Thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van nghành cơ khí

Luận Văn: Thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van nghành cơ khí

Lời nói đầu

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc sử dụng ngày càng nhiều với trìnhđộ cơ khí hóa và tự động hóa càng cao Song từ một chiếc máy đơn giản đến một cỗ máy phứctạp, hiện đại, bất kỳ chiếc máy nào cũng bao gồm nhiều bao gồm giải quyết rất nhiều vấn đềphức tạp.Máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là một môn học không thể thiếu đợc đối với cácsinh viên ngành máy xây dựng Cơ sở thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là môn khoahọc về thiết kế hợp lý các chi tiết máy, nhóm tiết máy và bộ phận có công dụng chung Nótrang bị cơ sở lý thuyết và phơng pháp tính toán thiết kế các chi tiết máy và bộ phận máy cómặt hầu hết các máy hiện đại, cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lý làm việc và kết cấumáy, bồi dỡng khả năng độc lập giải quyết các vấn đề về tính toán thiết kế chi tiết máy và cáckết cấu khác của máy nâng, những nội dung hết sức quan trọng trong thiết kế chi tiết máy nóichung Do đó thiết kế môn học thiết kế máy nâng chuyển và thiết bị cửa van là học phần quantrọng đối với sinh viên ngành cơ khí.

Đề tài Thiết kế cơ cấu thay đổi tầm vơn đã giúp em vận dụng đợc nhiều kiến thức đã đợchọc qua đó càng giúp em củng cố đợc kiến thức đã học.Đề tài này đợc hoàn thành cũng đợcsự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Máy xây dựng , đặc biệt là thầy giáo NguyễnĐăng Cờng.

Lực lớn nhất trong dây cáp đợc tính theo công thức:

 



Trong đó:

Qn: Khối lợng vật nâng và vật mang (N) = 0,98: Hiệu suất của ròng rọc cápa: Bội suất palăng chọn a = 4

Hiệu suất của palăng nâng vật tính theo công thức :

80000. max

Chọn dây cáp - 636 có các thông số sauSd = 439500 (N)

Độ bền của sợi cáp b = 1900 (N/mm2)Đờng kính dây cáp dc = 26,5 (mm)2.Xác định lực trong hệ thống nâng cần.

Lực xác định trong palăng nâng cần đợc xác đinh theo công thức Scmax=S1+S2+S3

Với a2 = a – r = 23- 1 = 22 (m)Suy ra a1 = 22/2 = 11 (m)

Thay số vào ta có :

S 391600 N

S2-Lực trong palăng cần do tải trọng gió đợc xác định theo công thức sau

S 1. 12.2

W1và W2 -Tải trọng gió tác dụng lên các diện tích chịu gió của càn và của vật nâng

qq

W1’-Tải trọng gió lên cần khi cần đặt đứng (N) xác định theo công thức W1’=k1.q1.F0

Lc  o  o  chọn Lc = 23 (m)Chiều cao tiết diện ở giữa cần tính theo kết cấu thép 1,150,77

Ta có:

b1 = 0,5.b = 0,5.1,2 = 0,6 (m) h1 = 0,5.h = 0,5.1 = 0,5 (m)

l1 = (0,1  0,2).lc = (0,1  0,2).23 =2  4,6 (m)chọn l1 = 4 (m)

Diện tích đờng viền chịu gió của cần F là:

Thay vào công thức trên ta có:

F0 = (21,4 + 0,5.21,4).0,4 = 12,84 (m2) Suy ra:

S 1. 12.2

S3-Lực sinh ra trong palăng cần do lực ly tâm khi phối hợp quay và nâng cần.Lực lytâm này tác dụng lên khối lợng bản thân cần (P1) và khối lợng vật nâng cùng bộ phậnmang tải (P2)

đợc xác định theo công thức sau:

h.h2P1.h1P3

 -Lực ly tâm của vật với bộ phận mang tải (N)

n -vận tốc quay của cần trục (vg/ph)

R=a+a1 -Khỏng cách từ vật đến trục quay (m)

Vì theo đầu đề thiết kế vận tốc quay trục rất nhỏ (nq=0,5 vg/ph) nên có thể bỏ qua lựcnày S4=0

Vậy lực lớn nhất sẻ xuất hiện trong palăng nâng cần khi cần vơn ra vị trí xa nhất là: Scmax=S1+S2+S3 = 391600 + 3592,87 = 395192,87 (N)

Bội suất palăng nâng cần tính theo công thức sau:

trong đó:

n=5,5-hệ số an toàn tính dây cáp Tra theo bảng (2-2) sách (Tính toán máy trục) Sd= 439500 Lực kéo đứt dây cáp

p=0,9 -Hiệu suất palăng nâng (cần ớc lợng sơ bộ)

Chọn bội suất palăng a = 6

Tính lại hiệu suất palăng theo công thức

10,98 0,86

 

khi đó lực lớn nhất trong dây cáp đợc tính lại nh sau 76587,76 N

 Sd = Smax.n =76587,76.5,5 = 421232,71 (N) < Sdc = 439500 (N)Vậy ta chọn bội suất palăng a =6 là đúng

Vậy sơ đồ palăng cáp nh sau:

ChiÒu dµi cÇn thiÕt cña tang lµ:Lt=Z.dc= 16.26,5 = 424 (mm)

lèi vµo

Bề dày thành tang đợc tính theo công thức kinh nnghiệm sau.=0,02.Dt+(610) = 0,02.424+ 10 =18,48 (mm)

lấy  = 25 (mm)

Kiểm tra ứng suất nén sinh ra trên tang theo công thức: max110,1 /2

 -Hệ số giảm ứng suất ,đối với tang bằng gang  = 0,8.

K -Hệ sốphụ thuộc vào số lớp cáp cuốn trên tang ,hai lớp k=1,4.

Với ứng suất nén cho phép đối với tang gang GX15-32 là : [n] =113(N/mm2)Vậy ta có : n= 110,1n]=113(N/mm2).

Nh vậy kích thớc của tang làm việc hợp lý và đủ bền.

PhầnII.chọn động cơ điện.

Ta phân thành 6 vị trí của cần tơng ứng với các góc ngiêng 1,2,3 , 6

Là 150, 250, 350 ,45,55, 65,để tính tực trung bình bình phơng tác dụng lên palăng cầntrong quá trình thay đổi tầm với tứ Lmax đến Lmin.Cách tính các giá trị tơng tự nh tínhlực trong dây cáp lớn nhất nh ở trên đã trình bày.

Vận tốc trung bình thay đổi tầm với vt= 0,27 (m/ph) Thời gian thay đổi tầm với t = 45(s)

Vận tốc trung bình thay đổi tầm với

0,091(/)45

Q2 = 0,733Q =58640 N; q = 100 (N/m2)

Q2 = 0; q = 100 (N/m2)Q3 = 0,467Q = 37360 N; q = 100 (N/m2)Q3 = 0; q = 100 (N/m2)

Q4 = 0,2Q = 16000N; q = 100 (N/m2)Q4 = 0; q = 100 (N/m2)

c¸c vÞ trÝ kh¸c còng tÝnh t¬ng tù nh trªn cho c¸c kÕt qu¶ nh trong b¶ng sau:

Các thông Vị trí cuả cần tơng ứng với góc nâng i số tính toán

I(15o) II(25o) III(35o) VI(45o) V(55o) VI(65o) Cánh tay đòn b(m) 5 5 5 4,73 4,28 3,63Chiều dài palăng 23,23 22,34 21,46 20,61 19,82 19,13Lp,m

Thời gian thay đổi 0 9,78 19,45 28,79 37,47 45Tầm với t,s

Lực trong palăngnâng cần sc, Nvới tải trọng

Ta có bảng tính các giá trị trung bình lực tác dụng lên palăng nâng cần tại 6

=213560(N)

Hiệu suất chung của cơ cấu nâng cần:

pc.tc.oc.bl 0,86.0,96.0,85.0,95 = 0,67Trong đó;

pc= 0,86 Hiệu suất palăng nâng cần.tc= 0,96 Hiệu suất của tang

oc= 0,85 Hiệu suất của bộ truyền cơ cấu nâng.bl= 0,95 Hiệu suất của bản lề cần.

Công suất trung bình bình phơng yêu cầu đối với đông cơ điện trong chu kỳ làmviệc có tải và hạ tải tính theo công thức :

thời gian một chu kỳ đối với số chu kỳ trung bình trong một giờ ack=8

450 s8

3600tck 

Cờng độ thực tế tối đa của động cơ điện khi cần trục làm việcvới các tầm vơn từ lớnnhất đến nhỏ nhất là:

tlv =2.45 -thời gian thay đổi tầm với từ nhỏ nhất đến lớn nhất và ngợc lại.

Công suất tính toán động cơ điện với cờng độ 25% là cờng độ danh nghiã gần nhấttheo Catalog theo công thức

Tỷ số truyền của bộ truyền trung gian:

Kiểm tra khả năng quá tải tức thời của động cơ đã chọn.Mômen do lực tổng lớn nhấttác dụng trong palăng nâng cần với áp lực gió q=250 (N/m2)

Với động cơ đã chọn ta có mômen danh nghĩa:

Với hệ số quá tải gh 3 mômen lớn nhất động cơ có thể truyền đợc là Mdcmax=gh.Mdn= 3.367,85 = 1103,56 (Nm).

Mdcmax>Mttmax do đó động cơ thoả mãn khả năng quá tải tức thời.

Kiểm tra thời gian mở máy với lực Scmax mômen mở máy trung bình của động cơ.

Mômen vô năng trên trục động cơ là:

22

 

=

  375662,13146,2.6.28.0,67 0,131 0,0067 0,138 s675

Thay sè :

Mph 171,43Nm

KiÓm tra thêi gian phanh theo c«ng thøc

=

  375171,4365,63.6.28.0,67 0,639 0,033 0,672 s675

Thêi gian phanh víi tæng lùc lín nhÊt ë vÞ trÝ nguy hiÓm nhÊt n»m trong giíi h¹n chophÐp.

Kiểm tra khả nẨng giứ cũa cần dợi tÌc dừng cũa giọ ỡ trỈng thÌi khẬng lẾm việc vẾcần ỡ trỈng thÌi lẾm việc tÈng ựng vợi gọc nghiàng  lợn nhất.

Lỳc trong palẨng nẪng cần ỡ trong trởng hùp nẾy gổm 2 thẾnh phần:

Lỳc S1 do trồng lùng bờ phận mang vật vẾ trồng lùng bản thẪn cần Ẽùc tÝnh theocẬng thực sau;

Trong Ẽọ:Qm= 0 vỨ ta khẬng xÐt bờ phận mang tải.

41,10.54,13382. 1

 S2 = 38378 (N)

lỳc tỗng cờng Sc0= S1 +S2 = 24099,72 + 38378 =62477,72 (N)

hệ sộ an toẾn phanh: 3,21,2557

Hệ sộ an toẾn phanh cho phÐp lẾ 1,25Vậy mẬ men phanh tÝnh nh tràn lẾ hùp lýưởng kÝnh bÌnh phanh lẾ D = 200 (mm)

Chồn phanh Ẽiện tử TKT–200/100 cọ mẬ men phanh Mph =200 (Nm)Ẽờ rởi cỳc ẼỈi cũa mÌ phanh max = 1,25 (mm)

Con Ẽẩy Ẽiện thuỹ lỳc TM-25 cọ lỳc Ẽẩy T=250 (N) hẾnh trỨnh hc=50mm, trồng ùng phanh lẾ 25 (kg)

l-Ta cọ thể mua s½n phanh vẾ chì cần Ẽiều chình lò xo Ẽụng vợi mẬ men phanh theoyàu cầu Ta cần tÝnh toÌn mờt sộ lỳc sau ẼẪy:

Ìp lỳc mÌ phanh làn bÌnh phanh

 Nf

Với D =200 (mm)đờng kính phanh

F = 0,35 hệ số ma sát giữa vật liệu bánh phanh và vật liệu lót phanhLực của lò so khi đóng phanh là:



trong đó:

 =0,9 hiệu suất của hệ thống bản lề

l1 , l2 , l3 ,l4 -các kích thớc của phanh (mm)l1 = H-50 = 160 –50 = 110 (mm)

l2 =H +H1-50 = 110 + 190 = 300 (mm)l3 = l0 = 14 (mm)

l4 = 42,5 (mm)Thaysố vào ta có:

P 370,7 N

nh vậy loại cần đẩy TTM-25 thoã mãn yêu cầu mở

phần IV.Tính toán bộ truyền cơ khí.

Bộ truyền ở đây đợc thực hiện dới dạng hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp Các thông số cần đảm bảo là:

Tỷ số truyền ic= 28

Số vào quay của trục vào n1= 675

Chế độ làm việc trung bình, nhng với CDth Công suắt truyền tính theo tải trọng tơngđơng, bởi vì trong một chu kỳ làm việc của một cơ cấu thay đổi tầm vơn có tải trọngtừ tầm với xa nhất đến tầm với nhỏ nhất và hạ cần từ tầm vơí nhỏ nhất đến tầm với xa

nhất tải trộng thay đổi liên tục Ngoài cơ cấu đợc sử dụng với chế độ trung bình, tức làtheo các điều kiện nh số liệu trong bảng 1-1 và theo đồ thị gia tải nh ở hình

Để chọn hộp gảim tốc thích hợp đủ khả năng làm việc trong thời hạn làm phục vụquy định ( đối vời bánh răng làm việc chế độ trung bình là 10 năm-bảng 1-1 )ta sẽxuất phát chủ yếu từ khả tải của các bánh răng.

Trong các bảng hộp giảm tốc cho số liệu về khả tải ứng với số vòng quay trục vàotừng CD % nhất định Các số liệu ấy chỉ dùng khi hộp giảm tốc làm việc trong thờigain hạn chế khoảng 10 năm.

Đối với tình hình chụi tải cụ thể của cơ cấu thay đổi tầm vơn – chế độ trung bìnhnhng trong quán trình làm việc tải trọng thay đổi để có thể tìm đợc hộp giảm tốc hợplý ta phải chuyển về tải trọng tơng đơng không đổi khi cơ cấu làm việc liên tục với c-ờng độ 100% Các tải trong thay đổi đợc chuyển về tải trọng tơng đơng theo côngthức:

3i

Trong đó ti là thời gian tác dụng của lực Si

a) Tính tải trọng tơng đơng trong quá trình hạ cần với các chế độ tải trọng khác nhau -Khi nâng hạ cần với tải trọng Q1=Q = 80000 (N) và áp lực gió tính toán tác dụnglên cần là q= 100 (N/mm2)

Tải trọng tơng trong palăng nâng cần sẽ là S1

St 30,167.158267,930,166.121549,130,167.85111,0930,5.50559,183 =104088,5(N)

Vậy công suất tơng đơng hộp giảm tốc phải truyền với cờng độ 100%là:

Căn cứ vào yêu cầu đã nêu đối với bộ truyền và công suất tơng đơng vừa tính ra ta đithiết kế hộp hộp giảm tốc cho phù hợp với yêu cầu của cơ cấu nâng đặt ra :

1.Phân tỉ số truyền của hệ dẫn động (ui) cho các bộ truyền:

Để đảm bảo cho cac bộ truyền trong hộp giảm tốc đợc bôi trơn tốt các bánh răng đềucó dâù bôi trơn , theo sách thiết kế Chi tiết máy ta phân tỉ số truyền của hộp giảm tốcnh sau:

u1 = 3,5u2 = 3

u3 = 29/3,5.3 = 2,67

2 Xác định công suất, mô men, số vòng quay trên các trục

+ Dựa vào công suất tính toán trên trục máy công tác, sơ đồ dẫn động và đảm bảo chosự quá tải của động cơ có thể tính đợc công suất, mô men và số vòng quay trên cáctrục, phục vụ các bớc tính toán thiết kế các bộ truyền, trục và ổ:

P1 = 26.0,97.0,99 = 24,97(KW)n1 = 675 (vg/ph)

P2 = P1.br.ol = 24,97.0,97.0,99 = 23,98 (KW)

P3 = P2.br.ol = 23,98.0,97.0,99 = 23,03(KW)

P4 = P3.br.ol = 23,03.0,97.0,99 = 22,12(KW)

Trục Thông số

Động cơ Trục 1 Trục 2 Trục 3 Trục 4Công suất P (KW) 26 24,97 23,98 23,03 22,12

Chọn độ rắn bánh nhỏ: HB1 = 245 Độ rắn bánh lớn: HB2 = 230- Khi đó:

Hlim10 = 2.245 + 70 = 560 (MPa)

flim10 = 1,8.245 = 441 (MPa) (tính lại)

Hlim20 = 2.230 + 70 = 530 (MPa)flim20 = 1,8.230 = 414 (MPa)

*(NHe2) =60.c.n1/u1ti.Ti/Tmax)3.ti/ti =60.1.600/3,5.15000.(13.0,167+ (0,733)3.0,166+ (0,467)3.0,167 + (0,2)3.0,5) = 4,4.107

vì NHe2 > NH02 nên chọn KHL2 = 1 Suy ra NHE1 > NH01 do đó :KHL1 = 1

*(NHe2)2 = 60.c.n2/u2ti  (Ti/Tmax)3.ti/ti = 60.1.171,43/3.15000(13.0,167 +(0,733)3.0,166 + (0,467)3.0,167 + (0,2)3.0,5) = 1,46.107 vì NHe2 > NH02 nên chọn KHL2 =1 Suy ra NHE1 > NH01 do đó :

KHL1 = 1

*(NHe2)3 = 60.c.n3/u3ti  (Ti/Tmax)3.ti/ti = 60.1.64,29/2,67.15000.(13.0,167 +(0,733)3.0,166 + (0,467)3.0,167 + (0,2)3.0,5) = 6,66.106 vì NHe2 < NH02 nên ta có:

2 6 0 

=1,136  KHL2 = 1,45 Nh vậy sơ bộ ta xác định đợc:

[Hi] = flim0.KHL1/SH

[H1]1,2 = 560.1/1,1 = 509 (MPa)[H2]1,2 = 530.1/1,1 = 481,8 (MPa)[H1]3 = 560.1,136/1,1 = 578 (MPa)[H2]3 = 530.1,136/1,1 = 547 (MPa)Cấp nhanh sử dụng răng nghiêng nên:

[H]1,2 = ([H1] + [H2])/2 = (509 + 481,8)/2 = 495,4 (MPa)[H]3 = ([H1] + [H2])/2 = (578 + 547)/2 = 562,5 (MPa)Với cấp dùng răng thẳng ta có [H2] = 481,8 (MPa)Ta có: NFE = 60.c.(Ti/Tmax)6.ni.ti

=> NEF2 = 60.1.675/3,5.2915000.(16.0,167 + (0,733)6.0,166 + (0,467)6.0,167 +(0,2)6.0,5) = 4,4.107 > NF0 = 4.106

Do đó KF12 = 1, tơng tự KF11= 1

- Do đó với bộ truyền quay 2 chiều KFC = 0,75 , ta đợc:[F]1 = 441.1.0,75/1,75 = 189 (MPa)

[F]2 = 414.1.0,75/1,75 = 177 (MPa)- ứng suất quá tải cho phép:

[H]max = 2,8 ch2 = 2,8.450 = 1260 (MPa)[F1]max = 0,8 ch1 = 0,8.580 = 464 (MPa)[F2]max = 0,8 ch2 = 0,8.450 = 360 (MPa)

Tính toán cấp nhanh

+ Xác định sơ bộ khoảng cách trục theo công thức: 

- Tra bảng chọn ba = 0,3; đối với răng nghiêng Ka = 43 (hệ số phụ thuộc vào cặp vậtliệu của bánh răng).

KH - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng lên vành răng khi tính về tiếp xúc.T1 - mô men xoắn trên trục chủ động

z1 = 2aw1 Cos/ [m.(u1+ 1)]= 2.220.0,9848/ [3.(3,5 +1)] = 32Chọn z1 = 32

Số răng bánh lớn: z2 = u1.z1= 3,5.32= 112chọn z2 = 112 Do đó tỷ số truyền thực sẽ là: um = z2/z1 =112/32= 3,5

Cos = m.(z2 + z1)/(2.aw1) = 3.(112+ 32)/(2.220) = 0,9818=>  = 10,940

+ Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:- ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:

= 1,74 Ta có:  = bW.sin/(m.) = 66.sin(10,94)/(3.3,14) = 1,33

- Trong đó bW = aw1.ba = 0,3.220 = 66 (mm) (chiều rộng vành răng)

- Đờng kính vòng lăn bánh nhỏ:dwl = 2.aw/(um + 1) = 98 (mm)

Với v = .dw1. n1/60000 = 3,14 98.675/60000 = 3,46 (m/s)Tra bảng ta dùng cấp chính xác cấp 9; KH =1,16

Ta có: H = 0,002; g0 = 73Do đó:

Ta có: KH = KH KH.KH với KH = 1,06 ; Kh = 1,16

2.353279,26.1,06.1,16 1,029

=> Do đó : H = 475,97 (MPa)

+ Xác định chính xác ứng xuất tiếp xúc cho phép:

- Với v = 1,1 (m/s), ZV = 1; với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác vềmức tiếp xúc là 8, khi đổ cần gia công đạt độ nhám Ra = 2,5 đến 1,25 (m), do đó ZR



2.353279,26.1,17.1,4 1,02

=> KF = KF.KF KFV= 1,17.1,4.1,02 = 1,67

- Với  = 1,808 ta có:Y = 1/ = 1/1,808 = 0,55- Với = 10,940; Y = 1 –10,94/140 = 0,921Số răng tơng đơng:

zV1 = z1/cos3 = 32/0,98183 = 33,81 zV2 = z2/cos3 = 112/0,98183 = 118Tra bảng ta đợc : YF1 = 3,62 ; YF2 = 3,6

- Thay các giá trị vừa tính đợc vào công thức trên:MPa

F2 = F1.YF2 /YF1 = 111,5.3,6/3,62 =110,89 < [ F2]Vậy điều kiện bền uốn đợc thoã mãn

+ Các thông số và kích thớc bộ truyền:- Khoảng cách trục : aW = 220 (mm)- Mô đun pháp tuyến: m = 3 (mm)- Chiều rộng vành răng : bW = 66 (mm)- Tỉ số truyền: um = 3,5

- Góc nghiêng răng:  =10,940

-Số răng: z1 = 32 ; z2 =112

- Đờng kính vòng chia: d1 = 98 (mm) d2 =336 (mm)

- Đờng kính đỉnh răng: da1 = 104 (mm) da2 = 342 (mm)

- Đờng kính chân răng: df1 =92 (mm) df2 = 330 (mm)

b Tính bộ truyền cấp trung gian:

Xác định sơ bộ khoảng cách trục theo công thức:

- Tra bảng chọn ba = 0,3; đối với răng nghiêng Ka = 43 (hệ số phụ thuộc vào cặp vậtliệu của bánh răng).

KH - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng lên vành răng khi tính về tiếp xúc.T1 - mô men xoắn trên trục chủ động