4
1
3
2
5
6
7
8
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MÁY NÂNG CHUYỂN
(Biến đề 03)
Yêu cầu : “Thiết kế cơ cấu nâng dẫn động bằng máy” với các số liệu ban
đầu :
- Trọng lượng vật nâng Q = 3500 kg;
- Chiều cao nâng H = 65 m;
- Vận tốc nâng v = 0,7 m/s;
- Chế độ làm việc nặng;
- Loại thiết bị phanh hãm là phanh má điện từ;
- Điều kiện làm việc ngoài trời.
1.Chọn loại dây treo vật
So sánh về ưu điểm và nhược điểm của xích và cáp thép thì ta nhận thấy
cáp thép ưu việt hơn hẳn so với xích. Mặt khác xích thường được dung
trong cơ cấu kéo có vận tốc nâng chậm, chiều cao nâng không lớn lắm;
theo đề bài yêu cầu thì thiết kế dẫn động bằng máy và cũng không hạn
chế về kích thước cơ cấu. Vì vậy phương án lựa chọn dây treo vật là cáp
thép là hơn hẳn.
2.Chọn sơ đồ treo vật
2.1. Sơ đồ treo vật

Copyright by NguyenDung K51ckctm
1

−
=
)95,01(3
95,01
)1.(
1
3
r
a
r
p
a
η
η
η
0,951
Với
r
η
là hiệu suất của một ròng rọc:
r
η
= 0,95 bảng 2.4 [1] trang 210.
Vậy S
max
=
p
a
gQ
η


2
/9,209
4
2
8,0.14,3
.19.6
022,12
4
2
.
.
mmN
i
S
k
===
δπ
σ

Trong đó: δ – là đường kính của sợi dây cáp.
i – Số sợi dây cáp.
- Ứng suất uốn trên sợi cáp :
R
D
.
W
δ
σ
E

u
==
σ
Ứng suất tương đương được tính gần đúng theo công thức :
2
/04,21614,69,209 mmN
uk
=+=+=
σσσ
[σ
K
] = 150.10
7
(

N/m
2
)

= 1500 N/ mm
2
.
Như vậy σ

< [ σ
K
]. Sợi cáp đủ bền .
5.Xác định các kích thước cơ bản của bộ phận cuộn và dẫn hướng
( tang, ròng rọc, mọc treo)
5.1.Ròng rọc

nơi đặt ròng rọc. Trong mọi trường hợp phải đảm bảo h=(2
÷
2,5)d
c
Do đây là ròng rọc di động lên để đảm bảo an toàn,
không bị tuột ta chọn chiều sâu rãnh ròng rọc h = 2,5.d
c
=
2,5.12,5 = 31,25 mm
Copyright by NguyenDung K51ckctm
4
h
D
p
d
r
t
e
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
Đường kính D
0
của ròng rọc xác định đảm bảo cáp không uốn nhiều và
không bị mài mòn nhanh nhằm kéo dài tuổi thọ của cáp. Đường kính của D
0
của ròng rọc được chọn theo đường kính cáp d
c
của dây cáp như sau:
D
0
≥ (16 ÷ 30 ) d

σ
113 (N/mm
2
)
- Kết cấu của tang được thể hiện như hình vẽ :

Copyright by NguyenDung K51ckctm
5
L
Dt
δ
q
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển

Đường kính tang tời được chọn để các sợi cáp khi cuốn vào tang
không chịu ứng suất uốn quá lớn .Thường chọn Dt ≥ (16 ÷ 30 )D
C
Chọn D
T
= 280 mm.
Bước của rãnh xoắn : t = D
C
+ (2- 3 ) mm chọn t = 15 mm.
Bán kính của rãnh xoắn : r = (0,6 ÷ 0,7 ) D
C
chọn r = 8 mm.
Chiều sâu của rãnh xoắn e < r . Chọn e = 5 mm.
Chiều dài tang phải đủ cuốn đủ đoạn cáp làm việc tương ứng với
chiều cao nâng yêu cầu đồng thời phải có các vòng cáp dự trữ.
L =

3
mm
=+
+

Chọn L = 2545 mm.
Chiều dày tang rời có thể chọn sơ bộ theo công thức :
.δ = 0,02 D
T
+ (6 ÷ 10 ) mm
11,6 mm ≤ δ ≤ 16,6 mm Chọn δ = 14 mm.
- Tính toán sức bền của tang .
Trong quá trình làm việc tang chịu lực nén do dây cáp cuốn qua tang
khi có tải. Ngoài ra tang còn bị uốn và bị xoắn do mômen tạo ra do lực căng
của dây cáp và trọng lượng bản thân của tang và dây cáp. Do tang có chiều
dài làm việc
t
Dl .2
0
<
nên ứng suất nén có ý nghĩa quyết định đến độ bền của
tang do đó trong tính toán ta chỉ tính đến ứng suất nén và bỏ qua ứng suất
Copyright by NguyenDung K51ckctm
6
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
uốn và xoắn. Để kiểm tra độ bền của tang theo ứng suất nén ta áp dụng công
thức 2.11 [1]:
[ ]
nn
t

6. Xác định mômen do vật nâng gây ra trên trục tang M
tg
.
Mômen do vật nâng gây ra trên trục tang được xác định theo công
thức:
mmN
D
SM
t
tg
.10.3,1841
95,0.2
291
.022,12
.2
.
3
0
max
≈==
η
Với:
S
max
= 12022 N
D
0
– đường kính tang tính đến tâm cáp, cm
D
0

η = η
p
.η
t
.η
hgt
η
p
= 0,96 – hiệu suất của pa lăng
η
t
= 0,95 – hiệu suất của tang tời.
η
hgt
= 0,88 – hiệu suất của hộp giảm tốc ( Sơ bộ chọn hộp giảm tốc
bánh răng trụ 2 cấp)
Thay vào công thức ta có:
kW
dc
N 1,17
88,0.95,0.96,0.102
4,0.3500
==
Chọn động cơ: Tra bảng 4P[2], chọn động cơ có số hiệu AOC2 – 62 –
4, có:
N
dm
= 18,5 kW, n
đc
= 1500 vòng/phút, η = 83%

Tỷ số truyền của hộp giảm tốc:
tg
n
đc
n
h
i =
Trong đó:
n
đc
– số vòng quay của trục động cơ
n
tg
– số vòng quay của tang cần có để đảm bảo v
n
cho trước:
phútvg
D
av
tg
n
n
/89,137
291.14,3
3.
3
10.7,0.60
0
.
60

= 116 ul.
Copyright by NguyenDung K51ckctm
9
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
Bộ truyền bánh răng cấp chậm có tỷ số truyền i
ch
= 2,725
Góc ăn khớp α = 20
0
Môđun m = 4
Chiều rộng bánh răng: b= 106
Z
3
= 24ul; Z
4
= 65 ul.
Sơ đồ hộp giảm tốc
9.Tính toán kiểm tra quá trình làm việc của cơ cấu nâng.
Trong quá trình làm việc cơ cấu nâng trải qua 3 giai đoạn: Khởi động;
Chuyển động ổn định; Phanh và dừng lại. Ta kiểm tra trong từng giai đoạn
vì trong mỗi giai đoạn cơ cấu nâng chịu các lực khác nhau.
* Giai đoạn khởi động.
Ở giai đoạn này, lực cản không chỉ do trọng lượng vật nâng mà còn do
lực quán tính sinh ra khi vật nâng chuyển động từ trạng thái tĩnh đến trạng
thái làm việc ổn định. Do động cơ điện trong cơ cấu nâng được chọn theo
công suất khi chuyển động ổn định với tốc nâng vật không đổi nhưng trong
giai đoạn khởi động ngoài việc nâng vật động cơ còn tiêu hao năng lượng để
tạo ra tốc cho vật nâng và các chi tiết máy trong cơ cấu vì trước đó chúng ở
trạng thái tĩnh. Vì vậy trong giai đoạn khởi động máy, mômen khởi động
trên động cơ bao gồm: Mômen cản tĩnh M

i
DQ

Trong đó: Q = 3500 + 75 = 3575 kG = 35750 N.
D = 291 mm – đường kính tính toán của tang.
i = a.i
h
= 2.10,9 = 21,8 – tỷ số truyền chung của toàn cơ cấu.
η =
88,0.95,0.96,0
= 0,8 – hiệu suất chung của toàn hệ thống.
mmNM
ct
.189021
8,0.8,21.2
219.35750
==
Trong cơ cấu nâng, khối lượng chuyển động tịnh tiến là vật nâng và ụ
móc treo, nên mômen lực quán tính của nó đưa về trục động cơ bằng:
M
d
1
=
gi
DjQ
2
.
η
Trong đó: j là gia tốc của vật nâng, ta có thể coi vật nâng chuyển động
nhanh dần đều.

động cơ được tính gần đúng bằng:
M
d2
= c.J
0
. ε
J
o
– mômen quán tính đối với trục quay của các khối lượng trên trục
dẫn.
( )
40
.
2
0
∑
=
ii
DG
J
Copyright by NguyenDung K51ckctm
11
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
G
i
, D
i
– là khối lượng và đường kính quán tính của khối lượng thứ i trên
trục dẫn.
Khối lượng và đường kính quán tính của bánh răng đầu tiên của hộp

.2,1
3
2
2
==
Mômen khởi động:
M
kđ
= 189021 + 52195,2 + 502 = 241718,2 N.mm
Mômen mở máy của động cơ:
mmNM
mm
.252120
1500
22
.10.55,9.8,1
6
==
Như vậy là động cơ thỏa mãn.
* Giai đoạn phanh và dừng lại.
Ở giai đoạn này vật nâng sẽ sinh ra lực quán tính do tốc độ vật nâng
biến đổi từ tốc độ làm việc đến bằng 0. Quá trình phanh là quá trình ngược
lại so với quá trình khởi động, ta cần phải tạo gia cấp âm cho cơ cấu để
chuyển cơ cấu từ trạng thái chuyển động sang trạng thái tĩnh. Tương tự như
tính toán ở trên, phương trình chuyển động của cơ cấu trong thời kỳ phanh
dưới dạng chung như sau:
M
p
= M
’

M
.375
.
2

20

2
.
∑ 





++=
η
η
mmN.75,1942044860745,359189021 =++=
Copyright by NguyenDung K51ckctm
12
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
10) Lựa chọn và tính toán thiết bị phanh hãm.
Tất cả các cơ cấu nâng đều cần phải có thiết bị phanh hãm, nhất là các
cơ cấu có động cơ làm việc với vận tốc cao. Phanh dùng để dừng vật và giữ
vật ở trạng thái treo hoặc điều chỉnh vận tốc nâng hạ theo đúng yêu cầu, còn
trong các cơ cấu khác cần dừng vật đúng vị trí.
Có nhiều thiết bị phanh hãm với các chức năng khác nhau và có các
đặc điểm và ưu nhược điểm riêng nhưng tất cả chúng đều phải đạt được các
yêu cầu chung đối với các thiết bị phanh hãm, đó là:

6- Phanh đai vi sai: Chỉ dùng được ở cơ cấu có mômen phanh không
đổi chiều.
Copyright by NguyenDung K51ckctm
13
Bộ Môn TBBQ & CBNS Bài Tập lớn môn học Máy Nâng Chuyển
7- Phanh đai hai chiều: Chỉ dùng cho cơ cấu có mômen phanh đổi
chiều vì đối với cơ cấu có mômen phanh không đổi chiều thì dùng phanh
này sẽ không có lợi vì lực điều khiển sẽ lớn gấp 2 lần so với dùng phanh đai
đơn giản.
8- Phanh áp trục hình nón.
9- Phanh áp trục loại đĩa.
10- Phanh tự động có bề mặt ma sát không tách rời: Sử dụng trong cơ
cấu nâng có truyền động trục vít. Nó tự động phanh được dưới tác động của
vật nâng, không cần phải điều khiển, ngoài ra còn có khả năng tự động điều
chỉnh được mômen phanh và lực làm việc K theo sự thay đổi của trọng
lượng vật nâng. Nhược điểm của loại phanh này là cần phải tiêu hao năng
lượng khi hạ vật.
11- Phanh tự động có mặt ma sát tách rời: Phanh này có thể đặt ở bất
kỳ trục nào ở cơ cấu nâng dẫn động bằng tay hoặc dẫn động bằng máy có
dùng hệ thống truyền động bánh răng. Loại phanh này có ưu điểm khi hạ vật
không tiêu hao năng lượng nhiều như phanh tự động có ma sát không tách
rời.
Dựa trên các đặc điểm của các hệ thống phanh và yêu cầu đặt ra của
cơ cấu nâng trong bài ta chọn cơ cấu phanh hãm là loại “phanh má điện từ”
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và sơ đồ tính toán của Phanh má điện từ:
Lực đóng phanh được tạo nên do các đai ốc 10 nén lò xo chính 8. Một
đầu lò xo 8 tì vào ống bao 13, kéo tay đòn phanh 3 cùng với má kẹp 2 vào
bánh phanh 1. Đầu kia của lò xo 8 đẩy đai ốc 10, kéo thanh đẩy 14 sang
phải, qua đai ốc 12 kéo tay đòn phanh 5 cùng má phanh 4 ép vào bánh phanh
1.

100
.
95,0.100.2,1
75,194024
1
.

===
η
η – hiệu suất của tay đòn, dùng khớp xoay bôi trơn ta chọn η =0,95.
Lực đẩy của lò xo chính 8 để tạo mômen phanh:
a
n
M
p
PP
c
P ++=
P
p
= 6 kG = 60 N – lực nén của lò xo phụ.
M
n
– mômen do trọng lượng phần ứng của nam châm điện gây ra trên
tay đòn 7.
Khi mở phanh, nam châm 6 làm việc làm lò xo chính 8 chịu lực nén
lớn nhất P
max
là:
C

1
2 =






+=








+=
ε
Hành trình phanh được tính theo công thức:
6,9
83,0
1
.
100
200
.2.2
1
.
1