Thiết kế kết cấu trục hai dầm tính toán cơ cấu nâng

Tài liệu tha khảo Thiết kế kết cấu trục hai dầm tính toán cơ cấu nâng

III.TÍNH TOÁN

Số liệu ban đầu :

Trọng tải Q0 = 12.5 (tấn) = 125000 (N)

Trọng lượng vật mang =210(kg)Tầm rộng =20 (m)

Chiều cao nâng:H = 8 (m)

Vận tốc nâng V = 12 (m/ phút)Chế độ làm việc: CĐ% = 25%

1 Sơ đồ cơ cấu nâng :

- Do tính chất quan trọng, yêu cầu cao và vị trí đặc biệt của cơ cấu nâng trong máy trục Vì vậy nó phải được thiết kế đảm bảo độ tin cậy, độ an toàn và ổn định cao, nó phải được chế tạo nghiêm chỉnh với chất lượng cao

- Sơ đồ cơ cấu nâng được trình bày trên hình 1: bao gồm tang (1) được nối với hộp giảm tốc (3) qua khớp răng (2), hộp giảm tốc nối với động

cơ (6) qua khớp nối răng, một nửa khớp dùng làm bánh phanh về phía hộp giảm tốc, phanh (5) là loại phanh lo xo điện 2 má thường đóng

2.Chọn loại dây

- Dây thường dùng trong máy trục có 2 loại dây chính đó là xích và cáp.

- Xích có ưu điểm là dề uốn, có thể làm việc với tang và đĩa xích có đường kính nhỏ nên bộ truyền có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản Tuy nhiên,nó chỉ làm việc với vận tốc gới hạn không quá 1 m/s Nếu vận tốc quá vận tốc gới hạn thì các mắt xích bị mòn nhanh làm tăng khả năng đứt xích.Vì vậy xích thường ít dược sử dụng hơn cáp

- Dây cáp thép là loại dây được dùng trong ngành máy trục nhiều nhất

vì nó có khả năng làm việc với vận tốc cao mà không ồn, uốn được theo mọi phương, chịu được tải trọng khác nhau, trọng lượng bản thân nhỏ và ít đứt đột ngột Cáp có nhiều loại như: cáp bện đơn, cáp bện kép, cáp bện trái, cáp bện phải, bện hỗn hợp … Trong đó cáp bện kép là loại được dùng chủ yếu trong máy trục Ta chọn loại cáp k-p 6x19 lõi đay theo tiêu chuẩn TOCT 2688-80 làm dây cho cơ cấu nâng.Đây là

loại cáp bện kép có lõi đay thấm dầu, các sợi cáp tiếp xúc đường, các sợi cáp có đường kính bằng nhau

Kết cấu của cáp

3 Chọn palăng.

- Có 2 loại palăng thường dùng đó là: palăng đơn và palăng kép

- Loại palăng đơn do chỉ có một nhánh dây chạy trên tang nên mỗi khi cuốn và nhả cáp có sự di chuyển của dây dọc trục làm khó hạ vật đúng

vị trí gây ra tải tác động lên ổ đỡ thay đổi

- Loại palăng kép có2 nhánh dây cuốn lên tang nên nâng hạ vật đúng

vị trí, áp lực lên các ổ trục sẽ được phân đều và ít thay đôỉ Theo bảng 2-6[II], với tải trọng 12.5 tấn ta chọn palăng có bội suất a = 2 Sơ đồ palăng được bố trí như hình vẽ

Qo = Q + Qm :tải danh nghĩa (tấn) với Q là tải trọng nâng,Qm là trọng lượng vật mang Khi tính toan bỏ qua trọng lượng vật mang

m : số dây cuốn lên tang, với tang sử dụng là tang kép m = 2

t : số ròng rọc đổi hướng, do dây mắc trực tiếp lên tang t = 0

 :hiệu suất của ròng rọc, theo bảng 2-5[2] ứng với điều kiện sử dụng ổ lăn được bôi trơn bằng mỡ trong điều kiện bình thường

vậy :

, ) , (

) ( )

(

) (

N m

Q

t

98 0 98 0 1 2

98 0 1 127100 1

1

0 2 0

m a



a : bội suất của palăng a = 2 do là palăng kép vậy:

99 0 32096 2

Q S

S



-Theo Atlas máy trục ta chọn được loại cáp  k – p 6x19(1+9+9) có ứng

suất giới hạn bền b = 2000(N/mm2), đường kính cáp dc = 16.5(mm)

-Lực kéo đứt Sd =192000N

(xem trang 4)

5 Tính tang :

- Tang dùng trong máy trục có hai loại là tang trơn và tang xẻ rãnh

- Tang trơn dùng để quấn nhiều lớp cáp khi chiều cao nâng lớn

- Tang xẻ rãnh dùng quấn một lớp cáp trong cơ cấu nâng dẫn động bằng điện với chiều cao nâng vật không quá lớn.Ở tang có rãnh thì dâycáp được quấn theo rãnh nên không bị rối cáp và kẹt cáp, dây cáp ít mòn vì ít cọ xát vào nhau Tang có rãnh chia làm hai loại:

+ Tang đơn là tang xẻ rãnh theo một chiều, có một nhánh dây đi vào tang

+ Tang kép là loại tang xẻ rãnh ở hai nửa khác nhau và khác chiều, có hai dây đi vào tang

- Với chiều cao nâng H = 8 (m) ta chọn loại tang xẻ rãnh

- Các kích thước của tang

+ Đường kính tang: Được xác định theo công thức

Dt dc (e-1), (cth: 2-12[II] )

Trong đó: e = 25, là hệ số thực nghiệm được xác định theo bảng

2-4[II] tương ứng với chế độ tải trọng trung bình

Vậy:

Dt = dc (e-1) = 16.5 (25-1) = 396(mm), lấy Dt = 400(mm)

+Chiều dài của tang: L = Lo + 2 L1 + 2L2 + L3, (cth: 2-14[II])

Trong đó L1 là chiều dài phần tang kẹp đầu cáp

L2 là chiều dài phần tang làm thành bên

L3 là chiều dài phần tang không cắt rãnh

Dt: là đường2 kính tang, Dt = 400(mm)

Dc là đường kính cáp dc = 16.5(mm)

Vậy: Chiều dài phần tang cắt rãnh

L0 = 2  Z  t =21522=660(mm)

Trong đó:t là bước rãnh trên tang đươc chon theo tiêu chuẩn trong Atlasmáy trục Tương ứng với đường kính cáp dc = 16.5(mm) ta chọn theo

tiêu chuẩn MH 5365-64 được t = 22

+ Chiều dài phần tang kẹp cáp:

Với phương pháp kẹp cáp thông thường ta cần thêm 3 vòng rãnh cáp đểđảm bảo cho đầu cáp cặp

L4 là khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng trên khung treo móc

hmin là khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang và trục ròng rọc

 là góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bị lệch so với

phương đứng, với tang cắt rãnh tg = 1/10

+ Kiểm tra độ bền của tang.

Khi làm việc thành tang bị uốn, nén và xoắn.Với chiều dài của tang nhỏ hơn 3 lần đường kính của nó thì ứng suất uốn và xoắn không vượt quá (1015)% ứng suất nén Ví vậy tang được kiểm tra sức bền theo điều kiện nén với ứng suất cho phép theo công thức( 2-15) [II]

 là hệ số giảm ứng suất, đối với tang kép đúc bằng gang  = 0.8

k là hệ số phụ thuộc lớp cáp quấn lên tang,ở đây chỉ có một lớp cáp quấn lên tang nên k = 1

n là ứng suất nén cho phép tang được chế tạo là gang C 15-32 có giới hạn bền nén là bn = 565 (N/mm2), ta có

Với hệ số an toàn là 5

Vậy:

 n n vậy tang đủ bền

6 Chọn động cơ điện:

- Công suất tĩnh khi nâng vật :

*60*1000*

n

Q v N



 , (cth: 2-78[II])

Trong đó:

 là hiệu suất toàn cơ cấu,   t* p*0

với:  t 0.96là hiệu suất tang, được tra theo bảng 1-9[II]

92 0

12 12500

Công suất danh nghĩa: Nđc = 22(kw)

Số vòng quay : nđc = 715 (vòng/phút)

Mômen vô lăng: (GiDi)2

roto = 30 Nm2.Khối lượng động cơ: mđc = 237 (kg)

Đường kính trục ra: d = 65(mm)

(xem trang 75&76)

7 Tính tỷ số truyền.

- Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang:

2 12 0

Tỉ số truyền cần có: 39

34 18

8 Kiểm tra nhiệt động cơ :

- Sơ đồ tải trọng chế độ làm việc trung bình

- Cơ cấu sẽ làm việc với chế độ tải trọng thay đổi tương ứng với trọng lượng vật nâng Q1 = Q, Q2 = 0.5Q, Q3 = 0.1Q với tỷ lệ thời gian làm việc tương ứng là 6:2:2

Sơ đồ gia tải cơ cấu nâng

- Cơ cấu sẽ làm việc với chế độ tải trọng thay đổi tương ứng với trọng lượng vật nâng Q1 = Q, Q2 = 0.5Q, Q3 = 0.1Q với tỷ lệ thời gian làm việc tương ứng là6:2:2

- Các máy trục làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại, đặc trưng bơỉ sự đóng mở liên tục, có thời gian nghỉ giữa các khoảng thời gian làm việc

nên động cơ chưa kịp nóng đến nhiệt độ ổn định Ngoài ra các cơ cấu làm việc với cường độ thực tế không trùng với cường độ chuẩn mà tuỳ thuộc vào tải trọng Mặt khác khi tính công suất động cơ ta tính vớitoàn tải nên cần phải kiểm tra nhiệt động cơ bằng thông số mô đun trung bìnhbình phương.

*)

Các thông số cần tính toán:

a)Trọng lượng vật nâng cùng trọng lượng vật mang

Qo = Q+Qm = 127100 (N)

b) Lực căng dây trên tang khi nâng vật,theo công thức(2-19[2])

N m

Q

98 0 98 0 1 2

98 0 1 127100 1

1

0 2 0

) ( )

(

) (

0 ,       

0 39 2

2 4165 0 32096

) (

)

( )

98 0 98 0 1 127100 1

1

0 2

1 0

o

S D m M

i



39 2

88 0 2 4165 0 31454

*

*)

(

)(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

375

n D

Q M

M

n D G

n m n

m

I i i

N M



Mm  1 , 8 Mdn  1 , 8  294  529 , 2 Nm

Gia tốc mở máy với tải trọng Q1=Q sẽ bằng:

j = Vn / 60tmn = 12/(60*0,713) = 0,245(m/s2)

theo bảng 2.22 trang 49 sách tính toán máy trục gia tốc này nằm trong khoảng

giới hạn thoả đáng đối với các máy trục phục vụ ở các nhà máy cơ khí và giá

trị moment mở máy đã chọn trên là hợp lý

h) Thời gian mở máy khi hạ vật, theo công thức 3.9 sách tính toán máy trục:

*

*)

(

)(

2 0 2 1

2 0 0 1

2

375

n D

Q M

M

n D G

h m h

m

I i i









 là hiệu suất cơ cấu tra theo đồ thị hình 2-24[2]

Bảng kết quả tính toán với các trường hợp tải trọng khác nhau:

Các thông số

Q1 = Q Q2 =

3 = 0.3Q

H t

n

12

8 60 60

14 0 12

0 3 227

0 285

0 713

0 3 10

40

7 88 148

296 3

117 195

390 3

40

152 0

14 0 12

0 3 227

0 285

0 713

0 3 2 529

2 2

2 2

2 2

2

, ,

, ,

, ,

) , (

) ,

, ,

, ,

, (

Mt : môment cản tĩnh tương ứng với tải trọng nhất định trong thời gian chuyển động ổn định của tải trọng đó

Tv : thời gian chuyển động của vận tốc v ổn định khi làm việc với từng tải trọng(s)

t: toàn bộ thời gian động cơ làm việc trong một chu kỳ bao gồm thời gian làm việc trong các thời kỳ chuyển động ổn định và không ổn định

Mm : môment mở máy của động cơ điện Đối với từng động cơ nó có trị số không thay đổi, không phụ thuộc vào tính chất công việc có thể xác định theo đặc tính của từng loại động cơ

thay các số liệu vào ta có:

Mtb = 285,5 (Nm)

Công suất trung bình bình phương của động cơ phát ra:

*9550

tb dc tb

tb

n M N

(kw)

Như vậy động cơ MTB 412-8 với chế độ tải trọng trung bình, có công suất danh nghĩa là 22 (kw) hoàn toàn thoả mãn điều kiện làm việc

9.Tính phanh :

- Trong máy trục phanh được chia làm hai nhóm

- Nhóm I gồm : các loại khoá dừng bánh cóc, khoá dừng ma sát dùng để giữ vật ở trạng thái treo

- Nhóm II gồm các loại phanh: phanh dừng, phanh thả, phanh má, phanh đai…

- Trong cơ cấu nâng để an toàn người ta thương dùng phanh má thường đóng, để chọn phanh ta dựa vào mômen phanh

2* *

o o ph

o

k Q D M

39 2 2

87 0 4165 0 127100 75

- Với Mph =495,1 (Nm) ta chọn loại phanh 2 má thường đóng TKT-300 có mômmen phanh danh nghĩa 500 Nm > Mph = 495,1 Nm.

(xem trang 21)

10.Bộ truyền :

- Bộ truyền trong cơ cấu nâng được chọn dưới dạng hộp giảm tốc sao cho đảm bảo tỷ số truyền là 39.1 Hộp giảm tốc ở đây là hộp giảm tốc bánh răng trụ nghiêng 2 cấp, đặt nằm ngang, Tương ứng với tỷ số truyền là 39 và chế độ làm việc trung bình, số vòng quay trên trục ta chọn hộp giảm tốc U2-500,phương án 2 có tỷ số truyền là 41,34.Vậy sai số tỷ số truyền là

,

6 39

39 34 41

11.các cụm khác của cơ cấu :

a.Khớp nối trục động cơ với hộp giảm tốc

Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi là loại khớp nối di động có thể làm việc khi hai trục không đồng trục tuyệt đối.Ngoài ra khớp này có thể giảm chấn động va đâp khi mở máy và phanh đột ngột.Phía nửa khớp nối bên hộp giảm tốc kết hợp làm bánh phanh.Đường kính bánh phanh D=300 mm,d=65 mm,Momen lớn nhất khớp truyền được Mmax=1000 Nm,(G 2

i

i D )=13,54Nm2 +Khi mở máy

Mômen lớn nhất mà khớp phải truyền với hệ số quá tải lớn nhất 2,68:

2

715

12 127100 1

0 1

n

v Q D

G

dc

n td

) ( )

0716

i i

i i d

D G

k  M  M =390+141=531 Nm

+Khi phanh hãm vật đang nâng,mômen đặt tren phanh Mph=500NmTổng mômen để thắng lực quán tính của cả hệ thống (từ phương trình 3-4[2]

796 296

M t *  h  296 (tíng ở phần kiểm tra nhiệt đông cơ)

Phần mômen truyền qua khớp để thắng các tiết máy quay trên phía động cơ,xuất phát từ thời gian phanh theo công thức 3-6[2]

2 2

*)

2 0 0

*

2

( 375 ) (

375

) (

i a M m

n D Q M

M

n D G t

t ph

dc t

ph

dc I I i n

87 0 715 4165

0 127100 796

375

715 54

13 30

715 4 35

,

, )

n D G M

NmKiểm tra điều kiện an toàn của khớp nối

2

1 k k

M  =562,51.31.2=877,5Nm <Mmax=1000 Nm.Trong đó k1=1,3,k2 =1,2 là các hệ số tính đến mức độ quan trọng của

cơ cấu và điều kiện làm việc của khớp nối,tra ở bảng 9-2[1]

b,Móc.

- Móc dùng trong máy trục có hai loại chủ yếu là móc đơn và móc hai nghạnh

- Móc đơn (hình a ) là loại móc thường dùng được chế tạo

bằng các phương pháp rèn, dập hay ghép từ các tấm kim loại được chế tạo bằng thép 20 hoặc thép CT3

- Với tải trọng 12.5 tấn theo tiêu chuẩn TOCT 6627-74 ta chọn

móc có số hiệu No 17 chế tạo bằng thép 20 có các ứng suất giới hạn

-1 = 210(N/mm2), ch = 250 (N/mm2), b = 420 (N/mm2), các thông số của móc : d = 80mm, D = 120 mm

- Kiểm tra bền móc tại các tiết diện

+ Tại tiết diện A-A

Hình 6: Móc đơn và móc hai

a

b

+ Ứng suất lớn nhất xuất hiện ở thớ phía trong tại điểm 1

+ Diện tích thiết diện hình thang thân móc:

a

r e    mm

.Trong đó:

a là đường kính miệng móc

+ Hệ số hình học của tiết diện :

+ Ứng suất tại A-A :

Hình 7: Tiết diện A-A

e 1

2

196.2( )120

1

2

98.1( )120

2

125000

22.9( )5462.5

2 1

/1,484

505,57

1250004

mmNd

 ' 70( N2)

mm

  theo bảng 2-1[II]

+ Chiều cao đai ốc:

] [

1

1 k k c

d

Q H





42 56 , 0 87 , 0 505 , 57

 -ứng suất cắt cho phép,c  0 , 6 [  ] '=0,670=42N/mm + Ứng suất cắt chân ren:

2 1

1

/ 7 , 41 34 56 , 0 87 , 0 505 , 57

125000

mm N kH

k d

+Kẹp cáp trên tang Mỗi đầu cáp ta dùng 3 tấm cặp tương ứng với dc

=16.5mm bước cắt rãnh la ø22.Ta sử dụng vít cấy M20

Lực tính toán đối với cặp cáp, công thức (2-15)[II]

Trong đó:Smax =32096N

F=0.15 -hệ số ma sát mặt tang và cáp

 =4 -góc ôm các vòng cáp dự trữ trên tang,tương đương với Z0 =2

f

S

15 0 2

5 4873 2

Lực uốn các vit cấyP0 Pf  16244  0 , 15  2436N

Ưùng suất tổng cộng trên thân vit cấy

2 3

2 3

0 0 2 1

7777516310

52624364

75163

162443

11

04

3

Zd

l P d

Z

,,

,,

Tải trọng tác dụng lên may ơ bên trái(điểm D)

RD=64192970463=30640 NTải trọng lên may ơ bên phải (điểm C)

RC=R-RD=64192-30640=33552 NPhản lực tại ổ A

RA=30640(9701001220)33552100=29623NPhản lực lên ổ B

RC=R-RA=64192-29623=34569 NMô men uốn tại D

MD=29623150=4443450NmmMô men uốn tại C

MC =34569100=3456900NmmVật liệu làm tang bằng gang có ký hiệu C 15-32 ứng suất uốn cho phép có thể xác định theo công thức (1-12)[2]

2 ,

1

,

/7526,1

250]

[]

Tại điểm D trục phải có đường kính

78 1 0

4443450

3



 ,

d.Ổ trục

Biểu đồ moment của trục tang

tải trọng lớn nhất lên ổ là tải trọng hướng tâm,bằng phản lực RA

=29623N

Tải trọng tĩnh lớn nhất lên ổ, không có lực doc trục sẽ là

Rt1 Rk v k t k n=29623 1  1 , 2  1=35547NTrong đó kv , k nlấy theo các bảng tinh chi tiết máy,kt=1,2tra ở bảng (9-3)[1]

Theo sơ đồ gia tải cơ cấu nâng ta đã trinh bay ở phần kiểm tra nhiệt động cơ

Ứng với Q 1 =Q là Rt 1=35547N

Q2 =0,5Q ổ chịu Rt 2=17773.5N

Q3=0,3Q ổ chịu Rt 3=11182N

Tỉ lệ thời gian tác dụng theo sơ đồ gia tải là 3:1:1

Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ tính như sau

R

33 3 33

3 33

3 33

3

33 3 3 3 3 33 3 2 2 33 3 1 1 1 33 3

11182 2

0 17773 2

0 35547 6

,

, ,

, ,

, ,

6,05

3

1

1   h

h



2,05

1

3 2 3

2     

h

hh

Thời gian phục vụ của ổ là5 năm (bảng 1-1)[2] ở chế đọ làm việc trungbình,tinh được tổng số giờ T=24

14673 67

, 0 5 , 0 5 365 24

Thời gian làm việc thực tế của ổ

h =T(CĐ)=146730,25=3668 giờ

Với kn , k ngta ở bảng (1-1)[1]

Số vòng quay của ổ n =n t=18,3 (vòng/phút)

Vậy khả năng làm việc yêu cầu của ổ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I,KỸ THUẬT VẬN CHUYỂN-BỘ MÔN CƠ GIỚI HOÁ XÍ NGHIỆP

II, TÍNH TOÁN MÁY TRỤC-HUỲNH VĂN HOÀNG +ĐÀO TRỌNG THƯỜNG

III,CHI TIẾT MÁY+BÀI TẬP CHI TIẾT MÁY-NGUYỄN HỮU LỘC

IV,CÁC SỔ TAY

V,ATLAT VỀ MÁY TRỤC