Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải

Sv: Lê

tính toán thiết kế
cơ cấu quay Cần trục tháp
Phần I

Tính chọn động cơ, chọn phanh
Cơ cấu quay đợc đặt trên phần quay của cần trục. Bánh
răng chủ động cuối cùng của xích động học ăn khớp với bánh răng
gắn cố định trên phần không quay. Khi làm việc bánh răng chủ
động quay, lăn quanh vành răng cố định, kéo theo phần quay
chuyển động.
Tốc độ quay cần trục đợc chọn tuỳ thuộc vào năng suất của
máy. Tuy nhiên nếu dùng tốc độ quay lớn sẽ phát sinh các tải trọng
quán tính lớn. Tốc độ quay của cần trục hiện nay nằm trong
khoảng 0,5 đến 3,5 vòng/phút. Để đảm bảo tốc độ quay của
cần trục hệ thống truyền động cơ cấu quay phải có tỷ số
truyền rất lớn.

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

1


Sv: Lê

Gbq = 8,8 T.



Trọng lợng đối trọng :

G dt = 24 T



Trọng lợng thanh chống :

Gch =1



Chế độ làm việc :



Tốc độ quay



Sơ đồ nguyên lý:

Trờng đại học thuỷ lợi HN

:


V = Q + Gc + Gt + Gch + Gdt + Gbq
V = 12 + 2 + 8.,8 + 24 + 1 + 9
V = 56,8(T ).

Phản lực theo phơng nghiêng:
(Gồm hai thành phần thẳng đứng và nghiêng)

M
N = V + 4,5.

Dcp


Trờng đại học thuỷ lợi HN


. 1
n. cos


Trang:

3


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải

: là

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

4


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải
1 + 2
1 2
d 4,445
1 = =
= 2.22(cm)
2
2
2 = (0,51...0,62)d = 0,6.4,445 = 2,67(cm)
2,67.2,22
=
= 13,17(cm)
2,67 2,22
=

N = 2620.
Max = 0,388.

N1 =

N 1'
119344,3
=
= 168803,82 KG
0
0,707
cos 45

N2 =

N 2'
62544,3
=
= 88464,36 KG
0
0,707
cos 45

Ma sát quay ở vị trí 1:

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

5


Đồ án môn học máy nâng

.
= 4114,4 KG
2,22
2
M 12 = FTP .

Với à =0.05 (chọn).
Mô men cản do ma sát trong hệ thống là:
M1 = M11 + M21
M1 = 7850,9 + 4114,47 = 11965,3KG.

Xác định mômen cản gió:
Mômen cản do gió đợc xác định theo công thức
M gmax = Pgv .l c + Pgc .a 4 + Pgq .c + Pgt .a 3

Trong đó;
Pgv , Pgc , Pgq , Pgt : Là tải trọng gió tác dụng lên vật nâng, cần, phần

quay tháp của cần trục ( coi là một lực tác dụng vào trọng tâm
của từng phần theo phơng ngang)
Mômen cản gió M2= 6048 KG.M

Mômen cản dốc
M3= M.sin= 187800 . 0,001 = 187,8 KG.m
Vậy toàn bộ mô men tĩnh cản quay đối với trục
Mq = M1 + M2 + M3

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

chọn động cơ điện: MTF 312-6:
Công suất : N = 17,5Kw
Số vòng quay : n = 950(v/p)
Mô men Max : MMax = 48(daNm)
Mô men vô lăng (GiD2i)rô to = 1,25 (daNm2)
Khối lợng : Gđc = 210 kg
2. Tỷ số truyền chung.

iq =

ndc 950
=
= 633,3
ndc 1,5

3. Kiểm tra động cơ điện.
Góc quay khởi động: =


( rad ) .
9


9 = 4,4( s ).
Thời gian mở máy tối đa: t = 60. =
m
.n q .1,5
60.

Mômen mở máy ít nhất cần có để đảm bảo thời gian mở

+

. ( Gi .Di2 ) Ii .n1
.
375.t m

Q.a 2 + Gc .a 42 + Gdt .a 22 + Gch .a52 + Gt .a32
=
4


q
375


12.212 + 2.14 2 + 24.3,3 2 + 1.12 + 9.0,8 2
G.D 2 q = 4

375


2
G.D q = 63,94( T .m )

(G.D )
2

(
(


: Là mô men vô lăng của khớp nối kết hợp với bánh

phanh đờng kính D = 200 mm.
Mm =

)

( G .D )
2

i

i

khop

(

)

= 3,79 Nm 2 :

18201
634900.950
1,1.5,04.950
+
+
= 52,6( Nm ).
2
633,3.0,6 375.633,3 .4,4.0,6


Trang:

8


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải
MA =

(G.D) q .n q
375.t ph

63,49.10 7.1,5
=
= 57718,2( Nm )
375.4,4

Mô men phanh cần có:
M ph = K ph .( M 1 + M 2 + M 3 + M 4 ).


0,6
= 1,1.( 11965,3 + 6048 + 187,8 + 57718,2).
= 54,2( Nm ).
i ph
633,3


I- Tính toán, thiết kế bộ truyền trục vít, bánh vít
Thời gian phục vụ của trục vít, bánh vít ở chế độ làm việc trung
bình

t = 10000 h. trục vít chính là trục vào của hộp giảm tốc.
Công suất trên trục vít chính là công suất trên trục động cơ:
d1' = d1 + 2m = 162
Bộ truyền làm việc 2 chiều
Căn cứ vào chế độ tải trọng tính toán ta có đồ thị gia tải trung
bình của cơ cấu quay (hình vẽ)

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

10


Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải

Sv: Lê

Trớc hết ta tính vận tốc trợt Vs và căn cứ vào Vs để chọn vật liệu.
Vận tốc trợt tính theo công thức gần đúng
Vs = 8,8.10 3.3 N 1 .i.n12
Vs = 8,8.10 3 3 17,5.30.950 2
Vs = 6,86( m / s )

10 6
N FE

N FE = 60n2 (
n2 =

M 2i 9
) .t i
M 2 max

950
= 31,67(v / p) :
30

Số vòng quay của bánh vít
M2i: mô men xuắn trên bánh vít ở chế độ thứ i
M2max: mô men lớn nhất trong các trị số M2i.
N FB = 60.31,67.10000(19.0,2 + 0,5 9.0,75 + 0,2 9.0,3) = 4512975
K FL = 9

10 6
= 0,846
4512975

Vậy ứng suất cho phép của bánh vít là
[ F ] = [ FO ].K FL = 29.0,846 = 24,534 MPa

Để kiểm tra độ bền tĩnh tránh quá tải, cần xác định ứng suất
cho phép khi quá tải [ H ]max và ứng suất uốn khi quá tải [ p ]max .
Với bánh vít bằng đồng thanh không thiếc:

Hệ số đờng kính trục vít
Theo bảng 7-3 (HDTKHTDD) q =0.3. Z2 = 0,3.30 =10 Chọn q =
10; KH = 1,2
Khoảng cách trục aw :
a w = ( z 2 + q).3 (

170 2 M 2 .K H
) .
z 2 [ H ]
q

a w = (30 + 10).3 (

170 2 414473,68.1,2
) .
= 192(mm)
30.120
10

chọn aw = 195mm
m=

2a w
2.195
=
= 9,75
q + z 2 10 + 30

3- Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc.
ứng suất tiếp xúc trên mặt răng bánh vít của bộ truyền đã đợc


13


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải
d w = (q + 2 x )m = 10.10 = 100
Vs =

.100.950
= 5m / s
60000. cos 5,7 0

Tra bảng 7-2 ta có [ H ] = 120MPa
H =

170 30 + 10 3 414473,68.1,2
(
) .
= 144.2 MPa
30
170
10

So sánh H < [ H ]
Vậy răng bánh vít thoả mãn độ bền tiếp xúc.
4- Kiểm nghiệm độ bền uốn của bánh vít

- mô đun

: m = 7,5mm

- Hệ số đờng kính : q = 10
- Tỷ số truyền

Trờng đại học thuỷ lợi HN

: i = 30

Trang:

14


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải

- Số ren trục vít và số răng bánh vít : Z1 = 1; Z2 = 30
: = 5,7 0

- Góc vít

- Chiều dài phần cắt ren trục vít : b1 = 128mm
- Chiều rộng bánh vít
- Đờng kính chia



Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải

Sv: Lê

2- Xác định ứng suất cho phép
Theo bảng 6-2 với thép 45, tôi cải thiện đạt đọ rắn HB180
350
0
HLim
= 2 HB + 70; S H = 1,1; F0 lim = 1,8 HB; S H = 1,75

Độ rắn bánh nhỏ: HB1 = 245
Độ rắn bánh lớn : HB2 = 130
F0 lim1 = 2 HB1 + 70 = 2.245 + 70 = 560MPa

F0 lim1 = 1,8.245 = 441MPa
F0 lim 2 = 2 HB2 + 70 = 2.230 + 70 = 530MPa
F0 lim 2 = 1,8.230 = 414MPa
2, 4
N H 0 = 30 H HB

NHo : số chu kỳ thay đổi ứng suất khi thử về tiếp xúc
HHB : độ rắn Brinen
N Ho1 = 30.245 2, 4 = 1,6.10 7
N Ho 2 = 30.230 2, 4 = 1,397.10 7


N HB 2 = 60.

31,6
.10000(13.0,2 + 0,75 3.0,5 + 0,2 3.0,3) = 1954776
4
1

1

N

1954776
K LH 2 = H 02 = 6
= 1,39
7
1,39.10
N E2
N HE1 = i.N HE 2 = 4.1954776 = 7819104
mH

K LH 1 = mF

N HE1 6 1,6.10 7
=
= 1,13
N Ho 2
7819104

- ứng suất tiếp xúc cho phép:


K Fc .K Fl
SF

SF = 1,75 : Hệ số an toàn uốn
KFc = 0,75 : Hệ số xét đến ảnh hởng đặt tải.
Xác định

K

N

FO

= 4. 10 6

N

FE

= 60.t. (



N



K FL 2 = 6

FE 2

4.10 6
= 1,14
1791709,2

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

17


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải

N


FE1

= i. N FE 2 = 4.1791709,2 = 7166836,8

K FL1 = 6

4.10 6
= 0,91
7166836,8



mã

= 2,8.450 = 1260 MPa
= 0,8.580 = 164 MPa

= 0,8.450 = 360 MPa

3- Tính toán bộ truyền bánh răng nghiêng
a- Xác định sơ bộ khoảng cách trục

a

w



K (i
a

2

+ 1)3

M K
[ ] i
1

H


9,55.10 6.13,12
= 3965063,3 N mm
31,6

a w 43(4 + 1)3

3965063,3.1,07
= 408
622,5 2 4.0,4

Chọn aw= 410
b- Xác định các thông số ăn khớp

m

= (0,01 ữ 0,02) a w = 0,01.410 = 4,1

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

18


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải
lấy m=4,5mm.

1

= 36.4 = 144 (răng)

= 144 (răng).

Z +Z

=> a w = m
Lấy

2

2

1

2

2

= 4,5.

36 + 144
= 405mm
2

= 410 do đó cần dịch chỉnh để tăng khoảng cách trục từ

405 lên 410 mm.

= 6,1
180

ta có

K

x

= 0,265

Hệ số giảm đỉnh răng:

y =

K .Z
x

1000

t

=

0,265.180
= 0,048
1000

Tổng hệ số dịch chỉnh: xt =



Trang:

19


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải
Gác ăn khớp : cos tw

Z t m. cos 180.4,5. cos 20 0
=
=
= 0,93
2.a w
2.410

=> tw = 22,5 0
c- Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
ứng suất tiếp xúc trên mặt răng của bộ truyền phải thoả mãn:



H

= Z M .Z H .Z


ZH =

2. cos(3 0 )
= 1,73
sin( 2.21)

()

Hệ số trùng khớp dọc: = bw sin ( m )
bw =

2.a w
2.410
=
= 164mm
im + 1 4 + 1

= 164. sin

( 3)

( .4,5)

= 0,61


1
1
= 1,88 3,2 + . cos
z1 z 2


=

(4 1,75)(1 0,61) 0,61
+
= 0,91
3
1,75

Z : hệ số kể đến trùng khớp bánh răng.

KH : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc:
K H = K H .K H K H

Đờng kính vòng lăn bánh nhỏ
2.a w
2.410
=
= 164mm
(i + 1) (4 + 1)
.d w1 n1 .164.31,6
V =
=
= 0,27(m / s )
60000
60000
d w1 =

Theo bảng (6-13) với V=0,27(m/s) ta dùng cấp chính xác 9
Theo bảng (6-14) với cấp chính xác 9, V< 2,5 m/s K H = 1,13

d- Kiểm ngiệm sức bền uốn của răng
F =

19,1.10 6.K .N
y.mn2 .Z .n.b. "

y1,y2 :

hệ số dạng răng

Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

21


Sv: Lê

Đồ án môn học máy nâng

Quang Khải
K = 1,4 :hệ số tải trọng

(

" : hệ số phản ánh khả năng tải.

= 1,5



b w = 164 mm

- Tỷ số truyền

i =4

- Góc nghiêng của răng

= 110

- Số răng bánh răng

Z 1 = 36 ; Z2 = 144 mm

- Sệ số dịch chỉnh

x 1 = 0,244 ; x2 =

0,924 mm
- Đờng kính vòng chia

d1 = 165

- Đờng kính đỉnh răng

; d2 =660 mm

da1 =176 mm ; da2 =677


- Bánh nhỏ:

thép 45 thờng hoá.

b = 580 MPa
ch = 290 MPa
HB = 200
Đờng kính phôi 100 ữ 300mm.
- chất:

thép 35 thờng hoá
b = 520 MPa
ch = 270 MPa
HB = 140.

Đờng kính phôi dới 100 mm.
* ứng suất cho phép
- ứng suất tiếp xúc.
Từ bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng ta có:
1954776
= 488694
4
N tdtx1 , N tdtx 2 < N 0 = 10 7
N tdtx 2 =

K 2 = =6

N 0 6 10 7
=
= 1,65

1,05.10 6
A ( i + 1).3
[ tx ].i

2

K .N
.
A .n 2
2

1,05.10 6 1,4.13,12
.
A ( 5,28 + 1) 3
= 940mm
600.5,28 0,4.1,5

Lấy A = 940mm.
Vận tốc này và cấp chính xác chế tạo.
Vc =

2. . A.n1
2. .940.7,9
=
= 0,12m / s
60.1000(i 1) 60000.6,28

Theo bảng 5-12 chọn cấp chính xác 9.
Xác định mô đun.
m = (0,01 ữ 0,02). A = 0,01.940 = 9,4


b = 60 mm

Đờng kính vòng chia:
Đờng kính đỉnh:

d1 = m.Z = 12.30 =360 mm
d1' = d1 + 2m = 384mm

Đờng kính vòng chân răng: d1" = d1 2m c = 334mm
Trờng đại học thuỷ lợi HN

Trang:

25