Thiết kế kết cấu trục 1 tần phục vụ cho việc di chuyển tôn tấm - Chương 2 pot

2.1. CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG 2.1.1. Chọn phương án cho cơ cấu nâng Theo yêu cầu công nghệ, cơ cấu nâng là một bộ phận của cầu trục. Việc chọn phương án cho cơ cấu nâng để thiết kế cần phải đảm bảo các thông làm việc như công suất, tốc độ, đặc tính động lực học, phương pháp điều khiển, môi trường sinh thái, khả năng quá tải, khả năng tiêu chuẩn hóa, khả năng lắp đặt, vận hành, an toàn. Các chỉ tiêu kinh tế như giá thành, chi phí sản xuất, khấu hao, chi phí bảo dưỡng sửa chữa v.v CHƯƠNG II TÍNH CÁC CƠ CẤU CHÍNH Đối với cầu trục thiết kế phương án bố trí cho cơ cấu nâng được chọn có sơ đồ như hình 2.1. Với phương án này cơ cấu có kích thước tương đối gọn nhẹ cho phép chế tạo từng cụm cơ cấu riêng biệt nên thuận tiện cho việc lắp đặt và đơn giản trong việc chế tạo. 1. Động cơ điện. 2. Khớp nối vòng đàn hồi. 3. Phanh. 4. Hộp giảm tốc. 5. Khớp nối. 6. Tang. Hình 2.1. Sơ đồ cơ c ấu nâng. Đây là loại cơ cấu nâng dây mềm, có một tang, truyền động của cơ cấu là truyền động riêng, năng lượng sử dụng là năng lượng điện. Kết cấu cơ bản gồm động cơ điện 1, khớp nối vòng đàn hồi 2, phanh 3, hộp giảm tốc 4, khớp nối 5, tang cuốn cáp 6, ngoài ra còn có các bộ phạn khác như dây cáp, cặp lệch tâm và ròng rọc đỡ cáp (hình 2.2). 6 5 4 3 2 1 Các thông số ban đầu: - Tải trọng nâng: Q = 1T = 10000N. - Chiều cao nâng: H = 5 m. - Tốc độ nâng vật: Vn =10 m/ph. - Chế độ làm việc của cơ cấu: Nhẹ. - Trọng lượng bộ phận mang vật: Cặp lệch tâm và palăng thuận, cặp lệch tâm và palăng thuận được chọn theo tiêu chuẩn của Liên Xô, (atlat) có khối lượng:  QQ m %25,0 25 kg = 250 N 2.1.2. Tính cơ cấu nâng 2.1.2.1. Chọn loại dây Cơ cấu nâng làm việc với động cơ điện, vận tốc cao, nên ta chọn cáp để làm dây cho cơ cấu, vì cáp là loại dây có nhiều ưu điểm hơn so với các loại dây khác như xích hàn, xích tấm và là loại dây thông dụng nhất trong ngành máy trục hiện nay. Trong các kiểu kết cấu của dây cáp thì kết cấu kiểu  K-3 theo tiêu chuẩn của Liên Xô có tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau, làm việc lâu hỏng và được sử dụng rộng rãi. Vật liệu chế tạo là các sợi thép có giới hạn bền 1200  2100 N/ 2 mm . Vậy ta chọn cáp  K-3 kết cấu 6 x 25 (1+6; 6+12) + 1 lõi, giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1500  1700 N/ 2 mm , để dễ dàng trong việc thay cáp sau này khi bị mòn, đứt. 2.1.2.2. palăng giảm lực Trên các cầu lăn dây cáp được cuốn trực tiếp lên tang; cầu lăn phục vụ trong phân xưởng khi cần nâng hạ vật theo chiều thẳng đứng, để tiện lợi trong khi làm việc; do đó ta chọn palăng đơn có một nhánh dây chạy lên tang. Tương ứng với tải trọng cầu trục, theo bảng 2-6, [2- tr.25]. Chọn bội suất palăng a = 2. Palăng gồm một ròng rọc di chuyển, sơ đồ (hình 2.2) Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cáp cuốn lên tang khi nâng vật được xác định theo công thức [2- tr.24]. k am Q S p  . 0 max  Trong đó: a = 2 – bội suất palăng. m = 1 – số nhánh cáp cuốn lên tang. k = 1,5 – hệ số tải trọng động.  m QQQ 0 10000 + 250 = 10250 N p  - hiệu suất palăng.     98,0 98,012 98,0.98,01 )1( ).1( 2           a ta p Với: t – Số ròng rọc đổi hướng, t = 0  = 0,98 – hiệu suất của ròng rọc đặt trên ổ lăn bôi trơn bình thường. Hình 2.2. sơ đồ palăng. 78445,1. 98,0.2.1 10250 max  S N 2.1.2.3. Kích thước dây Kích thước dây cáp dược chọn dựa vào công thức (2-10) – [tr.18] 392205.7844. max  kSS đ N Trong đó: đ S - lực kéo đứt cáp. k = 5 - hệ số an toàn bền của cáp, lấy theo bảng (2-2) – [tr.19] ứng với chế độ làm việc nhẹ. Xuất phát từ điều kiện bền theo công thức (2-10), với loại dây đã chọn trên, với giới hạn bền của sợi 1600 b  N/ 2 mm =160 kg/ 2 mm . Theo tiêu chuẩn của Liên Xô, chọn đường kính cáp 1,8 c d mm có sức kéo đứt NS đ 40350 xấp xỉ với lực đứt cáp yêu cầu. Trọng lượng 100 m cáp = 23,40 kg = 234 N. 2.1.2.4. Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc xác định theo công thức (2-12) – [tr-20]. 4,194)125(1,8)1(  edD ct mm Trong đó: t D - đường kính tang đến đáy rãnh cáp, mm. 1,8 c d mm - đường kính dây cáp quắn lên tang. e = 25 – hệ số thực nghiệm, tra theo bảng (2-4) – [tr.20] Ta chọn đường kính tang 195 t D mm. Ròng rọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% so với đường kính tang. 156135.8,08,0  tr DD mm Chiều dài toàn bộ của tang được xác định theo công thức (2-14) – [tr.21]. 210 2LLLL  Hình 2.3. Sơ đồ xác định chiều dài tang Trong đó: L – chiều dài toàn bộ của tang. L 0 – chiều dài phần cắt ren. L 1 – phần tang để kẹp đầu cáp. L 2 – phần tang để làm thành bên. L L 2 L 0 L 1 L 2 Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng H = 5 m và bội suất palăng a = 2. l = H.a = 5.2 = 10 m Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh (2-tr.21) 1493,132 )081,0195,0( 10 )( 0       Z dD l Z ct vòng. Trong đó: Z 0 = 2 – số vòng dự chữ không sử dụng đến ( 5,1  ). Vậy chiều dài phần cắt ren là: L 0 = Z.t Trong đó: t – bước cáp được xác định theo công thức kinh nghiệm. t = d c + (2  3) = 8,1 + 2,4 = 10,5 mm  L 0 = 14.10,5 = 147 mm Chiều dài L 1 , nếu dùng phương pháp cặp thông thường thì phải cắt thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó: L 1 = 3.10 = 30 mm Vì tang được cắt rãnh, cáp cuốn một lớp, tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào phần cắt rãnh ta để trừ lại một khoảng L 2 = 20 mm để làm thành bên. L = L 0 + L 1 + 2L 2 = 147 + 30 + 20.2 = 217 mm Để thuận lợi cho việc chế tao, chọn chiều dài tang: L = 220 mm. Bề dầy thành tang xác định theo kinh nghiệm.  = 0,02D t + (6  10) = 0,02.195 + 6,1 = 10 mm Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2-15) – [tr.22]. Trong đó: S max = 7844 N – lực căng lớn nhất.  = 10 mm – bề dầy thành tang. t = 10,5 mm – bước cuốn cáp. 8,0   - hệ số giảm ứng suất đối với tang bằng gang. k =1 – hệ số phụ thuộc lớp cáp cuốn lên tang. Bảng (2-1). Hệ số k.   nn t Sk      . max Số lớp cuốn 1 2 3 4  k 1 1,4 1,8 2  76,59 5,10.10 7844.8,0.1  n  N/mm 2 Tang được đúc bằng gang CЧ 15 – 32 là loại vật liệu thông thường phổ biên nhất, có giới hạn bền nén là:  bn  565 N/mm 2 . Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k = 5. 113 5 565  k bn n   N/mm 2 Vậy   nn   2.1.2.5. Tính chọn động cơ điện Công suất tĩnh khi nâng vật bằng tải trọng xác định theo công thức (2-78).  .1000.60 . n vQ N  Trong đó: Q = 10000 N – tải trọng nâng của cầu trục. V n = 10 m/ph – vận tốc nâng.  - hiệu suất của cơ cấu bao gồm: 0  tp  Tong đó: p  = 0,99 – hiệu suất palăng đã tính trên (mục 2). t  = 0,96 – hiệu suất tang, bảng (1-9). 0  = 0,85 – hiệu suất bộ truyền có kể cả khớp nối, với bộ truyền. được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ, bảng(1-9).  807,085,0.96.0.99,0    Vậy 06,2 807,0.1000.60 10.10000 N KW Tương ứng với chế độ làm việc nhẹ, sơ bộ chọn động cơ điện. Bảng (2-2). Các thông số của động cơ điên. Kiểu động cơ Công suất (kw) Vận tốc (v/ph) cos  dm k M M dm M M max Mô men vô lăng của rô to GD 2 (kgm 2 ) Trọng lượng (kg) ĐK 41-4 1,7 1420 0,84 1,8 2,0 0,048 3,9 2.1.2.6. Tỷ số truyền chung Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang được xác định theo công thức (3-15) – [tr.55]. Trong đó: n đc = v/ph – số vòng quay danh nghĩa của động cơ. n t – số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước. Với : V n =10 m/ph – vận tốc nâng. a = 2 – bội suất palăng. D 0 – đường kính tang tính đến tâm cáp. D 0 = D t + d c = 195 +5,6 = 200,6 mm  32 2006,0. 2.10   t n v/ph Vậy i 0 = 45 32 1420  2.1.2.7. Kiểm tra động cơ điện về nhiệt. Do động cơ điện đã chọn có công suất danh nghĩa nhỏ hơn công suất tĩnh yêu cầu khi làm việc với vật nâng có trọng lượng bằng trọng tải (N đc = 1,7kW < N = 2,06kW), do đó phải được kiểm tra về nhiệt. Ta tiến hành kiểm tra động cơ về nhiệt theo thời gian mở máy khi nâng, hạ với các tải trọng khác. t đc n n i  0 0 . . D aV n n t   Q t Hình 2.4. Đồ thị gia tải trung bình của cơ cấu máy trục theo chế độ làm việc nhẹ. Chọn sơ đồ cho các máy trục làm việc với chế độ nhẹ và trung bình theo sơ đồ hình 2.4. Theo sơ đồ hình 2.4 thì cơ cấu nâng sẽ làm việc với các trọng lượng vật nâng Q 1 = Q; Q 2 = 0,75Q; Q 3 = 0,2Q và thời gian làm việc tương ứng với các trọng lượng này là 2 : 5 : 3. Các thông số cần xác định là: - Trọng lượng vật nâng cùng bộ phận mang. Q 0 = Q + Q m = 10000 + 250 = 10250 N - Lực căng dây trên tang khi nâng vật, theo công thức (2-19) – [tr.24]. ta n m Q S   ).1( )1( 0    5176 )98,01(1 )98,01(10250 2     N - Hiệu suất của cơ cấu không tính hiệu suất palăng khi làm việc với vật nâng trọng lượng bằng trọng tải. 816,085,0.96,0. 0 '   t - Mô men trên trục động cơ khi nâng vật, theo công thức (2-79) – [tr.48]. 2,14 816,0.45.2 1.2006,0.5176 2 ' 0 0   i mDS M n n Nm - Lực căng dây cáp trên tang khi hạ vật, theo công thức (2-2) – [tr.25]      )1( ).1( 1 0 a ta h m Q S   5072 )98,01(1 98,0).98,01(10250 2    N - Mô men trên trục động cơ khi hạ vật, theo công thức (2-80) – [tr.48]. 0,2Q 0,75Q Q t 0,2t 0,2t 0,5t 3,9 45.2 816,0.1.2006,0.5072 .2 0 ' 0  i mDS M h h  Nm - Thời gian mở máy khi nâng vật, theo công thức (3-3) - [tr.52].   ).(375 )(375 )( 2 0 2 1 2 00 1 2 iaMM nDQ MM nDG t nm nm lii n m      Trong đó:  = 1,1 – hệ số kể đến ảnh hưởng quán tính của các tiết máy quay trên các trục sau trục I. Iii DG )( 2  - tổng mômen vô lăng của các tiết máy quay trên trục I, Nm 2 (tra theo bảng catalo của chúng).   Iii DG )( 2 khopiirotoii DGDG )()( 22  = 0,48 + 0,216=0,686 Nm 2 M m – mômen mở máy của động cơ, đối với động cơ đã chọn là động cơ điện xoay chiều kiểu dây cuốn, xác định theo công thức (2-75) – [tr47]. dn dndnmm m M MMMM M 5,1 2 1,19,1 2 minmax      M dn – mômen danh nghĩa của động cơ. M dn = 9550 Nm n N đc đc 4,11 1420 7,1 9550   M m = 1,5.11,4 = 17,1 Nm Vậy khi Q 1 = Q  n m t s06,1 807,0.45.2).2,141,17(375 1420.2006,0.10250 )2,141,17(375 1420.686,0.1,1 22 2     Trong đó: 0  tp  = 0,807 – hiệu suất nâng của cơ cấu khi nâng vật với trọng lượng bằng trọng tải. Gia tốc khi mở máy với tải trọng Q 1 = Q, được xác định theo công thức 2 /157,0 06,1.60 10 60 sm t v j n m n  Thời gian mở máy khi hạ vật, xác định theo công thức (3-9) – [tr.54]. [...]... được vào công trên ta được: 17 , 12 (2 .1, 06  5.0,5  3.0, 21 4  2. 0 ,11 7  5.0 ,13  3.0 ,15 2)  Mtb = 30 (2 .14 ,2 2  5 .10 ,75 2  3.3,6 2  2. 9,3 2  5.7, 02 2  3 .2, 03 2 ) 30 .10  2 .1, 06  5.0,5  3.0, 21 4  2. 0 ,11 7  5.0 ,13  3.0 ,15 2 = 11 ,26 Nm Công suất trung bình bình phương của động cơ được phát ra theo công thức ( 2- 7 6) – [.47] N tb  M tb n đc 11 ,26 .14 20   1, 67 kW 9550 9550 Từ kết quả tính được ta thấy,... các cầu trục đã chế tạo) - Vận tốc di chuyển xe con Vx = 20 m/ph - Chế độ làm việc của cơ cấu: nhẹ 1 Động cơ điện có gắn phanh 2 Hộp số 3 Tấm chịu lực 4 Bộ truyền bánh răng hở 5 Bánh xe con 1 2 3 4 5 Hình 2 .11 Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con 2. 2 .2 Tính cơ cấu di chuyển 2. 2 .2 .1 Tính bánh xe Kết cấu cụm bánh xe được mô tả trên hình 2 . 12 40 13 0 Hình 2 . 12 Trục và bánh xe của cơ cấu di chuyển Ta chọn loại bánh... với các tải trọng Q1, Q2, Q3 Z1 = 2 2 Z0 = 3045 024 = 609005 10 10 Z2 = 5 5 Z0 = 3045 024 = 15 22 5 12 10 10 Z3 = 3 3 Z0 = 3045 024 = 913 057 10 10 Số chu kỳ làm việc tương đương là: Ztđ = 609005 .18 + 15 22 5 12 .0,758 + 913 057.0 ,28 = 7 6 12 58 Hệ số chế độ làm việc 10 7 8 10 7 kc    1, 4 Z tđ 7 6 12 58 8 Giới hạn mỏi tính toán '  1   1 k c  25 0 .1, 3  325 N/mm2 Hệ số chất lượng bề mặt ở đây lấy  = 0,9 – bề... đối với chế độ làm việc Loại cơ cấu k1 Cơ cấu nâng vật 1, 3 Cơ cấu nâng chuyển 1, 5 Nh TB N RN 1, 1 1, 2 1, 3 1, 5 kim loại lỏng Cơ cấu thay đổi 1, 4 tầm với Cơ cấu di chuyển 1, 2 và cơ cơ vấu quay 2. 2 TÍNH CƠ CẤU DI CHUYỂN XE CON 2. 2 .1 Chọn sơ đồ tính và các thông số cơ bản Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con Cách bố trí cơ cấu di chuyển xe con như sơ đồ hình 2 .11 Cơ cấu di chuyển bố trí kiểu treo, ray là dầm thép... n, v/ph 14 20 19 0 32 N, kW 1, 7 1, 6 32 1, 567 Mx, (N.m) 11 ,4 82, 08 4 72, 78 Với: n n1 ; n3  2 i 12 i23 n1 = nđc =14 20 v/ph ; n2 = N1 =Nđc =1, 7 kW ; N 2 =  N1 ; N3 =  N2 Mx = 1, 14 (KG.m) ; M2 = i 12.  Mx ; M3 = i23. M2 Trong đó: Mx – mômen xoắn trên trục động cơ  = (0,95  0,97) – hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ, chọn  = 0,96 Căn cứ vào yêu cầu vào công suất phải truyền với C 15 %, số vòng quay trục vào,... N / mm 2 và giới hạn mỏi  1  25 0 N / mm 2 Khi đó ứng suất uốn cho phép với chu kì đối xứng trong phép tính sơ bộ có thể xác định theo công thức (11 2) – (tr . 12 )    '  1 25 0   78 N/mm2 ' 1, 6 .2 n.k Với các hệ số k’ và n tra theo bảng 1- 5 và 1- 8 Vậy tại điểm D trục phải có đường kính là: d 3 MD 13 716 5 3  26 mm 0 ,1.   0 ,1. 78 Kết cấu trục cùng các kích thước cho trên hình 2 -1 2 Trục cần...   (Gi Di ) l n1 375( M m  M h ) h tm   Q0 D 02 n1 375( M m  M h ).a 2 i 02  1, 1.0,686 .14 20 10 25 0.0 ,20 06 2 .14 20   0 ,11 7 s 375 (17 ,1  9,3) 375 (17 ,1  9,3) .2 2.45 2. 0,807 Tính tương tự cho các trường hợp Q2 và Q3 theo các công thức dẫn trên .Kết quả tính được ghi trong bảng ( 2- 3 ) Thời gian chuyển động với vận tốc ổn định là: tv  60.H 60.5   30s vn 10 Mômen trung bình bình phương trên trục động... phát từ thời gian phanh, theo công thức ( 3-6 ) – (tr. 52) tn  ph =   (Gi Di ) I n1 375(M ph  M t* )  Q0 D 02 n1 2 375(M ph  M t* ).a 2 i0 1, 1.0,686 .14 20 10 25 0.0 ,14 06 2 .14 20 .0,807   0 , 12 87 s 375 .23 ,3 375 .23 ,3 .2 2. 31, 34 2 Mômen truyền qua khớp để thắng quán tính sẽ bằng " k M M ' qt  G D  n  i 2 ' i I n ph 375.t 1  0,5664 .14 20  16 ,663 Nm 375.0 , 12 87 Như vậy, khi phanh vật đang nâng khớp phải... xúc cho phép:  tx   2, 5.HB.K N Trong đó: KN – hệ số chu kỳ ứng suất tiếp xúc KN = 6 N0 N td Với: N0 =10 6 - 10 7 số chu kỳ của đường cong mỏi tiếp xúc, ta chọn: N0 = 10 7 Ntd – số chu kỳ ứng suất tương đương N1 = 60 n1Tu = 60 .10 0 .10 573 .1 = 6,34 .10 7 > 10 7 N2 = 60 n2Tu = 60.50 .10 573 .1 = 3 ,17 .10 7 > 10 7 Cho nên KN1 = KN2 = KN = 1 Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép là:  tx1   2, 5 .22 0 .1  550 N/mm2  tx 2. .. W6 = 4000  10 000.0 ,17  75  60  13 2 N 2 75  60 Wt = 15 5 + 28 + 0 + 20 2 + 9 + 13 2 = 526 N r M h Hình 2 .13 Sơ đồ tính lực cản do thành bên B Hình 2 .14 Xe lăn trên dầm chữ I Công suất tĩnh yêu cầu đối với động cơ điện, được xác định theo ( 3-6 0) – [tr. 71] Nt  Wt vx 526 .20   0, 21 kW 60 .10 00. đc 60 .10 00.0,85 Trong đó:  đc = 0,85 kW – hiệu suất cơ cấu di chuyển, theo bảng ( 1- 9) – [tr .15 ] Tương ứng . Nm n N đc đc 4 ,11 14 20 7 ,1 9550   M m = 1, 5 .11 ,4 = 17 ,1 Nm Vậy khi Q 1 = Q  n m t s06 ,1 807,0.45 .2) .2 ,14 1 ,17 (375 14 20 .20 06,0 .10 25 0 )2 ,14 1 ,17 (375 14 20 .686,0 .1, 1 22 2     Trong. 15 2, 0. 313 ,0. 511 7,0 .2 214 ,0.35,0.506 ,1. 21 0 .30 )03 ,2. 3 02, 7.53,9 .26 ,3.375 ,10 . 52 ,14 .2( 30 )15 2, 0. 313 ,0. 511 7,0 .2 214 ,0.35,0.506 ,1. 2 (1, 17 22 222 2 2    = 11 ,26 Nm Công suất trung bình bình phương của động cơ được phát ra theo công thức ( 2- 7 6) – [.47]. 67 ,1 9550 14 20 .26 ,11 9550 .  đctb tb nM N. I I 12 = 7,5 I 23 = 6 n, v/ph 14 20 19 0 32 N, kW 1, 7 1, 6 32 1, 567 M x , (N.m) 11 ,4 82, 08 4 72, 78 Với: n 1 = n đc =14 20 v/ph ; n 2 = 12 1 i n ; 23 2 3 i n n  N 1 =N đc =1, 7 kW