ĐỀ bài THIẾT kế hệ dẫn ĐỘNG THANG máy

Trong đồ án này, em đi sâu vào thiết kế cơ khí cho thang máy với tảitrọng 2000 kg và vận tốc 45m/phút, đặc biệt đi sâu vào thiết kế hộp giảm tốctrục vít bánh vít một cấp.Trong quá trình

LỜI NÓI ĐẦU

Với xu thế ngày càng phát triển của xã hội thì việc phải xây dựng nhiềunhà cao tầng như: khách sạn, nhà hàng, công sở, bệnh viện, nhà chung cư là mộttất yếu, điều này đòi hỏi phải tạo ra thiết bị phục vụ cho công việc chuyên chởngười và hàng hóa trong các tòa nhà đó Chính vì vậy thang máy đã ra đời và trởthành một thiết bị không thể thiếu trong các nhà cao tầng Ở Việt Nam, thangmáy đang xuất hiện ngày càng nhiều và phần lớn đều phải nhập từ nước ngoài,

do đó việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thang máy đang là vấn đề rất cần đượcquan tâm đầu tư đúng mức Thang máy chở người phục vụ cho các nhà chung

cư cao tầng trở thành lĩnh vực nghiên cứu chủ yếu nhằm tạo ra được một loạithiết bị phục vụ tối ưu nhất cho việc vận chuyển người trong nhà chung cư, gópphần giải quyết vấn đề dân số đang ngày càng tăng cao ở các đô thị lớn

Trong đồ án này, em đi sâu vào thiết kế cơ khí cho thang máy với tảitrọng 2000 kg và vận tốc 45m/phút, đặc biệt đi sâu vào thiết kế hộp giảm tốctrục vít bánh vít một cấp.Trong quá trình làm đồ án được sự giúp đỡ tận tình củathầy PHẠM MINH HẢI Do đây là đồ án đầu tiên của khoá học, với trình độ vàthời gian có hạn nên trong quá trình thiết kế không thể tránh khỏi những sai sótxảy ra, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy trong bộ môn để em thêmhiểu biết hơn về hộp giảm tốc trục vít – bánh vít cũng như các kiến thức về thiết

kế các bộ hộp giảm tốc khác

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Lương Văn Tìm

ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG THANG MÁY

Số liệu đầu vào:

1 Trọng tải: Q1= 2000 kg =20000 N

2 Khối lượng cabin : G = 1200 kg = 12000 N

3 Vận tốc cabin V = 45 m/ph = 0,75 m/s

4 Thời gian phục vụ : Lh = 16000 giờ

5 Góc ôm cáp trên puly ma sát:

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

Chọn động cơ

I.Xác định công suất yêu cầu

1.1 Công suất trên trục puly ma sát

12903 0.75

9, 68

d pl

F v

(kw)Trong đó:

2000 1,9 1200 1,9

0,8 ( ) 2 2000 (1,9 1,9)

i i i

 Chọn a=1 ( bội suất của hệ thống treo cáp)

 Hiệu suất chung của giếng thang:

g

η = 0,95 – fz

u = 0,95 – 0,02 1 = 0,93

- Zu=1: vì có một puly đổi hướng

- f=0,02: vi chọn ổ lăn sử dụng cho puly đổi hướng

- vd=v= 0,75 ( vận tốc dây cáp)

1.2 Công suất trên yêu cầu trên trục động cơ.

9,68

12, 25 0,79

pl yc

P P

η

(KW)Với:

η: hiệu suất chung của cơ cấu truyền động

Trong đó: các hiệu suất trên được tra trong bảng 2.3

 Hiệu suất của cặp ổ lăn:ηol=0,995

 Hiệu suất khớp nối ; ηk=1

 Hiệu suất của bộ truyền trục vít một cấp

- Tra bảng thông số cáp của hãng KONE

Với điều kiện: Sd ≥ Sđ, yc => chọn dc =16 (mm)

Hộp giảm tốc trục vít có số mối ren z1=2 nên chọn tỉ số truyền usb = 33

2.4 Tính số vòng quay sơ bộ của động cơ.

nsb = npl.usb = 22×33 = 726 (v/ph)

III Chọn động cơ

 Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: nđb =726 (v/ph)

 Điều kiện chọn: Pđc ≥ Pyc

nđb ≥ nsb

Tra bảng phụ lục 1.3, tài liệu[1] ta chọn động cơ 4A180M8Y3

Động cơ có các thông số sau:

n u n

Chọn utv=34

4.2 Xác định lại đường kính puly ma sát:

 Số vòng quay thực của puly ma sát:

dc pl tv

 Công suất trên các trục.

P2 =

9, 68

9, 73 0,995

pl ol

P

2 1

9,73

12, 22 0,8 0,995

Đầu vào

 Moomen xoắn trên trục bị động: T2 = 4223704(Nmm)

 Số vòng quay tren trục chủ động: n1 = 730(v/ph)

 Tỉ số truyền: u=utv = 34

 Tuổi thọ yêu cầu: Lh = 16000 giờ

 Quan hệ giữa các chế độ tải:

2 1 2 1

1

1,9 1,9 0,6 2

m

t t Q Q Q Q

2 Xác định ứng xuất cho phép của bánh vít.

Vì bánh vít được làm bằng vật liêu đồng thanh nhiều thiếc có cơ tính thấphơn nhiều so với trục vít bằng thép nên khi thiết kế chỉ cần xác định ứng suấttiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép

2.1 Ứng suất tiếp xúc cho phép.

Vì vật liệu làm bánh vít là: đông thanh – nhôm – sắt – niken

Tra bảng 7.2-148-[1]

2.2 Ứng suất uốn cho phép.

Với vật liệu làm bánh vít là đồng thanh thì ứng suât uốn cho phép đượcxác định bằng công thức: [σF] = [σFO].K

FL

Trong đó:

 [σFO] là ứng suất uốn cho phép ứng với 106 chu kỳ:

chọn bộ truyền quay hai chiều =>[σFO]=0,16×σ

×

⇒ [σF] =40×0,871 = 34,84 (MPa)

2.3 ứng suất cho phép khi quá tải.

Với bánh vít làm bằng vật liệu đồng thanh thiếc thì:

 [ σH] max = 4 σch = × 4 100 400 = (MPa)

 [σF] 0,8= σch=0,8.100 80= (MPa)

II Xác định các thông số của bộ truyền.

Tính Z 2 ,u tv và q:

 Ta có: Z1=2 => Z2 = utv×Z1 =34×2 =68 chọn Z2=68

2 1

68 34 2

tv

Z u Z

2

2 2 3

170 [ ]

170 4223704 1,1

H w

IV Tính kiểm nghiệm.

1.Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc.

2

170

2max

H

T Z

1 1 0, 27 1, 02 276

Vậy bánh vít thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc

2 Kiểm nghiệm độ bền uốn

2

2 2

1, 4 cos

F F F

 Momen xoắn trên động cơ:

- Ktq =17 ứng với vòng quay của quạt n=730 vòng/phút

- β hệ số giảm nhiệt do làm việc ngắt quãng

2 1

- to: nhiệt độ xung quanh môi trường:to=200

- η: hiệu suất bộ truyền

- [td] nhiệt độ cao nhất cho phép của dầu

do trục vít đặt dưới bánh vít nên [td]=900

Vậy:

21000(1-0,73) 13,01

I.Chọn phanh và khớp nôi

Đầu vào:

 Đường kính trục động cơ: ddc=48 (mm)

 Momen xoắn trên động cơ: Tdc = 171888,4 (N.mm)

 Số vòng quay trên trục động cơ: ndc = 730 (N.mm)

1 Chọn phanh.

 Chọn loại phanh YMZ cùng bơm thủy lực MYT1

 Tính momen phanh:

1 .2

 Ký hiệu: YWZ – 300/25 cùng bơm thủy lực MYT1 – 25ZB/4

 Momen phanh cho phép: 320 (N/m)

 Modul m = 2,5

 Số răng Zph = 38

2.1 Kiểm nghiệm khớp nối.

Momen tính toán cần truyền qua khớp nối:

Tt =k×Tdc = 3×171888,4= 515665,2 (N.mm) =515,7 (N.m)

 Tt< Tkn : thỏa mãn điều kiện

2.2 Lực do khớp nối sinh ra trên trục:

 Đường kính vòng lăn của bánh răng

D

(N)Chọn αT =0,2

II Tính toán thiết kế trục.

Trong đó:

 Ft1: lực tiếp tuyến tác dụng lên trục I (Ft1 // trục II , ngược chiều quay ω1 )

 Ft2: lực tiếp tuyến tác dụng lên trục II (Ft2 // trục I ,cùng chiều quay ω2 )

4223704

88,90,2.[ ] 0,2 30

T d

τ

× (mm) với [ ]τ =30Chọn d2=90(mm)

 Tra bảng 10.2 trong tài liệu [I] , chọn chiều rộng ổ lăn

b01 = 25(mm ) b02 = 43 (mm)

2 Sơ đồ tính toán đối với hộp giảm tốc trục vít bánh vít.

 Trục I

Tra bảng 10.3 trong tài liệu [I] ta chọn k3= 10 mm, hn = 15 mm

- K3 là khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ

- hn chiều cao nắp ổ và đầu bulong

- Chiều dài các đoạn trục:

11 13

1319,81618,6571,56625,5

x x y y

 Tại nút 1

- Momen uốn trong mặt phẳng XOZ: MY1 = 157143,45Nmm

- Momen uốn trong mặt phẳng YOZ: MX1 = 0 Nmm

⇒Đường kính sơ bộ của trục tại nút 1:

Tra bảng 10.5 trong tài liệu [1] với vật liệu làm trục là thép 45 tôi ta được:

- Momen uốn trong mặt phẳng XOZ: MY3 =0

- Momen uốn trong mặt phẳng YOZ: MX3 =0

- Momen xoắn T3 =0

- Momen uốn tổng: M3 =0

- Momen tương đương: Mtd3 =0

- Đường kính sơ bộ tại nút 3:dsb3 =0

 Vậy xác định đường kính trục như sau:

 Chọn loại then bằng:Đường kính chỗ lắp then:d=d0 = 60 mm

 Tra bảng 9.1a trong tài liệu [I] ta được:

- Chiều dài then:

L = (0,8….0,9)lm =(0,8……0,9).70=(56…63) Chọn L =60(mm)

- Chiều rộng rãnh then: b = 18 mm

- Chiều cao then: h = 11 mm

- Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 7 mm

b.Kiểm nghiệm độ bền then:

 Độ bền dập:

1 1

T1 =76604,78 N/mm

1 1

Vậy then thỏa mãn độ bền cắt

3.3 Kiểm tra trục về độ bền mỏi, tĩnh

a kiểm tra trục về độ bền mỏi

 Từ biểu đồ momen và kết cấu trục ,nhận thấy nút 1 và nút 2 là các nút tiếtdiện nguy hiểm

 Hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

j j j

- [S] là hệ sô an toàn cho phép lấy [S]=3 ( do trục cần tăng độ cứng)

- Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

1 aj

j

S K

- Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp

+ τaj , τmj là biên độ và trị sô trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện j

 Giới hạn mỏi uốn ứng với chu kỳ đối xứng:

Với thép C45 có tôi:

1

6000,436 0,436 600 261,6

 Hệ số ảnh hưởng ứng suất uốn trung bình đến độ bền mỏi

Tra bảng 10.7 trong tài liệu [I] ứng với σb =600MPa

0,050

σ τ

ψψ

Tra bảng 10.8 trong tài liệu [I],chọn phương pháp gia công đạt

Ra ( 2,5….0,63)mm, ta có hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề

mặt: Kx =1,06

Tra bảng 10.9 trong tài liệu [I], chọn phương pháp chỉ mài nhẵn

và tôi bằng dòng điện cao tần,ta có hệ số tăng bề mặt trục Ky =1,5

Tra bảng 10.11 trong tài liệu [I],với đường kính trục d1=65mm, kiểu lắp k6 ,ta có

x dj

x dj

261,6

20,44 1,72 7,44 0,05 0

151,7

36,75 1,39 2,97 0 0

j

S K

 Xét tại nút 2

Tra bảng 10.10 trong tài liệu [I] với thép cacbon , đường kính trục

d2 = 70mm ⇒ hệ số ảnh hưởng đến ứng suất uốn và xoắn :

0,760,73

σ τ

εε

=

=

Tra bảng 10.13 trong tài liệu [I] với chân ren trục vít ta có :

Hệ số tập trung ứng suất uốn và xoắn :

2,31,7

K K

σ τ

=

=2

2

3 2

2

/ 1 2,3 / 0,76 1,06 1

2,061,5

/ 1 1,7 / 0,73 1,06 1

1,591,5

Y X d

Y phai

τ τ τ

εε

3 2

m a

151,7

40,261,59 2,37 0 0

b.kiểm tra trục về độ bền tĩnh

ch

σ là giới hạn chảy của vật liệu trục, σch=340(MPa)

Công thức kiểm nghiệm có dạng:

σ = σ + τ ≤ σ × σ = max

× max

qt

td

T k d

τ σ

 Fr1 là lực hướng tâm của ổ lăn tại vị trí1

 Fr2 là lực hướng tâm của ổ lăn tại vị trí 3

 Fa1 là lực dọc trục

Vì trục I chịu cả tải trong hướng tâm và tải trong dọc trục , nên ta dùng kết hợpmột ổ bị đỡ và hai ổ đũa côn

3.4.1 Tính chọn ổ bi đỡ

Tra bảng P2.7 trong tài liệu [I] và theo kết cấu trục ta chọn ổ bi đỡ mộtdãy cỡ nặng 413

- ổ bi đỡ chịu lực hướng tâm X = 1

- Ổ bi đỡ không chịu lực dọc trục nên Y = 0

- Vòng trong ổ bi quay nên V = 1

- Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ : kt = 1 (vì t≤ 1000C )

+ n : số vòng quay của trục 730 v/ph

+ Lh : thời gian sử dụng 16000 giờ

- Khả năng tải động yêu cầu với ổ lăn:

 Tra bảng P2.11 trong tài liệu [I] và kết cấu truc ta chọn loại ổ đũa cônmột dãy cỡ trung rộng có :

yc d

C < =C kN (thỏa mãn)

4 Xác định đường kính và chiều dài trục bánh vít II

4.1 Xác định các lực tác dụng

Ta có:

2

.sin(180 ).cos(180 )

x y

S S

S S S

α α

Với S1 , S2 là lực căng cáp 1&2

α là góc ôm1

2

1200020000

 Tại nút 1

Momen uốn trong mặt phẳng XOZ: MY1 = 1583802Nmm

Momen uốn trong mặt phẳng YOZ: MX1 = 3008118 Nmm

⇒Đường kính sơ bộ của trục tại nút 1:

Tra bảng 10.5 trong tài liệu [I] với vật liệu làm trục là thép 45 tôi ta được

[ ] 50σ =

3 1

4993757

990,1 [ ] 0,1 50

td sb

MX2max = MX2(trái) = 2161297 NmmMomen uốn trong mặt phẳng XOZ: MY2 = 1866657Nmm

4640646,3

97,50,1 [ ] 0,1 50

Momen uốn trong mặt phẳng XOZ: MY3 =0

Momen uốn trong mặt phẳng YOZ: MX3 =0

Momen xoắn T3 =0

Momen uốn tổng: M3 =0

Momen tương đương: Mtd3 =0

Đường kính sơ bộ tại nút 3:dsb3 =0

 Vậy xác định đường kính trục như sau:

- Trục vít lắp tại vị trí 2: chọn d2=105(mm)

- ổ lăn lắp tại vị trí 1 và 3:chọn d1=d3=100 (mm)

- khớp nối tại vị trí 0: chọn d0=95 (mm)

4.2.Tính chọn then

4.2.1.Tính chọn then cho khớp nối của trục bánh vít

 Chọn loại then bằng:Đường kính chỗ lắp then: d=d0 =95 mm

 Tra bảng 9.1a trong tài liệu [I] ta được:

- Chiều dài then:

L = (0,8….0,9)lm23 =(0,8……0,9)×135=(108…121,5)Chọn L =115(mm)

- Chiều rộng rãnh then: b = 28 mm

- Chiều cao then: h = 16 mm

- Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 10 mm

- Chiều sấu rãnh then trên tâm lỗ: t2 = 6,4 mm

 Kiểm nghiệm độ bền then:

- Độ bền dập:

2 1

thép:

T2=4223740N/mm

2 1

 Chọn loại then bằng: Đường kính chỗ lắp then: d=d2 =105 mm

 Tra bảng 9.1a trong tài liệu [I] ta được:

- Chiều dài then:

L = (0,8….0,9)lm22 =(0,8……0,9)×135=(108…121,5)

Chọn L =115(mm)

- Chiều rộng rãnh then: b = 28mm

- Chiều cao then: h = 16 mm

- Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 10 mm

- Chiều sấu rãnh then trên tâm lỗ: t2 = 6,4 mm

 Kiểm nghiệm độ bền then:

- Độ bền dập:

2 1

T

MPa

Vậy then thỏa mãn yêu cầu độ bền dập.

Vậy then thỏa mãn độ bền cắt

4.3 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Từ biểu đồ momen và kết cấu trục ,nhận thấy nút 1 và nút 2 là các nút tiếtdiện nguy hiểm

 Hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau:

j

S K

j

S K

σaj , σmj ,τaj , τmj là biên độ và trị sô trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện j

- Giới hạn bền của trục vít ứng với chu kỳ đối xứng

1

9000,436 0,436 900 392,4

(vật liệu lam trục là thép c45 có tôi )

- Giới hạn mỏi xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

σ τ

ψψ

Tra bảng 10.8 trong tài liệu [I],chọn phương pháp gia công đạt

Ra ( 0,32….0,16)mm, ta có hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt: Kx =1

Tra bảng 10.9 trong tài liệu [I], chọn phương pháp chỉ mài nhẵn và tôităng bền bằng dòng điện có hệ số cao ,ta có hệ số tăng bề mặt trục: Ky =1,5

Tra bảng 10.11 trong tài liệu [I],với đường kính trục d1 =100mm, kiểu lắp

x dj

x dj

1 aj

392,4

3,6 2,13 50,89 0,1 0

227,6

6,57 1,61 21,52 0,05 0

j

S K

x dj

x dj

2 max

2 2

392,4

4,52,13 40,85 0,1 0

j

S K

227,6

7,61,61 18,6 0

j

S K

Tra bảng P2.11 trong tài liệu [I] Chọn loại ổ đũa côn một dãy cỡ nhẹ có:

11512,43

a r

F

e

0,8

a r

C < =C kN (thỏa mãn)

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỘP GIẢM TỐC

 đường kính chân ren df1 = 111 mm

 chiều dài phần cắt ren b1 =113 mm

III Kết cấu vỏ hộp giảm tốc

 chỉ tiêu cơ bản của vỏ hộp giảm tốc là độ cứng cao và khối lượng nhỏ

 Chọn vật liệu để đúc là gang xám có ký hiệu: GX 15-32

 Chọn bề mặt ghép nắp với thân là bề mặt đi qua trục bánh vít để thuậntiện cho quá trính lắp đăt bánh vít và cac chi tiết khác lên trục

Các kích thước cơ bản:

Tên gọi Biểu thức tính toán

Chiều dày: Thân hộp, δ

Nắp hộp, δ1

δ = 0,03×a + 3 = 0,03×280 + 3 =11,4≈ 12mm

δ1 = 0,9×δ = 0,9×12 =10,8 mm≈ 11mmGân tăng cứng: Chiều dày, e e =(0,8 ÷ 1)δ = 9,6÷12 , chọn e = 11 mm

Chiều cao, h

Độ dốc

h < 5×12 = 60 mmKhoảng 2o

Đường kính:

Bulông nền, d1

d1 = 0,04×a+10 = 0,04×280 + 10 =21,2

⇒ d1 =M22 Bulông cạnh ổ, d2 d2 =(0,7÷0,8)×d1 =16⇒ M16

Bulông ghép bích nắp và

thân, d3

d3 = (0,8÷ 0,9)×d2⇒ d3 = M13 Vít ghép lắp ổ, d4 d4 = (0,6 ÷ 0,7)×d2⇒ d4 = M10

Vít ghép lắp cửa thăm dầu,

d5

d5 =( 0,5 ÷ 0,6)×d2⇒ d5 = M9Mặt bích ghép nắp và thân:

Chiều dày bích thân hộp, S3

E2= 1,6.d2 = 1,6 16 = 25,6 mm

R2 = 1,3 d2 = 1,3 16 = 20,8 mm

k ≥ 1,2.d2 =19,2

⇒ k = 20 mmh: phụ thuộc tâm lỗ bulông và kích thước mặttựa

Khe hở giữa các chi tiết:

Giữa bánh răng với thành

Lvà B : Chiều dài và rộng sơ bộ của hộp

IV.Các chi tiết phụ

4.1 Chọn cửa thăm dầu

 Dùng để kiểm tra, quan sát các chi tiết máy trong hộp khi lắp ghép và để

4.2 Chốt định vị

Do mặt ghép giữa nắp và thân nằm trong mặt phẳng chứa đường tâm của các trục.nên để bảo đảm vị trí tương đối giữa nắp và thân trước và sau quá trình gia công cung như khi lắp ghép ta dùng 2 chốt định vị

Nhờ có chốt định vị mà khi siết bullong không làm biến dạng vòng ngoài của ổ (so sai lệch vị trí giữa năp và thân) giảm thời gian hỏng của ổ

Ta sử dụng chốt định vị hình côn Tra bảng 17-4b tài liệu [2] ta có :

 Tra bảng 17-6 trong tài liệu [II] ta có các kích thước của nút thông hơi như sau :

4.4.Nút tháo dầu

 Sau một thời gian làm việc , dầu bôi trơn chứa trong hộp bị bẩn (do bụi bặm, hạt mài) hoặc bị biến chất do đó cân phải thay dầu mới.để tháo dầu

cũ ở đáy hộp ra ta mở nút tháo dầu, khi làm việc thì hộp được bịt kín lại

 tra bảng 17-7 trong tài liệu [II] ta được các kích thước của nút tháo dầu như sau :

M20×

2

4.5.Que thăm dầu

Để kiểm tra mức dầu ta chọn cách thăm dầu như hình 18 11c trong tài liệu [II],kết cấu như hình 18.11d trong [II]

V: Bôi trơn hộp giảm tốc

1.Bôi trơn bộ truyền

Do vận tốc nhỏ nên chọn phương pháp ngâm các bánh răng trong hộp dầuchọn mức dầu cao nhất ngập đến đương kính chân của trục vít Chọn loại dầu công nghiệp 45 có độ nhớt của dầu ở 500 là 116 ( tra bảng 17-12 [II] với vận tốc trượt v =5 -10 (m/s) chế độ làm việc va đập nhẹ)

2 Bôi trơn ổ lăn

Do vận tốc nhỏ nên chọn bôi trơn ổ lăn bằng mỡ , theo bảng 14-15a [II] với số vòng quay n = 300 - 1500 v/ph với ổ đũa côn một dãy ta chọn loại mỡ T ,

mỡ chứa khoảng 2/3 khoảng trống bộ phận ổ

3 Lắp bánh răng lên trục

Để lắp bánh răng lên trục ta dùng then bằng và chọn kiểu lắp là H7/k6 vì

nó chịu tải trọng nhẹ và va đập nhẹ