Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp

Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học kỹ thuật nâng chuyển là bước kết thúc môn học kỹ thuật nâng
chuyển, là phần kiến thức quan trọng đối với sinh viên khoa cơ khí nói chung và sinh
viên ngành cơ giới hoá xí nghiệp nói riêng, đó là kiến thức tổng hợp của các môn học :
cơ sơ thiết kế máy, vẽ kỹ thuật, cơ học máy, sức bền vật liệu,…
Đề tài của đồ án này là thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp để nâng vật có tải trọng 3
tấn, dùng để nâng chuyển các vật, các chi tiết, phôi liệu … trong nhà xưởng .
Qua đồ án giúp sinh viên nắm vững những vấn đề cơ bản trong thiết kế máy, tính
toán thiết kế chi tiết máy theo chỉ tiêu chủ yếu là khả năng làm việc, thiết kế chi tiết
máy vỏ khung, chọn cấp chính xác ,lắp ghép và phương pháp trình bày bản vẽ, về dung
sai lắp ghép và các số liệu tra cứu .
Do kiến thức về thiết kế máy còn hạn chế và lần đầu tiên thực hiện một đồ án nên
nội dung và trình bày còn hạn chế không tránh khỏi thiếu sót .
Chúng em rất chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong bô trong bộ môn,
sự nhiệt tình giúp đỡ, chỉ dẫn, giảiù thích của Thầy Nguyễn Danh Sơn.

Sinh viên thực hiện:
Dương Đăng Lộc Thònh
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
1
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
A) NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:
Thiết kế cầu trục đảm bảo yêu cầu về các thông số hoạt động và đặc tính kỹ thuật
cho trước:
- Kích thước nhỏ gọn phù hợp với không gian làm việc chật hẹp trong xưởng cơ
khí.
- Đảm bảo tính bền , an toàn kinh tế ,dễ dàng vận hành ,bảo trì
- Tăng năng suất giảm nhẹ sức lao động của công nhân trong việc vận chuyển
phôi.
- Đăc tính kỹ thuật
Tính toán cơ cấu di chuyển cầu:
Các số liệu:
Tải trọng : Q = 12,5(t) = 125000 ( N)
Chiều cao nâng: H = 8 (m)
Tầm rộng : l = 20 ( m)
Vận tốc nâng V
D
= 12 (m/ph)
Vận tốc di chuyển xe lăn : V
xl
= 30 (m/ph)
Vận tốc di chuyển cầu trục : V
c
= 100 (m/ph)
Chế độ làm việc : CĐ = 25% trung bình
Ta chọn và sử dụng sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu với trục truyền động quay nhanh, là sơ
đồ sử dụng rộng rãi hiện nay.
Trục động cơ nối trực tiếp với trục truyền động , qua hộp giảm tốc và khớp răng truyền
chuyển động đến các bánh xe , bánh xe được kẹp chặt trên trục . Với sơ đồ này , trục
truyền động sẽ có kích thước và trọng lượng nhỏ, hộp giảm tốc ở hai bên gần bánh xe
vì vậy giảm được trọng lượng cầu và cơ cấu.
Tuy nhiên có nhược điểm là giá thành cao ( vì có 2 hộp giảm tốc ) , trục truyền động
quay nhanh đòi hỏi phải lắp ráp chính xác.

SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
2
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
B)CHỌN PHƯƠNG ÁN :
1 . Trục truyền tốc độ chậm :
Do phải truyền momen xoắn lớn nên trục truyền ,khớp nối,và ổ bi có kích thướt
rất lớn ,đặc biệt khi trục truyền có tải trọng nâng và khẩu độ lớn.
2. Trục truyền tốc độ trung bình :
Momen xoắn trên trục truyền nhỏ hơn so với trục truyền chậm và kích thướt của
nó cũng nhỏ hơn, thuận tiện trong lắp ráp và thiết kế.

3. Trục truyền tốc độ nhanh :
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
3
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
Do quay nhanh,nên momen xoắn nhỏ.kết cấu nhỏ gọn.Tuy nhiên do quay nhanh
nên yêu cầu lắp ráp và chế tạo chính xácnếu không sẽ xảy ra lệch trục.
4.Dẫn đông riêng :
Cơ cấu di chuyển dẫn động riêng gồm 2 cơ cấu như nhau dẫn độâng cho các bánh
chủ động mỗi bên ray riêng biệt.Công suất mỗi động cơ thường lấy bằng 60% tổng
công suất yêu cầu.Phương án này tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở
2 bên ray không đều song rất gọn nhẹ,dễ lắùp đặt,sử dụng va øbảodưỡng.Sử dụng trong
những dầm trục có khẩu độ lớn trên 15m,cần lưu ý thêm khả năng đồng tốc.Điều này
dễ dàng khắc phục bằng bánh xe côn.

SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
4
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
B)Phần Tính toán :
1)Bánh xe và Ray:
Chọn loại bánh xe hình trụ KY700 có 2 thành bên với các kích thước theo
Γ
CT 3569-
74, đường kính bánh xe được tra trong bảng 9-4 trang 192 trong sách tính toán máy trục
Từ Q = 125000( N )
→
D
bx
= 700 ( mm) và đường kính ngỗng trục lắp ổ d =
105(mm)
mặt khác dựa vào hình 8-9 trang 141 trong sách tính toán máy trục từ tải trọng Q
= 12,5 (t) ta có trọng lượng xe lăn kể cả bộ phận mang vật G
x
= 136780 ( N)
chọn chiều rộng vành bánh xe bằng 110 (mm) theo đường kính D
bx
= 700 ( mm),
chọn ray cầu trục KP 80 để làm ray cho cầu lăn.
Vì trọng lượng của cầu ghép có trọng tải Q = 12,5 (t) nên chế độ làm việc trung
bình có thể xác đònh theo đồ thò hình 8-7 trang 140 trong sách tính toán máy trục .
Mặt khác , do chế độ làm việc nhẹ , trọng lượng cho trong đồ thò giảm 10% trọng
lượng phân bố đều theo chiều dài của dàn đứng chính và phụ được xác đònh:
q
ch
= (0,55
÷
0,7)q
Chọn q
ch
= 0,7q = 0,7.3500 = 2450 ( N ) ( chọn q = 3,5 (t) =3500 )

Với dàn phụ :
q
ph
= ( 0,45
÷
0,3 )q
chọn q
ph
= 0,45q = 0,45.3077 = 1385 (N) ( chọn q = 3,077(t) = 3077(N))
q
c
= 2( q
ch
+ q
ph
) = 2( 2450 + 1385 ) = 7670 (N)
⇒
Q
c
= q
c
.L = 7670.20 = 153400 (N)
với L = 20(m) theo giả thiết
Do đó trọng lượng cầu kể cả cơ cấu di chuyển cầu G
c
= 153400 (N)
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
5
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
Bánh xe được bố trí với khoảng cách bánh (nhòp cầu ) L = 20000 (mm) và khoảng cách
trục B = 4300 (mm)
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe khi xe lăn có vật nâng lớn nhất tại một đầu bên
trái cầu cầu.

P
max
=
( )
x
Q G
+

2
L l
L
−
 
 ÷
 
+
4
c
G

N
G
L
lL
QGDAPP
Cx
116312
153400.
4
1
20
1.120
).12500040000.(
2
1
.
4
1
) (
2
1
),(
max
=
+
−
+=
+
−
+==
Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên bánh xe A ( và D ) khi xe lăn không có vật nâng tại
đầu bên phải cầu :


N
G
l
lL
GDAP
Cx
57100
153400.
4
1
20
25,120
.40000.
2
1
.
4
1'

2
1
),(
min
=
+
−
=
+
−
=
Tải trọng tương đương lên bánh xe : theo công thức 3.65 sách TTMT

N
PKP
bxbx
118700
116312.2,1.85,0

max
=
=
=
γ

γ
xác đònh theo công thức 3.65a TTMT
với tỷ số
7,0
15340040000
125000
0
=
+
=
G
Q
Chọn
γ
= 0,85
( theo bảng 3-13 sách tính toán máy trục )

chọn k
bx
= 1,2 ( do chế độ làm việc trung bình ) tra trong bảng 3-12 trong sách tính toán
máy trục
Mặt khác : do giữa bánh xe và ray tiếp xúc điểm nên ta có :
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
6
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn

[ ]
2
3
2
max
d
P E
m
σ σ
ρ
×
= ≤
d

max
ρ
: bán kính lớn nhất được xác đònh trong mặt phẳng tiếp xúc nhiều nhất
m : hệ số phụ thuộc tỉ số bán kính tương đương nhỏ trên bán kính tương đương với

min
max
bx
ray
R
R
ρ
ρ
=
Do bánh xe bằng thép :

[ ]
3
2
max
3600
d
d
P
m
σ σ
ρ
= ≤
P : tải trọng tác dụng lên bánh xe
Chọn m = 0,49
( )
(
)
[ ]
max
3
2
2
375
750
0,5 0,5
116910
3600.0,49. 1045
750
bx
ray
d
d
R
R mm
N
mm
ρ
σ σ
⇒ = = = =
⇒ = = ≤
Tra bảng 2-19 bảng modul đàn hồi tương đương E và ứng suất dập cho phép
[ ]
d
σ
= 750 N/mm
2

Vậy ta chọn vật liệu làm bánh xe là thép 55-Л được đúc làm tốt có độ rắn
HB = 300
÷
400
2)Động cơ điện :
Lực cản chuyển động do ma sát

bx
D
df
QGW
2
)(
01
+
++=
µ
công thức 3.40 sách TTMT
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
7
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
µ
= 0,9 theo bảng 3-7 trang 65 trong sách tính toán máy trục

f
= 0,02 theo bảng 3-8 trang 65 trong sách tính toán máy trục là hệ số ma sát
trong ổ trục
G
0
: trọng lượng cầu trục kể cả bộ phận mang vật nặng
G
0
= G + G
C
= 40000 + 153400 = 193400N
Q = 125000 N
D = 100 mm D
bx
= 710mm
N
W
1287
710
100.02,07,0.2
).125000193400(
1
=
+
+=

Lực cản do độ dốn đường ray: theo công thức 3.41 TTMT
N
QGW
4,318)125000193400.(001,0
).(
02
=+=
+=
α
α
: độ dốc đường ray do đường đặt trên các dầm sắt với nền bê tông cốt sắt nên
α
=
0,001
(theo bảng 3-9 trang 66 trong sách tính toán máy trục )
Tổng lực cản tónh chuyển động :
W
t
= k
t
.W
1
+ W
2
+ W
3
công thức 3.39 TTMT
Trong đó W
3
= 0 lực cản do gió ( động cơ bố trí trong nhà xưởng )
⇒
W
t
= k
t
.W1 + W
2

k
t
hệ số kể đến lực cản do ma sát thành bánh và mặt đầu của ma bánh xe .Theo bảng
3.6 TTMT tỷ số giữa khoảng cách bánh trên khoảng cách trục bánh xe
5
4300
20000
≈=
B
L
Chọn k
t
= 2,4
Vậy W
t
= 2,4.1287 +318,4 = 3407,2 (N)
Công suất tónh yêu cầu đối với động cơ điện :

)(6,6
85,0.1000.60
100.2,3407
1000.60
.
KW
VW
N
dc
Ct
t
==
=
η
trong đó V
C
: vận tốc di chuyển cầu trục V
C
= 100 m/ph
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
8
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
dc
η
: hiệu suất động cơ khi lắp
chọn
dc
η
= 0,85 theo bảng 1-9 trang 15 TTMT
Tương ứng với chế độ động cơ làm việc trung bình do cơ cấu di chuyển dẫn động riêng
gồm 2 cơ cấu như nhau , dẫn động bánh chủ ở mỗi bên ray riêng biệt . Công suất mỗi
động cơ thường lấy 60%
Công suất thực làm việc cuả động cơ :
N
lv
=6.6.60% = 4( kw)
Phương án này tuy có sự xô lệch dầm cầu khi di chuyển do lực cản ở 2 bên ray không
đều . Nhưng gọn nhẹ , dễ lắp ráp , dễ sử dụng và bảo dường
Với chế độ làm việc của cơ cấu là trung bình CĐ = 25 % , chọn động cơ MT112-6 có
các đặc điểm :
Công suất danh nghóa : N
đc
= 3,5 kw vì CĐ = 25%
Số vòng quay danh nghóa : n
đc
= 905 v/ph
Hệ số quá tải :
max
dn
M
M

Với M
max
= 14(Nm) ( theo bảng MT112-6)
Momen danh nghóa :
Nm
n
N
M
dc
dc
dn
9,36
905
5,3
.9550.9550
===
Vậy hệ số quá tải :
004,0
3520
14
max
==
dn
M
M
Mômen vô lăng : ( G
i
.D
i
2
)
rôto
= 0,17.10 = 1,7(Nm
2
) ( tra bảng MT112-6)
Khối lượng : m
đc
= 76 (kg)
* Tỷ số truyền chung :
Số vòng quay yêu cầu của bánh xe :
phvg
D
V
n
bx
C
bx
/2,44
71,0.
100
.
===
ππ

Tỷ số truyền chung cần có đối với bộ truyền :
5,20
2,44
905
≈==
bx
dc
c
n
n
i
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
9
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
3)Kiểm tra động cơ điện về momen mở máy :
Gia tốc lớn nhất cho phép để đảm bảo an toàn bám

1 2
ϕ
= ≥
− +
.
,
. . .
d
b
o
o
m
t d o
G
k
j
d
W G f G
D g
( theo sách tính toán máy trục trang 68)
chọn k
b
= 1,2
Theo công thức 3-51 ta có :

1 2
.
max . .
,
o
d
o d t
x bx
G
g d
j G f W
G D
ϕ
 
= + −
 ÷
 
2
max0
/6,0
)815
72
100
.002,0.20000
2,1
2,0.20000
.(
40000
81,9
sm
j
=
−+=
chọn hệ số bám đối với bánh xe lăn làm việc trong nhà là
ϕ
=0,2; G
0
= 40000N;
; f = 0,02
Tổng áp lực lên bánh dẫn khi không có vật: G
d
= 40000/2 = 20000 N
N
QG
G
WW
t
t
815
12500040000
40000
.2,3407.
0
0
0
=
+
=
+
=
thời gian mở máy tương ứng với gia tốc cho phép :
60. max
o
m
o
v
t
j
=

100
2 77
60 0 6
, ( )
. ,
o
m
t s
⇒ = =
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
10
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
Momen mở máy tối đa cho phép để không xảy ra trượt trơn, theo công thức 3-54
trong sách tính toán máy trục :
Nm
t
DG
ti
nDG
i
DW
M
m
i
i
dcmdc
bx
dcdc
bxt
t
5,67
78,2.375
905.92,4
85,0.75,2.5,20.375
905.)72,0.(40000
85,0.5,20.2
10.720.815
.375
).(.
375

2
.
2
23
0
2
02
1
2
0
0
0
=
++=
++=
−
∑
β
η
η
92,4)4,27,1(2,1
]).() [(2,1).(
2
2
2
=+=
+=
∑
khopiiroto
i
iii
DGDGDG
β
Vì (G
i
.D
2
i
)
khớp
tra trong bảng Atlas , ta chọn khớp đàn hồi với D = 200mm, khớp từ
đường kính 32, ta thêm bạc lót và tiện để thành đường kính 35
Momen mở máy trung bình của động cơ điện
Nm
MM
M
dndn
dcm
5,539,36.45,1
2
.1,1)5,28,1(
)(
==
+÷
=
M
m(đc)
< M
0
m
= 67,5

Vậy động cơ có thể mở máy so với trò số cho phép không vượt quá giá trò cho phép M
o
m
Hệ số an toàn bám :
1 2
ϕ
= ≥
− +
.
,
. . .
d
b
o
o
m
t d o
G
k
j
d
W G f G
D g

25,2
81,9
6,0
.40000
710
100
.02,0.20000815
2,0.20000
=
+−
=
Thoả điều kiện bám K
b

≥
1,2
4)Phanh :
Gia tốc hãm dừng khi không có vật nâng , theo bảng 3-10 trong sách TTMT tương ứng
với tỷ lệ số bánh dẫn so với tổng số bánh xe là 50% .
Hệ số bám
ϕ
= 0,2
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
11
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
Do bánh xe lăn làm việc trong nhà nên ta chọn j
o
ph
= 0,75 (m/s
2
)

100
2 22
60 60 0 75
, ( )
. . ,
o
ph
o
ph
v
t s
j
= = =
Với phanh đặt ở trục thứ nhất , momen phanh theo công thức (3-58) TTMT :
ph
i
i
ph
x
dcbx
dcx
bxt
ph
t
nDG
ti
nDG
i
DW
M
.375
) (.
375

2
.
1
2
0
2
1
2
0
*0
∑
++−=
β
η
η

Nm6,112
22,2.375
905.92,4
22,2.)5,20.(375
85,0.905.)71,0.(40000
85,0.5,20.2
71,0.7,387
2
2
=
++−=
mà
N
D
df
GWW
bx
Ct
562
710
100.02,03,0.2
.153400
2
.
1
*0
*0
=
+
=
+
==
µ
# Chọn phanh má TKT-200 có theo tính toán
(chọn phanh theo tiêu chuẩn BHИИTTTMAШ)phanh này có khả năng tạo ra momen
phanh lớn nhất M
phmax
= 160 Nm
Kiểm tra hệ số an toàn bám khi không có vật theo công thức (3-49a)
0
2
.
.
. .
d
b
o o
o ph o ph
o o
t t
G
G
k
G j G j
W W
g g
ϕ
ϕ
= =
− −
G
0
= 40000 + 153400 = 193400 N
G
d
= G
0/2

9,2
8150
81,9
75,0.193400
2,0.
2
193400
=
−
=
b
k
k
b
= 2,9 > 1,2
Thời gian phanh khi có vật :
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
12
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
( )
( )
( )
2
2
1
1
2
375
375
. .
. .
( ).
i i
o bx dc
I
ph
ph t c
ph t
G D n
G Q D n
t
M M i
M M
β
η
+
= +
+
+
∑
Nm
i
DW
M
dcC
bx
t
26
85,0.5,20.2
71,0.1287
2
.
1
===
η

2
2
)5,20).(266,112.(375
85,0.905.)71,0).(125000153400(
)266,112.(375
905.92,4
+
+
+
+
=
ph
t
= 4,8 ( s )

Gia tốc hãm khi có vật :

)/(104,0
8,4.60
30
.60
2
sm
t
V
t
ph
x
ph
===
Gia tốc này nằm trong khoảng phạm vi cho phép và thường dùng đối với các máy trục
thông thường
5)Bộ truyền :
Theo sơ đồ cơ cấu di chuyển cầu dẫn động riêng ta dùng hộp giảm tốc bánh răng trụ
đặt đứng . Hộp giảm tốc phải đảm bảo các yêu cầu sau :
Với CĐ = 25% số vòng quay trục vào 905 (v/ph) ,truyền được công suất N
max
= 4 (kw)
Tỉ số truyền : i = 20,5
Vậy công suất phải truyền lớn nhất khi xe lăn có vật nâng bố trí ở đầu cầu nên ta có :

125000153400
116312.2
.6,6
.2
.
0
max
max
+
=
+
=
QG
P
NN
t

= 4,98 KW
Do đó ta chọn hộp giảm tốc U2-250 với phương án thực hiện của hộp giảm tốc với tỉ số
truyền
i =19.88 và số vòng quay trục vào 905 v/ph với chế độ làm việc CĐ = 25%, công suất
truyền lớn nhất N
max
= 4,98 (kw)
Vậy hộp giảm tốc đảm bảo theo yêu cầu truyền tải cũng như yêu cầu về động học :
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
13
Đồ n Nâng Chuyển GVHD:Nguyễn Danh Sơn
%3
5,20
100.62,0
%
62,088.195,20
==∆
=−=∆
i
i
( thỏa điều kiện không vượt quá 5% sai số cho phép )
Vậy ta có thể chọn bộ truyền U2-250
với phương án thực hiện của hộp giảm tốc là phương án với số vòng n = 905 v/ph
Có công suất N
B
=11,1 (kw),
Tỷ số truyền i
tt
=19,88

CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA CƠ CẤU DI CHUYỂN CẦU :
1)Trục bánh dẫn :
Bánh xe lắp cứng trên trục bằng then , trục đặt trên ổ lăn trong các hộp trục .
Trong quá trình làm việc trục quay chòu uốn và chòu xoắn .
Ứng suất uốn sẽ thay đổi theo chu kỳ đối xứng , ứng suất xoắn ,do tính chất làm
việc hai chiều của cơ cấu di chuyển xem như thay đổi theo chu kỳ đối xứng .
Tải trọng lớn nhất tác dụng lên bánh xe D đường kính bánh chủ động có trò số
P
max
= 102863 N .
Tải trọng tính có kể đến ảnh hưởng tải trọng động .
P
t
= P
max
.K
đ
= 102863.1,2 = 50760 N
K
đ
= 1,2
÷
1,5 hệ số tải trọng động
Momen uốn lớn nhất tại tiết diện giữa bánh xe :

Nmm
lP
M
t
u
2538000
4
200.50760
4
.
===
Momen lớn nhất truyền từ trục ra của hộp giảm tốc sang bánh dẫn sẽ xuất hiện
khi động cơ điện phát ra momen lớn nhất trong thời kỳ mởù máy .
Hệ số quá tải lớn nhất khi mở máy đã qui đònh momen mở máy lớn nhất trên trục
D sẽ là :
M
max
= 1,8.M
D
= 1,8.36,9 = 66,42 Nm
Với M
dn
= 36,9 momen danh nghóa của động cơ
Momen để thắng các lực cản tónh chuyển động :

Nm
n
N
M
t
t
2,42
905
4
.9550.9550
1
===
Momen dư để thắng lực quán tính của hệ :
M
d
= M
max
– M
t
= 66,42 – 42,2 = 24,22 Nm
SVTH:Dương Đăng Lộc Thònh
14

Xem chi tiết: Thiết kế cầu trục hai dầm kiểu hộp