HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY XẾP DỠ

Tất cả hệ thống truyền động trên máy xếp dỡ. Dùng cho sinh viên nghiên cứu, kỹ sư áp dụng trong công việc, giảng viên về máy xếp dỡ........................................................................

Chương 3: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN CÁC MÁY XẾP DỠ

§3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

3.1.1 Nhiệm vụ và sự cần thiết của hệ thống truyền động:

a) Nhiệm vụ:

Hệ thống truyền động có nhiệm vụ truyền chuyển động từ động cơ (dẫn động) tới các cơ cấu và bộ phận công tác Nó cho phép biến đổi tốc độ, lực và mômen đôi khi biến đổi cả dạng và quy luật chyển động

b) Sự cần thiết phải bố trí hệ truyền

động:

Sở dĩ cần dùng các bộ truyền

động làm khâu trung gian giữa động cơ

và các cơ cấu, bộ phận công tác của

máy vì những lý do sau:

– Lực cản kỹ thuật (lực cản và

mô men cản) của các cơ cấu công tác

thường là rất lớn so với mô men xoắn

sinh ra trên trục động cơ

– Tốc độ cần thiết của các bộ

phận công tác nói chung là khác với tốc

độ hợp lý của các động cơ tiêu chuẩn

(tốc độ bộ phận công tác thường thấp hơn tốc độ của động cơ) nếu chế tạo động cơ có tốc độ thấp, mômen xoắn lớn thì kích thước lớn và giá thành đắt

– Cần thiết truyền chuyển động từ 1 động cơ đến nhiều cơ cấu làm việc với các chế độ khác nhau

– Động cơ thực hiện chuyển động quay nhưng bộ phận công tác cần chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động với tốc độ thay đổi theo 1 quy luật nào đó

– Vì điều kiện sử dụng, an toàn lao động hoặc vì khuôn khổ kích thước của máy

3.1.2 Sử dụng hệ truyền động trên các máy xếp dỡ:

Theo phương pháp truyền năng lượng, hệ thống truyền động được chia thành: truyền

Hình 3.1a – Hệ thống truyền động phối hợp

Hình 3.1b –Hệ thống truyền động phối hợp (cho máy trục) – tiếp theo

1 – Động cơ diesel; 2 – Máy phát điện; 3 – Mô tơ điện; 4 – Hộp giảm tốc; 5 – Bộ di chuyển xích; 6 – Bánh xe (bánh lốp); 7 – Tang quấn cáp của tời nâng; 8 – Cơ cấu quay cần trục

động cơ khí, truyền động thủy lực, truyền động điện, truyền động khí ép và truyền động hỗn hợp Hiện nay trên các máy xếp dỡ phổ biến sử dụng truyền động cơ khí, truyền động thủy lực và truyền động hỗn hợp

Trên hình 3.1 giới thiệu về hệ thống truyền động phối hợp

Trên hình 3.2 giới thiệu về sơ đồ truyền động cho các cơ cấu công tác của máy trục

§3.2 TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ:

3.2.1 Phân loại truyền động cơ khí:

Theo nguyên lý làm việc, truyền động cơ khí được chia làm 2 loại:

a) Truyền động ma sát:

Hình 3.2 – Sơ đồ truyền động cho các cơ cấu công tác của máy trục

a) Sơ đồ truyền động tời nâng (cần trục); b) Sơ đồ truyền động các tời (máy xúc một gầu; c) Sơ đồ truyền động cơ cấu di chuyển máy trục trên bánh ray; d) Sơ đồ truyền động cơ cấu di chuyển máy trục trên bánh lốp; e, f) Sơ đồ truyền động cơ cấu quay của máy trục

1 – Ma sát trực tiếp: truyền động bánh ma sát, truyền động đĩa ma sát;

2 – Ma sát gián tiếp: truyền động đai

b) Truyền động ăn khớp:

1 – Ăn khớp trực tiếp: truyền động bánh răng, truyền động bánh vít trục vít,

2 – Ăn khớp gián tiếp: truyền động xích

3.2.2 Các thông số chủ yếu đặc trưng cho bộ truyền động:

Thông thường trong mỗi bộ truyền động đều có 2 trục chính: trục dẫn và trục bị dẫn Quy ước các thông số cơ bản: gọi tốc độ quay trên trục dẫn là n1, tốc độ quay trên trục bị dẫn là n2 –

tốc độ quay thường đo bằng (vòng/phút)

a) Tỉ số truyền của bộ truyền động:

i > 1 tức n1 > n2 : truyền động giảm tốc,

i < 1 tức n1 < n2 : truyền động tăng tốc,

i = 1 tức n1 = n2 : truyền động không thay đổi

tốc độ

b) Hiệu suất truyền động:

Gọi công suất trên trục dẫn N1, công suất

trên trục bị dẫn là N2 Công suất trên các trục

thường đo bằng (kW) Hiệu suất truyền động:

c) Mômen xoắn trên trục:

Mômen xoắn trên trục M (thường tính bằng Nmm) được tính theo công suất N (kW) và số vòng quay n (v/ph) trên trục theo công thức chung:

ma sát

Truyền động đai

Truyền động bánh răng

Truyền động trục vít bánh vit

Truyền động xích

Hình 3.3 – Một hình thức của truyền động cơ khí (dùng hộp giảm tốc bánh răng truyền động cho băng tải): 1–Động cơ điện; 2–Hộp giảm tốc; 3–Tang trống;

4–Dây băng đai cao su; 5 – Con lăn đỡ dây băng

3.2.3 Truyền động ma sát:

a) Phân loại:

Truyền động ma sát thực hiện truyền chuyển động nhờ ma sát được giữa 2 bề mặt ma sát Truyền động ma sát được chia thành:

– Bộ truyền động bánh ma sát (truyền động ma sát trực tiếp),

– Bộ truyền động đai (truyền động ma sát gián tiếp)

Trên hình 3.4 mô tả sơ đồ truyền động bánh ma sát và truyền động đai

b) Truyền động bánh ma sát:

– Tỉ số truyền của bộ tryền bánh ma sát:

)1(

1 2 2

n

ở đđây: ξ hệ số trượt, thông thường ξ = (0,5 ÷ 3)%

– Đặc điểm của truyền động bánh ma sát:

+ Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, làm việc êm, có khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ + Nhược điểm: Lực tác dụng lên trục và ổ trục lớn (phải có lực ép cần thiết Q để 2 bánh vào ma sát với nhau)

c) Truyền động đai:

1 – Tỉ số truyền bộ truyền động đai:

1 2 1

2 2

1

)1

D D

D n

Hệ số trượt ξ = (1 ÷ 2)%

2 – Đặc điểm truyền động đai:

– Ưu điểm:

Hình 3.4 – Các bộ truyền bánh ma sát và truyền động đai

a) Bộ truyền bánh ma sát trụ (hình trụ); b) Bộ truyền bánh ma sát nón; c) Bộ truyền đai dẹt; d) Bộ truyền đai chéo; e) Bộ truyền đai hình thang (rãnh dây đai hình thang); f) Biến tốc ma sát

 Có khả năng truyền công suất giữa các trục ở khá xa nhau,

 Làm việc êm không ồn do vật liệu có tính đàn hồi,

 Giữ an toàn cho chi tiết máy khi bị quá tải (khi quá tải, đai bị trượt trơn toàn phần, không thực hiện truyền động, không gây quá tải cho động cơ dẫn động cơ cấu)

 Giá thành hạ, kết cấu đơn giản, bảo quản dễ

– Nhược điểm:

 Kích thước cồng kềnh,  Lực tác dụng lên trục và ổ trục lớn,

 Tỉ số truyền không ổn định,  Tuổi thọ thấp khi làm việc với tốc độ cao

– Đối với dây đai phải thỏa mãn các yêu cầu:

 Hệ số ma sát tương đối lớn,  Giá thành hạ

 Có đủ sức bền chịu tải trọng thay đổi và sức bền mòn,

3.2.4 Truyền động ăn khớp:

a) Truyền động bánh răng:

Truyền động ăn khớp thực hiện truyền động nhờ sự ăn khớp giữa các răng trên các bánh răng Sơ đồ nguyên lý truyền động bằng ăn khớp răng xem hình 0.03.05

1 – Các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng thẳng ăn khớp ngoài:

– Tỉ số truyền:

1 2 1 2 2

1

Z

Z d

d n

n

– Số răng trên các bánh răng và đường kính vòng lăn tương ứng: bánh răng dẫn Z1, d1; bánh răng bị dẫn Z2, d2

– Bước răng trên vòng chia: t

– Góc ăn khớp: α , thông thường α = 200

Hình 3.5 – Aên khớp bánh răng

a) Các thông số hình học của bánh răng thân khai; b) Sơ đồ tính răng chịu uốn

– Môđun ăn khớp là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng Điều kiện để các bánh răng ăn khớp được với nhau là chúng phải có cùng môđun ăn khớp:

π

t

Trị số môđun thường m = (0,05 ÷ 100) mm

– Đường kính vòng tròn chia của bánh răng: d c = t.Z =m.Z

– Đối với bánh răng không dịch chỉnh (cặp bánh răng tiêu chuẩn) hoặc dịch chỉnh đều, đường kính vòng tròn chia bằng đừơng kính vòng tròn lăn Tương ứng trên các bánh răng có:

d = dc = m.Z; d1 = dc1 = m.Z1; d2 = dc2 = m.Z2 (3.12) – Đường kính vòng tròn đỉnh răng:

De = dc + 2m; De1 = d1 + 2m; De2 = d2 + 2m (3.13) – Đường kính vòng tròn chân răng:

Di = dc – 2,5m; Di1 = dc1 – 2,5 m; Di2 = dc2 – 2,5 m (3.14)

2 – Các loại bộ truyền bánh

răng (hình3.6;hình 3.7)

Tùy theo vị trí tương đối

giữa các trục cần truyền chuyển

động mà có các loại bộ truyền

động bánh răng:

– Trường hợp 2 trục

song song: dùng truyền động

bánh răng trụ răng thẳng,

– Trường hợp 2 trục cắt

nhau: dùng truyền động bánh

răng nón,

– Trường hợp 2 trục

chéo nhau: dùng truyền động

bánh răng trụ chéo

– Truyền động bánh

răng – thanh răng: dùng biến

đổi chuyển động quay thành

chuyển động tịnh tiến hoặc

ngược lại

3 – Đặc điểm của truyền động

bánh răng:

– Ưu điểm:

+Kích thước nhỏ gọn, + Khả năng chịu tải lớn,

+ Hiệu suất cao (η = 0,97 ÷ 0,99), + Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy,

+ Hoạt động tốt trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ số truyền rộng

– Nhược điểm:

+ Đòi hỏi chế tạo chính xác, giá thành cao,

+ Chịu va đập kém + Có tiếng ồn khi tốc độ quay lớn

Hình 3.6 – Các dạng bánh răng (BR)

a) BR trụ răng thẳng; b) BR trụ răng nghiêng; c) BR trụ răng chữ V; d) BR nón răng thẳng; e) BR nón răng cong;

4 – Truyền động bánh răng hành tinh: Ngoài bộ truyền bánh răng thường, trong đó tâm quay của

các bánh đều cố định; trong những năm gần đây, trên các máy xếp dỡ sử dụng khá phổ biến bộ truyền bánh răng hành tinh (trong bộ truyền khi xét 1 cặp bánh răng ăn khớp có ít nhất 1 bánh răng có tâm quay di động)

Bộ truyền bánh răng hành tinh gồm bánh răng trung tâm 1 ăn khớp ngoài, bánh răng trung tâm 3 ăn khớp trong, cần C và các bánh răng vệ tinh 2 lắp trên cần C

Các bánh răng trung tâm có tâm quay cố định Các bánh răng vệ tinh quay quanh tâm của chúng, tâm của chúng lại quay

quanh tâm của bánh răng trung

tâm nghĩa là các bánh răng thực

hiện chuyển động như các hành

tinh nên gọi là truyền động hành

tinh

– Ưu điểm của truyền

động hành tinh:

+ Kích thước nhỏ gọn,

khối lượng nhỏ

+ Khả năng về động học

rộng rãi, tỉ số truyền rất lớn (tỉ số

truyền có thể đạt tới hàng nghìn

hoặc hơn nữa)

– Nhược điểm của bộ

truyền động hành tinh:

+ Chế tạo và lắp ráp chính

xác, giá thành cao, bảo dưỡng sửa

chữa phức tạp

– Tỉ số truyền của bộ truyền hành

tinh khi bánh răng 3 cố định (ω3 =

0) bánh 1 là bánh dẫn, cần C bị

dẫn:

1

3 1

3

Z

Z i

Truyền động trục vít –

bánh vít dùng truyền chuyển

động giữa hai trục chéo nhau

(thường là chéo nhau góc 900

trong không gian)

1 – Cấu tạo:

Truyền động trục vít bánh

vít bao gồm: trục vít 1 trên trục

vít có cắt ren, bánh vít 2 trên có

cắt các răng

2 – Tỷ số truyền:

Truyền động thực hiện

nhờ sự ăn khớp giữa ren của trục

Hình 3.7 – Các dạng bánh răng (tiếp theo)

f) Bánh răng trụ chéo; g) Bánh răng nón răng xoắn; h) Bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp trong i) Cặp bánh răng – thanh răng

Hình 3.8 – Sơ đồ bộ truyền hành tinh 1 cấp

vít với răng của bánh vít Khi trục vít quay được 1 vòng thì bánh vít quay được số răng bằng số mối ren trục vít Tỉ số truyền của bộ truyền trục vít:

1 2 2

1

Z

Z n

n

Trong đó: n1, n2 – số vòng quay của trục vít và

bánh vít trong một phút (vg/ph),

Z1, Z2 – số mối ren của trục vít và số

răng của bánh vít

Số mối ren của trục vít là khá nhỏ

(thường số mối ren Z1 = 1 ÷ 4) có khi lấy Z1 = 1

nên bộ truyền trục vít có thể đạt được tỉ số

truyền rất lớn (tới i = 200) Đây là ưu điểm nổi

bật của bộ truyền trục vít

3 – Đặc điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít:

– Ưu điểm: Tỉ số truyền lớn; làm việc

êm, không ồn; bộ truyền trục vít có khả năng tự

hãm

– Nhược điểm: Hiệu suất thấp;

cần dùng vật liệu hiếm (đồng thanh)

để chế tạo bánh vít nên giá thành

cao

4 – Các thông số cơ bản của trục vít

là:

– Bước ren trên trục vít t

(mm) và môđun ăn khớp m (mm)

– Môđun dọc của trục vít

bằng môđun ngang của bánh vít:

π

t

m = (3.20)

t – bước ren của trục vít cũng

là bước ngang của bánh vít đo trên

vòng tròn chia

– Khoảng cách trục của bộ

Là bộ truyền động ăn khớp

gián tiếp dùng truyền chuyển động

giữa 2 trục song song ở khoảng cách

khá xa nhau

1 – Cấu tạo bộ truyền xích đơn giản:

Đĩa xích chủ động 1 lắp trên

trục chủ động 2 Đĩa xích bị động 3

lắp trên trục bị động 4 Xích truyền

Hình 3.9 – Bộ truyền trục vít – bánh vít

Hình 3.10 – Bộ truyền xích

Hình 3.11 – Cấu tạo xích ống con lăn

1 – Má xích trong; 2 – Má xích ngoài; 3 – Ống; 4 – Chốt (trục); 5 – Con lăn

động 5 mắc vòng qua 2 đĩa xích Trong các bộ truyền động xích thường sử dụng loại xích ống

con lăn (hình 3.11)

2 – Đặc điểm bộ truyền xích:

– Ưu điểm:

+ Có thể truyền chuyển động giữa 2 trục ở khoảng cách khá xa nhau,

+ Kích thước bộ truyền động xích nhỏ hơn so với bộ truyền động đai (khi cùng công suất

truyền động),

+ Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với truyền động đai

+ Hiệu suất cao, không bị trượt,

– Nhược điểm:

+ Bộ truyền động xích đòi hỏi chế tạo, lắp ráp, chăm sóc phức tạp,

+ Làm việc ồn, chóng bị mòn,

+ Giá thành cao hơn so với truyền động đai

3 – Các thông số chủ yếu của bộ truyền động xích:

π

– Tỉ số truyền bộ truyền động xích:

1 2 2

1

Z

Z n

Trục là chi tiết máy dùng để đỡ các cho tiết máy quay như bánh răng, đĩa xích, bánh

vít…Trong hệ thống truyền động cơ khí, trục có nhiều dạng kết cấu và công dụng khác nhau

b) Phân loại:

1 – Theo đặc điểm chịu tải trọng, trục được chia thành 2 loại: trục tâm và trục truyền

– Trục tâm: trục dùng để đỡ các chi tiết máy quay dùng định tâm cho chi tiết máy quay

quanh tâm trục Trục tâm chỉ chịu uốn do tải trọng truyền từ chi tiết máy quay lên trục Trục tâm

không chịu mô men xoắn

– Trục truyền: trục dùng để đỡ chi tiết máy quay đồng thời dùng để truyền mômen xoắn,

trục quay cùng chi tiết máy Trục truyền chịu cả mômen uốn và mômen xoắn

2 – Theo dạng đường tâm trục chia ra: trục thẳng, trục khuỷu

– Trục thẳng: đường tâm trục là đường thẳng được dùng phổ biến lắp các chi tiết máy

quay trong các bộ truyền động: bánh răng, đai, xích, v.v…

– Trục khuỷu: đường tâm trục là 1 đường gấp khúc (khuỷu) Trục khuỷu dùng làm trục

chính trong kết cấu động cơ đốt trong

3 – Theo cấu tạo của trục chia ra: trục trơn, trục bậc

– Trục trơn: trục có đường kính trục không đổi trên suốt chiều dài trục ( d = const)

– Trục bậc: trục với các đoạn trục có đường kính trục khác nhau, do các đoạn trục với

đường kính khác nhau tạo nên bậc trục

c) Cấu tạo cơ bản của trục:

– Trục với công dụng để lắp ráp và đỡ các chi tiết máy quay đồng thời trục lại được tựa

trên các ổ đỡ trục

+ Cấu tạo của trục :Về căn bản trục được cấu tạo gồm các phần (hình 3.14) :

+ Phần trục lắp với ổ đỡ trục gọi là ngỗng trục

+ Vật liệu chế tạo trục thường dùng là thép cacbon hoặc thép hợp kim

Các trục thường sử dụng: thép 35, thép 45 Các

trục chịu tải lớn, trục được chế tạo bằng thép 40XH,

40XH2MA… Khi chịu tải trọng, trục thường chịu uốn

hoặc uốn kết hợp với xoắn

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm của trục,

khi tính gần đúng có xét tác dụng của cả mômen uốn và

mômen xoắn:

]0,1[σ

M

Mtđ – mômen tương đương tại tiết diện trục:

2 2

75,

M

Hình 3.14 – Cấu tạo chung của trục:

1, 4 – Ngỗng trục; 3, 5 – Thân trục;

2 – Vai trục

Hình 3.12 – Các loại trục chủ yếu

a – Trục truyền trơn; b và d – Trục truyền bậc; c, f và g – Trục tâm; h – Trục mềm

Hình 3.13 – Kết cấu trục khuỷu của động cơ đốt trong

Mu – mômen uốn, Mx – mômen xoắn, [σ] – ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo trục Sau khi tính toán sơ bộ và định ra kết cấu và kích thước của trục, cần phải tính toán chính xác trục qua kiểm nghiệm sức bền mỏi của trục (kiểm tra sức bền của trục theo độ bền lâu)

3.2.6 Ổ trục

a) Khái niệm:

Ổ trục là bộ phận dùng để đỡ các trục Các trục đỡ các chi tiết máy quay được tựa trên các ổ trục Tải trọng từ trục truyền lên ổ trục và từ ổ trục sẽ truyền vào gối đỡ ổ trục ở trên bệ máy Nhờ có ổ trục mà trục có vị trí nhất định và quay tự do quanh 1 đường tâm đã định (tâm trục)

b) Phân loại và đặc điểm:

– Theo dạng ma sát trong ổ chia ra: ổ trượt (ổ ma sát trượt) và ổ lăn (ổ ma sát lăn) – Theo khả năng chịu tải của ổ: ổ đỡ, ổ chặn và ổ đỡ chặn Ổ đỡ: ổ chịu được lực hướng

tâm Ổ chặn: ổ chịu được lực dọc trục Ổ đỡ chặn: ổ chịu được lực hướng tâm và lực dọc trục

– Đặc điểm các loại ổ:

+ Tại ổ trượt: khi trục quay giữa

ngỗng trục và ổ trục có sự trượt tương đối

với nhau

+ Tại ổ lăn: tải trọng từ trục trước

khi truyền lên gối đỡ trục phải qua các con

lăn (bi hoặc đũa) Nhờ có các con lăn nên

ma sát sinh ra trong ổ là ma sát lăn

c) Ổ trượt: (hình3.15)

Cấu tạo của ổ trượt gồm các phần:

thân ổ, bạc lót, gối đỡ Bộ phận làm việc

chủ yếu của ổ trượt là bạc lót Bạc lót được

chế tạo từ các vật liệu có hệ số ma sát thấp

như: đồng thanh, babit, đồng thau, gang xám, gốm kim loại, chất dẻo tổng hợp Bạc lót được tính theo áp suất cho phép [p]: [ ]

.l p d

Ví dụ: các ổ đỡ trục trong kết cấu động cơ đốt trong

d) Ổ lăn:

– Khái niệm: ổ lăn là loại ổ trục thường dùng chủ yếu trong hệ thống truyền động cơ khí

Ổ lăn là loại thiết bị máy được chế tạo theo tiêu chuẩn và được tiêu chuẩn hóa trên phạm vi toàn cầu

– Cấu tạo cơ bản của 1 ổ lăn gồm có:

+ Vòng trong : có đường kính d, được lắp với ngỗng trục,

+ Vòng ngoài : có đường kính D, được lắp với gối đỡ ổ trục,

+ Các con lăn : lắp giữa vòng trong và vòng ngoài,

Hình 3.15 – Ổ trượt

1 – Thân ổ; 2 – Lót ổ ; 3 – Nắp trên ổ; 4 – Bu lông liên kết; 5 – Bu lông cố định ổ với giá đỡ; 6 – Rãnh dầu