Đồ án Thiết kế một cơ cấu nâng có tải trọng 40000N với vận tốc 30m/phút

LỜI NÓI ĐẦU Trong nhiều thế kỷ qua, từ khi con người còn lạc hậu cho đến thời 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 ra đời với nhiều mục đích khác nhau . Các thiết bị này được chia làm hai nhóm chính: máy trục chủ yếu phục vụ vận chuyển các vật nặng thể khối; máy vận 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 thiếât 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 TKHT Truyền Động Cơ Khí, nhóm chúng em được giao nhiệm vụ thiết kế một cơ cấu nâng có tải trọng 40000N với vận tốc 30m/phút 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 TUẤN KIỆT, các quý thầy, quý cô trong các bộ môn Thiết kế máy đã tận tình, hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án. Nhóm thực hiện đồ án. TRƯƠNG VĨNH PHÚC, ĐÀO HỒNG SƠN PHẦN I – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ I. PHƯƠNG ÁN 1 Hộp giảm tốc khai triển sử dụng bộ truyền ngoài xích Ưu điểm: Kết cấu đơn giản.Sử dụng truyền xích thì không có hiện tượng trượt khi truyển động hiệu xuất cao hơn so với truyền đai, không đòi hỏi phải căng xích ,có thể làm việc khi có tải đột ngột.Kích thước nhỏ gọn hơn bộ truỵền đai nếu có cùng công suất .Tỉ số truyền của hộp giảm tốc từ 8 -40 .Có nhều ưu điểm nên ngày nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi Nhược điểm : Bánh răng bố trí không đối xứng trên trục nên tải trọng phân bố không đều trên các ổ .kích thước thường to hơn các loại hộp giảm tốc khác khi thực hiện cùg chức năng.Mắt xích dễ bị mòn,gây tải trọng động phụ,ồn khi làm việc II. PHƯƠNG ÁN 2 Hộp giảm tốc khai triển bộ truyền ngoài là đai Ưu điểm:kết cấu đơn giản Xử dụng truyền đai nên co thểâ giữ động cơ xa hộp giảm tốc, làm việc êm không ồn ,có thể truyền với vận tốc lớn .Kết cấu vận hành đơn giản Tỉ số truyền của hộp giảm tốc từ 8 -40 . Nhược điểm :Tải trọng phân bố không đều trên trục.Kích thước bộ truyền lớn,tỉ số truyền khi làm việc dễ bị thay đổi,tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn tuổi thọ thấp III. PHƯƠNG ÁN 3 Hộp giảm tớc hai cấp đồng trục sử dụng bộ truyền ngoài là đai Ưu điểm:Tải trọng phân bố đều trên các trục, bánh răng bố trí đối xứng nên sự tập trung ưng xuất ít ,mômen xoắn tại các tiết diện nguy hiểm giảm còn một nửa Kích thước chiều dài giảmtrọng lượng cũng giảm.Sử dụng truyền xich nên không có hiện tượng trượt như truyền đai ,hiệu suất cao Nhược điểm : Có bề rộng lớn ,cấu tạo các bộ phận phức tạp,số lượng chi tiết tăng.Khả năng tải cấp nhanh chưa dùng hết,có ổ đỡ bên trong vỏ hộp,trục trung gian lớn.Mắt xích dễ bị mòn và ồn khi làm việc . IV. PHƯƠNG ÁN 4 Hộp giảm tốc hai cấp đồng trục sử dụng bộ truyền ngoài xích Ưu điểm :Kích thước chiều dài nhỏ,giảm được trọng lượng của hộp giảm tốc.Làm việc êm không ồn Nhược điểm :Khả năng tải nhanh chưa dùng hết,hạn chế chọn phương án ,kêt cấu ổ phức tạp có ổ đỡ bên trong vỏ hộp,khó bôi trơn,kích thươc chiều rộng hộp giảm tốc lớn.Có thể trượt do truyền động bằng đai ,tỉ số truỵền thay đổi . V. PHƯƠNG ÁN 5 Hộp giảm tốc hai cấp phân đôi sử dụg bộ truyền ngoài la øxích Ưu điểm: Tải trọng phân bố đều,sử dũng hết khả năng tải ,bánh răng bố trí đối xứng nen sự tập trung úng suất giảm momen xoắn trên các trục trung gian giảm.Không có hiện tượng trươt như truyền đai Nhược điểm : Có bề rộng lớn cấu tạo các bộ phận phức tạp,số lượng các chi tiết và khối lượng gia công tăng.Làm việc ồn do có truyền động bằng xích,mắt xích dễ bị mòn . VI. PHƯƠNG ÁN 6 Hộp giảm tốc hai cấp phân đôi sử dụng bộ truyền ngoài là đai Ưu điểm:Tải trọng phân bố đều trên các trục ,bánh răng bố trí đối xứng nên sự tập trung ứng suất ít ,mômen xoằn tại các tiết diễn nguy hiểm giảm làm viện không ồn có thể truyền vận tốc lớn . Nhược điểm : Có bề rộng hộp giảm tốc lớn,cấu tạo phức tạp,số lượng chitiết tăng. Dễ bị trượt do truyền động bằng đai nên tỉ số truyền thay đổi,tuổi thọ thấp VII. PHƯƠNG ÁN 7 Hộp giảm tốc hai cấp sử bánh rămg côn trụ sử dụng truyền ngoài là đai Ưu điểm:Truyền được momen xoắn vàchuyển động quay giữa các trục giao nhau.Sử dụng bộ truyền ngoài bằng đai nên làm việc êm hơn .Với tỉ số truyền của hộp giảm tốc là 8 -15 . Nhược điểm : Giá thành chế tạo đắt ,lắp ghép khó khăn,khối lượng và kích thước lớn hơn so với việc sử dụng bánh răng trụ . VIII. PHƯƠNG ÁN 8 Hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn trụ sử dụng bộ truyền ngoài xích Ưu điểm:Truyền được momen xoắn vàchuyển động quay giữa các trục giao nhau .Có truyền động bằng xích nên tỉ số truyền cao hơn truyền động bằng đai và có thể làm việc được khi có quá tải .Tỉ số truyền của hộp giam3 tốc từ 8-15 Nhược điểm : Giá thành chế tạo đắt ,lắp ghép khó khăn,khối lượng và kích thước lớn hơn so với việc sử dụng bánh răng tru ï .Sử dụng truyền xích nên mắt xích dể bị mòn ,ồn khi làm việc . Qua phân tích phương án được chọn để thiết kế cơ cấu nâng trong trường hợp náy là hộp giảm tốc khai triển hai cấp với bộ truyền ngoài là đai (phương án hai). PHẦN II – TÍNH CÁC BỘ PHẬN NGOÀI HỘP GIẢM TỐC Số liệu ban đầu: Q = 4 tấn = 40000N Trọng lượng bộ phận mang Qm = 2100N Chiều cao nâng H = 12m Vận tốc nâng vn = 30 m/ph Cường độ làm việc – trung bình Sơ đồ của cơ cấu Chọn lại dây Palăng giảm lực Sơ đồ của palăng Bột suất a = 2 Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cuốn lên tang. Theo (2-19) Smax = = 10632N Qo = Q + Qm = 40000 + 2100 = 42100N l = 0,98 – Hiệu suất 1 ròng rọc với đường kính ròng rọc đặt trên ổ lăn, bôi trơn tốt = mỡ (bảng 2-5) t = 0 vì dây cuốn trực tiếp lên tang, không qua các ròng rọc đổi hướng. m = 2 là số nhánh dây cuốn lên tang Hiệu suất của palăng xác định theo công thức (2-21) hp = = 0,99 Kích thước dây Kích thước dây cáp được chọn theo công thức (2-10) Sn= smax.k = 10632 . 5,5 = 58476N k = 5,5 (bảng 2-2) Từ số liệu trên ta chọn đường kính cáp là 11,5mm với lực kéo đứt là Tính các kích thước cơ bản của tang và ròng rọc Đường kính nhỏ nhất cho phép đối với tang và ròng rọc xác định theo công thức (2-12) Dt ≥ dc (e-1) = 276mm e = 25 (bảng 2-4) Chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau Dt = Dr = 280mm Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ hơn 20% với ròng rọc làm việc. Dc = 0,8Dr = 0,8 . 280 = 224mm Lấy Dc = 240mm Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức (2-14) đối với trường hợp palăng kép. L’ = Chiều dài 1 nhánh cáp cuốn lên tang l = H.a = 12.2 = 24m Số vòng cáp phải cuốn ở 1 nhánh Z = = 2 – số vòng dự trữ ho sử dụng đến (³ 1,5) Vậy chiều dài phần cắt ren của tang = 2Zt = 870mm Vì ta dùng tang cắt rãnh: t = dc + (2÷3 )(sách KTNN trang 62). Chọn t = 11,5 + 3,5 = 15mm L1 là phần tang để cặp đầu cáp, nếu dùng phương pháp cặp thông thường thì phải cắt thêm khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa, do đó L1 = 3.15 = 45mm Vì tang đã được cắt rãnh, cáp cuốn 1 lớp, nên không cần phải làm thành bên, tuy nhiên ở hai đầu tang trước khi vào phần cắt rãnh ta để lại 1 khoảng L2 = 20mm. L3 là khoảng cách giữa hai nữa cắt rãnh. L3 = L4 – 2hmintga » 110mm Dựa vào các kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ: L4 = 220mm là khoảng cách giữa 2 ròng rọc ở ổ treo móc hmin » 800mm – khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục ròng rọc ổ treo móc. Tga » 0,07, với a là góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với phương thẳng đứng. Vậy chiều dài toàn bộ của tang sẽ bằng: L’ = 870 = 2,45 + 2,20 + 110 = 1110mm Về dày thành tang xác định theo kinh nghiệm d = 0,02Dt + (6 ÷ 10) » 12mm Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2-15) sn = » 48 N/mm2 k – Hệ số Ỵ số lớp cuốn lên tang, vì tang cuốn 1 lớp nên lấy k = 1 j - hệ số giảm ứng suất, vì tang làm bằng gang nên lấy j = 0,8 Tang được đúc bằng gang C415-32 là loại vật liệu phổ biến, có giới hạn bền nén là sbn = 565N/mm2. Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k = 5. |s| = Vậy sn < |s| Chọn động cơ điện Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức (2-78) N = Hiệu suất của cơ cấu h = hp.ht.hk. = 0,82 hp = 0,99 đã tính ở trên ht = 0,96 – Hiệu suất của tang (bảng 1-9) hk = 0,99 – Hiệu suất của nối trục di động (khớp răng có đầy dầu bôi trơn) (TL (1) p.15) hol = 0,99 – Hiệu suất 1 cặp ổ lăn hbr = 0,97 – Hiệu suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc hđ = 0,95 – Hiệu suất bộ truyền đai Từ kết quả trên, chọn động cơ 4A180M4Y3 có công suất 30kW, vận tốc quay 1470vg/ph, hiệu suất h = 91%. Tỉ số truyền chung. Tỷ số truyền chung từ trục động có đến trục tang xác định theo công thức (3-15) io = Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước nt = Phân phối tỷ số truyền ut = un.uh un - Tỉ số truyền của bộ truyền đai, ta chọn uđ = 2,8 (đai thang thường) uh – Tỉ số truyền của hộp giảm tốc, uh = Chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp Uh = u1.u2 = 3,30 x 2,42 (chọn theo bảng 3.1 trang 43 sách TTTKHDĐCK1) Phân phối công suất trên các trục Công suất trên trục tang quay Plv = P3 = Plv / ht = 22,15kW P2 = P3 / (hol.hbr) = 23,06kW P1 = P2 / (hol.nbr) = 24,02kW n1 = nđc / uđ = 1470 / 2,8 = 525 vg/ph n2 = n1 / u1 = 525 / 3,3 = 159 vg/ph n3 = n2 / u2 = 159 / 2,42 = 66 vg/ph Tính phanh Để phanh được nhỏ gọn, ta sẽ đặt phanh ở trục thứ nhất, tức là trục động cơ. Mômen phanh xác định theo công thức (3-14) Mph = h - Hệ số an toàn phanh, lấy n = 1,75 ứng với cường độ làm việc trung bình. Do – Đường kính tang tính đến tâm dây cáp, Do = 0,28 + 0,0115 = 0,2915 PHẦN III – CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN I. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.3 TÍNH TRỤC 2.3.1 Xác định các thơng số cơ bản của trục a) Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 cĩ = 600MPa , ứng suất xoắn cho phép = 20MPa . b) Xác định sơ bộ đường kính trục : Suy ra = 50mm , = 70mm , = 95mm c) Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực Chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn theo đường kính trục : = 27 ; = 35 ; = 45 . Chiều dài mayơ bánh đai : = 1,5= = 75mm ; = 1,5== 105mm; = 1,5=145mm; = 1,8=170mm; Theo bảng 10.3 chọn : = 15 là khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay ; = 15 là khỏang cách từ mặt cạnh của ổ đến thành trong của hộp ; = 15 là khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ ; = 20 là chiều cao nắp ổ và đầu bulơng . Theo bảng 10.4 tính được : = -90mm ; = 100mm ; = 220mm; = 140mm ; = = 100mm ; = = 220mm ; 320mm; d) Xác định trị số và chiều của các lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục : * Đối với trục 1 : Lực tác dụng lên trục một bao gồm lực căng của bộ truyền đai và lực của bánh răng 13 . TÍNH TOÁN VÀ CHỌN VỎ HỘP Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và các bộ phận của máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đế, đựng dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết tránh bụi . Vật liệu là gang xám GX15-32 . Chọn bề mặt lắp ghép giữa nắp hộp và thân hộp đi qua các trục để lắp các chi tiết thuận tiện và dễ dàng hơn . Bề mặt lắp nắp và thân được cạo sạch hoặc mài, để lắp sít, khi lắp có một lớp sơn lỏng hoặc sơn đặt biệt. Mặt đáy lỗ dốc về phía lỗ tháo dầu với độ dốc từ 10...30, và ngay tại chỗ tháo dầu lõm xuống . Kết cấu hộp giảm tốc đúc, với các kích thướt cơ bản như sau: - Chiều dày thân hộp : = 0,03.320 + 3 = 13 mm - Chiều dày nắp hộp : = = 13 mm - Gân tăng cứng : + Chiều dày e = 0,8. = 10 mm . + Chiều cao h = 46 mm . + Độ dốc khoảng 2˜º - Đường kính bulông nền : d1 = 24 mm . - Đường kính bulông cạnh ổ : d2 = 16 mm . - Đường kính bulông ghép bích nắp và thân : d3 = 12 mm . - Đường kính vít ghép nắp ổ : d4 = 10 mm . - Đường kính vít ghép nắp cửa thăm : d5 = 8 mm . - Mặt bích ghép nắp và thân : + Chiều dày bích thân hộp : S3 = 24 mm . + Chiều dày bích nắp hộp : S4 = 22 mm . + Bề rộng bích nắp và thân : K3 = 46 mm . - Kích thước gối trục : + Đường kính ngoài và tâm lỗ vít ổ 1: D3 = 160 mm ; D2 = 130 mm + Đường kính ngoài và tâm lỗ vít ổ 2: D3 = 170 mm ; D2 = 140 mm + Đường kính ngoài và tâm lỗ vít ổ 3: D3 = 205 mm ; D2 = 175 mm + Tâm lỗ bulông cạnh ổ : E2 = 1,6.d2 = 26 mm ; R2 = 1,3d2 = 20 mm . + Chiều cao : h = 40 mm . + Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ : K2 = 48 mm. - Mặt đế hộp : + Chiều dày (khi không có phần lồi) S1 = 34 mm + Bề rộng mặt đế hộp : K1 = 70 mm , q = 100 mm Khe hở giữa các chi tiết + Giữa bánh răng với thành trong của hộp := 15 mm + Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp = 50 mm + Giữa mặt bên các bánh răng với nhau : 15 mm - Số lượng bulông nền : bulông