TRƯỜNG ĐẠI HỌA BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Nhóm thực hiện Nhóm 17 Sinh viên MSSV 1 Đặng Đức Hải 20183307 2 Hoàng Quốc Tuyên 20183465 3 Phù. Máy nén khí kiểu piston là một loại máy nén khí sử dụng piston để nén khí trong xi lanh. Máy nén khí kiểu piston có cấu tạo gồm các bộ phận chính như: xi lanh, piston, cần đẩy, thanh truyền, con trượt, tay quay, van nạp, van xả và phớt123. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu piston dựa trên sự biến đổi thể tích của không khí trong xi lanh khi piston di chuyển qua lại. Khi piston di chuyển xuống dưới, không khí được hút vào xi lanh qua van nạp. Khi piston di chuyển lên trên, không khí được nén lại và đẩy ra bình chứa qua van xả3. Máy nén khí kiểu piston có ưu điểm là đơn giản cấu tạo và dễ vận hành. Tuy nhiên máy nén khí kiểu piston cũng có nhược điểm là tiêu hao nhiều điện năng và gây ra tiếng ồn cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌA BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Nhóm thực : Nhóm 17 Sinh viên 1.Đặng Đức Hải 2.Hoàng Quốc Tuyên 3.Phùng Cơng Tồn 4.Trần Quang Minh MSSV 20183307 20183465 20172138 20183379 Giảng viên hướng dẫn : Ts Nguyễn Xuân Hạ Hà Nội, 11/2020 Page | TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HN VIỆN CƠ KHÍ BM CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔBỐT - o0o ĐỀ SỐ: 2020.1_MNK1.16 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY - *** THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY NÉN KHÍ Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế nguyên lý cấu máy nén khí kiểu piston – xylanh Bảng số liệu kèm theo Hành trình piston H = 100 = 3.1 = = = = = = = = 800 0.04 3.0 0.12 1.5 120 0.1 0.45 (mm) BC Tỷ lệ chiều dài truyền trục khuỷu = 10 Vận tốc quay trục khuỷu Mơmen qn tính trục khuỷu Khối lượng truyền Mơmen qn tính truyền Khối lượng piston Đường kính piston Áp suất khí Áp suất lớn xy-lanh n1 J1 m2 JS2 m3 d3 p0 pm AB (vg/ph) (kgm2) (kg) (kgm2) (kg) (mm) (N/mm2) (N/mm2) Nhóm sinh viên thực MSSV: 20183307 Họ tên: Đặng Đức Hải Lớp: Nhiệt_02-K63 MSSV: 20183465 Họ tên: Hoàng Quốc Tuyên Lớp: Nhiệt_02-K63 MSSV: 20172138 Họ tên: Phùng Cơng Tồn Lớp: Nhiệt_02-K62 MSSV: 20183379 Họ tên: Trần Quang Minh Lớp: Nhiệt_04-K63 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hạ Kì: 2020.1 Page | Phương pháp giải tích Bài tốn vị trí 1.1 Bài tốn vị trí lược đồ: ∑ l⃗i =0 i=1 l⃗1 + ⃗ l 2+ l⃗3 =0 l⃗3=−l⃗1−l⃗2 e ⃗ n0 ta được: Nhân vơ hướng phương trình với ⃗ ⃗ l3 ⃗ e 0=−l⃗1 ⃗ e 0−l⃗2 ⃗ e0 ⃗ l3 ⃗ n0 =−⃗ l1 ⃗ n0− ⃗ l2 ⃗ n0 { l3 ⃗ e3 ⃗ e 0=−l ⃗ e1 ⃗ e 0−l ⃗ e2 ⃗ e0 l3 ⃗ e3 ⃗ n 0=−l ⃗ e1 ⃗ n0−l ⃗ e2 ⃗ n0 l cos φ 3=−l cos φ1−l cos φ2 l sin φ3=−l sin φ1−l sin φ { { Với φ 3=270 ° nên ta có: 0=−l cos φ1−l cos φ2 −l 3=−l sin φ 1−l sin φ2 { Từ hệ ta có: −l cos φ1=l cos φ2 cos φ2=¿ −l cos φ1 l2 φ 2=arccos ¿ cos φ1) l 3=l1 sin φ1+ l2 sin φ2 1.2 Tọa độ đỉnh đa giác: { k x k =x +∑ l i cos φi i=1 k y k = y + ∑ l i sin φi i=1 Chọn ( x , y ¿=(0,0) nên: Với điểm B: { x B=l cos φ y B =l sin φ Với điểm C: Page | { x c =l cos φ1+ l2 cos φ2 y c =l sin φ1 +l sin φ Với điểm S2 ( trung điểm BC): { xB+ xC y B+ y C yS = xS = 2 Bài toán vận tốc ∑ (ω i li ⃗ni+ ´li ⃗e i)=0 i=1 e ,⃗ n0 ta có: Nhân tích vơ hướng hai vế với ⃗ ¿ Hay { ∑ (l´i cos φ i−ωi li sin φi)=0 i=1 ∑ ( ´li sin φi + ωi li cos φ i)=0 i=1 Theo ta có hệ phương trình: l´1 cos φ1−ω l sin φ1+ l´2 cos φ2−ω l sin φ2 + l´3 cos φ3−ω3 l sin φ3 =0 l´1 sin φ1 +ω l cos φ1 + l´2 sin φ 2+ ω2 l cos φ2+ l´3 sin φ3 + ω3 l3 cos φ3=0 { à l´3 cos φ3−ω l sin φ1−ω2 l sin φ2=0 l´3 sin φ3 +ω1 l cos φ1 +ω2 l cos φ2=0 { { l´3 cos φ3−ω2 l sin φ2=ω1 l sin φ1 l´3 sin φ 3+ ω2 l cos φ2=−ω l cos φ1 cos φ −l sin φ | | 2 Xét ∆ = sin φ3 l cos φ 2 ∆=l cos φ2 cos φ 3+l sin φ2 sin φ3 Với φ 3=270 ° ∆=−l sin φ2 ω1 l sin φ 1−l sin φ Xét ∆´l = −ω l cos φ l cos φ2 | | ∆´l =¿ ω l l sin φ1 cos φ2 −ω1 l l cos φ1 sin φ2 Page | | cos φ ω l sin φ | 1 Xét ∆ ω = sin φ −ω l cos φ 1 ∆ ω =−ω l cos φ1 cos φ 3−ω l sin φ sin φ Với φ 3=270 ° ∆ ω =¿ ω l sin φ1 ∆´l ω1 l l sin φ1 cos φ2−ω1 l l cos φ1 sin φ vC = ∆ = −l sin φ2 2 ∆ω ∆ ω2 = = ω1 l sin φ1 −l sin φ Vận tốc điểm S2: v S= vC Bài toán gia tốc ∑ (−ω 2i li ⃗ei + εi li ⃗ni +2 ωi ´li ⃗ni +l´i ⃗ei )=0 i=1 e ⃗ n0 ta được: Nhân tích vơ hướng vế trái với ⃗ { ∑ (−ω2i li e⃗i +εi li n⃗i +2 ω i l´i ⃗ni+ ´li ⃗e i ) ⃗e0 =0 i=1 n 0=0 ∑ (−ω2i li ⃗e i+ εi li ⃗ni +2 ωi l´i n⃗i+ l´i ⃗e i) ⃗ i=1 Hay { ∑ (−ω2i li cos φ i−ε i li sin φi−2 ωi l´i sin φ i+ ´li cos φi )=0 i=1 ∑ (−ω2i li sin φ i+ εi li cos φ i−2 ωi ´li cos φi+ ´li sin φ i)=0 i=1 Theo ta có hệ phương trình: −ω12 l cos φ1−ε l sin φ1−ω 22 l cos φ2 −ε l sin φ 2+ l´3 cos φ 3=0 −ω21 l sin φ1 + ε l cos φ1−ω22 l sin φ2 + ε l cos φ2 + l´3 sin φ3=0 ε l sin φ 2−l´3 cos φ3=−ω21 l cos φ 1−ε l sin φ 1−ω22 l cos φ2 ε l cos φ + l´ sin φ =ω2 l sin φ −ε l cos φ + ω2 l sin φ { { 2 3 1 1 1 2 Page | Đặt b1=−ω21 l cos φ1−ε l sin φ 1−ω 22 l cos φ2 b 2=ω12 l sin φ1−ε l cos φ1 +ω22 l sin φ { Khi hệ phương trình trở thành: ε l sin φ 2−l´3 cos φ3=b ε l cos φ2 + l´3 sin φ 3=b { l sin φ −cos φ Xét ∆= 2l cos φ2 sin φ 2 | | ∆=l sin φ2 sin φ3 +l cos φ2 cos φ3 Với φ 3=270 ° ∆=−l sin φ2 b −cos φ Xét ∆ ε = b1 sin φ 3 | | ∆ ε =b1 sin φ3 +b2 cos φ Với φ 3=270 ° ∆ ε =−b1=ω21 l cos φ 1+ ε l1 sin φ1 +ω 22 l2 cos φ2 l sin φ b Xét ∆ l´ = l cos φ2 b1 2 2 | | ∆ l´ =b l sin φ2−b1 l cos φ2 ε 2= ∆ l´ = ∆ε ∆ ∆l´ 3 ∆ = ω21 l cos φ1+ ε l1 sin φ1 +ω 22 l cos φ2 −l sin φ = b2 l2 sin φ2 −b1 l cos φ −l sin φ Gia tốc S2: a s= aC Ta có bảng excel: Page | Họa đồ cấu vị trí thành viên nhóm bao gồm: φ 1=¿ 0,60,90,120,180,240,270,300,360 Sau phần trình bày thành viên nhóm Page | Họ tên: Đặng Đức Hải MSSV:20183307 I Tổng hợp động học I.1.Dữ liệu cho trước: Số liệu H w1 m2 JS2 m3 d3 p0 pm Giá trị 150 125.66 3.5 0.12 1.5 120 0.1 0.56 Đơn vị mm Rad/s Kg Kg.m2 Kg mm N/mm2 N/mm2 I.2.Xác định kích thước động học: Cơng thức: Kết quả: H=( l AB +l BC )−( l BC −l AB )=2 l AB l BC =3,8.l AB l AB=75 mm l BC =285 mm II Phân tích động học Hoạ đồ cấu: Hành trình cấu: Page | Chọn AB = 75 (mm) Tỉ lệ xích hoạ đồ: μl = l AB 0,075 m ¿ = = 0,001( 75 mm AB BC = 285 (mm) l BC =BC μl=285.0,001=0,285 m Từ φ =180 ° Ta dựng đoạn AB dài 75 mm, hợp với phương Ox góc 180° {AB=75 mm Dựng điểm B Từ B ta dựng đường trịn tâm B, bán kính R=285mm Từ A ta dựng đường thẳng ∆ vng góc Ox, đường thẳng cắt đường tròn tâm B C Dựng điểm C Đo đoạn AC ta AC = 274,95 mm l AC =μl AC =0,001 274,95=0,275 m Ta có S2 trung điểm BC: S2 B=S C= BC = l S B=l S C = 2 285 =142,5 mm 0,285 l BC = =0,1425 m 2 Ta dựng hoạ đồ cấu: Page | Hoạ đồ vân tốc: Theo đề ta có: ω 1= π n1 60 = π 1200 60 =40 π = 125,66 ( rad ¿ s m/s Tỉ lệ xích hoạ đồ: μv =ω1 μ l=125,66 0,001= 0,126 ( mm ¿ Vận tốc điểm B: ⃗ v B =⃗ v A +⃗ vB A 1 v B =⃗ v B A thuộc giá cố định nên Do ⃗ v b 1=v b 2=ω1 l AB=125,66.0,075=9,42 m s Vận tốc điểm C: ⃗ v c2 =⃗ v b +⃗ v c2 b ⃗ v c3 =⃗ v c +⃗ v c3 c ⃗ v c3 =⃗ vc Suy ra: ⃗ v b 2+⃗ v c b 2=⃗ v c +⃗ v c c4 Với: { m s ; v b ⊥ AB ⃗ v b 2=9,42 v c b 2=? ; ⃗ v = ⃗0 ; ⃗ v c b ⊥ BC { c { v c c4 =? ⃗ v c c ∥ AC { Chọn điểm p làm gốc hoạ đồ pb vng góc với AB, chiều theo chiều ω 1, có độ lớn Dựng vectơ ⃗ vB 9,42 = μ = 0,126 v pb2 v = 74,76 mm biểu thị vân tốc ⃗ B2 Từ b ta dựng đường ∆ vng góc với BC Từ p ta dựng đường ∆ song song với AC, ∆ ∆ cắt c 2, vC pc biểu thị vận tốc ⃗ ta vecto ⃗ Page | 10 Hoạ đồ vận tốc Ta thu được: v c2 b 2=0 m/ s v c2 b rad → ω2= =0 l BC s m v c3 c =9,42 s Page | 11 Hoạ đồ gia tốc : Tỉ lệ xích hoạ đồ: μa =ω21 μ l=¿ (125,66)2 0,001 = 15,79 ( m/s ¿ mm Xét với vị trí φ 1=180° Ta có: a b 2=ab =ω21 l AB =125,662 0,075=1184,28 m s2 k ⃗ ω2 x ⃗ v c c 4= ⃗ ω 2=0 → a c3 c =2.⃗ n a c2 b 2=w2 l BC =0 { ⃗ ac 2=⃗ ab +⃗ a nc2 b +⃗ a tc2 b ⃗ ac 3=⃗ ac +⃗ akc c +⃗ arc c ⃗ ac 2=⃗ ac Suy ra: ⃗ ab 2+⃗ anc b 2+⃗ atc b 2=⃗ a c4 +⃗ akc c +⃗ arc c Với: { ab 2=1184,28 ⃗ ab ∥ AB ac =0⃗ ; {⃗ m s2 ; atc b 2=? m/ s2 ; ⃗ at ⊥ BC { anc b =⃗0 ; {⃗ c2 b a = ⃗0 ; {⃗ k c 3c { m s2 ⃗ arc c4 ∥ AC arc c 4=? Chọn điểm π làm gốc hoạ đồ b,2 song song với AB, chiều từ B A, có độ lớn Từ π ta dựng vecto π ⃗ π b,2 = aB μa = 1349,02 aB = 85,44 mm biểu thị vecto ⃗ 15,79 Page | 12 Từ b ,2 ta dựng đường thẳng ∆ vng góc với BC Từ π ta dựng đường thẳng ∆ song song với AC aC π c,2 biểu diễn vecto ⃗ Khi ∆ ∆ cắt c ,2, vecto ⃗ Từ hoạ đồ gia tốc ta có: a rc3 c =ac c 4=322,98 m s2 Và a tc2 b 2=ac b2 =1227,58 m/ s2 a c2 b 1227,58 → ε 2= = =4307,298 rad / s l BC 0,285 Do S2 trung điểm BC từ ta xác định s,2 trung điểm b ,2 c ,2, , as π s2 biểu diễn vecto ⃗ vecto ⃗ a s = 613,74 (m/ s2 ¿ Page | 13 Phân tích lực: Dữ kiện: STT 10 Dữ kiện m2 m3 d3 p0 pm J1 JS2 ac aS2 lAC 11 φ1 12 ε2 Giá trị 3,5 1,5 120 0,1 0,56 0,04 0,12 322,98 0,275 Đơn vị Kg Kg mm N/mm2 N/mm2 kg.m2 kg.m2 m/s2 m/s2 m 180 độ 4307,29 rad/s2 613,74 Tính tốn áp lực khớp động moment cân khâu dẫn: h=l ACmax −l AC =0,285+0,075−0,275=0,085 m Ta có: Hmin=0,05 H=7,5 mm Hmax=1,05 H=157,5 mm Xét đoạn (c;d) tương ứng với H ∈ (Hc;Hd) ta có: pm Hc= p0 Hd → Hd= pm Hc =42 mm p0 → Trên ( c ; d ) tương ứng với H ∈ ( 7,5; 42 ) mm mà Hc=0,55 H=82,5 mm → điểm C không thuộc ( c ; d ) mà thuộc ( d ; a ) → p3= p 0=0,1 N /mm Page | 14 Áp lực tác động lên khâu 3: d 23 1202 P3= p3 π =0,1 π =1130,97 N 4 Trọng lực tác dụng lên khâu 2: G 2=m g=3,5.9,81=34,34 N Trọng lực tác dụng lên khâu 3: G3=m3 g=1,5.9,81=14,72 N Lực quán tính khâu 2: Pq =m2 aS =¿3,5 613,74= 2148,09 N 2 Lực quán tính khâu 3: Pq 3=m3 ac 3=1,5.322,98=484,47 N Momen quán tính khâu 2: M q 2=J S ε 2=0,12.4307,298=516,876 Nm Page | 15 Đo từ họa đồ Autocad ta có: h q =0,122 m h g =0,038 m 2 Phương trình cân lực cho khâu ta có: ⃗ N 12+ ⃗ P3 + ⃗ Pq + ⃗ G3 + ⃗ Pq + ⃗ G2 + ⃗ N 43 = Mà: ⃗ N 12=⃗ N n12+ ⃗ N t12, thay vào phương trình ta có: ⃗ N t12+ ⃗ P3 + ⃗ Pq + ⃗ G3 + ⃗ Pq + ⃗ G2 + ⃗ N 43 + ⃗ N n12 = Xét tổng moment điểm C khâu 2: N t12 l BC +G h g −P q hq −M q 2=0 → N t12=2728,55 N 2 Page | 16 Vậy chiều ⃗ N t12 với chiều giả sử 2728,55 N Nt Chọn tỉ lệ xích hoạ đồ lực: μ P = 12 = 272,855 = 10 mm ab Chọn điểm a làm gốc hoạ đồ Từ a dựng vecto ⃗ ab vng góc với BC, chiều từ BàA , độ lớn ab = 272,855 mm, biểu diễn vecto ⃗ N t12 P3 Từ b ta dựng vecto ⃗ = bc vng góc với AB, chiều hướng lên, độ lớn bc = μP 1130,97 P3 = 113,097 mm, biểu diễn vecto ⃗ 10 Từ c ta dựng vecto ⃗ cd vng góc với AB, chiều hướng xuống, độ lớn cd = Pq μP = 484,47 Pq = 48,447 mm, biểu diễn vecto ⃗ 10 Từ d ta dựng vecto ⃗ de vng góc với AB, chiều hướng xuống, độ lớn de = G3 μP = 14,72 G = 1,472 mm, biểu diễn vecto ⃗ 10 a S , có chiều ngược với ⃗ aS Từ e ta dựng vecto ⃗ ef có phương trùng với phương ⃗ Pq , độ lớn ef = μ = P 2 2148,09 Pq = 214,809 mm, biểu diễn vecto ⃗ 10 G2 Từ f ta kẻ vecto ⃗ = fg vng góc với AB, chiều hướng xuống, độ lớn fg = μP 34,34 G = 3,434 mm, biểu diễn vecto ⃗ 10 Từ g ta dựng đường thẳng ∆ song song với AB Page | 17 Từ a ta dựng đường thẳng ∆ có phương vng góc với vecto ⃗ N t12, ∆ N n12 ∆ cắt h vecto ⃗ biểu diễn vecto ⃗ Ta có hoạ đồ lực Từ họa đồ lực Autocad ta có: N n12=729,422 N 12 = √N t 12 + N n122 = 2824,366 N N 43 = 729,683 N N 43 đến điểm C thuộc khâu Gọi h0 khoảng cách từ giá vecto ⃗ Xét moment điểm C khâu có: ∑ M 3C =0 N43.h0 =0 h0=0 Phương trình cân lực cho khâu 3: ⃗ P q 3+ ⃗ P 3+ ⃗ G3 + ⃗ N 43+ ⃗ N 23 = Page | 18 Chiếu lên trục Ox Oy, ta có: N 43=N t23 = 729,683 N N n23=G3−P 3+ P q = 14,72 + 1130,97 – 484,47 = 661,22 N àN23 = √ N t232+ N n232 = √ 729,6832+ 661,222 = 984,708 N Phương trình cân lực cho khâu dẫn: ∑ M 1A =0 MCB - N21.h21 = MCB = N21.h21= 2824,366 4,3445.0,001 = 12,27 Mm Họ tên: Hoàng Quốc Tuyên MSSV:20183465 W1=40pi,φ=0 ° , lAB=75mm, lBC=285mm, m2=3.5kg, m3=1.5kg, H=150mm, Po=0.1 N/mm2 Pm= 0.56 N/mm2 Page | 19 1,Bài tốn vi trí: H:hành trình piston lAB= H 150 = =75mm 2 lBC = lAB.3,8 = 75.3,8 = 285mm Chọn AB=75mm =>Tỉ lệ xích μl =lAB/AB=75/75=1 =>BC = lBC/ μl = 285/1 = 285mm =>Vị trí điểm S2: AS2=0,5.BC=0,5.285=142,5mm =>lAS2=AS2 μl =142,5.1=142,5mm μl lAB AB lBC BC lAS2 AS2 75 75 285 285 142,5 142,5 2,Bàitoánvậntốc: ⃗ vC 2=⃗ vB 2+⃗ vC B ⃗ ⃗ vC 2= vC ⃗ vC 3=⃗ vC +⃗ vC C ⃗ ⃗ ⃗ => vB 2+ vC B 2=vC +⃗ vC 3C m ¿3 π( ) ∆1 s =0 vng góc AB vng góc BC theo w ta có { { ∆2 {song song AC { Ta có vB2=vB1=w1.lAB=3 π (m/s) Từhọađồvậntốc: vB2C2=0 =>w2 = vC2B2/lBC = vC = vC2 = vC3 = π ( m ) s vS2 = vC = π (m/s) Chọn pb2 = 50mm => μv = vB/pb2 = 9,4248/50 = 0,1885 Pb2(mm) vB(m/s) Pc2 vC C2b2 50 9,4248 50 9,4248 vt C B Ps2 vS2 W2 50 9,4248 3,Bàitoángiatốc: ⃗ aC 2=⃗ aB 2+⃗ a n C B 2+ ⃗ at B 2C ⃗ aC 2=⃗ aC 3=⃗ aC 4+ ⃗ ak C C + ⃗ ar C C =>⃗ aB 2+⃗ an C B 2+ ⃗ at B 2C 2=⃗ aC + ⃗ a k C C 4+ ⃗ ar C C { ¿ 1184,35 ∆ 1' ∆ 2' =0=0 song song AB =0 vng góc CB song song AC từ B → A { { { Page | 20