ứng dụng công nghệ CAD/CAM để thiết kế, chế tạo bơm ben lái xe ô tô SCANIA

luận văn về ứng dụng công nghệ CAD/CAM để thiết kế, chế tạo bơm ben lái xe ô tô SCANIA

GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn PHẦN I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN Máy nâng chuyển là loại máy dùng để thay đổi vị trí của đối tượng công tác nhờ thiết bị mang vật trực tiếp móc treo hoặc thiết bị mang vật gián tiếp như gầu ngoạm, nam châm điện, băng, gầu… Máy trục là một loại máy nâng &vận chuyển, một trong những phương tiện quan trọng của việc cơ giới hoá các quá trình sản xuất trong các nghành công nghiệp –và xây dựng. Ở các nước tiên tiến, ngành máy nâng chuyển là một ngành công nghiệp phát triển ngày càng cao,về thiết bị nâng chuyển của các máy trục.Sự phát triển mạnh mẻ của công nghiệp,luôn mong muốn nâng cao năng suất lao động, do vậy phải phát triển không ngừng cải tiến kỹ thuật máy nâng &vận chuyển. Công nghiệp xây dựng trước kia rất ít cần trục, ngày nay thậm chí khi xây dựng nhà nhỏ cũng không thể thiếu cần trục, chưa nói gì đến việc xây dựng toà nhà cao tầng và kỹ thuật xây lắp từng khối lớn,trong thời kỳ hội nhập lại càng chú trọng và không ngừng cải tiến kỹ thuật để đáp ứng dươc yêu cầu của ngành công nghiệp xây dựng. Trong ngành công nghiệp mỏ thì cần có các loại thang tải, xe kíp băng tải … vv. Trong ngành luyện kim có những cần trục nặng phục vụ kho chứa quặng và nhiên liệu. v. v…… Máy nâng và vận chuyển phục vụ nhà ở, những nhà công cộng, các cửa hiệu lớn và các ga tàu điện ngầm như thang máy, trong đó có thang điện cao tốc cho các nhà cao tầng, buồng chở người và thang điện liên tục.Trong các siêu thị người ta dùng rất nhiều các cầu thang cuốn . v v… Trong nhà máy hay phân xưởng cơ khí thì người ta trang bị nhiều máy nâng chuyển di động như cần trục, cầu trục, cổng trục dùng điện hay khí nén, thuỷ lực năng suất cao để di chuyển các chi tiết máy hoặc máy …vv. SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 1 GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn Ngành máy nâng và vận chuyển hiện đại đang thực hiện rộng rãi việc cơ giới hoá quá trình vận chuyển trong các ngành công nghiệp và kinh tế quốc dân. Sự phát triển của kỹ thuật nâng –vận chuyển phải theo cải tiến các máy móc, tinh xảo hơn, giảm nhẹ trọng lượng, giảm giá thành, nâng cao chất lượng sử dụng, tăng mức sản xuất, đơn giản hoá và tự động hoá việc điều khiển và chế tạo những máy mới nhiều hiệu quả để thoả mãn yêu cầu ngày một tăng của nền kinh tế quốc dân. Ở nước ta, máy nâng và vận chuyển cũng đã sử dụng rộng rãi trong một số ngành như xếp dỡ hàng hoá ở các bến cảng nhà ga và đường sắt. trong công nghiệp xây dựng nhà ở, trong các nhà máy luyện kim và lâm nghiệp, xây dựng công nghiệp và quốc phòng.Trong tình hình kinh tế phát triển như hiện nay, máy nâng và vận chuyển ngày càng trở thành nhu cầu cấp bách do nhu cầu sản xuất ngày càng cao. Các loại máy nâng và vận chuyển có thể phân thành hai loại : -Máy vận chuyển liên tục : Vật nặng được vận chuyển thành một dòng liên tục gồm các loại băng gầu, băng tải, máy xúc liên tục, xích tải, vít chuyển… vvv -Máy vận chuyển theo chu kỳ : Bao gồm máy hoạt động có tính chất chu kỳ, có tác dụng di chuyển nâng hạ, hoặc kéo tải, trong đó cơ cấu nâng tải là cơ cấu chính được gọi là máy trục. loại này gồm các loại như kích tời, palăng, cần trục, cầu trục, cổng trục …vv. Trong đó cần trục, cầu trục, cổng trục có thể vận chuyển vật nặng theo cả ba hướng trong không gian. Để mang lại hiệu quả cao cho phương án thiết kế, ta cần phải nắm vững các đặc điểm về máy trục. *Các thông số cơ bản của máy trục: Đặc tính của máy trục được biểu thị bằng những thông số cơ bản sau: + Tải trọng nâng Q: -Tải trọng nâng là đặc tính cơ bản của máy trục, bằng T hay N. -Tải trọng nâng gồm trọng lượng của vật cộng với trọng lượng của cơ cấu móc hàng.Tải trọng nâng có giới hạn rất lớn từ vài chục T đến hàng chục ngàn N. Trong thực tế sử dụng để thuận tiện người ta dùng đơn vị khối lượng : Kg, tấn. SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 2 GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn + Chiều cao nâng hàng H(m). -Chiều cao nâng là khoảng cách từ mặt sàn, bãi làm việc của máy trục đến vị trí cao nhất của cơ cấu móc. +Tốc độ làm việc V(m/ph hay m/s): -Tốc độ làm việc xác định theo điều kiện làm việc và theo từng loại máy trục,tốc độ nâng hàng nằm trong giới hạn từ 10-30(m/ph). + Khẩu độ L(m): -Đây là thông số biểu thị phạm vi hoạt động của máy trục, khẩu độ L của cần trục hay cổng trục là khoảng cách từ tâm bánh xe di chuyển này đến tâm bánh xe di chuyển kia. *Chế độ làm việc của máy trục: Máy trục làm việc theo chế độ ngắn hạn, lặp đi lặp lại. Bộ phận làm việc bộ phận nâng hạ, di chuyển qua lại theo chu kỳ. Ngoài thời kỳ làm việc có thời dừng máy, tức là động cơ tắt.Thời gian dừng dùng để sử dụng móc hay tháo vật để chuẩn bị cho các thời kỳ tiếp theo. Ngoài ra mỗi quá trình chuyển động qua lại có thể phân ra các thời kỳ chuyển động không ổn định, như trong thời kỳ mở máy, phanh và thời kỳ ổn định. + Chế độ nhẹ: Đặc điểm của chế độ nhẹ là hệ số sử dụng trọng tải thấp, kq≈0,5.Cường độ làm việc của động cơ nhỏ, trung bình khoảng 15%, số lần mở máy trong một giờ,dưới 60 lần và có nhiều quảng ngắt lâu.Trong nhóm này có cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển của cần trục sửa chửa, cần trục đặt trong không gian máy, cơ cấu di chuyển cần các cần trục xây dựng và cần trục cảng … vv. + Chế độ trung bình : Đặc điểm của các cơ cấu chế độ trung bình là chúng làm việc với trọng tải khác nhau, hệ số sử dụng trọng tải, vận tốc làm việc trung bình.Cường độ làm việc khoảng 25%, số lần mở máy trong một giờ đến 120 lần,trong nhóm máy này có các cơ cấu nâng và di chuyển cần trục trong các phân xưởng cơ khí và lắp ráp. Cơ cấu quay của cần trục và palăng điện. + Chế độ nặng : SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 3 GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn Đặc điểm của chế độ nặng là hệ số sử dụng tải cao, k Q =1, vận tốc làm việc lớn,cường độ làm việc 40%,số lần mở máy trong 1 giờ là 240 lần.Trong nhóm này có tất cả các cơ cấu cần trục ở phân xưởng công nghệ, ở kho các nhà máy sản xuất hàng loại lớn, cơ cấu nâng của cần trục xây dựng. + Chế độ rất nặng : Đặc điểm là cơ cấu thường xuyên làm việc tải trọng danh nghĩa k Q =1, vận tốc cao,cường độ làm việc trong khoảng 40-60%, số lần mở máy trong 1 giờ là 360 lần.Thuộc nhóm máy này là tất cả các cơ cấu cần trục ở phân xưởng công nghệ và các kho thuộc ngành luyện kim. Khi tính toán cơ cấu máy trục, người ta phân biệt ra ba trường hợp tải trọng đối với trạng thái làm việc và trạng thái không làm việc của máy trục như sau: Trường hợp 1: tải trọng bình thường của trạng thi làm việc bao gồm trọng lượng danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang, trọng lượng bản than máy, tải trọng động trong quá trình mở và hãm cơ cấu Trường hợp 2:tải trọng lớn nhất của trạng thi làm việc bao gồm trọng lượng danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang, trọng lượng bản thân máy, tải trọng động lớn xuất hiện khi mở máy, và phanh đột ngột, hoặc khi mất điện, có điện bất ngờ tải trọng gió lớn nhất khi làm việc và tải trọng do độ dốc lớn nhất có thể Các trị số tải trọng lớn nhất của trạng thi làm việc thường hạn chế bởi những điều kiện bên ngoài như sự trượt trơn của bánh xe trên ray, trị số momen phanh lớn nhất, momen giới hạn của khớp nối …vv. Đối với trường hợp này tất cả các chi tiết trong cơ cấu được tính theo sức bền tĩnh. Trường hợp 3: tải trọng lớn nhất của trạng thi không làm việc của máy đặt ngồi trời,bao gồm trọng lượng bản thân, tải trọng gió lớn nhất trọng trạng thi không làm việc và tải trọng do độ dốc của đường.Đối trường hợp này chỉ tính toán cho các chi tiết của bộ phận hãm gió, các thiết bị phanh hãm và cơ cấu thay đổi tầm với. Tải trọng tương đương xác định theo các đồ thị gia tải cơ cấu theo thời gian. SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 4 GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 5 Hình 1.1 đồ thị tải trọng trung bình các cơ cấu my trục ở chế độ làm việc trung bình Q T 0,2T 0,5T 0,3T 0,2Q 0,75Q Q Hình 1.1 đồ thị tải trọng trung bình các cơ cấu máy trục ở chế độ làm việc trung bình GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn PHẦN II CHỌN VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA MÁY NÂNG, CƠ CẤU DI CHUYỂN VÀ CƠ CẤU NÂNG 2.1 Các thông số cơ bản của cầu trục thiết kế. - Tải trọng nâng: Q=2x3 tấn (Cầu trục dùng 2 xe con để nâng vật, mỗi xe con nâng tối đa được 3 tấn. Cùng một lúc cầu trục có thể nâng được 6 tấn. - Chiều cao nâng hạ: H=8m - Khẩu độ: L=20m - Chế độ làm việc của máy: máy làm việc ở chế độ trung bình, làm việc với tải trọng khác nhau: + Hệ số sử dụng cơ cấu theo tải trọng: k Q = Q Q tb =75% + Cường độ làm việc của động cơ: CĐ%= T T o x100 =25% T o : Thời gian làm việc của động cơ trong một chu kỳ hoạt động máy. T: Toàn bộ thời gian hoạt động của cơ cấu trong một chu kỳ. + Số lần mở máy trong một giờ: 120 lần. + Máy làm việc theo chế độ tải trọng lặp đi lặp lại (đóng mở thường xuyên). Máy thông thường nâng tải vừa, nhiều khi nâng tải tối đa. Dựa vào các phân tích trên, cùng với các thông số về tải trọng, chiều cao nâng hạ và khẩu độ, ta chọn các thông số vận tốc như sau: Vận tốc nâng hạ: V n =20 m/ph Vận tốc di chuyển xe: V xe =40 m/ph Vận tốc di chuyển cầu: V cầu = 100 m/ph 2.2 Chọn sơ đồ động học cho cầu trục: 2.2.1 Các phương án (PA) lựa chọn thiết kế dầm chính và dầm cuối. SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 6 GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn *PA1: Dầm chính loại 1 dầm: Dầm chính chỉ có 1 dầm, hai đầu tựa lên các dầm cuối. - Dầm chính dạng chữ I. palăng điện chạy ở các nhánh thép phía dưới. - Dầm cuối có kết cấu dạng hộp, có lắp bánh xe, bánh xe di chuyển dọc theo ray đặt theo vai cột của nhà xường. -Với phương án này, cầu trục thiết kế có kết cấu đơn giản, không gian hoạt động lớn. Loại này phù hợp với chế độ làm việc nhẹ. *PA2: Cầu trục dầm đôi có kết cấu dạng hộp: -Dầm chính gồm 2 dầm có kết cấu dạng hộp, trên dầm chính có hai thanh ray để xe lăn di chuyển. -Dầm chính liên kết với dầm cuối ở hai đầu bằng bu lông hoặc bằng liên kết hàn. SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 7 Hình 2.1 Kết cấu dầm chính dạng chữ I Hình 2.2 Kết cấu dầm chính dạng hộp GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn -Dầm cuối có kết cấu dạng hộp, trên dầm có lắp bánh xe, di chuyển trên ray đặt dọc theo nhà xưởng trên các vai cột. -Loại cầu trục này có kết cấu toàn bộ dạng hộp nên việc tính toán cũng tương đối đơn giản, giảm thời gian chế tạo và lắp ráp do có thể dùng phương pháp hàn tự động. Việc sửa chữa, bảo dưỡng loại cầu trục này cũng tương đối đơn giản. Cầu trục này phạm vi hoạt động lớn, thích hợp với việc sử dụng ở tải trọng trung bình và nặng. *PA3: Cầu trục kiểu dàn. - Hai dầm chính bao gồm một hệ thống khung dàn liên kết cứng với nhau bằng mối hàn. Trên dầm chính có đặt hai thanh ray để xe con di chuyển. -Dầm cuối bao gồm hai dầm kiểu hộp, trên có lắp bánh xe di chuyển trên thanh ray đặt dọc nhà xưởng. -Kết cấu cầu trục dạng hai dầm kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp, thường chế tạo bằng phương pháp hàn các thanh dằn lại với nhau. Vì có nhiều thanh xiên và thanh đứng nên phức tạp trong việc chế tạo. Giá thành cao. Chất lượng các mối hàn phụ thuộc vào tay nghề của người công nhân. Không áp dụng được phương pháp hàn tự động, bảo trì, bảo dưỡng khó khăn, không thuận lợi. Tuy nhiên, loại cầu trục này khối lượng nhỏ, phù hợp với tải trọng nặng và rất nặng. Ngoài ba phương án trên, trong thực tế còn nhiều phương án nữa những không phổ biến và ít được sử dụng. Qua việc phân tích ba phương án trên, và với các thông số của cầu trục cần thiết kê, ta thấy phương án 2 ( Hai dầm dạng hộp) là phù hợp hơn cả. Nhược điểm SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 8 Hình 2.3 Kết cấu dầm chính dạng dàn GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn chủ yếu của loại cầu trục này là khối lượng lớn, tuy nhiên giá thành lại không cao, kiểm tra, bảo dưỡng dễ dàng. 2.2.2 Phương án lựa chọn sơ đồ động học cơ cấu nâng. Cơ cấu nâng dùng để nâng hạ vật theo phương thẳng đứng. Ngoại lực là trọng lực và lực quán tính tác dụng lên vật nâng. Có hai loại cơ cấu nâng: cơ cấu nâng dẫn động bằng tay và cơ cấu nâng dẫn động bằng điện. Trong trường hợp này sử dụng cơ cấu nâng dẫn động bằng điện. Cơ cấu nâng phải đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy và độ ổn định cao khi làm việc. Do vậy, cơ cấu nâng phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng tốt của tất cả các khâu. Bộ phận tang ở đây dùng tang kép, quấn một lớp cáp, có rãnh cắt, đảm bảo độ bền lâu cho cáp. Bộ truyền được chế tạo dưới dạng hộp giảm tốc kín, ngâm dầu, bôi trơn tốt. Các ổ trục thường dùng ổ lăn, thiết bị phanh hãm thường dùng là phanh má thường đóng. *PA1: Sơ đồ như hình vẽ sau: Với phương án này, chuyển động được truyền từ động cơ đến hộp giảm tốc qua khớp nối. Trục ra của khớp nối không trùng với trục tang mà thông qua một bộ truyền bánh răng ngoài. Cơ cấu này dễ tháo lắp thành các bộ phận riêng biệt, thích hợp khi dùng pa lăng đơn, tỷ số truyền trong hộp giảm tốc nhỏ nên hộp giảm tốc nhỏ. Tuy nhiên kết cấu và kích thước cồng kềnh, phức tạp, nhiều chi tiết, tốn nhiều ổ, tồn tại một bộ truyền ngoài nên không an toàn. *PA2: Sơ đồ như hình vẽ sau: SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 9 Hình 2.4 phương án 1 Hình 2.5 phương án 2 GVHD: Th.s Châu Mạnh Lực Đồ án tốt nghiệp: Cầu trục 2x3 tấn Phương án này có kết cấu nhỏ gọn hơn phương án trên, tuy nhiên trục tang và trục ra của hộp giảm tốc là một nên rất khó chế tạo cũng như lắp ráp, bảo dưỡng. Lực trên tang phân bố không ổn định ảnh hưởng đến hộp tốc độ và độ an toàn của cơ cấu. *PA3: Sơ đồ như hình vẽ sau: Phương án này kết cấu nhỏ gọn, làm việc an toàn. Tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng. Qua việc phân tích sơ đồ động học của cơ cấu nâng, ta thấy phương án 3 là tối ưu hơn cả, nên sử dụng phương án 3 làm phương án để tính toán, thiết kế cơ cấu nâng. 2.2.3 Chọn sơ đồ động học cho cơ cấu di chuyển xe con *PA1: Sơ đồ động học như sau: SVTH: Đinh Văn Hạnh---- Lớp: 03C1C 10 Hình 2.6 phương án 3 Hình 2.7 phương án 1 [...]... cầu trục bị xô lệch như hình trên Xét tại điểm D thì mô men tại D là: M= W *L 2 Xét đối với dầm cuối AD, mô men tại D do lực cản N giữa bánh xe và ray sinh ra khi bị xô lệch là: M=N*E N*E= N= W *L 2 W *L 2* E Nếu N quá lớn, bánh xe trượt trên ray chứ không lăn Do vậy, lực dẫn động thêm của động cơ phải thắng được lực N W 2 1 5 ≥ N*f= W *L *f 2* E E ≥ L*f 1 7 f= ÷ : Hệ số ma sát giưa bánh xe và ray... Cớ cấu di chuyển xe lăn Sơ đồ dẫn động: Hình 3.2 Sơ đồ dẫn động Tải trọng tác dụng lên bánh xe bao gồm trọng lượng bản thân xe lăn G0=10000N và trọng lượng vật nâng Q=30000 N Khi không có vật nâng, các bánh xe coi như chịu tải trọng như nhau: Pmin=G0/4=10000/4=2500 N B Khi có vật nâng, tải trọng tác dụng lên các bánh xe không đều nhau, sơ đồ xác A định tải trọng trong trường hợp này như sau Q=30000N... 20000 Pmax=125000 N Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên bánh xe khi không có vật nâng(Bên phải cầu) Xét mô men tại A, ta tính được lực tác dụng tại điểm B là: RB=68450 N Pmin=68450 N Tải trọng tương đương tác dụng lên bánh xe : Pbx= γ *kbx*Pmax Q (3-65 [1]) 60000 Ta có: G = 20000 +100000 =0,5 N0=107 Hệ số chu kỳ ứng xuất cho phép của bánh lớn và bánh nhỏ [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 N td 2  M  = 60.u.∑ M  mvx m   ni Ti   trong đó :lấy m=6 (thép chế tạo là thép thường hoá và tôi cải thiện ) u=1 nII=167v/ph (n của bánh dẫn )... không gian nhỏ và thuận tiện cho việc bố trí lên các xe lăn Phương án này tiện cho việc tháo lắp các chi tiết ra thành từng cụm, tuy nhiên trục truyền quay với tốc độ bé, mô men xoắn lớn nên kích thước trục to *PA2: Sơ đồ động học: Hình 2.8 phương án 2 Phương án này đơn giản, làm việc chắc chắn Tuy nhiên hai bánh xe lắp cùng trên một trục, khoảng cách không lớn lắm Hai bánh xe quay với vận tốc bé, mô... khoảng 1500 ÷ 1800 N/mm2 4.1.3 Pa lăng giảm lực Sử dụng pa lăng kép, công bội pa lăng a=2 Lực căng cáp lớn nhất tác dụng lên nhánh dây là: Smax=7954 N (Đã tính) Hiệu suất chung của pa lăng:ηp =0,99 (Đã tính) 4.1.4 Kích thước dây cáp: Kích thước dây cáp xác định theo công thức 2-10 [1] Smax*n ≤ Sd Sd: Lực kéo đứt cáp tiêu chuẩn n=5,5 Hệ số an toàn đối với chế độ làm việc trung bình (Bảng 2-2 [1]) Sd ≥ 7954*5,5=43747