnh vỡ văng ra nếu có sự cố khi chi tiết máy hoạt động

Toàn bộ hệ thống điện trong máy phải được nối đất, vấn đề này rất quan trọng nênđòi hỏi phải tuyệt đối để đảm bảo cho người lao động

Với các động cơ đều có phanh hãm tuy nhiên phải kiểm tra phanh thường xuyênkhông để xảy ra hiện tượng kẹt phanh gây nguy hiểm khi sử dụng

Tất cả những người điều khiển máy làm việc hay phục vụ máy trong phạm vi làmviệc của máy đều phải học tập các quy định về an toàn lao động có làm bài kiểm tra và phảiđạt kết quả

Trang 5

Trong khi máy làm việc công nhân không được đứng trên vật nâng hoặc bộ phậnmang để di chuyển cùng với vật cùng như không được dùng dưới vật nâng đang di chuyển

Đối với máy không không hoạt động thường xuyên (nhiều ngày không sử dụng) khiđưa vào sử dụng phải kiểm tra toàn bộ kết cấu máy Để kiểm tra tiến hành thử máy với haibước là thử tĩnh và thử động

+ Bước thử tĩnh: treo vật nâng có trọng lượng bằng 1,25 lần trọng lượng nâng danhnghĩa của cầu trục thiết kế và để trong thời gian từ 10 đến 20 phút

Theo dõi biến dạng của toàn bộ các cơ cấu máy Nếu không có sự cố gì xảy ra thì tiếp tụctiến hành thử động

nghĩa sau đó tiến hành mở máy nâng, di chuyển, hạ vật ,mở máy đột ngột, phanh đột ngột Nếu không có sự cố xảy ra thì đưa máy vào hoạt động

Trong công tác an toàn sử dụng cầu trục người quản lý có thể cho lắp thêm các thiết

bị an toàn nhằm hạn chế tối đa tai nạn xảy ra cho công nhân khi làm việc Một số thiết bị antoàn có thể sử dụng đó là: Sử dụng các công tắc đặt trên những vị trí cuối hành trình của xelăn hay cơ cấu di chuyển cầu trục Các công tắc này được nối với các thiết bị đèn hoặc âmthanh báo hiệu nhằm báo cho người sử dụng biết để dừng máy Đồng thời củng có thể nốitrực tiếp với hệ thống điều khiển để tự động ngắt thiết bị khi có sự cố xảy ra

Như vậy để hạn chế tối đa tai nạn xảy ra đòi hỏi người công nhân sử dụng máy phảicó ý thức chấp hành nghiêm túc những yêu cầu đã nêu trên

Trang 6

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ MÁY

2.1 Phân tích chuyển động cần thiết

Nhiệm vụ chính của cầu trục là di chuyển vật trong 1 không gian hình học đã thiết kế: B x H x L – Trong đó :

+ B : khẩu độ

+ H : Chiều cao nâng

+ L : Chiều dài di chuyển

Để thực hiện nhiệm vụ nâng vật từ mặt đất ( hoặc từ các phương tiện khác ) lên 1 độcao nhất định ( nâng hạ theo H ), ta cần 1 hệ thống bao gồm móc treo ( hoặc gầu ngoạm ),dây cáp, ròng rọc, palăng, tang cuốn để biến chuyển động quay của tang cuốn cáp thànhchuyển động thẳng của móc treo mang vật → nâng hạ vật

Để thực hiện di chuyển vật theo phương ngang và dọc ( di chuyển theo B và L ), tacần các cơ cấu để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng, cụ thể ở đây ta sử dụng

cơ cấu bánh răng – thanh răng, hoặc bánh ma sát – ray Trên thực tế khi thiết kế cầu trụcngười ta thường sử dụng cơ cấu bánh ma sát – ray, vì cơ cấu này dễ chế tạo, sử dụng rộngrãi và giá thành thấp Ở đây ta đi nghiên cứu nguyên lý làm việc của cơ cấu bánh ma sát –ray

2.2 Cơ cấu nâng hạ vật

Ở cầu trục, ta sử dụng cáp thép để nâng hạ vật theo chiều cao H Cáp thép kết hợpvới tang để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Cáp thép được sử dụng hầuhết trong các loại máy nâng

Yêu cầu chung đối với cáp thép : an toàn trong sử dụng, độ mềm cao, dễ uốn cong,trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp, độ bền cao, thời gian sử dụng lâu

Cáp thép được phân thành các loại như sau :

Trang 7

Cáp bện 3 lớp : gồm các cáp bện kép được gọi là dánh, bên quanh một lõi một lần nữa Do nhiều lỏi nên cáp 3 lớp mềm hơn cáp kép song chế tạo phức tạp hơn, giá thành cao hơn nên hay dùng trong việc lắp dụng cần trục.

2.2.2 Theo cách bện cáp :

Cáp bện xuôi : là các sợi thép trong dánh bện cùng chiều với chiều bện của các dánh quanh lõi.Tương đối mềm, tuổi thọ cao, dễ bung ra và có xu hướng xoắn nên thường dùng trong nâng vật dẫn hướng : thang nâng, tời kéo,…

Cáp bện chéo :Có chiều bện của sợi thép trong dánh ngược với chiều bện của dánh quanh lỏi Có độ cứng lớn, tuổi thọ không cao nhưng khó bung ra, không xoắn lại nên sử dụng an toàn.Và thường được dùng nhiều

Cáp bện hổn hợp : Một số sợi thép trong một số dánh được bện xuôi còn trong các dánh khác thì bện chéo Loại này khó chế tạo nhưng có ưu điểm của bện xuôi và bện chéo

Cáp có tiếp xúc điểm : là loại có đường kính các sợi thép trong dánh bằng nhau, hai lớp sợi thép cuốn trong dánh có bước bện khác nhau nên giữa các sợi théo có tiếp xúc điểm với nhau Khi cáp bị uốn cong, sợi thép đè lên nhau, tạo áp lực và có ma sát nên nhanh mòn và dễ bị đứt

Cáp có tiếp xúc đường : có những sợi thép có đường kính khác nhau bện thành dánh với các lớp bện có bước bện bằng nhau làm các sợi kề nhau tiếp xúc với nhau trên suốt chiều dài Sợi thép nhỏ và lớn trong dánh nên đảm bảo độ bền và mềm

2.3 Cơ cấu di chuyển vật

Để di chuyển vật theo 2 hướng : khẩu độ B và chiều dài L, ta sử dụng các cơ cấu để biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cầu trục Ở cầu trục thường sử dụng cơ cấu bánh ma sát- ray

2.3.1 Vật liệu chế tạo bánh xe - ray

Nguyên lý làm việc chính là dựa trên việc lợi dụng ma sát trượt và ma sát lăn giữa bánh xe và ray Ma sát nghỉ xuất hiện lúc mới khởi động cầu trục, ma sát lăn xuất hiện tronglúc cầu trục di chuyển Để thực hiện được điều này, lực ma sát lăn cần phải nhỏ hơn lực ma sát trượt để tránh trường hợp bánh xe trượt trên ray Lực ma sát lăn tỉ lệ với áp lực tại vị trí tiếp xúc và hệ số ma sát, tùy vào cặp vật liệu mà ta có hệ số ma sát khác nhau, để tăng hệ số

Trang 8

ma sát ta sử dụng cặp vật liệu điển hình có hệ số ma sát như sau ( chỉ xét ở trường hợp ma sát khô ) :

xe có độ cứng cũng như độ chịu mài mòn phải thấp hơn ray, để thuận lợi cho việc thay thế, giảm giá thành sửa chữa bảo trì

Đối với bánh xe, để dễ gia công cắt gọt ta chọn thép thấm carbon, độ cứng bề mặt > 60HRC, độ cứng lõi khoảng 30 ~ 40 HRC tính chống mài mòn cao, δb = 90 ÷ 130 KG/cm2

1 số mác thép thường được sử dụng như : 12CrNi3, 20CrNi4, 20Cr2Ni4

Đối với ray, chọn vật liệu là thép hóa tốt với cơ tính tổng hợp cao, độ thấm tôi lớn Hàm lượng carbon 0.3 ÷ 0.5 % với ray là chi tiết lớn, tải trọng làm việc lớn, ta chọn mác thép : 40CrNi, 45CrNi, 50CrNi,

2.3.2 Kết cấu bánh xe – ray

a Bánh xe :

Tùy theo loại máy và tải trọng mà số lượng bánh xe trên mỗi gối tựa có thể là 1, 2, 3 hoặc 4 bánh Thông thường người ta thường không phân bố mỗi gối tựa lớn hơn 4 bánh vì tính phức tạp của nó

Tùy vào đặc điểm, công dụng mà hình dạng bề mặt bánh xe chạy trên ray có hình dạng khác nhau: hình lăng trụ, hình côn, một thành bên, hai thành bên, không có thành bên,

Một số chú ý khi chế tạo:

+ Đối với bánh có 2 thành: để di chuyển bình thường trên ray thì khi chế tạo thì chiều rộng bánh lớn hơn ray 30mm, hình trục : 40mm, hình côn 15mm – 20 mm

+ Bánh hình côn với 1 thành bên thì chiều rộng mặt lăn lớn hơn ray ít nhất 30 mm

Trang 9

+ Bánh hình trụ không có mặt bên thì phải dùng con lăn đỡ một hoặc cả 2 bên ray.

b Ray :

Trong cầu trục có thể dùng nhiều loại ray khác nhau : Ray đường sắt, ray chuyên dùng, thép cán hình vuông, hình chữ nhật với các bề mặt đã được nhiệt luyện Nếu cầu trục dạng treo thì có thể ray là dầm I Thực tế thì ray đường sắt được dùng khá phổ biến hơn vì mặt đế rộng, vững hơn

Việc chọn ray phù hợp thì phụ thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục, loại bánh xe, và áp lực của bánh xe lên ray Với bánh xe côn thì ray thường có bề mặt làm việc cong, bánh xe hình trụ có ray đường sắt và ray chuyên dụng

Trang 10

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

3.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Các số liệu ban đầu :

3.1.1 Phân tích và lựa chọn phương án dầm chính

a Phương án 1 : Cầu trục 2 dầm dạng hộp :

►

Ưu – Nhược điểm :

* Ưu điểm :

+ Do có mặt cắt ngang dạng hộp nên độ cứng ngang tốt

+ Do có mặt cắt thay đổi theo chiều dài nên tiết kiệm được vật liệu, giảm trọng lượng

dầm

+ Dễ chế tạo

+ Sử dụng rộng rãi và thuận tiện cho khai thác

+ Sử dụng được các cụm bánh xe tiêu chuẩn

* Nhược điểm :

+ Trọng lượng bản thân lớn

* Kết luận : dầm có kết cấu dạng hộp nên việc tính toán đơn giản,thời gian chế tạo và lăp

ghép nhanh,việc bảo dưỡng cũng đơn giản → giá thành giảm

Trang 10

Hình 3.1 : Cầu trục 2 dầm dạng hộp

Trang 11

b Phương án 2 : Cầu trục 2 dầm dạng giàn :

►

* Ưu điểm :

+ Trọng lượng kết cấu nhẹ

+ Độ cứng ngang tốt

+ Chế tạo phức tạp, tốn kém

+ Độ bền mỏi thấp

+ Không có khả năng hàn tự động

* Kết luận : kết cấu kiểu này khối lượng dầm nhỏ, nhưnng phức tạp, khó chế tạo vì nhiềuchi tiết , quá trình chế tạo và lắp ráp mất thời gian , việc kiểm tra bảo dưỡng khó khăn →giá thành chế tạo cầu trục cao

c Phương án 3 : Cầu trục 1 dầm dạng chữ I :

►

* Ưu điểm :

+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

+ Giá thành chế tạo giảm

+ Tính toán kết cấu thép phức tạp

+ Về mặt công nghệ, để tăng độ cứng của khung, giàn không thuận tiện

+ Tải trọng hạn chế

P4

Hình 3.3 : cầu trục 1 dầm dạng chữ I

Trang 12

* Kết luận : Dạng kết cấu này đơn giản , dễ tính toán, chế tạo, lắp ghép đơn giản, bảo dưõngkiểm tra dễ dàng, nhưng chịu tải ít Phù hợp với những cầu trục có tải trọng nhỏ dưới 5 tấn và khẩu độ nhỏ.

→ Kết luận chung : Qua việc phân tích như trên, để phù hợp với yêu cầu thiết kế của đề

tài, ta chọn phương án thiết kế là phương án 1 : cầu trục 2 dầm dạng hộp.

3.1.2 Phân tích và lựa chọn phương án dầm biên

a Phương án 1 :

Hình 3.4 Phương án 1 : dầm biên

►Ưu – Nhược điểm :

* Ưu điểm :

+ Đảm bảo độ cứng vững theo các phương

+ Tải trọng nâng lớn

+ Chế tạo phức tạp

+ Trọng lượng kết cấu khá lớn

b Phương án 2 :

Hình 3.5 Phương án 2 : dầm biên

►Ưu – Nhược điểm :

* Ưu điểm :

+ Chịu lực tương đối tốt

+ Kết cấu nhẹ, chế tạo đơn giản

+ Giá thành rẻ, sử dụng rộng rãi

Trang 12

Trang 13

1 2

3

4

+ Tính toán kết cấu thép phức tạp

+ Gia công đòi hỏi kỹ thuật cao

+ Khối lượng dầm lớn

→ Kết luận : qua phân tích như trên, để phù hợp với các yêu cầu thiết kế ban đầu, ta chọn

phương án 1 làm phương án thiết kế

3.1.3 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động cơ cấu nâng :

a Phương án 1 :

Hình 3.6 Phương án 1: truyền động cơ cấu nâng

1 Động cơ điện - 2 Khớp nối và phanh - 3 Hộp giảm tốc - 4 Khớp nối - 5 Tang

Phương án này có kết cấu nhỏ gọn, làm việc an toàn Việc sửa chữa, bảo dưỡng dễdàng

b Phương án 2:

Hình 3.7 phương án 2 truyền động cơ cấu nâng

1 Động cơ điện - 2 Khớp nối kết hợp phanh - 3 Hộp giảm tốc - 4 khớp nối - 5 Tang

4

5

Trang 14

Phương án này trục ra của hộp giảm tốc truyền động cho tang thông qua 1 bộ truyềnbánh răng phương án này phức tạp , nhiều kết cấu, tốn thêm 1 cặp bánh răng, ổ đỡ Ngoài

ra vị trí lắp bộ truyền bánh răng là không an toàn

→ Kết luận: với các phương án đã phân tích trên, đối với cầu trục 10T là loại có tải trọng

lớn, ta chọn phương án 1 là phương án thiết kế

3.1.4 Phương án truyền động và di chuyển xe con:

a Phương án 1:

Hình 3.8 Phương án 1: di chuyển xe con

1 Động cơ điện -2 Khớp nối - 3 Hộp giảm tốc - 4 Bánh dẫnPhương án này có kết cấu đơn giản, gồm 1 động cơ điện, 2 khớp nối và 1 hộp tốc độ,không dùng trục truyền trục mang 2 bánh xe lớn → không làm trục dài được, chiều dài C ≤4m, cực đại 5m làm việc chắc chắn, ổn định

Trang 14

4

C

Trang 15

b.Phương án 2:

Hình 3.9 Phương án 2 : di chuyển xe con

1 Động cơ điện - 2 Phanh kết hợp với nối trục - 3 Hộp giảm tốc

4 Bánh dẫn - 5 Trục truyềnPhương án này dùng 1 động cơ, 5 khớp nối, 1 hộp giảm tốc, có thêm 2 đoạn trụctruyền Kết cấu phức tạp hơn → làm việc không chắc chắn, ổn định 2 đoạn trục quay với sốvòng quay nhỏ nên momen lớn → đường kính trục lớn, chiều dài đoạn trục C ≤ 10m, tối đa12m Phương án này thích hợp cho các xe có kích thước lớn

→ Kết luận: như phân tích trên để phù hợp với các số liệu thiết kế ban đầu, ta chọn phương

án 2 là phương án thiết kế

3.1.5 Lựa chọn phương án truyền động di chuyển cầu:

Trang 16

Hình 3.10 Phương án 1 di chuyển cầu

1 Động cơ điện - 2 Khớp nối - 3 Hộp giảm tốc - 4 Trục truyền - 5 Bánh dẫn

Phương án này sử dụng 2 Hộp giảm tốc, 1 động cơ, 6 Khớp nối, 2 Đoạn trục truyềncó số vòng quay tương đối lớn, kết cấu khá phức tạp, đường kính trục truyền không lớn lắm.Chiều dài B ≤ 15m, tối đa 18m

b Phương án 2: dùng hai động cơ.

Hình 3.11 Phương án 2 di chuyển cầu

1

Động cơ điện - 2 Khớp nối - 3 Hộp giảm tốc - 4 Bánh xe

Phương án này tăng thêm 1 động cơ, 1 hộp giảm tốc, giảm được số lượng khớp nốicòn 4 2 bánh xe được dẫn động bằng 2 động cơ → không cần sử dụng khớp nối và trụctruyền giữa 2 bánh xe do dẫn động độc lập nên khó đồng bộ nhau Phương án này chủ yếuđược dùng dẫn động cầu có kích thước lớn

→ Kết luận: Như đã phân tích trên thì ta chọn phương án 1 phù hợp với các số liệu theo

yêu cầu thiết kế

3.1.6 Lựa chọn phương án nâng hạ vật.

3

4

B

Trang 17

a Phương án 1 : Sử dụng tang trơn.

Hình 3.12 Tang trơn

Ưu điểm : quấn được nhiều lớp cáp → chiều dài tang nhỏ, trục mang tang không lớn.Nhược điểm là do quấn nhiều lớp cáp → có sự chèn ép → cáp nhanh hư

b Phương án 2 : Tang 1 rãnh xoắn.

Hình 3.13 : Tang 1 rãnh xoắn

Ưu điểm : Do quấn 1 lớp cáp nên dây cáp nằm trong rãnh → không có sự chèn ép → độ bền tăng cao Nhược điểm : tang dài, trục mang tang có kích thước lớn

c Phương án 3 : Tang 2 rãnh xoắn.

Hình 3.14 Tang 2 rãnh xoắn

Ưu điểm : Tương tự như tang 1 rãnh xoắn, độ bền dây cáp cao do không có sự chèn

ép, mặt khác do quấn dây theo 2 hướng đối diện nên dịch chuyển vật nâng theo phương

Trang 18

thẳng đứng → thuận tiện cho công việc lắp ghép thiết bị Nhược điểm : tang dài, trục mang tang có kích thước lớn.

→ Kết luận : qua phân tích như trên, kết hợp với yêu cầu sử dụng khi thiết kế, ta chọn

phương án 3 làm phương án thiết kế tang

5 Móc treo vật

6 Ròng rọc di động

7 Ròng rọc cố định

8 Dây cáp

Hình 3.15 Sơ đồ cơ cấu nâng hạ

Các số liệu ban đầu :

Trang 19

6 × 19 +1 ( theo ΓOCT 3070 – 55 , 3077 – 55 và 2668 – 5 ), hoặc loại 6 × 37 + 1 ( theoΓOCT 3071 – 55 và 3079 – 55 ) với 6 tao mỗi tao dánh 19 sợi có lớp sợi thép ngoài cùngnhư nhau Ta chọn loại cáp thép 6 × 19 +1 ( theo ΓOCT 3077 – 55 ) để sử dụng trong cầutrục.

b Palăng giảm lực :

Dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang , cầu trục được dùng nhiều trong phânxưởng sữa chữa và chỉ cần nâng hạ là chủ yếu, để tiện lợi trong làm việc Ta chọn pa lăngkép 2 nhánh dây chạy lên tang.Theo bảng 2 – 6 [1] chọn bội suất là a = 2

* Lực căng cáp lớn nhất xuất hiện trên mỗi nhánh dây cuốn lên tang là:

Smax=

t a

m

Q

λλ

λ)

1.(

)1.(

0

−

[3.1]

Trong đó : Q0 : Trọng lượng vật nâng, N

λ : hiệu suất từng ròng rọc

a : bội suất palăng

t : số ròng rọc đổi hướng

m : số nhánh

Ta có Q0 = Q + Qm , Với Qm là trọng lượng bộ phận mang ( lấy theo kinh nghiệm của cáccầu trục đã chế tạo – theo tài liệu [2] ) : Qm = 0,05×Q = 5000N

→ Q0 = Q + Qm = 100000 + 5000 = 105000 N, λ = 0,98 ( tra bảng 2 – 5 [1] ), a =

2, m = 2, t = 0( vì dây cáp cuốn trực tiếp lên tang )

Thay vào [3.1] → Smax = 26515 N

* Hiệu suất palăng:

a S

p

)

1(

)1(max

0

λ λ

λη

Kích thước dây được xác định theo công thức : Sd ≥ Smax × n [3.3]

Trong đó : Sđ : lực kéo đứt dây theo tiêu chuẩn

Trang 20

Smax : Lực căng lớn nhất trong dây, N

n : Hệ số an toànVới Smax = 26515 N, n = 5,5 ( tra bảng 2 -2 [1] )

với giới hạn bền của sợi cáp [σ

]=1570 N/mm2 , Ta chọn đường kính: dc=17 mm, Lực kéođứt: Sđ= 162 kN

d Các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc :

* Đường kính tang :

Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc xác định theo côngthức : Dt ≥ dc × ( e – 1 ) [3.4]

Trong đó : Dt : đường kính tang đến đáy rãnh cắt, mm

dc : đường kính cáp quấn trên tang , mm

e : hệ số thực nghiệm

Tra bảng (2 – 4 [1] ) ta chọn e = 25

Thay vào [3.4] ta có : Dt ≥ 408 mm

Ở đây ta chọn đường kính tang và đường kính ròng rọc bằng nhau : Dt = Dr = 410 mm

+ Ròng rọc cân bằng không phải ròng rọc làm việc nên có thể chọn đường kính nhỏ hơn20% so với ròng rọc làm việc : Dc= 0,8 × Dr = 0,8 x 410 = 328 mm

→ Chọn : Dc = 330 ( mm)

* Chiều dài tang :

Chiều dài tang phải sao cho khi hạ vật xuống vị trí thấp nhất, trên tang vẫn còn lại ít nhất1,5 vòng dây, không kể những vòng nằm trong cặp

Trang 20

Trang 21

Hình 3.16 sơ đồ xác định chiều dài tang+ Chiều dài toàn bộ của tang được xác định theo công thức :

Trong đó : L’ : chiều dài toàn bộ tang

Lo’ : chiều dài phần cắt ren

L1 : chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp

L2 : chiều dài phần tang để làm thành bên

L3 : phần giữa tang không cắt rãnh

+ Chiều dài có ích của cáp : l = H × a [3.6]

Ta có : H = 9m, a = 2 → l = 18m

+ Số vòng cáp làm việc trên tang :

) (

0

c

t d D

l Z

+

=π

[3.7]

Thay các số liệu đã tính toán ở trên, ta có Z0 ≈ 14 vòng

Trong đó : Z0 = 14 vòng

Z1 : số vòng dự trữ không dùng đến (≥ 1,5 )Lấy Z1 = 2 vòng, → Z = 16 vòng

+ Chiều dài phần cắt ren trên tang : L0’ = 2 × Z × t [3.9]

Trong đó : Z = 16 vòng

t : bước ren trên tang,mm

Ta có : t = 20mm, thay vào [3.9] → L0’ = 640 (mm)

+ Chiều dài phần tang để kẹp đầu cáp : Nếu sử dụng phương pháp cặp thông thường thì phảicắt thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó :

Trang 22

+ Chiều dài phần tang để làm thành bên : vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn 1 lớp nên không cần làm thành bên, tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào rãnh ta để trữ lại một khoảng L2 =

20 mm

+ Chiều dài phần giữa không cắt rãnh : L3 = L4 - 2×hmin×tgα (mm) [3.10]

Trong đó : hmin : khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang với trục các ròng rọc,mm

α : góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bị lệch so với hướng thẳng đứng

L4 : khoảng cách giữa 2 ròng rọc ngoài cùng ở ổ treo móc, mm

Ta có : [tgα] = 1/10 ( đối với tang cắt rãnh – trang 21[1]), dựa vào kết cấu lấy sơ bộ :

L4 = 300mm, hmin = 800mm

→ thay vào [3.10] ta có : L3 = 140mm

→ Thay các số liệu tính được vào công thức [3.5] ta được : L’ = 940 mm

* Bề dày thành tang : xác định theo kinh nghiệm :

δ = 0,02 × Dc + ( 6 ÷ 10 ) [3.11]

Thay các thông số đã tính ở trên vào [3.11] → δ = 18,3 mm

e Tốc độ quay của tang :

.

D

a v

n n t

π

=

[3.12]

Trong đó : D0 : đường kính tang tính đến tâm cáp, m

vn : vận tốc nâng vật, m/phVới vn = 12 m/ph, D0 = 0,41m, a = 2 → nt = 18 vg/ph

3.2.2 Động học cơ cấu di chuyển xe con :

Trang 23

Hình 3.17 Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con

Số liệu ban đầu :

a Chọn bánh xe và ray :

Ta chọn bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo tiêu chuẩn

ΓOCT 3569-60 Tra bảng 9-4 [1] chọn Dbx = 250 (mm) và đường kính ngỗng trục

dnt=70mm

Căn cứ vào kích thước bánh xe ta chọn loại thép vuông 45×45 làm ray

Bánh xe cấu tạo bằng thép đúc 55Π Để đảm bảo hao mòn vành bánh ta tôi đạt độcứng HB = 300 ÷ 400

b Tính toán số vòng quay của bánh xe :

n D

v= π× ×

[3.13]

Trong đó : D : đường kính bánh xe, mm

n : số vòng quay bánh xe, vg/ph

v : vận tốc di chuyển xe, m/phThay các số liệu đã có → n = 31,8 vg/ph

3.2.3 Động học cơ cấu di chuyển cầu

Trang 24

Sơ đồ dẫn động :

Hình 3.18 Sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu

1 Động cơ – 2 Khớp nối – 3 Hộp giảm tốc – 4.Trục truyền – 5.Bánh xe

Số liệu ban đầu :

a Chọn bánh xe và ray :

Ta chọn bánh xe hình trụ có hai thành bên với các kích thước theo tiêu chuẩn

ΓOCT 3569-60 Tra bảng 9-4 [1] chọn Dbx = 700 (mm) và đường kính ngỗng trục

Căn cứ vào kích thước bánh xe ta chọn ray bằng có chiều rộng mặt tiếp xúc với bánh

xe là 80mm làm ray

Bánh xe cấu tạo bằng thép đúc 55Π Để đảm bảo hao mòn vành bánh ta tôi đạt độcứng HB = 300 ÷ 400

b Tính toán số vòng quay của bánh xe :

Sử dụng công thức [3.13] ta có : n ≈ 18 vg/ph

5

Trang 25

Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải đựơc xác định theo công thức :

Trong đó : Q0 : Trọng lượng vật nâng, N

vn : Vận tốc vật nâng, m/ph

η hiệu suất của cơ cấu, bao gồm :

ηp = 0,97 hiệu suất pa lăng, mục 2- chương I – [I]

ηt = 0,96 hiệu suất tang, bảng 1-9- [I]

η0 = 0,94 hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối, xuất phát từ bảng số liệu bảng 1-9 –[I],với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ

→ η = ηp×ηt×η0 = 0,87

Thay các số liệu đã có → N = 23 kW

Tương ứng với chế độ trung bình, tra bảng 2P [2] chọn sơ bộ chọn động cơ điện A2 – 81

-8 có các đặc tính sau đây :

Công suất danh nghĩa : Ndc = 22( kW)

Số vòng quay danh nghĩa: ndc = 730 (vòng/phút)

Hệ số quá tải:

7 , 1

max =

dn

M M

Khối lượng động cơ: mdc = 275 kg

Trong đó : nđc : số vòng quay danh nghĩa của động cơ, m/ph

nt : số vòng quay của tang, vg/phVới nđc = 730 vg/ph, nt = 18 vg/ph

Vậy tỷ số truyền cần có : i = 40,2

Trang 26

c Tính toán bộ truyền :

Bộ truyền sẽ được thiết kế dưới dạng hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ, trục ra và trục vàoquay về một phía

Các thông số cần thiết :

Số vòng quay trục vào: n1 = 730 vòng/phút

Động cơ dẫn động : N = 22 kW

Tỉ số truyền chung của hộp là: i = 40,2

* Phân phối tỷ số truyền:

Trong trường hợp này động cơ nối trực tiếp với trục vào của hộp nên không thôngqua bộ truyền ngoài

Gọi : icn tỷ số truyền cặp bánh răng cấp nhanh

icc là tỷ số truyền cặp bánh răng cấp chập

Để đảm bảo điều kiện bôi trơn : icn = (1,2÷1,3) ×icc

Vậy tỷ số truyền được phân phối lại như sau:

Trang 27

d Thiết kế bộ truyền :

* Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng cấp nhanh:

Chọn vật liệu:

+ Vật liệu làm bánh răng nhỏ : thép 45 tôi cải thiện phôi rèn như vậy có các số liệusau :

+ ứng suất tiếp xúc cho phép:

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức :

i i mvx

M

M u

trong đó : u = 1 : Số lần ăn khớp của một răng khi bánh răng quay một vòng

ni : Số vòng quay trong một phút

Trang 28

Ti: Tổng số giờ làm việc

M M

+ Theo công thức :

[σ]tx = [σ]notx kN [3.18]

kN = 2,6 : Hệ số ưng suất tra bảng 3-9-[4]

[σ]tx2 = 2,6×200 = 520 N/mm2

[σ]tx1 = 2,6×240 = 624 N/mm2

Để tính sức bền sử dụng trị số nhỏ [σ]tx=520 N/mm2

Ứng suất uốn cho phép :

+ Số chu kỳ tương đương của bánh lớn: sử dụng công thức [3.17]

Trong đó : lấy m = 6: Bậc đường cong mỏi uốn (thép chế tạo là thép thường hoá vàtôi cải thiện )

6+

=1

Trang 29

Vậy hệ số chu kỳ ứng suất uốn Kn của hai bánh đều bằng 1.

Giới hạn mỏi uốn của thép 45:

K n

1.344.5,1

mm N

u = =σ

8,1.5,1

1.301.5,1

mm N

u = =σ

Chọn sơ bộ hệ số tải trọng : k = 1,3

Chọn hệ số chiều rộng bánh răng :ψA = b/A = 0,4

Tính khoảng cách trục theo công thức :

n

N k

[3.20]

Thay các số liệu đã có ta được A = 285mm

Trang 30

→ Chọn khoảng cách sơ bộ : A = 300mm

Tính vận tốc vòng bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo :

) / ( 15 , 3 ) 1 2 , 6 ( 1000 60

723 300 14 , 3 2 ) 1 ( 1000 60

2 1000

60

1 1

i

n A n

d

V

cn

= +

Xác định chính xác hệ số tải trọng :

Chiều rộng bánh răng :

b = ψ×A = 0,4×300 = 120mm lấy b =150mm

Đường kính vòng lăn bánh răng nhỏ:

) ( 3 , 83 1 2 , 6

300 2 1

2

i

A d

cn

= +

×

= +

×

=

=>

8 , 1 3 , 83

175,12

135,12

k k

Theo bảng 3-13[6] chọn hệ số tải trọng động kd = 1,45

Hệ số tải trọng thực tế : k = kd× ktt = 1,45× 1,175 = 1,7

So với kchọn =1,3 sai lệch

%237

,1

3,17,1

%k = − =

( khoảng sai lệch lớn )

Chọn lại khoảng cách trục :

mm

3 , 1

7 , 1

Trang 31

→ Theo tiêu chuẩn bảng 3-1[4] lấy m = 4mm

+ Số răng bánh răng nhỏ :theo công thức 3-24[6]:

mm i

m

A

) 1 2 , 6 ( 4

330 2 ) 1 (

Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng :

Hệ số dạng răng : Bảng 3-18[6]

y1=0,392 ; y2=0,517

3,4410

1,19

1

2 1

6 1

N k

1

y y

=> σu2>[σ]u2 => thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

+ Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

Bánh 1 :[σ]Txqt = 2,5×[σ]Notx1 = 2,5×624 = 1560 N/mm2 Bánh 2 :[σ]Txqt = 2,5× [σ]Notx2 = 2,5×520 = 1300 N/mm2

+ Ứng suất uốn cho phép khi quá tải :

Bánh 1 :[σ]uq= 0,8×σch = 0,8×450 = 360N/mm2

Trang 32

Bánh 2:[σ]uqt = 0,8×σch = 0,8×270 = 216 N/mm2

Kiểm tra ứng suất tiếp xúc lớn nhất sinh ra :

qt tx txqt =σ × k

1005,1

n b

N k i

i A

tx = σ

Vậy ứng suất tiếp xúc quá tải sinh ra nhỏ thua ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép của bánhnhỏ và bánh lớn là : (1300;1560) thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệm sức bền uốn :

Bánh 1 :[σ]uqt1 = kqt× σu = 1,3× 40,3 = 52,39N/mm2

Bánh 2:[σ]uqt1 = kqt× σu = 1,3× 30,6 = 39,78 N/mm2

So sánh thấy : σuqt1 < [σ]uqt1 = 360 N/mm2

σuqt2 < [σ]uqt2 = 216 N/mm2

Thoả mãn điều kiện

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền:

d1 = m×Z1 = 4×22 = 88mm

d2 = m×Z2 = 4×136 = 544 mm

Khoảng cách trục :

Trang 33

mm d

d

2

544882

Lực vòng :

N d

Mx

2,630788

2775172

Lực hướng tâm : Pr = P× tgα = 6307,2× tg200 = 2295,6 N

* Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ cấp chậm :

Chọn vật liệu :

Vật liệu làm bánh răng nhỏ : thép 45 tôi cải thiện, phôi rèn

Trang 34

ứng suất tiếp xúc cho phép :

Số chu kỳ tương đương của bánh lớn xác định theo công thức [3.17]

Trong đó : u = 1

n3 = 18(v/ph)

T = 10× 310×2×4×1/4 = 6200(số giờ làm việc với giả thiết thời gian làm việc của cơ cấu là 10 năm, mỗi ngày làm việc 2

[σ]tx2 = 2,6×200 = 520 N/mm2

[σ]tx1 = 2,6×240 = 624 N/mm2

Để tính sức bền chọn trị số nhỏ :[σ]tx = 520N/mm2

Ứng suất uốn cho phép :

M M

2,132,0

16

=

td N

N N K

Trang 35

Ứng suất uốn chảy thay đổi theo chu kỳ mạch động :

[ ]

σ

σσ

K n

13445,1

mm N

13015,1

mm N

Chọn sơ bộ hệ số tải trọng k = ku× kd = 1,3

Chọn hệ số chiều rộng của bánh răng :

3

1005,1

n

N k

2 6

4,2225,14,0

02,183,12

,5520

1005,1

2100060

1 1

1

i

n A n

d

0,59 (m/s)

Theo bảng 3-11[6] chọn cấp chính xác chế tạo là cấp 9

Định chính xác hệ số tải trọng

Chiều rộng bánh răng :b = ψ×A = 0,4×400 = 160 mm chọn b=160mmĐường kính vòng lăn bánh nhỏ :

Trang 36

d1 =

mm i

A

8,961

.2

=+

ψd1 =

75,1

1=

d b

với ψd1 = 1,75 tra bảng 3-12[6] tìm được kttbảng = 1,35( ổ trục không đối xứng bánh răng )Hệ số tải trọng tập trung thực tế :

175,12

1

=

+

= ttbang tt

k k

Theo bảng : 3-14[6] chọn hệ số tải trọng động kd = 1,2

Hệ số tải trọng thực tế :k = kd× ktt = 1,2× 1,135 = 1,36

So với kchọn = 1,3 sai lệch

%436,1

3,136,1

%k= − =

( khoảng sai lệch không lớn )

Chọn lại khoảng cách trục :

mm

3 , 1

36 , 1

Theo tiêu chuẩn bảng 3-1[6].Lấy :mn = 4

Sơ bộ chọn góc nghiêng răng : β=100 => cosβ=0,985

Tổng số răng của cả hai bánh :

Zt = Z1+Z2 =

148 cos

=1

Trang 37

Tính chính xác góc nghiêng β:

99,0.2

A

m Z

45,2sin

5,2

Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng :

Hệ số dạng răng :Bảng 3-18[6]

6 1

. 19,1 10 93,7N/mm

b n Z m y

N k

429,0

ta có: :[σ]u2=172 N/mm2

=> σu2<:[σ]u2 thoả mãn điều kiện

Kiểm nghiệp sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải :

Bánh 1 :[σ]txqt = 2,5×[σ]Notx = 2,5×624 = 1560N/mm2

i i mvx

M

M u

Trang 38

Thoả mãn điều kiện

Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền :

σ =

2

3 6

)1(

10.05,1

n b

N k i

i A

2 3

6

/2,8327

,8.160.2,1

19.3,1.)1228,8(.228,8.524

10.05,1

mm N

σ

Trang 39

Đường kính vòng lăn :

d1 =

'3413

2440

12440

Z

m m

β

= 509 mm ; d2 = 500mmKhoảng cách trục :

mm d

d

2

5001002

Lực vòng :

N d

M

P=2. x =31877

Lực hướng tâm: Pr = P×tgα/cosβ = 31877× tg200/cos130.34’ = 11907 N Lực dọc trục : Pa = P× tgα = 31877×tg200 = 87581 N

* Xác định kích thước của trục:

Chọn vật liệu :

Trục được làm bằng thép 40 thường hoá có :

σbk = 600N/mm2

σchảy = 300N/mm2

Tính đường kính trục được tính theo công thức :

Trang 40

[3.24]

Trong đó : N : công suất trên trục

n : số vòng quay của trục

C : hệ số tính toán phụ thuộc [τ]x chọn C = 110 Trục I: N = 21,01 Kw

Tra bảng 18P[6] chọn chiều rộng của ổ là :

B = 17 mm

Dựa vào bảng 7-1[6] ta chọn các kích thước của hộp giảm tốc như sau :

Khoảng cách tù nắp ổ đến mặt cạnh chi tiết quay ngoài hộp

l1=20 mm Chiều cao nắp và đầu bu lông :

l2=20 mm Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp

l3=20 mm

Khe hở giữa bánh răng và thành trong của hộp :

3

n

N c

d >

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	729,97 KB
File đính kèm	2. BAN VE.rar (3 MB)

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] - Huỳnh Văn Hoàng, Đào Trọng Thường - Tính toán máy trục - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1975	Khác
[2] - Pts Trương Quốc Thành, Pts Phạm Quang Dũng - Máy và thiết bị nâng -Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1999	Khác
[3] - Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm - Thiết kế chi tiết máy 1-2 - Nhà xuất bản giáo dục 2002	Khác
[4] - Sức bền vật liệu 1-2 - Nhà xuất bản Đà Nẵng TĐHBKĐN	Khác
[5] – Hà Văn Vui, Nguyễn Chí Sáng - Sổ tay thiết kế cơ khí tập 1-2-3- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật , Hà Nội 2006	Khác
[6] – Trịnh Chất – Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1994	Khác
[7] - Ninh Đức Tốn – Dung sai và lắp ghép – Nhà xuất bản giáo dục, 2000	Khác
[8] – Võ Quang Phiên, Cao Trọng Khuông, Đặng Trần Việt, Đinh Văn Chiến – Át Lát kết cấu máy nâng chuyển – Trường đại học mỏ địa chất Hà Nội, 2002	Khác