thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp để nâng vật có tải trọng 5 tấn

LỜI NÓI ĐẦU
ĐAMH-Kỹ Thuật Nâng Chuyển là môn học tiếp sau của môn Kỹ
Thuật Nâng Chuyển,môn học trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ
bản về thiết kế các loại máy nâng vận chuyển trong công nghiệp và xây
dựng.Môn học là phần kiến thức rất quan trọng đối với sinh viên ngành cơ
giới hoá xí nghiệp. Đó là kiến thức tổng hợp của các môn học : chi tiết
máy,nguyên lý máy,sức bền vật liệu,vẽ kỹ thuật…
Đề Tài Của Đồ Án là thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp để nâng vật
có tải trọng 5 tấn,dùng để nâng chuyển các vật,các chi tiết,phân liệu …
trong nhà xưởng.
Đồ Án giúp sinh viên chọn phương án thiết kế phù hợp nhất cho
từng yêu cầu bài toán.Tính toán thiết kế cụm chi tiết,chi tiết theo các chỉ
tiêu về khả năng làm việc,lắp ghép,phương pháp trình bày bản vẽ,về dung
sai lắp ghép và các số liệu tra cứu.
Do kiến thức hạn chế nên trong quá trình làm đề tài không tránh khỏi
thiếu sót.Mong sự góp ý của thầy cô.
Chúng em rất chân thành cám ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ
môn,sự nhiệt tình giúp đở,hướng dẫn,giải thích của thầy TS Lưu Thanh
Tùng.
TPHCM,ngày 23 tháng 6 năm 2009
Nhóm sinh viên thực hiện Đồ Án
Dư Đăng Quang
Đoàn Hoàng Sanh
Ngô Quý Thành
Bùi Văn Nam

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

MSSV :20601883
MSSV :20602011

MSSV :20602221
MSSV :20601515

1


NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG (DI CHUYỂN XE CON / DI CHUYỂN
CẦU )CỦA CẦU TRỤC HAI DẦM KIỂU HỘP
Đảm bảo yêu cầu về thông số hoạt động và đặc tính kỹ thuật cho
trước:
- kích thước nhỏ gọn phù hợp với không gian làm việc chật hẹp trong
xưởng cơ khí.
- Đảm bảo tính bền ,an toàn kinh tế,dễ dàng vận hành,bảo trì
- Tăng năng suất,giảm nhẹ sức lao đông của công nhân trong việc
vận chuyển phôi.
-Đặc tính kỹ thuật:
+Tải trọng nâng : Q = 5 ( tấn )
+Chiều cao nâng : H = 6 ( mét )
+Tầm rộng : L = 16.5 ( mét )
+Vận tốc nâng : V = 9.3 (mét/phút)
+Vận tốc di chuyển xe lăn : V = 35 (mét/phút)
+Vận tốc di chuyển cầu :
V = 70 (mét/phút)
+Chế độ làm việc trung bình : CĐ = 25 %
4 SV thực hiện bao gồm 4 nhiệm vụ sau :
- Tính toán,thiết kế cơ cấu nâng.
- Tính toán,thiết kế cơ cấu di chuyển xe lăn.
- Tính toán,thiết kế cơ cấu di chuyển cầu dẫn động chung.
- Tính toán,thiết kế cơ cấu di chuyển cầu dẫn động riêng.

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

2


Giới Thiệu Về Cầu Trục Hai Dầm Kiểu
Hộp
Cầu Trục hai dầm được thiết kế để nâng chuyển vật chủ yếu trong các
xưởng cơ khí.
Cầu trục hai dầm có hai loại :kiểu tựa và kiểu treo

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

3


Chúng ta chỉ tính toán thiết kế cầu trục hai dầm kiểu tựa.Vì thế ta tìm
hiểu cấu tạo chung của cầu trục hai dầm kiểu tựa:

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

4


GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

5


Chương II

CƠ CẤU NÂNG

Cơ cấu nâng được phân làm hai loại : dẫn đông băng tay và dẫn đông bằng
điện .
2.1 Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện :gồm hai loại
+ Đặt trên mặt đất : tay quay

+ Đặt trên cao : Đĩa xích và xích kéo .

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

6


2.2 Cơ cấu nâng dẫn động bằng điện :

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

7


Thiết Kế Cầu Trục Hai Dầm Ta Dùng Cơ Cấu

Dẫn Động Bằng Điện.

Cơ cấu nâng 1

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

8


Cơ cấu nâng

Cấu tạo cơ cấu nâng bằng điện :
1
2
3
4

5

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

9


GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

10

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

11


8
5

3

6

7

1
2
5
3
6
4

7

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

12

Trong đó :
1. Hộp giảm tốc :

2. Khớp nối :

3. Đông cơ điện:

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

13

Chapter IV

17


4. Phanh :

5. Tang :

6. Dây :

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

14

7. Cụm móc :

8. Khung Bệ.

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

15


Các Sơ Đồ Nối Đầu Tang Với Hộp Giảm Tốc :
A. Khớp răng dài : cho phép lệch trục,dễ lắp nhưng kích thước lớn.

B. Trục hai ổ đỡ : kích thước nhỏ,nặng không cho phép lắp riêng nên ít
dung .

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

16


C. Trục 3 ổ đỡ : đòi hỏi lắp ghép chính xác,không cho phép lắp riêng nên
cũng ít dùng .

D. Bánh răng hở trên trục tang :

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

17


E Bánh răng hở trên vành tang :
D và E chỉ dùng cho tay quay.

F. Ổ tựa trục tang đặt vào đầu hộp giảm tốc : kich thước rất gọn,dễ lắp
ráp,bảo trì nên là phương án tốt nhất .

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

18


Ta chọn phương án F để tiến hành thiết kế. Kết hợp với động cơ và
khớp nối ta có sơ đồ động sau :
1. động cơ điện
2.khớp nối đàn hồi
3. phanh
4. hộp giảm tốc
5.khớp nối răng
6.tang

Tính Toán Cơ Cấu Nâng
Các số liệu ban đầu:
Trọng tải : Q = 5 tấn = 50.000 N
Chiều cao nâng : H = 6 mét
Vận tốc nâng : V = 9,3 mét/phút

Chế độ làm việc của cơ cấu : trung bình

CĐ = 25 %

1.Chọn Loại Dây :
Vì cơ cấu làm việc với động cơ điện,vận tốc cao nên ta chọn cáp để làm
dây cho cơ cấu .Do sử dụng cho cơ cấu nâng nên ta dùng cáp bện chéo.
Trong các kiểu kết cấu dây cáp thì kết cấu kiểu ЛK-P theo ΓOCT 268869 có tiếp xúc đường giữa các sợi thép ở các lớp kề nhau,làm việc lâu hỏng
và sử dụng rộng rãi.Vật liệu chế tạo là các sợi thép có các sợi thép có giới
hạn bền 1400 ÷ 2000 N/mm2 .Vậy ta chọn cáp ЛK-P 6×19=114 (ΓOCT
2688-69),với giới hạn bền các sợi thép trong khoảng 1600÷1800 N/mm2, để
dễ dàng trong việc thay cáp sau này khi bị mòn, đứt.

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

19


kết cấu của cáp
2.Palăng giảm lực :
Trên các cầu trục hai dầm dây cáp nâng được cuốn trực tiếp lên tang,cầu
trục phục vụ trong các phân xưởng sữa chữa cơ khí cần nâng vật theo chiều
thẳng đứng, để giữ vị trí hạ vật và khi nâng vật ít bị dao động mạnh ta chọn
palăng kép có 2 nhánh dây chạy trên tang.Tương ứng với tải trọng theo
bảng (2-6) chọn bội suất palăng a = 2 .Palăng gồm 2 ròng rọc di động và 1
ròng rọc không di chuyển.

Lực căng lớn nhất xuất hiện ở nhánh dây cuốn lên tang khi nâng vật,xác
định theo công thức (2-19).

Q (1 − λ )
50.000(1 − 0,98)
Smax =
=
= 12626Ν
m(1 − λ 2 )λ t
2(1 − 0,982 )

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

20


λ = 0,98 - hiệu suất 1 ròng rọc với điều kiện ròng rọc đặt trên
ổ
lăn bôi trơn tốt bằng mỡ ( bảng 2-5 )
a = 2 bội suất palăng
t = 0 vì dây trực tiếp cuốn lên tang,không qua các ròng rọc đổi
hướng .
Hiệu suất của palăng xác định theo công thức (2-21)
S
Q0
50.000
ηp = 0 =
=
= 0,99
S max m × a × S max 2 × 2 × 12626
3.Kích thước dây.
Kích thước dây cáp được chọn dựa vào công thức (2-10)

Sđ = S max × K = 12626 × 5.5 = 69443
với K = 5.5 ( bảng 2-2)
Xuất phát từ điều kiện theo công thức (2-10),với loại dây đã chọn trên, với
giới hạn bền của sợi σ b = 1800 N/mm2 chọn đường kính dây cáp
dc=11mm,có lực kéo đứt Sđ =70250 N.
4.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 ≥ d c (e − 1) = 11(25-1)= 264 mm
với e = 25 ( bảng 2-4 )
Ở đây ta chọn đường kính tang và ròng rọc giống nhau :
Dt = Dr = 350 mm
Ròng rọc cân bằng không phải là ròng rọc làm việc,có thể chọn đường kính
nhỏ hơn 20% so với ròng rọc làm việc
Dc = 0,8Dr = 0,8 × 350 = 280 mm
Chiều dài toàn bộ của tang xác định theo công thức (2-14) đối với trường
hợp palăng kép .
L' = L'0 + 2 L1 + 2 L2 + L3

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

21


Chiều dài một nhánh cáp cuốn lên tang khi làm việc với chiều cao nâng
H = 6 và bội suất palăng a = 2
l = H × a = 6 × 2 = 12 m
Số vòng cáp phải cuốn ở một nhánh :
l

12
Z=
+ Z 0' =
+ 2 ; 13
π ( Dt + d c )
π (0,350 + 0,011)
Trong đó : Z 0' = 2 .Số vòng dự trữ không sử dụng đến
Vậy L'0 = 2.Z .t = 2.13.14 = 364 mm
t = d c + (2 ÷ 3) mm = 11 + 3 = 14 mm
Chiều dài L1 là phần tang để cặp đầu cáp ,nếu dùng phương pháp cặp thong
thường thì phải cắt them khoảng 3 vòng rãnh trên tang nữa.Do đó :
L1 = 3t = 3.14 = 42 mm
Vì tang đã được cắt rãnh,cáp cuốn một lớp nên không cần phải làm thành
bên.Tuy nhiên ở 2 đầu tang trước khi vào phần cắt rãnh ta để trừ lại một
khoảng L2 ; 20 mm.
Khoảng cách L3 ,ngăn cách giữa hai nửa cắt rãnh tính theo chỉ dẫn ở trang
21: L3 = L4 − 2hmin × tgα
Dựa vào kết cấu đã có,có thể lấy sơ bộ
L4 = 190 mm
Khoảng cách giữa 2 ròng rọc ở ổ treo móc
Hmin ; 800 mm Khoảng cách nhỏ nhất có thể giữa trục tang với
trục ròng
rọc ổ treo móc .
tgα ; 0,07 ; α -góc cho phép khi dây chạy lên tang bị lệch so với
hướng thẳng đứng
L3 = 190 − 2.800.0,07 = 78
Vậy chiều dài toàn bộ của tang sẽ bằng
L' = L'0 + 2 L1 + 2 L2 + L3 = 364 + 2.42 + 2.20 + 78 = 556
Bề dày thành tang xác định theo kinh nghiệm
δ = 0,02 Dt + (6 ÷ 10) = 0,02.350 + 8 =15 mm

Kiểm tra sức bền của tang theo công thức
Kϕ Smax 1.0,8.12626
σn =
=
= 48 N / mm 2
δt
15.14
Tang được đúc bằng gang CH15-32 là loại vật liệu thông thường phổ biến
nhất, có giới hạn bền nén là σ bn = 565 N/mm2 . Ứng suất cho phép xác
định theo giới hạn bền nén với hệ số an toàn k = 5 .

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

22


σ bn 565
=
= 113 N / mm 2
k
5
σn < σ
Vậy
5.Chọn động cơ :
Công suất tĩnh khi nâng vật bằng trọng tải xác định theo công thức (2-78)
Q × vn
N=
60 × 1000 × η
Hiệu suất của động cơ bao gồm

η = η p × ηt × η0 = 0,99 × 0,96 × 0,92 = 0,87
Trong đó: η p = 0,99 - Hiệu suất palăng đã tính ở trên
ηt = 0,96 - Hiệu suất tang (bảng 1-9)
η0 = 0,92 - Hiệu suất của bộ truyền có kể cả khớp nối,xuất
phát từ các số liệu bảng 1-9 với giả thiết bộ truyền được chế tạo thành hộp
giảm tốc hai cấp bánh răng trụ
50.000 × 9,3
= 8,9kw
Vậy N =
60.000 × 0,87
Tương ứng với chế độ làm việc trung bình,sơ bộ chọn động cơ điện
MTB 312-8 Có các đặc tính sau :
N dc = 11 kw
Công suất danh nghĩa:
ndc = 710 vòng/phút
Số vòng quay danh nghĩa:
M max
= 2,9
Hệ số quá tải :
M dn
( Gi .Di2 ) rôto = 16 N/mm2
Mômen vô lăng :
σ =

mdc = 300 kg
Khối lượng :
6.Tỷ số truyền chung :
Tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục tang xác định theo công thức
n
i0 = dc

(3-15):
nt
Số vòng quay của tang đảm bảo vận tốc nâng cho trước
v ×a
9,3 × 2
nt = n
=
= 17,9 vòng/phút
π D0 π (0,320 + 0,011)
Do đó tỷ số truyền cần có sẽ là :
710
i0 =
= 39,7
17,9

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

23


7.Tính phanh :
- Trong máy trục phanh được chia làm hai nhóm.
- Nhóm I gồm : các loại khoá dừng bánh cóc, khoá dừng ma sát dùng để giữ
vật ở trạng thái treo.
- Nhóm II gồm các loại phanh: phanh dừng, phanh thả, phanh má, phanh
đai….
- Trong cơ cấu nâng để an toàn người ta thương dùng phanh má thường
đóng, để chọn phanh ta dựa vào mômen phanh
k * Qo * Do *η

M ph =
(cth:3-14[II])
2* a * i
o

Trong đó :
K là hệ số an toàn. Với chế độ làm việc trung bình theo bảng
3-2[2] ta được k = 1.75
Do = Dt + dc = 0,350+ 0,011=0,361 (m)
io = 21,3 η = 0.87.
kQ0 D0η 1, 75 × 50000 × 0,361× 0,87
= 158, 7 Nm
Vậy : M ph = 2ai =
2 × 2 × 43,3
0

- Với Mph = 158,7(Nm) ta chọn loại phanh 2 má thường đóng TKT-300 có
mômmen phanh danh nghóa 500 Nm > Mph = 158,7Nm.
(xem trang 21)
8.Bộ truyền :
- Bộ truyền trong cơ cấu nâng được chọn dưới dạng hộp giảm tốc sao cho
đảm bảo tỷ số truyền là 39,7 . Hộp giảm tốc ở đây là hộp giảm tốc bánh
răng trụ nghiêng 2 cấp, đặt nằm ngang, Tương ứng với tỷ số truyền là 40,17
và chế độ làm việc trung bình, số vòng quay trên trục 750 ta chọn hộp giảm
tốc PM-500 , phương án có tỷ số truyền là II .Vậy sai số tỷ số truyền là.
δ=

40,17 − 39, 7
= 1%
39, 7

Trong phạm vi chấp nhận đdược
9.các cụm khác của cơ cấu :
a.Khớp nối trục động cơ với hộp giảm tốc
Ta sử dụng khớp nối vòng đàn hồi là loại khớp nối di động có thể làm việc
khi hai trục không đồng trục tuyệt đối.Ngoài ra khớp này có thể giảm chấn
động va đâp khi mở máy và phanh đột ngột.Phía nửa khớp nối bên hộp giảm
tốc kết hợp làm bánh phanh. Đường kính bánh phanh D= 300 mm, d =35-55
mm,

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

24


2

Momen lớn nhất khớp truyền được M max =700 Nm,(G i D i )= 7,52Nm 2 .
+Khi mở máy
Mômen lớn nhất mà khớp phải truyền với hệ số quá tải lớn nhất 2,68:
M m max = 2, 4 × M dn =2,4 × 147 = 352,8 Nm
Phần dư để thắng quán tính của cả hệ thống
M d = M max − M n = 352,8 − 185 = 167,8 Nm
M n = 182 Nm –momen tónh khi nâng vật (tính ở phần kiểm tra nhiệt)
Một phần momen M d này tiêu hao trong việc thắng quán tíng các chi tiết
máy quay bên phía động cơ, phần còn l truyền qua khớp.
Momen vô lăng nửa khớp phía động cơ lấy bằng 40% mo men vô lăng của
cả khớp
2 '

2
( Gi Di ) k = 0, 4 × 7,52 = 3Nm
Mômen vô lăng của các tiết máy quay trên giá động cơ
∑(GiDi2)I = ∑(GiDi2)roto + (GiDi2) ' khớp
= 16 + 3 = 21,6 Nm2
Mômen vô lăng tương đương của vật nâng ( có vận tốc v) chuyển về trục
động cơ
vn

( Gi Di )td = 0,1Q0 n

dc

2
2

14,52
= 0,1× 50000 ×
= 2, 056 Nm 2
2
715

Tổng mômen vô lăng của cả hệ thống
2
2
∑(GiD i )= β ∑(Gi Di ) I + (Gi Di )td = 28, 732 + 2, 056 = 30, 788Nm
Tổng mômen vô lăng của phần cơ cấu từ nửa khớp phía bên hộp giảm tốc
về sau kể cả vật nâng
2
2

2
∑(GiD i ) ' =(GiD i )- ∑(G i D i )dc = 30, 788 − 21, 6 = 9,188Nm
Phần mômen dư truyền qua khớp

Md = Md
'

9,188
∑(Gi Di ) '
= 50 Nm
= 167,8 ×
'
30, 788
M ∑(Gi Di )

Tổng mômen truyền qua khớp
'
'
M k = M n + M d = 185 + 50 = 235Nm
'

+Khi phanh hãm vật đang nâng,mômen đặt tren phanh M ph =500Nm
Tổng mômen để thắng lực quán tính của cả hệ thống (từ phương trình 3-4[2]
M qt = M ph + M t * = 500 + 143,5 = 643,5Nm
M t * = M h = 141N/mm2 (tính ở phần kiểm tra nhiệt đông cơ)

GVHD: TS.Lưu thanh Tùng
SVTH : Dư Đăng Quang

25