Thiết kế kỹ thuật nhóm thiết bị phục vụ khâu đổ bê tông trong xây dựng nhà dân dụng

2.2. Chọn phương án 19 Chương III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ 20 3.1. Bài toán động lực học cho thiết bị 20 3.1.1. Tính toán năng suất 20 3.1.2. Tính toán cơ bản cho máy trộn bê tông tự do 22 3.1.3. Phân phối tỷ số truyền 27 3.1.4. Lập bảng thông số kỹ thuật của hệ thống 27 3.2. Thiết bị nâng 28 3.2.1. Tính chọn phanh đai ( phanh đai đơn giản ) 32 3.2.2. Thiết bị dừng 37 3.3. Tính toán bền các thiết bị 39 3.3.1. Tính sức bền tang 39 3.3.2. Hộp giảm tốc máy trộn bê tông 42 3.3.2.1. Thiết kế bộ truyền đai thang 42 3.3.2.2. Chọn loại đai 43 3.3.2.3. Xác định đường kính bánh đai 43 3.3.2.4. Tính đường kính bánh đai lớn 44 3.3.2.5. Chọn sơ bộ khoảng cách trục (Asb) 44 3.3.2.6. Xác định chính xác chiều dài L và khoảng cách trục A 44 3.3.2.7. Kiểm nghiệm góc ôm bánh đai 45 3.3.2.8. Xác định số đai cần thiết 45 3.3.2.9. Xác định kích thước bánh đai 46 3.3.2.10. Xác định lực tác dụng lên trục 46 3.3.3. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh 46 3.3.3.1. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng 46 3.3.3.2. Xác định ứng suất cho phép 47 3.3.3.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng 49 3.3.3.4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng 49 3.3.3.5. Xác định khoảng cách trục A 49 3.3.3.6. Chọn vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng 49 3.3.3.7. Xác định chính xác khoảng cách trục A 49 3.3.3.8. Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng 50 3.3.3.9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng 50 3.3.3.10. Định các thông số hình học bộ truyền 51 3.3.3.11. Tính lực tác dụng lên trục 51 3.3.4. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm 51 3.3.5. Thiết kế bộ truyền bánh răng hở 57 3.4. Thiết kế trục 63 3.4.1. Chọn vật liệu trục 64 3.4.2. Tính sơ bộ trục 64 3.4.3. Tính gần đúng 64 3.4.4. Xây dựng sơ đồ tính toán trục 65 3.4.5. Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn 71 3.4.6. Thiết kế cấu tạo hộp giảm tốc 81 3.4.6.1. Thiết kế cấu tạo các chi tiết truyền động 81 3.4.6.2. Thiết kế cấu tạo hộp giảm tốc 81 3.4.6.3. Một số kích thước cơ bản của vỏ hộp 81 3.4.6.4. Bôi trơn hộp giảm tốc 82 3.4.6.5. Cố định ổ trên trục và trong vỏ hộp 83 Chương IV: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BÁNH RĂNG TRUYỀN ĐỘNG 84 4.1. Quy trình công nghệ gia công bánh răng truyền động 84 4.1.1. Yêu cầu kỹ thuật 84 4.1.2. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng 84 4.1.3. Tính công nghệ trong kết cấu 84 4.1.4. Xác định dạng sản xuất 85 4.1.5. Xác định phương pháp chế tạo phôi và tính lượng chi tiết gia công và chuẩn bị phôi 87 4.1.6. Xác định lượng dư gia công 87 4.1.7. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 93 4.1.8. Thiết kế nguyên công 95 4.1.8.1. Nguyên công 1 95 4.1.8.2. Nguyên công 2 97 4.1.8.3. Nguyên công 3 98 4.1.8.4. Nguyên công 4 99 4.1.8.5. Nguyên công 5 99 4.1.8.6. Nguyên công 6 100 5.1.8.7. Nguyên công 7 101 4.1.8.8. Nguyên công 8 103 5.1.8.9. Nguyên công 9 104 4.2. Xác định chế độ cắt 104 4.2.1. Chế độ cắt nguyên công 1 105 4.2.1.1. Chế độ cắt tiện mặt đầu 105 4.2.1.2. Chế độ cắt khi khoan lỗ 107 4.2.1.3. Chế độ cắt khi khoét 109 4.2.1.4. Chế độ cắt khi doa 111 4.2.2. Chế độ cắt nguyên công 2 112 4.2.3. Chế độ cắt nguyên công 3 112 4.2.4.Chế độ cắt nguyên công 4 115 4.2.5.Chế độ cắt nguyên công 5 115 4.2.6.Chế độ cắt nguyên công 6 115 4.2.7.Chế độ nguyên công khi mài lỗ răng 117 Chương V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 118 5.1.Kết luận 118 5.2. Đề xuất ý kiến 118 Tài liệu tham khảo 120 LỜI NÓI ĐẦU Nhà ở luôn là vấn đề hàng đầu và là nhu cầu của mọi tầng lớp trong xã hội. Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày càng nhiều máy móc hiện đại ra đời mục đích giảm bớt sức lao động, nâng cao năng suất chất lượng và hiệu quả. Sự phát triển trên mọi lĩnh vực đã đem lại thành tựu đáng kể cho con người, trong đó không thể không kể đến ngành chế tạo máy xây dựng. Để chủ động trong sản xuất và từng bước nội địa hóa các sản phẩm cơ khí, vấn đề đặt ra cho ngành chế tạo máy nước ta là nghiên cứu tìm ra các phương pháp chế tạo các sản phẩm cơ khí có chất lượng cao, giá thành hạ để phục vụ tốt cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Xuất phát từ yêu cầu thực tế của xã hội, là một kỹ sư chế tạo máy tương lai, tôi được ban chủ nhiệm khoa cơ khí trường ĐHNT giao cho đề tài “ Thiết kế kỹ thuật nhóm thiết bị phục vụ khâu đổ bê tông trong xây dựng nhà dân dụng ”. Với nội dung thực hiên sau: Chương 1: Tổng quan về thiết bị phục vụ xây dựng. Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế. Chương 3: Thiết kế kỹ thuật thiết bị. Chương 4: Lập quy trình chế tạo chi tiết điển hình. Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến. CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NHÓM THIẾT BỊ PHỤC VỤ KHÂU ĐỔ BÊ TÔNG TRONG XÂY DỰNG NHÀ DÂN DỤNG 1.1. TỔNG QUAN. Xây dựng và phát triển các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp cơ sở hạ tầng… Đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội nhất là các nước đang phát triển như nước ta hiện nay. Vì vậy bên cạnh việc tăng cường về đầu tư về tài chính thì việc áp dụng những công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng, hạ giá thành cũng như đảm bảo tiến độ thi công là việc làm hết sức cần thiết. Với việc ứng dụng các công nghệ mới tiên tiến thì việc sử dụng các máy và thiết bị là điều tất yếu. Khi đó máy và thiết bị xây dựng không những chỉ tăng năng suất lao động, tăng nhịp độ thi công mà còn là yếu tố không thể thiếu được để đảm bảo chất lượng và giảm giá thành công trình và thậm trí trở thành nhân tố quyết định đến sự hình thành một công trình hiện đại. Thực tế xây dựng ở các nước tiên tiến cũng như ở nước ta đã chỉ ra rằng việc xây dựng các nhà cao tầng không thể thiếu được các nhóm thiết bị phục vụ hỗ trợ trong xây dựng phục vụ khâu đổ bê tông để liên kết với nhau, đầm bê tông, giáo chống ván khuôn, giáo trong, máy trộn đổ bê tông, phương tiện vận chuyển, các máy bơm bê tông hiện đại cũng như nhiều thiết bị phục vụ khác…Việc xây dựng các công trình thủy điện, bến cảng, cầu đường, nhà dân dụng…không thể hoàn thành và đảm bảo chất lượng nếu không sử dụng máy làm đất, các thiết bị gia cố nền móng, các thiết bị sản xuất vật liệu và nhiều thiết bị khác có tính năng kỹ thuật phù hợp v.v…chính vì những lý do nêu trên, máy xây dựng và các thiết bị cơ khí phục vụ trong ngành xây dựng dân dụng ngày càng có ý nghĩa và vai trò lớn trong công tác xây dựng cơ bản nói riêng và nền kinh tế nói chung. Bê tông là loại vật liệu xây dựng thu được từ hỗn hợp các chất kết dính xi măng với các cốt liệu đá dăm, sỏi và cát. Nhờ phản ứng từ hỗn hợp các chất kết dính với nước mà tạo nên đá xi măng, lấp đầy khoảng trống giữa đá và cát. Nhằm tiết kiệm xi măng và thu được bê tông có cường độ chịu lực cao, cần phải chọn các cốt liệu sao cho khoảng trống giữa chúng là nhỏ nhất. Để tạo ra các bê tông nhẹ, người ta thường sử dụng các vật liệu nhẹ: xỉ lò, đá bột…thay cho cốt liệu bê tông. Khối lượng chất kết dính và nước về cơ bản tạo nên độ linh động và khả năng làm đầy khuôn của hỗn hợp, ngoài ra khối kượng này còn ảnh hưởng lớn tới công nghệ sản xuất bê tông và việc tạo hình chúng. Các thành phần này cũng tạo nên độ bền của bê tông. Giới hạn độ bền nén cho bê tông sau 28 ngày được kết dính được gọi là mác của bê tông. Độ đồng nhất của hỗn hợp ảnh hưởng tới độ bền của bê tông, mà độ đồng nhất này lại phụ thuộc vào chất lượng nhào trộn của bê tông. Việc sản xuất vữa bê tông được thực hiện ở trong các máy trộn bê tông. Các cụm chủ yếu trong các máy trộn là các bộ phận công tác, các thiết bị và các cơ cấu dùng để nạp liệu và xả hỗn hợp, động cơ và hệ thống truyền động. Các công đoạn phụ trợ không thể thiếu được cho công việc nhào trộn là việc định lượng, nạp các phối liệu và xả hỗn hợp thành phẩm. Các thiết bị để thực hiện các công việc phụ trợ này có thể thiết kế như bộ phận không thể tách rời của máy trộn cũng có thể thiết kế như các loại máy làm việc độc lập cùng tham gia với máy trộn trong các trạm trộn. Trong xây dựng nhà ở dân dụng thiết bị cơ khí phục vụ gồm nhiều bộ phận phục vụ chuyên dùng để hoàn thành. Ta phân ra những công tác sau : + Công tác thủ công bằng tay, sức người. + Công tác cơ giới trong xây dựng. 1.2. CÔNG TÁC VÀ CƠ GIỚI TRONG XÂY DỰNG NHÀ DÂN DỤNG. 1.2.1. Công tác bê tông và bê tông cốt thép toàn khối : Để tạo nên những kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối có hình dạng và kích thước như thiết kế cần phải làm ba việc chính sau : + Thi công ván khuôn và đà giáo . + Thi công cốt thép. + Thi công bê tông . - Thi công ván khuôn: Ván khuôn tạo cho bê tông sau khi đông cứng có hình dạng và kích thước theo yêu cầu.Ván khuôn cùng với hệ thống chống đỡ giữ cho kết cấu bê tông va bê tông cốt thép mới thi công ở vị trí thiết kế cho tới khi nó đạt cường độ nhất định theo quy phạm kỹ thuật thì tháo đỡ. - Phân loại ván khuôn. + Phân loại theo vật liệu: có ba loại thường dùng. - Ván khuôn bằng gỗ. - Ván khuôn bằng kim loại. - Ván khuôn bằng bê tông. + Phân loại theo cách sử dụng : theo cách sử dụng có thể phân loại ván khuôn làm 2 loại : - Ván khuôn cố định - Ván khuôn di động. - Giàn giáo trong công tác ván khuôn. Giàn giáo có chức năng chống đỡ ván khuôn tạo nên các sàn thao tác để làm ván khuôn và làm công việc khác (buộc cốt thép, đỡ bê tông…). + Giáo chống khi chiều cao nhỏ hơn 6 m : Qua các tầng khác nhau cột giáo phải đặt trên một trục thẳng đứng để tải trọng ở các cột tầng trên truyền trực tiếp xuống cột tầng dưới mà không truyền trực tiếp xuống sàn bê tông. - Thi công cốt thép. Cốt thép có thể được gia công trong xưởng tập trung hoặc ở những lán đặt ngay địa điểm xây dựng. + Gia công cốt thép: sửa nắn thẳng cốt thép, cắt cốt thép, uốn cốt thép, nối cốt thép, buộc khung, lưới cốt thép. - Đổ bê tông. Trước khi đổ bê tông cần tiến hành kiểm tra lần cuối cùng ván khuôn và cốt thép, kiểm tra giàn giáo và hệ thống sàn công tác. 1.2.2. Phương tiện vận chuyển : Trong công tác vận chuyển, nhân lực và phương tiện tập chung khá cao, giá thành vận chuyển chiếm tỷ lệ đáng kể. Ô tô là phương tiện vận chuyển rất thông dụng, tùy theo loại vật liệu mà sử dụng loại xe thích hợp. Tiện nhất là loại ô tô tự đổ có thùng đổ bên hoặc đổ sau, vật liệu đổ ra từ thùng xe rất nhanh, loại này dùng để trở các loại vật liệu rời rạc như cát, sỏi, đá, bê tông. Loại xe đẩy bằng tay để trở vật liệu bê tông đến nơi xây dựng . 1.2.3. Máy nâng : Trong công tác xây dựng nhà dân dụng tời được sử dụng vào công việc nâng hạ vật nặng, bốc dỡ hàng hóa, tính chất đặc trưng của tời là khả năng kéo ( tải trọng), khả năng chứa cát của trống tời, tốc độ quấn cáp và đường kính của dây cáp. Tời xây dựng được dùng trong lắp ráp thiết bị và kết cấu xây dựng, dùng để vận chuyển các hàng nặng trên công trường cây dựng hoặc là một bộ phận của cần trục, thang nâng và các máy xây dựng khác. Theo công dụng có các loại tời nâng (dùng để nâng vật) và tời kéo (dùng để vận chuyển vật theo phương ngang). Theo nguồn dẫn động có tời dẫn động bằng tay và tời dẫn động bằng máy. Theo số tang có tời một tang, tời nhiều tang và tời với puli dẫn cáp bằng ma sát. - Tời tay: tời tay bao gồm tời gắn tường hoặc tời có khung bệ gắn trên nền. Tời có khung bệ đặt trên nền dùng để lắp dựng, kéo dây ứng lực trước. Để điều khiển tốc độ hạ vật, sử dụng tay quay an toàn hoặc phanh đai. - Tời điện: tời điện làm việc theo hai chiều nhờ đảo chiều động cơ, tời điện bao gồm động cơ dẫn động, khớp nối, hộp giảm tốc hoặc các cặp bánh răng để hở, tang cuốn cáp. Tời điện đảo chiều thường được chế tạo với lực kéo của cáp 3,2 – 125 KN, tốc độ cáp trên tang 80 – 800m. Khi kết hợp với palăng cáp, chúng có thể nâng hàng nặng và dùng trong công việc lắp ráp. Tời điện thuận nghịch cũng thường được sử dụng làm cơ cấu dẫn động của cần trục, thang nâng và các máy xây dựng khác. Động cơ điện thường dùng loại động cơ điện xoay chiều với rôto dây cuốn Hoặc lồng sóc; việc đảo chiều quay của tang được thực hiện bằng cách đảo chiều động cơ điện. Tời điện đảo chiều được trang bị phanh hai má loại thường đóng. Bánh phanh là nửa khớp nối đàn hồi và đặt trên trục vào của hộp giảm tốc. Lực đóng phanh là lực nén lò xo còn mở phanh do nam châm điện từ hoặc cần đẩy thủy lực ( phanh mở đồng thời với động cơ và đóng khi tắt động cơ hoặc mất điện ). Để tăng tốc độ khi ta hạ vật nhẹ, một số tời sử dụng phanh hai má có thêm bộ phận phanh bằng bàn đạp. Khi đạp chân lên bàn đạp, phanh mở và vật hạ xuống do trọng lượng của nó. 1.2.4. Đầm bê tông ( đầm chấn động). Vữa xi măng có độ quánh lớn nên những hạt cốt liệu khó di chuyển trong đó. Khi chấn động, vữa bê tông bị rung, lực ma sát giữa các hạt cốt liệu giảm đi, do đó độ chẩy vữa tăng lên, các hạt cốt liệu dần dần lắng xuống xít lại gần nhau đẩy không khí ra ngoài làm cho bê tông rắn chắc. - Phân loại đầm bê tông : Căn cứ vào vị trí đặt máy đầm tác dụng vào khối bê tông có thể chia ra máy đầm bê tông làm bốn nhóm máy (đó là bốn phương pháp đầm cơ bản). + Đầm mặt. + Đầm trong (đầm chiều sâu). + Đầm cạnh. + Đầm từ phía dưới. Thời gian đầm tại chỗ của đầm bàn từ 15 đến 20 giây; chiều sâu tác dụng của đầm khoảng 20 ÷ 25 cm. Đầm có thể tự di chuyển trong quá trình làm việc và thanh 3 để điều khiển hướng di chuyển của đầm. Đầm dùi có ưu điểm là truyển xung lực ngang trong lòng hỗn hợp bê tông cho nên hiệu quả đầm lèn cao, kết cấu máy gọn nhẹ có thể xách tay di chuyển trong quá trình đầm vào mọi vị trí. Do vậy máy đầm dùi hiện nay sử dụng tương đối phổ biến rộng rãi trong công nghệ đầm lèn bê tông. 1.2.5. Máy trộn bê tông : Nhà ở thường được xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép vì các vật liệu này có tính chất bền vững, mỹ quan và phòng cháy tốt, các loại máy được sử dụng trong dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông xi măng, thi công công trình bê tông và bê tông cốt thép có rất nhiều chủng loại chủ yếu là máy trộn bê tông, máy đầm bê tông, bơm bê tông. Phân loại máy trộn bê tông: theo phương pháp nhào trộn có thể phân thành hai nhóm máy; máy nhào trộn cưỡng bức và loại máy nhào trộn tự do (máy trộn tự do). Ở máy trộn cưỡng bức, các cánh trộn được bố trí trên các trục chính, khi trục trộn quay, các cánh trộn sẽ nhào trộn hỗn hợp. Ở máy trộn tự do, các cánh trộn được bố trí ở thành trong các thùng trộn. Khi thùng trộn quay các cánh trộn sẽ múc hỗn hợp lên cao rồi đổ xuống để nhào trộn. Máy trộn tự do có kết cấu đơn giản hơn và có khả năng trộn các vữa bê tông có kết liệu lớn hơn. Theo nguyên lý làm việc có các loại máy trộn làm việc theo chu kỳ, các máy trộn làm việc liên tục. Máy trộn làm việc theo chu kì có các công đoạn phân tách rõ ràng trong một chu kì làm việc: nạp phối liệu nhào trộn hỗn hợp và xả hỗn hợp thành phần. Thông số chính của máy trộn là dung tích hỗn hợp bê tông sau đã trộn sau một mẻ trộn. Ở Liên Xô (cũ) chế tạo các máy trộn làm việc theo chu kì có dung tích hỗn hợp bê tông là : 65, 100, 165, 250, 330,425, 880, 1600 và 3000 lít. Trong máy trộn làm việc liên tục, quá trình nạp phối liệu và xả hỗn hợp thành phần tiến hành liên tục. Các loại máy trộn này có năng suất tương đối cao. Thông số chính của máy trộn làm việc liên tục là năng suất của chúng. CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ : Trong nhóm thiết bị phục vụ khâu đổ bê tông trong xây dựng nhà dân dụng các thiết bị phục vụ khâu trộn đổ bê tông rất quan trọng trong sự hình thành nên cấu trúc. Ở đây ta đưa ra phương án thiết kế là máy trộn bê tông và tời để nâng vật liệu xây dựng. Trong đó nhiệm vụ thiết kế và yêu cầu của máy thiết kế phải là : Nhiệm vụ của máy trộn bê tông là tạo ra vữa bê tông từ hỗn hợp các chất kết dính như: Xi măng, đá dăm, sỏi, cát và nước ( bằng cánh nhào trộn chúng trong thùng trộn của máy trộn ). Sau đó bê tông được đưa đến các công trình xây dựng như: Thủy lợi, nhà cao tầng hoặc cầu đường… Nhiệm vụ của tời nâng hạ vật liệu là phải đưa vật liệu xây dựng đúng yêu cầu đề ra, nơi đặt vật liệu thích hợp, dễ dàng với công việc trộn đổ, đảm bảo được độ cao xây dựng, đưa đúng nơi công nhân cần, chu kỳ nâng hạ đúng thời gian quy định theo từng ca… Yêu cầu của máy trộn bê tông và tời nâng là : - Tuyệt đối bảo đảm tỷ lệ của thành phần hỗn hợp bê tông, trộn đúng thời gian và trộn đều. - Khối lượng sắt thép tiêu hao đơn vị dùng để chế tạo máy cần phải nhỏ tới mức tối thiểu bằng cách thiết kế máy hợp lý và chọn kim loại có chất lượng cao. - Tiêu hao ít năng lượng đơn vị chẳng hạn bằng cách chọn kết cấu hợp lý của các cơ cấu làm việc của máy. - Đi lại cơ động, tốc độ làm việc cao để đạt năng suất cao. - An toàn trong thi công và các chi tiết máy lâu mòn ( yêu cầu này đạt được nhờ sử dụng các vật liệu đảm bảo cho độ kín các chi tiết ). - Kết cấu máy đơn giản, tháo lắp dễ dàng, khi cần thay các chi tiết máy làm cho việc sửa chữa thuận lợi. Nếu các yêu cầu trên đều thỏa mãn và sử dụng máy móc đúng quy định thì các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy trong thi công sẽ được nâng cao. 2.1.1. MÁY TRỘN BÊ TÔNG : Máy trộn bê tông có hai loại là máy trộn tự do và máy trộn cưỡng bức. Ở đây ta đưa ra chọn phương án thiết kế loại máy trộn tự do. - Phương án 1 : Máy trộn đổ bê tông kiểu rơi tự do không có gầu tiếp liệu, đổ bằng cách lật úp thùng để bê tông tự chảy ra, có thùng trộn dạng quả táo. Hình 2.1 : Máy trộn bê tông hình nón cụt dạng quả táo không có gầu tiếp liệu. 1- Khung máy; 2- Thùng trộn; 3- Vô lăng quay giá lật thùng; 4- Hộp giảm tốc; 5- Bộ truyền đai; 6- Động cơ điện; 7- Đĩa địng vị thùng trộn; 8- Bàn đạp kéo thanh dài đĩa định vị thùng trộn; 9- Bánh răng nón; 10- Vành răng quanh thùng trộn; 11- Giá lật thùng trộn; 12 – Trục và ổ quay. + Nguyên lý hoạt động : Để trộn vật liệu thì thùng trộn để nghiêng một góc 45o so với phương nằm ngang. Động cơ điện (6) quay, truyền chuyển động qua bộ truyền đai và hộp giảm tốc làm bánh răng nón (9) quay, kéo theo vành răng gắn vào thùng trộn (10) quay, làm cho vật liệu ở trong thùng trộn được nhào trộn. Khi xả hỗn hợp bê tông ra khỏi thùng trộn thì trước hết đạp bàn đạp (8) để kéo thanh gài ra khỏi đĩa định vị, rồi quay vô lăng (3), nhờ chuyển động của cặp bánh răng ăn khớp trong, giá lật (11) quay, làm thùng trộn úp xuống để đổ vật liệu đã trộn ra ngoài. Khi đổ thì thùng trộn quay một góc 135o so với phương thẳng đứng. + Ưu điểm : Loại này có cấu tạo đơn giản, tiêu hao năng lượng ít, được dùng nhiều nhưng chất lượng bê tông chưa thật tốt thường dùng để trộn bê tông nặng, bê tông cốt liệu lớn, di chuyển dễ dàng, không đòi hỏi người sử dụng có trình độ cao, chế tạo gọn nhẹ, vật liệu chế tạo không cao, sử dụng rộng rãi. + Nhược điểm : Đòi hỏi người công nhân phải đổ vật liệu trực tiếp vào thùng trộn, với kết cấu miệng thùng trộn cao nên người công nhân phải mất nhiều công sức và thời gian để đổ hết vật liệu vào thùng trộn, cung cấp vật liệu bê tông xây dựng nhà cao tầng năng suất thấp, đòi hỏi phải liên tục, tuổi bền sử dụng không cao, nên chỉ dùng cho các loại máy trộn dung tích nhỏ. - Phương án 2 : Máy trộn bê tông kiểu rơi tự do, có gầu tiếp liệu, đổ bằng cách lật úp thùng để bê tông tự chảy ra, có thùng trộn dang quả táo. Hình 2.2 : Máy trộn dơi tự do làm việc theo chu kì kiểu lật đổ. a) Sơ đồ cấu tạo máy trộn bê tông có thùng trộn dạng quả táo. b) Sơ đồ truyền động của máy trộn bêtông có thùng trộn dạng quả táo. 1- Giá máy; 2- Thùng trộn; 3- Gầu tiếp liệu; 4- Thùng đong nước; 5- Li hợp; 6- Động cơ điện; 7- Phanh; 8- Cáp kéo gầu ; 9- Giá lật; 10- Xích ; 11- Tăng xích;12- Vành răng; 13- Hộp giảm tốc; 14- Bánh răng nón quay thùng trộn; 15- Trục dẫn động gầu nạp liệu; 16 - Giá dẫn; A- Đòn điều khiển kéo gầu; B- Vô lăng; C- Tay đòn giật nước; c) Hệ thống truyền động riêng : I – Cụm dẫn động gầu nạp; II – Cụm dẫn động quay thùng . + Nguyên lý hoạt động: Động cơ (6) qua hộp giảm tốc (13) làm bánh răng nón (14) và xich (10) quay. Bánh răng (14) làm quay vành răng (12) gắn trên thùng trộn làm nó quay quanh trục y-y (nghiêng 45o so với mặt phẳng đứng ) để trộn vật liệu. Xích (10) quay làm bộ phận chủ động b của li hợp (5) quay trơn trên trục (15). Muốn đổ vật liệu vào thùng trộn, kéo tay đòn A, nó sẽ nới phanh hãm (7) và đóng li hợp (5) lại ; nhờ vậy lực sẽ từ b truyền sang a làm trục (15) quay và cuốn dây cáp (8) để kéo gầu (3) trượt theo giá dẫn (16) lên dần tới miệng thùng trộn. Khi gầu tới đỉnh giá dẫn thì bị chặn lại, gầu bị lật ngược và đổ vật liệu đã trộn ra ngoài. + Ưu điểm: Loại này đổ bê tông ra rất nhanh và tương đối sạch, năng suất cao, không mất nhiều công sức lao động, vận chuyển vật liệu nhanh gọn, chu kỳ nhào trộn khép kín, thùng quay đều trong thời gian cung cấp, có khả năng trộn các vữa bê tông có kết cấu lớn hơn. + Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, giá thành cao, đòi hỏi người công nhân sử dụng phải có trình độ, hao tốn điện năng, cồng kềnh trong sử dụng, nhưng động tác lật thùng tốn nhiều lực, nhất là khi quay thùng ngược lại vị trí cũ, nên chỉ dùng cho các loại máy trộn dung tích nhỏ. - Phương án 3 : Máy trộn bê tông kiểu rơi tự do, có gầu tiếp liệu, đổ bằng cách lật úp thùng để bê tông tự chảy ra, có thùng trộn dạng quả lê. Hình 2.3 : Máy trộn nghiêng đổ. a) Hình chung; b) Sơ đồ động học 2. Máy trộn cưỡng bức làm việc theo chu kì. + Nguyên lý hoạt động : Loại máy này thể hiện loại máy trộn có cốt liệu tới 120 mm. Máy trộn có giá đỡ (5), thùng trộn (2) trong có lắp cánh trộn, động cơ điện (3), xi lanh khí ép nghiêng thùng (4) và vành (1). Từ động cơ điện qua khớp nối (14) ( hình b) trục – bánh răng (15), các bánh răng (16), (17), (18) truyền mômen xoắn tới bánh răng (13) và tới vành răng (11) của thùng trộn. Để nghiêng thùng đổ vật liệu và đưa thùng về vị trí ban đầu người ta dùng hệ thống khí nén gồm xi lanh (9), van phân phối (8), cái lọc khí bằng dầu (7), khóa (6) và bộ phận đóng mở (19). Thùng trộn khi quay tì vào các con lăn đỡ. Các con lăn này quay trong ổ (10) và (12). + Ưu điểm : Loại này đổ bê tông ra rất nhanh và tương đối sạch, năng suất cao, không mất nhiều công sức lao động, vận chuyển vật liệu nhanh gọn, chu kỳ nhào trộn khép kín, thùng quay đều trong thời gian cung cấp, cung cấp vật liệu nhanh gọn thường sử dụng cho xây dựng nhà cao tầng, công trình xây dựng lớn, độ đồng đều của bê tông, mỹ quan và tiện nghi, có khả năng trộn các vữa bê tông có kết cấu lớn hơn. + Nhược điểm : Chế tạo phức tạp, giá thành cao, đòi hỏi người công nhân sử dụng phải có trình độ, hao tốn điện năng, cồng kềnh trong sử dụng, nhưng động tác lật thùng tốn nhiều lực, nhất là khi quay thùng ngược lại vị trí cũ, hao tốn nhiên liệu, bảo dưỡng máy phải đúng quy định, khi hư hỏng thay linh kiện khó khăn, cơ cấu truyền chuyển động phức tạp. 2.1.2. Thiết bị nâng : + Phương án 1 : Tời dẫn động bằng tay. Tời dẫn động tay thường được chế tạo với lực kéo của cáp 5 – 80 kN và dùng lượng cáp trên tang 50 – 200 m. Sơ đồ động của loại tời tay dùng trong lắp ráp cho ở hình vẽ bên. + Ưu điểm : Tời này dễ chế tạo, không tốn kém, giảm được điện năng, gọn nhẹ. + Nhược điểm : Hình 2.4 : Tời dẫn động tay . 1 – Tang cuốn cáp. 2 – Khung tời . 3– Cặp bánh răng truyền đông. 4 – Phanh tự động. 5 – Bánh răng dọc trục. 6 – Tay quay. Tuy nhiên tời này năng suất thấp, mất nhiều năng lượng, phải mất nhân công sử dung,… - Nguyên lý hoạt động : Để nâng hạ vật, tời gồm tang cuốn cáp (1), các cặp bánh răng truyền động (3) và khung tời (2), được hàn từ thép tấm và thép hình. Nâng hạ vật bằng cách quay tay quay (6). Trên trục dẫn động có hai bánh răng có thể dịch chuyển dọc trục (5) để thay đổi tỉ số truyền. Khi nâng vật nặng thì dùng bánh răng nhỏ còn khi nâng vật nhẹ dùng bánh răng lớn để tăng tốc độ. Để đảm bảo an toàn, tời được trang bị phanh tự động có mặt ma sát tách rời (4) (nguyên lý hoạt động giống như phanh trong kích thanh răng). Phanh được đặt trên trục thứ hai của bộ truyền để có thể sang số khi nâng vật. Vật nâng chỉ có thể hạ được khi quay tay quay (6) theo chiều hạ. Tay quay được đặt ở cả hai đầu của trục dẫn động để đảm bảo cho một, hai hoặc bốn người có thể làm việc đồng thời. + Phương án 2 : Tời dẫn động bằng điện. Tời điện làm việc theo hai chiều nhờ đảo chiều động cơ, tời điện bao gồm động cơ dẫn động, khớp nối, hộp giảm tốc hoặc các cặp bánh răng để hở, tang cuốn cáp. + Ưu điểm : - Làm việc bền lâu. - Điều khiển đơn giản, có thể điều khiển từ xa. - Dễ khống chế tốc độ nâng hạ vật. - Động cơ cần mômen khởi động lớn ( lớn hơn tời điện ma sát). + Nhược điểm : - Giá thành cao, chế tạo phức tạp. Hình 2.5: Tời điện đảo chiều (thuận nghịch). 7 – Động cơ . 8 – Khớp nối đàn hồi. 9 – Phanh. 10 – Hộp giảm tốc. 11 – Tang cuốn cáp. - Nguyên lý hoạt động : Trong tời này có sự truyền lực cứng từ trục động cơ điện (7) đến trục tang tời (11) bằng các cặp bánh răng trong hộp truyền lực (10) khi hạ vật xuống, chỉ cần cho động cơ quay ngược chiều như vậy đảm bảo an toàn. Giữ vật ở vị trí nâng bằng bộ phận hãm (9). Các bộ phận của tời đặt trên bệ bằng thép hàn và cố định bằng bulông. Để nâng hỗn hợp bê tông ta nhấn công tắc mở động cơ theo chiều thuận. Tang quay sẽ cuốn cáp lại đưa vật liệu lên. Khi cần đưa thùng đựng xuống ta chỉ việc đảo chiều quay của động cơ; tang sẽ nhả cáp ra . Kết thúc một chu kỳ nâng hạ ngoài ra để đảm bảo an toàn thiết bị này còn được trang bị phanh hai má loại thường đóng. + Phương án 3 : Tời với khớp ma sát. Hình 2.6 :Tời với khớp ma sát. 12 – Cơ cấu cóc. 13 – Phanh đai. 14 – Khớp ma sát. - Nguyên lý hoạt động : Tời với khớp ma sát có thể có một hay nhiều tang dẫn động từ một động cơ (hình vẽ ). Mỗi tang có khớp ma sát (14) và hoạt động khi đóng khớp ma sát. Động cơ không đảo chiều quay và khi động cơ quay vật được nâng lên. Vật được hạ xuống do trọng lượng bản thân vật khi mở khớp ma sát và tốc độ hạ vật được điều chỉnh bằng phanh đai (13) thường đóng. Để ngăn ngừa khả năng vật hạ ngẫu nhiên, trên mỗi tang còn có cơ cấu dừng kiểu bánh cóc (12) điều khiển bằng tay gạt. Khi nâng vật, con cóc ăn khớp răng bánh cóc. Khi hạ, dùng tay gạt điều khiển nhấc con cóc khỏi răng bánh cóc và điều chỉnh tốc độ hạ bằng phanh đai. Khi vật ở trang thái treo, con cóc phải ăn khớp răng bánh cóc. + Ưu điểm : Đơn giản, dễ sử dụng, sự ma sát tốt trong khi nâng, hạ vật. + Nhược điểm : Chế tạo phức tạp, giá thành cao,… 2.2. CHỌN PHƯƠNG ÁN . Căn cứ vào tình hình thực tế theo đặc điểm kỹ thuật phù hợp với xây dựng nhà ở và có sẵn trên thị trường, nhìn chung trong nhóm phục vụ khâu trộn đổ bê tông trong xây dựng nhà dân dụng ta phân tích ra một số thiết bị cơ khí cơ bản để thiết kế. Ở đây mục đích thiết kế chính là máy trộn đổ bê tông và thiết bị nâng. Vậy đối với máy trộn bê tông ta chọn phương án 1 với dung tích 250 lit ( có hình dạng quả táo: Máy trộn bê tông có thùng trộn dạng quả táo, không có gầu tiếp liệu, kết cấu thùng trộn đơn giản, cơ cấu truyền động đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng trong công việc nhào trộn bê tông và thao tác lật đổ bê tông phục vụ trong xây dựng nhà dân dụng, dễ chế tạo trong thiết kế máy, … Đối với tời nâng ta chọn phương án 2 ( tời điện thuận nghịch) vì: Làm việc bền lâu, điều khiển đơn giản, có thể điều khiển từ xa, dễ khống chế tốc độ nâng hạ vật, động cơ cần mômen khởi động lớn ( lớn hơn tời điện ma sát). CHƯƠNG III : THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ 3.1. BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHO THIẾT BỊ : 3.1.1. TÍNH TOÁN NĂNG SUẤT : - Chọn máy trộn bê tông tự do có dung tích 250 lít và tính lượng vật liệu tiêu thụ. Chọn máy trộn bê tông mỗi ngày sản xuất (10 ÷ 20) m3 vữa bê tông, tính khối lượng vật liệu ( nước, xi măng, cát, đá ) tiêu thụ hàng ngày. + Năng suất máy trộn bê tông di động: năng suất kỹ thuật của máy trộn tính bằng công thức : [m3/h]. Trong đó : e – dung tích máy trộn [lít]. n – số mẻ trộn trong 1 giờ. Kp – hệ số thành phần : Kp = 0,65. + Số mẻ trộn trong 1 giờ tính bằng công thức : . Trong đó : T = t1 + t2 + t3, Với : t1 – thời gian đổ vật liệu vào thùng. t2 – thời gian trộn (S). t3 – thời gian đổ bê tông ra. Tra bảng 14.1 ( máy xây dựng ). + Máy trộn dung tích 250 l : . Năng suất mỗi ca của máy trộn : Nca = Nsd.t + Năng suất mỗi ca của máy trộn 250 l. Nca = 4.8 = 32 m3/ca. - Tính toán các khối lượng vật liệu. + Lượng xi măng : hay . + Lượng cát : [l]. + Lượng đá dăm ( hoặc sỏi ) : [l]. + Lượng nước : [l]. Trong đó : l : m : n – thành phần vật liệu ( vữa bê tông có thành phần; xi măng : cát : đá =1 : 2,2 : 4,2 ). Tra sách vật liệu và cấu kiện XD. γx – trọng lượng thể tích xi măng [Kg/l] : γx = 1,3 Vậy [l], hoặc 33,8.1,3 = 34 [Kg]. [l]. [l]. N = 34.0,60 = 20,4 [l]. Kiểm tra lại tính toán : L = X + C + Đ = 33,8 + 74 + 142,2 = 100 [l]. - Lượng vật liệu tiêu thụ hàng ngày : + Xi măng : 34.31.0,8.8 = 6745,6 [Kg]. + Cát : 74.31.0,8.8 = 14681,6 [Kg]. + Đá : 142,2.31.0,8.8 = 28172,8 [Kg]. Ở đây : Số mẻ trộn mỗi giờ : 31. Hệ số sử dụng thời gian : 0,8. Giờ làm mỗi ca : 8. Qua tính toán trên ta chọn máy trộn tự do có dung tích 250 l ta thiết kế kỹ thuật cho máy sau. Sơ đồ dộng máy trộn hình quả táo : Hình 3.1 : Sơ đồ dẫn động thùng trộn. a) Sơ đồ động; b) Vị trí thùng cấp liệu; c) Vị trí thùng khi trộn; d) Vị trí thùng khi dỡ sản phẩm; 1 – thùng trộn; 2 – Cánh trộn; 3 – Bánh răng hình côn và vành răng; 4 – Bộ truyền động đai hình thang; 5 – Động cơ; 6 – Trục và ổ trục thùng quay; 7 – Khung cong; 8 – Khung máy; 9,11 – Cặp bánh răng quay lật thùng ( ăn khớp trong ); 10 – Vô lăng thùng quay; 12 – Vành răng thùng; 13 – Bánh đai ( bánh đà); 14 – Phanh. 3.1.2. TÍNH TOÁN CƠ BẢN CHO MÁY TRỘN BÊ TÔNG TỰ DO : Năng suất sử dụng máy trộn. Nsd = Nkt . Kt Trong đó : Kt : Hệ số sử dụng thời gian ( Kt = 0,8 ). Nkt: Năng suất kỹ thuật của máy trộn. Nkt = e : Dung tích hình học máy trộn. Kp : Hệ số thành phần ( 0,65 – 0,7 ). n : Số mẻ trộn trong một giờ. n = T : Thời gian để cốt liệu vào cối, thời gian trộn và thời gian trộn và thời gian đổ vữa bê tông ra khỏi cối trộn . T = 115 [s] Nkt = = 5,09 Vậy năng suất máy trộn Nsd = 5,09.0,8 = 4,07 [m3/h] Công suất động cơ dẫn động quay cho thùng trôn. Phần lớn năng lượng truyền động cho máy trộn tự do bị tổn hao cho việc nâng hỗn hợp trong thùng trộn khi quay thùng. Hình 3.2 : Sơ đồ tính toán cho máy trộn bê tông tự do. Ở dạng tổng quát công tiêu hao cho một chu kỳ di chuyển khép kín của hỗn hợp. A = GCM.H [J] . Trong đó : GCM: Trọng lượng hỗn hợp [N]. H : Chiều cao nâng hỗn hợp trong thùng trộn [m]. Trọng lượng hỗn hợp trong thùng trộn : GCM = V.f.g [N]. V : Dung tích._. của hỗn hợp bê tông trong thùng trộn [m3]. V = 0,25 m3. f : Khối lượng riêng của hỗn hợp bê tông. f = 1800 [kg/m3] g : Gia tốc rơi tự do [m/s2]. g = 9,8 [m/s2] GCM = 0,25.1800.9,8 = 4410 [N]. Quỹ đạo chuyển động của hỗn hợp ở trong thùng trộn rất phức tạp. Một phần hỗn hợp được nâng lên bằng các cánh trộn, phần còn lại được nâng lên do tác dụng của lực ma sát. Công suất cần tiêu hao để nâng hỗn hợp: Nkt = (Kw). Trong đó: G1 : Trọng lượng hỗn hợp được nâng lên do tác dụng của lực ma sát. G1 = 0,85. GCM = 0.85.4410 = 3748,5 [N]. G2 : Trọng lượng hỗn hợp được nâng lên bằng các cánh trộn. G1 = 0,15. GCM = 0.15.4410 = 661,5 [N]. h1np : Chiều cao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát [m]. h2 : Chiều cao nâng hỗn hợp bằng cánh trộn. Z1, Z2 : Số lượng chu kỳ khép kín của hỗn hợp sau một vòng quay của thùng trộn được thực hiện tương ứng do lực ma sát và bằng các cánh trộn. n : Số vòng quay của thùng trộn. n = 0,38 [v/s]. Ta có : h2 = R + Rsinβ = R( 1+ sinβ) R : Bán kính trong của thùng trộn. R = 0,32 [m]. Góc β có thể lấy bằng góc ma sát. Β = 45º Khi đó: h = 0,32 . 4,07 = 1,3024 [m]. Chuyển động của hỗn hợp dưới tác dụng của lực ma sát phức tạp hơn so với trường hợp đã xét ở trên. Xét chuyển động của phần tử hỗn hợp nằm trên thành tang trộn, khi thùng trộn quay thì phần tử này sẽ được nâng lên, được xác định bằng góc ma sát ƒ1 nhưng do chịu ảnh hưởng của các cánh trộn và được tỳ lên các phần tử khác, do đó góc nâng thực ƒ2 sẽ lớn hơn ( khoảng 90º ) sau đó phần tử này sẽ bị trượt xuống theo bề mặt của hỗn hợp. Tiếp nhận góc chuyển dịch của hỗn hợp từ điểm A tới điểm B1 (ƒ2 = 90º) thì chiềucao nâng của hỗn hợp do tác dụng của lực ma sát sẽ là: H1np = R = 0,32 [m]. - Số chu kỳ chuyển động khép kín của hỗn hợp dưới tác dụng của lực ma sát sau một vòng quay của tang trộn (coi thời gian mà hỗn hợp trượt xuống về vị trí ban đầu bằng thời gian nâng lên tới độ cao h1np. Z1 = - Thời gian nâng cánh trộn bằng hỗn hợp. t1 = t1 = = [s]. - Thời gian rơi tự do hỗn hợp từ độ cao h2. T2 = = [s]. Số lượng chu trình chuyển động khép kín của hỗn hợp do các cánh trộn thực hiện được sau một vòng quay của tang trộn. Z2 = = = 2 Trong đó : tv = Thời gian thực hiện vòng quay của thùng trộn [s]. n : Tần số vòng quay của thùng trộn [v/s]. R : Bán kính trong của tang trộn [m]. Vậy : Z2 = = 2 Số lượng chu trình khép kín của hỗn hợp do các cánh trộn thực hiện được sau một vòng quay của tang trộn là Z2 = 2. Điều đó cho thấy rằng: số lượng chu trình khép kín của hỗn hợp cho cả hai trường hợp đã xét trên có thể coi bằng nhau. Có nghĩa là Z1 = Z2 = Z = 2. Do vậy công suất tiêu hao để nâng hỗn hợp: N1 = Thay các giá trị vào công thức trên ta có: N1 = = = 1,2 [Kw]. Bán kính của thùng trộn với độ chính xác cần thiết có thể lấy bằng bán kính phần hình trụ của nồi trộn, bởi lẽ phần hỗn hợp tập trung ở giai đoạn này. Ngoài công để nâng hỗn hợp động cơ còn phải tiêu hao năng lượng để khắc phục lực ma sát ở các gối đỡ thùng trộn. Thành phần công suất tiêu hao nà có thể được xác định theo công thức sau: Đối với máy trộn có cụm dẫn động thùng trộn trung tâm: N2 = GT : Trọng lượng thùng trộn. GT = 800 Kg. ω : Vận tốc góc thùng trộn. ω = = [rad/s]. µ : Hệ số ma sát trong ổ trục của thùng trộn để lắp ghép thùng trộn với đầu trục ra của hộp giảm tốc. µ = 0,06. : Bán kính ngỗng trục. = 0,05 [m]. N2 = = 0,04 [Kw]. Công suất động cơ truyền chuyển động quay cho thùng trộn. Nđc = . : Hiệu suất bộ truyền. = d. o. br = 0,95.0,99.0,96 = 0,9. ( tài liệu chi tiết máy ). Nđc = = 1,24 [Kw]. Chọn động cơ tiêu chuẩn. Theo bảng 3 ( 5 trang 29 chi tiết máy ). Kiểu động cơ Công suất (kw) Vân tốc quay (v/ph) Trọng lượng ĐK 41 - 4 1,7 1420 1,8 2 39 3.1.3. Phân phối tỷ số truyền: ih = = = 63 Theo sơ đồ động máy trộn ta có : ih = id. ibr. ibrhở = 2.3,5.3,3 =23,1. 3.1.4. Lập bảng thông số kỹ thuật của hệ thống: Công suất của động cơ: N1 = Nđc = 1,7 [Kw]. N2 = Nđc . ηđ . ηổ = 1,7 . 0.95 . 0,99 = 1,6 [Kw]. N3 = N2 . ηbr . ηổ = 1,6. 0,96 . 0,99 = 1,52 [Kw]. N4 = N3 . ηbr . ηổ = 1,52 . 0,96 .0,99 = 1,44 [Kw]. Số vòng quay trục. nđc = 1420 [vòng/phút] n2 = = = 710 [v/ph]. n3 = = = 203 [v/ph] ; n4 = = = 68 [v/ph]. nthùng trộn = = [v/ph] Mômen xoắn các trục. Mx1 = Mxđc = 9,55.106. = 9,55.106. = 11433,1 [N.mm] Mx2 = Mx1. iđ . ηđ = 11433,1 . 2 . 0,95 = 21723 [N.mm] Mx3 = Mx2. ibrn . ηổ . ηbr = 21723 . 3,5 . 0,99 .0,96 = 72259,4 [N.mm] Mx4 = Mx3. ibrc . ηổ . ηbr nén = 72259,4.3 .0,99 .0,94 = 201734 [N.mm]. Giá trị thông số động. Động lực học các cấp của bộ truyền động. Trục Trục I Trục II Trục III Trục IV i i1-2= 2 i2-3 = 3,5 i3-4 = 3 N [Kw] 1,7 1,6 1,52 1,44 N [v/ph] 1420 710 203 68 Mx [N.mm] 11433,1 21723 72259,4 201734 3.2.THIẾT BỊ NÂNG: Nội lực mỗi nhánh dây chính là lực căng của cáp cuốn lên tang khi nâng một vật nặng tính bằng công thức: a = 1/cosφ φ = 300 => a =1,15 Hinh 3.3 : Quang cáp mang tải. G : Trọng lượng vật nâng. G = 980 [N]. n : Số nhánh dây nâng. m : Hệ số không điều hòa trong các nhánh dây. Khi n = 4 ÷ 8 thì m = 0,75. φ : Góc nghiêng của nhánh dây so với đường thẳng đứng. φ = 300 a : Hệ số phụ thuộc góc nghiêng của dây. S = = 375 [N]. Lực kéo đứt cáp của nhánh cáp cuốn lên tang: Sđ = n . S Ở đây: n – hệ số an toàn bền nhỏ nhất cho phép của cáp được xác định bằng thực nghiệm. Cáp được dẫn động bằng máy ở chế độ làm việc nhẹ. n = 5 Sđ – lực đứt của cáp sợi bông cuốn lên tang : Sđ = 5 . 375 = 1875 [N]. Tra bảng 51 ( 10 trang 125 máy XD ) với Sđ = 1875 [N] ta chọn cáp sợi bông có: Đường kính cáp : dc = 10 [mm]. Chu vi : C = 30 [mm]. Số vòng xoắn trong 1m cáp : 100. Số tao trong cáp : 15. - Bán kính uốn cong thỏa mãn điều kiện : Dt ≥ ( e – 1 )dc e – hệ số được tra trong tiêu chuẩn: e = 20 (1 trang 63 CSTKMXD). => Dt = ( 20 – 1).10 = 190 [mm]. - Số vòng lớp cáp Z (cuốn lên tang n lớp cáp): Z = H – chiều cao nâng H = 15 m ( 4 tầng cho mỗi tầng cao 3,75 m). a – Bội suất palăng cáp : a = 1. a. H – Dung lượng của palăng cáp cuốn lên tang. n – số lớp cáp cuốn lên tang : n = 2. Z = = 12 [vòng]. - Chiều dài làm việc của cáp tang cuốn hai lớp cáp được xác định : Lt = Z . t . φ Z = = . Lc – dung lượng cáp cuốn lên tang : Lc = a . H + 1,5.π .Dt= 1.15 + 1,5.3,14.0,19 = 16 [m]. Lt = = 0,14 [m]. φ = 1,1 – hệ số lớp cáp không đều. t = dc – bước cáp đối với tang trơn. - Chiều dầy thanh tang (δ): δ = 0,01.Dt + 3 = 0,01.190 + 3 = 5 [mm]. - Tốc độ cáp cuốn lên được tính từ tốc độ nâng vật theo công thức : Vc = a.Vn Vn : Tốc độ nâng cho trước. Vn = 0,5 [m/s]. → Vc = 1.0,5 = 0,5 [m/s]. - Công suất động cơ xác định theo lực căng cáp cuốn lên tang và tốc độ cáp với hiệu suất chung của cơ cấu ηe = 0,97 Nđc = = = 0,2 [Kw] - Theo bảng 3 ( trang 29 sách HDTK chi tiết máy) ta chọn động cơ có đặc điểm 1440 v/ph (đồng bộ). 1. Kiểu động cơ : ĐK31 - 4 2. Ndn [Kw] Khi pB% = 25% : 0,6 [Kw]. 3. Độ trượt : 13% 4. Tốc độ quay danh nghĩa (ndn) : 1440 [v/ph]. 5. Dòng điện stato A khi hiệu điện thế : 220 (V) : 2,4 (A). 6. Hiệu suất : 65% 7. Cos φ : 0,76 - Số lớp cáp chứa trên tang. n = 2 Hình 3.4: Sơ đồ truyền động hệ thống tời. - Tốc độ quay trục tang. nlv = Dtb : Đường kính trung bình tang. Dtb = Dn – Đường kính bó cáp trên tang: Dn = Dt + (2.n – 1).dc = 190 + (2.2 – 1).10 = 220 [mm]. => Dtb = = 205 [mm]. nlv = = 45 [v/ph]. - Tỷ số truyền : ih = = = 32 - Phân phối tỷ số truyền : ih = i1.i2.i3 = 3.3,2.3,33 = 32 - Số vòng quay các trục: n1 = 1440 [v/ph]. n2 = = = 480 [v/ph]. n3 = = = 150 [v/ph]. n3 = = = 45,04 [v/ph]. - Momen xoắn các trục. Mx1 = Mxdc = 9,55.106. = 9,55.106. = 3979[N.mm]. Mx2 = Mx1. i1.ηổ.ηbn = 3979.3.0,99.0,96 = 11340,15 [N.mm]. Mx3 = Mx2. i2. ηổ. ηC = 11340,15.3,2.0,99.0,97 =34488,6 [N.mm]. Mx4 = Mx3. i3. ηổ. ηC = 34488,6.3,33.0,99.0,97 =106876,56 [N.mm]. Trục Trục I Trục II Trục III Trục IV i i1-2= 2 i2-3 = 3,2 i3-4 = 3,33 N [Kw] 0,6 0,56 0,53 0,5 N [v/ph] 1440 480 150 45,04 Mx [N.mm] 3979 11340,15 34488,6 106876,56 3.2.1. Tính chọn phanh: (Phanh đai đơn giản). Phanh là quá trình chuyển hệ thống đang chuyển động về trạng thái tĩnh. Hình 3.5 : Sơ đồ lực tác dụng của đai lên bánh phanh. Nhờ có mômen ma sát (mômen phanh) trong bề mặt tiếp xúc của phanh, động năng của hệ thống sẽ được chuyển thành nhiệt năng và hệ thống sẽ dừng lại sau một thời gian tph.Trong quá trình phanh còn có sự tham gia của mômen cản tĩnh; trong trường hợp chung mômen cản tĩnh giúp quá trình phanh khi hạ vật sẽ nguy hiểm hơn phanh khi nâng vật, tức là yêu cầu mômen phanh lớn, bởi vì lúc này mômen tĩnh có chiều theo chiều hạ, sẽ có xu hướng làm hệ thống tiếp tục đi xuống, chứ không cản trở. Do đó mômen còn phải đảm bảo yêu cầu của “quy phạm an toàn thiết bị nâng”, là phải lớn hơn mômen tĩnh một lượng nhất định. Khi phanh đặt trên trục 1: Trong đó: Q – trọng lượng vật nâng: Q = 980 N. D1 – đường kính tang kể đến tâm cáp: D1 = Dt + 2.dc = 190 + 2.10 =210 [mm]. a – bội suất palăng : a = 1 . i – tỷ số truyền động của bộ truyền : i = 32 η – Hiệu suất chung của cơ cấu : η = 0,95 n – hệ số an toàn: đối với cơ cấu nâng dùng một phanh. n = 2,5 Mph = = 7637,15 [N.mm]. Phanh đai gồm một đai thép không bao quanh bánh phanh với góc ôm α. Lực phanh tạo ra nhờ ma sát giữa đai và bánh phanh. Để tăng ma sát giữa đai và bánh phanh, ta gắn lên đai thép một lớp lót bằng amiăng. Lực đóng phanh là lực lò xo, đối trọng hoặc sức người. Lực mở phanh là lực hút nam châm điện. Xét quá trình làm việc của đai trên bánh phanh ( hình vẽ). Theo công thức Ơle ta có lực căng đai S tại điểm có góc ôm β là : S = Smin.eƒβ Trong đó: ƒ – hệ số ma sát giữa đai và bánh phanh : ƒ = 0,15. Với β = α ta có S = Smin.eƒα Mômen phanh tạo ra trên bánh phanh do lực ma sát là : Mp = ( Smax – Smin). Từ các biểu thức trên ta tìm được giá trị lực căng Smax, Smin cần thiết ở các đầu đai để tạo mômen phanh Mp. Smax = . = . = 209,4 [N]. Smin = . = . = 133,05 [N]. D – Đường kính đĩa phanh : D = 200 mm (tài liệu). α - góc ôm giữa băng và đĩa phanh : α = 250º = 4,36 rad. Trên mặt đai, từ điểm có lực căng S với góc ôm β ta tách một cung giới hạn bởi góc dβ vô cùng bé, lực căng đai ở điểm cuối cung dβ là S + dS và áp lực lên đai dN gây ma sát ƒ.dN. Xét cân bằng phân tố đai đã tách ta có : y = 0. dN – S.sin - ( S + dS ). sin = 0 Do góc dβ vô cùng bé nên ta thấy sin = và do đó : dN – S. - ( S + dS ). = 0 Bỏ qua thành phần vô cùng bé bậc cao dS ta có : dN = S . dβ Áp lực riêng của bánh đai lên bánh phanh tại điểm có góc ôm β là : = 0,03 [N/mm2]. Trong đó : B – chiều rộng của đai phanh : B = 70 mm. pmax= [N/mm2]. pmax= [N/mm2]. Tính mômen phanh Mp cho cả hai chiều quay của bánh phanh ( hạ và nâng ) bằng cách xét cân bằng tay đòn nằm ngang khi lấy mômen các lực ứng với điểm 0. Hạ : Smin.a1 = ( Gt.b + Gn.c + G.d ).η Nâng : Smax.a1 = ( Gt.b + Gn.c + G.d ).η Hình 3.6 : Phanh đai đơn giản. Ở đây : G1 – trọng lượng tay đòn; G1= 49 N Gn – trọng lượng ngàm hút của nam châm điện ; Gn= 20 N G – trọng lượng đối trọng; G = 70 N η – hiệu suất của tay đòn ; η = 0,9 . a1= 15 cm . b = 20 cm c = 30 cm d = 40 cm Vậy mômen phanh ứng với mỗi chiều quay là : = = [N/mm]. = = [N/mm]. => Như vậy phanh đai đơn giản luôn có >. Hành trình đầu đai khi phanh : Δ = ε.α = 0,8.4,36 = 3,5 [mm]. Do có thể tạo nên mômen phanh rất lớn mà phanh đai thường được đặt trên trục động cơ có tốc độ thấp. Trong trường hợp này có thể bỏ qua phép tính kiểm tra phát nhiệt của phanh mà chỉ tiến hành kiểm tra áp lực riêng của đai lên bánh phanh: [N/mm2] < [p]. Hành trình cần thiết của nam châm điện để mở phanh là: Với hệ số lợi dụng hành trình m = 0,85. [mm]. Chiều dày đai phanh δ được tính theo sức bền kéo: δ ≥ n – số đinh tán trên mặt cắt tính toán ; n = 3 d – đường kính đinh tán ; - ứng suất cho phép kéo : đối với đai thép lót amiăng k = 80 [N/mm2]. [mm]. Chọn = 10 mm. - Mối ghép đinh tán giữa đai phanh với các chi tiết máy liên kết được kiểm nghiệm về cắt đinh và bề mặt tiếp xúc giữa chúng với đai phanh : Z – số đinh tán giữa đai phanh với các chi tiết máy liên kết được kiểm nghiệm về cắt đinh và dập đinh bề mặt tiếp xúc giữa chúng với đai phanh : - ứng suất cắt cho phép : = 50 [N/mm2]. [N/mm2]. - ứng suất dập cho phép : = 100 [N/mm2]. [N/mm2]. 3.2.2. Thiết bị dừng : Hình 3.7 : Thiết bị dừng bánh cóc. Thiết bị dừng chỉ để dừng vật nâng ở một vị trí cần thiết. Chỉ cho ta quấn phần tử mềm quay theo chiều nâng, không cho tang quay theo chiều ngược lại. Nó được lắp kết hợp với phanh để nâng cao mức độ an toàn. - Thiết bị dừng bánh cóc: bánh răng cóc 1 lắp trên trục 2 của cơ cấu, cùng quay với cơ cấu, chốt cóc 3 có trục quay 4. Bánh răng 1 có răng xuôi một chiều, khi chốt cóc vào ăn khớp chỉ cho cơ cấu quay theo chiều nâng, không cho quay theo chiều hạ. Muốn hạ vật phải lấy chốt cóc ra khỏi bánh răng bằng tay qua đòn bẩy. Vị trí nguy hiểm nhất ứng với lúc bắt đầu vào ăn khớp, khi đầu chốt tựa vào đỉnh răng, trong đó biên răng và đầu chốt bị dập (hình b). Áp lực riêng p được xác định theo: Ở đây : p – lực vòng [N]. b – chiều rộng biên răng [N]. [p] – áp lực riêng cho phép. [p] = 30 [N/mm2]. và => [N/mm]. Ở đây: Mx – mômen xoắn trên trục bánh răng; Mx = 106876,56 [N/mm]. D – đường kính ngoài bánh răng. m – môđun. =13 [mm]. z – số răng bánh cóc; z = 11. c – hệ số; c = 4 (thép) . [N/mm2]. Răng của bánh răng cũng tính theo uốn ( hình b ), ta xét lúc nguy hiểm nhất khi bắt đầu vào ăn khớp và giả thiết mômen uốn ở tiết diện đó: [N/mm2]. Và ứng suất uốn: . Trong đó: a – chiều dầy răng tại tiết diện bị gãy; Từ đó để ăn khớp ngoài (ta có: [mm]. Chọn m = 11 [mm]. [N/mm2]. Với σc = 280 [N/mm2]. < . Mặt tiếp xúc phát sinh lực ma sát : F = f.P.cosα = 0,2.35,2.cos20 = 9,13 [N/mm2]. Chốt cóc chỉ có thể di chuyển tới đáy răng, nếu : P.sinα > f.P.cosα. Từ đó : tgα > f = tgρ Ở đây ρ – góc ma sát (ρ = 0,20 ); f – trị số trung bình ( f = 0,20 ). Tính thân chốt cóc theo nén và uốn. Ứng suất uốn lớn nhất phát sinh khi chốt bắt đầu vào ăn khớp ở tiết diện nguy hiểm ( phần mặt cắt hình b ). [N/mm2]. Ở đây : b’- chiều rộng chốt cóc; δ – chiều cao tiết diện ; e – khoảng cách từ trọng tâm tiết diện tới đường tác dụng của lực vòng qua tâm trục chốt; e = 80. [σ]u - ứng suất uốn cho phép của vật liệu; [σ]u = 65 [N/mm2]. 3.3. TÍNH TOÁN BỀN CÁC CHI TIẾT 3.3.1. TÍNH SỨC BỀN TANG: Trong quá trình làm việc tang hình trụ chịu lực nén do dây cáp cuốn quanh tang khi có tải. Ngoài ra tang còn bị xoắn và bị uốn do mômen tạo ra bởi lực căng của dây cáp; và trọng lượng bản thân của tang và dây cáp cũng làm tăng thêm độ uốn của tang. Mômen lớn nhất sẽ xảy ra khi dây cáp có tải ở vị trí khoảng giữa chiều dài của tang. Đối với tang có chiều dài làm việc lo ≤ 2. Dt thì ứng suất nén có ý nghĩa quyết định đối với độ bền của tang. Khi quấn nhiều lớp cáp lên tang, trạng thái ứng suất rất phức tạp, bởi vì các lớp cáp đè lên nhau, lớp trong cùng (lớp thứ nhất) chịu áp lực của các lớp trên nó. Coi áp lực p do lực căng S gây ra tác dụng đều trên toàn bộ thân tang. Khi quấn lớp thứ hai, ta coi lớp thứ nhất trở thành thân tang và chịu áp lực của lớp thứ hai này như là lớp thứ nhất, và áp lực của lớp thứ m tác dụng lên thành tang sẽ là: Tham số ω phụ thuộc vào môđun đàn hồi ngang và dọc của cáp: ω = . Ek – Môđun kéo dọc: Ek = 1,27.105 [N/mm2]. K – Môđun nén ngang cáp: cáp lõi hữu cơ K = 250 [N/mm2]. γ – hệ số điền đầy các lớp cáp : γ = 0,37 => . Trị số : ; Ở đây: Trong đó: δ – chiều dày thành tang. δ = 5 mm μ – hệ số poatxtong : μ = 0,25. Dt – đường kính tang: Dt =190 mm. E – môđun đàn hồi thành tang. Trị số : Dn = Dt + 2.dc.n = 190 + 2.10.2 =230 Lực kéo riêng của cáp : [N/mm2]. = 22,10 [N/mm2]. Khi tang quấn nhiều lớp cáp với số lớp n và áp lực riêng p’ có thể nhận công thức sau: [N/mm2]. Với số lớp cáp n =2 thì ξ = 0,7 (ξ < 1 – hệ số tính đến độ chùng của các lớp cáp do độ đàn hồi của cáp và độ nén của thân tang). Ngoài ứng suất nén, với những tang có chiều dài l ≥ 3Dt còn phải tính ứng suất uốn và xoắn. Ứng suất uốn sẽ lớn nhất khi cáp đi vào giữa tang. . Mômen xoắn: . S – lực căng cuốn lên thành tang. S = 375 N. l – chiều dài làm việc của cáp. L = 140 mm. [N.mm]. [N.mm]. Và ứng suất: . mm. mm. [N/mm2]. [N/mm2]. Ứng suất tổng : [N/mm2] < [σ]u. Ở đây : α = 0,75 ( chọn) – hệ số quy đổi, tính đến sự khác nhau của các trị số ứng suất nguy hiểm. Ứng suất cho phép của gang đúc không quá 23 [N/mm2]. Đối với tang 2 lớp cáp ứng suất nén của tang sẽ tăng khi tăng số lớp cáp. Do đó để kiểm tra sức bền theo ứng suất nén ta có thể sử dụng công thức ( ứng suất nén cho phép phải được giảm thấp tương ứng với số lớp cáp): + Khi tang cuốn hai lớp cáp : [σn]2 = 0,9. [σn] = 0,9.4 =3,6 [N/mm2]. 3.3.2. HỘP GIẢM TỐC MÁY TRỘN BÊ TÔNG. Hộp giảm tốc cũng như hộp số, hộp trích công suất cơ cấu đảo chiều quay những cụm truyền động cơ khí biệt lập thường được sử dụng trên máy xây dựng. Sự khác nhau giữa các hộp giảm tốc cũng được phân biệt bởi cấp số truyền, sơ đồ bố trí trục và độ lớn. Các thông số cơ bản của hộp giảm tốc là tỷ số truyền I, công suất truyền N và mômen xoắn Mx. 3.3.2.1. Thiết kế bộ truyền động đai. Truyền động đai được dùng để thiết kế truyền chuyển động giữa các trục tương đối xa nhau. Bộ truyền có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc êm, có khả năng bảo vệ cho các tết máy khác và động cơ khi bị quá tải đột ngột. Tuy nhiên chúng có nhược điểm khuôn khổ kích thước quá lớn ( khi dùng một điều kiện làm việc, thường riêng đường kính bánh đai đã lớn hơn đường kính bánh răng 5 lần ), tỷ số truyền không ổn định, là có trượt đàn hồi của đai trên bánh. Lực tác dụng lên trục và ở lớn do phải căng đai ( lực tác dụng lên trục và ổ tăng thêm khoảng 2 ÷ 3 lần so với trong truyền động bánh răng ). Tuổi thọ thấp khi làm việc với vận tốc cao. Truyền động đai có thể làm việc với công suất 150Kw, tuy nhiên thông dụng nhất làm việc trong khoảng 0,3 ÷ 50 Kw. Bộ truyền động đai thường được bố trí ở cấp tốc độ nhanh, bánh dẫn lắp mòn trục động cơ. Trong trường hợp này, kích thước bộ truyền tương đối nhỏ gọn. Thu hình có tiết diện đai có 4 loại truyền động đai chính. Truyền động đai dẹt có thể truyền với tỷ số truyền i ≤ 5, nên dùng bánh răng io ≤ 10. Truyền động đai thang i ≤ 10. Trong các thiết bị dân dụng còn dùng truyền động đai tròn, trong các thiết bị đo dùng đai hình lực ( đai răng ). 3.3.2.2 . Chọn loại đai: Đai thang là chi tiết tiêu chuẩn chúng được cấu tạo hàng loạt từ vật liệu vải cao su theo chiều dài. Hình 3.8 : Cấu tạo đai. - Giả thiết vận tốc trượt của đai V > 4 m/s. - Chọn loại tiết diện đai O có : b x h = 10 x 6 [mm] bc = 8,5 [mm] Yo = 2,1 [mm] Diện tích tiết diện F = 47 [mm2]. Chọn tiết diện đai thang theo giá trị mômen xoắn trên trục dẫn. 3.3.2.3. Xác định đường kính bánh đai . - Chọn đường kính bánh đai nhỏ theo bảng 17 ( 5 – trang 44 ). Dt = 63 [mm] - Kiểm nghiệm vận tốc bánh đai theo điều kiện. m/s n1 – số vòng quay trục dẫn : n1 = 1420 [vg/ph]. [m/s]. V < Vmax= 30 ÷ 35 [m/s]. 3.2.2.4. Tính đường kính bánh đai lớn. (hình vẽ). D2 = i.D1.( 1 – ζ ) Đai thang : ζ = 0,02 [mm]. Chọn D2 = 125 [mm]. - Số vòng quay trục bị dẫn . [vg/ph]. 3.3.2.5. Chọn sơ bộ khoảng cách trục ( Asb). Khoảng cách trục Asb được chọn theo điều kiện. 0,55.( D1 + D2 ) + h ≤ Asb ≤ 2.( D1 + D2 ) 0,55.( 63 + 125 ) + 6 ≤ Asb ≤ 2. ( 63 + 125 ) 109,4 ≤ Asb ≤ 376. Chọn Asb = 1,2.D2 = 1,2.125 = 150 [mm]. 3.3.2.6. Xác định chính xác chiều dài đai L và khoảng cách trục A . - Tính chiều dài đai sơ bộ. [mm]. Theo bảng 20 ( 5 trang 46 ) ta có: L = 600 [mm]. - Kiểm tra số vòng chạy của đai theo điều kiện. - Xác định chính xác khoảng cách trục A theo L. [mm]. - Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai : [mm]. - Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng : [mm]. 3.3.2.7. Kiểm nghiệm góc ôm bánh đai. 3.3.2.8. Xác định số đai cần thiết. - Số đai cần thiết Z được xác định theo khả năng kéo của bộ truyền. . Trong đó : F – diện tích tiết diện đai [mm2]. Tra bảng 17, 21, 12, 22, 23 (5 trang 46 ) ta có : F = 47 [mm2]. [σp]o = 1,45 [N/mm2]. Ct = 0,9 ( 2 ca ) Với α = 156o => Cα = 0,94 V = 5 m/s => Cv = 1,04 . Chọn Z = 2. 3.3.2.9. Xác định kích thước bánh đai. - Chiều rộng đai. B = ( Z – 1 ).t + 2S Tra bảng 87 ( 5 trang 147 HDTKCTM ) ta có: t = 12 S = 8 B = ( 2 – 1 ).12 + 2.8 =28 [mm]. - Đường kính ngoài cùng của bánh đai. Dn1 = D1 + 2.Yo = 63 + 2.2,1 = 67,2 [mm]. Dn2 = D2 + 2.Yo = 125 + 2.2,1 = 129,2 [mm]. 3.3.2.10. Xác định lực tác dụng lên trục. [N]. 3.3.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh. 3.3.3.1. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng. Đối với bộ truyền chịu tải trọng nhỏ và trung bình có thể dùng thép tôi cải thiện ( tôi rồi ram ở nhiệt độ cao ). Thép thường hóa hoặc thép đúc để chế tạo bánh răng, độ rắn bề mặt HB ≤ 350. Bánh nhỏ: thép 45 thường hóa [đường kính phôi ( 100 ÷ 300 ) mm]. σb = 580 [N/mm2] σch = 290 [N/mm2] HB = 180 Bánh lớn : thép 45 thường hóa ( đường kính phôi < 100 mm ). σb = 560 [N/mm2] σch = 280 [N/mm2] HB = 200 3.3.3.2. Xác định ứng suất cho phép. - Ứng suất tiếp xúc cho phép. Trong đó : - ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài. Theo bảng 30 ( 5 trang 62 ) ta có : Bánh răng nhỏ : = 2,5 HB = 2,5.180 = 396 [N/mm2] Bánh răng lớn : = 2,6 HB = 2,6.200 = 520 [N/mm2] N0 – số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc. Ntd – số chu kỳ ứng suất tương đương khi bánh răng chịu tải trọng thay đổi. m – bậc đường cong mỏi uốn. Đối với thép thường hóa hoặc tôi cải thiện m = 6 . Mi, ni, ti – là mômen xoắn số vòng quay trong một phút và tổng số giờ làm việc của bánh răng ở chế độ thứ I . Mmax – là mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng ( không kể m (không kể mômen quá tải)). Vì Ntd1 > N0 = 107 nên chọn K’.N = 1 Ntd1 > N0 = 107 => K’.N = 1 Bánh nhỏ : = 369.1 = 369 [N/mm2]. Bánh lớn : = 520.1 = 520 [N/mm2]. - Ứng suất uốn cho phép. Trong đó : σ-1 – giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng được xác định. Đối với thép = 0,4.580 =232 [N/mm2] [N/mm2]. n – hệ số bền dự trữ : n = 1,5 K’’N – hệ số chu kỳ ứng suất. N0 – số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn. N0 ≈ 5.106 (5 trang 60 ). Vì Ntđ1 và Ntđ2 > N0 nên chọn K’’N =1 Kσ – hệ số tập chung ứng suất : Kσ = 1,8 Vậy : [N/mm2]. [N/mm2]. - Ứng suất quá tải cho phép. + Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép. [N/mm2]. [N/mm2]. + Ứng suất uốn quá tải cho phép. [N/mm2]. [N/mm2]. 3.3.3.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng. Ksb = 1,5 3.3.3.4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng. - Bộ truyền bánh răng chịu tải trọng nhỏ: ΨA = 0,4 3.3.3.5. Xác định khoảng cách trục A. [mm]. 3.3.3.6. Chọn vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng. = [m/s]. Theo bảng 31 ( 5 trang 63 ) chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng cấp 9. 3.3.3.7. Xác định chính xác khoảng cách trục A. Hệ số tải trọng K được xác định : K = Ktt.Kđ Ktt – hệ số tập trung tải trọng. Tra bảng 32 ( 5 trang 64 ): K’tt = 1 Kđ – hệ số tải trọng động. Tra bảng 33 ( 5 trang 64 ): Kđ = 1,45. Ktt = 1 Vậy K = 1.1,45 = 1,45 Vậy giá trị K tính toán không khác so với Ksb 5% nên: Asb = 68 [mm]. 3.3.3.8. Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng. - Trị số môđun: M = (0,01 ÷ 0,02)A = 0,02.68 = 1,36 Theo bảng 3.1 (6 trang 34) chọn m = 2. - Số răng bánh răng nhỏ: [răng]. - Số bánh răng lớn: Z2 = i.Z1 = 3,5.15 = 53 [răng]. - Chiều rộng bánh răng: b1 = ΨA.A = 0,4.68 =27 [mm]. 3.3.3.9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng. Bánh nhỏ : y1 – hệ số dạng răng Theo bảng 36 (5 trang 67): y1 = 0,338 [mm]. b1 – chiều rộng răng : b1 = 27 [răng]. Z1 – số răng: Z1 = 15 [răng]. n1 = 710 [vg/ph]. [N/mm2] ≤ Ứng suất uốn bánh lớn . y2 = 0,490 [N/mm2] < [σu2] 3.3.3.10. Định các thông số hình học bộ truyền. - Khoảng cách trục A: [mm]. - Đường kính vòng chia. de1 = m.Z1 = 2.15 = 30 [mm]. de2 = m.Z2 = 2.53 = 106 [mm]. - Chiều rộng bánh răng. b = 27 [mm]. - Đường kính vòng đỉnh răng. De1 = de1 + (2.m) = 30 + 2.2 = 34 [mm]. De2 = de2 + (2.m) = 106 + 2.2 = 110 [mm]. - Đường kính vòng chân răng. De1 = de1 – (2,5.m) = 30 – 2,5.2 = 25 [mm]. De2 = de2 – (2,5.m) = 106 – 2,5.2 = 101 [mm]. 3.3.3.11. Tính lực tác dụng lên trục. - Lực vòng : [N]. - Lực hướng tâm : pr1 = pr2 = p.tgα α – Góc ăn khớp : α = 20º => pr1 = pr2 = 987,41.tg20º = 987,41.0,364 = 359,4 [N]. 3.3.4. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm. 3.3.4.1. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng và phương pháp nhiệt luyện. Đối với bộ truyền chịu tải trọng nhỏ và trung bình có thể dùng thép tôi cải thiện ( tôi rồi ram ở nhiệt độ cao ). Thép thường hóa hoặc thép đúc để chế tạo bánh răng, độ rắn bề mặt HB ≤ 350. - Bánh nhỏ: thép 50 thường hóa [đường kính phôi < 100 mm]. σb = 620 [N/mm2] σch = 320 [N/mm2] HB = 180 - Bánh lớn : thép 55 thường hóa ( đường kính phôi = 300 ÷ 500 mm ). σb = 640 [N/mm2] σch = 320 [N/mm2] HB = 220 3.3.4.2. Xác định ứng suất cho phép. - Ứng suất tiếp xúc cho phép. Trong đó : - ứng suất tiếp xúc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài. Theo bảng 30 ( 5 trang 62 ) ta có : - Bánh răng nhỏ : = 2,6 HB = 2,6.180 = 468 [N/mm2] - Bánh răng lớn : = 2,6 HB = 2,6.220 = 572 [N/mm2] N0 – số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc. Ntd – số chu kỳ ứng suất tương đương khi bánh răng chịu tải trọng thay đổi. m – bậc đường cong mỏi uốn. Đối với thép thường hóa hoặc tôi cải thiện m =6 . Mi, ni, ti – là mômen xoắn số vòng quay trong một phút và tổng số giờ làm việc của bánh răng ở chế độ thứ I . Mmax – là mômen xoắn lớn nhất tác dụng lên bánh răng ( không kể m (không kể mômen quá tải)). Vì Ntd1 > N0 = 107 nên chọn K’’.N = 1 Ntd1 > N0 = 107 => K’’.N = 1 Bánh nhỏ : = 468.1 = 468 [N/mm2]. Bánh lớn : = 572.1 = 572 [N/mm2]. - Ứng suất uốn cho phép. + Khi bánh răng quay một chiều, ứng suất trong răng sẽ thay đổi mạch động. Trong đó : σ-1 – giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng được xác định. Đối với thép = 0,45.620 = 279 [N/mm2] [N/mm2]. n – hệ số an toàn : n = 1,5 K’’N – hệ số chu kỳ ứng suất. N0 – số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn. N0 ≈ 5.106 (5 trang 60 ). Vì Ntđ1 và Ntđ2 > N0 nên chọn K’’N =1 Kσ – hệ số tập chung ứng suất : Kσ = 1,8 Vậy : [N/mm2]. [N/mm2]. - Ứng suất quá tải cho phép. + Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép. Bánh răng chế tạo từ thép có độ rắn HB ≤ 350. [N/mm2]. [N/mm2]. + Ứng suất uốn quá tải cho phép. [N/mm2]. [N/mm2]. 3.3.4.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng. Ksb = 1,4 3.3.4.4. Chọn hệ số chiều rộng bánh răng. - Bộ truyền bánh răng chịu tải trọng nhỏ: ΨA = 0,45 3.3.4.5. Xác định khoảng cách trục A. [mm]. 3.3.4.6. Chọn vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng. = [m/s]. Theo bảng 31 ( 5 trang 63 STCNCTM tập 2 ) chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng cấp 9. 3.3.4.7. Xác định chính xác khoảng cách trục A. Hệ số tải trọng K được xác định : K = Ktt.Kđ Ktt – hệ số tập trung tải trọng. Tra bảng 32,33 ( 5 trang 64 ): K’tt = 1 Kđ – hệ số tải trọng động. Tra bảng 33 ( 5 trang 64 ): Kđ = 1,45. Ktt = 1 Vậy K = 1.1,1 = 1,1 Vị trí số K khác nhiều so với trị số chọn sơ bộ nên ta tính lại khoảng cách trục. [mm]. 3.3.4.8. Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng. - Trị số môđun: m = (0,01 ÷ 0,02).88 = 0,02.88 = 1,76 Theo bảng 3.1 (6 trang 34) chọn m = 2. - Số răng bánh răng nhỏ: [răng]. - Số bánh răng lớn: Z2 = i.Z1 = 3.22 = 66 [răng]. - Chiều rộng bánh răng: b1 = ΨA.A = 0,45.88 = 40 [mm]. 3.3.4.9. Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng. Bánh nhỏ : y1 – hệ số dạng răng Theo bảng 36 (5 trang 67): y1 = 0,392 [mm]. b1 – chiều rộng răng : b1 = 40 [răng]. Z1 – số răng: Z1 = 15 [răng]. n1 = 710 [vg/ph]. [N/mm2] ≤ Ứng suất uốn bánh lớn . y2 = 0,499 [N/mm2] < [σu2] 3.3.4.10. Định các thông số hình học bộ truyền. - Khoảng cách trục A: [mm]. - Đường kính vòng chia. de1 = m.Z1 = 2.22 = 44 [mm]. de2 = m.Z2 = 2.66 = 132 [mm]. - Chiều rộng bánh răng. b = 40 [mm]. - Đường kính vòng đỉnh răng. De1 = de1 + (2.m) = 44 + 2.2 = 48 [mm]. De2 = de2 + (2.m) = 132 + 2.2 = 136 [mm]. - Đường kính vòng chân răng. De1 = de1 – (2,5.m) = 44 – 2,5.2 = 39 [mm]. De2 = de2 – (2,5.m) = 132 – 2,5.2 = 127 [mm]. 3.3.4.11. Tính lực tác dụng lên trục. - Lực vòng : [N]. - Lực hướng tâm : pr1 = pr2 = p.tgα α – Góc ăn khớp : α = 20º => pr1 = pr2 = 2312,3.tg20º = 2312,3.0,364 = 841,7 [N]. 3.3.5. Thiết kế bộ truyền bánh răng hở. 3.3.5.1. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng và phương pháp nhiệt luyện. - Bánh nhỏ: thép 35 CR thường hóa [đường kính phôi 60 ÷ 100 mm]. σb = 750 [N/mm2] σch = 600 [N/mm2] HB = 190 - Bánh lớn : thép 55 thường hóa ( đường kính phôi = 300 ÷ 500 mm ). (tài liệu) σb = 580 [N/mm2] σch = 290 [N/mm2] HB = 230 3.3.5.2. Xác định ứng suất cho phép. - Ứng suất tiếp xúc cho phép. - Bánh răng nhỏ : = 2,6 HB = 2,6.190 = 494 [N/mm2] - Bánh răng lớn : = 2,6 HB = 2,6.230 = 598 [N/mm2] Bánh nhỏ : = 494.1 = 494 [N/mm2]. Bánh lớn : = 598.1 = 598 [N/mm2]. - Ứng suất uốn cho phép. + Khi bánh răng quay một chiều, ứng suất trong răng sẽ thay đổi mạch động. Trong đó : σ-1 – giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ đối xứng được xác định. Đối với thép = 0,45.780 = 351 [N/mm2] [N/mm2]. n – hệ số an toàn : n = 1,5 K’’N – hệ số chu kỳ ứng suất. N0 – số chu kỳ cơ sở của đường cong mỏi uốn. N0 ≈ 5.106(5trang 60 ). Vì Ntđ1 và Ntđ2 > N0 nên chọn K’’N =1 Kσ – hệ số tập chung ứng suất : Kσ = 1,8 Vậy : [N/mm2]. [N/mm2]. - Ứng suất quá tải cho phép. + Ứng suất tiếp xúc quá tải cho phép. Bánh răng chế tạo từ thép có độ rắn HB ≤ 350. [N/mm2]. [N/mm2]. + Ứng suất uốn quá tải cho phép. [N/mm2]. [N/mm2]. 3.3.5.3. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng và hệ số chiều rộng bánh răng. Ksb = 1,5 Ψm = 15. - Số răng Z1 được chọn theo kinh nghiệm thỏa mãn điều kiện : Z1 > Z1min = 17 => Z1 = 19 Z2 = i. Z1 = 3.19 = 57 răng. 3.3.5.5. Xác định môđun theo sức bền uốn. Trong đó: N – Công suất bộ truyền : N = 1,44 Kw. y – hệ số dạng răng : y = 0,392. Z – số răng : Z1 = 19. n - số vòng quay bánh răng dẫn : n = 23 [._.