Đồ án Thiết bị mặt boong

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta là một nước đó nhiều thuận lợi về biển, có đường bờ biển trải dài từ
Bắc đến Nam, nhiều cảng sâu và địa hình thuận lợi về tuyến đường giao thông trên
biển. Từ đó việc phát triển mạnh về hàng hải là vấn đề chiến lược quan trọng được đặt
lên hàng đầu, đáp ứng với nhu cầu của đất nước, ngày càng nhiều trường đại học đào
tạo các ngành liên quan đến hàng hài như : Đại học Hàng hải Hải Phòng, Đại học
Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh,… trong đó Đại học Nha Trang là 1 trong
những trường phát triển mạnh các ngành liên quan đến biển, Khoa Kỹ Thuật Giao
Thông nói chung và ngành Kỹ Thuật Tàu Thủy nói riêng là thế mạnh của trường.
hàng năm đào tạo ra hàng trăm kỹ sư chất lượng cao đáp ứng nhu cầu xã hội ngày
càng tăng. Chính vì thế nên mỗi sinh viên ngành Kỹ Thuật Tàu Thủy Trường Đại học
Nha Trang đều tự hào và ra sức phấn đấu để chất lượng đầu ra của trường ngày 1 cao
hơn, tốt hơn
Cùng với các môn thiết kế tàu, thiết kế trang bị động lực thì thiết kế thiết bị
trên boong cũng là một môn học có vai trò rất quan trọng giúp cho sinh viên làm quen
với công việc thiết kế hoàn chỉnh một con tàu với vai trò của một kỹ sư thiết kế
.Chính nhờ đó sẽ giúp cho sinh viên khi ra trường có thể tiếp cận ngay với công việc
chuyên ngành của một kỹ sư thiết kế. Vì vậy với vai trò một sinh viên em đã thực
hiện bài thiết kế này để làm quen, học hỏi và tích luỹ kiến thức của việc thiết kế và sự
vận dụng, tổng hợp lý thuyết đã được học vào việc thiết kế máy tời lưới kéo trục
ngang.
Nội dung gồm 5 phần :
- Chương 1 :Tính chọn cáp và tính toán cơ cấu chấp hành của máy tời.
- Chương 2 :Chọn hình thức dẫn động – Xác định công suất truyền động –
Phân bố tỷ số truyền chung của hộp số giảm tốc.
- Chương 3 :Thiết kế trục tải của máy tời – Tính chọn các ly hợp , khớp nối và
ổ đỡ.

- Chương 4 :Thiết kế cơ cấu gạt cáp tự động
- Chương 5 :Thiết kế phanh và cơ cấu cóc.
- Chương 6 :Tính chọn các thiết bị phụ còn lại và xây dựng bản vẽ lắp.
Do đây là lần đầu tiên thực hiện công việc thiết kế hệ thống thiết bị trên boong
nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện. Em rất
mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn quý báu của các thầy và ý kiến đóng góp của các
bạn để em được hiểu biết sâu rộng hơn về tất cả các vấn đề của chuyên ngành
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện :
Phan Minh Thuật

SVTH: PHAN MINH THUẬT

1

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

Yêu cầu thiết kế:
 Thiết kế máy tời lưới kéo trục dọc.
 Lực kéo cáp: P = 1250 (KG).
 Vạn tốc kéo: V = 75 (m/ph).
 Độ sâu đánh bắt: h = 50 (m).
 Chế độ đánh bắt: Nặng.

 Hình thức dẫn động: Động cơ điện.
Sơ đồ động 4

GVHD : ThS. NGUYỄN THÁI VŨ.
SVTH : PHAN MINH THUẬT
MSSV : 12DT059.
LỚP

: NT12CNDT.

SVTH: PHAN MINH THUẬT

2

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

CHƯƠNG I
TÍNH CHỌN CÁP VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU CHẤP HÀN
1. Tính chọn cáp:
1.1. Tính chọn đường kính cáp:
- Lực kéo cực đại trên cáp: Pmax = kđ.Pđm = 2.1250 = 2500 (KG).
- Trong đó:
+ Pđm_Lực kéo định mức trên tang, Pđm = 1250 (KG).
+ kđ_Hệ số động (kđ = 2).
- Lực kéo đứt cáp: Pđ = n.Pmax = 4.2500 = 10000 (KG).

- Trong đó:
+ n_Hệ số an toàn (n = 3 ÷ 5), chọn n = 4 (để tăng bền).
+ kđ_Hệ số động (kđ = 2).
- Đối với tời lưới kéo và tời lưới vây thường sử dụng cáp thép có giới hạn bền từ 150
÷ 180 (KG/mm2).
- Chọn giới hạn bền: σb = 140 (KG/mm2) để tăng khả năng kéo của cáp.
- Tra bảng ta sẽ có các thông số của cáp cần chọn như sau:
dc
(mm)
15

Loõi
(mm)
1,30

Lôùp 1
(mm)
0,65

Lôùp 2
(mm)
1,20

S
(mm2)
86,91

Q
(KG)
81.02

Pd
(KG)
10300

1.2. Kiểm tra bền cáp:
- Có thể kiểm tra độ bền cáp bằng phương pháp thử lại hệ số dự trữ thực tế:
ntt =

⇒ ntt =

Pdthuc
≥ nchon
Pmax

10300
= 4,12 > 4
2500

- Vậy cáp đủ bền.

1.3. Xác định chiều dài cần thiết:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

3

LỚP: NT12CNDT

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Chiều dài cần thiết của cáp Lc hoàn toàn phụ thuộc vào chiều sâu đánh bắt, tốc độ
dắt lưới và trọng lượng của cáp trong nước.

Tỷ số

Chiều sâu đánh bắt h (m).

Lc
h

< 50

7÷6

50 ÷ 300

6÷ 3

300 ÷ 600

3 ÷ 2.2

> 600

2.2 ÷ 1.9

- Vậy với h = 50 (m) thì chiều dài cáp cần thiết là:
Lc = h.(6 ÷ 3) = 50.(6 ÷ 3) = 300 ÷ 150 (m).
- Chọn Lc = 200 (m).
2. Tính toán cơ cấu chấp hành:
2.1. Tang ma sát:
- Tang ma sát đơn thường được chế tạo bằng
phương pháp đúc. Vật liệu chế tạo thường là
Gang, hợp kim Nhôm, hợp kim Đồng.
- Các thông số kỹ thuật cơ bản của tang là: D0;
D1; D2; L (Tra bảng P2 ở phần Phụ lục).
- Từ dc = 15 (mm), ta chọn dc = 13,5 (mm), tra
bảng ta có:
D0 = 270 (mm).
D1 = 345 (mm).
D2 = 445 (mm).
L = 255(mm).
2.2. Tang thaønh cao.
- Vật liệu và phương pháp chế tạo:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

4

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Vật liệu chế tạo tang thành cao: Tang thành cao được dùng để thu chứa cáp, lưới, nó
có thể được chế tạo từ gang nhưng Mác gang không thấp hơn GX15-32 hoặc từ thép
đúc có Mác không nhỏ hơn CT4.
- Chọn vật liệu là Gang.
- Phương pháp chế tạo tang thành cao: Chọn phương pháp chế tạo là Đúc.
- Tính toán các kích thước cơ bản của tang thành cao:
- Đường kính trống tang D0:
D0 = C.dc = (16 ÷ 22).dc = 20.15 = 300 (mm).
d

- Bước cuốn cáp trên tang t:
t = dc + a = 15 + 0,5 = 15,5 (mm).
- Trong đó:
+ a_Hệ số tính đến sự sắp xếp không khít giữ các
vòng cáp cuốn trên tang và sự tăng đường kính cáp; a
= 0,4 ÷ 0,8 (mm), chọn a = 0,5 (mm).
- Chiều dài tang Lt và Đường kính thành bên Db:
- Chiều dài tang Lt, Db được tính phụ thuộc vào dung lượng chứa cáp trên tang LC,
lượng cáp dự trữ Ldt và số lớp cáp n.
- Ta có các quan hệ kích thước sau:
Lt = Z .t (Z_Số vòng cuốn cáp trên tang).
n=

Db − Do
2.d c

Lct = Lc + Ldt = (5 ÷7).h + (4 ÷7).π.D0 = π.Z.(n.D0 + n2 .dc) = (n.D0 + n2 .dc).π.Lt/t.
- Thông thường chiều dài tang Lt được chọn: Lt = (2 ÷ 2,5).D0, chọn Lt = 2.D0 =>
Lt = 2.300 = 600 (mm).
Lct = Lc + Ldt = (5 ÷7).h + (4 ÷7).π.DO = 6.50.103+ 5.3,14.300 = 304710(mm).

- Khi đó số lớp cáp chứa trên tang n được tính theo công thức sau:
2
n = -0.54.C + 0,3.C +

Lct
304710
= −0,54.20 + 0,3.20 2 +
= 6,5 (lớp cáp),
2,92.d c .Z
2,92.15.38,7

chọn n = 8 (lớp cáp).
- Trong đó:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

5

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

C=
Z=

D0 300
=

= 20
dC
15

Lt 600
=
= 38,7
t 15,5

- Đường kính thành bên của tang thành cao:
Db ≥ 2.n.dC + DO + (2 ÷ 10).dC ≥ 2.8.15 + 300 + 4.15 = 600 (mm), chọn Db
=600(mm).
- Đường kính lớp cáp ngoài cùng:
Dn = DO + (2.n - 1).dC = 300 + (2.8 - 1).15 = 525 (mm).
- Đường kính trung bình lớp cáp:
Dtb =

Dn + D1 525 + 345
=
= 435 (mm).
2
2

- Chiều dày tróng tang δ được xác định thông qua việc tính bền trống tang, có
thể sử dụng công thức kinh nghiệm sau để tính:
δ = 0.02. DO + (6 ÷ 10) = 0,02.300 + 8 = 14 (mm).
- Chiều dày thành bên của tang:
δ’ = (0,7 ÷ 0,8).δ = (0,7 ÷ 0,8).δ = 0,8.14 = 11,2 (mm), chọn δ’ = 12 (mm).
- Vận tốc vòng của tang thành cao nt:
nt =

V
75
=
= 55,7 (v/ph).
π .Dtb 3,14.0,435

- Trong đó:
+ V_Vận tốc kéo cáp, theo đề V = 75 (m/ph).
+ Dtb_Đường kính trung bình của lớp cáp, Dtb = 435 (mm) = 0,435 (m).
Thông số
Tang thành cao

D0
300
(mm)

Db
600
(mm)

Dn
525 (mm)

Dtb
435 (mm)

nt
55,7(v/ph)

2.3. Tính toán gắn cáp lên tang thành cao bằng bulông-thanh đè:
- Từ đường kính cáp dc = 15 (mm), chọn thanh đè theo tiêu chuẩn TOCT380-60, vật
liệu làm bằng thép CT3 tra bảng ta có các thông số như sau:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

6

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

dc
R
a
b
c
d
e
S
Trọng lượng
15
9
50
50
18
17

5,0
17
0,26
- Từ đường kính lổ thanh đè d = 17 (mm) chọn sơ bộ bulông M16 có:
+ Đường kính danh nghĩa: d = 16 (mm).
+ Chiều rộng đầu bulông: s = 24 (mm).
+ Chiều cao đầu bulông: k = 10 (mm).
+ Đường kính vòng tròn đầu bulông: e = 26,8 (mm).
+ Bán kính góc lượn: r = 1,1 (mm).
+ Bước ren lớn: P = 2 (mm).
+ Đường kính chân ren: d1 = 85%.d = 13,6 (mm).
- Tính kiểm tra bulông (đường kính chân ren d1 và số lượng bulông nén) như
sau:
- Lực kéo (lệch tâm) mà các bulông phải chịu là:
N=

(

Sk
121
=
= 146,2 (KG).
f .α1
f + f 1 ) (e
+ 1) (0,14 + 0,24).(2,675 0,14.1,8.3,14 + 1)

- Trong đó:
+ Sk_Lực căng cáp tại vị trí gắn cáp, S k =

S max

.
e fα

+ α_Góc ôm của các vòng cáp quấn thêm dự trữ, α = (6 ÷ 8).π), chọn α = 7.3.14 =
21,98.
+ f_Hệ số ma sát giữa tang và cáp, f = (0,12 ÷ 0,16), chọn f = 0,14.
- Ta có: Smax = Pmax = 2500 (KG)⇒ S k =

S max
2500
=
= 121 (KG).
fα
e
2,675 0.14.21.98

+ f1_Hệ số ma sát giữa cáp với thanh đè: f1 =

f
, (β_Góc nghiêng rảnh thanh đè,
Sin β 2

trường hợp β = 80o thì f1 = 0,24).
+ α1_Góc ôm của cáp trên tang trong khu vực gắn cáp: α1 = 1,8.π.
- Số lượng các bulông nén được tính kiểm tra theo công thức sau:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

7

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG
σ=

1,3 N .k

π .d1 n
4

⇒n≥

2

+

k .T .l
3

0,1.d1 n

≤ [δ K ]

0,52.k .N .d1 + k .T .l.π
0,314.d1 .[σ K ]
3

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

=

(0,52.1,6.146,2.13,6 + 1,6.70,2.12,7.3,14)
= 0,3
0,314.13,6 3.60

Chọn n = 1, hay số bulông M16 là 1.
- Trong đó:
+ T_Lực ma sát gây uốn bulông, T = 2.f1.N = 2.0,24.146,2 = 70,2 (KG).
+ l _ Khoảng cách từ điểm tiếp xúc giữa cáp với thanh đè đến bề mặt tang,
l = 0,85.dc = 0,85.15 = 12,7 (mm).
+ k_Hệ số dự trữ bền k ≥ 1,5, chọn k = 1,6.
+ d1_Đường kính chân ren bulông, d1 = 13,6 (mm).
+ [σK]_Ứng suất kéo cho phép tùy thuộc vào vật liệu chế tạo bulông, với thép CT3 thì
[σK] = (50 ÷ 70) N/mm2, chọn [σK] = 60 (N/mm2).

SVTH: PHAN MINH THUẬT

8

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

CHƯƠNG II
CHỌN HÌNH THỨC DẪN ĐỘNG - XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT YÊU CẦU
PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN CHUNG CHO HỘP GIẢM TỐC

1. Chọn hình thức dẫn động:
- Theo yêu cầu của thiết kế ta chọn hình thức dẫn động bằng Động cơ điện.

2. Xác định công suất yêu cầu:
- Công thức tính toán công suất dẫn động yêu cầu:
N yc =

Pdm .V
2.12500.75
+ N gc =
+ 0,2 = 58,1 (KW).
60.1000.0,54
60.1000.η c

- Trong đó:
+ Pđm _ Lực căng định mức trên dây cáp, Pđm= 1250 (KG) = 12500 ( N )
+ V _Vận tốc kéo cáp, V = 75 (m/ph).
+ Ngc_Công suất của cơ cấu gạt cáp, thường chọn Ngc = (0.1 ÷ 0.5) (KW), chọn Ngc =
0,2 (KW).
+ ηc _ Hiệu suất chung của máy tời được tính chọn dựa vào sơ đồ động cho trước:
ηC = η

4
3
.η
.η m .η n
.η
=
gaccap tan g ô khopnoi hopso 0,95.0,97.0,95 .0,95 .0,85 = 0,54

Trong đó, hiệu suất của các cơ cấu như sau:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

9

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

ηgac cáp = 0,95

ηtang = 0,97

ηhộp số = 0,85

ηổ = 0,95, số ổ m = 4

ηkhớp nối = 0,95, số khớp nối n = 3

- Để đảm bảo động cơ làm việc tốt và tin cậy thì động cơ điện được chọn phải có công
suất lớn hơn hoặc bằng công suất dẫn động yêu cầu .
- Thông thường : Nđc = (110 ÷ 120 )%Nyc = 120%.Nyc = 110%.58,1 = 69,72 (KW).
Tra bảng P1.2: Các thông số kỹ thuật của động cơ điện DK:
Kiểu động

Công

Vận

cơ

suất

tốc

(KW)

quay

75

(v/ph)
735

DK103-8

Cos ϕ

0,85

Mômen vô

Trọng

Mk

M dm

M max
M dm

lăng của rôto

lượng

GD2 (KGm2)

(kg)

1,3

2,4

26

1240

3. Phân phối tỷ số truyền:
- Căn cứ vào sơ đồ động (đề bài thiết kế) và hình thức dẫn động cụ thể:
- Chọn số lượng và phác thảo sơ đồ động hộp giảm tốc.
- Vì có 2 cơ cấu tải có trục nằm đối xứng 2 bên so với trục 1 của hộp số nên ta tính 1
cơ cấu và cơ cấu còn lại thì tương tự. Ta phân phối tỷ số truyền làm 3 cấp tỷ số truyền
(Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ 3 cấp, hộp giảm tốc dạng khai triển ).

SVTH: PHAN MINH THUẬT

10

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

nt

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

4

3

2

1

ÑC

- Tỷ số truyền chung : iC =

ndc 735
=
= 13,2
nt
54,9

- Trong đó:

+ ndc Số vòng quay của động cơ dẫn động, ndc = 735 (v/ph).
+ nt Số vòng quay của tang thành cao (trục tải), nt = 55,7 (v/ph).
- Lập bảng phân phối tỷ số truyền như sau:
- Dựa vào Trang 46_Tính toán thiết kế hệ dẫn cơ khí tập 1_Trịnh Chất, Lê Văn Uyển.
- Ta có:
i12 = 3; i 23 = 2,2; i34 = 2

SVTH: PHAN MINH THUẬT

11

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Ta có số vòng quay trục như sau:
n đc = n1 = 735 (v/ph).
n2 =

n1 735
=
≈ 245 (v/ph).
i12
3

n3 =

n2 245
=
≈ 111,4 (v/ph).
i23 2,2

n 4 = nt =

n3 111,4
=
≈ 55,7 (v/ph).
i34
2

- Công suất trên từng trục:
N 1 = N yc = 58,1 (KW) (có 2 trục tải nên công suất tăng 2 lần).
N 2 = N 1 .η12 = 58,1.0,96 ≈ 55,7 (KW).
N 3 = N 2 .η 23 = 55,7.0,97 ≈ 54,1 (KW).
N 4 = N t = N 3 .η 34 = 54,1.0,99 ≈ 53,5 (KW).

- Mômen xoắn Mx cho từng trục:
Mt = M4 =
M3 =

Mt
543,7
=
≈ 274,6 (KGm).
i34 .η 34 2.0,99

M 2 = 955.

M1 =

Pdm .Dtb 2500.0,435
=
= 543,7 (KGm).
2
2

N2
55,7
= 955.
≈ 217,1 (KGm).
n2
245

Mt
543,7
=
≈ 76,2 (KGm).
iC .η C 13,2.0,54

- Các thông số tính toán như sau:
Trục
Thông số

Trục 1 (Trục động

Trục 2

Trục 3

Trục 4 (Trục

cơ)

i

tải)
3

2

2,2

n (v/ph)

735

245

111,4

55,7

N (KW)

58,1

55,7

54,1

53,5

M (KGm)

76,2

217,1

274,6

543,7

SVTH: PHAN MINH THUẬT

12

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

CHƯƠNG III
THIẾT KẾ TRỤC TẢI MÁY TỜI – TÍNH CHỌN LY HỢP, KHỚP NỐI VÀ Ô
ĐƠ
1. Thiết kế trục tải của máy tời:
- Trục tải hay trục chính của máy tời lưới kéo là chi tiết rất quan trọng. Trên trục tải

người ta thường đặt các cơ cấu chấp hành. Trục tải của máy tời thường làm việc ở số
vòng quay nt nhỏ nhưng nó lại nhận và truyền một momen xoắn Mxt rất lớn. Vì vậy
đòi hỏi trục chịu tải phải có độ bền vững và độ bền lâu.
- Lực tác dụng lên trục tải bao gồm:
+ Tải trọng tác dụng do lực căng của cáp.
+ Trọng lượng của bản thân trục, bó cáp và của tang thành cao.
- Tuy nhiên ở đây tải trọng tác dụng do bản thân của các trọng lượng là rất nhỏ so với
tải trọng tác dụng do sức căng cáp, cho nên ta chỉ giới hạn tính toán độ bền của trục
theo lực căng cực đại Pmax.
1. Chọn vật liệu và phương pháp chế tạo:
- Trục tải máy tời trong quá trình làm việc chịu tác dụng của tải trọng rất lớn vì vậy ta
có thể chọn vật liệu chế tạo của trục tải của máy tời là thép Cácbon kết cấu C45
thường hóa hoặc thép hợp kim kết cấu …. Gia công cơ kết hợp với nhiệt luyện.
- Với thép C45: σb = (600 ÷ 800) (N/mm2), σch = (360 ÷ 580) (N/mm2).
2. Tính chọn sơ bộ đường kính trục tải:
- Công thức tính sơ bộ đường kính trục tải:
d sb ≥ 125.3

53,5 / 2
= 97,9 (mm), chọn dsb = 100 (mm).
55,7

- Trong đó:
+ C _Hệ số tính toán, C = (110 ÷ 140), chọn C = 125.
+ Nt_Công suất trên trục tải, Nt =53,5(KW).
+ nt_Tốc độ vòng của trục tải, nt = 55,7 (v/ph).

SVTH: PHAN MINH THUẬT

13

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

3. Tính gần đúng đường kính trục tải:

- Định sơ bộ các kích thước chủ yếu:
- Dựa vào sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1_Trịnh Chất, Lê Văn Uyển
và sách Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học Chi tiết máy_Phạm Hùng Thắng.
- Ta đi tính toán và lựa chọn những thông số sau:
+ Chiều dài ổ đở trục tải: A = 0,7.dsb = 0,7.100 = 70 (mm).
+ Khoảng cách làm việc của ly hợp vấu: B = (10 ÷ 20) (mm), chọn B = 20 (mm).
+ Chiều dài ly hợp vấu: C = (3 ÷ 4).dsb = 3.100 = 300 (mm).
+ Bề rộng bánh răng cóc:
Chọn vật liệu làm bánh răng cóc băng Gang, ta có các số liệu sau:
Hệ số chiều rộng chân răng: ψ =

b
= (1,5 ÷ 6,0 ) = 1,5 .
m

[ q ] = 15 (N/mm).
[σ u ] = 30 (N/mm2).
Chọn số bánh răng cóc là z = 12.
Mx_Mômen xoắn trên trục tải, M x =

Pmax .Dtb 25000.435
=
= 5437500 (N.mm).
2
2

Để bánh cóc ăn khớp ngoài thì ta có: m = 1,75.3

Mx
5437500
= 1,75.3
= 38
z.ψ .[σ u ]
12.1,5.30

Bề rộng bánh răng cóc: b = ψ .m = 1,5.38 = 57 (mm).
Chọn bề rộng bánh răng cóc: D = 60 (mm).
+ Chiều rộng Mayơ đĩa xích: E = (1,2 ÷ 1,5).dsb = 1,5.100 = 150 (mm).
+ Chiều dài tang thành cao: Lt = 600 (mm).
- Từ đó xác định các khoảng cách giữa các ổ đỡ L1, L2 như sau:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

14

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG
L1 =

A
+ B + C = 35 + 20 + 300 = 355 (mm).
2

L2 =

A
+ D + E = 35 + 60 + 150 = 245 (mm).
2

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Tính gần đúng trục theo các trường hợp chịu lực:
- Khi tang thu cáp thì Lực căng cực đại của cáp tác dụng lên tang theo các trường hợp
sau:
+ Trường hợp 1: Lực căng cáp đặt giữa tang thành cao.
+ Trường hợp 2: Lực căng của cáp đặt ngay tại mép trái của tang thành cao.
+ Trường hợp 3: Lực căng của cáp đặt ngay tại mép phải của tang thành cao.
+ Trường hợp 4: Lực căng của cáp đặt ngay trên tang ma sát.
- Lực căng cáp thông qua tang sẽ tác dụng lên trục tại các vị trí của ổ đỡ của tang
- Từ 4 trường hợp trên ta thấy tình trạng chịu lực của trục tải lần lược như các hình vẽ
sau:
- Trong 4 trường hợp ta chỉ tìm và xét cho trường hợp nguy hiểm nhất.
- Khi tang thu chứa cáp thì lực căng cực đại tác dụng nên tang theo các trường hợp
sau:
- Trường hợp 1: Lực căng cáp đặt giữa tang thành cao.

- Trường hợp 2: Lực căng của cáp đặt ngay tại mép trái của tang thành cao.

SVTH: PHAN MINH THUẬT

15

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Trường hợp 3: Lực căng của cáp đặt ngay tại mép phải của tang thành cao.

- Trường hợp 4: Lực căng của cáp đặt trên tang ma sát.

- Dễ thấy rằng khi tang thành cao làm việc Mômen xoắn chỉ truyền đến chỗ ổ đỡ có
bố trí ly hợp vấu. Và nếu L1 > L2 thì trường hợp 2 là nguy hiểm nhất. Khi đó mặt cắt
nguy hiểm nhất là tại ổ đỡ trái của tang thành cao.
- Ta thấy L1 =422 (mm) > L2 = 272 (mm) nên trường hợp 2 là nguy hiểm nhất, do đó
mặt cắt nguy hiểm nhất là tại ổ đỡ trái của tang thành cao.
- Tiến hành xác định phản lực gối, vẽ biểu đồ Mu . Tìm Mumax.
- Xác định Mômen tương đương:
M tñ = M u2 + 0,75.M x2 (N.mm).

- Trong đó:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

16

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG
+ Mx_Mômen xoắn trên trục tải, M x =

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU
Pmax .Dtb 25000.435
=
= 5437500 (N.mm).
2
2

+ Mu_ Mômen uốn lớn nhất trên trục tải.

- Sơ đồ tính:

- Xác định phản lực tại gối đỡ:
+ P = Pmax − R A − R D = 0
+

∑M

A

⇒ RD =

= Pmax .L1 − R D .( L1 + Lt + L2 ) = 0
Pmax .L1
25000.355

=
= 7395,8 (N).
( L1 + Lt + L2 ) ( 355 + 600 + 255)

⇒ R A = Pmax − R D = 25000 − 7395,8 = 17604,2 (N).

- Vậy chiều của RA và RD cùng chiều với chiều như trên hình vẽ.
- Mômen tại các tiết diện nguy hiểm:
+ Tại A: Mu A = 0 (N.mm).
+ Tại B: Mu B = R A .L1 = 17604,2.355 = 6249491 (N.mm).
+ Tại C: Mu C = RD .L2 = 7395,8.245 = 1811971 (N.mm).
+ Tại D: Mu D = 0 (N.mm).
- Biểu đồ Mu:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

17

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Quan sát biểu đồ nội lực, ta thấy tiết diện tại B là nguy hiểm nhất.
- Tiến hành xác định mômen tương đương theo công thức sau:
M tñ = M u2 + 0,75.M x2 = 62494912 + 0,75.5437500 2 = 7825020,3 (N.mm).

- Tính đường kính trục tải tại tiết diện nguy hiểm nhất theo công thức sau:

d ≥3

M td
7825020,3
=3
= 99,7 (mm).
0,1.[σ ]
0,1.60

Để đảm bảo độ bền và đường kính trục theo TCVN chọn d = 100 (mm).
- Trong đó: [σ]_Ứng suất cho phép của vật liệu trục, với thép C45 có [σ] = (50 ÷ 60)
N/mm2, chọn [σ] = 60 (N/mm2).
- Sau khi tính toán chính xác cho trục tải xong phải tiến hành phác thảo bản vẽ trục
(chủ yếu định kích thước trục tại các vị trí lắp ổ đở, khớp nối, ly hợp, đĩa xích, tang
ma sát).Ta lựa chọn đường kính trục sao cho phù hợp về độ bền lắp ghép, công nghệ
chế tạo và cần phải hạ bậc trục tải tại các vị trí lắp ly hợp, khớp nối….Theo TCVN ta
chọn:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

18

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

+ d1_Đường kính trục tại vị trí lắp khớp nối, d1 = 80 (mm).

+ d2_ Đường kính trục tại vị trí lắp ổ đỡ, d2 = 90 (mm).
+ d3_ Đường kính trục tại vị trí lắp ly hợp vấu, d3 = 95 (mm).
+ d4_ Đường kính trục tại vị trí lắp ổ đỡ tang thành cao, d4 =100 (mm).
+ d5_ Đường kính trục tại vị trí lắp Mayơ đĩa xích, d5 = 95 (mm).
+ d6_ Đường kính trục tại vị trí lắp ổ đỡ, d6 = 90 (mm).
+ d7_ Đường kính trục tại vị trí tang ma sát đơn, d7 = 80 (mm).
+ Tại vị trí giữa tang ta hạ bậc trục xuống, dgt = 95 (mm).
+ Tại vị trí tang ma sát đơn ta gia chon trục với dmax = 80 (mm), dmin = 75 (mm).
2. Tính chọn ly hợp – khớp nối – ổ đỡ:
2.1. Tính chọn ly hợp:
- Trong phương án dẫn động từ động cơ Điện, chỉ bố trí một ly hợp vấu để truyền
chuyển động quay và mômen xoắn từ trục tải sang tang thành cao.
- Tính chọn ly hợp vấu:
- Các thông số đầu vào:
- Công suất và Mômen xoắn trên trục tải lần lượt là:
Nt = 53,5 (KW).
Mx = 5437500 (N.mm).
- d_ Đường kính trục tại vị trí lắp ly hợp vấu, d = 95 (mm).
- Chọn kiểu loại ly hợp vấu.
+ Ly hợp vấu được chế tạo bằng thép C có tôi bề mặt vấu.
Vì ly hợp theo tiêu chuẩn không có loại phù hợp với đường kính trục d = 95 (mm).
Nên ta tiến hành tính toán thiết kế mới như sau:
- Định sơ bộ các kích thước của ly hợp:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

19

LỚP: NT12CNDT

ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

+ Đường kính ngoài của ly hợp: D = (2 ÷ 2,5).d = 2,4.95 = 228 (mm).
+ Chiều dài một bên ly hợp: b = (1,8 ÷ 2,2).d = 2,2.95 = 209 (mm).
+ Chiều dài toàn bộ ly hợp: b = (3 ÷ 4).d = 4.95 = 380 (mm).
+ Chọn số vấu của ly hợp: Z = (3 ÷ 6) = 4.
+ Đường kính trong của ly hợp: D1 =D – 2.e = 228 – 2.40 = 148 (mm).
+ Chiều cao của vấu: e = 40 (mm).
+ h_Chiều rộng của vấu, h = 60 (mm).
- Kiểm tra áp lực riêng (dập) của vấu:
p=

2.M x
2.5437500
=
= 8,03 ≤ [ p ] = ( 50 ÷ 100 ) (N/mm2) (thỏa mãn điều kiện).
Dtb .e.h.Z 1 188.40.60.3

- Trong đó:
+ Mx_Mômen xoắn trên trục tải, Mx = 5437500 (N.mm).
+ h_Chiều rộng của vấu, h = 60 (mm).
+ e_Chiều cao của vấu, e = 40 (mm).
+ Z1_Số vấu tính toán, Z1 = Z – 1 = 4 – 1 = 3.
+ Dtb_Đường kính trung bình của vấu, Dtb = D – e = 228 – 40 = 188 (mm).
+ [p]_Áp lực riêng cho phép, với thép tôi [p] = (50 ÷ 100) (N/mm2).
- Ta thấy với ly hợp đã chọn thì thừa bền dẫn đến ly hợp cồng kềnh, cần giảm kích
thước của h xuống còn h = 30 (mm) (hoặc giảm số lượng vấu của lý hợp), kiểm tra lại

áp lực riêng (dập) của vấu:

SVTH: PHAN MINH THUẬT

20

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG
p=

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

2.M x
2.2737500
=
= 14,07 ≤ [ p ] = ( 50 ÷ 100 ) (N/mm2).
Dtb .e.h.Z 1 188.40.30.3

- Với h = 30, ly hợp vẫn đảm bảo điều kiện bền.
- Kiểm tra ứng suất uốn của vấu:
σu =

48.h.ZM x 48.30.4.5437500
=
= 11,9 ≤ [σ u ] = 0,25.σ ch = ( 90 ÷ 145) (N/mm2).
3
2
3

2
Dtb .e.π
188 .40.3,14

- Như vậy thỏa mãn điều kiện bền.
σ ch _Ứng suất chảy của thép C45, σ ch = ( 360 ÷ 580 ) (N/mm2)

- Như vậy ly hợp vấu thỏa mãn điều kiện bền.
- Sau khi tính toán xong ta tiến hành phác thảo bản vẽ ly hợp vấu:
2.2. Tính chọn khớp nối:
- Khớp nối trục là một bộ phận thường gặp trong máy móc thiết bị, nó ảnh hưởng lớn
đến tuổi thọ của các ổ đỡ cũng như độ tin cậy của máy.
- Có rất nhiều loại khớp nối khác nhau, tùy theo đặc điểm truyền động cụ thể mà
người thiết kế máy lựa chọn kiểu loại khớp nối phù hợp.
- Chọn khớp nối răng.
- Khớp nối trục đã được tiêu chuẩn hóa vì vậy ta chỉ cần tính chọn.
- Dựa vào đường kính trục tại vị trí lắp khớp nối, d = 80 (mm) và Mômen xoắn trên
trục tải Mx = 5437500 (N.mm) = 5437,5 (N.m), ta tra bảng P5 phần phụ lục
boong chọn khớp nối răng có các thống số sau:
Số hiệu

Mô men Vận tốc

Số

Nối trục

xoắn

vòng

răng

5

(N.m)
8000

(v/ph)
2800

Z
56

SVTH: PHAN MINH THUẬT

b

d

25 90

21

D

D1
(mm)

290

200

L

235

B

50

Mô

Khối

đun

lượng

m
3

(kg)
57

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Tiến hành kiểm tra lại theo điều kiện:
(1,2÷1,8).Mx =1,4. 5437,5= 7612,5(N.m) < Mxbang = 8000 (N.m) (thoả mãn điều kiện).
- Sau khi tính toán xong ta tiến hành phác thảo bản vẽ khớp nối:
2.3. Tính chọn ổ đỡ:

- Từ sơ đồ động ta thấy có các loại ổ đỡ sau: ổ đỡ cho trục tải, ổ đỡ cho trục gắn tang
thành cao. Các ổ đỡ đều làm việc trong các cơ cấu chịu tải nặng tốc độ thấp và để phù
hợp với gia thành và tuổi thọ ta chọn ổ đỡ là các ổ đỡ trượt.
- Các ổ trượt đã được tiêu chuẩn hóa theo đường kính trục ta đi tính chọn và kiểm ta
lại theo điều kiện áp lực riêng.
- Chọn vật liệu làm ổ trượt: Gang có bề mặt làm việc là Đồng thanh.
- Các thông số đầu vào:
+ Đường kính trục tại vị trí lắp ổ đỡ, d = 90 (mm).
+ Đường kính trục tại vị trí lắp ổ đỡ tang thành cao, d =100 (mm).
+ Phản lực gối: Rmax = 17604,2 (N).

SVTH: PHAN MINH THUẬT

22

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

+ Tốc độ quay: nt = 55,7 (v/ph).

- Vì điều kiện làm việc ở tốc độ thấp nt = 55,7 (v /ph) và chịu tải cao nên ta sử dụng ổ
trượt cho toàn bộ hệ thống kết cấu máy khai thác.
- Tính chọn ổ đỡ trượt cho tang thành cao:
- Vật liệu làm ổ trượt thường là Đồng thanh, thép C, Gang có bề mặt làm việc là đồng
thanh chì hoặc tráng babít …
- Chọn vật liệu làm ổ trượt là Gang có bề mặt làm việc là Đồng thanh.
- Tra bảng tiêu chuẩn chọn ổ (theo đường kính trục) bảng P6-2 phần phụ lục boong ).
d

D

s

C

C1

L

100

115

7,5

1,5

1,0

120

- Chọn phương án bôi trơn, cố định ổ theo hai phương.
- Kiểm tra lại chiều dài ổ L = 120 (mm) theo điều kiện [p] và [p.v] theo các công thức
sau:
p=

R
R
17604,2
≤ [ p] ⇒ l ≥
=
= 17,6 (mm) (thỏa mãn điều kiện).
d .l
d .[ p] 100.10

p.v =

R.n.π
R.n.π
17604,2.55,7.3,14
≤ [ p.v] ⇒ l ≥
=
= 23,1 (mm) (thỏa mãn điều
l
[ p.v].19100
7.19100

kiện).
- Trong đó:
+ R _Phản lực lớn nhất của gối đỡ, R = 17604,2 (N).

+ n_Tốc độ quay của trục tải, n = 55,7 (v/ph).
+ Trị số của [p] và [p.v] đối với ổ trượt dùng trong Máy khai thác có thể tham khảo
theo bảng:
Điều kiện làm việc của ổ

Vật liệu bề mặt ma

[p] (N/mm2)

sát

(m/s)

Ổ không che kín, ít bôi trơn

Thép với Đồng

thường xuyên

thanh

SVTH: PHAN MINH THUẬT

[p.v] (N/mm2).

23

5 ÷ 15

5 ÷ 10

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Vật liệu làm trục là thép và vật liệu làm ổ là gang có bề mặt làm việc là Đồng thanh
nên các thông số được chọn như sau: [p] = 10 (N/mm2); [p.v] = 7 (N/mm2).(m/s).
- Ta thấy chiều dài ổ lớn hơn chiều dài cần thiết quá nhiều gây cồng kềnh, vì vậy cần
phải chọn lại chiều dài ổ (cắt bớt ổ tiêu chuẩn), thông thường ta tính chọn:
L = (0,6 ÷ 0,7).d = 0,6.100 = 60 (mm) (đảm bảo bền).
- Tính chọn ổ đỡ trượt cho trục tải và tang ma sát đơn:
- Vật liệu làm ổ trượt thường là Đồng thanh, thép C, Gang có bề mặt làm việc là đồng
thanh chì hoặc tráng babít …
- Chọn vật liệu làm ổ trượt là Gang có bề mặt làm việc là Đồng thanh.
- Tra bảng tiêu chuẩn chọn ổ (theo đường kính trục) (bảng P6-2 phần phụ lục ).
d

D

s

C

C1

L

90

105

7,5

1,5

1,0

110

- Chọn phương án bôi trơn, cố định ổ theo hai phương.
- Kiểm tra chiều dài ổ L = 110 (mm) theo điều kiện [p] và [p.v] theo công thức sau:
p=

R
R
17604,2
≤ [ p] ⇒ l ≥
=
= 19,5 (mm) (thỏa mãn điều kiện).
d .l
d .[ p]
90.10

p.v =

R.n.π
R.n.π

17604,2.55,7.3,14
≤ [ p.v] ⇒ l ≥
=
= 23,02 (mm) (thỏa mãn điều
l
[ p.v].19100
7.19100

kiện).
- Trong đó:
+ R _Phản lực lớn nhất của gối đỡ, R = 17604(N).
+ n_Tốc độ quay của trục tải, n = 55,7 (v/ph).
+ Trị số của [p] và [p.v] đối với ổ trượt dùng trong Máy khai thác có thể tham khảo
theo bảng:
Điều kiện làm việc của ổ

Vật liệu bề mặt ma

[p] N/mm2

sát

(m/s)

Ổ không che kín, ít bôi trơn

Thép với Đồng

thường xuyên

thanh

SVTH: PHAN MINH THUẬT

[p.v] (N/mm2).

24

5 ÷ 15

5 ÷ 10

LỚP: NT12CNDT


ĐỒ ÁN THIẾT BỊ MẶT BOONG

GVHD: ThS. NGUYỄN THÁI VU

- Vật liệu làm trục là thép và vật liệu làm ổ là gang và bề mặt tiếp xúc là đồng thanh
nên các thông số được chọn như sau: [p] = 10 (N/mm2), [p.v] = 7 (N/mm2).(m/s).
- Ta thấy chiều dài ổ lớn hơn chiều dài cần thiết quá nhiều gây cồng kềnh, vì vậy cần
phải chọn lại chiều dài ổ (cắt bớt ổ tiêu chuẩn), thông thường ta tính chọn:
L = (0,6 ÷ 0,7).d = 0,6.90 = 54 (mm) (đảm bảo bền).
- Sau khi tính toán xong ta tiến hành phác thảo bản vẽ ổ đỡ:
2.4. Tính then cho khớp nối, ly hợp vấu, đĩa xích và tang ma sát đơn :
- Trong quá trình làm việc tang ma sát được cố định trên truc tải bằng then luôn
chuyển động quay cùng với trục tải để truyền momen xoắn từ trục tải qua tang.
- Tính then cho khớp nối và tang ma sát đơn:
- Từ đường kính trục tại vị trí lắp khớp nối, d = 80 (mm); đường kính trục tại vị trí

tang ma sát đơn, dmax = 80 (mm). Ta tra bảng P8 phần phụ lục boong chọn then bằng
theo tiêu chuẩn TCVN:
Đường kính Kích thước tiết
Chiều sâu rãnh then
Bán kính góc lượn của
trục
diện then
rãnh r
b
h
trên trục t1 trên lỗ t2 k ≈ nhỏ nhất
lớn nhất
d (mm)
>75 - 90

22

14

9,0

5,4

8,7

0,40

0,60

- Tại đường kính trục tại vị trí tang ma sát đơn, dmin = 75 (mm). Ta tra bảng P8 phần

phụ lục boong chọn then bằng theo tiêu chuẩn TCVN:
Đường kính Kích thước tiết
Chiều sâu rãnh then
Bán kính góc lượn của
trục
diện then
rãnh r
b
h
trên trục t1 trên lỗ t2 k ≈ nhỏ nhất
lớn nhất
d (mm)
>65 - 75

20

12

SVTH: PHAN MINH THUẬT

7,5

4,9

25

7,4

0,25

0,40

LỚP: NT12CNDT