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

-
-


1
1


-
-




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










PHẦN I – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT
KẾ

I. PHƯƠNG ÁN 1
Hộp giảm tốc khai triển sử dụng bộ truyền ngồi xích


-
-


2
2


-
-




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 nhề
u 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 b
ộ truyền ngồi là đai


-
-


3
3


-
-



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 b
ộ 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 ngồi là đai


-

-


4
4


-
-



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 lớ
n ,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 ngồi xích


-
-


5

5


-
-



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 b
ằng đai ,tỉ số truỵền thay đổi .

V. PHƯƠNG ÁN 5
Hộp giảm tốc hai cấp phân đôi sử dụg bộ truyền ngồi la øxích


-
-


6
6


-
-

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 tă
ng.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 ngồi là đai


-
-


7
7


-
-



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 ngồi là đai



-
-


8
8


-
-



Ưu điểm:Truyền được momen xoắn vàchuyển động quay giữa các trục giao
nhau.Sử dụng bộ truyền ngồi 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. PHƯƠ
NG ÁN 8

Hộp giảm tốc hai cấp bánh răng côn trụ sử dụng bộ truyền ngồi xích




-
-


9
9


-
-



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 ngồi là đai (phương án hai).

PHẦN II – TÍNH CÁC BỘ PHẬN NGỒI HỘP GIẢM TỐC


-
-


1
1
0
0


-
-



Số liệu ban đầu:
Q = 4 tấn = 40000N
Trọng lượng bộ phận mang Q
m
= 2100N

Chiều cao nâng H = 12m
Vận tốc nâng v
n
= 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)
S
max
=
()
()
oo
o
m
Q
λλ−
λ−
1
1
= 10632N
Q
o
= Q + Q

m
= 40000 + 2100 = 42100N
 = 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)

p
=
maxmax
sam
Q
S
S
oo
=
= 0,99

Kích thước dây
Kích thước dây cáp được chọn theo công thức (2-10)
S
n
= s
max
.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)
D
t
≥ d
c
(e-1) = 276mm
e = 25 (bảng 2-4)
Chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau D
t
= D
r
= 280mm


-
-


1
1
1
1


-
-


Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc, có thể chọn đường kính nhỏ

hơn 20% với ròng rọc làm việc.
D
c
= 0,8D
r
= 0,8 . 280 = 224mm
Lấy D
c
= 240mm
Chiều dài tồn bộ của tang xác định theo công thức (2-14) đối với trường hợp
palăng kép.
L’ =
321
'
22 LLLL
o
+++

Chiều dài 1 nhánh cáp cuốn lên tang
l = H.a = 12.2 = 24m
Số vòng cáp phải cuốn ở 1 nhánh
Z =
()
29
'
=+
+π
o
ct
Z

dD
l

'
o
Z
= 2 – số vòng dự trữ h
o
sử dụng đến (≥ 1,5)
Vậy chiều dài phần cắt ren của tang
'
o
L
= 2Zt = 870mm
Vì ta dùng tang cắt rãnh: t = d
c
+ (2÷3 )(sách KTNN trang 62). Chọn t = 11,5 +
3,5 = 15mm
L
1
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
L
1
= 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 L
2
= 20mm.
L

3
là khoảng cách giữa hai nữa cắt rãnh.
L
3
= L
4
– 2h
min
tg ≈ 110mm
Dựa vào các kết cấu đã có, có thể lấy sơ bộ:
L
4
= 220mm là khoảng cách giữa 2 ròng rọc ở ổ treo móc
h
min
≈ 800mm – khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với trục ròng rọc ổ
treo móc.
Tg ≈ 0,07, với  là góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với phương
thẳng đứng.
Vậy chiều dài tồn bộ của tang sẽ bằng:
L’ = 870 = 2,45 + 2,20 + 110 = 1110mm
Về dày thành tang xác định theo kinh nghiệm
 = 0,02D
t
+ (6 ÷ 10) ≈ 12mm
Kiểm tra sức bền của tang theo công thức (2-15)

n
=
t

Sk
δ
ϕ
max
≈ 48 N/mm
2

k – Hệ số ∈ số lớp cuốn lên tang, vì tang cuốn 1 lớp nên lấy k = 1


-
-


1
1
2
2


-
-


 - hệ số giảm ứng suất, vì tang làm bằng gang nên lấy  = 0,8
Tang được đúc bằng gang C415-32 là loại vật liệu phổ biến, có giới hạn bền nén
là 
bn
= 565N/mm
2

. Ứng suất cho phép xác định theo giới hạn bền nén với hệ số an
tồn k = 5.
|| =
2
/113
5
565
mmN
k
bn
==
σ

Vậy 
n
< |
Chọn động cơ điện
Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức (2-78)
N =
kW
vQ
no
67,25
.1000.60
=
η

Hiệu suất của cơ cấu
 = 
p

.
t
.
k
.
ñbrol
ηηη
23


p
= 0,99 đã tính ở trên

t
= 0,96 – Hiệu suất của tang (bảng 1-9)

k
= 0,99 – Hiệu suất của nối trục di động (khớp răng có đầy dầu bôi
trơn) (TL (1) p.15)

ol
= 0,99 – Hiệu suất 1 cặp ổ lăn

br
= 0,97 – Hiệu suất 1 cặp bánh răng trong hộp giảm tốc

ñ
= 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  = 91%.

Tỉ số truyền chung.
Tỷ số truyền chung từ trục động có đến trục tang xác định theo công thức (3-15)
i
o
=
4,22=
t
ñc
n
n

Số vòng quay của tang để đảm bảo vận tốc nâng cho trước
n
t
=
()
phvg
D
av
o
n
/6,65
0115,028,0
2.30
.
=
+π
=
π

Phân phối tỷ số truyền
u
t
= u
n
.u
h
u
n
- Tỉ số truyền của bộ truyền đai, ta chọn u
đ
= 2,8 (đai thang thường)
u
h
– Tỉ số truyền của hộp giảm tốc, u
h
=
8
8,2
4,22
==
ñ
t
u
u

Chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp
U
h

= u
1
.u
2
= 3,30 x 2,42 (chọn theo bảng 3.1 trang 43 sách TTTKHDĐCK1)



-
-


1
1
3
3


-
-


Phân phối công suất trên các trục
Công suất trên trục tang quay
P
lv
=
kW
vQ
p

no
26,21
.1000
.
=
η

P
3
= P
lv
/ 
t
= 22,15kW
P
2
= P
3
/ (
ol
.
br
) = 23,06kW
P
1
= P
2
/ (
ol
.n

br
) = 24,02kW
n
1
= n
ñc
/ u
ñ
= 1470 / 2,8 = 525 vg/ph
n
2
= n
1
/ u
1
= 525 / 3,3 = 159 vg/ph
n
3
= n
2
/ u
2
= 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)
M
ph
=

Nm
au
DnQ
t
oo
197
2
=
η

 - Hệ số an tồn phanh, lấy n = 1,75 ứng với cường độ làm việc trung bình.
D
o
– Đường kính tang tính đến tâm dây cáp, D
o
= 0,28 + 0,0115 = 0,2915






PHẦN III – CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỶ SỐ
TRUYỀN

I. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

-
-


1
1
4
4


-
-

2.3 TÍNH TRỤC
2.3.1 Xác định các thông số cơ bản của trục
a) Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có
b
σ
= 600MPa , ứng suất xoắn cho
phép
[]
τ
= 20MPa .
b) Xác định sơ bộ đường kính trục :

3
/ 0.2[ ]
kk
dT
τ

=
Suy ra
1
d = 50mm ,
2
d = 70mm ,
3
d = 95mm
c) Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực


-
-


1
1
5
5


-
-


Chọn sơ bộ chiều rộng ổ lăn theo đường kính trục :
1o
b
= 27 ;
2o

b
= 35 ;
3o
b
= 45 .
Chiều dài mayơ bánh đai :

12m
l = 1,5
1
d =
22m
l = 75mm ;

22m
l = 1,5
2
d =
23m
l = 105mm;

32m
l
= 1,5
3
d
=145mm;

33m
l

= 1,8
3
d
=170mm;
Theo bảng 10.3 chọn :

1
k = 15 là khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến thành trong của hộp
hoặc khoảng cách giữa các chi tiết quay ;

2
k
= 15 là khỏang cách từ mặt cạnh của ổ đến thành trong của hộp ;

3
k = 15 là khoảng cách từ mặt cạnh của chi tiết quay đến nắp ổ ;

n
h = 20 là chiều cao nắp ổ và đầu bulông .
Theo bảng 10.4 tính được :

12
l
= -90mm ;
22
l
= 100mm ;
23
l
= 220mm;

33
l
= 140mm ;

13
l
=
22
l
= 100mm ;
32
l
=
23
l
= 220mm ;

11 21 31
lll===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 .

-
-


1
1
6
6


-
-














TÍNH TỐN 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 b
ụi .
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 1
0
3
0
, 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 :
δ
= 0,03.320 + 3 = 13 mm


-
-


1
1
7
7

-
-


- Chiều dày nắp hộp :
1
δ
=
δ
= 13 mm
- Gân tăng cứng :
+ Chiều dày e = 0,8.
δ
= 10 mm .
+ Chiều cao h = 46 mm .
+ Độ dốc khoảng 2˜º
- Đường kính bulông nền : d
1
= 24 mm .
- Đường kính bulông cạnh ổ : d
2
= 16 mm .
- Đường kính bulông ghép bích nắp và thân : d
3
= 12 mm .
- Đường kính vít ghép nắp ổ : d
4
= 10 mm .
- Đường kính vít ghép nắp cửa thăm : d
5

= 8 mm .
- Mặt bích ghép nắp và thân :
+ Chiều dày bích thân hộp : S
3
= 24 mm .
+ Chiều dày bích nắp hộp : S
4
= 22 mm .
+ Bề rộng bích nắp và thân : K
3
= 46 mm .
- Kích thước gối trục :
+ Đường kính ngồi và tâm lỗ vít ổ 1: D
3
= 160 mm ; D
2
= 130 mm
+ Đường kính ngồi và tâm lỗ vít ổ 2: D
3
= 170 mm ; D
2
= 140 mm
+ Đường kính ngồi và tâm lỗ vít ổ 3: D
3
= 205 mm ; D
2
= 175 mm

+ Tâm lỗ bulông cạnh ổ : E
2

= 1,6.d
2
= 26 mm ; R2 = 1,3d
2
= 20 mm .
+ Chiều cao : h = 40 mm .
+ Bề rộng mặt ghép bulông cạnh ổ : K
2
= 48 mm.
- Mặt đế hộp :
+ Chiều dày (khi không có phần lồi) S
1
= 34 mm
+ Bề rộng mặt đế hộp : K
1
= 70 mm , q = 100 mm
- Khe hở giữa các chi tiết
+ Giữa bánh răng với thành trong của hộp :
Δ
= 15 mm
+ Giữa đỉnh bánh răng lớn với đáy hộp
1
Δ
= 50 mm
+ Giữa mặt bên các bánh răng với nhau : 15 mm
- Số lượng bulông nền :

( )/ 200 (994 365)/ 250 6ZLB=+ = + ≈
bulông

-
-


1
1
8
8


-
-