Bảng 4.4 Kích thước chính bộ truyền trục vit – bánh vit
Thông số hình học Công thức Trục vis Đường kính vòng chia d1 = m.q = 5.20= 100mm Đường kính vòng đỉnh da1 = d1 + 2m = 110 mm Đường kính vòng đáy df1 = d1 – 2,4m = 88 mm
Góc xoắn ốc vis γ γ = arctg = 5,710
Chiều dài phần cắt ren
trục vis b1=(C1+C2.z2)m=(11+0,06.60).5=73 mm Bánh vis Đường kính vòng chia d2 = m.z2 = 5.60 = 300 mm Đường kính vòng đỉnh da2 = d2 + 2m = 310 mm Đường kính vòng đáy df2 =d2 - 2,4m = 288 mm Khoảng cách trục aw = 0,5m(q+z2) = 0,5.5(20+60)= 200 mm Đường kính lớn nhất bánh vis d317,5 mmaM2da2+6m/(z1+2) = 310 +6.5/(2+2) = Chiều rộng bánh vis b2 b2 0,75.da1 = 0,75.110 = 82,5 mm
-Hệ số tải trọng Kv = 1,4 ; Kβ = 1 (như trên) -Hiệu suất tính theo công thức7.9[1]:
Trong đó góc ma sát được tính theo công thức
8- Tính toán lại ứng suất cho phép: (198,75222,75) = 220 MPa
Giá trị này phù hợp với giá trị đã chọn.
9- Xác định số răng tương đương bánh vis:
-Chọn hệ số YF2 = 1,4 theo bảng 7.10[1].
- Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vis theo công thức 7.43[1] 11. Tính toán nhiệt theo công thức:
Nhiệt độ này nằm trong phạm vi cho phép. 12. Giá trị các lực tính theo công thức: 1252,5 N
3435 N
-Kiểm tra độ bền uốn của trục vít(theo bảng 7.11[1] chọn [σF] = 80 MPa):
Với:
- Chọn l = d2 = 300 mm
13. Kiểm tra độ cứng trục vis theo công thức: = 0,0029 mm [y] = (0,10,05) mm
Với:
4.10 Tính toán thiết kế cụm tang cuốn Ta có sơ đồ của cụm tang cuốn như sau
Hình 4.12 Sơ đồ tính đường truyền đến tang thành phẩm
4.10.1 Thiết kế bộ truyền bánh răng của tang cuốn:
Thông số đầu vào: momen xoắn T = 1415600 Nmm; công suất P=3,04 KW; số vòng quay n = 20 vòng/phút; tỉ số truyền u = 7,84. Bánh răng trụ răng thẳng.
- Khoảng cách trục aw = 900 mm.
- Module răng nằm trong khoảng
Chọn module răng m = 16 mm theo tiêu chuẩn.
- Tổng số răng
Số răng bánh dẫn:
Chọn z1 = 13 răng; z2 = 112 – 13 = 99 răng
- Tỉ số truyền sau khi chọn số răng:
- Chọn vật liệu: Thép thấm carbon. Theo bảng 6.13 [1], ta chọn độ rắn cho bánh dẫn và bánh bị dẫn như sau:
Bánh dẫn :Độ rắn trung bình 63HRC . Bánh bị dẫn :Độ rắn trung bình 60 HRC.
- Số chu kì làm việc
Số chu kì làm việc cơ sở : chu kì.
chu kì. chu kì. Số chu kì làm việc tương đương
chu kì. Ta thấy nên ta chọn sơ bộ
- Ứng suất tiếp xúc cho phép :
Ứng suất cho phép khi tính toán : Ứng suất cho phép khi tính toán :
- Tính toán sơ bộ :
Do bánh răng được lắp công xôn nên theo bảng 6.15 [1] ta có nằm trong khoảng ; ta chọn
Tra bảng 6.4 [1], ta được ;
- Các thông số của bộ truyền bánh răng:
Đường kính vòng chia: Đường kính vòng đỉnh: Chiều rộng vành răng: + Bánh bị dẫn + Bánh dẫn: - Vận tốc vòng bánh răng: - Theo bảng 6.3 [1] ta chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 m/s. - Hệ số tải trọng động theo bảng 6.5 và 6.11 [1]
- Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc: Trong đó :
Hệ số xét đến hình dạng của bề mặt tiếp xúc Hệ số
Hệ số xét đến tổng chiều dài tiếp xúc Ta thấy .
Vậy độ bền tiếp xúc của các bánh răng thoả.
Ở phần này, ta sẽ đi tính toán số rãnh trên tang cuốn để cuốn dây. Nhiệm vụ của các rãnh này là tạo lực căng dây để đảm bảo độ chính xác cho bước bện của dây.
Theo tính toán ở phần trên, ta có lực kéo căng dây ở tang cuốn là lực ma sát ở cuộn lõi và các cuộn dây Fk = F1 = 4286,4 N
Lực Fd chính là trọng lượng của sợi dây trên đoạn chiều dài từ tang cuốn đến tang thành phẩm.
Đường kính sợi dây thành phẩm: d = 20,15 mm
Khoảng cách từ tang cuốn đến cuộn thành phẩm: l = 5m Trọng lượng của đoạn dây này là:
Đây chính là lực Fd. Vậy Fd = 125 N.
Hình 4.13 Lực trên bánh tang cuốn
Xét vòng cuốn đầu tiên của tang, ta có: Tương tự, ta có:
Suy ra
Nếu quấn n vòng ta sẽ được hệ thức Ở vòng cuối cùng, Fn+1 = Fd = 125 N Góc ôm
Hệ số ma sát f = 0,15 Ta có
Suy ra
Dây được quấn 8 vòng, tức mỗi bên tang có 4 rãnh quấn.
4.11 Tính toán thiết kế trục bánh vít ra đến bánh răng trung gian Ở trục này ta chọn vật liệu của trục là thép C45 tôi có ; ; ; ; . Chọn chiều dài trục, đường kính trục như sau
Hình 4.15 Kích thước trục trung gian của bánh vit Sơ đồ lực và momen
Hình 4.16 Biểu đồ lực và momen trên trục trung gian bánh vít Xét trong mặt phẳng Oyz, ta có:
Xét trong mặt phẳng Oxz, ta có: Momen xoắn được tính như sau: Momen xoắn T = 1415600 Nmm
Theo các biểu đồ momen thì ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất là tại C.
- Momen uốn tại C:
- Momen xoắn tại C: T = 1415600 Nmm
- Momen tương đương lớn nhất tại C:
- Ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kì đối xứng với biên độ: Với vật liệu làm trục như trên, theo bảng 10.1[1], ta chọn ứng suất uốn cho phép .
Đường kính trục chọn sơ bộ: Theo tiêu chuẩn chọn d = 75mm.
Trục có then tại vị trí C, với đường kính d = 75mm. Chọn then có chiều rộng b = 20 mm, chiều cao then h = 12mm, chiều sâu rãnh then trên trục t = 7,5 mm; chiều sâu rãnh then trên moayơ t1 = 4,8 mm. Khi đó momen chống uốn:
Momen cản xoắn: Ứng suất xoắn:
Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động thì
Tại tiết diện C có sự tập trung ứng suất đối với trục có rãnh then và giới hạn bền 736 MPa, theo bảng 10.8[1] ta chọn
Theo bảng 10.3[1], ta chọn Theo hình 2.9[1] ta chọn
Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức: Hệ số an toàn
Vậy điều kiện bền mỏi tại vị trí C đảm bảo.
4.12 Thiết kế trục của bánh tang cuốn
Thông số đầu vào: ta chọn vật liệu của trục là thép C45 tôi có ; ; ; ; . Momen xoắn T = 10935686 Nmm
Hình 4.17 Kích thước trục bánh tang cuốn
Với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng ở vị trí tang cuốn, ta có các lực như sau:
Xét trong mặt phẳng Oyz Xét trong mặt phẳng Oxz
Sơ đồ lực và momen xoắn:
Hình 4.18 Biểu đồ lực và momen trục bánh tang cuốn Momen uốn được tính như sau:
Momen xoắn tại C: T = 10935686 Nmm
Theo các biểu đồ momen thì ta thấy tiết diện nguy hiểm nhất là tại C.
- Momen uốn tại C:
- Momen xoắn tại C: T = 10935686 Nmm
- Momen tương đương lớn nhất tại C:
- Vì tại C không có lực dọc trục nên ứng suất pháp tại tiết diện này thay đổi theo chu kì đối xứng với biên độ:
Với vật liệu làm trục như trên, theo bảng 10.1[1], ta chọn ứng suất uốn cho phép .
Theo tiêu chuẩn ta chọn d = 120 mm.
Trục có then tại vị trí C, với đường kính d = 120 mm. Chọn then có chiều rộng b = 36 mm, chiều cao then h = 20mm, chiều sâu rãnh then trên trục t = 13,5 mm; chiều sâu rãnh then trên moayơ t1 = 6,8 mm. Khi đó momen chống uốn: Momen cản xoắn:
Ứng suất xoắn:
Khi ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động thì
Tại tiết diện C có sự tập trung ứng suất đối với trục có rãnh then và giới hạn bền 736 MPa, theo bảng 10.8[1] ta chọn
Theo bảng 10.3[1], ta chọn Theo hình 2.9[1] ta chọn
Xác định hệ số an toàn tại C theo công thức: Hệ số an toàn
Vậy điều kiện bền mỏi tại vị trí C đảm bảo.
4.13Cơ cấu gắn các cuộn dây lên khung:
Các cuộn dây được đưa lên trên khung bằng cơ cấu thuỷ lực (trong phạm vi đề tài này không thiết kế hệ thống thuỷ lực này).
Hình 4.19 Sơ đồ lắp cuộn dây lên khung
Khi cuộn dây được đưa lên, ta đưa trục 5 vào để giữ cuộn dây trên khung. Lắp vòng đệm 3 và lắp chốt chẻ 6 vào để cố định cuộn dây. Chi tiết ở vị trí 2 đó là một tấm mỏng làm bằng vật liệu amiang, có nhiệm vụ tạo lực ma sát giữ cho cuộn dây trong quá trình cuộn dây quay luôn luôn được căng để đảm bảo các dây xoắn đúng theo yêu cầu kỹ thuật.
Trục cuộn dây có đường kính d = 56mm theo thiết kế của nhà sản xuất cung cấp cuộn dây.
4.14 Tính toán thiết kế cam 2 chiều để dẫn hướng cho sợi thành phẩm
Ta thấy khi dây thành phẩm được quấn vào tang sản phẩm, dây sẽ quấn trên chiều dài chính là chiều dài của cuộn thành phẩm, l = 1m = 1000 mm; đường kính sợi dây là d = 20,15 mm. Do đó, để dây phủ kín hết một lớp trên tang sản phẩm, số vòng dây sẽ là:
Chọn cam có bước xoắn p = 80 mm, chiều dài tang l = 1000 mm. Khi đó để con trượt chạy được hết chiều dài l, trục phải quay 12,5 vòng.
Giả sử khi tang ở vị trí chưa có dây tức là đường kính tang lúc này là D = 200mm. Tốc độ quay của tang:
Thời gian để dây chạy hết quãng đường 50 vòng dây sẽ là: 50.60/19 = 3000/19 s
Tương ứng con trượt của cam 2 chiều sẽ phải đi quãng đường 1000mm trong cùng khoảng thời gian 3000/19 s.
Số vòng quay của trục cam khi đó là Tam thức: 12,5 vòng – 3000/19 s
? vòng – 60 s
Tỉ số 2 tốc độ quay của tang và cam
Khi tang ở vị trí đường kính tang D = 1000 mm (đầy dây). Tốc độ quay tang Tính toán tương tự trên ta có tốc độ quay của trục cam là
Lúc này tỉ số giữa tang và cam
Từ hai hệ thức (*) và (**) ta thấy rằng khi dây quấn vào tang sản phẩm làm tăng đường kính của tang thì tỉ số giữa trục quay tang và trục quay cam 2 chiều đều không thay đổi. Do đó, để đảm bảo tốc độ đi ngang của dây, ta dùng một bộ truyền để truyền chuyển động từ trục quay của tang sản phẩm qua trục quay của cam 2 chiều, đảm bảo tỉ số truyền u = 4 là được. Chọn bộ truyền đai răng với tỉ số u = 4 để đảm bảo độ chính xác truyền động.
Tính toán thiết kế bộ truyền ta có các thông số của bộ truyền đai thang như sau:
Bánh dẫn: Bánh bị dẫn:
4.15 Thiết kế bộ phận báo đứt dây:
Bộ phận báo đứt dây được sử dụng ở đây là một cảm biến quang được đặt trước mâm xoắn 12 lỗ. Ở đây ta sử dụng cảm biến quang có hai đầu thu và phát đặt ở cùng một vị trí. Khi máy hoạt động bình thường, các sợi dây sẽ gần như điền đầy các lỗ, lúc đó, tín hiệu đi ra khỏi đầu phát sẽ phản xạ lại và đầu thu nhận được tín hiệu trả về. Khi có sự cố, dây bị đứt, lỗ sẽ bị trống, lúc đó tín hiệu ra khỏi đầu phát sẽ không được trả về, đồng thời lúc này của cảm biến sẽ ngắt điện báo có sự cố đứt dây, mạch điểu khiển sẽ tác động làm cho thắng dừng hoạt động, dừng máy để xử lý sự cố.
4.16 Thắng dừng:
Khi có sự cố hoặc dừng máy cơ cấu này sẽ có nhiệm vụ hãm chuyển động của khung quay, máy sẽ dừng hoạt động.
Hình 4.20 Bộ phận thắng dừng Sơ đồ bố trí thắng dừng trên máy:
Hình 4.21 Sơ đồ bố trí thắng dừng Trong đó: K: lực cần thiết để thắng dừng khung quay.
N: phản lực xuất hiện tại bề mặt tiếp xúc F: lực ma sát phanh do khung quay gây ra.
Theo tính toán ở trên, ta có momen khi khung 12 cuộn dây quay là M = 2535,35 Nm.
Vậy momen phanh cần thiết cũng chính là momen của khung quay để dừng được khung quay. Ta có Mph = 2535,35 Nm.
Theo công thức 5.11[2] (kỹ thuật nâng chuyển), lực ma sát F khi phanh: Phản lực N khi phanh:
Với hệ số ma sát giữa má phanh và khung thép, má phanh làm từ vật liệu amiang, hệ số ma sát 0,35 (theo bảng 5.2[2]).
Ta có phương trình cân bằng momen như sau: Suy ra
Sơ đồ lực trên xy lanh cần thắng dừng:
Hình 4.22 Sơ đồ lực trên xylanh Theo hình ta có phương trình cân bằng lực:
Trong đó:
p1, p2 : áp suất tác dụng lên các diện tích của bề mặt đế piston và bề mặt mang cần piston.
A1, A2 : diện tích bề mặt đế piston và bề mặt mang cần piston. Fms: lực ma sát sinh ra giữa piston và xylanh.
Fmsc : lực ma sát sinh ra giữa piston và vòng chắn khít cao su. + Lực ma sát Fms giữa piston và xylanh:
Đối với cặp vật liệu xylanh là thép và vòng găng bằng gang thì ta chọn . N: lực của các vòng găng tác động lên xylanh và được tính:
D: đường kính piston, ta chọn D = 25 cm =250mm b: bề rộng của mỗi vòng găng, chọn b = 1cm
p1: áp suất của khoang đế piston ta chọn p1 = 10 KG/cm2 =105 N/m2
z: số vòng găng, ta chọn z = 3 vòng.
pk: áp suất tiếp xúc ban đầu giữa vòng găng và xylanh, thường pk = (0,7÷1,4) KG/cm2. Chọn pk = 1 KG/cm2 = 104 N/m2
Thay vào ta có:
+ Lực ma sát cản Fmsc giữa piston và vòng chắn khít:
Trong đó f là hệ số ma sát giữa cần piston và vòng chắn, đối với vòng chắn phủ amiang ta chọn f = 0,35.
d: đường kính cần piston, d = 50mm = 0,05 m.
b: chiều dài tiếp xúc của vòng chắn với cần piston, b = 50mm = 0,05m p: áp suất tác dụng vào vòng chắn chính là áp suất p2.
0,15: hệ số kể đến sự sụt áp theo chiều dài của vòng chắn: Ta có
Thay vào công thức (1) ta có được: Suy ra
Lưu lượng của lưu chất khi ở hành trình công tác:
Ta muốn cần thắng đi được quãng đường khoảng 5mm để hãm chuyển động trong vòng 5s. Do đó ta có thể chọn vận tốc công tác khi làm việc là vct = 400 mm/ph.
Công suất bơm
Ta chọn bơm có công suất P = 1HP = 746 W. Sơ đồ mạch thuỷ lực
Hình 4.23 Sơ đồ thuỷ lực thắng dừng
4.17Ly hợp ma sát
Ta thấy rằng động cơ truyền một công suất nhất định đến tang cuốn thành phẩm. Tức là số vòng quay truyền đến tang là cố định. Tuy nhiên số vòng quay của tang lại thay đổi khi dây nhiều hay ít trong tang thành phẩm. Dùng ly hợp ma sát, khi tang thành phẩm thay đổi số vòng quay mà mặt khác, động cơ cung cấp một công suất nhất định cho tang thành phẩm, lúc đó sẽ bị trượt ở tại vị trí ly hợp. Điều này đảm bảo được công suất làm việc của tang thành phẩm, số vòng quay thay đổi dễ dàng theo đường kính dây trong cuộn.
4.18Bộ phận đếm số mét dây:
Bộ phận này là một con lăn được gắn cảm biến để đếm số vòng quay của con lăn. Khi đủ số vòng quay, cảm biến sẽ đưa tín hiệu xử lý về trung tâm điều khiển và kích hoạt thắng dừng để dừng máy trước khi thực hiện một phiên làm việc khác.