Tài liệu đồ án thiết kế thang cuốn

  • Số trang: 58 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 3812 |
  • Lượt tải: 8
dangvantuan

Tham gia: 02/08/2015

Mô tả:

Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN VÀ TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ MÁY 1.1. TỔNG QUAN VỀ CẦU 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 liên tục luân phiên nhau thành vòng tròn khép 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 kế 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 cầu thang cuốn Cầu thang cuốn thường được lắp đặt tại các siêu thị, trung tâm thương mại,các ga tàu sân bay, nhà hàng, khách sạn… để vận chuyển hàng hóa và hành khách. Hiện nay, cầu thang cuốn còn được sử dụng rộng rãi trong các nhà ở dân dụng Ngoài ý nghĩa là thiết bị vận chuyển hàng hóa và người cầu thang cuốn còn là một trong 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 SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 1 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Thang cuốn hiện nay được thiết kế, chế tạo rất đa dạng với nhiều kiểu loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng 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 dạng đường đi: + Cầu thang cuốn di chuyển thẳng rất phổ biến thường thấy 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: + 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 triển 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 6000 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 trển một hệ thống toán học cho cầu thang và thanh cây vịn. Năm 1920 hệ cơ khí và truyền động điện ra đời. Những kĩ thuật và phương pháp điều kiển động cơ điện không ngừng phát triển, 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 SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 2 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy và tính an toàn của thang. Sự phát triển của vật liệu(thủy tinh, thép không rĩ,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 và trang 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 động 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 thang cuốn nguồn động lực được sử dụng đó là động cơ điện không đồng 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 cầu thang cuốn phải đảm bảo các điều kiện sau: + Công suất động cơ phải lớn hơn công suất cần thiết của cả hệ thống . + Tốc độ của động cơ phải phù hợp để đơn giản trong việc thiết kế các bộ giảm tố, phải đảm bảo về mặt kinh tế và kích thước khối lượng ( vì tốc độ động 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 để có thể thắng được momen cản ban đầu + Động cơ không quá nóng khi làm việc trong thời gian dài. 2/ Hộp giảm tốc (Hình 1.1.3a) 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 các phương án thích hợp nhất. Thông thường khi thiết kế hộp giảm tốc cần thỏa mãn hai điều kiện sau: Hình 1.1.3a: Hộp giảm tốc + Hộp giảm tốc được thiết kế phải thảo 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 mĩ. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 3 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Ngoài những yêu cầu về khả năng làm việc chủ yếu, hộp giảm tốc được thiết kế cần thõa mãn những điều kiện kĩ thuật cơ bản: + Cơ sở hợp lý để chọn kết cấu các chi tiết 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 láp…) + Hình dạng cấu tạo của chi tiết phù hợp với phương pháp chế tạo phôi gia công cơ và sản lượng cho trước. + Tiết kiệm nguyên vật liệu. + Dùng rộng rãi các chi tiết, bộ phận máy đã được tiêu chuẩn hóa . + Đảm bảo bôi trơn thường xuyên các chỗ ăn khớp, các bề mặt tiếp xúc. + Bảo đảm dung sai lắp ghép các chi tiết. Ngoài ra, khi thiết kế cần lưu ý đến vấn đề an toàn lao động và tính thẩm mỹ của sản phẩm. 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. Người thiết kế vận dụng những hiểu biết lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để lựa chọn phương án hợp lý và cao 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 (Hình 1.1.3b) 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 con lăn này 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 1.1.3b: Băng thang và mắc xích thang Băng dẫn hướng ngoài nhiệm vụ dẫn hướng cho các con lăn tạo nên hành trình của mắc xích thang thì nó còn là nơi chịu tải trọng làm việc của thang. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 4 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Khuôn dẫn hướng cũng ngoài nhiệm vụ dẫn hướng ra thì nó 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 ttục luân phiên thành vòng khép kín của cụm mắc xích thang . Nhờ đó có thể tạo nên chiều 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 của toàn bộ tải trọng làm việc và tải trọng của chính thang cuốn. Khung gia cố đối tượng trung gian để liên kết giữa thang cuốn với với kết cấu xây dựng của công trình. 4/ Lan can tay vịn cầu thang cuốn (Hình 1.1.3c) 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 vận tốc với bậc thang. Chính nhờ băng đai này giúp cho hành khách cảm thấy an toàn khi đi trên thang, đồng làm tăng thêm tính thẩm mỹ của toàn bộ hệ thống cầu thang cuốn. Hình 1.1.3c: Lan can tay vịn cầu thang cuốn Băng đai hoạt động dựa vào hai bánh xe trụ chốt tay vịn cầu thang cùng với hai bánh dẫn và bộ căng đai tạo nên chuyển động thành vòng khép kín của băng đai. 5/ Lớp áo bọc 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 cho toàn bộ cầu thang cuốn. 6/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 để SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 5 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy 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 bên 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 rôto. + Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng cách 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 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 1.1.6.1. Một số thiết kế đảm bảo an toàn cho hành khách: Để giảm bớt tai nạn, các thang cuốn hiện đại được thiết kế thêm các phần sau: + Đa số, thanng cuốn có tay vịn chuyển động theo kịp sự chuyển động của bước thang để giúp người đi giữ thăng bằng khi thang dừng đột ngột bởi lý do nào đó.(Hình 1.1.4a) Hình 1.1.4a: Tay vịn chuyển động cùng bước thang + Có tấm đệm chân ở đầu trên và đầu dưới chiều dài thang giúp người đi giữ thăng bằng khi kết thúc.( Hình 1.1.4b) Hình 1.1.4b: Bàn lược đầu và cuối thang cuốn SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 6 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy + Có ánh sáng phân ranh giới các bước thang bằng đèn 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.( Hình 1.1.3c) + 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. 1.1.6.2. 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. + Không sử dụng thang cuốn với mục đích vận chuyển các kiện hàng lớn hay đẩy 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 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 1.2.1.1. Nguyên lý sức bền đều Tất cả các chi tiết máy có sức bền tương đương nhau, đảm bảo bền,đảm bảo thời gian 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 khác 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 vị 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 trường hợp ta phải luôn luôn nghiên cứu kỹ vật liệu để chọn vật liệu phù hợp nhất. 1.2.1.2. Nguyên lý trọng lượng bé nhất Khối lượng máy càng bé càng tốt vì: + 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 bé hơn gọn hơn, chiếm ít không gian. + Thông thường trong chế tạo máy tính giá thành theo trọng lượng. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 7 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy 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. 1.2.1.3. Nguyên lý công nghệ kết cấu + Chế tạo và lắp ráp được. + Sử dụng các cơ cấu phải tìm hiểu kỹ phân tích và nắm bắt các cơ cấu truyền động. + Tìm hiểu về công nghệ chế tạo như tìm hiểu và thực hành trên các máy công cụ, các trang bị công nghệ và các 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 sữa chữa. 1.2.2. Các chỉ tiêu để đánh giá thiết kế 1.2.2.1. 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 cây 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 đúng thời gian quy định. + Vận hành máy đúng chế độ hiểu về công nghệ đối với người thiết kế máy. Quy định đầy đủ các chế độ làm việc của máy và có cơ cấu đảm bảo đúng chế độ đó. + Đảm bảo an toàn cho các cơ cấu hoạt động. 1.2.2.2. 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 có yêu cầu tốc độ chuyển động của khâu cuối cùng là hằng số, hoặc thay đổi theo quy luật nhất định. + Độ chính xác hình học: Độ chính xác xét đến kết cấu hình học của khâu chấp hành về kích thước, kích thước tương quan, hình dáng hình học và hình dáng hình học tương quan. + Độ chính xác về ổn định động và động lực học: Tần số dao động riêng, tần số dao động cưỡng bức và chế độ làm việc khi có tải. Tiêu chuẩn độ 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 độ chính xác cho từng loại máy hoặc xây dựng tiêu chuẩn cho ngành sản xuất. + 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%. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 8 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy + Tốc độ chuyển động chạy dao độc lập không phụ thuộc với chuyển động cắt hoặc phụ thuộc có quan hệ với tốc độ của chuyển động cắt chính. Độ 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. 1.2.2.3. Chỉ tiêu về độ bền Độ bền là khả năng tiếp nhân 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: Bôi trơn bề mặt tiếp xúc, chọn 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 thõa mãn điều kiện mỏi thường thỏa mãn độ bền. 1.2.2.4. 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 cơ hệ siêu tĩnh. + Chỉ tiêu về hệ số sử 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. Qui 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 đê 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. 1.2.3. Cách tiến hành thiết kế Trong bản thuyết minh đồ án này, ta chỉ nghiên cứu và trình bày quá trình thiết kế một hệ thống dẫn động từ động cơ đến máy công tác, mà ở đây chính là từ động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha đến hệ thống bước thang chuyển động lên trên hay xuống dưới liên tục luân phiên nhau thành vòng tròn khép kín. Quá trình thiết kế có thể tiến hành theo các bước sau SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 9 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Bước 1: Nghiên cứu đề tài, tham khảo những cấu tạo của của các loại máy tương tự, chuẩn bị phương tiện làm việc… Từ đề tài ta xác định các thông số kỹ thuật cần thiết, thiết kế nguyên lý của toàn bộ hệ thống cầu thang cuốn. Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống. Bước 2: Xác định các kích thước chủ yếu của hệ thống Giai đoạn này được tiến hành như sau: Xác định công suất cần thiết để chọn động cơ điện; chọn động cơ ; xác định tỷ số truyền chung và phân phối cho các bộ truyền trong hệ thống dẫn động; tính số vòng quay,công suất, mômen xoắn trên các trục; tính các kích thước chủ yếu của bộ truyền ( khoảng cách trục, đường kính và chiều rộng bánh răng, trục vít,bánh đai,đĩa xích v.v…). 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 kỹ thuật: Theo đề tài: Chiều cao thang: H = 4m Tham khảo thực tế ta chọn được các thông số kĩ 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 2.1.2.1.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 2.2 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 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 5: Con lăn bậc thang 6: Băng dẫn hướng 1 SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 10 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy 7: Lớp áo bọc cầu thang cuốn 8: Tang băng thang 9: Khuôn dẫn hướng 10: Bánh chốt trục lan can thang 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. Hình 2.2: Sơ đồ động của hệ thống cầu thang cuốn. 2.1.2.2. 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 độ 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 ăn 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 SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 11 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy 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 của băng thang được tính dựa theo kiểu truyền động xích. Bước mắc xích thang t là thông số chính của xích, thông số này đã được các hãng sản xuất thang cuốn tiêu chuẩn hóa. Ta chọn bước mắc xích thang: tt = 300 (mm) theo tiêu chuẩn bước thang của hãng Hitachi. 2.2.1.1. Khoảng cách sơ bộ giữa hai tang của băng thang. Ta có, độ dài đoạn làm việc của băng thang (L): L H 9500   19000(mm) 0 sin 30 0.5 Để đảm bảo an toàn cho hành khách ta chọn hai bước mắc xích thang đầu và 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) giữa hai tang băng thang là: A  L  2 1 2  300  19000  2  1200  21400(mm) sin 300 2.2.1.2 Đường kính vòng chia của tang băng thang. Do hai tang của băng thang có cùng đường kính và số răng. Ta chỉ cần tính cho một tang. Đồng 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 đường kính vòng chia của tang băng thang là: d ct  tt' 180 sin Zt CT 6 – 1 (tr 102 – TKCTM) Trong đó: tt'  tt 300   75(mm) 4 4 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 càng tăng băng thang làm việc ồn. Dựa vào bảng 63 trang 105 của sách Thiết kế chi tiết máy. Ta chọn số răng cho tang băng thang ứng với tỷ số truyên bằng 1 là: Zt = 36 Như vậy ta có đường kính vòng chia của tang băng thang là: d ct  75 75   860( mm) 180 0.0896 sin 36 2.2.1.3.Xác định số vòng quay trên trục của tang băng thang. Vận tốc của băng thang SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 12 Đồ án môn học thiết kế máy v GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy nt Zt .tt' 60  1000 Trong đó, nt chính là số vòng quay trên trục của tang băng thang Với v = 0.5 (m/s) Zt = 35 tt'  75(mm) Suy ra số vòng quay trên trục của tang băng thang là: nt  v  60  1000 0.5  60  1000   11,104(vg / ph)  11(vg / ph) Z t .tt' 36.75 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 một bậc), ta có số bậc tối đa(T) trên đoạn làm việc của thang: T H 9500   54,88  55 (bậc) 0 300 t g 30 300  0.577 Số người tối đa (A) có thể đứng cùng một lúc trên cầu thang: A = T×2 = 55×2 = 110 (người ) Tải trọng tối đa (P) tác động lên cầu thang trong một lúc ( với khối lượng trung bình mỗi người là 55kg ): P = A×55×10 = 110×55×10 = 60500 (N) Lực kéo ( F) băng tải thang: F = P.sin300 = 60500×0.5 = 30250 (N) Hình 2.3: Phân bố lực trên đoạn làm việc Công suất trên băng thang (N): N F .v 30250  0.5   15125(W )  15.125( kW ) 1000 1000 2.2.3. Phân loại và chọn sơ đồ hộp giảm tốc: SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 13 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy 2.2.3.1.Phân loại 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 truyền 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 tốc bánh răng trụ, bánh răng nón, trục vít, bánh răng – trục vít ) - Số cấp ( một cấp, hai cấp …) - Vị trí tương đối giữa các trục trong không gian ( thẳng đứng, nằm ngang …) - Đặc điểm của sơ đồ động ( triển khai, đồng trục, có cấp tách đôi v.v… ). Hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp. Hình 2.2.3a và hình 2.2.3b là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng trụ nằm ngang và thẳng đứng. Các bánh răng có thể có răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V. Vỏ hộp thường được đúc bằng gang. Trục có thể lắp trong ổ lăn hoặc ổ trượt. Tỉ số truyền i có thể lấy lấy ≤ 5 nếu là răng thẳng và có thể lấy tới 10 nếu là bánh răng nghiêng hoặc răng 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. Hình 2.2.3a: Hộp giảm tốc bánh răng Hình 2.2.3b: Hộp giảm tốc bánh trụ nằm ngang răng trụ thẳng đứng 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 truyền i không nên quá 3, còn khi dùng răng nghiêng tỉ số truyền co thể tới 5. Phần lớn các trục của hộp giảm tốc bánh răng nón đều lắp trong ổ lăn. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 14 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Hình 2.2.3c: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp nằm ngang Hình 2.2.3d: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón một cấp thẳng đứng Hình 2.2.3c và hình 2.2.3.d là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng nón nằm ngang và thẳng đứng. Hộp giảm tốc bánh răng trụ tròn hai cấp và ba cấp Thường có các loại sơ đồ sau: Sơ đồ đồng trục: ( Hình 2.2.3e). Ưu điểm của loại sơ đồ 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: a) 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. b) Khó bôi trơn bộ phận ổ trục ở giữa hộp. c) 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 bánh răng nghiêng (Hình 2.2.3f). 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 đây: a) Tải trọng phân bố đều trên các trục. b) Sử dụng hết khả năng của vật liệu chế tạo các bánh răng cấp chậm và cấp nhanh. c) Bánh răng phân bố đối xứng với ổ, sự tập trung tải trọng theo chiều dài răng ít hơn so với sơ đồ khai triển thông thường. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 15 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Hình 2.2.3e: Sơ đồ hộp giảm tốc đồng trục Hình 2.2.3f: Sơ đồ hộp giảm tốc có cấp tách đôi Khi chọn ổ cho hộp giảm tốc loại này nên 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 những ưu điểm như hộp giảm tốc có cấp nhanh tách đôi. Hộp giảm tốc có cấp tách đôi có 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. Sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp và ba cấp khai triển. Hộp giảm tốc hai cấp ( Hình 2.2.3g) thường được dùng với phạm vi tỉ số truyền i = 8 ÷ 30; ở các hộp giảm tốc tiêu chuẩn (ҐOCT 2188 – 55 ) có giới hạn trên i max = 50. Muốn có tỉ số truyền lớn có thể dùng hộp giảm tốc ba cấp ( Hình 2.2.3h) 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 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 2.2.3g: Hộp giảm tốc hai cấp khai khiển Hình 2.2.3h: Hộp giảm tốc ba cấp khai triển Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ. SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 16 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Hình 2.2.3i: Hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ hai cấp nằm ngang Hình 2.2.3j: Hộp giảm tốc bánh răng nón - trụ hai cấp thẳng đứng Hộp giảm tốc bánh răng nón – 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. Hộp giảm tốc trục vít Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ hai cấp ( Hình 2.2.3i và 2.2.3j) có tỉ số truyền thông thường i = 8 ÷ 15. Hộp giảm tốc ba cấp ( một cấp bánh răng nón và hai cấp bánh răng trụ, hình 2.2.3k ) 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 rục 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 2.2.3l) 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 2.2.3m). Hình 2.2.3k: Hộp giảm tốc bánh răng nón – trụ ba cấp SVTH: Võ Đức Nhân Hình 2.2.3l: Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít đặt dưới Lớp: 11CDT2 Trang: 17 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Hộp giảm tốc có trục bánh vít đặt đứng trục vít đặt cạnh (hình 2.2.3n) 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 2.2.3m: Sơ đồ hộp giảm tốc trục Hình 2.2.3n: Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít có vít đặt trên trục 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 2.2.3o 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 2.2.3p là sơ đồ hộp giảm trục vít – bánh răng. Tỉ số truyền trung bình của loại này là 50 ÷ 130, i max có thể tới 250. Hình 2.2.3q là sơ đồ hộp giảm tốc trục vít hai cấp. Tỉ số truyền của loại này có thể tới 70 ÷ 2500. Hình 2.2.3o: Hộp giảm tốc bánh Hộp răng trục vít Hình 2.2.3p: Hộp giảm tốc trục Hình 2.2.3q: 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 – SVTH: Võ Đức Nhân vít – bánh răng Lớp: 11CDT2 Trang: 18 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy bánh răng nên giới hạn trong phạm vi i = 25 ÷ 80, còn hộp giảm tốc trục vít hai cấp: i = 150 ÷ 400. 2.2.3.2.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 n t = 11 vg/ phút 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 35 0 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. Sơ đồ động học được chọn được trình bày trên hình 2.2.3.2. Giải thích kí hiệu trong sơ đồ: 1) Động cơ xoay chiều ba pha 2) Khớp nối 3) Hộp giảm tốc 4) Xích truyền động 5) Tang băng thang Hình 2.2.3.2: Sơ đồ nguyên lý hộp giảm tốc SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 19 Đồ án môn học thiết kế máy GVHD: PGS.TS. Trần Xuân Tùy 2.2.4. Chọn động cơ điện, phân phối tỉ số truyền, xác định số vòng quay, công suất và mômen các trục của hộp giảm tốc. 2.2.4.1. Chọn động cơ điện Động cơ điện được chọn phải tận dụng được toàn bộ công suất của động cơ. Khi làm việc không quá nóng, có khả năng quá tải trong thời gian ngắn, có momen khởi động đủ lớn để thắng mômen cản ban đầu của phụ tải. Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết. N ct  N  [ CT 2 – 1 (tr 27 - TKCTM)] Với N = 16,5 (kW) 2   1. 234 .4 ( bảng 2 – 1 ) 1 = 0,97 – hiệu suất bộ truyền xích 2 = 0,97 – hiệu suất bộ truyền bánh răng 3 = 0,995 – hiệu suất của một cặp ổ lăn 4 = 1 – hiệu suất khớp nối   0,97  0,97 2  0,9954  1  0,895 N ct  15,125  16,899(kW ) 0,895 Trong tiêu chuẩn động cơ điện có nhiều loại thỏa mãn điều kiện này. Chọn động cơ điện có mômen mở máy hơi cao và có che kín có quạt gió loại AO2 – 81 – 10. - Các thông số kỷ thuật của động cơ AO2 – 81 – 10:  P = 17 kW % = 88%  nđc = 585 (vg/ph) nđb =600 (vg/ph) 2.2.4.2. Phân phối tỉ số truyền. -Tỷ số truyền động chung là: i= nđc nt với nt = 11 (vg/ph) – số vòng trên tang băng thang  i 585  53,18 11 - Mà ta có: i = ix..in.ic - Trong đó: ix là tỷ số tryền của bộ truyền xích. in là tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp nhanh. ic là tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng cấp chậm. - Chọn ix = 3  in.ic = 53,18 = 17,73 3 SVTH: Võ Đức Nhân Lớp: 11CDT2 Trang: 20
- Xem thêm -