Đồ án môn học máy nâng tính toán thiết kế cơ cấu quay cần trục tháp

tính toán thiết kế cơ cấu quay Cần trục tháp Phần I Tính chọn động cơ, chọn phanh Cơ cấu quay đợc đặt trên phần quay của cần trục.. Bánh răng chủ động cuốicùng của xích động học ăn khớp

tính toán thiết kế cơ cấu quay Cần trục tháp

Phần I

Tính chọn động cơ, chọn phanh

Cơ cấu quay đợc đặt trên phần quay của cần trục Bánh răng chủ động cuốicùng của xích động học ăn khớp với bánh răng gắn cố định trên phần không quay.Khi làm việc bánh răng chủ động quay, lăn quanh vành răng cố định, kéo theophần quay chuyển động

Tốc độ quay cần trục đợc chọn tuỳ thuộc vào năng suất của máy Tuy nhiênnếu dùng tốc độ quay lớn sẽ phát sinh các tải trọng quán tính lớn Tốc độ quay củacần trục hiện nay nằm trong khoảng 0,5 đến 3,5 vòng/phút Để đảm bảo tốc độquay của cần trục hệ thống truyền động cơ cấu quay phải có tỷ số truyền rất lớn

Để thực hiện tỷ số truyền yêu cầu của cơ cấu quay ta thiết kế hộp giảm tốcgồm hai bộ truyền: trục vít – bánh vít và bộ truyền bánh răng trụ

các số liệu ban đầu :

 Tải trọng cần trục ở mọi tầm với: Q = 12 T

M q   

Trong đó:

M1: Mô men cản do ma sát trong hệ thống tựa quay

M2 : Mô men cản do độ nghiêng của mặt nền

M3 : Mô men cản do gió

Hệ thống tựa quay gồm 2 ổ:

+ ổ trên chịu tải trọng đứng V và tải trọng ngang H1,

+ ổ dới chịu tải trọng H2

Mômen phần quay lấy đối với tâm quay:

).

( 8 , 187

5 , 1 8 , 8 3 , 3 24 1 1 8 0 9 11 2 21 12

.

.

.

T M

M

a Gbq a

Gdt a

Gch a

Gt a Gc a Q M

Phản lực thẳng đứng:

).

( 8 , 56

9 1 24 8 , 8 2 12

T V

V

Gbq Gdt Gch Gt Gc Q V

1 5 , 4

n D

M V

707 , 0 252

1 065 , 2

8 , 187 5 , 4 8 , 56

T N

E N

[]k:Là ứng suất kéo cho phép Đối với thép 45 giới hạn cho phép

từ 30000 35000 KN/cm2

E: Là môđun đàn hồi, lấy E = 210000 KG/cm2

: là

) ( 17 , 13 22 , 2 67 , 2

22 , 2 67 , 2

) ( 67 , 2 445 , 4 6 , 0 ) 62 , 0

51 , 0 (

) ( 22 2 2

445 , 4 2

2 1

2 1

2 1

cm

cm d

cm d

2

/ 3 14610 17

, 13

210000

2620 388 ,

, 2

M N

 Phản lực theo phơng thẳng đứng:

N’1 =NV NM

N’1 = 28400 + 90944,3 = 119344,3N’2 = 90944,3 – 28400 = 62544,3

Phản lực theo phơng nghiêng:

KG

N N

KG

N N

36 , 88464 707

, 0

3 , 62544 45

cos

82 , 168803 707

, 0

3 , 119344 45

cos

0

' 2 2

0 ' 1 1

D d

N D

F

TP

9 , 7850 2

065 , 2 22

, 2

05 , 0 82 , 168803

2

2 2

2 2

1 1

1 1

KG M

D d

N D

F

TP

4 , 4114 2

065 , 2 22

, 2

05 , 0 36 , 88464 2

2 2

2 2

2 1

2 2

max P .l P .a P .c P .a

g q g c

g c

g q g c

5 , 1 18201

9550

.

KW n

M

N

q

q q

 Là hiệu suất cơ cấu quay với bộ truyền trục tĩnh (bảng 1-9)

Chọn động cơ điện cho cơ cấu quay phải tính cả mô men cản trong thời kỳ chuyển động không ổn định vì mô men cản động lớn hơn mô men cản tĩnh rất nhiều (3-10 lần) vì vậy ta chọn động cơ điện: MTF 312-6:

Công suất : N = 17,5Kw

Số vòng quay : n = 950(v/p)

Mô men Max : MMax = 48(daNm)

Mô men vô lăng (GiD2 i)rô to = 1,25 (daNm 2)

Khối lợng : Gđc = 210 kg

5 , 1

n i

3 Kiểm tra động cơ điện.

Góc quay khởi động: rad

60

s n

G

t

n D G t

i

n D G i

M

M

t ch

dt c

q

m

Ii i i q

m q

q q

q

q m

94 , 63

375

8 , 0 9 1 1 3 , 3 24 14 2 21 12 4

375

.

.

4

.

375

.

375

.

2

2 2

2 2

2 2

2 3

2 5

2 2

2 4

2 2

1 2 2

1 2

G i i khop 

  6 , 52 4

, 4 375

950 04 , 5 1 , 1 6 , 0 4 , 4 3 , 633 375

950 634900 6

, 0 3 , 633

n

N M

dc

dc

Mô men mở máy:

 

 

4 , 281

6 , 1 2

1 , 1

5 , 2 8 , 1

m dc

m

dn dn

dn dc

m

M

M

M M

M M

Phanh đợc đặt ở trục thứ nhất, giữa trục phanh và trục quay của cầu trục có

đạt khớp an toàn truyền mô men giới hạn

Thời gian phanh lấy bằng thời gian mở máy: tph = tm = 4,4s

Mô men quán tính khi phanh:

Nm

t

n D G

M

ph

q q

4 , 4 375

5 , 1 10 49 , 63

375

)

6 , 0 2 , 57718 8

, 187 6048 3

, 11965

1 , 1

i M M M M K

M

ph ph

I- Tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít, bánh vít

Thời gian phục vụ của trục vít, bánh vít ở chế độ làm việc trung bình

t = 10000 h trục vít chính là trục vào của hộp giảm tốc Công suất trên trục vítchính là công suất trên trục động cơ:

162 2

1

'

1  d  m 

d

Bộ truyền làm việc 2 chiều

Căn cứ vào chế độ tải trọng tính toán ta có đồ thị gia tải trung bình của cơ cấu quay(hình vẽ)

Trớc hết ta tính vận tốc trợt Vs và căn cứ vào Vs để chọn vật liệu Vận tốc trợt tính theo công thức gần đúng

m s

V

V

n i N V

s

s

s

/ 86

,

6

950 30 5 , 17 10

3 2

1 1 3

Vs > 5 m/s dùng đồng thanh thiếc ( chứa từ 3%6%)

Cụ thể là ịpoH để chế tạo bánh vít.chọn vật liệu trục vít là thép 45 tôi bề mặt

Fo] 0 , 1 0 , 1 290 29MP

Hệ số tuổi thọ :

: ) / ( 67 , 31

30

950

) (

60

10

2

9 max 2

2 2

9

6

p v n

t M

M n

10

4512975 )

3 , 0 2 , 0 75 , 0 5 , 0 2 , 0 1 ( 10000 67 , 31

60

9

6

9 9

FO

F] [ ].K 29 0 , 846 24 , 534MP

Để kiểm tra độ bền tĩnh tránh quá tải, cần xác định ứng suất cho phép khi quá tải

max

]

[ H và ứng suất uốn khi quá tải[ p] max

Với bánh vít bằng đồng thanh không thiếc:

) ( 136 290 8 , 0

p

a ch

75 , 0 30 5 , 17 10 55 , 9 10

n

i N

Hệ số đờng kính trục vít

Theo bảng 7-3 (HDTKHTDD) q =0.3 Z2 = 0,3.30 =10 Chọn q = 10; KH = 1,2Khoảng cách trục aw :

) ( 192 10

2 , 1 68 , 414473

) 120 30

170 ( ).

10

30

(

) ] [

170 ( ).

(

3 2

2

3 22

2

mm a

q

K M z

195 2 2

3- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc.

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền đã đợc thiết kế phải thoả mãn điều kiện:

] [

) ) (

( ).

170

2

H H w

H

q

K M a

q z

Vộn tốc trợt:

0 1 1

7 , 5 ]

10

1

[

] 2 [

z arctg

n d

950 100

.

100 10 10 )

) 170

10 30

Vậy răng bánh vít thoả mãn độ bền tiếp xúc

4- Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít

Chiều rộng bánh vít: khi Z1 = 1 , b2  0,75da1

da1 = m(q + 2) = 10(10 + 2) = 120

90 75

, 30 7 , 5 cos

d b

K Y M

m

F F

7 , 5 cos 10 300 90

3 , 1 75 , 1 68 , 414473

4 , 1

.

.

4

,

1

0 2

534 , 24

Vậy điều kiện bền uốn thoả mãn

5- Các thông số cơ bản của bộ truyền trục vít, bánh vít.

- Khoảng cách trục : aw = 150mm

- mô đun : m = 7,5mm

- Hệ số đờng kính : q = 10

- Tỷ số truyền : i = 30

Bộ truyền bánh răng trụ làm việc hai chiều.

Sơ đồ gia tải nh ở phần tính toán thiết kế trục vít, bánh vít

1- Chọn vật liệu

Bánh nhỏ : thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB 241…285285

MPa MPa ch

b1  850 ;  1 580



Bánh lớn : Thép 45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB192…285240

MPa MPa ch

; 8 , 1

; 1 , 1

; 70

lim 0

4 , 2 0

1

530 70 230 2 70 2

441 245 8

,

1

560 70 245 2 70 2

HB H

MPa

MPa HB

, 2 2

7 4

, 2 1

10 397 , 1 230 30

10 6 , 1 245 30

i i

i HE

t n M

M t

N

t n M

M t

N

) (

60

) (

60

max

3 max

mF = 6 : bậc đờng cong mỏi khi thử về uốn

Mmax : Mô men xuắn lớn nhất

t :Tổng số giờ làm việc

13 , 1 7819104

10 6 , 1

7819104 1954776

4

39 , 1 10

39 , 1 1954776

1954776 )

3 , 0 2 , 0 5 , 0 75 , 0 2 , 0 1 ( 10000 4

6 , 31 60

6

7

2

1 1

2 1

6

1 7 1

2

02 2

3 3

3 2

m Ho

HE LH

HE HE

m

E

H LH

HB

N

N K

N

- ứng suất tiếp xúc cho phép:

MPa s

K

MPa S

K

H

HL HLim

H

H

HL H

H

7 , 669 1

, 1

39 , 1 530

]

[

3 , 575 1

, 1

13 , 1 560

]

[

2 0

2 2

1 0

1 lim

- CÆp b¸nh r¨ng nghiªng H H MPa

2

] [ ] [ ]



NFO 106

t n

10 4

, 1791709

4 2

NFE i FE

91 , 0 8 , 7166836

10 4

a F

3 , 202 75

, 1

14 , 1 75 , 0 414

172 75

, 1

91 , 0 75 , 0 441

H a

w

i

K

M i

K

a  

: 43



Ka hÖ sè phô thuéc vµ cÆp b¸nh r¨ng

07 , 1

12 , 13 10 55 ,

1  



408 4

, 0 4 5 , 622

07 , 1 3 , 3965063 )

1 4 (

02,001

) 15 cos(

410 2 ) 1 (

cos

2 1

  0 , 5  36 144  1 1,

5 , 4

410 5

t y

Tra bảng 6-10a ta có Kx  0 , 265

Hệ số giảm đỉnh răng:

048,01000

180.265,01000

Z x

20 cos 5 , 4 180

2

cos cos

c- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn:

w w

H H

M

i K M Z Z

3 / 2

) (

X

Z

2 sin

052 , 0 11 1 , 8

20 cos

cos

tg

tg arctg tg

) 3 cos(

1 36

1 2 , 3 88

,

1

cos 1 1 2 , 3 88

,

1

61 , 0 5 , 4

3 sin 164

164 1

4

410 2 1

.

2

2 1

mm i

61 , 0 3

) 61 , 0 1 )(

75 , 1 4 ( 3

) 1 )(

4 (

H K K K

§êng kÝnh vßng l¨n b¸nh nhá

) / ( 27 , 0 60000

6 , 31 164 60000

.

164 ) 1 4 (

410 2 ) 1 (

.

2

1 1

1

s m n

d

V

mm i

a

d

w

w w

Theo b¶ng (6-13) víi V=0,27(m/s) ta dïng cÊp chÝnh x¸c 9

Theo b¶ng (6-14) víi cÊp chÝnh x¸c 9, V< 2,5 m/s  K H  1 , 13

  MPa

MPa K

K K M

d b V K

bang

g

bang i

a V g V

w w H H

H

w H

H

5 622

584 164

4 164

) 1 4 ( 21 , 1 3 , 3965063

2 91 , 0 73 , 1 225

21 , 1 1 13 , 1 07

,

1

1 13 , 1 07 , 1 3 , 3965063

2

164 164 44 , 0 1

.

2

1

) 16 6 (

82

) 15 6 (

002

,

0

44 , 0 4

410 27 , 0 82 002 , 0

.

2

1

1 0

Vậy thoả mãn về độ bền tiếp xúc

d- Kiểm ngiệm sức bền uốn của răng

6

.

10 1 , 19





b n Z m y

N K n

y

MPa MPa

F F

F F

269 126

5 , 0

436 , 0 5 , 144

202 5

, 144 15 164 6 , 31 36 5 , 4 436

,

0

17 , 13 4 , 1 10 1 , 19

2 2

1 2 6

1 2

1 1

- Đờng kính đòng răng df1 = 156 mm ; df2 = 657 mm

III- Tính toán thiết kế bộ truyền ngoài

Bộ truyền ngoài ăn khớp bởi bánh răng trụ răng thẳng và bánh răng chất, tức là

ở bánh bị động ra thay thế các răng bằng các chất Bộ truyền này làm việc ở chế

độ trung bình thời gian phục vụ là 10000 giờ

Tỷ số truyền : i = 5,28

Công suất ở trục chủ động : N0 =13,12 kw

Số vòng quay trục chủ động : n1 =7,9 v/p

Bộ truyền làm việc hai chiều

Sơ đồ gia tải nh ở phần “ tính toán thiết kế trục”

 Chọn vật liệu

- Bánh nhỏ: thép 45 thờng hoá

200 290 580

2

10 ,

488694 4

N

N

tdtx tdtx

tdtx

65 , 1 488694

10

6 7

39 , 1

1  

K (tính ở phần trớc)

 bánh nhỏ:

 

  HB K MPa

MPa K

HB

N tx

N tx

600 65 , 1 140 3 , 2

6 , 2

8 , 772 39 , 1 200 6 , 2

6 , 2

' 2 2

' 1 1

2 5

10

5 ,

5 ,

16 ,

1

6

6 2

2 1

t du

t du

t dt x

N a

K

K

N N

N

i N

K K

520 5 , 1

) ( 8 , 505 57 , 1 8 , 1 5 , 1

580 5 , 1

* Trong bé truyÒn nµy ta tÝnh to¸n thiÕt kÕ b¸nh r¨ng nhá cßn b¸nh r¨ng lín ta

tÝnh to¸n thiÕt kÕ chÊt

i

A

A tx

940 5

, 1 4 , 0

12 , 13 4 , 1 28 , 5 600

10 05 , 1 1 28 ,

5

.

.

10 05 , 1 1

3

2 6

3

2

2 6

28 , 6 60000

9 , 7 940 2 ) 1 ( 1000 60

.

02 , 0 01 ,

940 2 )

1 (

2

1   

i m A Z

12 , 13 4 , 1 10 1 , 19

.

10 1 , 19

2 6 2

6

MPa b

n Z m y

N K

, 7

12 , 13 10 55 , 9 10 55 , 9

2

6 1

6 1





( Sơ đồ lực tác dụng lên chốt nh hình vẽ )

Tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện ở giữa chốt.

446550

1 ,

- Kiểm tra sức bền cắt của chốt

Nhìn vào sơ đồ lực tác dụng lên chốt ta thấy chốt có thể bị cắt ở mặt cắt 1-1

2 11 , 75 /

44

9 , 35722 2

2 4

.

.

2

mm N d

Q d

Vậy điều kiện cắt thoả mãn

IV- Tính toán thiết kế trục

Theo sơ đồ hộp giảm tốc, phải tính toán ba trục :

Trục vít, trục trung gian, trục ra.

 Trục vít (trục 1)

Trục vít đã đợc tính toán thiết kế trong phần tính toán bộ truyền trục vít, bánh vít

 Trục trung gian (trục 2)

Lực tác dụng lên bánh vít và bánh răng nghiêng

- Bánh vít :

Trị số lực dọc trục vít bằng lực vòng bánh vít

  16 , 2763 300

68 , 414473

2

2

2

2 2

d

M P

100

1 , 18421 2

2 2 1 1

1 1

2

P

11 cos

20 47 , 8289 cos

 

  4644 144

2

144 16 , 2763 106

4 , 368 2

144 7 , 1005 144

106 12 , 3017

0 2

144 106 2

144 144 144 106

98 , 2814 144

2

144 16 , 2736 4

, 368 106 12 , 3017 106 2

144 7 ,

1005

144

2

144 106

106 2

144

0 2

144 106 144 2

144 106

1 2

1 2

1 2 2

1

1 2

1 2

N R

p p

P P

P M

N

p p P

P R

p p

R P

P M

Ay

a a

r A

r By

a a r

r By

a a

B r

r Ay

2

144 4 , 368 144

106 47 , 8289

0 144 2

144 144 106

77 , 5917 144

2

144 4 , 368 106 47 , 8289

0 144 2

144 106

1 2

1 2

N R

R P

P M

N R

R P

P M

Ax

Ax By

Bx

Bx Ax

Biểu đồ mômen tác dụng lên trục đợc thể hiện trên hình vẽ

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 40X có   70N/mm2

Tính mômen uốn ở tiết diện nguy hiểm

Nmm M

M M

u

uy ux u

1 , 48 70 1 , 0

774144

1 , 0

774144 770923

282080 3

3

2 2

2 2

TiÕt diÖn 2-2

  0 , 1 70 40,5 .

467755

1 , 0

467755 458338

93389 3

3

2 2

2 2

mm

M d

Nmm M

M M

u

uy ux u

Nm

M x

9 , 35722 360

15860253

2

) ( 15860253 9

, 7

12 , 13 10 55 ,

31 , 1611 120

270 12 , 3017 60

1 , 13002

270

) 120 270 (

120 270 60

0 ) 120 270 (

270 120

270 60

1 1

2

1 1

2

N

P P

P R

P R

P P

M

a r

r By

a By

r r

12 , 3017 270

60 1 , 13002

0 120 270 120 270 60

2

N R

P R

P P

M

Ay

a A

r r

60 9 , 35722 270

120 270 60

0 120 270 270

60

26 , 4035 270

270 120 47 , 8289 60

9 , 35722 270

270 120 60

0 270 270

120 60

1 2

1 2

1 2

1 2

N P

P P

P P

P M

N P

P R

R P

P M

Ax

Ax Bx

Bx

Bx Ax

Biểu đồ mômen tác dụng lên trục thể hiện trên hình vẽ

Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 40X có    70N/mm2

Tinh mômen uốn ở tiết diện nguy hiểm

Tiết diện 1-1

  0 , 1 70 44,9 .

634093

1 , 0

634093

3 3

2 2

mm

M d

Nmm M

M M

u

uy ux u

1 , 0

6131238 29328

6131168 3

3

2 2

2 2

mm

M d

Nmm M

M M

u

uy ux u

Nmm M

M M

u

uy ux u

3 , 64 70 1 , 0

1860934

1 , 0

1860934 1109112

304724 3

3

2 2

2 2

2

2 2

944 2

5 , 837 2

1675 2

P R

R

N

P R

R

Bx Ax

r By Ay

3 ,

 Trục 2 ( trục trung gian )

Lực dọc trục gây ra do bánh vít và bánh răng nghiêng có chiều ngợc nhau

nh-ng trị số lại khônh-ng bănh-ngf nhau do đó trục vẫn chịu lực dọc trục

Vì vậy ta chọn ổ bị đỡ chặn

Lực dọc trục do trục vít gây ra :Pa1 = 4603 (N)

Lực dọc trục do bánh răng nghiêng gây ra : P a2 =4064(N)

 Pa = Pa1 - Pa2 = 539 (N)

Từ phần tính toán trớc ta thấy phản lực tác dụng lên ổ B lớn hơn rất nhiều sovới ổ A Để giảm kích thớc ở ổ B ta lắp thêm một ổ nữa về phía đầu trục cóbánh răng nghiêng Vì bộ truyền làm việc hai chiều do đó ổ lắp thêm (ổ C) cókích thớc và cỡ nh ổ B để chịu lực dọc trục còn ổ A chịu lực hớng tâm nhỏ hơn ổ

, 0 (

10000

.

3

bang

K K mA R K Q

gio h

C nh Q C

1 , 249

11 , 249 2491

1 , 1 1 1 4 , 2264

4 , 2264 6

, 174 7

, 2257

3 , 0

2 2

2 2

Q

N R

.

mm N p

mm N p

p l d

6 Khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc.

ở đây sử dụng loại khớp đàn hồi với vành ngoài nửa khớp bên phía hộpgiảm tốc làm bánh phanh

Mômen xoắn trên trục động cơ

n

N n

N

6 6









Dựa vào bảng 14 – 11 (sách chi tiết máy )

Ta chọn khớp nối đàn hồi truyền đợc mômen xoắn 32 Nmm

Kiểu trục khớp nối về sức bền đập của vòng đàn hồi

c v

x d

d l D Z

M K

.

2 0





Z = 4 : số chất

D0 = 50 mm : đờng kính vòng tròn qua tâm các chất.

d0 = 20 : đờng kính lỗ lắp chất bạc vòng đàn hồi

32000 2 , 1 2

/ 3 2

mm N

mm N d

Vậy khớp nối thoả mãn sức bền dộp

Kiểm tra khớp nối về sức bền uốn

1 , 0

.

0

3 D d Z

l M K

c

c x

19 32000 2 , 1

/ 80 60

3

2

Vậy khớp nối thoả mãn sức bền uốn