Mô-men ma sát của bộ đĩa, áp suất bề mặt, thời gian trượt, nhiệt sinh ra mỗi lần đóng và công suất nhiệt theo số lần đóng mỗi giờ.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Ly hợp và phanh đĩa ma sát dùng để đóng/ngắt truyền động hoặc dừng tải: phanh động cơ, ly hợp máy dập, phanh trục tời. Bài toán tính mô-men ma sát của bộ đĩa, áp suất bề mặt má, thời gian trượt khi đóng, nhiệt sinh ra mỗi lần đóng và công suất nhiệt theo số lần đóng mỗi giờ.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Phanh xe đạp: bóp phanh, má phanh cọ xát vào vành và biến động năng thành nhiệt. Xe chạy càng nhanh, càng nặng thì phanh càng nóng; phanh liên tục xuống dốc dài thì má phanh có thể cháy. Ly hợp cũng vậy, chỉ khác là dùng ma sát để kéo tải chạy theo thay vì làm nó dừng.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.4 mô-men · 0.10 ma sát · 0.11 quay · 0.12 năng lượng/công suất · 0.13 quán tính · 0.15 áp suất
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| Chức năng | Ly hợp (tăng tốc tải) hoặc phanh (hãm tải) | – | Theo thiết kế |
| Da, Di | Đường kính ngoài và trong của má ma sát | mm | Catalogue Mayr (ROBA-stop), Ogura, Miki Pulley, Warner Electric |
| z | Số mặt ma sát | – | 1 đĩa kẹp giữa 2 mặt = 2 |
| μ, pzul | Hệ số ma sát và áp suất cho phép của vật liệu má | –, MPa | Khô hữu cơ μ 0,25–0,4, p 0,2–1; trong dầu μ 0,06–0,12, p 1–3 |
| F | Lực ép đĩa (lò xo, nam châm điện, khí nén) | N | Catalogue hoặc tính từ lò xo/xi lanh |
| J, n, TL | Quán tính phía bị dẫn, tốc độ, mô-men tải | kg·m², v/ph, Nm | Tính từ cơ cấu (xem TB18, TB19) |
| Zh, Wa, Qa | Số lần đóng/giờ, nhiệt cho phép mỗi lần, công suất nhiệt cho phép | lần, J, W | Catalogue theo cỡ phanh/ly hợp |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Bán kính ma sát và mô-men ma sát
Giả thiết má mòn đều, lực ma sát coi như đặt ở bán kính trung bình. Mỗi mặt ma sát góp một phần mô-men:
rm = (Da + Di)/4 ; T = μ·F·rm·z ≥ K·TL
Bước 2. Áp suất bề mặt
Lực ép chia diện tích vành khăn của má:
p = F / [π/4·(Da² − Di²)] ≤ pzul
Bước 3. Mô-men hiệu dụng
Ly hợp: một phần mô-men ma sát bị tải ăn mất, phần còn lại để tăng tốc. Phanh: tải cũng góp phần hãm:
Te = T − TL (ly hợp) ; Te = T + TL (phanh)
Bước 4. Thời gian trượt
Thời gian để thay đổi tốc độ phần quay từ ω về 0 (hoặc từ 0 lên ω):
ts = J·ω / Te , ω = 2π·n/60
Bước 5. Nhiệt mỗi lần đóng
Động năng ½·J·ω² cộng phần do tải trong lúc trượt đều biến thành nhiệt ở má:
W = ½·J·ω²·T / Te ≤ Wa
Bước 6. Công suất nhiệt
Nhiệt mỗi lần nhân số lần đóng mỗi giờ, chia 3600 giây:
Q = W·Zh / 3600 ≤ Qa
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Chức năng | mode | Ly hợp (tăng tốc tải) | ||
| 2 | Đường kính ngoài má ma sát | Da | 150 | mm | |
| 3 | Đường kính trong | Di | 90 | mm | |
| 4 | Số mặt ma sát | z | 2 | 1 đĩa kẹp giữa 2 mặt = 2 | |
| 5 | Hệ số ma sát | μ | 0,3 | Khô hữu cơ 0,25–0,4 · trong dầu 0,06–0,12 | |
| 6 | Lực ép | F | 3 000 | N | |
| 7 | Áp suất cho phép | pz | 0,5 | MPa | Khô hữu cơ 0,2–1 · trong dầu 1–3 |
| 8 | Mô-men quán tính phía bị dẫn | J | 0,5 | kg·m² | |
| 9 | Tốc độ | n | 1 450 | v/ph | |
| 10 | Mô-men tải | TL | 20 | Nm | |
| 11 | Hệ số an toàn mô-men | K | 1,5 | ||
| 12 | Số lần đóng / giờ | Zh | 30 | ||
| 13 | Nhiệt cho phép mỗi lần đóng | Wa | 20 000 | J | Catalogue |
| 14 | Công suất nhiệt cho phép | Qa | 500 | W | Catalogue |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 | Bán kính ma sát trung bình | rm | 60 | mm | rm = (Da + Di)/4 (giả thiết mòn đều) |
| 16 | Mô-men ma sát | T | 108 | Nm | T = μ·F·rm·z |
| 17 | T ≥ K·TL | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 18 | Áp suất bề mặt | p | 0,265 | MPa | p = F/A |
| 19 | p ≤ pzul | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 20 | Vận tốc góc | ω | 151,8 | rad/s | |
| 21 | Mô-men hiệu dụng gia tốc / hãm | Te | 88 | Nm | Ly hợp: T − TL ; phanh: T + TL |
| 22 | Mô-men hiệu dụng > 0 | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 23 | Thời gian trượt | ts | 0,863 | s | ts = J·ω/(T ∓ TL) |
| 24 | Nhiệt mỗi lần đóng | W | 7 074 | J | W = ½·J·ω²·T/(T ∓ TL) |
| 25 | W ≤ W cho phép | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 26 | Công suất nhiệt | Q | 58,95 | W | Q = W·Z/3600 |
| 27 | Q ≤ Q cho phép | Kiểm tra | ĐẠT |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: Mô-men ma sát = 108 Nm; Thời gian trượt = 0,863 s; Nhiệt mỗi lần đóng = 7 074 J; Công suất nhiệt = 58,95 W.
Kiểm tra: T ≥ K·TL: ĐẠT; p ≤ pzul: ĐẠT; Mô-men hiệu dụng > 0: ĐẠT; W ≤ W cho phép: ĐẠT; Q ≤ Q cho phép: ĐẠT.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Chọn phanh động cơ (Mayr, SEW BE) theo mô-men phanh ≥ 1,5–2 lần mô-men tải, rồi kiểm tra nhiệt W và Q với bảng catalogue.
- Nếu W KHÔNG ĐẠT: dùng biến tần hãm điện trước, phanh cơ chỉ giữ ở tốc độ thấp; hoặc đặt phanh ở trục nhanh (quán tính quy đổi nhỏ hơn) – xem TB29 cho điện trở hãm.
- Nếu Q KHÔNG ĐẠT: giảm số lần đóng, lên cỡ phanh/ly hợp lớn hơn hoặc chuyển sang ly hợp trong dầu.
- Ly hợp có Te ≤ 0 nghĩa là mô-men ma sát không đủ thắng tải, ly hợp trượt mãi và cháy: phải tăng lực ép hoặc số mặt ma sát.
- Má mới cần chạy rà vài chục lần mới đạt μ danh nghĩa; dính dầu mỡ thì μ giảm mạnh.
Nhóm: Điện – điều khiển – lưu chất
Gồm: TB26 động cơ điện không đồng bộ 3 pha · TB27 chọn cb và tiết diện dây động lực · TB28 tụ bù công suất phản kháng · TB29 điện trở xả (hãm) cho biến tần / servo · TB30 nguồn 24 vdc và sụt áp dây dẫn · TB31 bơm ly tâm (nước làm mát, dung dịch) · TB32 hút khói hàn – chụp hút, ống gió, quạt · TB33 encoder, đáp ứng hệ thống và chỉnh pid