Tài liệu đồ án thiết kế máy

Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy MỤC LỤ Type equation here . MỤC LỤC.....................................................................................1 LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................3 Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU THANG MÁY( CẦU THANG CUỐN )...........................................................................................................................4 1.1. TỔNG QUAN VỀ THANG CUỐN :....................................................................4 1.1.1.Khái niệm cầu thang cuốn:...............................................................................4 1.1.2. Ứng dụng của cầu thang cuốn :.......................................................................4 1.1.3. Phân loại cầu thang cuốn:...............................................................................4 1.1.4. Lịch sử phát triễn cầu thang cuốn:..................................................................5 1.1.5. Các thiết bị và cơ cấu chính sử dụng trong cầu thang cuốn:..........................5 1.1.6. Một số thiết kế và lưu ý của hành khách để đảm bảo an toàn cho hành khách khi đi trên cầu thang cuốn:.............................................................................8 1.2. TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ MÁY:...............................................9 1.2.1. Các nguyên lý cơ bản khi thiết kế máy:..........................................................9 1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá thiết kế:.......................................................................10 Chương 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC............................................................................................................................12 2.1. THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ:..................................................................................12 2.1.1. Xác định các thông số ký thuật:....................................................................12 2.1.2. Thiết kế nguyên lý:........................................................................................12 2.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC:.................................................................................13 2.2.1. Tính toán các thông số băng thang:..............................................................13 2.2.2 Tính toán sơ bộ công suất trên băng thang:...................................................14 2.2.3. Giới thiệu, phân loại và chọn hộp giảm tốc:.................................................15 2.2.4. Chọn sơ đồ nguyên lý hộp giảm tốc:............................................................20 2.2.5. Chọn động chơ điện, phân phối tỉ số truyền, xác định số vòng quay, công suất và moomen các trục của hộp giảm tốc:...........................................................21 Chương 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY VÀ TÍNH TOÁN SỨC BỀN..............................................................................................................................23 SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 1 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy 3.1. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH:........................................................................23 3.1.1. Chọn loại xích, đánh số răng của đĩa xích, bước xích, khoảng cách trục A và số mắc xích X:.........................................................................................................23 3.1.2. Tính đường kính vòng chia của đĩa xích và lực tác dụng lên trục:..............24 3.2. THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG:.........................................................24 3.2.1. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh:......................................................24 3.2.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm:.......................................................30 3.3. THIẾT KẾ CHI TIẾT TRỤC, THEN VÀ GỐI ĐỠ TRỤC:...............................35 3.3.1. Thiết kế chi tiết trục:.....................................................................................35 3.3.2. Tính then:.......................................................................................................47 3.3.3.Thiết kế gối đỡ trục:.......................................................................................48 3.4. CẤU TẠO VỎ HỘP, CÁC CHI TIẾT MÁY KHÁC VÀ LẮP GHÉP BÔI TRƠN:.........................................................................................................................53 3.4.1. Cấu tạo vỏ hộp và các chi tiết khác:.............................................................53 3.4.2. Bôi trơn và lắp ghép hộp giảm tốc:...............................................................54 3.5. BẢNG THỐNG KÊ KỊCH THƯỚC, VẬT LIỆU CÁC CHI TIẾT MÁY :.......55 Chương 4: HỆ THỐNG DIỀU KHIỂN..........................................................57 4.1. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN:.....................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................58 SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 2 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy LỜI NÓI ĐẦU Thiết kế máy là môn khoa học nghiên cức các phương pháp tính toán và thiết kế các chi tiết máy có công dụng chung. Thiết kế máy có nhiệm vụ trình bùy những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý cũng như phương pháp tính toán các hệ truyền động, nhằm bồi dưỡng cho sinh viên khả năng giải quyết các vấn đề tính toán và thiết kế các hệ truyền động. Đối với ngành cơ điện tử thiết kế máy là môn kỹ thuật cơ sở, liên nối kiến thức đã học và thực tế. Trong nôi dung một đồ án môn học với đề tài "Thiết kế hệ thống thang máy ( thang cuốn )", được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Xuân Tùy em đã hoàn thành bản thiết kế bao gồm phần tính toán thuyết minh và bản vẽ. Tuy nhiên do kiến thức có phần hạn chế nên không tránh khỏi sai sót. Em mong tiếp tục nhân được sự hướng dẫn và góp ý của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 3 Đồồ án thiếết kếế máy Chương 1: GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU THANG MÁY ( CẦU THANG CUỐN ) 1.1. TỔNG QUAN VỀ THANG CUỐN : 1.1.1.Khái niệm cầu thang cuốn: Cầu thang cuốn là thiết bị vận chuyển người, hàng hóa dạng băng tải. thang cuốn bao gồm hệ thống những bước thang có thể chuyển động lên trên hay xuống dưới luân phiên nhau thành vòng tròn khiếp kín, ăn khớp với nhau bằng những khe sâu trên bề mặt. Đường đi của thang cuốn chủ yếu là đường thẳng nhưng một số khác được thiết ké theo dạng xoắn ốc để tiết kiệm diện tích. Mô hình cầu thang cuốn thực tế trên thị trường được thể hiện trên hình 1.1. Hình 1.1: Mô hình cầu thang cuốn thực tế. 1.1.2. Ứng dụng của cầu thang cuốn : Cầu thang cuốn thường được lắp đặt tại các siêu thị, trung tâm thương mại, các ga tầu sân bay, nhà hàng,...để vận chuyển hàng háo và hành khách. Hiện nay cauà thang cuốn còn được dử dụng rộng rãi trong các nhà ở dân dụng Ngoài ý nghĩa thiết bị vận chuyển hàng hóa và người, cầu thang cuốn còn là một những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của mỗi công trình. Thang cuốn hiện đại được sử dụng từng đôi với một chiều lên và một chiều xuống. 1.1.3. Phân loại cầu thang cuốn: Thang cuốn hiện nay được thiết kế, chế tạo rất đa dạng với nhiều kiểu loại khác nhau để phù hợp với mục đích của từng công trình. 1) Phân loại theo công dụng: + Cầu thang cuốn bậc thang dùng vận chuyển người. + Cầu thang cuốn dạng băng tải vận chuyển người và hàng hóa. 2) Phân loại theo hình dáng đường đi: +Cầu thang cuốn di chuyển thẳng rất phổ biến thường thầy ở siêu thị, trung tâm thương mại. + Cầu thang cuốn dạng xoắn ốc ít phổ biến. 3) Phân loại theo các thông số cơ bản: SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 4 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy + Theo độ cao + Theo góc nghiêng + Theo chiều dài thang + Theo dung lượng vận chuyển 4) Phân loại theo mức độ tự động: + Bán tự động + Tự động 1.1.4. Lịch sử phát triễn cầu thang cuốn: Cầu thang cuốn ngày nay có mục đích sử dụng và hình dáng tương đồng với các loại cầu thang trong ngành kiến trúc. Cầu thang là một trong những phần kiến trúc trong nhà có lịch sử lâu đời nhất trong lịch sử ngành kiến trúc. Và rất khó có thể nói chính xác năm nào đã có cầu thang, nhưng người ta vẫn tin rằng chúng xuất hiện vào khoảng năm 600 trước công nguyên. Cầu thang luôn thay đổi hình dáng qua nhiều thời kì kiến trúc khác nhau. Mẫu cầu thang đầu tiên trong lịch sử được chế tạo bằng gỗ cây. Với hình dáng thô sơ đơn giản. Trong lịch sử cầu thang gần đây, mẫu cầu thang xoắn ốc ra đời sử dụng với mục đích tiết kiệm diện tích. Có thể nói cầu thang cuốn ra đời trong thế kỉ thứ 19, khi động cơ hơi nước(1860), động cơ điện một chiều(1870), động cơ điện xoay chiều(1889) ra đời. Vào cuối thế kỉ 19, Peter Nicholson đã phát triễn một hệ thống toán học cho cầu thang và thanh cây vin. Năm 1920 hệ cơ khí và truyền động điện ra đời. NHững kĩ thuật và phương pháp điều khiển động cơ điện không ngừng phát triễn, cầu thang cuốn dùng hộp giảm tốc bánh răng kết hợp với động cơ điện đã được ra đời. Năm 1935, hệ cơ khí với điều khiển tự động ra đời với những hệ điều khiển tốc độ phức tạp và sự phối hợp đóng ngắt để điều khiển an toàn tốc độ. Vào thời đại máy tính và kĩ thuật vi điều khiển kết hợp với các loại cảm biến làm tăng hiệu quả làm việc và tính năng an toàn của thang. Sự phát triển của vật liệu( thủy tinh, thép không rỉ, titan, nhựa tổng hợp...) đã tạo ra những kiểu thiết kế cầu thang cuốn có tính thẩm mĩ cao và an toàn như ngày nay. Cầu thang cuốn trở thành trung gian của kĩ thuật kiến trúc và mỹ thuật, nó tô điểm vaftrang hoàn lộng lẫy công trình xây dựng. 1.1.5. Các thiết bị và cơ cấu chính sử dụng trong cầu thang cuốn: 1) Nguồn động lực: Nguồn đọng lực có vai trò quan trọng trong tất cả các hệ thống truyền động. Nó cung cấp toàn bộ năng lượng cho cả hệ thống hoạt động. Đối với cầu thnag cuố nguồn động lực được sử dụng đó là động cơ điện không đông bộ xoay chiều 3 pha 380-220V, pha đơn 220V với tần số 50 - 60Hz. Vì động cơ giữ vai trò rất quan trọng nên việc lựa chọn động cơ cho hệ thống câu thang cuốn phải đảm bảo các điều kiện sau: + Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết của cả hệ thống. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 5 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy + Tốc độ động cơ phải phù hợp để đơn giản trong việc thiết kế các bộ giảm tốc, Phải đảm bảo về mặt kinh tế và kích thước khối lượng ( vì tốc đọ đọng cơ có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành, khối lượng và kích thước của động cơ). + Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn. + Momen khởi động phải đủ lớn đẻ co thể thắng được momen cản ban đầu + Động cơ không quá nóng khi làm việc trong thời gian dài. 2) Hộp giảm tốc:( hình 1.2 ) Hộp giảm tốc là một bộ phận phổ biến và quan trọng trong hầu hết các máy móc cơ khí. Trong hệ thống cầu thang cuốn hộp giảm tốc được sử dụng giảm tốc độ từ trục động cơ đến băng tải thang. Do cầu thang cuốn không cần độ tự hãm lớn nên các hãng chế tạo thường sử dụng bộ truyền bánh răng nghiêng kết hợp bộ truyền xích. Vì thế việc thiết kế hộp giảm tốc cần phải được tiến hành cẩn thận, tính toán kinh tế theo cán phương án thích hợp nhất. Thông thường khi thiết kế hộp giảm tốc cần thỏa mãn hai điều kiện sau: +Hộp giảm tốc được thiết kế phải thỏa mãn những chỉ tiêu làm việc chủ yếu như sức bền, độ bền mòn, độ cứng... + Giá thành chế tạo rẻ nhất, nhỏ gọn và thẩm mỹ. Hình 1.2: Hộp giảm tốc Ngoài những yêu cầu về khả năng làm việc chủ yếu, hộp giảm tốc được thiết kế cần thỏa mãn những điều kiện kĩ thuật cơ bản sau: + Cơ sở hợp lý để chọn kết cấu các chi tietes và bộ phận máy. + Những yêu cầu về tháo lắp, sữa chữa ( như tháo lắp điều chỉnh thuận lợi, giảm khối lượng các nguyên công bằng tay khi lắp ráp và thời gian tháo lắp...) + HÌnh dạng cấu tạo của chi tiết phù hợp với phương pháp chế tạo phôi gia công và sản lượng cho trước. + Tiết kiệm nguyên vật liệu. + Dùng rộng rãi các chi tiết, bộ phận máy đã được chỉ tiêu chuẩn hóa. + Bảo đảm dung sai lắp ghép các chi tiết. Ngoài ra, khi thiết kế cần lưu ý đến cần đề an toàn lao động và tính thẫm mỹ của sản phẩm. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 6 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Tóm lại, việc thiết kế hộp giảm tốc là quá trình sáng tạo. Để đạt được yêu cầu của thiết kế có thể có rất nhiều phương án khác nhau. Ngườu thiết kế vận dụng những hiểu biết lí thuyết và kinh nghiệm thực tế để lựa chọn phương án hợp lý và cái hơn là phương án tối ưu nhất. Mục đích cuối cùng là tạo ra chi tiết máy móc đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, tính thẩm mỹ, tính kinh tế, an toàn và làm việc tin cậy...Do đó trong suốt quá trình thiết kế sản phẩm phải luôn tuân thủ các mục đích và yêu cầu của sản phẩm. 3) Băng thang: Gồm các mắc xích thang ăn khớp với nhau bằng các khe sâu trên bề mặt và có thể trượt lên nhau. Mỗi mắc xích thang có hai dãy con lăn. Nhờ vào hai dãy cin lăn này mà khi trượt trên hai băng dẫn hướng khác nhau mà các mắc xích thang có thể tạo nên các bậc thang khi di chuyển trên đoạn đường làm việc của thang. Hình 1.3: Băng thang Băng dẫn hướng ngoài nhiệm vụ dẫn hướng cho các con lăn tạo nên hành trình của mắc xích thì nó còn là nới chịu tải trọng làm việc của thang. Khuôn dẫn hướng cũng ngoài nhiệm vụ dẫn hướng ra thì nố còn giúp cho các con lăn trên mắc xích thang dễ dàng ăn khớp với bánh răng bị dẫn và bánh răng dẫn tạo ra chuyển động liên tục luân phiên thành vòng khép kín của cụm mắc xích thang. Nhờ đó có thể tạo nên chuyển động lên hay xuống của thang. Băng dẫn hướng, khuôn dẫn hướng sẽ được gắn cố định vào khung gia cố. Khung gia cố phải được thiết kế vững chắc vì nó chịu tác dụng cuẩ toàn bộ tải trọng làm việc và tải trọng chính của thang cuốn. Khung gia cố đối tượng trung gian để liên kết giữa thang cuốn với kết cấu xây dựng của công trình. 4) Lan can tay vịn cầu thang cuốn:( Hình 1.4 ) Khác với các loại lan can của cầu thang cố định truyền thống. Lan can cầu thang cuốn được thiết kế gồm có bộ lan can cố định và bố trí thêm hệ thống băng đai chạy thành vòng khép kín với cùng vân tốc với bậc thang. Chính nhờ băng đai này giúp cho hành khách cảm thấy an toàn khi đi trên thang, đồng thời làm tăng thêm tính thẩm mỹ của toàn bộ hệ thống cầu thang cuốn. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 7 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Hình 1.4: Lan can tay vịn cầu thang cuốn Băng đai hoạt động dựa và hai bánh xe trụ chốt tay vịn cầu thang cùng với hai bánh dẫn và bộ căng đai tạo nên chuyển động thành vong khép kín của băng đai. 5) Lớp áo cầu thang cuốn: Lớp áo bọc này có nhiệm vụ che chắn toàn bộ hệ thống truyền động của hệ thống. Nó giúp ngăn cản bụi rơi vào các cơ cấu ăn khớp bên trong. Có thể làm giảm tiếng ồn phát ra bên ngoài khi hệ thống làm việc. Lớp áo bọc này còn là phần quan trọng để tạo nên yếu tố thẩm mỹ ch toàn bộ cầu thang cuốn. 6) Lớp cảm biến tốc độ: Cảm biến tốc độ là thiết bị dùng để kiểm tra tốc độ của thang. Sau đó, đưa thông số vận tốc về tín hiệu điện áp hay dòng điện cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ đảm bảo vận tốc làm việc của thang theo yêu cầu khi các điều kiện ngoài thay đổi. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ gồm có: + Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto. + Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng các thay đổi điện áp stato. + Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực (p). + Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số của điện áp. Thông thường khi thay đổi tần số f để điều chỉnh tốc độ động cơ người ta thường kết hợp thay đổi điện áp stato. 1.1.6. Một số thiết kế và lưu ý của hành khách để đảm bảo an toàn cho hành khách khi đi trên cầu thang cuốn: 1) Một số thiết kế đảm bảo an toàn cho hành khách: Để giảm bớt tai nạn, các thang cuốn hiện đại được thiết thêm các phần sau: + Đa số thang cuốn có tay vịn chuyển động theo kịp sự chuyển động của bước thang để giúp người đi giữ thăng bằng khi đi thang dừng đột ngột bởi lý do nào đó. (Hình 1) SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 8 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy + Có tấm đệm chân ở đầu trên và đầu dưới chiều dài thang giúp người đi giữ thăng bằng khi kết thúc. + Có ánh sáng phân ranh giới các bước thang bằng dèn huỳnh quang được nhuộm màu xanh lục, được gắn bên trong cơ cấu vận hành của thang. + Hai hay ba bước thang đầu tiên và cuối cùng được thiết kế thành chuỗi bằng phẳng để người đi cảm thấy dễ theo kịp tốc độ của thang do quán tính. + Những đường ranh giới ở đầu hoặc cạnh bước thang được sơn màu vàng nổi bậc như một lời cảnh báo. + Hướng di chuyển lên hay xuống và tốc độ của thang có thể kiểm soát được theo thời gian trong ngày hay theo lưu lượng người đi trên đó. 2) Một số lưu ý đối với hành khách: Một số tai nạn thang cuốn cơ học có thể tránh bằng việc tuân thủ một số khuyến cáo an toàn đơn giản sau: + Giữ tay vịn khi đi trên cầu thang cuốn. + Không sử dụng thang cuốn với mục đích vận chuyển các kiện hàng lớn hay đầy hàng trên các thiết bị có bánh xe. + Không nên sử dụng thang cuốn khi đi bằng nạn. + Kiểm tra y phục như váy, cà vạt, khăn choàng, dây giày... để tránh bị quấn vào khe thang. + Trẻ em cần phải có người lớn đi kèm. + Nhìn thẳng về phía hướng đi. + Khi kết thúc lượt đi nên ra khỏi khu vực thang để tránh ùn tắc. + Đứng nép về một bên thang để người khác có thể đi qua khi họ cần. 1.2. TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ MÁY: 1.2.1. Các nguyên lý cơ bản khi thiết kế máy: 1) Nguyên lý sức bền đều: Tất cả các chi tiết máy đều có sức bền tương đương nhau, đảm bảo bền, đảm bảo thời gian máy mỏi xấp xỉ nhau, thời gian phục vụ như nhau( tức là hỏng cùng một thời điểm). Trong thực tế, các chi tiết máy có điều kiện làm việc như nhau, có vật liệu khác nhau, tải trọng tác động khác nhau. Nhưng bị ràng buộc về mặt hình học ( kích thước ) do đó không thể đảm bảo nguyên lý sức bền đều cho tất cả các chi tiết máy. Biện pháp để chúng ta có thể thực hiện được nguyên lý: + Phân nhóm các chi tiết máy theo thời hạn phục vụ. + Thiết kế sao cho các chi tiết máy mau hỏng ở cị trí dễ thay thế. Trong hồ sơ của máy phải quy định thời gian sữa chữa bảo trì và thay thế các chi tiết đó. + Trong mọi trương hợp ta phải luôn nghiên cứu kỹ thuật vật liệu dderc họn vật liệu cho phù hợp nhất. 2) Nguyên lý trọng lượng bé nhất: Khối lượng máy càng bé càng tốt vì: SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 9 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy + Vận chuyển dễ dàng. + Các loại vật liệu sử dụng tương đương nhau mà khối lượng của máy nhỏ hơn thì giá thành hạ, kích thước máy be hơn, gon hơn, chiếm ít không gian hơn. + Thông thường trong chế tạo máy tính giá thành theo trọng lượng. Để đảm bảo nguyên lý trọng lượng bé nhất ta cần thực hiện các biện pháp sau: + Chọn nguyên lý làm việc thích hợp. + Chọn vật liệu thích hợp. + Quy định trọng lượng máy để tạo tư duy chọn cơ cấu tối ưu. 3) Nguyên lý công nghệ kết cấu: + Chế tạo và lắp ráp được. + Sử dụng các cơ cấu phải tìm hiểu kỹ, phân tích à nắm bắt các cơ cấu truyền động. + Tìm hiểu về công nghệ chế tạo như tìn hiểu và thực hành trên các máy công cụ, các trang bị công nghệ à cơ sở gia công kim loại. + Thiết kế ra bản vẽ chế tạo chi tiết thích hợp để có thể tạo ra sản phẩm. + Quan tâm đến trình tự lắp ráp, tháo để sửa chữa. 1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá thiết kế: 1) Chỉ tiêu về độ tin cậy: Chỉ tiêu về độ tin cậy nhằm đánh giá thiết bị có duy trì được tính năng làm việc của nó hay không. Để đánh giá về chỉ tiêu này ta thông qua tần suất hỏng hóc bất thường của thiết bị. Từ nhận định trên ta có các biện pháp để đảm bảo độ tin cậy như sau: + Máy càng ít chi tiết thì độ tin cậy càng cao. + Thực hiện nghiêm túc việc bảo trì sữa chữa và thay thế các chi tiết máy theo thời gian quy định. + Vận hành máy đúng chế độ hiểu về công nghệ đối cới người thiết kế máy. Quy định đầy đủ các chế độ làm việc của máy và có cơ cấu đảm bảo đúng chế đọ đó. + Đảm bảo an toàn cho các cơ cấu hoạt động. 2) Chỉ tiêu về độ chính xác: Chỉ tiêu về độ chính xác có nhiều cách đánh giá: + Độ chính xác động học: Độ chính xác về tốc độ chuyển động của các xích truyền động quan hệ với các thiết bị mà chuyển động của nhiều cơ cấu có ràng buộc lẫn nhau, và quan hệ với các thiết bị yêu cầu tốc đọ chuyển động của khâu cuối cùng là hằng số, hoặc thay đổi theo quy luật nhất định. + Độ chính xác về ổn định đọng và động lực học: Tần số dao động riêng, tần số dao đọng cưỡng bức và chế độ làm việc khi có tải. Tiêu chuẩn đọ chính xác được xây dựng nên dựa trên các cơ sở chủ yếu sau: + Điều kiện làm việc thực sự của máy: Tiêu chuẩn về đọ chính xác cho từng loại máy hoặc xây dựng tiêu chuẩn cho ngành sản xuất. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 10 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy + Tốc độ chuyển động chính: Sai lệch của tốc độ thực do máy tạo ra so với tốc độ cắt cần thiết không vượt quá 50%. + Tốc độ chuyển động chạy dao đọc lặp không phụ thuộc với chuyển động cắt hoặc phụ thuộc có quan hệ với tốc dộ của chuyển động cắt chính. Đô chính xác phụ thuộc vào bản thân sản phẩm tạo ra. + Khi nghiên cứu về độ chính xác giúp chúng ta chọn lựa cơ cấu phù hợp, hình thức chế tạo máy phù hợp. 3) Các chỉ tiêu về độ bền: Độ bền là khả năng tiếp nhận tải trọng của máy mà không bị phá hủy. Có hai chỉ tiêu về độ bền là: + Chỉ tiêu độ bền mòn: Khi thiết kế máy để đảm bảo chỉ tiêu độ bền mòn thì ứng suất xuất hiện trong toàn bộ thiết bị phải nhỏ hơn ứng suất cho phép. Khi thiết bị bị mòn sẽ làm giảm độ bền , giảm độ chính xác, giảm hiệu suất, tăng tải trọng động và tiếng ồn. Cường độ mòn phụ thuộc vào trị số ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất, vận tốc trượt tương đối, sự bôi trơn, hệ số ma sát, và tính chống mòn của vật liệu. Nguyên nhân mòn gồm có: Mòn cơ học, mòn hóa học và mòn điện hóa, mòn do tróc vì mỏi ( trong bộ truyền bánh răng ). Các biện pháp nâng cao độ bền mòn: Bội trơn bề mặt tiếp xúc, chon vật liệu giảm ma sát, nhiệt luyện tăng độ rắn bề mặt làm việc, bảo đảm chế độ bôi trơn ma sát ướt. + Chỉ tiêu độ bền mỏi: Độ bền mỏi là khả năng của thiết bị cản lại sự phá hủy mỏi. Đối với mọi kết cấu kim loại , hợp kim nếu thỏa mãn điều kiện mỏi thường thỏa mãn độ bền. 4) Chỉ tiêu về độ cứng vững và chỉ tiêu về hệ số sử dụng các phần tử tiêu chuẩn hóa, thống nhất hóa: + Chỉ tiêu về độ cứng vững: được xác định bằng chuyển vị của các phần tử thuộc máy trong phạm vi giới hạn đàn hồi. Biện pháp tăng cường độ cứng vững: Chọn hình dáng kết cấu thích hợp, bố trí các bộ phận vị trí truyền động, tạo cở hệ siêu tĩnh. + Chỉ tiêu về hệ số sủ dụng các phần tử tiêu chuẩn hóa, thống nhất hóa: Tiêu chuẩn hóa là các phần tử có số lượng lớn được dùng phổ biến, tổ hợp phần tử tạo thành một bộ phận máy hoạt động độc lập. Tính toán tối ưu , tạo ra các kết cấu công nghệ tối ưu, quy trình chế tạo tối ưu. Quy định bắt buộc cho các bộ phận hoặc phần tử đó gọi là tiêu chuẩn. Ví dụ: Ổ lăn, vít đai ốc, vòng chặn đàn hồi, kích thước đường kính tiêu chuẩn, các thiết bị thủy lực, khí nén...Mục đích là để hạ giá thành sản phẩm và giảm thời gian thiết kế, chế tạo. Còn thống nhất hóa là các phần tử được dùng thường xuyên lâu dài cho một ngành hoặc một lĩnh vực nào đó. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 11 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Chương 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC 2.1. THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ: 2.1.1. Xác định các thông số ký thuật: Theo đề tài: Chiều cao thang H = 6m Tham khảo thực tế ta chọn được các thông số kỹ thuật sau: Góc nghiêng của thang ( α ) : 300 Độ rộng có ích danh định : 1200mm Dung lượng vận chuyển danh định: 9000 người/h Tốc độ định mức (v) : 0.5 m/s Nguồn cung cấp : 380V, 50Hz 2.1.2. Thiết kế nguyên lý: 1)Xây dựng sơ đồ động hệ thống cầu thang cuốn: Từ việc phân tích các thiết bị và cơ cấu chính sử dụng trong cầu thang cuốn và qua quá trình tìm hiểu các mô hình cầu thang cuốn thực tế tại các siêu thị, nhà sách trên địa bàn. Ta xây dựng được sơ đồ động của cầu thang cuốn như hình 2.1. Từ mô hình sơ đồ động trên cho ta thấy rõ hơn được các thành phần và thiết bị cơ bản của thang cuốn. Giải thích các ký hiệu trong sơ đồ Hình 2.1: Sơ đồ động của hệ thống cầu thang cuốn. 1. Khung gia cố 2. Hộp giảm tốc ( bao gồm bộ truyền bánh răng và bộ truyền xích ) 3. Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha 4. Mắc xích bậc thang SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 12 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy 5. Con lăn bậc thang 6. Băng dẫn hướng 1 7. Lớp áo bọc cầu thang cuốn 8. Tang băng thang 9. Khuôn dẫn hướng 10. Bánh chốt trục lan can cuốn 11. Đai lan can 12. Thanh đỡ lan can 13. Băng dẫn hướng 2 14. Bộ căng đai 15. Bánh dẫn động đai lan can 16. Bàn lược đầu và cuối bậc thang 17. Bánh xích bị động 2) Mô tả nguyên lý hoạt động: Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha khi được khởi động sẽ quay. Khi đó, thông qua hộp giảm tốc sẽ đưa tốc độ cao của động cơ về tốc đọ thấp. Tốc độ thấp này sẽ được đưa đến bánh chủ động thông qua bộ truyền xích của thang cuốn. Bánh dẫn động mắc xích của thang cuốn ăn khớp với băng tải thang theo kiểu xích con lăn. Cụm mắc xích bậc thang sẽ nhờ vào các băng dẫn hướng và khuôn dẫn hướng sẽ dẫn hướng con lăn, cùng với khe sâu khớp của bậc thang và tạo ra các bậc thang trên đoạn làm việc của thang. Điều chỉnh chiều quay của động cơ ta sẽ điều chỉnh chiều lên hoặc xuống của băng tải thang đưa hành khách đi lên hoặc đi xuống. 2.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC: 2.2.1. Tính toán các thông số băng thang: Băng thang chuyển động luân phiên lên trên hay xuống dưới liên tục là nhờ vào sự ăn khớp của các mắc xích bậc thang với tang băng thang theo kiểu ăn khớp xích con lăn. Do đó, các thông số của băng thang được tính dựa theo kiểu truyền đọng xích. Bước mắc xích thang t là thông số chính của xích, thông số này đã được các hãng thang cuốn tiêu chuẩn hóa. Ta chọn bước mắc xích thang: tt = 300(mm) theo tiêu chuẩn bước thang của hãng Hitachi. 1) Khoảng cách sơ bộ giữa hai tang của băng thang: Ta có độ dài đoạn làm việc của băng thang (L): 6000 0.5   L= H sin 300 = = 12000(mm) SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 13 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Để đảm bảo an toàn cho hành khách người ta chon 2 bước mắc xích thang đầu và thang cuối của đoạn làm việc sẽ tạo mặt bằng phẳng. Đồng thời để che tang băng thang ta chọn khoảng cách từ bước thang làm việc đến tâm tang là 1m. Vậy ta có khoảng cách (A) giứa hai tang băng thang là: 1 2  300 sin 300 A= L + 2 × = 12000 + 2×1200 = 14400 (mm) 2) Đường kính vòng chia của tang băng thang: Do hai tang băng thang có cùng đường kính và số răng. Ta chỉ cần tính cho một tang. Đông thời, bước mắc xích thang lớn nên ta chọn chế độ làm việc cứ 4 răng trên tang băng thang sẽ ăn khớp với một mắc xích thang. Công thức tính đườn kính vòn chia của tang băng thang la: dct = t 't 180 sin Zt t 't  tt 300   75 4 4 Trong đó: (mm) Zt là số răng của tang băng thang. Số răng của tang băng thang càng ít thì mắc xích băng thang càng bị nhanh mòn, va đập của mắc xích vào răng tang băng thang càng tăng dẫn đến băng thang làm việc ồn. Dựa vào bảng 6-3 trang 105 của sách thiết kế chi tiết máy. Ta chọn số răng của tang băng thang ứng với tỷ số truyền bằng 1 là: Zt = 36 Như vậy ta có đường kính vong chia của tang băng thang là: 75 180 sin 36 75 0,0872 dct = = = 860 (mm) 3) Xác định số vòng quay trên trục của tang băng thang: Vận tốc của tang băng thang: nt  Z t  t 't 60  1000 v= Trong đó, nt chính là số vòng quay trên trục của tang băng thang. Với : v = 0.5 (m/s) Zt = 36 t't = 75 (mm) Suy ra số vòng quay trên trục của tang băng thang là: v  60  1000 Z t  t 't 0.5  60  1000 36  75 nt = = = 11,11 (v/p) ≈ 11 (v/p) 2.2.2 Tính toán sơ bộ công suất trên băng thang: Với bước mắc xích thang là 300mm ( lấy theo hệ thống bước cầu thang cuốn Hitachi dùng cho bề rộng thang 1200mm, đi được hai người cùng 1 bậc), ta có số bậc tối đa (T) trên đoạn làm việc của thang: SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 14 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy H 300  tg 300 6000 300  tg 300 T= = = 34,64 ≈ 35( bậc) Số người tối đa: A = T × 2 = 35 × 2 = 70 (người) Tải trọng tối đa (P) tác động lên cẩu thang trong cung một lúc ( với khối lượng trung bình của mỗi người là 55kg ): P = A × 55 × 10 = 70 × 55 × 10 = 38500 (N) Lực kéo (F) của băng tải thang: F = P × sin300 = 38500 × 0,5 = 19250 (N) Công suất trên băng thang: N= Fv 1000 = 19250  0,5 1000 = 9,625 (KW) Hình 2.2: Phân bố lực trên đoạn làm việc 2.2.3. Giới thiệu, phân loại và chọn hộp giảm tốc: 1) Giới thiệu hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc là một cơ cấu gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít, tạo thành một tổ hợp biệt lập để giảm số vòng quay và truyền công suất từ động cơ đến máy công tác. Ưu điểm của hộp giảm tốc hiệu suất cao có khả năng truyeefn những công suất khác nhau, tuổi thọ lớn, làm việc chắc và sử dụng đơn giản. Có rất nhiều loại hộp giảm tốc, được phân chia theo các đặc điểm chủ yếu sau đây: - Loại truyền động ( hộp giảm tố bánh răng trụ, bánh răng nón, trục vít bánh răngtrục vít ) - Số cấp (một cấp, hai cấp...) - Ví trí tương đối giữa cá trục trong không gian ( thẳng đứng, nằm ngang...) - Đặc điểm của sơ đồ động ( triển khai, đồng trục, có cấp tách đôi...). SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 15 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Hình 2.3: Hộp giảm tốc bánh Hình 2.4: Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng trụ nằm ngang. thẳng đứng. Hình 2.3 và hình 2.4 lằ sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ nằm ngang và thẳng đứng. Các bánh răng có thể có răng thẳng, răng nghiêng hoặc chữ V. Vỏ hộp thường được đúc bằng gang. trục có thể lắp trông ổ lăn hoặc ổ trượt. Tỉ số truyền i có thể lấy ≤ 5 nếu là răng thẳng và có thể lấy tới 10 nếu là bánh răng nghiêng hoặc chữ V. Việc chọn sơ đồ hộp giảm tốc nằm ngang hay thẳng đứng là do yêu cầu thuận tiện về kết cấu chung của thiết bị dẫn động quyết định. 2) Phân loại hộp giảm tốc: a) Hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn hai cấp và ba cấp: Thường có các loại sơ đồ sau: Hình 2.5: Sơ đồ hộp giảm tốc Hình 2.6: Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp đồng trục. tách đôi. * Sơ đồ đông trục:( hình 2.5): Ưu điểm của loại này là cho phép giảm kích thước chiều dài, trọng lượng so với các loại khác. Nhưng nhược điểm chính của loại này là khả năng chịu tải trọng của cấp nhanh chưa dùng hết vì lực sinh ra trong quá trình ăn khớp của các bánh răng cấp chậm lớn hơn nhiều so với các bánh răng cấp nhanh trong khi đó khoảng cách trục của hai cấp lại bằng nhau. Ngoài ra thì nó còn có các nhược điểm sau: SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 16 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy + Hạn chế khả năng chọn phương án bố trí kết cấu chung của thiết bị dẫn động vì chỉ có một đầu trục vào và một đầu trục ra. + Khó bôi trơn bộ phận ổ trục ở giữa các hộp. + Khoảng cách giữa các gối đỡ của trục trung gian lớn, do đó muốn bảo đảm trục đủ bền và cứng cần phải tăng đường kính trục. Do những nhược điểm trên, sơ đồ hộp giảm tốc đồng trục rất ít dùng. * Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôi dùng bãnh răng nghiêng:( hình 2.6). Ở cấp chậm dùng bánh răng chữ V hoặc bánh răng thẳng Hộp giảm tốc có cấp tách đôi được dùng rất rộng rãi nhờ những ưu điểm sau: + Tải trọng phân bố điều trên các trục. + Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh. + Bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải theo chiều dài rang ít hơn so với sơ đồ khai triển thông thường. Khi chọn hộp giảm tốc loại này cần lưu ý, chọn loại ổ sao cho trục lắp bánh răng chữ V có khả năng tự điều chỉnh vị trí theo chiều trục để bù lại sai số góc nghiêng của răng. Hộp giảm tốc có cấp chậm tách đôi cũng có nhuông ưu điểm như hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôi. Hộp giảm tốc có cấp tách đôi có nhưng nhược điểm là chiều rộng của hộp tăng lên một ít, cấu tạo bộ phận ổ phức tạp hơn, số lượng chi tiết và khối lượng gia công tăng. 2) Hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp: Hộp giảm tốc bánh răng nón thẳng và răng nghiêng thường dùng để truyền công suất bé hoặc trung bình. Khi dùng răng thẳng tỉ số truyền i không quá 3, còn khi dùng răng nghiêng tỉ số truyền có thể tới. Phần lớn các trục của hộp giảm tốc bánh răng nón đều lắp trong ổ lăn. Hình 2.7: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.8: Sơ đồ hộp giảm tốc nón một cấp nằng ngang. bánh răng nón một cấp thẳng đứng 3) Hộp giảm tốc hai cấp và ba cấp khai triển: Hộp giảm tốc hai cấp ( hình 2.9 ) thườn được dúng với phạm vi tỉ số truyền i = 8 ÷ 30; ở các hộp giảm tốc tiêu chuẩn ( IOCT 2188 - 55) có giới hạn trên imax = 50. Muốn có tỉ số truyền lớn có thể dùng hộp giảm tốc ba cấp ( hình 2.10 ) ở đây i = 50 ÷ 400. Khuyết điểm chủ yếu của loại này là bánh răng phân bố không đối xứng với gối tựa. Vì thế tải trọng phân bố không đều trên các SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 17 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy ổ trục. Các ổ trục được chọn theo phản lực lớn nhất, nên trọng lượng hộp giảm tốc có tăng hơn so với các loại sơ đồ khác. Hình 2.9: Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp khai triển. 4) Hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ: Hình 2.10: Sơ đồ hộp giảm tốc ba cấp khai triển. Hình 2.11: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.12: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh nón - trụ hai cấp nằm ngang. răng nón - trụ hai cấp thẳng đứng. Hộp giảm tốc bánh răng nó trụ có thể là hai cấp hoặc ba cấp. Bánh răng nón có răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng xoắn. Bánh răng trụ có răng thẳng hoặc răng nghiêng. 5) Hộp giảm tốc trục vít: Hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ hai cấp ( hình 2.11 và 2.12 ) có tỉ số truyền thông thường i = 8 ÷ 15. Hộp giảm ba cấp ( một cấp bánh răng nón và hai cấp bánh răng trụ hình 2.13 ) được dùng khi i = 25 ÷ 75. Nếu dùng bánh răng nón răng nghiêng hoặc răng xoắn thì tỉ số truyền i có thể lớn hơn các giá trị số nêu ở trên. Tùy theo vị trí tương đối giữa trục vít và bánh vít, sơ đồ hộp giảm tốc trục vít chia làm ba loại chính: Trục vít đặt trên, đặt dưới và đặt cạnh. Ở hộp giảm tốc trục vít đặt dưới ( hình 2.13 ) xác suất rơi của bột kim loại, sản phẩm của mài mòn vào chỗ ăn khớp ít hơn so với các loại trục vít đặt trên ( hình 2.14 ). SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 18 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Hình 2.13: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.14: Sơ đồ hộp giảm tốc trục nón - trụ ba cấp. vít đặt dưới. Hộp giảm tốc có trục bánh vít đặt đứng trục vít đặt cạnh ( hình 2.15 ) được dùng để dẫn động cơ cấu xoay; thí dụ ở cần trục, nhưng nói chung rất ít dùng. Suy cho cùng thì việc chọn sơ đồ này hoặc sơ đồ khác là do sự thuận tiện về bố trí các thiết bị của hệ thống dẫn động quyết định. Hình 2.15: Sơ đồ hộp giảm tốc có Hình 2.16: Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít có trục trục vít đặt trên. bánh vít đặt đứng. Tỉ số truyền của hộp giảm tốc trục vít vào khoảng i = 10 ÷ 70. Hiệu suất của hộp giảm tốc tương đối thấp nên ít dùng để truyền công suất lớn. Trong thực tế chỉ dùng để truyền công suất không quá 70 ÷ 80 kW, đặc biệt lắm mới dùng đến 270kW. Hộp giảm tốc bánh răng – trục vít, trục vít – bánh răng và trục vít hai cấp. Hình 2.17 là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng – trục vít. Tỉ số truyền của hộp giảm tốc này tới 150, trường hợp cá biệt có thể lớn hơn. Hình 2.18 là sơ đồ hộp giảm trục vít – bánh răng. Tỉ số truyền trung b.nh của loại này là 50 ÷ 130, imax có thể tới 250. Hình 2.19 là sơ đồ hộp giảm tốc trục vít hai cấp. Tỉ số truyền của loại này có thể tới 70 ÷ 2500. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 19 Đồồ án thiếết kếế máy GVHD: PGS.TS. Trầồn Xuần Tùy Hình 2.17: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng - trục vít. Hình 2.18: Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít - bánh răng. Hình 2.19: Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít hai cấp. Trong thiết kế môn học chi tiết máy, để tránh các kích thước của hộp giảm tốc lớn và cấu tạo phức tạp, tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng - trục vít và trục vít bánh răng nên giới hạn trong phạm vi i = 25 ÷ 80, còn hộp giảm tốc trục vít hai cấp: i = 150 ÷ 400. 2.2.4. Chọn sơ đồ nguyên lý hộp giảm tốc: Từ sự phân loại hộp giảm tốc trên kết hợp với việc tính toán các thông số của băng thang. Ta thấy số vòng quay trên tang băng thang nhỏ nt = 11 v/p nên ta cần chọn nhiều bộ truyền để có được một tỷ số truyền tương đối lớn. Ta chọn bộ truyền xích gắn với tang băng thang với hộp giảm tốc và động cơ đặt liền với hộp giảm tốc. Sở dĩ chọn bộ truyền xích vì kết cấu đơn giản, dễ chế tạo có thể làm việc với tải lớn và vận tốc chậm. Hộp giảm tốc có thể chọn hộp giảm tốc trục vít để kích thước được nhỏ gọn và tự hãm tốt, song việc chế tạo bộ truyền trục vít tương đối khó khăn hơn bộ truyền bánh răng, phải dùng kim loại màu để làm vành bánh vít, cấu tạo bộ phận ổ phức tạp, điều chỉnh khó khăn. Mặt khác cầu thang cuốn đặt nghiêng 350 nên cũng không cần tính tự hãm lớn. Vì vậy hợp lý nhất là chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn răng nghiêng hai cấp khai triển. SVTH: Huỳnh Văn Đồ L ớp 13CDT2 Trang 20