Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động kiểu quay vòng tầng lập quy trình công nghệ chế tạo chi tiết tiêu biểu

PHẦN II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG XOAY VÒNG TẦNG Chương 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG CHÍNH. -----o0o----- Sơ đồ dẫn động. a, Sơ đồ dẫn động: Hình 1.1: Sơ đồ dẫn động 1 - động cơ điện, 2 - khớp nối, 3 - hộp giảm tốc trục vít bánh vít, 4 - đĩa xích , 5 - ổ bi đỡ. b, Nguyên lý hoạt động: Động cơ điện 1 truyền momen xoắn đến hộp giảm tốc trục vít bánh vít 3 qua các khớp nối 2 và trục truyền động, qua hộp giảm tốc momen được truyền đến trục đĩa xích chủ động làm đĩa xích quay, kéo thanh dẫn hướng cố định trên xích di chuyển. Pallet đặt trên thanh dẫn hướng, pallet di chuyển dẫn đến oto cũng được nâng lên hay hạ xuống theo từng chu trình hoạt động của hệ thống. Các thao tác nâng và di chuyển được phối hợp nhịp nhàng nhờ vào các cảm biến hành trình, khi xe đến đúng vị trí các cảm biến sẽ bao tín hiệu về bộ lập trình PLC ngắt điện nguồn động cơ. Điều khiển bằng bọ lập trình PLC nên hệ thống đạt độ chính xác rất cao. 1.2. Các thông số cơ bản của cơ cấu. Trọng lượng pallet: Go = 600 kg = 6000 N; Trọng lượng vật nâng: Q = 2600 kg = 26000 N; Tốc độ di chuyển: vn = 14 m/phút; Chiều cao nâng: H = 15 m; Chế độ làm việc của cơ cấu M6 (trung bình); 1.3. Chọn động cơ điện. Hình 1.2: Động cơ – hộp giảm tốc Công suất tính khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức:(2-78), N = Với h = hp . h0 = 0,96. 0,92 = 0,88 hiệu suất cơ cấu. hp: hiệu suất bộ truyền xích hx = 0,96 h0: hiệu suất của bộ truyền gồm hộp giảm tốc và khớp nối h0 = 0,92 Tương ứng với chế độ làm việc ta chọn mỗi động cơ MTF K311- 6 có công suất 11 Kw, bảng (P1.8) [06]. N = 11kW, n = 910v/ph, cos j = 0,76 ; mđ/c = 170 kg, GDr = 0.90kG/m2, Mmax = 390 Nm, Mkđ = 380 Nm Số vòng quay đĩa xích để đảm bảo tốc độ nâng cho trước: n1 = Tỉ Số truyền của hộp giảm tốc i0 = Dựa vào tỉ số truyền ta chọn hộp giảm tốc trục vít bánh vít, theo tài liệu [12] hộp giảm tốc có thông số kỹ thuật như sau: Công suất trên trục ra 3,68 kW, n = 1000v/p, h = 0,74, tỷ số truyền 51, trọng lượng 200 kG, 1.4. Chọn loại xích: Trong bộ truyền xích thường dùng xích con lăn hoặc xích răng . Trong đó xích ống con lăn được dùng phổ biến hơn. Xích con răng chế tạo phức tạp hơn và giá đắt hơn xích ống con lăn . Chỉ nên dùng xích răng khi vận tốc của bộ truyền trên 10 m/s và có yêu cầu làm việc êm , không ồn. Đối với bộ truyền xích của thang nâng chọn xích ống con lăn một dãy . Loại xích này phù hợp với vận tốc của thang nâng và có tính kinh tế cao. 1.5 Xác định lực kéo căng xích cực đại. Lực căng cực đại của xích N Trong đó : Q - tải trọng nâng; Lực kéo đứt xích; Trong đó : Sđ - lực kéo đứt xích, N; Smax - lực căng xích cực đại, N; nx = 8÷10 - hệ số an toàn của xích; N Từ lực kéo đứt xích (bảng 6-1), [02] chọn xích ống con lăn một dãy với các thông số Bước xích t C D l1 b d l Diện tích bản lề m2 Tải trọng phá hỏng (N) Khối lượng 1m xích (kg) 38.1 25.4 22.3 56.9 36.10 11.12 35.46 394.3 100000 5.5 1.6. Xác định kích thước cơ bản của đĩa xích * Định số răng của đĩa xích. Số răng của đĩa xích càng ít thì xích càng bị nhanh mòn va đập của mắt xích vào răng càng tăng và xích làm việc càng ồn . Do đó cần hạn chế số răng nhỏ nhất .Chọn đĩa xích có số răng Z = 19. * Tính đường kính vòng chia của đĩa xích . Đường kính vòng chia của đĩa dẫn & bị dẫn mm * Chiều dài của dải xích : L = dc + 15820 = 3.14*232 + 15820 = 16548.48 mm * Số mắt xích : Trong đó: A - khoảng cách trục ( A =7910 mm) t – Bước xích mắt xích Hình 1.3: Đĩa xích chủ động 1.7. Thiết kế trục đĩa xích. Trục xích là trục mà trên đó có lắp 2 đĩa xích của bộ truyền xích của cơ cấu nâng . Trục truyền momen xoắn từ động cơ điện thông qua hộp giảm tốc đến các đĩa xích .Đòi hỏi trục có độ bền và độ cứng vững khi cơ cấu nâng của hệ thống hoạt động. 1.7.1 Chọn vật liệu chế tạo trục đĩa xích: Vật liệu làm trục là thép 45. 1.7.2 Xây dựng sơ đồ tính trục đĩa xích: Xác định các lực tác dụng lên trục. Lực vòng P = Pxích = Smax = 8000 N Trong đó : Pr lực hướng tâm; a = 200 - góc ăn khớp; Pr = 8000.tg200 = 2911 N; Hình 1.4: Sơ đồ tính trục xích Xác định các phản lực tại các gối đỡ. Phương trình cân bằng tại A theo y : Phương trình cân bằng tại A theo x : Biểu đồ nội lực tại đĩa xích: Hình 1.5: Biểu đồ nội lực 1.7.3 Tính sơ bộ trục. Xác định sơ bộ đường kính trục a, Tính gần đúng trục: Xác định đường kính trục: Momen uốn tương đương tại tiết diện nguy hiểm: Nmm Momen tương đương tại tiết diện nguy hiểm: Nmm Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm được tính theo công thức -ứng suất cho phép .Với thép 45, N/mm2,theo bảng (7-2), [02] Chọn đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm theo tiêu chuẩn d1=80mm, đường kính tại ổ đỡ và khớp nối là d2= 70mm, d3=65mm, d4=85mm. Chọn then: ta chọn then bằng theo TCVN 150 – 64 bảng (7 – 23), [02]. Tại mối ghép trục cĩ đường kính d1=80mm, then có các thông số sau: b = 24; h = 14; t = 7; k = 8.7; r = 0,5. Tại mối ghép trục có đường kính d4=65mm then có các thông số sau: b = 20; h = 12; t = 6; k = 7.4; r = 0,5 Đường kính ngõng trục lấy 85 mm Hình 1.6: Trục xích chủ động b, Kiểm nghiệm an toàn của trục: Kiểm nghiệm an toàn trục tại tiết diện nguy hiểm theo công thức (7-5), [5]. Trong đó: - Hệ số tập trung ứng suất thực tế ở chỗ có rãnh then: ks = 1.63, kt = 1.5 Bảng (7-8), [02]; - Hệ số kích thước lấy: äs = 0.74, äT = 0.62 Bảng (7-4), [02] - ks - ứng suất tập trung ở chỗ cung lượn của trục, ks = 2.5, kt = 1.52 theo bảng 7-6, [02]; - Hệ số chất lượng bề mặt: b = 1.5 theo bảng (7-5), [02]; - Giới hạn bền của vật liệu: sb = 600 N/mm2 Bảng (7-6), [02]; - Ứng suất trung bình: sm = 0 theo công thức (7-6), [02]; sa Ứng suất uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm theo công thức (7-6), [02]; Trong đó: W là momen cản uốn theo bảng (7-3), [02] ta có: mm3 mm3 s-1 –gới hạn mỏi : Nmm2; t-1 –gới hạn mỏi : Nmm2; Hệ số an toàn cho phép [n] thường lấy bằng 1.5 ÷ 2.5. Vậy trục đủ bền. 1.8. Tính trục truyền động từ động cơ điện đến hộp giảm tốc. Trục truyền động là trục truyền momen xoắn từ động cơ đến hộp giảm tốc 1.8.1. Chọn vật liệu chế tạo trục. Vật liệu chế tạo trục là thép 45. 1.8.2. Xây dựng sơ đồ tính: Chọn sơ bộ đường kính trục thông số cơ bản của động cơ điện của cơ cấu nâng N = 11kW, n = 910v/ph, cos j = 0,76 ; mđ/c = 170 kg, GDr = 0.90kG/m2, Mmax = 390 Nm, Mkđ = 380 Nm. Hình 1.7: Sơ đồ tính trục truyền động 1 – momen truyền động của động cơ điện; 2 – gối đỡ trục; 3 – trục truyền động. Theo biểu đồ momen xoắn ngoại lực Mzmax = 390 Nm. Tra bảng (4-5), [02]. Ưùng suất tiếp cho phép của thép 45 với vận tốc v ≤ 0.5m/s là: [t] = 110 N/mm2 Đường kính ngoài trục truyền động được xác định theo công thức (5-20), [04] Vậy chọn trục truyền động có đường kính D = 40mm. 1.8.3. Kiểm tra độ bền của trục: Kiểm nghiệm trục theo điều kiện ứng suất tiếp công thức (5-19), [04] Trong đó: Mz: momen xoắn tại tiết diện nguy hiểm; Wp = : momen chống xoắn mặt cắt ngang; Jp = : momen quán tính cực đại của mặt cắt lấy đối với tâm mặt cắt; Vậy trục đủ bền. 1.9. Tính trục truyền động từ hộp giảm tốc đến khớp nối trục đĩa xích. 1.9.1. Chọn vật liệu chế tạo trục. Vật liệu chế tạo trục là thép 45. 1.9.2. Xây dựng sơ đồ tính: Chọn sơ bộ đường kính trục Hình 1.8: Sơ đồ tính trục truyền động 1 – momen truyền động của động cơ điện; 2 – gối đỡ trục; 3 – trục truyền động. Theo biểu đồ momen xoắn ngoại lực Mzmax = 2415000Nmm. Tra bảng (4-5), [02]. Ưùng suất tiếp cho phép của thép 45, với v≤ 0.25 m/s là: [t] = 170 N/mm2 Đường kính ngoài trục truyền động được xác định theo công thức (5-20),[04] Vậy chọn trục truyền động có đường kính D = 70mm 1.9.3. Kiểm tra độ bền của trục: Kiểm nghiệm trục theo điều kiện ứng suất tiếp công thức (5-19), [sức bền vật liệu] Trong đó: Mz - momen xoắn tại tiết diện nguy hiểm; Wp = - momen chống xoắn mặt cắt ngang; Jp = - momen quán tính cực đại của mặt cắt lấy đối với tâm mặt cắt; Vậy trục đủ bền. 1.10. Tính chọn khớp nối. Hình 1.9: Sơ đồ vị trí các khớp nối. 1.10.1. Tại vị trí 3,4,5,6 khớp nối được chọn là khớp nối vòng đàn hồi. a. Tính toán: Khớp nối từ trục động cơ với hộp giảm tốc, khớp nối này được tính theo momen truyền qua khớp Momen xoắn truyền qua nối trục: Momen tính : Mt = Mx*k = 1.25*111 = 140 Nm Trong đó: k= 1,25 Hệ số tải trọng động, (bảng 9-1), [02]; Theo trị số Mt và đường kính trục d = 40mm chọn kích thước nối trục bảng (9-11), [02]. d = 40mm; D = 140mm; do = 28mm; l = 82mm; c = 4mm; Do = D – do - 14 = 98mm. Kích thước chốt: dc = 14mm; lc = 33mm; ren M10; số chốt: z = 6. Kích thước vòng đàn hồi: đường kính ngoài 27mm, chiều dài toàn bộ các vòng lv = 28mm. Chọn vật liệu: nối trục làm bằng gang CU21 – 41; chốt bằng thép 45 thường hóa, vòng đàn hồi bằng cao su: Ưùng suất dập cho phép của vòng cao su [sd] = 2N/mm2 Ưùng suất uốn cho phép của chốt [su] = 60N/mm2 Hình 1.10: Khớp nối vòng đàn hồi b. Kiểm tra khớp: Kiểm nghiệm sức bền dập của vòng cao su, công thức (9-22), [02]; Trong đó: Z - số chốt; D0 - đường kính vòng tròn qua tâm các chốt; d0 - đường kính lỗ lắp chốt bọc vòng đàn hồi; dc - đường kính chốt; lv - chiều dài toàn bộ của vòng đàn hồi; - ứng suất dập cho phép của vòng cao su, lấy = (2÷3)N/mm2; Kiểm nghiệm sức bền uốn của chốt, công thức (9-23), [5]; Trong đó: lc - chiều dài chốt; - ứng suất uốn cho phép của chốt; 1.10.2. Tại vị trí 1,2,7,8 khớp nối được chọn là nối trục xích. a. Tính toán: Khớp nối từ trục ra của hộp giảm tốc đến trục của đĩa xích, với đường kính d=65mm, tra bảng (16-5), [06]. Khớp răng kiểu M3 và M3II các thông số và kích thước cơ bản. d = 70 mm, [M] = 1400 N.m, D = 210mm, B = 2 mm, L = 180 mm, Q = 160000 N, n = 800 vg/ph. b. Kiểm nghiệm điều kiện: Mt = K*Mx ≤ M Trong đó: ; K = 1,25 Hệ số tải trọng động, bảng (9-1), [02]; 1.11. Tính chọn ổ đỡ Hình 1.11: Vị trí lắp ổ đỡ. Ổ đỡ được chọn là ổ đỡ một dãy là ổ rất rẻ, được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo máy. Dựa vào đường kính của trục ta chọn các loại ổ đỡ, tại các vị trí như sau. Hình 1.12: Ổbi một dãy Các vị trí 5,6,7,8 đường kính trục dt = 40 mm nên chọn ổ UCPE 208 đường kính ngõng trục d = 40 mm, khối lượng m = 2.8 kg, bu lông M14. Các vị trí 1,2,3,4,9,10,11,12 đường kính trục dt = 70 mm nên chọn ổ UCPE 214 đường kính ngõng trục d=70 mm, khối lượng m = 7.6 kg, bu lông M20. 1.12. Tính toán liên kết xích với thanh ray Hình 1.13: Liên kết xích với thanh đỡ Xác định lực tác dụng lên liên kết. Chọn vật liệu chế tạo chốt: Vật liệu làm chốt là thép 40X tôi cải thiện Với:; n- hệ số an toàn n =1.5; Lực tác dụng lên liên kết chính là lực tác dụng lên mỗi sợi xích . P = Smax = Sđứt xích = 8000 N Sơ đồ tính: Hình 1.14: Biểu đồ nội lực Mômen lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm:M = 132000Nmm. Tính bền chốt : Chốt có tiết diện hình tròn được tính bền theo công thức (3-7), [04]: Nmm Trong đó: s - ứng suất pháp , Nmm; t - ứng suất tiếp, Nmm; + Ứng suất pháp xác định theo công thức: N/mm2 Trong đó: M – Momen uốn lớn nhất tại tiết diện nguy hiểm; W – Momen chống uốn tại tiết diện nguy hiểm; mm3 Vậy: N/mm2 + Ứng suất tiếp xác định theo công thức, (6.19), [04]: N/mm2 Trong đó: Q – Lực cắt lớn nhất tại tiết diên nguy hiểm, N; S – Momen tĩnh của ½ mặt cắt đối với trục trung hòa; J – Momen quán tính của tiết diện ngang; R – Bán kính tiết diện tròn; + Xác định momen tĩnh: + Xác định momen quán tính: mm4 N/mm2 Vậy ứng suất tương đương : N/mm2 So sánh ứng suất tương đương và ứng suất cho phép , vậy chốt thỏa điều kiện bền. 1.13. Tính toán thiết bị căng xích. Tính chọn đai ốc: + Lực tác dụng lên thiết bị căng xích chính là lực tác dụng lên mỗi nhánh xích: N. Chọn sơ đồ trạm kéo căng kiểu vít chịu kéo, với tải trọng lên vít là P, ta lấy ren vít theo hệ mét là M có đường kính trong là d = 20mm. Ứng suất kéo tại mặt cắt vít: kG/cm2 Khả năng chịu kéo của bulong được tính theo công thức (3-15), [05] = 4000*2.45 = 9800 daN/ cm2 Trong đó: Athbl: diện tích thực của thân bu lông theo bảng (3-8), [05]. Athbl = 2.45 cm2; Rkbl: cường độ tính toán của vật liệu chế tạo bu lông khi làm việc chịu kéo theo bảng (3-5), [05]. Rkbl = 4000 daN/cm2; Ứng suất đã tính nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép. Số vòng ren vít trong đai ốc = 25 Trong đó: d = 20mm đường kính đỉnh ren; d1 = 16mm đường kính chân ren; p = 40 kG/cm2. Chiều cao cần thiết của đai ốc theo công thức: H = z.s = 25.2,5 = 62 mm. Chọn đai ốc chuyên dùng có chiều cao 65mm.