Tài liệu tha khảo Thiết kế kết cấu trục hai dầm tính toán cơ cấu nâng
DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp III.TÍNH TOÁN Số liệu ban đầu : Trọng tải Q 0 = 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 : 1:Động cơ 2:Khớp nối đàn hồi 3:Phanh 4:Hộp giảm tốc 5:Khớp nối răng 6:Tang - Do tính chất quan trọng, yêu cầu cao và vò 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 đònh 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 SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 1 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp - 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 đóa 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 bò 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, chòu 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 π 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 vò 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 vò 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. SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 2 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp - Lực căng lớn nhất ở nhánh dây cuốn vào tang khi nâng vật. max *(1 ) *(1 )* o a t Q s m η η η − = − Trong đó : Q o = Q + Q m :tải danh nghóa (tấn) với Q là tải trọng nâng,Q m 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. η :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 : s max = )( ,),( ).( )( )( N m Q ta 32096 98098012 9801127100 1 1 02 0 = − −× = −× −× ηη η - Hiệu suất của palăng : max o S S η = , (cth:2-21[II]). trong đó : S o : lực căng tên nhánh dây treo vật đầu tiên, * o o Q S m a = a : bội suất của palăng a = 2 do là palăng kép. vậy: 990 3209622 127100 00 . maxmax = ×× = ×× == Sam Q S S η SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 3 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp 4. Kích thước dây : - Dây cáp dùng trong máy trục phải có kích thước phù hợp với tải trọng, dây cáp thường được tính toán và chọn theo lực kéo đứt. S đ = S max k, (cth: 2-10[II]). Trong đó: k là hệ số an toàn, được tra theo bảng 2-2[II],ứng với chế độ làm việc trung bình k = 5.5.vậy: S đ = S max k = 32096 × 5.5 = 176528 (N). -Theo Atlas máy trục ta chọn được loại cáp π k – p 6x19(1+9+9) có ứng suất giới hạn bền b σ = 2000(N/mm 2 ), đường kính cáp d c = 16.5(mm). -Lực kéo đứt S d =192000N (xem trang 4) SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 4 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp 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 dây cáp được quấn theo rãnh nên không bò 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 đònh theo công thức D t ≥ d c (e-1), (cth: 2-12[II] ). Trong đó: e = 25, là hệ số thực nghiệm được xác đònh theo bảng 2-4[II] tương ứng với chế độ tải trọng trung bình. Vậy: D t = d c (e-1) = 16.5 (25-1) = 396(mm), lấy D t = 400(mm) +Chiều dài của tang: L = L o + 2 L 1 + 2L 2 + L 3 , (cth: 2-14[II]) Trong đó L 1 là chiều dài phần tang kẹp đầu cáp. L 2 là chiều dài phần tang làm thành bên. L 3 là chiều dài phần tang không cắt rãnh. Cụ thể: + Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng là: H = 8(m). l = H × a = 8 × 2 = 16(m). + Số vòng cáp cuốn lên 1 nhánh. ' ( ) o t c l Z Z D d π = + + =1 152 )165.04.0( 16 =+ + π Trong đó: Z o ≥ 1.5, ta chọn Z o = 2, là số vòng cáp cố đònh trên tang để giảm bớt lực kẹp đầu dây cáp, số vòng cáp này không được sử dụng khi làm việc. D t : là đường2 kính tang, D t = 400(mm). SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 5 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp D c là đường kính cáp d c = 16.5(mm). Vậy: Chiều dài phần tang cắt rãnh L 0 = 2 × Z × t =2 × 15 × 22=660(mm) Trong đó:t là bước rãnh trên tang đươc chon theo tiêu chuẩn trong Atlas máy trục. Tương ứng với đường kính cáp d c = 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 để đảm bảo cho đầu cáp cặp. L 1 = 3 × t = 3 × 22 = 66(mm) + Chiều dài phần tang làm thành bên: L 2 = 40(mm) + Chiều dài phần tang không cắt rãnh ở giữa tang L 3 =L 4 -2 × h min × tg α L 4 là khoảng cách giữa hai ròng rọc ngoài cùng trên khung treo móc. h min là khoảng cách nhỏ nhất giữa trục tang và trục ròng rọc. α là góc nghiêng cho phép khi dây chạy trên tang bò lệch so với phương đứng, với tang cắt rãnh tg α = 1/10. Chọn L 4 = 300(mm), h min = 800(mm). Vậy : L 3 =300 -2 × 800 × 1/10 =140(mm) Vậy chiều dài tang là: L = L o + 2 L 1 + 2L 2 + L 3 = 660 + 2 × 66 + 2 × 40+ 140 L = 1012(mm), chọn L = 1100(mm). + Bề dày thành tang tính theo kinh nghiệm: δ = 0,02 D t + {(6 ÷ 10)(mm)}. δ = 0,02 × 400 + 8 = 16(mm) + Kiểm tra độ bền của tang. Khi làm việc thành tang bò 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] [ ] max * * * n n k S t ϕ σ σ δ = ≤ = 2216 32096801 × ×× . =72,95N/m 2 Trong đó : ϕ là hệ số giảm ứng suất, đối với tang kép đúc bằng gang ϕ = 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. SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 6 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp [ ] n σ là ứng suất nén cho phép tang được chế tạo là gang C 15-32 có giới hạn bền nén là bn σ = 565 (N/mm 2 ), ta có [ ] [ ] 2 565 113( ) 5 5 bn n N mm σ σ = = = Với hệ số an toàn là 5 Vậy: ⇒ [ ] n n σ σ ≤ vậy tang đủ bền. 6. Chọn động cơ điện: - Công suất tónh khi nâng vật : * 60*1000* n Q v N η = , (cth: 2-78[II]). Trong đó: η là hiệu suất toàn cơ cấu, 0 * * t p η η η η = . với: 0.96 t η = là hiệu suất tang, được tra theo bảng 1-9[II]. 0.99 p η = là hiệu suất của palăng. 0 η là hiệu suất của bộ truyền kể cả khớp nối, tra theo bảng 1-9[II]với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ răng thẳng ta được 920 0 . = η . V n là vận tốc nâng, V n = 12(m/s). Vậy : 0 * * t p η η η η = = 0.96 × 0.99 × 0.92= 0.87 ⇒ ta được : N= 7,28 87.0100060 1212500 = ×× × (kw). - Với chế độ làm việc trung bình ta chọn được loại động cơ MTB412-8 với các thông số sơ bộ : Công suất danh nghóa: N đc = 22(kw). Số vòng quay : n đc = 715 (vòng/phút). Mômen vô lăng: (G i D i ) 2 roto = 30 Nm 2 . Khối lượng động cơ: m đc = 237 (kg). SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 7 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp 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: dc o t n i n = , (cth:3-15[2]). Trong đó: n t là số vòng quay của tang nâng cho trước đảm bảo vận tốc 3,18 )0165.04.0( 212 0 = + × = × × = ππ D av n n t 4( vòng/phút) Tỉ số truyền cần có: 39 3418 715 === , t dc n n i 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 Q 1 = Q, Q 2 = 0.5Q, Q 3 = 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 Q 1 = Q, Q 2 = 0.5Q, Q 3 = 0.1Q với tỷ lệ thời gian làm việc tương ứng là6:2:2. SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 8 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp - 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 kòp nóng đến nhiệt độ ổn đònh. 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 với toàn tải nên cần phải kiểm tra nhiệt động cơ bằng thông số mô đun trung bình bình phương. *) Các thông số cần tính toán: a)Trọng lượng vật nâng cùng trọng lượng vật mang Q o = Q+Q m = 127100 (N). b) Lực căng dây trên tang khi nâng vật,theo công thức(2-19[2]) N m Q S ta n 32096 98098012 9801127100 1 1 02 0 = − − = ×−× −× = .).( ).( )( )( ηη η c)Hiệu suất cơ cấu không tính hiệu suất palăng: 88.092.096.0 0 , =×=×= ηηη t d)Mô men trên trục động cơ khi nâng vật, theo công thức(cth:2-79[2]). ' * * 2* * n o n o S D m M i η = = )( . . Nm390 880392 24165032096 = ×× ×× Trong đó : D o = D t + d c = 0.4+ 0.0165 = 0.4165(m). e)Lực căng khi hạ vật : )( .).( .).( )( )( N m Q S ta ta h 31454 98098012 9809801127100 1 1 02 1 0 = − − = ×−× −× = −+ ηη ηη f)Mômen trên trục động cơ khi hạ vật : ' * * * 2* h o h o S D m M i η = = ).( mN296 392 88024165031454 = × ××× g)Thời gian mở máy khi nângï vật, theo công thức 3.3: t m n = η β ***)( ** )( )( 2 0 2 1 2 00 1 2 375 375 iaMM nDQ MM nDG nm nm Iii − + − ∑ Trong đó: ∑(G i D i 2 ) I = ∑(G i D i 2 ) roto + (G i D i 2 ) khớp ∑(G i D i 2 ) roto = 30 (Nm), (G i D i 2 ) khơp = 0,188*4*10=13,54 (Nm), β = 1,1. Vậy :β(G i D i 2 ) I = 47,89 (Nm). Mômen mở máy :xác đònh theo công thức 2.75 max min (1.8 2.5) 1.1 1.8 2 2 m m dn dn m dn M M M M M M + ÷ + = = = SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 9 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp Nm n N M dc dc dn 294 715 22 95509550 === ⇒ NmMM dnm 2,5292948,18,1 =×== Gia tốc mở máy với tải trọng Q 1 =Q sẽ bằng: j = V n / 60t m n = 12/(60*0,713) = 0,245(m/s 2 ) 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 trò 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: t m h = η β ***)( ** )( )( 2 0 2 1 2 00 1 2 375 375 iaMM nDQ MM nDG hm hm Iii + + + ∑ η là hiệu suất cơ cấu tra theo đồ thò hình 2-24[2]. Bảng kết quả tính toán với các trường hợp tải trọng khác nhau: Các thông số Q 1 = Q Q 2 = 0.5Q Q 3 = 0.3Q Q o (N) 127100 63550 38130 S n (N) 32096 16048 9626 η 0.87 0.84 0.75 M n (Nm) 390 195 117 S h (N) 31454 15727 9436 M h (Nm) 296 148 88,7 T m n (s) 0,713 0,285 0.227 T m h (s) 0,127 0,140 0,152 Thời gian chuyển động với vận tốc ổn đònh : s v H t n v 40 12 86060 = × == . Mô men trung bình bình phương : 2 2 * * m m t v tb M t M t M t ∑ + ∑ = ∑ = 1520140120322702850713031040 7881482963117195390340 1520140120322702850713032529 222222 2 ,,,,,, ),( ),,,,,,(. ++×+++×+× ++×+++×+ ++×+++× =285,5Nm, SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 10 [...]... hiệu 53515 như ổ bên trái SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 20 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 21 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp 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 SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 22 ... 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 SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 12 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp δ= Trong phạm vi chấp nhận được (xem trang 23) 41,34 − 39 = 6% 39 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. .. cấy làm bằng thép CT3 có ứng suất cho phép là[ σ ]=75 ÷ 85N/mm 2 Trục tang.Vì ta sử dụng palăng kép nên vò trí của hợp lực căng dây trên tang sẽ không thay đổi và nằm ở giữa tang Trò số của hợp lực này bằng R=2S max =2 × 32096=64192N Sơ đ tính trục tang: SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 18 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp Biểu đồ moment của trục tang Tải trọng tác dụng lên may ơ bên trái(điểm D) 463 R D =64192... d =390+141=531 Nm +Khi phanh hãm vật đang nâng, mômen đặt tren phanh M ph =500Nm Tổng mômen để thắng lực quán tính của cả hệ thống (từ phương trình 3-4[2] ' SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 14 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp M qt = M ph + M t = 500 + 296 = 796 Nm * 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... ngột.Phía nửa khớp nối bên hộp giảm tốc kết hợp làm bánh phanh.Đường kính bánh phanh D=300 mm,d=65 mm, 2 Momen lớn nhất khớp truyền được M max =1000 Nm,(G i D i )=13,54Nm 2 +Khi mở máy SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 13 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp Mômen lớn nhất mà khớp phải truyền với hệ số quá tải lớn nhất 2,68: M m max = 2,86 × M dn =2,86 × 294=841 Nm Phần dư để thắng quán tính của cả hệ thống M d = M max... = 75N / mm 2 , [n ]k 1,6 × 2 , Với [n],k tra theo bảng 1-5va1-8 [2] Tại điểm D trục phải có đường kính d= 3 4443450 = 83mm 0,1 × 78 d.Ổ trục SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 19 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp tải trọng lớn nhất lên ổ là tải trọng hướng tâm,bằng phản lực R A =29623N Tải trọng tónh lớn nhất lên ổ, không có lực doc trục sẽ là R t1 = Rk v k t k n =29623 ×1 ×1,2 ×1 =35547N Trong đó k v , k n lấy... = 0.4165 (m) io = 39,1, η = 0.88 SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 11 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp Vậy : M ph = kQ0 D0η 1,75 ×127100 × 0,4165 × 0,87 = = 495,1Nm 2ai0 2 × 2 × 39 - Với Mph =495,1 (Nm) ta chọn loại phanh 2 má thường đóng TKT-300 có mômmen phanh danh nghóa 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... móc tại các tiết diện + Tại tiết diện A-A SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 15 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp e1 Hình 7: Tiết diện A-A + Ứng suất lớn nhất xuất hiện ở thớ phía trong tại điểm 1 + Diện tích thiết diện hình thang thân móc: F= b1 + b 20 + 75 h= × 115 = 5462,5mm 2 2 2 Trong đó : b1 =20 mm, b = 75mm, h = 115mm + Vò trí trọng tâm thiết diện: e1 = 2b1 + b h 2* 20 + 75 115 * = * = 46.4(mm) b1 + b... Mm : môment mở máy của động cơ điện Đối với từng động cơ nó có trò số không thay đổi, không phụ thuộc vào tính chất công việc có thể xác đònh 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: N tb = M tb * ndc , (cth:2-76[II]) 9550 Trong đó : nđc = 715 (vòng/phút) là số vòng quay của động cơ N tb = M tb n dc 285,5 ×... Vậy : Như vậy động cơ MTB 412-8 với chế độ tải trọng trung bình, có công suất danh nghóa 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 . SVTH:LÊÂ VĂN HẢO 4 DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp 5. Tính tang : - Tang dùng trong máy trục có hai loại là tang trơn và tang xẻ. VĂN HẢO 15 Hình 6: Móc đơn và móc hai nghạnh C C a A A b DAMH: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp + Ứng suất lớn nhất xuất hiện ở thớ