Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cơ khí - Thiết kế tời đổi chiều

LỜI NÓI ĐẦU Trong nhiều thế kỷ qua, từ thời lạc hậu cho đến hiện đại sự vận chuyển, xếp dỡ là một công việc không thể thiếu và quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất nhằm giảm nhẹ sức lao động nặng nhọc, tăng năng suất lao động và an tòan. Qua quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trên thế giới đã có nhiều thiết bị nâng chuyển. Các thiết bị này được chia làm hai nhóm chính: máy trục chủ yếu phục vụ vận chuyển các vật nặng thể khối; máy chuyển liên tục chủ yếu phục vụ các quá trình vận chuyển vật liệu vụn rời liên tục theo một tuyến không gian xác định. Các lãnh vực sản xuất hiện nay có nhu cầu ngày một tăng về các máy móc, thiết bị nâng chuyển, nhu cầu đó cần được đáp ứng với những thiết bị nâng gọn nhẹ dễ sử dụng và đáp ứng được tính bền, tính kinh tế phù hợp với không gian làm việc và điều kiện làm việc cho phép. Trong quá trình thực hiện đồ án môn học Truyền Động Cơ Khí, Nhóm chúng em được giao nhiệm vụ thiết kế một cơ cấu nâng Nhằm cũng cố lại những kiến thức đã học như: Cơ Học Máy, Chi Tiết Máy, Nguyên Lý Máy... Cũng như đáp ứng được nhu cầu trên. Chúng em xin chân thành cám ơn thầy NGUYỄN HỮU LỘC , các quý thầy, quý cô trong các bộ môn đã tận tình, hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án. Nhóm thực hiện đồ án. PHẠM SƠN VƯƠNG PHAN QUANG TÚ. LÊ HOÀNG GIANG. PHẦN I NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU, ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT * Nhiệm vụ: Thiết kế một máy nâng tải trọng nâng hai tấn. * Mục đích thiết kế: Máy nâng được thiết kế có tải trọng nâng 2000kg , phục vụ công việc nâng các vật thể khối lượng nhỏ lên các nhà cao tầng đang xây dựng, tãi trọng nâng gồm: vât liệu ở các công trường xây dựng, các công việc xếp dỡ ngoài trời, nhằm giảm nhẹ sức lao động của công nhân. * Yêu cầu thiết kế: +máy nâng có kích thướt nhỏ gọn ,phù hợp không gian làm việc + Đảm bảo sức bền . + Vận hành an toàn dể sử dụng , sữa chữa , bảo trì lắp ráp … + Thiết kế có tính kinh tế, phù hợp với điều kiện sản xuất hiện có *Đặc tính kỹ thuật: Đề tài yêu cầu thiết kế máy nâng (Tời đổi chiều), nâng tải trọng có khối lượng là 2000 kg, không có yêu cầu đặt biệt nào về số liệu kỷ thuật. Trong đồ án này , qua tham khảo nhiều tài liệu về máy nâng chuyển và các tài liệu liên quan khác. Nhóm thực hiện đồ án nhất trí chọn thiết kế có các chỉ tiêu kỹ thuật sau: Tải trọng nâng2000 kg Chiều cao nâng 12 m. Vận tốc nâng 12.5(m/phút) . PHẦN II BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Nhiệmvụ  Phụ trách  Tuần   Côngviệc   1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13   Chọn đồ án  Nhóm  X               Phân tích đồ án  nhóm  X               Phân tích thiết kế  Nhóm   X              Vạch kế hoạch  Nhóm   X              Phân công nhiệm vụ  Vương    X             Thamkhảo tài liệu  Nhóm     X            Nêu ý tưởng  Nhóm     X            Chọn phươngán  Nhóm     X            Báo cáo giữa kỳ  Nhóm        X         Tính toán  Nhóm      X  X   X        Bản vẽ lắp  Tú          X       Bản vẽ chi tiết  Nhóm           X      Viết thuyết minh  Vương Giang            X  X  X   PHẦN III PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN Máy nâng có thể phân loại như sau: Phân loại theo nguồn dẫn động:Dẫn động bằng động cơ điện và dẫn động bằng thuỷ lực Phân loại theo cơ cấu: Cơ cấu truyền động bằng đai ,cơ cấu truyền động bằng xích. *Vai trò, chức năng các bộ phận của cơ cấu: Tời nâng gồm có : Động cơ điện, hộp giảm tốc, tang, cáp nâng, khớp nối ,phanh Động cơ điện: có hai loại, đó là: động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều. Động cơ điện xoay chiều được sử dung rộng rải trong công nghiệp ,với sức bền làm việc cao, mô men khởi động lớn. Bên cạnh đó ta có động cơ điện một chiều: là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, khi làm việc bảo đảm khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng, giá thành cao, khi lắp đặt cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp. Trên những ưu khuyết điểm của hai lọai động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều một chiều ta thấy được động cơ điện xoay chiều tuy tính chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng với tính thông dụng, bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của lọai động cơ này vẫn chấp nhận được. Vậy ta chọn động cơ xoay chiều. Hộp giảm tốc: Có ba loại, đó là: bộ truyền bánh răng trụ,bộ truyền bánh răng nón và bộ truyền bánh vít - trục vít Bộ truyền bánh răng trụ được sử dụng để truyền mô men từ các trục song song với nhau, trong đó hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp được sử dụng nhiều nhất, chúng được bố trí theo các sơ đồ sau: + sơ đồ khai triển: loại này đơn giản nhất nhưng có nhược điểm là các bánh răng bố trí không đối xứng với các ổ, do đó làm tăng sự phân bố không đều tãi trọng trên chiều dài răng +Sơ đồ phân đôi:công suất được phân đôi ở cấp nhanh hoặc cấp chậm. Với kết cấu này, cấp chậm chịu tãi lớn hơn, nên có thể chế tạo với vành răng khá lớn, nhờ vị trí bánh răng đối xứng với các ổ có thể khắp phục được sự phân bố không đều tãi trọng +Sơ đồ đồng trục: loại này có đặc điểm là đường tâm của trục vào và trục ra trùng nhau, nhờ đó có thể giảm bớt chiều dài của hộp giãm tốc và nhiều khi giúp cho việc bố trí cơ câu gọn hơn Bộ truyền bánh răng nón được dùng để truyen mô men và chuyễn động giữa các trục giao nhau, nhưng chế tạo bánh răng khá phức tạp Bộ tuyền bánh vít - trục vít dùng để truyền mô men xoắn và chuyễn động giữa các trục chéo nhau, nhưng chế tạo ren trục vít khá phức tạp Vậy ta chọn hộp giãm tốc bánh răng trụ hai cấp khai triễn , để phù hợp với cơ cấu làm việc và giảm vật liệu chế tạo. Tang: Gồm có hai loại, đó là: tang đơn và tang kép + Tang đơn: quấn được nhiều lớp cáp nhưng lúc làm việc tải trọng sẽ bị lắc + Tang kép: quấn được một lớp cáp nhưng khi làm việc tãi trọng sẽ không bị lắc, nâng hạ theo đường thẳng Vậy ta chọn tang kép được chế tạo bằng gang xám GX 15-32 Cáp nâng: lựa chọn dựa trên hệ số an tòan cho phép, và tuổi thọ của dây cáp. Do đó ta phải chọn cáp cho phù hợp với tải trọng nâng, chịu lực căng dây lớn. Có hai lọai cáp có thể sử dụng: cáp bện xuôi và cáp bện chéo. Dựa trên tính chất của hai loại cáp và cấu tạo của cơ cấu , ta chọn lọai cáp bện xuôi vì có tính bền trong quá trình làm việc hơn là cáp bện chéo, đồng thời trong cơ cấu nâng thì một đầu cáp được giữ cố định nên cáp không bị xoắn hay tở. Khớp nối: Co nhiều loại, ở đây ta chọn khớp nối trục vòng đàn để nối giữa truc vào của hộp giảm tốc và trục ra của động cơ, có ưu điễm hơn các loại khác là chịu được sự rung, do số vòng quay khá lớn và chọn khớp nối xích con lăn để nối giữa trục ra của hộp giảm tốc với trục của tang, vì có tính kinh tế hơn các loại khớp khác và để truyền mô men xoắn lớn hơn Phanh: Có nhiều loại, ở đây ta chọn phanh áp má điện từ thường đóng, vì loại này được đấu chung dây cùng với nguồn điện của động cơ. Từ sự phân tích nêu trên ta có các phương án sau: * Các phương án: + phương án I: Sơ đồ động: Chú thích:
Khớp nối vòng đàn hồi Phanh điện từ B ánh răngtru răng thẳngI Bánhrăngtrụ răng thẳngII: Bánh răng trụrăng thẳngIII Bánh răng trụ răng thẳngVI Khớp nối xích con lăn Tang Động cơ điện +Nguyên tắc hoạt động: Động cơ điện quay, truyền công suất qua khớp nối vòng đàn hồi đến hộp giảm tốc, nhờ sự ăn khớp của các bánh răng trụ răng thẳng mà công suất được truyền qua khớp nối xích con lăn làm tang quay kéo theo hệ ròng rọc làm việc. +Ưu điễm: Chế tạo bánh răng dễ dàng, dễ lắp ráp, sữa chữa, và bảo hành. +Nhược điễm: chế tạo trục phải có độ cứng tốt, không đảm bão chịu sự phân bố không đều của tãi trọng. + phương án II: Sơ đồ động: Chú thích:
Tang 2: Trục vít 3:Bánh vít 4:Khớp nối vòng đàn hồi 5:Phanh điện từ 6:Động cơ 7:Khớp nối xích con lăn +Nguyên tắc hoạt động: Động cơ điện quay, truyền công suất qua khớp nối vòng đàn hồi đến hộp giảm tốc trục vít - bánh vít nhờ sự ăn khớp của bánh vít và trục vít truyền đến khớp nối xích con lăn làm tang quay kéo theo hệ ròng rọc làm việc. +Ưu điễm: Truyền được công suất với tỉ số truyền lớn, tự hãm cũng tốt +Nhược điễm: Chế tạo trục vít rất khó khăn, ren làm trục cần có độ cứng tốt + phương án III: Sơ đồ động: Chú thích:
1:Động cơ điện 2:Phanh điện từ 3:Khớp nối vòng đàn hồi 4:Bánh răng côn I 5:Bánh răng côn II 6:Bánh răng côn III 7:Bánh răng côn IIII 8: Khớp nối xích con lăn 9: tang +Nguyên tắc hoạt động: Động cơ điện quay, truyền công suất qua khớp nối vòng đàn hồi đến hộp giảm tốc Bánh răng côn nhờ sự ăn khớp của các bánh răng côn truyền mô men đến khớp nối xích con lăn làm tang quay kéo theo hệ ròng rọc làm việc. + Ưu điễm: Cơ cấc gọn gàng, đãm bão gọn nhẹ cơ cấu + Nhược điễm: Chế tạo bánh răng khó khăn, lắp ráp đòi hỏi phải chính xác * Với ba phương án và sự phân tích vừa nêu trên, ta chọn phương án thứ nhất là phù hợp với yêu cầu được đặt ra và phù hợp với điều kiện kinh tế Vậy ta chọn phương án I. Số liệu ban đầu: Tải trọng: QO=2000kg =20000 (N). Bộ phận mang: Qm = 500kg = 5000(N.) Chiều cao nâng: H = 12( m). Vận tốc nâng: vn = 12.5 (m/phut) Chế độ làm việc trung bình. PHẦN IV CHỌN TANG, KHỚP NỐI, ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN I.Chọn tang, khớp nối, động cơ điện: 1) Hiệu suất của palăng (p =
=
Với Q0 = Q +Qm m=2 :số nhánh dây quấn lên tang Q0 : tải trọng nâng Q0= 25000 N. ( : hiệu suất ròng rọc: ( = 0,98 (với điều kiện ròng rọc đặt trên ổlăn bôi trơn tốt). a =2: Bội suất palăng. t = 0 : Số ròng rọc đổi hướng. Với : Smax =
=6313 (N). ( (p = = 0,99 2) Cáp nâng: Kích thước cáp được chọn dựa vào lực kéo đứt (Sđ ) Sđ = Smax . K =6313*5.5 = 34721 (N) Với : K =5 : hệ số an toàn bền. Lực căng lớn nhất trong dây cáp: Smax Ta chọn cáp K - P6x19 =114 ((OCT 2688 – 69) có giới hạn bền các sợi thép là (b = 1600 N/mmm2 . 3) Tang: + Đường kính tang: Dt ( dc (e-1) = 8 (25-1 )=192 (mm) Dt : đường kính tang đến đáy rãnh cắt (mm). Dc: đường kính dây cáp quấn lên tang (mm). e: hệ số thực nghiệm . ( Dt =Dr =250 mm + Chiều dài tang Chiều dài: chiều dài toàn bộ tang được xác định theo công thức L’ =L'o +2L1 +2L2 +L3 Với: L1 : chiều dài thanh tang L2 : chiều dài phần chừa ra để quấn cáp
Hình biểu diễn L3 : Chiều dài phần phân cách giữa hai bên. + Chiều dài một nhánh cáp quấn lên tang l = H.a = 12*2 =24 (m) H = 12, chiều cao nâng danh nghĩa a =2, bội suất palăng + Số vòng cáp quấn lên một nhánh: Z =
+ Zo = 29.6 (vòng) Với Zo =2, Số vòng cáp dự trữ không làm việc. ( Lo’ = 2* Z*t = 520 (mm). Với: t ( 1.1, ta có dc = 1.1*8. =8.8 (mm) ( Lo’= 2*29.6*8.8=520(mm) ( L2 =73.6 (mm) ( 2L1 =3*t 3*8.8 =26.4(mm) ( L3 =L4 –2*hmin tg( =150-260*0.07 = 66 với tg( = tg(4o) =0.07 hmin = 260, là khoảng cách tối đa cho phép giữa ròng rọc và tang Vậy ( L’ = 520+73.6 +26.4 +66 = 668 (mm) + Kiểm tra sức bền tang theo công thức: (n =
( [(n] Với : ( Bề dày tang ( =0.02 Dt + (6…..10) = 15(mm). ( t = 8.8 : bước cáp ( (: hệ số giản ứng suất ( = 1.08 : đối với tang bằng gang. ( K= 1: hệ số phụ thuộc số lớp cáp cuốn lên tang. ( [( n] = 565 N/mm2 vơí vật liệu đúc tang là gang. ( Tang bằng gang có (bn = 565 N/mm2 ( [( n] =
= 113 N/mm2 ( n = 51.6N/mm2 ( ( n ( [( n] Vậy đủ bền. Chọn khớp nối trục vòng đàn hồi : Khi mở máy: Mmax =2.2 Mdn Với : ( Mdn =
( Mmax=
= 153 (Nm). Để an toàn khi nâng vật: Thì : Mmax’= Mmax*K1 *K2 Với K1 = 1.3 ( hệ số an toàn) K2 = 1.2 ( hệ số an toàn) ( Mmax=153*1.3*1.2 =238 (Nm). Vậy ta chọn khớp nối theo tiêu chuẩn. Với số liệu sau M(nm)  d  D  L  D0  B  dc  l6  M  D3  L8  GD2  nmax    240  24  140  165  100  2  14  33   27  28  0.55  4000    Điều kiện bền dập của khớp vòng đàn hồi: (d=
({(d} = (2...4) MPA Với: K=1.2, hệ xố điều kiện làm việc ( (d = 0.53 (MPA) ({(d}. vậy đủ bền Điều kiện làm việc của chốt: Theo công thức: (u =
( {(u} = 60....80 (MPA). Với : ( K1= 1.2 lo=
=
với L2 = 2 *L6 = 66 L1 = L2 –B = 66-2 = 64 ( Vậy (u = 18 ( {(u} Vậy đủ bền 5) Khớp xích con lăn: Mômen do vật gây ra trên tang Mt =
Với : + Smax = 6313 (N), lực căng trên nhánh dây nâng vật ( Do= Dt +Dc = 250 + 8 = 258 (mm). b) để an toàn khi nâng vật: Mt’= Mt *K1 *K2 = 2539 (Nm). Với + K1 =1.3, K1, là hệ số an toàn + K2 = 1.2, K2 , là hệ số an toàn Vậy ta chọn khớp nối xích con lăn theo bảng sau: M  nmax  d  L  D  khe hở lắp nghép c  dc  khoảng cáhc giữa hai má  t  Z  Q(KN)  GD2   3000  700  90  270  280  2  52  31  50.8  12  160  8.9   c)Kiểm nghiệm theo hệ số an toàn S =
( {S} Q: tải trọng phá hỏng Ft : lực vòng ( Ft =

( Do =
=196.3(mm)
. + k=0.2 ( Mt’ = 2539 (Nm) ( {S} = 7, hệ số an toàn ( n3 = 30.88 (vong /phut) ( S = 20.6 > {S} Vậy đủ bền. 6) Chọn động cơ điện: + Công thức tĩnh khi nâng vật : Nlv =
=
= 5.2(KW) + Công suất tương đương: Ntd =
=
= 4.25 (KW) + Hiệu suất của bộ truyền : (( = (p . (t . (0l4.(K.((mscn.(mscc =0.776 Với: ( (p = 0.99 : hiệu suất palăng ( (t = 0.96 : hiệu suất tang ( (0l = 0.99 : hiệu suất ổ lăn + (k = 0.99 :hiệu suất khớp + ( mscn = 0.96:hiệu suất bộ truyền cấp nhanh + (mscc = 0.98 :hiệu suất bộ truyền cấp chậm + Công suất cần thiết trên trục động cơ: Nct =
= 5.48 (kw) Chọn động cơ điện xoay chiều ba pha, số hiệu 4A1326Y3 ( Công suất: p = 5.5 ( KW) ( Tốc độ danh nghĩa: n = 960 (vòng/ phút) ( Hệ số quá tải :
=2.2 II. Phân phối Tỷ số truyền chung: a) Tỷ số truyền chung Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang: i0 =
= 960/30.8 = 31.1 Với: nt là Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước nt =
= 30.8 (vòng/phút) Theo ( 3.12)-[1], ta có: ub r 1 = 0.7332 u 0.6438 = 6.7 Tỷ số truyền cấp thứ hai là : ub r 2 = 31.1/6.7 = 4.64 Vậy: ( Tỷ số tuyền bánh răng cấp nhanh u1 =6.7. ( Tỷ số truyền bánh răng cấp chậm u2 =4.46 ( Tỷ số truyền chung la : uo = 31.1. b) Số vòng quay trên mỗi trục: ( nI = nD C = 960 (vòng / phút). ( nII = nI/ u 1 = 143.28 (vòng / phút). ( nIII = n2 /u2 = 30.88 (vòng / phút). Từ đó ta có : BẢNG PHÂN BỐ TỈ SỐ TRUYỀN Trục Thông số  I  II  III   Số vòng quay (vòng/phút)  960  143.8  30.88   Tỉ số truyền  6.7  4.64   Công suất trên trục(KW)  4.98  4.65  4.42   Mô men xoắn T(Nmm)  48645  309935  1366936   PHẦN V TÍNH TOÁN TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Chọn vật liệu: Ta chọn vật liệu cặp bánh răng này vật liệu như nhau, bảng ( 6-1)-[1]. ( Bánh răng nhỏ thép 45, tôi cải thiện có độ rắn HB1 = 241.. 285 có (b1 = 850 Mpa; (ch1 = 850 Mpa. ( Bánh lớn thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB2 = 192…240 có
= 730 Mpa;
= 430 Mpa II) Ứng suất cho phép : a). ứng suất tiếp xúc cho phép HB = 180 ...350.
= 2 HB + 70 ; S z = 1.1 : hệ số an toàn (Flim = 1.8HB ; SF = 1.75 :hệ số an toàn Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HB1 = 245 Chọn độ rắn bánh răng lớn HB2 = 230 khi đó : (H lim1 = 2HB1 +70 =560 MPA (Flim1 = 1.8HB2 =441 MPA (H lìm2 = 414 MPA ( Flim2 =470 MPA + Hệ số tuổi thọ KHL =
Với HB ( 350 ( mH = 6 (mH : bậc của đường cong mỏi). ( NHO : số chu kì thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc NHO = 30
= 30* 2302.4 = 1.4 107 ( Thời gian làm việc tính bằng giờ T( =21*365*A**Kn*Kng Trong đó A = 10 năm Kn = 0.5 : hệ số tuổi thọ Kng = 0.67 : hệ số sử dụng theo ngày ( T( = 29346 (giờ) ( Theo (6-7)-[1], ta có : NHE =60*c*((Ti/Tmax)3*ni*ti C = 1, Cặp bánh răng ăn khớp ni : Vận tốc làm việc của trục thứ i ti : Thời gian làm việc trong một chu kỳ Ti: Mômen xoắn thứ i trong một chu kỳ Tmax : Mômen lớn nhất trong một chu kỳ Vậy: NHE = 60*1*143.28*29346(12*0.6+0.53 *0.2 +0.33*0.2) =15.9 107 ( NHE1 > NHO1 ( ta chọn NHE 1 =1 Tương tự ta có: ( NHE2 >NHO2 ( KHL2 = 1 Như vậy theo (6- 2)[1], ta xác địng sơ bộ {(H} = (Hlim .KHL/SH ({(H1} = 560/1.1 = 509 (Mpa) ( {(H2} = 470/1.1 = 445 (MPa) Vì đây là cặp bánh răng trụ răng thẳng nên ứng suất tiếp xúc cho phép là: {(H} = min({(H1} ; {(H2}) = 445 MPa b) Ứng suất uốn khi quá tải (f =(Flim .KHL.KFC/SF Theo (6-7)-[1], ta có: NFE = 60 . C .
.ni . ti Trong đó: ni : Vận tốc làm việc của trục thứ i ti : Thời gian làm việc trong một chu kỳ Ti: Mômen xoắn thứ i trong một chu kỳ Tmax : Mômen lớn nhất trong một chu ky mF = 6 ( NFÉ1 = 60*1*29346*143.28(16*0.6+0.56*0.2+0.36*0.2) =15.9 107 với NFE1 > NFeo; ta chọn KFL1 = 1 Tương tự ta có : NFE2 > NFEo ta chọn KFL2 = 1 Theo (6-2a) –[1], Với bộ truyền quay hai chiều chọn KFC = 0.8 Vậy với các số liệu như trên ta tính được : {(F1} = 201.6 MPa {(F2} = 189.1 MPa c) Ứng suất uốn khi quá tải
= 2,8 .
= 2,8 . 450 = 1260 Mpa
= 0,8 .
= 0,8 . 580 = 464 Mpa
= 0,8 .
= 0,8 . 450 = 360 Mpa III) xác định những thông số cơ bản của bộ truyền 1) Tính toán bộ tryền bánh răng cấp nhanh a) Khoảng cách trục: aw= k*a*(u1+1)3

( Ka = 49.5: Hệ số phụ thuộc vật liệu làm bánh răng trụrăng thẳng (thép – thép).