Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống leo cầu thang

Tính cấp thiết

Hiện nay, tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Quảng Ninh, và Hải Phòng, sự hạn chế về diện tích đất xây dựng đã dẫn đến sự gia tăng của các nhà phố hình ống cao tầng Nhiều trong số đó được sử dụng làm văn phòng, trong khi phần còn lại là nơi cư trú của các hộ gia đình với nhiều thế hệ sống chung Tuy nhiên, cầu thang bộ trong những căn nhà này thường rất dốc, gây khó khăn cho việc di chuyển giữa các tầng, đặc biệt là đối với người già, người mắc bệnh xương khớp, người tàn tật và phụ nữ mang thai.

Một giải pháp linh hoạt và dễ dàng cho người già và người có khó khăn trong việc di chuyển là lắp đặt thang máy gia đình Ở các quốc gia phát triển như Nhật Bản và Mỹ, thang máy đặc chủng đã được sử dụng để hỗ trợ cho người cao tuổi và người khuyết tật Tại Việt Nam, với sự phát triển kinh tế và nâng cao đời sống, nhu cầu lắp đặt thang máy gia đình ngày càng tăng Việc trang bị thang máy không chỉ giúp giải quyết vấn đề di chuyển mà còn thể hiện đẳng cấp của gia chủ.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp và thiết kế hệ thống leo cầu thang nhằm hỗ trợ người già và người khuyết tật dễ dàng di chuyển trên cầu thang, cả trong nhà lẫn ngoài trời, nhằm giải quyết vấn đề di chuyển hiện nay ở Việt Nam.

Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu này có tính ứng dụng cao trong việc cải thiện khả năng di chuyển trên cầu thang cho các gia đình Nó không chỉ thay thế đôi chân của con người mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tương lai, nhằm hỗ trợ những người mất hoặc giảm khả năng đi lại.

Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu phát triển sản phẩm leo cầu thang hỗ trợ người cao tuổi và những người gặp khó khăn trong việc di chuyển, giúp họ tự điều khiển việc lên xuống cầu thang một cách dễ dàng và thuận tiện.

Đối tượng khách thể nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm mô hình thực nghiệm với các cụm gối đỡ chịu tải, lắp đặt đường ray cho các chi tiết và thiết lập chuyển động theo đường ray dẫn hướng lên xuống cầu thang, cùng với mô hình mạch điều khiển hệ thống.

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trong phạm vi các nhà ít tầng ở Việt Nam.

Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài

Do đề tài có tính chất rộng và yêu cầu kiến thức sâu, nội dung đồ án sẽ được giới hạn ở cơ cấu nâng hạ theo đường thẳng Nhiệm vụ chính là nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo mô hình cơ cấu nâng hạ trượt trên ray.

Phương pháp nghiên cứu

Khi bắt đầu nghiên cứu, nhóm thực hiện đồ án lựa chọn phương pháp thiết kế cơ cấu cơ bản, sau đó tiến hành tính toán và chọn lựa các chi tiết chế tạo cụ thể Nhóm ưu tiên các sản phẩm có sẵn trên thị trường, sau đó thực hiện chế tạo thử nghiệm, chạy thử và thu thập kết quả để đánh giá hiệu quả.

Kết cấu đồ án

Đồ án gồm 6 chương mang đầy đủ các nội dung của đề tai:

Nói sơ lược về tính chất ý tưởng, mang ý nghĩa, mục tiêu cho xã hội

 Chương 2 Tổng quan nghiên cứu đề tài

Nói sơ lược về hệ thống kéo, các đặc tính riêng biệt của chúng và những thành quả liên quan của các thiết bị cùng tính chất

 Chương 3 Cớ sở lý thuyết

Trong quá trình tính toán và thiết kế sản phẩm, việc nêu rõ các cơ sở lập luận lý thuyết là rất quan trọng Những lập luận này giúp xác định các đặc tính của trang thiết bị được lựa chọn, từ đó đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật và nhu cầu sử dụng Việc lựa chọn thiết bị phù hợp không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm mà còn quyết định tính khả thi và độ bền của nó trong thực tế.

 Chương 4 Phương hướng và các giải pháp

Để đáp ứng yêu cầu cuộc sống của đề tài, cần trình bày các giải pháp phù hợp và lựa chọn hợp lý Bên cạnh đó, việc lựa chọn cũng đóng vai trò quan trọng trong quy trình chế tạo thử nghiệm sản phẩm mô hình.

 Chương 5 Tính toán thiết kê

Sử dụng các kiến thức đã học để tính toán, thiết kế mô hình

 Chương 6 Chế tạo thử nghiệm mô hình và thực nghiệm đánh giá

Kết quả chế tạo thử nghiệm mô hình, tiến hành chạy thử lấy kết quả và đánh giá cũng như nêu các thiếu sót cần đực cải tiến.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 3

Giới thiệu

Hệ thống leo cầu thang là thiết bị cơ khí dùng để nâng người lên và xuống cầu thang Đối với cầu thang rộng, chúng ta lắp đặt hệ thống đường ray nhỏ gọn nhưng có khả năng chịu lực tốt, được kết nối với ghế Ghế sẽ di chuyển dọc theo đường ray nhờ vào cáp kéo từ động cơ, giúp người sử dụng dễ dàng lên xuống cầu thang.

Đăc tính và kết cấu hệ thống máy

Hệ thống leo cầu thang này cho phép điều chỉnh tốc độ linh hoạt và hãm bất cứ lúc nào, với khả năng kiểm soát lên xuống theo yêu cầu Thiết kế gọn nhẹ giúp tiết kiệm không gian khi gấp lại, trong khi cơ cấu vững chắc đảm bảo an toàn cho người sử dụng Hình dáng của sản phẩm rất phù hợp để đặt trong nhà.

Hệ thống leo cầu thang được thiết kế theo kiểu lắp ráp, cho phép người dùng dễ dàng tháo rời và lắp ráp lại Các bộ phận chính của hệ thống này bao gồm những thành phần quan trọng, đảm bảo tính linh hoạt và tiện lợi trong quá trình sử dụng.

Ghế ngồi là bộ phận chủ yếu trong hệ thống leo cầu thang, thực hiện chức năng vận chuyển người lên tầng trên So với các bộ phận khác, ghế ngồi có cấu trúc cứng cáp hơn và giá thành khá cao Do đó, việc lựa chọn kết cấu ghế ngồi hợp lý và gọn gàng sẽ giúp sản phẩm phát triển hơn, mang lại ý nghĩa kinh tế thực tế.

Hệ thống ghế ngồi bao gồm ba bộ phận quan trọng, trong đó hệ thống bánh xe đóng vai trò then chốt Bánh xe được lắp đặt song song với hệ thống đường ra, giúp giữ cho ghế luôn thăng bằng và đảm bảo độ bền cũng như an toàn Để bánh xe hoạt động êm ái trên đường ray, chúng cần được trang bị ổ bi, đồng thời phải có khả năng chịu nén tốt dưới tác dụng của tải trọng.

Hệ thống này sử dụng dây cáp và động cơ để vận hành, với bộ phận dẫn động là thành phần quan trọng trong cấu trúc của hệ thống leo cầu thang Cơ cấu dẫn động sẽ khác nhau tùy thuộc vào năng suất yêu cầu, vị trí lắp đặt và môi trường làm việc.

Hệ thống dẫn động có thể bao gồm dẫn động bằng cáp, bánh răng thanh răng và xích Để đảm bảo rằng hệ thống không bị ngắt đột ngột khi mất điện, cần trang bị thêm một hệ thống ly hợp, giúp duy trì hoạt động trong trường hợp cúp điện.

Hệ thống khung đỡ có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ ghế ngồi khi di chuyển lên cầu thang, hoạt động như một đường ray dẫn hướng cho hệ thống Bánh xe sẽ lăn trên đường ray và ôm sát, đảm bảo ghế ngồi không bị lật Khung đỡ được cấu tạo từ ba ống sắt, được gia cố bởi các gối đỡ, giúp hệ thống đường ray vững chắc và ổn định trong quá trình di chuyển.

Dựa vào kết cấu và yêu cầu thực tế, thiết kế cần đạt năng suất vận chuyển khoảng 50-60kg, có khả năng vận chuyển người theo phương nghiêng Vị trí làm việc cần cố định và phù hợp với không gian chật hẹp Đảm bảo giá thành chế tạo thấp và an toàn tuyệt đối cho người sử dụng Chiều dài cầu thang nên đạt 2m với độ nghiêng 35 độ Sử dụng cơ cấu lăn kiểu bánh xe ôm trục để tối ưu hóa hiệu suất.

Hình ảnh tổng thể ban đầu thiết kế:

Hình 2 1: Thiết kế tổng thể ban đầu của đồ án

2.2.3 Các thông số cơ bản

Hệ thống có chiều ngang nhỏ gọn, được thiết kế để lắp đặt trong nhà mà không chiếm quá nhiều diện tích Nhóm thiết kế đã tối ưu hóa bề ngang của hệ thống, cho phép phát triển ngày càng hẹp hơn, giúp tiết kiệm không gian trong căn nhà.

Chiều ngang hệ thống hiện tại do nhóm tự thiết kế là 250mm

Trong sản xuất, vận tốc hệ thống là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và kỹ thuật Đối với đồ án này, vận tốc được chọn là khoảng v = 0,1 m/s, nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng Việc lựa chọn tốc độ phù hợp là cần thiết, vì vận tốc quá nhanh có thể làm giảm độ an toàn Do đó, hệ thống cần được thiết kế với vận tốc an toàn, không yêu cầu năng suất cao.

Góc nghiêng cầu thang ở Việt Nam hiện nay rất đa dạng, không có tiêu chuẩn cụ thể nào, mà phụ thuộc vào thiết kế của từng ngôi nhà Mỗi gia đình có thể lựa chọn góc nghiêng khác nhau cho cầu thang của mình Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn góc nghiêng tiêu chuẩn phổ biến trong thực tế là 35 độ để đảm bảo sự tiện lợi và an toàn trong sử dụng.

Hình 2 2: Kích thước bậc thang cho thiết kế

Các nghiên cứu liên quan

2.3.1 Hệ thống ray dẫn hướng

 Đường ray tăm giác Ưu điểm: chống run lắc hiệu quả

Nhược điểm: lực tập trung vào tâm bánh, gây ảnh hưởng đến bánh xe khi sử dụng lâu ngày

Hình 2 3: Thanh dẫn hướng tiết diện hình tam giác

 Đường ray bằng nhôm định hình Ưu điểm: giải quyết các vấn đề run lắc

Nhươc điểm: chi phí cao, tìm kiếm loại nhôm định hình có hình dạng phù hợp thì thực sự không là điều dễ dàng trên thị trường Việt Nam

Hình 2 4: Đường ray bằng nhôm định hình

2.3.2 Hệ thống bánh xe trượt theo ray Ưu điểm: đảm bảo chống lật, đã được nhà sản xuất thiết kế, chạy mềm mượt

Nhược điểm của sản phẩm là chỉ có thể sử dụng trên thanh sắt chữ U, không tương thích với các loại thanh sắt khác Do được sản xuất dành riêng cho cửa lùa, sản phẩm này không có khả năng chống rung và không phù hợp với các cơ cấu khác.

Hình 2 5: Cụm bánh xe cửa lùa

2.3.3 Một số sản phẩm trên thị trường

Hình 2 6: Ghế thang máy Brooks

Hình 2 7: Thanh nhôm định hình dẫn hướng

Hình 2 8: Sử dụng thanh răng để di chuyển

Sản phẩm BROOKS Stairlift đã có mặt trên thị trường toàn cầu, nổi bật với thiết kế dễ sử dụng và cảm giác êm ái khi ngồi Tuy nhiên, vẫn cần cải thiện về độ rung lắc và tính ổn định để mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng.

Hệ thống dùng liên kết bánh rang thanh răng làm cơ cấu dịch chuyển

 Sản phẩm FLATFORM LIFT DELTA

Hình 2 9: Sản phẩm cho người khuyết tật

Sản phẩm này tương tự như cầu thang nâng Brook, nhưng được thiết kế dành cho người sử dụng xe lăn với cấu trúc gọn gàng hơn Khi không sử dụng, sản phẩm có thể xếp gọn và chiếm diện tích khá nhỏ.

Hệ thống dùng cơ cấu thanh răng bánh răng tương tự như sản phẩm đã nêu ở trên.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

Lý thuyết chuyển động tịnh tiến

Đây là chuyển động mà mọi đường thẳng thuộc vật đều không đổi phương

Trong chuyển động tịnh tiến, các điểm thuộc vật rắn chuyển động giống hệt nhau Nghĩa là quỹ đạo của chúng là những đường chông khít lên nhau

Hình 3 1: Bài toán kéo vật trên nêm

Để phân tích hình ảnh trên, chúng ta cần xác định các thông số tải P và lực ma sát Fms, cùng với góc nghiêng a của chiêm để tính toán lực F Công thức liên quan là: F = Fms + P.sin(a).

Lý thuyết bền

Các chi tiết máy hay bộ phận của công trình làm việc bền vững, lâu dài mà không bị gãy vỡ

Xét trường hợp thanh có tiết diện tròn như bên dưới:

Hình 3 2: Tiết diện hình tròn

Để xác định xem tiết diện hình tròn có đạt độ bền cho phép hay không, ta cần so sánh ứng suất tính được (σ) với lực tác dụng (F) và diện tích hình tròn (S) Việc này giúp đảm bảo rằng cấu trúc không bị phá hủy dưới tác động của lực.

   : ứng suất cho phép, nếu      có nghĩa là thanh trên đạt độ bền cho phép.

Lý thuyết biến tần

Cách thức hoạt động của biến tần

Hình 3 3: Sơ đồ biến tần

Cách thức hoạt động cơ bản của bộ biến tần cũng khá đơn giản Chủ yếu qua 2 công đoạn sau:

Trong công đoạn đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hoặc ba pha được chuyển đổi thành nguồn điện một chiều ổn định thông qua quá trình chỉnh lưu và lọc Bộ chỉnh lưu cầu diode cùng với tụ điện đảm nhiệm vai trò này, giúp đảm bảo điện đầu vào có điện áp và tần số cố định.

Trong công đoạn 2, điện áp một chiều được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua quá trình nghịch lưu Đầu tiên, điện áp một chiều cao được lưu trữ trong giàn tụ điện Sau đó, bộ biến đổi IGBT sẽ được kích hoạt để tạo ra dạng sóng đầu ra cho Biến tần bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ vào công nghệ vi xử lý và bán dẫn hiện đại, tần số chuyển mạch có thể đạt đến dải tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ và tổn thất trên lõi sắt.

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha cho phép điều chỉnh linh hoạt giá trị biên độ và tần số thông qua bộ điều khiển, giúp tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ một cách hiệu quả.

Lý thuyết động cơ

3.4.1 Động cơ DC Đây là loại động cơ sử dụng nguồi điện 1 chiểu gồm 1 hay nhiều cặp nam chăm vĩnh cửu hay nam chăm điện

Hình 3 4: Cấu tạo động cơ DC

Khi trục của động cơ điện một chiều bị tác động bởi một lực bên ngoài, động cơ sẽ chuyển đổi thành một máy phát điện một chiều, tạo ra sức điện động cảm ứng (Electromotive force).

3.4.2 Động cơ xoay chiều 3 pha

Động cơ điện bao gồm hai phần chính: stato và rôto Stato được cấu tạo từ các cuộn dây ba pha điện quấn trên lõi sắt, sắp xếp thành hình vòng tròn để tạo ra từ trường quay Rôto có hình trụ và hoạt động như một cuộn dây quấn trên lõi thép, giúp chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng.

Hình 3 5: Cấu tạo động cơ AC

Khi động cơ được kết nối với mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato tạo ra khiến rôto quay quanh trục Chuyển động quay của rôto được truyền ra ngoài qua trục máy, phục vụ cho việc vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.

Lý thuyết truyền động điện

Hệ truyền động điện tự động bao gồm các thiết bị điện và điện tử, có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng để cung cấp cho các cơ cấu hoạt động trên máy sản xuất Ngoài ra, hệ thống này còn truyền tín hiệu thông tin, giúp điều khiển quá trình biến đổi năng lượng theo yêu cầu công nghệ.

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP 14

Yêu cầu đề tài

 Ghế dịch chuyển êm không gây ồn

 Hệ thống thắng án toàn, phòng sự cố mất điện

 Hệ thống điều khiển dễ dàng

 Phù hợp cho hộ gia đình

Phương hướng, giải pháp thực hiện

Hệ thống leo cầu thang có thể leo bằng 3 hệ thống cơ khí:

 Leo bằng xích và răng

 Leo bằng răng và thanh răng

 Leo bằng bánh xe và dây cáp kéo

4.2.1 Phương án 1: Leo bằng xích và răng o Ưu điểm: Giá thành hợp lý o Nhược điểm:

 Tải không lớn do quảng đường tải quá lớn 3-5m

 Xích khó căng và dễ gây trượt

 Về mặt thẩm mỹ sẽ không đẹp

4.2.2 Phương án 2: Leo cầu thăng bằng thanh răng và bánh răng o Ưu điểm:

 Đây là phương pháp hiện đại có thể giải quyết rất nhiều vấn đề khi di chuyển trên cầu thang có độ dốc lớn và cong nhiều

 Tiện lợi, đẹp về thẩm mỹ

 Chính vì chạy trên thanh ray nên vậy tốc cực kì ổn định, không gây tiếng ồn o Nhược điểm:

 Chi phí cực kỳ cao, do chế tạo khó khăn và độ chính xác cao

 Hiện tại Việt Nam chưa có khả năng gia công những thanh răng này, phải nhập từ nước ngoài về

 Cũng chính vì nguyên nhân trên dẫn đến bảo trì sửa chữa gặp khó khăn

4.2.3 Phương án 3: Hệ thống leo cầu thang bằng bánh xe và dây cáp kéo o Ưu điểm:

 Đơn giản hơn 2 phương pháp trên và có thể mua ở bất kỳ nơi đâu

 Động cơ và hệ thống nhỏ gọn phù hợp với từng hộ gia đình

 Đặc biệt chi phí cực kì thấp

 Phù hợp cho mô hình đi thẳng o Nhược điểm:

 Hạn chế việc di chuyển khi thay đổi không gian.

Lựa chọn giải pháp và phương án

Theo như yêu cầu của đề tài là chịu tải 100kg, chi phí thấp, đảm bảo an toàn nhóm quyết định chọn giải pháp 3

Với giải pháp 3 : việc kéo tải bằng cáp tuyệt đối đơn giản nhưng cực kì hiệu quả Độ bền của dây cáp cực tốt với tải trọng chỉ 100kg.

Trình bài các công việc được tiến hành

4.4.1 Đo đạt, xác định góc nghiên cầu thang bộ

4.4.1.1 Chiều rộng của thân thang

Trong kiến trúc nhà ở, cầu thang dành cho một hộ thường có chiều rộng 0,9m, trong khi cầu thang cho nhiều hộ sử dụng rộng 1,10m Đối với các công trình kiến trúc công cộng, chiều rộng của thân thang cần được xác định dựa trên quy phạm số tầng và số lượng người di chuyển, thường dao động xung quanh chiều rộng bước đi.

Nhóm quyết định nghiên cứu và làm trên bề rộng cầu thang là 1m

4.4.1.2 Độ dốc của cầu thang Độ dốc của cầu thang quyết định bởi tỷ lệ chiều cao và chiều rộng của bậc thang Chiều cao và chiều rộng của bậc thang có quan hệ mật thiết với khoảng rộng bước đi Quan hệ giữa chiều cao và chiếu rộng của bậc thang được lấy như sau:

2h + b = 600mm trong đó: h – chiều cao bậc thang; b – chiều rộng bậc thang

Trong thiết kế kiến trúc, chiều cao lý tưởng của bậc thang trong nhà thường nằm trong khoảng 140 đến 200mm, với độ dốc từ 20 đến 45° Độ cao thích hợp cho bậc thang là từ 150 đến 180mm, trong khi chiều rộng tối ưu dao động từ 240 đến 300mm.

Cầu thang bộ trong nhà có lưu lượng người đi lại không nhiều có thể thiết kế với độ dốc nhẹ, thông thường là h/b = 170/260mm, tương ứng với độ dốc 33° Trong một số trường hợp, độ dốc có thể đạt h/b = 175/250mm, tương đương 35° Đặc biệt, trong những tình huống nhất định, độ dốc có thể lên đến 45° với kích thước h/b = 200/200mm Nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành thử nghiệm với góc nghiêng 35°.

Với góc nghiên đã xác định, kích thước cầu thang được thiết lập là cao 175mm và bề rộng 250mm Để nghiên cứu và thử nghiệm kết quả, cần tạo một khung gỗ giả định theo góc nghiên này.

4.4.2 Chế tạo đường ray và cá cụm con đội

 Đường ray được chọn là thộp ống cú ứ27 và bề dày là 2mm

 Cắt thanh ray làm 3 đoạn, mỗi đoạn 2m

 Để làm nên con đội cần có những vật liệu sau : thép chữ v, thép ống, thép tấm, thép thanh

Khi chọn thép chữ V, cần đảm bảo rằng thanh ray được đặt lên mà chữ V không ôm quá đường kính của thanh ray Điều này rất quan trọng vì trong quá trình di chuyển, bánh xe sẽ va chạm với chữ V Chiều dài của chữ V nên là 100mm để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

 Cắt thép ống để làm trụ đỡ và xẻ rãnh trên ống để lắp chữ V vào Chiều cao có thể thay đổi được từ 100 – 150 mm

Đầu tiên, sử dụng chữ V đã được cắt sẵn, tiến hành cắt thép tấm để tạo ra một hình chữ nhật với kích thước dài 40mm và chiều rộng 20mm Sau đó, thực hiện khoan một lỗ có đường kính Dmm ở giữa hình chữ nhật.

 Hàn hình chữ nhật vừa cắt với chữ V trên

 Tiện thép thành cho ra bu lông và đai ốc M10

 Nối 2 lỗ bằng bulong vs đai ốc 10 Kết quả ta được phần thân đỡ Sau đó làm 2 cái tương tự nhau

 Cắt thép tấm thành cái đế và khoan 4 lỗ Dmm để gắn đế với cầu thang

 Hàn 2 thân đỡ vào đế ta được hình như sau :

 Chọn thép tạo khung : thép ống 40x40

 Cắt đúng kích thước như bảng vẽ đã thiết kế

 Hàn khung ghế theo bản vẽ đã thiết kế

 Chọn thép ống vuông 40x40 cắt chiều dài đặt kích thước 500mm Cắt 2 thanh và làm thực hiện các bước giống nhau

 Tạo lỗ để nối với khung ghế

4.4.4 Xây dựng mạch động lực

Sau khi xác định được tải trọng cũng như vận tốc ta đã chọn được động cơ 120W (chi tiết được trình bài trong phần chọn động cơ)

Để điều chỉnh tốc độ và thay đổi chiều quay của động cơ, chúng ta sử dụng biến tần kết hợp với relay 24V được cấp nguồn từ biến áp 24V Cặp relay này được điều khiển bởi các nút nhấn và công tắc hành trình được bố trí ở hai đầu mút của đường ray.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 17

Yêu cầu tính toán

Cơ cấu truyền động di chuyển vật và nâng người giữa các tầng nhà cần đảm bảo độ bền vững và an toàn cho người sử dụng Do đó, các hệ số kinh nghiệm được chọn phải có giá trị lớn để đáp ứng yêu cầu này.

Động cơ cần được lựa chọn có công suất phù hợp để đảm bảo tải trọng 100kg (bao gồm người, vật và ghế) trên đường ray với góc nghiêng 35 độ, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Đồng thời, công suất không nên quá lớn nhằm tránh lãng phí, vì đây là công trình dân dụng với nhu cầu tải chủ yếu là con người.

Đường ray cần được thiết kế với độ bền cao để chịu tải trọng tối đa 100Kg Gốc nghiên của cầu thang phải trùng với gốc nghiên của đường ray ở mức 35 độ Hệ thống đường ray bao gồm 3 thanh ray được bố trí thành hình tam giác, đảm bảo sự vững chắc và an toàn.

Dựa vào thiết kế tổng thể, các gối đỡ giữa cầu thang chịu tải trọng lớn nhất lên đến 100Kg, do đó dễ bị hư hỏng Cấu trúc cần phải vững chắc để hạn chế rung động cho thanh ray.

Dây cáp cần được lắp đặt song song với đường ray, như thể hiện trong hình ảnh bên dưới Việc chọn lựa dây cáp với tiết diện phù hợp là rất quan trọng, nhằm đảm bảo độ bền cần thiết mà không làm mất đi tính thẩm mỹ của sản phẩm.

Chiếc ghế được trang bị các cụm bánh xe lăn trên đường ray dẫn hướng, cho phép nó chịu tải trọng lớn nhất lên đến 100Kg Mỗi cụm bánh xe được thiết kế để chịu đựng trọng lượng tối đa, đảm bảo độ bền và an toàn khi sử dụng.

Hình 5 1: Cơ cấu tổng thể của đồ án

Tính toán chọn động cơ

 Vận tốc chuyển động yêu cầu 0.1 (m/s)

 Yêu cầu tính toán chọn được động cơ đảm bảo công suất, an toàn

Vì puly và dây các có khối lượng không đáng kể so với tải nên ta bỏ qua (T = T’)

Vật chuyển động đều nên gia tốc a = 0

Theo hình vẽ ta có phương trình như sau : Đối với tải : Q – 2T = 0 (với Q = P.sinα)

= 280 (N) (5.2.1) Đối với động cơ thì : T’ = F (với F là lực kéo của động cơ) (5.2.2) Điều kiện để dây cáp bền là:

[T] ≥ k T [T] : lực căng dây cho phép (5.2.3)

Từ lực căng dây T ta tính được ta chọn được cáp có D = 8 (mm)

( Đối với việc dùng cáp để kéo tải là người thì D > 7(mm) và hệ số an toàn K = 9 ) Đường kính d(mm)

Lực kéo đứt tối thiểu (tấn) Lực căng

Bảng 5 1: Thông số kỹ thuật của cáp

Công dụng của dây cáp Chế độ làm việc Hệ số n.

Nâng vật và nâng cần Quay tay 4,0

Dây giữ cần, giữ vật - 3,5

Dây để lắp ráp máy trục - 4,0

Bảng 5 2: Bảng chọn hệ số k cho cáp

Với D = 8 thì lực kéo đứt dây cáp tối thiểu là 3,63(tấn)

Thay [T], k và T vào (5.2.3) để kiểm bền

Vì puly và dây các có khối lượng không đáng kể so với tải nên ta bỏ qua (T = T’)

Vậy T’ = T = 280 (N) Điều kiện kéo được tải đi lên là : F > k.T

Vận tốc mong muốn kéo tải đi lên là V = 0.1 (m/s)

Công suất động cơ cần thuyết là :

Với hiệu suất động cơ là n = (0.7 – 0.8)

Vậy Công suất động cơ là : Pđc = Pct/0.75 = 56/0.7 = 80 (W) Động cơ kèm hộp số 120W- 3pha 220V Đặc tính sản phẩm

Bảng 5 3: Thông số đông cơ

Hình 5 2: Động cơ được chọn

Tính toán đường ray

 Thanh ray chịu tải 100Kg

 Chức năng dẫn hướng cho các cụm bánh

 Yêu cầu đạt độ bền

Hình 5 3: Biểu diễn lực tác động lên đường ray

Momen lớn nhất Mmax mà trục phải chịu tải là tại trung điểm của trục

Mmax = Q.L/4 (với P = 500N  Q = P.Cos35 = 500.Cos35 và L = 2/3 (m))

Từ Mmax ta tính ứng suất lớn nhất mà thanh phải chịu là :

𝑊𝑥 (với Wx : momen chống uốn.) Công thức tính của hình vành khuyên có đường kính:

Wx = Wy = Wp/2 = 9,31.107 (m 3 ) ( hình vành khuyên)

Thay Mmax và Wx vào ta thu được ứng suất 𝜎

Có ứng suất mà thanh ranh phải chịu ta đi chọn Mác thép sao cho thỏa điều kiện bền là [𝜎] ≥ 𝑘 𝜎 [𝜎] : ứng suất cho phép

Tuy nhiên đối với người cần độ an toàn cao nên ta chọn hệ số an toàn bằng k=6

Vậy ta chọn được Mác thép C45 có ứng suất cho phép [𝜎] :

Tính toán gối đỡ giữa

 Chống rung động, yêu cầu đảm bảo độ bền tại chi tiết trục liên kết vì đây là nơi dễ bị phá hủy nhất

Hình 5 4: Gối đỡ giữa Để kiểm tra độ bền của gối đỡ ta sẽ kiểm tra độ bền của trục đỡ

Hình 5 5: Sơ đồ lực tác động lên trục liên kết

Momen lớn nhất mà trục phải chịu tải là tại trung điểm của trục

Công thức tính của hình tròn có đường kính : D = 0.01(m) ( Tham khảo bản vẽ cụm 2)

Thay Mmax và Wx vào ta thu được ứng suất 𝜎

Có ứng suất mà thanh ranh phải chịu ta đi chọn Mác thép sao cho thỏa điều kiện bền là : [𝜎] ≥ 𝑘 𝜎 [𝜎] : ứng suất cho phép

Tuy nhiên đối với người cần độ an toàn cao nên ta chọn hệ số an toàn bằng k=6

Vậy ta chọn được Mác thép C45 có ứng suất cho phép [𝜎] :

Gối đảm bảo độ bền.

Tính toán chọn dây cáp

 Dây cáp chịu tải 100Kg kéo theo phương tạo với mặt bằng 35 o

 Dây có kích thước đảm bảo độ bền lẫn thẫm mỹ

Dây cáp là loại dây được cấu tạo từ nhiều sợi kim loại xoắn ốc với nhau Trước đây, dây cáp chủ yếu được làm từ sắt, nhưng hiện nay, thép đã trở thành vật liệu chính được sử dụng trong sản xuất dây cáp.

Lõi của dây cáp có thể là một dây cáp độc lập, bao gồm lõi thép, IWRC, FC hoặc CW, và trong nhiều trường hợp, nó đã tự thân là một dây cáp Lõi này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp từ 10% đến 50% độ bền cho dây cáp thép, đặc biệt trong các cấu trúc chống xoay.

- Cáp thép có khả năng tải trọng lớn hơn cho cùng đường kính và trọng lượng

Cáp thép có khả năng chịu tải và chiều dài ổn định, không bị ảnh hưởng khi hoạt động trong môi trường biển hay trên cạn, ngay cả trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

- Cáp thép có độ bền và khả năng chịu tải cao hơn các loại dây khác

- Sau khi chọn động cơ thì lực F đã thay đổi, ta đi kiểu bền lại dây cáp

- Động cơ 120W hoạt động với hiệu suất n = 0.7 (Pt = 120.0,7 = 84W)và vận tốc kéo tải là V = 0.1 (m/s) thì lực kéo F là :

Xét lúc tải chuyển động đều với vận tốc V = 0.1 (m/s)

Kiểm bền cáp ở trạng thái động :

Hình 5 6: Dây cáp được chọn

Tính toán cụm bánh xe

 Vì tải lớn nhất là 100kg (P = 1000N) và ta có 4 cụm bánh Vậy mỗi bánh xe chịu tải 250N

 Yêu cầu đảm bảo độ bền cần thiết

Khi lựa chọn ổ lăn, cần xem xét các điều kiện cụ thể và chỉ tiêu kinh tế Do đó, trong số các loại ổ đáp ứng yêu cầu sử dụng, nên ưu tiên chọn loại có giá thành thấp nhất.

Căn cứ vào trị số phương, chiều, đặc tính tải trọng, vận tốc, thời gian phục vụ của ổ… Để họn loại ổ cho phù hợp

+ Tính toán chọn ổ bi cho hệ thống bánh xe

Ta có: Fkéo = 840 (N ) ( kết quả 5.5.1 trang 23 )

Hệ thống chịu tải 100kg => P = 1000N

Vì hệ thống chịu tải P = 1000 N với bốn bánh xe

𝑆𝑖𝑛 55 0 = 210 𝑁 Với P1 là tổng lực tác dụng lên trục bánh xe

Phương trình cân bằng momen

57 = 105 𝑁 Phương trình cân bằng lực

Phương trình cân bằng momen

57 = 105 𝑁 Phương trình cân bằng lực

Fr = 0 (vì Fa = 0, nên ta chọn ổ bi đỡ 1 dãy cho các gối đỡ 1 và 2.)

Với Fa : lực dọc trục (N)

Chúng tôi đã chọn đường kính trụ d1 = 10 mm và d2 = 10 mm Theo bảng P2.7 trong tài liệu [1], ổ bi đỡ cỡ nặng được chọn có ký hiệu 1000900, với đường kính trong d = 10 mm và đường kính ngoài D = 22 mm Ổ bi này có khả năng tải trọng động C = 2,62 kN và khả năng tải trọng tĩnh Co = 1,38 kN Thông số B là 6 mm và bán kính r là 0,5 mm.

 Kiểm nghiệm khả năng tải động

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 1:

Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ 2:

Vậy ta kiểm nghiệm với ổ chịu tải trọng nào cũng được vì 2 tải trọng bằng nhau :

Theo công thức 11.3 tài liệu [1]:

Fr: Tải trọng hướng tâm (kN)

Fa: Tải trọng dọc trục

V: Hệ số kể đến vòng nào quay V = 1

Kt: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ Kt = 1

Kd: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng, theo bảng 11.3 tài liệu [1] trang 215 : Kd = 1

X: Hệ số kể đến đặc tính tải trọng X = 1 vì chỉ chịu lực hướng tâm

Y: Hệ số tải trọng dọc trục y = 0 vì Fa = 0

=> Q = (V.X.Fr + Y.Fa).Kt.Kd = (1.1.0,148).1.1 = 0,148 (kN) = 148 (N)

Khả năng tải trọng động theo công thức 11.1 tài liệu [1]: m d Q L

LH: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

Theo bảng 6.4 tài liệu [1]: KHE = 0,125

Khả năng tải trọng động của ổ lăn được đảm bảo

 Kiểm nghiệm khả năng tải tỉnh

Ta có Fa = 0, theo công thức 11.19 tài liệu [1]

Qt1 = X0.Fr (X0 = 0,6 theo bảng 11.6 tài liệu [1] trang 221)

Q0 = max[Qt1; Qt2] = 0,148(kN) < C0 = 1,38(kN)

Vậy khả năng tải tĩnh của ổ lăn được đảm bảo

Dạng ổ Khả năng chịu tải hướng tấm

Khả năng chịu tải dọc trục

Khả năng tự lựa tùy động Ổ bi 1 dãy Tốt Khá Khá Ổ bi 2 dãy

Rất tốt Tốt Khá Ổ bi đỡ chặn

Tốt Rất tốt Không tốt Ổ đũa trụ ngắn

Rất tốt Không tốt Khá

Rất tốt Không tốt Không tốt Ổ đũa long cầu Rất tốt Khá / Tốt Rất tốt Ổ đũa côn Rất tốt Rất tốt Không tốt

Bảng 5 4 Bảng tra ổ lăn + Chế độ lắp ghép

Khi lắp ổ lăn ta cần chú ý:

Lắp vòng trong ổ lăn trên trục theo hệ thống lỗ và lắp vòng ngoài vào bánh xe theo hệ thống trục là quy trình quan trọng Để đảm bảo bề mặt trong của ổ lăn không trượt trên bề mặt trục, cần chọn chế độ lắp ghép trung gian Do đó, kiểu lắp H7/k6 được khuyến nghị cho trục kết hợp với ổ bi và bánh xe lắp với ổ bi.

Kiểm nghiệm độ bền then

 Then phải đảm bảo độ bền cắt và độ bền dập

Dựa vào bảng 9.1a trang 173 sách hướng dẫn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1

Bảng 5 5: Bảng chọn kích thước then

Với các tiết diện dung mối ghép then ta tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về đọ bền dập và độ bền cắt

Theo công thức 9.1 và 9.2 tài liệu tính toán thiết kệ hệ dẫn động cơ khí tập 1

Tính và chọn theo tính chất ta có chiều dài then được cho trong bảng 9.1 tài liệu tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1

Trong đó : p là công suất thực n : số vòng quay

Pđc : Công suất động cơ h: Hiệu suất động cơ (hiệu suất động cơ 0.7 – 0.8) n = (6000.v)/(3,14.D) (v/ph)

(với v = 0.1m/s và D = 30 mm) D : đường kính trục kéo cáp n: Số vòng quay sau của trục n = (60000.v)/(3,14.D)

 Kiểm nghiệm độ bền dập

Vì mối ghép then là mối ghép cố định => ứng suất dập cho phép

( Bảng 9.5 ,tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 )

Vậy mối ghép then đảm bảo độ bền dập

 Kiểm nghiệm độ bền cắt τ c = 2T d l t b= 2.6112

Ta chọn then là thép C45 và chịu tải trọng tĩnh => Độ bền cắt cho phép

[τ c ] = 60 MPa Vậy mối ghép then đảm bảo độ bền cắt.

Thiết kế mạch điều khiển

Hệ thống điều khiển bao gồm MCB, bộ nguồn chuyển đổi 220V sang 24V, bộ biến tần Siemens 420, 2 Relay 24V (K1, K2), động cơ 3 pha (M), bộ hãm 24V DC , 2 công tắc hành trình (SW1, SW2)

Mạch điện được cấu tạo từ hai phần giống hệt nhau, được kết nối song song và khóa chéo bằng Relay, nhằm đảm bảo rằng các tiến trình hoạt động lên hoặc xuống của hệ thống không gây ảnh hưởng lẫn nhau.

Chiếc ghế ở vị trí thấp (đầu mút phía dưới của đường ray) có thể được di chuyển lên bằng cách ấn nút S2 mà không cần giữ, giúp cấp dòng cho relay đóng các tiếp điểm thường hở và ngắt các tiếp điểm thường đóng, làm cho nút S1 không có tác dụng cho đến khi ghế di chuyển hết hành trình Khi đó, dòng điện sẽ được cấp cho động cơ kéo và bộ hãm, ngắt tác dụng hãm, cho phép ghế di chuyển Khi ghế đã đi hết hành trình, nó sẽ tác động đến công tắc hành trình, gây hở mạch và ngắt dòng cấp cho động cơ cùng bộ hãm, làm cho ghế dừng lại.

Chiếc ghế được đặt ở vị trí cao nhất trên đường ray Để di chuyển ghế xuống, chỉ cần ấn nút S1 mà không cần giữ, giúp cấp dòng cho relay, đóng các tiếp điểm thường hở và ngắt các tiếp điểm thường đóng, làm cho nút S2 không còn tác dụng Khi ghế chưa di chuyển hết hành trình, việc ấn S2 sẽ không có hiệu quả Đồng thời, dòng điện cũng được cấp cho động cơ kéo theo chiều ngược lại khi ghế di chuyển lên, và bộ hãm sẽ ngắt tác dụng hãm; khi không có dòng điện, bộ hãm sẽ giữ chặt ghế, và ngược lại khi có dòng điện.

Khi hoàn thành hành trình thiết kế, công tắc hành trình sẽ được kích hoạt, dẫn đến việc ngắt mạch cấp dòng cho động cơ và hệ thống hãm, từ đó làm cho ghế dừng lại.

5.8.2 Danh mục thiết bị sử dụng

Dựa trên các tính toán ta chọn động cơ theo phần tính : ĐẶC TÍNH SẢN PHẨM

Tải lớn nhất 200Kg Đường kính trục 15mm

Chức năng của thiết bị là sử dụng dòng điện từ biến tần để tạo ra chuyển động xoay, cuốn dây cáp vào trục hoặc thả dây cáp, giúp chiếc ghế di chuyển lên hoặc xuống với vận tốc 0.1 m/s.

Từ các yêu cầu của động cơ ta chọn biến tần Micromaster 420 Seimen 0,37

 Các đầu vào, ra để động cơ chạy lên xuốn

 Cài đặt thời gian để đạt vận tốc yêu cầu

 P0003=2 Chọn mức truy cập IO

 P0010=1 Cài đặt thông số nhanh

 P0305= 0,65 Dòng điện định mức của động cơ

 P0307=0,12 Công suất định mức của động cơ

 P0700=2 Chọn lệnh điều khiển bằng công tắc

 P0704=0 Đầu váo sô không hoạt động

 P1080Hz tần số nhỏ nhất bằng 10

Biến tần có chức năng biến đổi tần số dòng điện cung cấp cho cuộn dây bên trong động cơ, từ đó cho phép điều khiển tốc độ của động cơ một cách hiệu quả.

Ta chọn MCB C60A-2P-6A của hãng Schneider

Chức năng: dùng để đóng ngắt mạch điện, có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp…

Ta chọn rờ le MY4 , 4 cặp tiếp điểm, 14 chân, dòng 24 V

Relay là thiết bị sử dụng dòng điện có năng lượng thấp (5V, 12V, 24V) để điều khiển dòng điện có năng lượng cao (220V) thông qua việc đóng mở các tiếp điểm của nó.

Chức năng: giới hạn hành trình của 1 chuyển động

Hình 5 12: Công tắc hành trình

Chức năng: dùng để đóng ngắt các thiết bị điện.

Bảo dưỡng và sửa chữa

5.9.1 Một số hỏng hóc của dây cáp

Danh sách dưới đây chỉ cung cấp hướng dẫn về các hỏng hóc kỹ thuật có thể xảy ra với cáp, không thể liệt kê hết tất cả các trường hợp Mặc dù không phải hỏng hóc nào cũng có thể sửa chữa, nhưng mức độ hỏng hóc có thể khác nhau, từ những hỏng nhẹ cho đến việc phá hủy toàn bộ sợi cáp thép.

Nếu bạn chưa rõ về mức độ hỏng hóc, hãy thay cáp hoặc gọi điện cho chúng tôi để có trợ giúp hoặc tư vấn

Ví dụ về cáp chạy ra khỏi puly Lưu ý đến vết hằn của mép gờ puly

Hình 5 14: Vết hằn trên dây cáp

Hình 5 15: Dây cáp bị bung, mấy độ khép chặt

Trong quá trình quấn dây vào tang trống, cáp bị cọ vào các lớp bọc tang trống

Hình 5 16: Cáp bị bong, gãy các sợi liên kết

Quấn dây vào tang trống: cáp bị đè tại các điểm giao nhau

Hình 5 17 Cáp bị đè ép bị biến dạng

* Các phụ kiện lắp thêm

Kiểm tra cáp và phụ kiện lắp thêm là rất quan trọng để đảm bảo an toàn Hãy xem xét cáp có bị đứt tại chuôi socket hoặc ống măng sông không, đồng thời kiểm tra xem phụ kiện có bị mòn, móp méo hay nứt vỡ không Tuân thủ các tiêu chuẩn kiểm tra của nhà sản xuất và tránh tự sửa chữa phụ kiện hỏng Nếu phát hiện lỗ chốt bị hỏng, hãy lắp chốt mới khi cần thiết Nếu chốt bị mòn nhanh chóng, hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn về các chốt chịu tải nặng phù hợp Một số nhà sản xuất cung cấp phụ kiện tự khoá hoặc chốt đặc biệt, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng.

Ví dụ về cáp chống xoay phải chạy qua 1 rãnh puly quá chật Kết quả là lõi cáp nổ phồng lên

Hình 5 19: Cáp bị xoán người

Cáp bị xoắn nút do lắp đặt sai

Hình 5 20: cáp bị xoán nút

Trong quá trình làm việc, sự thay đổi tải trọng thường xuyên gây mỏi vật liệu sợi, là một nguyên nhân chính dẫn đến hỏng hóc dây cáp khi sử dụng trên máy trục Đặc biệt, độ mòn tại các điểm tiếp xúc giữa các sợi và bề mặt rãnh tang hoặc ròng rọc càng làm gia tăng hiện tượng mỏi này.

Điều kiện làm việc ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của dây cáp Bụi sắc cạnh trong không khí, hơi axít và kiềm từ hóa chất, cũng như nước biển, đều làm tăng độ mòn và gỉ sét của các sợi cáp Nhiệt độ cao trong các phân xưởng luyện kim làm giảm khả năng bôi trơn, dẫn đến sự hao mòn nhanh chóng Hơn nữa, sự xoắn của vật nâng khi máy trục hoạt động gia tăng ma sát giữa dây cáp với rãnh ròng rọc và giữa các sợi cáp với nhau Tất cả những yếu tố này đều làm giảm thời gian phục vụ của dây cáp.

Hiện nay, việc lựa chọn kích thước dây cáp dựa trên lực kéo đứt là rất quan trọng Để xác định kích thước cáp phù hợp, cần tính toán lực kéo đứt và so sánh với lực kéo đứt cho phép trong bảng tiêu chuẩn Từ đó, đường kính dây cáp thích hợp sẽ được chọn Lực kéo đứt cáp được tính theo công thức, trong đó n là hệ số an toàn, được lấy từ bảng 3.1.

Chú ý rằng do sự phân bố không đồng đều của ứng suất kéo và uốn trong các sợi của dây cáp, cùng với việc trục của các sợi, của tao và của dây cáp không trùng nhau, lực kéo đứt toàn bộ dây cáp luôn nhỏ hơn tổng lực kéo đứt của từng sợi.

Công dụng của dây cáp Chế độ làm việc Hệ số n.

Nâng vật và nâng cần Quay tay 4,0

– Gầu ngoạm một dây và mô td 5,0

– Gầu ngoạm một cơ cấu dẫn động 5,0

– Gầu ngoạm hai cơ cấu dẫn động (với giả thiết trọng lượng gầu và vật liệu phân đều trên các nhánh dây)

Dây giữ cần, giữ vật - 3,5

Dây để lắp ráp máy trục - 4,0

Độ bền lâu của dây cáp không chỉ phụ thuộc vào hệ số an toàn mà còn tăng theo tỷ số giữa đường kính ròng rọc và đường kính cáp Trong các tời nâng người, dây cáp không được có đường kính nhỏ hơn 7 mm Phương pháp tính toán độ bền của dây cáp dựa trên lực kéo đứt là quy ước và không phản ánh đúng điều kiện làm việc thực tế, do đó không xác định chính xác độ bền lâu của cáp Thực tế, độ bền lâu của cáp còn phụ thuộc vào số lần uốn của dây trên ròng rọc và tang, điều mà phương pháp tính này không xem xét Hệ số an toàn trong công thức không thể hiện đúng bản chất vật lý của quá trình phá hỏng cáp.

Bảng 5 6: Hệ số an toàn cho dây cáp

Trong cùng một điều kiện làm việc, các kết cấu dây cáp với hệ số an toàn giống nhau lại có thời hạn sử dụng khác nhau Điều này cho thấy rằng ứng suất thực trong dây cáp phụ thuộc vào thiết kế kết cấu của nó, do đó, hệ số an toàn không phải là một chỉ số đầy đủ để đánh giá hiệu suất của dây cáp.

Hiện nay, có nhiều phương pháp tính toán và kiểm định dây cáp nhằm xác định kích thước dây cáp, đường kính ròng rọc và tang Những yếu tố này không chỉ phụ thuộc vào lực kéo mà còn vào ứng suất uốn, đặc tính cấu trúc của dây cáp, kiểu máy trục và độ bền lâu cần thiết Tuy nhiên, do tính phức tạp của các phương pháp này, phương pháp tính được sử dụng chủ yếu hiện nay vẫn là phương pháp đơn giản hơn.

 Tiếng ồn của vòng bi

Trong quá trình vận hành, việc sử dụng thiết bị theo dõi âm thanh để đo âm lượng và đặc tính tiếng ồn của vòng bi là rất quan trọng Thiết bị này giúp phát hiện các hư hỏng như sự tróc vảy thông qua những bất thường trong tiếng ồn phát ra.

Việc phân tích bất thường của vòng bi có thể thực hiện thông qua việc đo rung động của máy đang hoạt động Sử dụng thiết bị phân tích biểu đồ tần số dạng phổ, chúng ta có thể đo độ lớn rung động và phân bố tần số, từ đó xác định nguyên nhân gây ra bất thường Dữ liệu đo được sẽ thay đổi tùy thuộc vào điều kiện vận hành và vị trí đo rung động, do đó cần thiết lập tiêu chuẩn đánh giá cho từng máy Theo dõi bất thường rung động từ vòng bi trong suốt quá trình vận hành là rất quan trọng cho công tác bảo trì.

Nhiệt độ của vòng bi có thể được ước lượng từ nhiệt độ bên ngoài vỏ gối đỡ, và cũng có thể đo trực tiếp từ vòng ngoài của vòng bi thông qua một đầu đo được đưa qua lỗ dầu trên vỏ gối.

Sau khi khởi động máy, nhiệt độ vòng bi thường tăng dần và ổn định sau khoảng 1-2 tiếng Nhiệt độ ổ bi ổn định phụ thuộc vào tải trọng, tốc độ quay và khả năng truyền nhiệt của máy Nếu bôi trơn không đủ hoặc lắp ráp sai cách, nhiệt độ vòng bi có thể tăng nhanh chóng Trong những trường hợp này, cần tạm ngừng hoạt động và thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời.

 Ảnh hưởng của sự bôi trơn

Mục đích chính của bôi trơn là giảm ma sát và mài mòn trong vòng bi, giúp ngăn ngừa hư hỏng sớm Chất bôi trơn mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho hiệu suất và tuổi thọ của vòng bi.

Màng dầu đóng vai trò quan trọng trong việc giảm ma sát và mài mòn, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa các chi tiết kim loại như bi, vòng trong, vòng ngoài và vòng giữ bi.