Môn nguyên lý máy, bài tập lớn, đồ án (18)

Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Cơ khí Bộ môn Cơ sở thiết kế máy Robot Bài giảng Phân tích lực cấu phẳng Giảng viên: TS Nguyễn Bá Hưng Đặt vấn đề  Tại phải phân tích lực cấu ? Thiết kế cấu Yêu cầu động lực học Chọn trước cấu Phân tích động học Phân tích lực để: Sản xuất  Tính tốn độ bền, thiết kế chi tiết  Tính tốn chế độ bơi trơn, mài mịn  Tính tốn hiệu suất  Chọn động dẫn động Thử nghiệm Thiết kế chi tiế máy Phân tích lực Nội dung giảng  Các lực tác dụng cấu  Phân tích áp lực khớp động, xác định lực/mơ men cân khâu dẫn Các loại lực tác dụng lên cấu  Ngoại lực  Là lực từ bên tác động lên phận làm việc máy  Ngoại lực gồm:  Lực cản kỹ thuật Fc  Trọng lượng G khâu chuyển động  Lực phát động Mđ/Fđ Fc Mđ G Các loại lực tác dụng lên cấu  Lực quán tính  Tồn khâu chuyển động có gia tốc  Trong trường hợp tổng quát khâu chuyển động song phẳng có:  Khối lượng khâu mi  Vị trí trọng tâm Si  Mơmen qn tính trọng tâm Jsi  Gia tốc góc εi  Gia tốc trọng tâm asi Các loại lực tác dụng lên cấu  Lực quán tính  Khâu có chuyển động tịnh tiến S  m Khâu quay quanh điểm trùng với trọng tâm SO  Khâu quay quanh điểm không trùng với trọng tâm K h  A S Các loại lực tác dụng lên cấu  Lực qn tính  Khâu có chuyển động song phẳng B Xét ví dụ, khâu có chuyển động song phẳng với hai thành phần lực quán tính: K ω1 A T 1 S 2 Trong đó: - lực qn tính tịnh tiến theo C có điểm đặt trọng tâm S khâu - lực quán tính quay quanh C có điểm đặt tâm dao động K khâu Lưu ý: điểm K xác định theo cơng thức trình bày slide trước C x Các loại lực tác dụng lên cấu  Nội lực  Là lực tác động tương hỗ khâu cấu, hay gọi thành phần phản lực khớp động  Áp lực khớp động,  Lực ma sát,  Ta ln có  Nếu bỏ qua ma sát R ij  N ij Khâu j Khâu i Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Các liệu cho trước  Kích thước động vị trí khâu dẫn φ1  Đã giải xong tốn gia tốc  Các thơng số cấu tạo (sơ bộ) khâu   Khối lượng khâu mi  Vị trí trọng tâm Si  Mơmen qn tính trọng tâm Jsi Các ngoại lực biết: lực cản kỹ thuật Kết  Phản lực (áp lực) khớp động  Lực (mô men) cân khâu dẫn Phương pháp: nguyên lý Đa-lăm-be (D’Alambert)  lực quán tính, ngoại lực = hệ lực cân Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Ẩn số tính phân tích áp lực khớp động Khớp cao (C) Khớp thấp (T) Nij dNij Nij t n i Nij j j i Trị số phương ? (2 ẩn) dNij i Trị số điểm đặt ? (2 ẩn) n j t Trị số ? (1 ẩn) Bài tính áp lực khớp động cấu phẳng có: 2T + C ẩn số 2T + C = Số phương trình Xác định ? Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Ví dụ: y Phân tích cấu bốn khâu lề hình vẽ B C 2 l3 ω1 l1 Bước 2: n0 Viết phương trình cân lực mô A men khâu 3 l2 4 1 e0 l4 x (e) C (f) S3 D Khâu (4 ẩn: R23x, R23y, R43x, R43y) D Với Chiếu pt (e) lên trục Ox, Oy, pt (f) lên trục Oz: Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn y  Ví dụ: B Phân tích cấu bốn khâu lề hình vẽ Khâu n 0 A l3 ω1 4 1 l4 e0 (1) (5) (6) Khâu D x Nhóm tĩnh định (2) (số phương trình (3) = số ẩn) (4) Khâu C 2 l1 Bước 3: Kết hợp phương trình khâu => hệ phương trình 3 l2 (7) (8) (9) Phân tích áp lực khớp động, lực mơ men cân khâu dẫn  Điều kiện tĩnh định tách nhóm Số phương trình cân lực = Số ẩn số  Xét nhóm tách có: n khâu, T khớp thấp C khớp cao  Số phương trình cân lực: 3n  Số ẩn số: 2T + C Điều kiện tĩnh định: 3n = 2T + C (Tương đồng cơng thức tính bậc tự nhóm tĩnh định) Trình tự giải tốn phân tích áp lực khớp động  Xét nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Xét khâu dẫn Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn Ví dụ minh họa Cho cấu khâu lề ABCD, với: • ABBC, CDBC, BC nằm ngang • lAB=1 (m), lBC=lCD=2 (m) • P2=P3=1000 N, đặt trung điểm BC CD tương ứng P2 P3 có chiều hình vẽ, vng góc với BC CD tương ứng • Tính áp lực khớp động lực cân khâu dẫn (đặt B vng góc AB) B C 1 A D Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn B Ví dụ minh họa b1: Tách cấu thành nhóm tĩnh định (khâu 3) => phần lại khâu dẫn C B B C A A D Tìm N12 N43 ? Tách khâu D Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn B Ví dụ minh họa b2: Tách khâu khỏi khâu => xuất ngoại lực R32 tác động từ khâu lên khâu C B C A (chiều chọn đúng) D Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn Ví dụ minh họa b3: Tách khâu khỏi khâu => xuất ngoại lực R23 tác động lên khâu C B C A D (chiều chọn đúng) D Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn B Ví dụ minh họa b4: Viết phương trình cân lực nhóm tĩnh t định => tính áp lực sử dụng họa đồ véc tơ N 12 C 1000 BC 500 BC 1000 CD A 500 CD B ? //CD b Δ1 f a Δ2 P2 D c P3 e C d ? //BC D (có thể dùng mối quan hệ lượng giác dựa theo đề họa đồ để xác định N12 N43) Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn B Ví dụ minh họa b5: Dựa theo họa đồ véc tơ phương trình cân lực khâu => áp lực N32,N23 N 32 C N 32  P  N 43  Δ1 N 43 N N t 43 D f a n 43 P2 c A b C N 32 N 32  N 23   cf Δ2 N 43 e P3 d D (có thể dùng mối quan hệ lượng giác dựa theo đề họa đồ để xác định N32) Phân tích áp lực khớp động, lực mơ men cân khâu dẫn  Phương pháp họa đồ véc tơ  Tách thành nhóm tĩnh định, nhóm xa khâu dẫn xét trước  Tính lực khâu bị dẫn  Xét khâu dẫn  Tính lực mơ men cân khâu dẫn B Ví dụ minh họa Tính lực cân khâu dẫn M P cb B A N 21 A N 12 lh Ta có Δ2 P2 c e P3 A N 21  N12   bf Δ1 f a  Pcbl AB  N 21lh  b C d D (có thể dùng mối hệ lượng giác Pcb  N 21 sin 450 quan dựa theo đề họa đồ để xác định (Pcb dương, chiều N12) chọn đúng) Phân tích áp lực khớp động, lực mơ men cân khâu dẫn B ω1 1 A 2 Hình (a) Cơ cấu tay quay trượt C x Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn B B ω1 x A C Hình (b) Khâu dẫn nhóm tĩnh định (2+3) n 12 t 12 N  N  P II  P III  N 43  B A C x Hình (c) Các lực tác dụng khâu (∆’) (∆) C P C Hình (d) Các lực tác dụng khâu B Hình (e) Họa đồ lực cấu D x Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn B B Mcb 1 ω1 A h21 ω1 A hcb h21 Phương pháp di chuyển ... Kết  Phản lực (áp lực) khớp động  Lực (mô men) cân khâu dẫn Phương pháp: nguyên lý Đa-lăm-be (D’Alambert)  lực quán tính, ngoại lực = hệ lực cân Phân tích áp lực khớp động, lực mơ men cân... chuyển động song phẳng với hai thành phần lực quán tính: K ω1 A T 1 S 2 Trong đó: - lực qn tính tịnh tiến theo C có điểm đặt trọng tâm S khâu - lực quán tính quay quanh C có điểm đặt tâm dao động... ? (1 ẩn) Bài tính áp lực khớp động cấu phẳng có: 2T + C ẩn số 2T + C = Số phương trình Xác định ? Phân tích áp lực khớp động, lực mô men cân khâu dẫn  Ngun tắc phương pháp tính tốn  Nguyên tắc: