đồ án thiết kế thang cuốn

Do cầu thang cuốn không cần độ tự hãm lớn nên cáchãng chế tạo thường sử dụng bộ truyền bánh răng nghiêng kết hợp bộ truyền xích.Vìthế việc thiết kế hộp giảm tốc cần phải được tiến hành c

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN

VÀ TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ MÁY

1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN

1.1.1 Khái niệm cầu thang cuốn

Cầu thang cuốn là thiết bị vận chuyển người, hàng hóa dạng băng tải Thangcuốn bao gồm hệ thống những bước thang có thể chuyển động lên trên hay xuống dướiliên tục luân phiên nhau thành vòng tròn khép kín, ăn khớp với nhau bằng những khesâu trên bề mặt Đường đi của thang cuốn chủ yếu là đường thẳng nhưng một số khácđược thiết kế theo dạng xoắn ốc để tiết kiệm diện tích .Mô hình cầu thang cuốn thực

tế trên thị trường được thể hiện trên hình 1.1

Hình 1.1: Mô hình cầu thang cuốn thực tế

1.1.2 Ứng dụng cầu thang cuốn

Cầu thang cuốn thường được lắp đặt tại các siêu thị, trung tâm thương mại,các gatàu sân bay, nhà hàng, khách sạn… để vận chuyển hàng hóa và hành khách Hiện nay,cầu thang cuốn còn được sử dụng rộng rãi trong các nhà ở dân dụng

Ngoài ý nghĩa là thiết bị vận chuyển hàng hóa và người cầu thang cuốn còn làmột trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của mỗi công trình

Thang cuốn hiện đại được sử dụng từng đôi với một chiều lên và một chiềuxuống

1.1.3 Phân loại cầu thang cuốn

Thang cuốn hiện nay được thiết kế, chế tạo rất đa dạng với nhiều kiểu loại khácnhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình.

1/Phân loại theo công dụng:

+ Cầu thang cuốn bậc thang dùng vận chuyển người + Cầu thang cuốn dạng băng tải vận chuyển người và hàng hóa

2/Phân loại theo hình dạng đường đi:

+ Cầu thang cuốn di chuyển thẳng rất phổ biến thường thấy ở siêu thị,trung tâm thương mại

+ Cầu thang cuốn dạng xoắn ốc ít phổ biến

3/Phân loại theo các thông số cơ bản:

+ Theo độ cao+ Theo góc nghiêng+ Theo chiều dài thang+ Theo dung lượng vận chuyển

4/Phân loại theo mức độ tự động

+ Bán tự động+ Tự động

1.1.4 Lịch sử phát triển cầu thang cuốn

Cầu thang cuốn ngày nay có mục đích sử dụng và hình dáng tương đồng vớicác loại cầu thang trong ngành kiến trúc Cầu thang là một trong những phần kiến trúctrong nhà có lịch sử lâu đời nhất trong lịch sử ngành kiến trúc.Và rất khó có thể nóichính xác năm nào đã có cầu thang, nhưng người ta vẫn tin rằng chúng xuất hiện vàokhoảng năm 6000 trước công nguyên Cầu thang luôn thay đổi hình dáng qua nhiềuthời kì kiến trúc khác nhau

Mẫu cầu thang đầu tiên trong lịch sử được chế tạo bằng gỗ cây Với hình dángthô sơ đơn giản Trong lịch sử cầu thang gần đây, mẫu cầu thang xoắn ốc ra đời sửdụng với mục đích tiết kiệm diện tích

Có thể nói cầu thang cuốn ra đời trong thế kỉ thứ 19, khi động cơ hơi nước(1860), động cơ điện một chiều (1870), động cơ điện xoay chiều (1889) ra đời Vàocuối thế kỉ 19, Peter Nicholson đã phát trển một hệ thống toán học cho cầu thang vàthanh cây vịn

Năm 1920 hệ cơ khí và truyền động điện ra đời Những kĩ thuật và phươngpháp điều kiển động cơ điện không ngừng phát triển, cầu thang cuốn dùng hộp giảmtốc bánh răng kết hợp với động cơ điện đã được ra đời

Năm 1935, hệ cơ khí với điều khiển tự động ra đời với những hệ điều khiển tốc

độ phức tạp và sự phối hợp đóng ngắt để điều khiển an toàn tốc độ Vào thời đại máytính và kĩ thuật vi điều khiển kết hợp với các loại cảm biến làm tăng hiệu quả làm việc

tổng hợp…) đã tạo ra những kiểu thiết kế cầu thang cuốn có tính thẩm mĩ cao và antoàn như ngày nay Cầu thang cuốn trở thành trung gian của kĩ thuật kiến trúc và mỹthuật, nó tô điểm và trang hoàn lộng lẫy công trình xây dựng.

1.1.5 Các thiết bị và cơ cấu chính sử dụng trong cầu thang cuốn:

1/ Nguồn động lực

Nguồn động lực có vai trò quan trọng trong tất cả các hệ thống truyền động Nócung cấp toàn bộ năng lượng cho cả hệ thống hoạt động Đối với cầu thang cuốnnguồn động lực được sử dụng đó là động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha380– 220V, pha đơn 220V với tần số 50 – 60Hz Vì động cơ giữ vai trò rất quan trọngnên việc lựa chọn động cơ cho hệ thống cầu thang cuốn phải đảm bảo các điều kiệnsau:

+ Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết của cả hệ thống

+ Tốc độ của động cơ phải phù hợp để đơn giản trong việc thiết kế các bộ giảm

tố, phải đảm bảo về mặt kinh tế và kích thước khối lượng ( vì tốc độ động cơ có ảnhhưởng rất lớn đến giá thành, khối lượng và kích thước của động cơ)

+ Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn

+ Momen khởi động phải đủ lớn để có thể thắng được momen cản ban đầu

+ Động cơ không quá nóng khi làm việc trong thời gian dài

2/ Hộp giảm tốc (Hình 1.1.3a)

Hộp giảm tốc là một bộ phận phổ biến và quan trọng trong hầu hết các máymóc cơ khí Trong hệ thống cầu thang cuốn hộp giảm tốc được sử dụng giảm tốc độ từtrục động cơ đến băng tải thang Do cầu thang cuốn không cần độ tự hãm lớn nên cáchãng chế tạo thường sử dụng bộ truyền bánh răng nghiêng kết hợp bộ truyền xích.Vìthế việc thiết kế hộp giảm tốc cần phải được tiến hành cẩn thận, tính toán kinh tế theocác phương án thích hợp nhất Thông thường khi thiết kế hộp giảm tốc cần thỏa mãnhai điều kiện sau:

Hình 1.1.3a: Hộp giảm tốc

+ Hộp giảm tốc được thiết kế phải thảo mãn những chỉ tiêu làm việc chủ yếu nhưsức bền, độ bền mòn, độ cứng…

+ Giá thành chế tạo rẻ nhất, nhỏ gọn và thẩm mĩ

Ngoài những yêu cầu về khả năng làm việc chủ yếu, hộp giảm tốc được thiết kếcần thõa mãn những điều kiện kĩ thuật cơ bản:

+ Cơ sở hợp lý để chọn kết cấu các chi tiết và bộ phận máy

+ Những yêu cầu về tháo lắp, sữa chữa ( như tháo lắp điều chỉnh thuận lợi, giảmkhối lượng các nguyên công bằng tay khi lắp ráp và thời gian tháo láp…)

+ Hình dạng cấu tạo của chi tiết phù hợp với phương pháp chế tạo phôi gia công

cơ và sản lượng cho trước

+ Tiết kiệm nguyên vật liệu

+ Dùng rộng rãi các chi tiết, bộ phận máy đã được tiêu chuẩn hóa

+ Đảm bảo bôi trơn thường xuyên các chỗ ăn khớp, các bề mặt tiếp xúc

+ Bảo đảm dung sai lắp ghép các chi tiết

Ngoài ra, khi thiết kế cần lưu ý đến vấn đề an toàn lao động và tính thẩm mỹ củasản phẩm

Tóm lại, việc thiết kế hộp giảm tốc là quá trình sáng tạo Để đạt được yêu cầucủa thiết kế có thể có rất nhiều phương án khác nhau Người thiết kế vận dụng nhữnghiểu biết lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để lựa chọn phương án hợp lý và cao hơn làphương án tối ưu nhất Mục đích cuối cùng là tạo ra chi tiết máy móc đảm bảo yêu cầu

kĩ thuật,tính thẩm mỹ ,tính kinh tế, an toàn và làm việc tin cậy… Do đó trong suốt quátrình thiết kế sản phẩm phải luôn tuân thủ các mục đích và yêu cầu của sản phẩm

3/ Băng thang (Hình 1.1.3b)

Gồm các mắc xích thang ăn khớp với nhau bằng các khe sâu trên bề mặt và cóthể trượt lên nhau Mỗi mắc xích thang có hai dãy con lăn Nhờ vào hai dãy con lănnày khi trượt trên hai băng dẫn hướng khác nhau mà các mắc xích thang có thể tạo nêncác bậc thang khi di chuyển trên đoạn đường làm việc của thang

Hình 1.1.3b: Băng thang và mắc xích thang

Băng dẫn hướng ngoài nhiệm vụ dẫn hướng cho các con lăn tạo nên hành trìnhcủa mắc xích thang thì nó còn là nơi chịu tải trọng làm việc của thang

lăn trên mắc xích thang dễ dàng ăn khớp với bánh răng bị dẫn và bánh răng dẫn tạo rachuyển động liên ttục luân phiên thành vòng khép kín của cụm mắc xích thang Nhờ

đó có thể tạo nên chiều chuyển động lên hay xuống của thang

Băng dẫn hướng, khuôn dẫn hướng sẽ được gắn cố định vào khung gia cố

Khung gia cố phải được thiết kế vững chắc vì nó chịu tác dụng của toàn bộ tảitrọng làm việc và tải trọng của chính thang cuốn Khung gia cố đối tượng trung gian

để liên kết giữa thang cuốn với với kết cấu xây dựng của công trình

4/ Lan can tay vịn cầu thang cuốn (Hình 1.1.3c)

Khác với các loại lan can của cầu thang cố định truyền thống Lan can cầu thangcuốn được thiết kế gồm có bộ lan can cố định và bố trí thêm hệ thống băng đai chạythành vòng khép kín với cùng vận tốc với bậc thang Chính nhờ băng đai này giúp chohành khách cảm thấy an toàn khi đi trên thang, đồng làm tăng thêm tính thẩm mỹ củatoàn bộ hệ thống cầu thang cuốn

Hình 1.1.3c: Lan can tay vịn cầu thang cuốn

Băng đai hoạt động dựa vào hai bánh xe trụ chốt tay vịn cầu thang cùng với haibánh dẫn và bộ căng đai tạo nên chuyển động thành vòng khép kín của băng đai

5/ Lớp áo bọc cầu thang cuốn

Lớp áo bọc này có nhiệm vụ che chắn toàn bộ hệ thống truyền động của hệthống Nó giúp ngăn cản bụi rơi vào các cơ cấu ăn khớp bên trong Có thể làm giảmtiếng ồn phát ra bên ngoài khi hệ thống làm việc

Lớp áo bọc này còn là phần quan trọng để tạo nên yếu tố thẩm mỹ cho toàn bộcầu thang cuốn

6/Cảm biến tốc độ

Cảm biến tốc độ là thiết bị dùng để kiểm tra tốc độ của thang Sau đó, đưa thông

xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ đảm bảo vận tốc làm việc của thang theoyêu cầu khi các điều kiện bên ngoài thay đổi.

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ gồm có: + Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi điệntrở phụ mạch rôto

+ Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi điện

áp stato

+ Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi sốđôi cực(p)

+ Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi tần

số của điện áp Thông thường khi thay tần số f để điều chỉnh tốc độ động cơ người tathường kết hợp thay đổi điện áp stato

1.1.6 Một số thiết kế và lưu ý của hành khách để đảm bảo an toàn cho hành khách khi đi trên cầu thang cuốn

1.1.6.1 Một số thiết kế đảm bảo an toàn cho hành khách:

Để giảm bớt tai nạn, các thang cuốn hiện đại được thiết kế thêm các phần sau: + Đa số, thanng cuốn có tay vịn chuyển động theo kịp sự chuyển động của bướcthang để giúp người đi giữ thăng bằng khi thang dừng đột ngột bởi lý do nào đó.(Hình1.1.4a)

Hình 1.1.4a: Tay vịn chuyển động cùng bước thang+ Có tấm đệm chân ở đầu trên và đầu dưới chiều dài thang giúp người đi giữthăng bằng khi kết thúc.( Hình 1.1.4b)

Hình 1.1.4b: Bàn lược đầu và cuối thang cuốn

nhuộm màu xanh lục, được gắn bên trong cơ cấu vận hành của thang.

+ Hai hay ba bước thang đầu tiên và cuối cùng được thiết kế thành chuỗi bằngphẳng để người đi cảm thấy dễ theo kịp tốc độ của thang do quán tính

+ Những đường ranh giới ở đầu hoặc cạnh bước thang được sơn màu vàng nổibậc như một lời cảnh báo.( Hình 1.1.3c)

+ Hướng di chuyển lên hay xuống và tốc độ của thang có thể kiểm soát đượctheo thời gian trong ngày hay theo lưu lượng người đi trên đó

1.1.6.2 Một số lưu ý đối với hành khách:

Một số tai nạn thang cuốn cơ học có thể tránh bằng việc tuân thủ một số khuyếncáo an toàn đơn giản sau:

+ Giữ tay vịn

+ Không sử dụng thang cuốn với mục đích vận chuyển các kiện hàng lớn hay đẩyhàng trên các thiết bị có bánh xe

+ Không nên sử dụng thang cuốn khi đi bằng nạn

+ Kiểm tra y phục như váy, cà vạt, khăn choàng, dây giày … để tránh bị quấnvào khe thang

+ Trẻ em cần phải có người lớn đi kèm

+ Nhìn thẳng về hướng đi

+ Khi kết thúc lượt đi nên ra khỏi khu vực thang để tránh ùn tắc

+ Đứng nép về một bên thang để người khác có thể đi qua khi họ cần

1.2 TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ MÁY

1.2.1 Các nguyên lý cơ bản khi thiết kế máy

1.2.1.1 Nguyên lý sức bền đều

Tất cả các chi tiết máy có sức bền tương đương nhau, đảm bảo bền,đảm bảo thờigian mỏi xấp xỉ nhau,thời gian phục vụ như nhau (tức là hỏng cùng một thời điểm).Trong thực tế, các chi tiết máy có điều kiện làm việc khác nhau, có vật liệu khácnhau, tải trọng tác động khác nhau Nhưng bị ràng buộc về mặt hình học (kích thước)

do đó không thể đảm bảo nguyên lý sức bền đều cho tất cả các chi tiết máy Biện pháp

để chúng ta có thể thực hiện được nguyên lý:

+ Phân nhóm các chi tiết máy theo thời hạn phục vụ

+ Thiết kế sao cho các chi tiết máy mau hỏng ở vị trí dễ thay thế Trong hồ sơ củamáy phải quy định thời gian sữa chữa bảo trì và thay thế các chi tiết đó

+ Trong mọi trường hợp ta phải luôn luôn nghiên cứu kỹ vật liệu để chọn vật liệuphù hợp nhất

Để đảm bảo nguyên lý trọng lượng bé nhất ta cần thực hiện các biện pháp sau: + Chọn nguyên lý làm việc thích hợp.

+ Chọn vật liệu thích hợp

+ Quy định trọng lượng máy để tạo tư duy chọn cơ cấu tối ưu

1.2.1.3 Nguyên lý công nghệ kết cấu

+ Chế tạo và lắp ráp được

+ Sử dụng các cơ cấu phải tìm hiểu kỹ phân tích và nắm bắt các cơ cấu truyềnđộng

+ Tìm hiểu về công nghệ chế tạo như tìm hiểu và thực hành trên các máy công

cụ, các trang bị công nghệ và các cơ sở gia công kim loại

+ Thiết kế ra bản vẽ chế tạo chi tiết thích hợp để có thể tạo ra sản phẩm

+ Quan tâm đến trình tự lắp ráp, tháo để sữa chữa

1.2.2 Các chỉ tiêu để đánh giá thiết kế

1.2.2.1 Chỉ tiêu về độ tin cậy

Chỉ tiêu về độ tin cậy nhằm đánh giá thiết bị có duy trì được tính năng làm việccủa nó hay không Để đánh giá về chỉ tiêu này ta thông qua tần suất hỏng hóc bấtthường của thiết bị

Từ nhận định trên ta có các biện pháp để đảm bảo độ tin cây như sau:

+ Máy càng ít chi tiết thì độ tin cậy càng cao

+ Thực hiện nghiêm túc việc bảo trì sữa chữa và thay thế các chi tiết máy theođúng thời gian quy định

+ Vận hành máy đúng chế độ hiểu về công nghệ đối với người thiết kế máy Quyđịnh đầy đủ các chế độ làm việc của máy và có cơ cấu đảm bảo đúng chế độ đó

+ Đảm bảo an toàn cho các cơ cấu hoạt động

1.2.2.2 Chỉ tiêu về độ chính xác

Chỉ tiêu về độ chính xác có nhiều cách đánh giá:

+ Độ chính xác động học: Độ chính xác về tốc độ chuyển động của các xíchtruyền động quan hệ với các thiết bị mà chuyển động của nhiều cơ cấu có ràng buộclẫn nhau, và quan hệ với các thiết bị có yêu cầu tốc độ chuyển động của khâu cuốicùng là hằng số, hoặc thay đổi theo quy luật nhất định

+ Độ chính xác hình học: Độ chính xác xét đến kết cấu hình học của khâu chấphành về kích thước, kích thước tương quan, hình dáng hình học và hình dáng hình họctương quan

+ Độ chính xác về ổn định động và động lực học: Tần số dao động riêng, tần sốdao động cưỡng bức và chế độ làm việc khi có tải

Tiêu chuẩn độ chính xác được xây dựng nên dựa trên các cơ sở chủ yếu sau: + Điều kiện làm việc thực sự của máy: Tiêu chuẩn về độ chính xác cho từng loạimáy hoặc xây dựng tiêu chuẩn cho ngành sản xuất

+ Tốc độ chuyển động chính: Sai lệch của tốc độ thực do máy tạo ra so với tốc độcắt cần thiết không vượt quá 50%

hoặc phụ thuộc có quan hệ với tốc độ của chuyển động cắt chính Độ chính xác phụthuộc vào bản thân sản phẩm tạo ra.

+ Khi nghiên cứu về độ chính xác giúp chúng ta chọn lựa cơ cấu phù hợp, hìnhthức chế tạo máy phù hợp

Các biện pháp nâng cao độ bền mòn: Bôi trơn bề mặt tiếp xúc, chọn vật liệu giảm

ma sát, nhiệt luyện tăng độ rắn bề mặt làm việc, bảo đảm chế độ bôi trơn ma sát ướt.+ Chỉ tiêu độ bền mỏi: Độ bền mỏi là khả năng của thiết bị cản lại sự phá hủymỏi Đối với mọi kết cấu kim loại, hợp kim nếu thõa mãn điều kiện mỏi thường thỏamãn độ bền

1.2.2.4 Chỉ tiêu về độ cứng vững và chỉ tiêu về hệ số sử dụng các phần tử tiêu

chuẩn hóa, thống nhất hóa

+ Chỉ tiêu về độ cứng vững: được xác định bằng chuyển vị của các phần tử thuộcmáy trong phạm vi giới hạn đàn hồi

Biện pháp tăng cường độ cứng vững: Chọn hình dáng kết cấu thích hợp, bố trícác bộ phận vị trí truyền động , tạo cơ hệ siêu tĩnh

+ Chỉ tiêu về hệ số sử dụng các phần tử tiêu chuẩn hóa, thống nhất hóa: Tiêuchuẩn hóa là các phần tử có số lượng lớn được dùng phổ biến, tổ hợp phần tử tạo thànhmột bộ phận máy hoạt động độc lập Tính toán tối ưu, tạo ra các kết cấu công nghệ tối

ưu, quy trình chế tạo tối ưu Qui định bắt buộc cho các bộ phận hoặc phần tử đó gọi làtiêu chuẩn Ví dụ: ổ lăn, vít đai ốc,vòng chặn đàn hồi,kích thước đường kính tiêuchuẩn, các thiết bị thủy lực, khí nén…Mục đích là đê hạ giá thành sản phẩm và giảmthời gian thiết kế, chế tạo Còn thống nhất hóa là các phần tử được dùng thường xuyênlâu dài cho một ngành hoặc một lĩnh vực nào đó

1.2.3 Cách tiến hành thiết kế

Trong bản thuyết minh đồ án này, ta chỉ nghiên cứu và trình bày quá trình thiết

kế một hệ thống dẫn động từ động cơ đến máy công tác, mà ở đây chính là từ động cơkhông đồng bộ xoay chiều ba pha đến hệ thống bước thang chuyển động lên trên hayxuống dưới liên tục luân phiên nhau thành vòng tròn khép kín

Quá trình thiết kế có thể tiến hành theo các bước sau

Bước 1: Nghiên cứu đề tài, tham khảo những cấu tạo của của các loại máy tương

tự, chuẩn bị phương tiện làm việc… Từ đề tài ta xác định các thông số kỹ thuật cầnthiết, thiết kế nguyên lý của toàn bộ hệ thống cầu thang cuốn Mô tả nguyên lý hoạtđộng của hệ thống

Bước 2: Xác định các kích thước chủ yếu của hệ thống

Giai đoạn này được tiến hành như sau: Xác định công suất cần thiết để chọnđộng cơ điện; chọn động cơ ; xác định tỷ số truyền chung và phân phối cho các bộtruyền trong hệ thống dẫn động; tính số vòng quay,công suất, mômen xoắn trên cáctrục; tính các kích thước chủ yếu của bộ truyền ( khoảng cách trục, đường kính vàchiều rộng bánh răng, trục vít,bánh đai,đĩa xích v.v…)

Chương 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ

VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC

2.1 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ

2.1.1 Xác định các thông số kỹ thuật:

Theo đề tài:

Chiều cao thang: H = 4m

Tham khảo thực tế ta chọn được các thông số kĩ thuật sau:

Góc nghiêng của thang (α) : 300

2.1.2.1.Xây dựng sơ đồ động hệ thống cầu thang cuốn

Từ việc phân tích các thiết bị và cơ cấu chính sử dụng trong cầu thang cuốn vàqua quá trình tìm hiểu các mô hình cầu thang cuốn thực tế tại các siêu thị, nhà sáchtrên địa bàn.Ta xây dựng được sơ đồ động của cầu thang cuốn như hình 2.2

Từ mô hình sơ đồ động trên cho ta thấy rõ hơn được các thành phần và thiết bị

cơ bản của thang cuốn Giải thích các ký hiệu trong sơ đồ

1: Khung gia cố

2: Hộp giảm tốc ( bao gồm bộ truyền bánh răng và bộ truyền xích)

3: Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha

4: Mắc xích bậc thang

5: Con lăn bậc thang

6: Băng dẫn hướng 1

8: Tang băng thang

9: Khuôn dẫn hướng

10: Bánh chốt trục lan can thang cuốn

11: Đai lan can

12: Thanh đỡ lan can

13: Băng dẫn hướng 2

14: Bộ căng đai

15: Bánh dẫn động đai lan can

16: Bàn lược đầu và cuối bậc thang

17: Bánh xích bị động

Hình 2.2: Sơ đồ động của hệ thống cầu thang cuốn

2.1.2.2 Mô tả nguyên lý hoạt động

Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha khi được khởi động sẽ quay Khi đó,thông qua hộp giảm tốc sẽ đưa tốc độ cao của động cơ về tốc độ thấp Tốc độ thấp này

sẽ được đưa đến bánh chủ động thông qua bộ truyền xích của thang cuốn Bánh dẫnđộng mắc xích của thang cuốn ăn khớp với băng tải thang theo kiểu xích con lăn Cụmmắc xích bậc thang sẽ nhờ vào các băng dẫn hướng và khuôn dẫn hướng sẽ dẫnhướng con lăn, cùng với khe sâu ăn khớp của bậc thang và tạo ra các bậc thang trênđoạn làm việc của thang

Điều chỉnh chiều quay của động cơ ta sẽ điều chỉnh chiều lên hoặc xuống củabăng tải thang đưa hành khách đi lên hoặc đi xuống

2.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

2.2.1 Tính toán các thông số băng thang

Băng thang chuyển động luân phiên lên trên hay xuống dưới liên tục là nhờ vào

sự ăn khớp của các mắc xích bậc thang với tang băng thang theo kiểu ăn khớp xíchcon lăn Do đó, các thông số của của băng thang được tính dựa theo kiểu truyền độngxích

Bước mắc xích thang t là thông số chính của xích, thông số này đã được các hãngsản xuất thang cuốn tiêu chuẩn hóa

Ta chọn bước mắc xích thang: tt = 300 (mm) theo tiêu chuẩn bước thang củahãng Hitachi

2.2.1.1 Khoảng cách sơ bộ giữa hai tang của băng thang.

Ta có, độ dài đoạn làm việc của băng thang (L):

Vậy ta có khoảng cách(A) giữa hai tang băng thang là:

Do hai tang của băng thang có cùng đường kính và số răng Ta chỉ cần tính chomột tang Đồng thời, bước mắc xích thang lớn nên ta chọn chế độ làm việc cứ 4 răngtrên tang băng thang sẽ ăn khớp với một mắc xích thang

Công thức tính đường kính vòng chia của tang băng thang là:

'

180sin

t ct

t

t d

Z

=

CT 6 – 1 (tr 102 – TKCTM)Trong đó: ' 300

t t

t

t = = = mm

Zt là số răng của tang băng thang

Số răng của tang băng thang càng ít thì mắc xích băng thang càng bị nhanh mòn,

va đập của mắc xích vào răng tang càng tăng băng thang làm việc ồn Dựa vào bảng

6-3 trang 105 của sách Thiết kế chi tiết máy Ta chọn số răng cho tang băng thang ứngvới tỷ số truyên bằng 1 là: Zt = 36

Như vậy ta có đường kính vòng chia của tang băng thang là:

sin 36

ct

2.2.1.3.Xác định số vòng quay trên trục của tang băng thang.

Vận tốc của băng thang

60 1000

t t t

v=

×Trong đó, nt chính là số vòng quay trên trục của tang băng thang

2.2.2 Tính toán sơ bộ công suất trên băng thang.

Với bước mắc xích thang là 300mm(lấy theo hệ thống bước cầu thang cuốnHitachi dùng cho bề rộng thang 1200mm, đi được hai người cùng một bậc), ta có sốbậc tối đa(T) trên đoạn làm việc của thang:

P = A×55×10 = 110×55×10 = 60500 (N)Lực kéo ( F) băng tải thang:

F = P.sin300 = 60500×0.5 = 30250 (N)

Hình 2.3: Phân bố lực trên đoạn làm việc

Công suất trên băng thang (N):

2.2.3.1.Phân loại hộp giảm tốc.

Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít, tạothành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đếnmáy công tác Ưu điểm của hộp giảm tốc hiệu suất cao có khả năng truyền những côngsuất khác nhau, tuổi thọ lớn, làm việc chắc và sử dụng đơn giản

Có rất nhiều loại hộp giảm tốc, được phân chia theo các đặc điểm chủ yếu sauđây:

- Loại truyền động ( hộp giảm tốc bánh răng trụ, bánh răng nón, trục vít, bánhrăng – trục vít )

- Số cấp ( một cấp, hai cấp …)

- Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian ( thẳng đứng, nằm ngang …)

- Đặc điểm của sơ đồ động ( triển khai, đồng trục, có cấp tách đôi v.v… ) Hộpgiảm tốc bánh răng trụ một cấp

Hình 2.2.3a và hình 2.2.3b là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ nằm ngang vàthẳng đứng Các bánh răng có thể có răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V Vỏhộp thường được đúc bằng gang Trục có thể lắp trong ổ lăn hoặc ổ trượt Tỉ số truyền

i có thể lấy lấy ≤ 5 nếu là răng thẳng và có thể lấy tới 10 nếu là bánh răng nghiênghoặc răng chữ V Việc chọn sơ đồ hộp giảm tốc nằm ngang hay thẳng đứng là do yêucầu thuận tiện về kết cấu chung của thiết bị dẫn động quyết định

Hình 2.2.3c: Sơ đồ hộp giảm tốc Hình 2.2.3d: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp nằm ngang bánh răng nón một cấp thẳng đứng

Hình 2.2.3c và hình 2.2.3.d là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón nằm ngang vàthẳng đứng

Hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn hai cấp và ba cấp

Thường có các loại sơ đồ sau:

Sơ đồ đồng trục: ( Hình 2.2.3e) Ưu điểm của loại sơ đồ này là cho phép giảmkích thước chiều dài, trọng lượng so với các loại khác.Nhưng nhược điểm chính củaloại này là khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết vì lực sinh ra trongquá trình ăn khớp của các bánh răng cấp chậm lớn hơn nhiều so với các bánh răng cấpnhanh trong khi đó khoảng cách trục của hai cấp lại bằng nhau Ngoài ra thì nó còn cócác nhược điểm:

a) Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung của thiết bị dẫn động

vì chỉ có một đầu trục vào và một đầu trục ra

b) Khó bôi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp

c) Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn, do đó muốn bảo đảmtrục đủ bền và cứng cần phải tăng đường kính trục

Do những nhược điểm trên, sơ đồ hộp giảm tốc đồng trục rất ít dùng

Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôi dùng bánh răng nghiêng (Hình 2.2.3f)

Ở cấp chậm dùng bánh răng chữ V hoặc bánh răng thẳng

Hộp giảm tốc có cấp tách đôi được dùng rất rộng rãi nhờ những ưu điểm sau đây:a) Tải trọng phân bố đều trên các trục

b) Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấpnhanh

c) Bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng íthơn so với sơ đồ khai triển thông thường

Hình 2.2.3e: Sơ đồ hộp giảm tốc Hình 2.2.3f: Sơ đồ hộp giảm tốc có

đồng trục cấp tách đôi

Khi chọn ổ cho hộp giảm tốc loại này nên lưu ý, chọn loại ổ sao cho trục lắpbánh răng chữ V có khả năng tự điều chỉnh vị trí theo chiều trục để bù lại sai số gócnghiêng của răng

Hộp giảm tốc có cấp chậm tách đôi cũng có những ưu điểm như hộp giảm tốc cócấp nhanh tách đôi

Hộp giảm tốc có cấp tách đôi có nhược điểm là chiều rộng của hộp tăng lên một

ít, cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn, số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng

Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp và ba cấp khai triển Hộp giảm tốc hai cấp ( Hình

2.2.3g) thường được dùng với phạm vi tỉ số truyền i = 8 ÷ 30; ở các hộp giảm tốc tiêuchuẩn (ҐOCT 2188 – 55 ) có giới hạn trên imax = 50 Muốn có tỉ số truyền lớn có thểdùng hộp giảm tốc ba cấp ( Hình 2.2.3h) ở đây i = 50 ÷ 400 Khuyết điểm chủ yếu củaloại này là bánh răng phân bố không đối xứng với gối tựa Vì thế tải trọng phân bốkhông đều trên các ổ trục Các ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất, nên trọnglượng hộp giảm tốc có tăng hơn so với các loại sơ đồ khác

Hình 2.2.3g: Hộp giảm tốc hai cấp Hình 2.2.3h: Hộp giảm tốc ba cấp khai khiển khai triển

Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ.

Hình 2.2.3i: Hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.2.3j: Hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ hai cấp nằm ngang nón - trụ hai cấp thẳng đứng

Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ có thể là hai cấp hoặc ba cấp Bánh răng nón

có răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng xoắn Bánh răng trụ có răng thẳng hoặc răngnghiêng

Hộp giảm tốc trục vít

Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ hai cấp ( Hình 2.2.3i và 2.2.3j) có tỉ số truyềnthông thường i = 8 ÷ 15 Hộp giảm tốc ba cấp ( một cấp bánh răng nón và hai cấp bánhrăng trụ, hình 2.2.3k ) được dùng khi i = 25÷ 75 Nếu dùng bánh răng nón răngnghiêng hoặc răng xoắn thì tỉ số truyền i có thể lớn hơn các giá trị số nêu ở trên

Tùy theo vị trí tương đối giữa rục vít và bánh vít, sơ đồ hộp giảm tốc trục vít chialàm ba loại chính: trục vít đặt trên, đặt dưới và đặt cạnh Ở hộp giảm tốc trục vít đặtdưới (hình 2.2.3l) xác suất rơi của bột kim loại, sản phẩm của mài mòn vào chỗ ănkhớp ít hơn so với các loại trục vít đặt trên ( hình 2.2.3m)

Hình 2.2.3k: Hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.2.3l: Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít nón – trụ ba cấp đặt dưới

Hộp giảm tốc có trục bánh vít đặt đứng trục vít đặt cạnh (hình 2.2.3n) được dùng

để dẫn động cơ cấu xoay; thí dụ ở cần trục, nhưng nói chung rất ít dùng Suy cho cùngthì việc chọn sơ đồ này hoặc sơ đồ khác là do sự thuận tiện về bố trí các thiết bị của hệthống dẫn động quyết định

Hộp giảm tốc bánh răng – trục vít, trục vít – bánh răng và trục vít hai cấp

Hình 2.2.3o là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng – trục vít Tỉ số truyền của hộp giảmtốc này tới 150, trường hợp cá biệt có thể lớn hơn Hình 2.2.3p là sơ đồ hộp giảm trụcvít – bánh răng Tỉ số truyền trung bình của loại này là 50 ÷ 130, imax có thể tới 250.Hình 2.2.3q là sơ đồ hộp giảm tốc trục vít hai cấp Tỉ số truyền của loại này có thể tới

= 150 ÷ 400.

2.2.3.2.Chọn sơ đồ nguyên lý hộp giảm tốc:

Từ sự phân loại hộp giảm tốc trên kết hợp với việc tính toán các thông số củabăng thang Ta thấy số vòng quay trên tang băng thang nhỏ nt = 11 vg/ phút nên ta cầnchọn nhiều bộ truyền để có được một tỷ số truyền tương đối lớn Ta chọn bộ truyềnxích gắn với tang băng thang với hộp giảm tốc và động cơ đặt liền với hộp giảm tốc

Sở dĩ chọn bộ truyền xích vì kết cấu đơn giản, dễ chế tạo có thể làm việc với tải lớn vàvận tốc chậm Hộp giảm tốc có thể chọn hộp giảm tốc trục vít để kích thước được nhỏgọn và tự hãm tốt, song việc chế tạo bộ truyền trục vít tương đối khó khăn hơn bộtruyền bánh răng, phải dùng kim loại màu để làm vành bánh vít, cấu tạo bộ phận ổphức tạp, điều chỉnh khó khăn Mặt khác cầu thang cuốn đặt nghiêng 350 nên cũngkhông cần tính tự hãm lớn Vì vậy hợp lý nhất là chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ trònrăng nghiêng hai cấp khai triển

Sơ đồ động học được chọn được trình bày trên hình 2.2.3.2

Giải thích kí hiệu trong sơ đồ:

1) Động cơ xoay chiều ba pha

2) Khớp nối

3) Hộp giảm tốc

4) Xích truyền động

5) Tang băng thang

Hình 2.2.3.2: Sơ đồ nguyên lý hộp giảm tốc

2.2.4 Chọn động cơ điện, phân phối tỉ số truyền, xác định số vòng quay, công suất và mômen các trục của hộp giảm tốc.

2.2.4.1 Chọn động cơ điện

Động cơ điện được chọn phải tận dụng được toàn bộ công suất của động cơ.Khi làm việc không quá nóng, có khả năng quá tải trong thời gian ngắn, có momenkhởi động đủ lớn để thắng mômen cản ban đầu của phụ tải

Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết

ct

N N

η

=

[ CT 2 – 1 (tr 27 - TKCTM)]Với N = 16,5 (kW)

Trong tiêu chuẩn động cơ điện có nhiều loại thỏa mãn điều kiện này Chọn động

cơ điện có mômen mở máy hơi cao và có che kín có quạt gió loại AO2 – 81 – 10

- Các thông số kỷ thuật của động cơ AO2 – 81 – 10:

ix là tỷ số tryền của bộ truyền xích

in là tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh

ic là tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp chậm

- Chọn ix = 3

⇒ in.ic = 53,18

3 = 17,73

phương pháp ngâm dầu được tốt nhất ta chọn:

c i

n2

= 33

3 = 11 (vg/ph)2) Xác định công suất các trục:

+ Trục I : PI = Pđc η3 = 17×0,995 = 16,915(kW)

+ Trục II : PII = PI η2.η3 = 16,915×0,97×0,995 = 16,326 (kW)

+ Trục III : PIII = PII η2.η3= 16,326×0,97×0,995 = 15,757 (kW)

+ Trục tang : Pt = PIII η1 = 15,757×0,97 = 15,284 (kW)

3) Xác định momen xoắn trên các trục:

Công thức để xác định mômen xoắn trên các trục là: Mx = 9,55×106

i

n

Pi

Trong đó: Pi và ni là công suất và vận tốc (vg/ph) của trục thứ i (i = iđc÷iIII)

+ Trên trục động cơ: Mxđc = 9,55.106× 17

585 = 277521 (Nmm)+ Trên trục thứ I : MxI = 9,55.106×16,915

585 = 276134 (Nmm)+ Trên trục thứ II : MxII = 9,55.106 ×16,326

121 = 1288540 (Nmm)+ Trên trục thứ III : MxIII = 9,55.106×15,757

33 = 4559980 (Nmm)+ Trên trục tang : Mxt = 9,55.106×15, 284

2) Định số răng của đĩa xích

Theo bảng 6 – 3 ( TKCTM – Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẩm ) với tỉ sốtruyền ix = 3 chọn số răng đĩa dẫn Z1 = 25 Số răng đĩa bị dẫn

Z2 = 3.25 = 75

3)Tìm bước xích t.

Hệ số điều kiện sử dụng

k = kđ.kA.k0.kđc.kb.kc [CT 6 – 6 (tr 105 – TKCTM )]Trong đó: kđ = 1 tải trọng va đập

kA = 0,8 chọn khoảng cách trục A = (60÷80)t

k0 = 1 góc nghiêng nhỏ hơn 600

kđc = 1,25 trục không điều chỉnh được

n = = 1,51 (lấy n01 =50 vg/ph)Công suất tính toán: CT 6 – 7 (tr 106 – TKCTM )

Nt = Pt.k kZ.kn = 15,284.2.175.1.1,51 = 50,2 (kW)

Tra bảng 6 – 4 (TKCTM) với n0 = 50 vg/ph chọn được xích con lăn một dãy cóbước xích t = 31,75 mm diện tích bản lề F = 262,2 mm2, có công suất cho phép23,9(kW) Với loại xích này theo bảng 6 – 1 (TKCTM) tìm được kích thước chủ yếucủa xích, tải trọng phá hỏng Q = 70000 (N), khối lượng 1 mét xích q = 3,73kg

Số dãy xích con lăn x:

[ ]N t

x

N

= [CT 6 – 10 (tr 107 – TKCTM)]Trong đó: Nt = 50,2(kW) Công suất tính toán

N = 23,9 (kW) Công suất cho phép

3.1.2 Tính đường kính vòng chia của đĩa xích và lực tác dụng lên trục.

1) Tính đường kính vòng chia của đĩa xích [ CT 6 – 1 ( tr102 – TKCTM)]

Z tn

×

=

[ CT 6 – 17 (tr 109 – TKCTM )]

7

6.10 1, 05.15, 284

3676025.31,75.33

x

3.2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG:

3.2.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh

3.2.11 Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Giả thiết phôi để làm bánh răng là phôi rèn ,có đường kính phôi từ 100 ÷ 300 đốivới bánh răng nhỏ và 300 ÷ 500 đối với bánh răng lớn

1) Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Ta có chu kỳ làm việc của bánh răng lớn xác định theo công thức:

Mi: Mômen xoắn

Mmax: Mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bộ truyền

ni: số vòng quay trong một phút của bánh răng

Ti: Tổng số giờ bánh răng làm việc ở chế độ i

Số chu kỳ làm việc của bánh nhỏ là

Nn = in.N = 4,81×8,8.107 = 4,2328.108

Ta có số chu kỳ làm việc của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn của bộ truyền bánhrăng cấp nhanh đều lớn hơn số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc và đườngcong mỏi uốn N0 = 107

[б]tx1 = 2,6.HB = 2,6.210 = 546 (N/mm2)

Ứng suất tiếp xúc cho phép trên bánh răng lớn:

[б]tx2 = 2,6.HB = 2,6.200 = 520 (N/mm2)

2) Ứng suất uốn cho phép:

Bộ truyền làm việc một chiều nên các răng trên bánh răng chỉ làm việc mộtmặt,vật liệu bánh răng là phôi rèn thép thường hóa nên ứng suất uốn cho phép đượcxác định theo công thức:

[б]u =

K n

K N

.)6,14,1

Kб = 1,8 Hệ số tập trung ứng suất ở chân răng

б-1 = 0,43.бb Giới hạn mỏi của thép (N/mm2)

Ứng suất uốn cho phép của bánh răng nhỏ:

[б]u1 = 1,5.01,,435.1.,5808 .1 = 138,6 (N/mm2)

Ứng suát uốn cho phép của bánh răng lớn:

[б]u2 = 1,5.01,,435.1.,4808 .1 = 114,7 (N/mm2)

3) Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K:

Có thể chọn sơ bộ K = 1,3÷1,5 Trị số nhỏ dùng cho các bộ truyền chế tạo bằngvật liệu có khả năng chạy mòn các ổ bố trí đối xứng so với bánh răng hoặc các bộ phậntruyền có vận tốc thấp

Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng:

2 2

6

]

).][

10.05,1[(

)1(

θ

N K i

i = 4,81: Tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh

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

Vận tốc vòng của bánh răng trụ được xác định theo [CT 3–17(tr 46 – TKCTM)]:

V =

1000 60

.d1n

π

= 60.1000.(4,81 1)2.3,14.265.585+ = 2,79 (m/s)Với vận tốc này ta chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng theo bảng [3-11] là cấp9

7) Định chính xác hệ số tải trọng K và khoảng cách trục A:

Hệ số tải trọng K được xác định theo:

K = Ktt Kđ [ CT 3 – 19 (tr 47 – TKCTM)]Trong đó Ktt: Hệ số tập trung tải trọng

Kđ: Hệ số tải trọng động

Ta có chiều rộng bánh răng:

b = ΨA.A = 0,3.265 = 79,5(mm)

d1 =

1

2

+

i

A

= 4,81 12.265+ = 91,22 (mm)Nên Ψd =

1

d

b

=91, 2279,5 = 0,87Dựa vào Ψd tra bảng [3-12] [TKCTM]

⇒ K = 1,2.1,15 = 1,38

Định lại khoảng cách trục A theo [ CT 3 – 21 (tr 49 – TKCTM)]

A = Asơbộ.3

sobo K

K

= 265.3 1,38

1, 4 = 263,7 (mm)Vậy vẫn chọn A = 263 (mm)

8) Xác định môđun (mn) ,số răng (z) ,chiều rộng bánh răng (b) và góc nghiêng của bánhrăng (β):

Giá trị môđun xác định theo khoảng cách trục [ CT 3 – 22 (tr 49 – TKCTM )]:

.2

- Kiểm nghiệm lại điều giả sử để chọn Kđ ở trên ta có:

b = ψA.A> sinβ

5 ,

Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:

u

n Z b n m

y

N K

] [

10 1 , 19

N = Ni = 16,915 Công suất của bộ truyền lấy theo trục I

y Hệ số dạng răng đối với mỗi loại răng được chọn theo số răng tương

đươngVới bánh răng nghiêng

Kiểm nghiệm sức bền uốn trên bánh răng nhỏ:

Vậy điều kiện được thoả mãn

9) Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng khi chịu quá tải đột ngột trong thờigian ngắn:

Hệ số quá tải: Kqt =

M

M qt

- Với: M: Mômen xoắn danh nghĩa

Mqt: Mômen xoắn quá tải

Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc lớn nhất sinh ra theo công thức:

qt tx

σ = σtx. K qt ≤[σ ]txqt [CT 3 – 41 (tr 53 – TKCTM)] Trong đó:

σ tx =

i A.

10.05,

1 /

3

)1(

n b

K N i

θ+

[CT 3 – 13 (tr 45 – TKCTM)]

Vậy điều kiện được thoả mãn.

10) Các thông số chủ yếu của bộ truyền:

1.Môđun pháp mn = 3

2.Số răng Z1= 30 (răng); Z2= 146 (răng)

3.Góc ăn khớp α = 200

4.Góc nghiêng β = 9056/