Động lực học máy (NXB khoa học kỹ thuật 2004) gs ts đỗ sanh, 177 trang

độ và giảm trọng lượng máy Ð

âu này làm xuất liện nhiều bài toán mới và phức tạp về động lực Nếu trước đây việc tính toán và thiết kế máy chú trọng nều về bài toán tổng họp động học thì ngày nay đo các yên câu nén trên, đặc biệt yeu cdu ve sain xudt link hoat thi van dé dong lực máy càng được chủ trọng

Nội dụng cuốn sách này Tập trung vào việc Ai

đựng mô hình cứng với bộ phan co

khí được gọi tắt là bộ phận cơ ) và mô hình máy mềm (động cơ nối với bộ

phận cơ bằng cơ cấu truyền động có kể đến đàn tính, nhưng khối lượng của nó được bỏ qua) Máy nhự vậy được gọi là máy tổ hợp Việc khảo xát nhằm mô phòng các tính chất động lực tcác đặc tuyến) của các bộ phận,

động lực củu máy: mô hình máy cứng (ộng cơ nỗ

trương tác giữa các bộ phán và trạng thái chịn tái của chúng trong quá trình vận hành của máy tổ hợp: quá trình chuyển tiếp ( mở máy và tắt máy }, quá trình bình ổn ( quá trình công tác j

Ngoài ru cuốn sách cũng đề cập trong mức độ “nhập nôn” một

phần hiện đại của động lực học máy: chuyển động máy được đ chương trình và tối ứt hoá chuyển dòng của máy

H khiển

Sách dược dùng cho sinh viên các ngành cơ khí của các trường

đại học và cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sự làm việc

Đặc biệt, tác giả xit cám ơn sự hỗ trợ của Chương trà Nghiên cứu Cơ bản trong Cơ học

Để cuốn xách được hoàn thiện hơn 0ú ong lần tắt bản sau tác gia

Vin trần trọng CẢM ơn và mong nhận được các \

CHUONG I

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH NGHĨA

1 QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC, MÁY VÀ MÔ HÌNH CẤU TRÚC MÁY

1.1 Quá trình công tác

Trong sản xuất cần thực hiện các công việc khác nhau Các công việc này được gọi là quá trình cor

c Đó là quá trình công nghệ nhằm thành phẩm; quá trình vận chuyền để di chuyển các nguyên vật liệu và bán thành phẩm đến địa điểm gia công tiếp theo: các thành phâm đến nơi tiêu thụ: quá trình biến đổi năng lượng từ đạng này sang dạng khác; quá trình thông 1ín (tư liệu, tài liệu kỹ th bản vẽ ); quá trình điều khiển Các quá trình này được thực hiện nhờ các

chuyển động cơ học bằng tay (thủ công) hoặc bằng máy

, mấy thông tin, v v Trong sản xuất công nghiệp có những máy thực hiện các quá trình công tác, nhưng không liên quan trực tiếp với chuyển động cơ học (ví dụ, các quá trình hoá, nhiệt, ) Đối tượng khảo sát trong cuốn sách không bao gồm các máy loại sau cùng này

1.3 Mô hình của các bộ phận cấu thành máy

cơ, cơ cấu truyền động bộ phận cơ học, hệ thống

điều khiển Máy có thể

gồm tổ hợp các hệ thống Hình 1.1 Sơ đồ máy một động có

được gọi là máy tổ hợp ĐC - Động cơ, BPC -B9 phan ce

Có loại máy tổ hợp một ĐK - Hệ diệt hich

động cơ (hình L.I), có ĐKCT - Điều khiển chương trình

loại máy tổ hợp nhiều động cơ (hình 1.2) Chuyển động cơ học của máy

luôn luôn kèm theo sự biến đổi dạng nang lượng Việc biến đổi được thực hiện nhờ chuyển động

Tuy thuộc

vào đạng năng lượng được biến đối mà có

các loại động cơ khác nhau: động cơ điện, động cơ nhiệt, động cơ thuỷ lực, động cơ khí nén

Để có thể thích ứng với các quá trình công tác khác nhau của mấy

hoặc với các biến động của quá trình công tác do các tác nhân khác nhau (có thể tiền định hoặc ngẫu nhiên) người ta sử dụng các hệ thống điều

khiển và điều chỉnh, Các hệ thống này hoạt động nhờ các tham số điều khiển u, (¡ = 1.2, n), tạo nên các chuyển động chương trình, làm giảm các sai số hoặc làm ổn định hoá các quá trình chuyển động của máy Máy không điều khiển hoạt động ứng với giá trị hằng của các tham số điều Khiển u,= u° = const Các bộ phận chủ yếu của máy không điều khiển là động cơ, bộ phận cơ được nối với nhau bằng cơ cấu truyền động, được gọi tắt là cơ cấu truyền

hình này cần bổ qua quán tính của cơ cấu truyền Cơ cấu truyền chỉ có

nhiệm vụ tạo cho cơ cấu chấp hành có tốc độ theo yêu cầu Do đó cơ cấu truyền cần được cấu trúc gọn nhẹ nhất, nên giả thiết bỏ qua quán tính của cơ cấu truyền, trong việc mô phỏng máy trong gần đúng thứ nhất là hợp

lý

Có thể xem cơ cấu truyền là phần tử không quán tính và không bị biến đạng Trường hợp này máy được xây dựng trong mô hình là máy có 6

hai khối lượng được gắn cứng với nhau Mô hình như vậy được gọi lá máy cứng hai khối lượng (hình I.3) Trong trường hợp không thể bỏ qua độ biến dạng của cơ cấu truyền, tức là trong trường hợp độ biến dạng của cơ cấu truyềi

ảnh hưởng đến chuyển động của máy thì cần xây dựng máy trong mô hình hai vật cứng có quán tính được nối với nhau bằng yếu tố có

tính đàn hồi, nhưng có thể bỏ qua quán tính của yếu tố đàn hồi này Máy

trong mô hình như vậy được gọi là máy hai khối lượng với cơ cấu truyền đàn hồi, nó được gọi tất là máy mềm hai khối lượng (hình 1.4) Phần tử đàn hồi được xây dựng trong mô hình tuyến tính

nén Quá trình biến đổi là nhờ các tham số điều khiển Đối với động cơ

điện, tham số điều khiển là thế hiệu (đối với động cơ điện một chiều), tần số của thế hiệu (đối với động cơ điện xoay chiều) lưu lượng (đối với động cơ thuỷ lực), lượng nhiên liệu (đối với động cơ nhiệ!) Thông số ra của động cơ thường là toa độ khâu ra của động cơ : khâu quay hoặc khâu

tịnh tiến,

Mô hình động lực của động cơ được xác lập dựa theo mối quan hệ giữa các thông số đầu ra của động cơ (toạ độ q vA q vận tốc) và lực do động cơ tạo nên và truyền đi Q Lực Q được gọi là lực phát động của động cơ (có thứ nguyên của lực khi khâu ra là tịnh tiến và thứ nguyên của ngẫu lực khi khâu ra là khâu quay) Mối quan hệ giữa các thông số động học và động lực của đầu ra của động cơ được gọi là các đặc tuyến của động cơ

Xót bốn mô hình cơ bản sau [5], [15].

a Động cơ với đặc tuyến dộng học lý tưởng

Đối với động cơ thuộc loại này quan hệ giữa thông số đầu vào và đầu ra có đạng:

trong đó: f- mOt ham xdc định,

Mô hình này thích hợp với loại động cơ mà vận tốc của đầu ra phụ thuộc rất íL vào tải, ví dụ như động cơ có công suất rất lớn

b Động cơ với đặc tuyến động lực lý tưởng

Khi lực suy rộng của lực phát động không phụ thuộc vào chuyển động của khâu ra của động cơ và được xác định chỉ theo các giá trị của thông số vào của động cơ, ta có đặc tuyến động lực lý tưởng:

thích hợp với các động cơ có lực suy rộng của

Đặc tuyến loại này

lực phát động phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc ví dụ, loại động cơ đốt trong

Các đặc tuyến lý tưởng của động cơ thường được sử dụng trong giai đoạn đầu của việc thiết kế máy khi chỉ cần biết loại động cơ và cần

xác định công suất yêu cầu

Đối với loại động cơ không điều khiển, tức u = u, = const, d6i với trường hợp đặc tuyến động học lý tưởng thì:

Tức là, khâu ra của động cơ có chuyển động quán tinh, ví dụ, quay đều đối với động cơ điện

Trong trường hợp đặc tuyến động lực lý tưởng sẽ có:

“Tức là lực suy rộng của lực phát động không đổi

Nếu các tham số điều khiển không thể khống chế được một cách

chặt chẽ ở chế độ không đối uụ, tức tham số điều khiển bị lệch đối với chế

độ hằng uụ với lượng rất bé thì có thể sử dụng quan hệ gần đúng, ví dụ, trong gần đúng thứ nhất có:

tuyến tại lân cận điểm (uu„@) hoặc (uÖa tiếp tuyến của đặc tuyến qua các điểm này

e Động cơ có đặc tuyến tĩnh

Nếu hệ thức giữa thông số động học q va luc suy rộng Q của lực

phát động ở đầu ra của động cơ có dạng:

hoặc trong dạng tương đương:

trong dé u - tham số điều khiển

q- van tốc của khâu ra động cơ Q - lực phát động của động cƠ

thì động cơ có được gọi là làm việc với đặc tuyến tĩnh Các đặc

tuyến (1.7) và (1.8) thường là phi tuyến

Trong trường hợp động cơ không điều khiển, tức u = u, = const,

Trong trường hợp tổng quát, lực suy rộng của lực phát động phụ

thuộc cả vào toa độ và vận tốc của khâu ra động cơ, cả vào tham số điều khiển, tức:

Các quan hệ trên có thể được cho trong dạng giải tích hoặc trong

dang dé thi Trên hình 1.5 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ (1.7), (1.8) và

các đường cong này được gọi là đặc tuyến của động cơ

Trong thực tế, máy thường làm việc ở chế độ rất gần với chế độ có các thông số không đổi (u = uy = consL, q z @¿= const, Q Qy= const) Trong trường hợp như vậy có thể sử dụng dạng tuyến tính hóa của chúng:

Tương tự như vậy nhận được:

Q = Quy, Wg) + Q(uy.o9 Ku Uy 1+ 2 tay.) 9) =

Hệ số s được gọi là độ cong của đặc tuyến tĩnh của động cơ tại

điểm làm việc (uạ,,) của động cơ (còn được gọi là độ cứng tĩnh của nó)

Thông thường việc tăng tốc độ sẽ làm giảm lực suy rộng của lực phát 1¬

dong cua dong co, nen ¿Q j 0a thường lây giả tị âm, Đo đó s có cái giá

trị đương,

Đổi với máy không điều khiển u z tu = conat, tả Ci

d Động cơ có đặc tuyển dụng lite

Đặc tuyển tĩnh phản ảnh chỉ đỏ lãm việc tĩnh của động cỡ ĐH

đó các thông số n, q, Q hoặc có giá 4 không đời hoặc thay đổi cất chân,

Trong thực tỷ vận tốc khâu ra của động cơ ñhụ thuộc không những vào

lực suy rộng của lực phát động mà còn nhụ thuộc vào tốc độ thay đổi của né, Trong gan đúng thứ nhấi có quan hệ sau:

Cac dac tuyén dang (1.18) = G2) đối VỚI TmHỘT SỐ loại động cơ

phần ánh tương đối đẩy đủ chế độ động lực của chúng Có những loại động cơ đại lượng q thay đổi trong giới hạn hẹp thì chế độ dàng lực của

chúng không phù hợp với các quan hệ được nêu Ở trên, Trong những

trường hợp như vậy cần xây dựng các đặc tuyển có dạng phù hợp khúc, e Đặc tuyển của một số loại động cơ được sử dụng trong cac may hien dai

- Động cơ điện mội chiếu với kích động độc lap

Chuyên động quay của khâu ra (ôto) của động cơ do trong tac của dòng điện trong cuộn đây và từ ưường được (ao ra do cuộn đây kích động thính 1.6)

Khi rôto quay trong cuộn dây sinh ra suất U

Công thức (1.23) là đặc tuyến động học lý trường của động cơ

Khi Không có tải (Q = Ở), tức, trong hành trình chạy trơn, đặc tuyến thực

được Xem như trong với đặc tuyển lý tưởng, Khi đật tại với mỗômen hằng

Q lên rôiơ, trong cuộn dây của nó sinh ra đồng điện không đổi I, theo định luật Ampe, Í được tính theo công thức sau:

k¢

Kỷ hiệu R là điện trở của chộn đáy của lỗi, phương trình của

mạch điện được viết như sau: Ôi « E + ER = kết + —Q

I=xE+IR + TL=kbg4+—(04-—0) q Ka a

Trong trường hợp này nhận được đặc tuyển động lực như sau:

với + - hàng số riêng thời gian (điện tin} cla dang co, t= LRU

Như vậy đặc tuyển của động cơ điện một chiều với kích động đúc

Hậpn có đang luyến tính Với r œ=k@RÑ' Ì; s=kì$R À: te LR eS «

Các thông số k, è, R, LL được cho trong số tay về động cơ điện môi

chiều

Một đặc trưng quan trọng của động cơ là hiệu suất, đó là tỉ sở giữa

công suất khâu ra và công suất của nguồn năng lượng,

Công suấi ở khâu ra W:

Vậy hiệu suấi rị sẽ là;

tiiệu suất có thể được viết theo công thức

U3

- Lồng cơ diện không động Bộ

Quá trình vật lý xảy ra trong các động cơ điện không động bó rất phức tạp 6 đây chỉ xây dựng đặc tuyến của chế độ tĩnh và chế đỏ động

‡

lực gần fĩnh Hoạt động của động cơ đhìn không đồng bò là do từ trưởng VỎ Véct7 cường độ g uay VOR van te sóc bang ty sO eda tan số v của dong dign xaay chién sinh ra rong cudn day stato vai xổ đội CHE P CUM TG, rong banh trinh ¢ hay tron (= UO) dưới ảnh hưởng của từ trưởng Hãy rôto quay cũng với vận tốc sóc của hành trình Chay tron:

cỡ thì hệ thức này biểu diễn đặc tưng động / N

Sy 1 G

CF fm G3 (3.903) Hink £7 Đặc tuyển tnh của Ne C8 điện khung đồng bộ

Đặc tuyển biểu thị quan hệ giữa tải

và hệ xổ trượi cho trang Cone thức chính xác Kioasg 2 {4}:

2M, ij + tO, j

G,Ơ sca! 4 2a,

Trong đó: M, - mémen Cực đại (tới hạn),

Œ( - hệ sổ Hượt Ứng vớt mônten cực đại, 3 ~ lý sẽ trở kháng trong staio vũ côto,

Các đại lượng a, a, Ai, được cho trong số tay tra cứu về động cơ điện không đồng bộ, Phần làm việc của động cơ ứng với tặc tuyến tĩnh ở

trong miễn các giá trị œ < 0 /5ơ,, (hình L7 1},

Trang chế độ động lực nếu các giá trị của œ khóng vượt ra khỏi

tuiiển này thì có thể sử dụng đặc tuyển động lực tuyến tính dang:

- Đồng cơ thuỷ lực điều chữ: khốc E1

gan dúng thứ nhất được xem là không phụ Km

Pree cổ Ty chanh Éh aŸ np trong hành trình chạy trơn (Q = 0) van » ` HứC đIÊN ChmMh khói

lắc gốc của môtg thuỷ lực ty lệ với lưu lượng

trang đỏ K„ - hệ số đặc trưng khối của môtd thuỷ lực,

Hệ thức (1.33) chính là đặc tuyến động học | ÿ tưởng Trong trường hợp có tái Q sẽ Xây ra hiện tượng hạ ấp giữa đầu vào và đầu ra cửa

môtg thuỷ lực:

Dạ ®

Ky

Hạ ấp gây nên sự rô rị khối chất lỏng làm việc Do đó có sự tổn

Hao lưu lượng đo rò rụ

W, = Ey Pa

rong do: g - he sei rd gi,

W, ~ luu luone bi rd ri,

Công thức (1,33) hãy giờ sẽ là:

Nó có dang (1.14) véi r= g kyis = kg!

Vậy (1.35) là đặc tuyến tĩnh của động cơ thuỷ lực, Nếu kể đến đỏ

thay đối của tải Q theo thời gtan (tức Q1) và lượng ha ap (6,3 thi cdn tính

tiến cá sự nền của chất lỏng, Trong trường hợp này lưu lượng mất mắt tỷ lệ với Đại:

15

trong đồ :VV, - lưu lượng bị mi do chải lòng bị nền,

E - môdun đần hồi thể tích của chất lỏng,

Vị - thể tích bàn trong của đường ống đẫn ấp lực cao kể e bơm và môig thuỷ hực mắc vào nổ,

rong trường hợp nạy (1,33) dượu viết như sau:

-Pone co dary live eal van buom (van ver inv}

Sơ đồ của động cơ thuỷ lực

Xứ yan tél được cho trên hình - ĐỂ oes ~ "È VT, {3 2S 3 4 row zo 3

thông số định vị của van điểu tiệt 3 — Ƒ 2 nS ¬ XS vo nhiệm vụ điều chính lưu lượng _ ` qua van nhờ đồ điều chính được vận

tốc của Khâu ra của động cơ Bộ |

phận điều tiết ấp lực 2 có nhiệm vụ

tHữử không đổi áp lực qua van do bơm | tạo nên, Buống phân phối

trong đỏ: Lí - hệ số lưu lượng qua van, phụ thuộc vào hình đẳng tiết diện;

fQ) - hầm đặc trưng, phụ thuộc của điện tích lộ, vào thông số

ou, ide vi tri cua van,

ð - mật độ khối của chất lỏng làm việc;

Ð, - ấp suất vào van tiết lưu, được giá thiết là hàng số; Bị - ấp suất trong buồng lầm việc của động cơ thủy lực,

Vận tốc suy rộng j của khâu ra (vận tốc góc của róio hoặc vận tốc đài của pnưiông) được tính theo công thức:

j " qe po OW — W,)

5.Ý lụa 20

T= V2 ươm — olp, —

Eif(u,) Ý Ky

Ÿ = meer POD med MEGS FY ka

Trong đó: Vụ ~ thể tích bên trong đường ống sau van kế cá phần lắp vào

động cơ thuy lực,

E - modun đần hồi của chi lòng,

Các đặc tuyển (1.36) + (1.39) ding với các giá trị cua QO không vượt giá trị giới hạn được xác định đo thiết bị điều tiết ấn suất, Giá trị giới

hạn này phụ thuộc yếu vào q

Nói chung ở các đặc tuyến tĩnh có đạng được chỉ trên hình 1.18, có phần BC ứng với công thức (1.36), phần AB được xác định do sự điểu

chỉnh của thiết bị điều tiết áp suất, „ ẨMìng Cơ XÑÍ HẺN

Trong các động cơ khí nên sử dụng không khi bị nén, Do tính nén của không khí đáng kế nên rất khó thực hiện các chuyền động chương

trình của cơ cấu làm việc Thông thường các truyền dẫn khí nén được sử

đụng để tạo lực, chúng tác dụng lên cơ cầu chấp hành (thí đụ pitòng) các lực theo yêu cầu, giá trị của nó được xác định nhờ ấp suất trong buồng làm việc của xvianh,

Trên bình Í.1Í là sơ để của động Ko m cơ khí nén đơn giản nhất với một buông

làm việc, Cúc thông số vào là toa độ của thiết bị {van kéo, van điều tiết, điều

khiển việc nạp không khí nén vào buông |

làm việc, Theo các giả thiết về đặc trung _ ed 2 của các quá trình nhiệt động lực, khi bố NÓ CÓ

sung khi vào buồng làm việc lưu lượng Hình Lũi Se “° HORE CO NU

Q =HIl00§ ye 2pyp,FC`~) (1.40)

trong dd: yo - hệ sẽ lưu lượng, gid tei cha nó phụ thuộc vào cầu trúc của

van tiết lưu, có thể thay đối trong khoảng 0,75+0,9; f{u) ~ điện tích của tiết điện;

p, - mat dé khí trong đường ống chính đân khí

P¿- ắE suấi cùng cấp: p - ấp suất trong buồng làm viếc,

Ehi píp, >Ô,525 luồng khí qua của van tiết lưu là trước tới hạn,

con khi p/p, 0.528 - trên tới hạn,

Các đặc tuyển của động cơ khí nên là phi tuyển, Tuyến tính hoá

chúng lân cận chế độ dững nào đó, thí dụ, H = ủẹ, p = Bạ, q = hạ (hình Ì.11) có thể nhận được đặc tuyển động lực dạng:

được xác định từ (1,39) khi thay H = us p = py.

2.2 Mô hình động lực của bộ nhân cơ

Phần cơ là một hệ cơ học gồm các vải thể liên kết với nhau có

phiệm vụ thực hiện các chuyến động cơ học theo yếu cầu, Các khâu của

bd phan này hầu hết la các vật thể rắn (vật rắn tuyết đối) và vạt thể biến

dạng bề thính thoảng có khâu mềm (biến dạng lớn) như đại truyền, xích, , và các khâu lòng trong các truyền động thủy lực

Kây dựng mồ hình động lực của phản cơ là mô hình hoá các khâu và các khúp thuộc hộ phận này, nó thường được sây dựng theo hai mô hink sau :

a Co cau vai kau cing

Mô hình này được xây dựng dựa trên các giá thiết cơ bán sau: 1) Các khâu thể rắn được xem là vải rắn tuyệt đối, các khâu mềm được xem là không bị dân, các khâu lông được xem là không bị nén

3) Cúc khớp thực hiện chỉnh gác các phương tĩnh hến kết, không có khe hở, mất tiếp xúc các khớp cấp cao không bị biển đang, Nói Khác đi, các khớp động là các Hên kết hôlônôm và gi

May mà bộ phận cơ gồm các cơ cấu với các khâu cứng được gọi

là máy cứng, Trong rnáy cứng số bậc tự do của mấy trùng với sẽ bậc động Trong trường hợp riêng của máy cứng mội động cơ, các tòa độ ĐỀ

các của các chất điểm của nó đều có thể biểu điễn là hầm của một toa độ

suy rộng, tức là;

b Cơ cần với khan đàn héi

Mô hình máy cứng trong nhiều trường hợp không đấp ứng được các yếu cầu của kỹ thuật như trong việc tính toán độ bên, độ cứng vững

(lao động) của máy, Đặc biệt trong các mấy hiện đại, các biển dạng và

gắn liên với chúng là các chấn động (dao động đân hồi có ý nghĩa rất

quan trọng đối với độ chính xác, tuổi thọ của mấy, Trong trường hợp như

vậy, cần thiết phải xây dựng mô hình phức tạp hơn, ví dụ, cần phải kế đến

biển đang của các khâu hoặc một số khâu Máy được xây dựng theo mô

hình như vậy được gọi là mây với khân đần hôi và gọi tất là máy mềm,

Nếu máy pốm có các khâu cứng và các nhân tử đân hội không quần tính

20)

thì có mô tình rời rạc, côn trong trường hợp không bỏ qua được quần tỉnh

của các phần tử đần hồi thì có mô hình với các thông số phân bố,

Việc xây đựng máy theo nề hình nào là vấn để rất phức tạn, trước

nhất nỗ phụ thuộc vào yêu cầu của kỹ thuậi và tiếp theéo phụ thuộc vào kinh nghiệm của việc khảo sát các lOẠI máy lương tự và sau cũng phụ

thuộc vào khả năng và kinh nghiệm tích luỹ của kỹ sự chọn mô hình

Thông thường việc chọn mồ hình được trên hành qua nhiều bước,

trong, giái đoạn tính toàn, thiết kế sơ Bộ thường sử đụng mô hình máy

cứng Cơ sở vào đỏ tính được công suấi động cơ, các phản lực tại các khớp động Mô hình máy mềm được để cập khi cần phải quan tâm đến các quá trình động lực như chấn động cua các phần tử, các quá trình chủ

kỳ với tần số thấp, Dao động với các tần số cao thường được tính đối với

các khán riêng biệt, Lễ đĩ nhiên tiêu chuẩn để khẳng định mức độ đúng

din của mê hình được sây dựng là thực nghiệm và thực tế,

3 CAC DAC TRUNG CUA QUA TRINH CONG TAC

Để thực hiện các quá trình công tác của máy, ví dụ, các quá trình

công nghệ, các động lực phát động cần phải thẳng các động lực cán, chính chúng đặc trưng cho quả trính công tác, Các động lực cán là các tan lam việc, các Hực cạn vô ích như các lye ma sat va ca trong tye dat lén cac

khâu của máy

3.1 Tai tam việc

Khi thực hiện quá trình công tác của mấy sẽ phái sinh các động

lực được gọi là các tài Rưn việc, Đó là các lực (ngẫu lực) tác dụng lên các bộ phân mấy, Chủng thường là hằm của thời gi, các thông số định vị và cả đạo hầm theo thời gian của các thong x6 dink vi:

of

Pl = PLAX Xgu Xp Xgaced Sẽ lu (1.43)

Chúng được gọi là các đặc tuyển của quá trình công tác Việc

nghiên cứu các đặc tuyến của từng quá trình công tác thuộc các môn

chuyén sau như: nghiên cứu đặc tuyến của lực cất Khi giá công khn loại trong máy công cụ được để cập trong lý thuyết cát, đặc tuyến của lực tác

dụng trên rồto mấy phát - trong lý thuyết nuấy điện ử đây chẳng lá sẽ

- khảo sắt đặc tuyển vài loại máy.

a May nang ha

Trong trường hợp này tái làm việc chính là trọng lực vật cần nâng,

Lue nay co gid tri hang trong ca qua trình năng, Như vậy:

oe 7 „

b Quat thông gió

Tại làm việc là môömen MI, của các lực khí động tác dụn ing lên cảnh

quạt, ngẫu lực này phụ thuộc vào vận lỐc góc của rồto, nó có thể biểu điện (gn dung) trong dang sau:

Công suất của lực cán trong gui luật của chuyển động tuỳ ý luôn

luỗn ầm

Thực vậy

We = Meas = FE ob Jomo) = a ablal <0

Công suất ầm chỉ ra rằng quá trình công tác yêu cầu chuyển liên tục năng lượng cho đổi tượng cần gia công, Đó là đặc trưng rõ nhất của

máy công nghệ, ví dụ, quá trình cất gọi kim loại

€ Äiáy phát điền một chiếu với kích đóng độc lập làn ciếc với trở kháng ngoài không đổi (hình LL12)

Như đã biết suất điện động tý lệ với vận tốc óc cia réto:

trong dé: @ - từ thông của kích đệng, 22

{ - dồng điện trong lõi, k-hé số tỷ lẻ,

R, - điện trở của cuộn day lỗi,

Mat khac theo dinh luat Ampe thi:

của R được cho Js

khinh Í L3 Cúc đặc poser

^ ` ¬

dạng CÍ 45), phải diện một Chiên cưa mà phái ng tỏi Ñ,

động tĩnh tiến đổi chiều, Khi pittong X TUẦN 4

chuyển sang phai, khang khí lrong

x¥lanh he nén làm cho ấp sual tang Hint fda Gide dé may nen i lên cho đến Khi van xã 2 chưa được mở, Sau đó không khí được nạp vào

và ấp suất trong buông khí được giữ gân như không đốt, Trong hành trình

ngược lại không khí dược hút qua van 3, ở đó áp suất thấp hơn áp suất khi

quyền Giản đồ chỉ thị thiết lập quan hệ giữa ap suadt va ca luc P tic dụng lên pitông (bằng tích của áp suất và điện tích mông) theo vị trí xu của

pitténe Chink 1.145,

Po = Pe Oxy, SIE » }

Đôi với trường hop x, > 0, sign(x,) = 1 ime vei nhdnh phia trén của đặc tuyến, khi Xg < Ô, signXu = -l ứng với nhánh phía đưới, Diện tích 5 được giới hạn bởi đặc tuyên (theo tý lệ xích cho) là công của lực Đẹ Chinh 1.13)

Se AP dX,

Quá trình công tác của máy này có đặc trưng va ghạm Đặc tuyển

của các quá trình như vậy được cho trên hình 1.16

3.2 Luc ma sit

Lực na sát là lực cản sinh ra trong các khớp động Thông thường bỏ qua cdc luc ma sat trong khi khảo sát động lực máy, tức là xem co cau là các hệ với liên kết lý tưởng, Tuy nhiên có những cơ cấu trong đó lực ma sát đóng vai trò và có ảnh hướng quan trong đến các đặc trưng động lực của cơ hệ, ví dụ, trong công nghệ mài, Trong những trường hợp như

ay khong thé bo qua cdc lực mà sát và máy được xem như cơ hệ không

lý tưởng,

3.3 Trong lực

Trong khảo sát động lực cần thiết phái chú ý đến trong lực cá khâu mà trong chuyển động của máy, trọng tầm của các khâu di chuyển loại lực này thuộc loại lực có thế và trong quá trình chuyển động của may có thể sinh công dương trong giai đoạn này của chuy rên động và sinh

công âm trong giải đoạn khác của chuyển động.

CHƯƠNG 2

CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY CỨNG MỘT BẬC ĐỘNG

1, MÔ HÌNH MAY CUNG MOT BAC DONG

Trong trưởng hợp cơ cấu truyền động đủ cứng, có thể mẽ hình của

nó là rong đang phần tử cứng tuyệt đôi không khỏi lượng, Trong d lên kien như vậy có thể xây dựng máy trong mô hình máy hai khối lượng :

động cơ và bộ phận cơ nối cứng với gbau (hinh 1.3) Để xác định ta khảo sát trường hợp động cơ có khâu ra là khâu quay, toa độ của nó được ky

hiệu qua g, Gọi T là động năng của mấy, biểu điển qua tòa độ và vận tou

khâu ra, tức T =T{4.đ) và Q - lực suy rộng của các bực tác dung lên máy

Ứng với tọa độ suy rộng q, nồ thường có dạng Q = QŒ, q, đÓ

Phương trình chuyển động của máy được viết dưới dạng phương trình Lagrange loại 2:

t triển khai phương trình này cần thiết phải tính các biểu thức

động năng của máy và lực suy rộng ©

1,1 Biêu thức động nâng của máy

a Bieu thire cia momen quan tinh thu gon

Biểu thức động năng của máy được tính theo công thức:

trong đó: th, - khối lượng của phần từ M, v, - vận lỐc của HỖ

Ker Yor & 7 Wa dG cba phan tu nay

Vi may 1h co hé cd mot bac tu de nén tow do cac phần tử đếu biểu

điển được qua toa độ suy rộng, tức là:

được gọi là momen quan Unh khoi lvong cla may thu ve khau ra của

động cơ, được gọi tải lá nômen quần tỉnh khối lượng thu gen Dd la ham

của của toa độ của khâu ra của đồng cơ và là ham tuần hoàn đối với q, vì

sau khi trục động cơ quay được một số vòng thì các khâu cua may trở về

vị trí xuất phát, Giả thiết rằng chủ Kỳ của máy ứng với một vòng quay của

động cơ Để thuận tiện mômen quần tính khốt lượng thu gon Của may

được viết trong đang sau:

được gọi lì giá trị trung Bình của mómen quán tính thu gọn của mấy

trong một chủ kỳ, nó là thành phần không đổi của mômen quản tính thu

gon Cua may, Con

nên giá trị rung bình trong một chủ kỳ của thành phần biển đổi của mômien quần tính thu gọn của máy bảng không

Dưới đây khảo sắt một số thí du Thidu 2h

Kháo sắt một máy gồm các khâu cứng được cho trén hình 2.1

Mi

Gis osu động cơ có

mômen quán tính khối lượng

đổi với trục quay riêng của nó là l„ nối với các bộ phận công tác 5 nhà

các bánh răng 1, 2, 3, á Chúng có mỏmen quấn lĩnh đối với trục quay

riêng của mình lần lượt là 1„, J, 1 1¿ Cơ cấu chấp hành 5 có mômen quần tính đối với trục quay ri©ng của nó là J)

Hinh 3.tÀun dỗ này chao thi dụ 2Ì

/ây mômen quán tính thụ gọn khối lượng của máy là:

Haqjyedy +5, +0, thal t Gy t Sg dopeg> = const ~*

a4

THÍ lĂN 2.2: 41

eon ve tay quay cua co chu tay oO 8 Nà vê

momen quần tỉnh của lay quay đột có ` Yo My

với trực Ct là J1, mömen quan tính

của tưnnh truyền đổi vớt khối tâm C „

của nộ là 1, và khối lượng của nó là

m:, khối lượng của còn trượt là ứ,

Khối tâm của tay quay do được căn bằng nén nằm tại Ô, khối tâm C của thanh truyén nam cach A mat khodng bing a, OA =r, AB = 1

Find 2.2 Cee can fery gray CON THỘC

Động năng của cơ câu bằng tổng động nâng của các bộ phận của nó, tức là:

với đường tượi của Côn trot}

Biểu thức động nâng của cơ cấu được viết trong đang 880; GX a | oo

Pacesy lle yam oy le

Trong trưởng hợp tổng quát mômien quần tính thu gọn của máy là hàm phi tuyến đối với toa độ của khâu ra của động cơ như trên hình 2.4,

Để có thể nhận rõ ánh hưởng quần tính của từng hộ phận, cụ thế

la cua dong co va cla bộ phận cơ, biểu thức mômen quấn tính thú Bon

được viết rong dạng

Oday 1đ) - mômen quần tính của động cơ thu về khâu ra của nó,

Jc(q) - momen guin tính của các bộ phân của may trữ động cơ,

Nói chung các thành phần 1q) và Jạ(q) là những hàm Bh tuyến và tuần hoàn đối với toa độ q,

3a

Giá sử khâu ra của động cơ có chủ kỳ 2®, tức sau Khi trục động cơ

quay được một góc 2% thì tất cá cấc khâu khắc của máy trở về vị tí xuất phát, Nếu tỉ số truyền động từ Khâu ra của động cơ đến khâu vào của bộ

bơ cấu chân hành Hình 1.4 Đồng củ và cơ CLH eben hank cia may

Trong đó T và TỦ là chủ kỳ khâu ra của động cơ và khâu vào của

bộ phận cơ tượng ứng, Do dó nếu ch kỳ khâu ca của động cơ là 2m thi chủ kỳ TT” khâu vào của bộ phan co tà 2i, Như vậy nếu Jj(g) là hàm có chủ kỳ đổi với q là 2œ tủ 444) là hầm có chủ kỳ 2mi, Do tính chủ ký của

chúng nên các hầm này có thể viết trong dạng sau:

adi, con J, va Te la cde dé lech cua momen quan tinh thu gon cua dong

cơ và của bộ phận cơ đối với giá trị trong bink J, coa no:

}, được gọi là giá trị trung bình mômen quần tính thị gọn của may

30

Í,2 lực suy ròng

Các hức ấp vào máy Qực hoạt động) gồm các lực phái động, các tực can có ích và lực cán võ ích (hao nốm cả các trọng lực), Lực phát

động đặt ở khâu ra động cơ, các lực cần có ích đất trên cơ cấu chấp hành

Cúc lực căn vô ích và trọng lực đất lên cả động cơ và hệ cơ (rong đó kế

cá cơ cấu chấp hành) Các trọng lực trong nhiều trường hợp đóng vai tra cả lực can có ích và lực cân vô Ích,

Lực suy rộng Hong phương trình (2) được tính theo công thức NAM)

VÌ rằng

Biểu thức lực suy rộng Q có thể được viết nhữ sau

a day W là tổng công suấi của các lực tác dung lên may

Biểu thức lực suy rộng Q có thể viết

Odo Q, - lye sey rộng của lực phát động, Nếu động cơ có khâu ra là

khâu quay thì Q2 = A4, (M, là mômen động cơ)

Q¿ - lực suy rộng của các lực tác đụng lên hộ phận cơ gốm các lực cản có ích, lực cán võ ích và cá các trọng lực Trong trường hợp khâu ra

của động cơ là khâu quay thủ QL là ngẫu lực suy rộng của các lực cán thu

về khâu quay, Chú ý rằng nếu toa độ suy rộng có thử nguyên độ đài (thi dụ, khâu ra của động cơ là khâu tình tiến) thì các lực suy rộng có thứ nguyên hức,

Giả sử rằng khâu ra của động cơ là khâu quay và các lực suy rộng của chúng là các ngắn lực thủ gọn

Đề thí đụ ta tính ngẫu lực suy rộng của các lực căn trong thí dụ

4.1, Tỉnh lực suy rộng ứng với ngắu lực cán MI đặt lên khâu ra của cơ cấu, ngược với hướng quay của khâu này,

Vì vận tốc gúc œ của cơ cẩu chấn hành là:

Saat errr

khầu ra của động cơ Trong trường

2.1 Phuong trinh chuyén dong cua may

Để viết phương trình chuyển động của mấy, ở day sử dụng

phucng tinh Lagrange foai H Dong aang có biểu thức (2,3) côn lực su) rộng có biểu thie (2.13) trong dé Qy = M, vA Qe = Me (My- momen phái động của động cơ, Mục - mômen các lực van},

Phương trình chuyển đóng của máy sẽ là:

& OY

Phương trình này sẽ mỡ tả hoàn toàn chuyển động của máy nếu

biết được gui luật thầy đối của mÔHCD phát động MỤ, nó được lạo ra do các quả trình vật lý xấẩy ra tronp động cơ, mà quá trình này trong Hường hợp tổng quát lại nhụ thuộc vào quá trình công tác của máy

Như đã biết, quá trình vật lý xdy ra trong động cơ được mô phòng qua biểu thức mômen phát động Mu được gọi là đặc tuyển của động CÓ,

acc h3 của coếu Ty việc ssất các loạt đông cơ có các đặc tuyén sau:

q Đặc tuyển động học [ý tưởng: qe fag

thir

M.< Muốkg, q)

Như vậy đặc tuyến tĩnh của động cơ ứng với với quá trình mã trong dé madmen dong co thay đối chim Ham M,, trong mot sO trueng hợp không phụ thuộc vào tọa độ q (thi du, dong cử điện réto} và trong một số trường hợp tà hầm chủ kỹ đổi với gốc qUAY, chu ky cua no phụ

thuộc vào chủ kỹ ota dang ca,

Chọn q sao chờ ứng với một chủ tônh của động CƠ Q thay đối một góc 2œ, Như vậy ham M,, cé chu ky In, Vi du, dOng co dot trong 4 thi, trong một chủ trình ứng với hai vòng quay của trục khuýu nên chọn q bằng nửa góc quay của khâu ra

Đôi với các loại động cơ rôt+ Mu (udg,g) = MỸ (nà) (322)

2.2 Phương trình chuyên động của máy đối với từng loại đặc tuyến 4 Trường hợp máy với động cơ có đặc tuyển động học lý tưởng

Trong trường hợp này q = u) nén chuyến động của máy ứng với quy luật điều khiển xác định su) được xác định trực tiếp qua phương trình:

M dt) Tad yiqa y+ 3 140) Hạ 0M, g0) d0] (2280 3 da

h Trường hợp máy với động cơ có die tuyén tink

Phương trình chuyến động của máy phù hợp với (2, L8) sẽ là

dy

trong diễn a kien tho 9 ban đầu: sf cho ng nhiệm dạng:

= 0Œ ¿,qu,.11 đ= 01a đu, Ð (2.26)

tÖ mô tá chuyển động của máy,

€ frường hạn máy với động cơ có đặc tuyến động lực

Chuyên đông của máy được mô tá bội hệ phương trình vị nhân : « „ v s | a4

tức xác định được chuyển động của may va momen phat động cán thiết

đề duy trì chế độ chuyển động nay

2.3 Cae ché dé chayen ding cia nay

Khao sát động lực máy trước hết cấn m và phần tích các nghiệm Hệng của phương trình vị phần chuyên động của tấy, chúng phụ thuộc vào các chế độ chuyển động của máy, Quá trình làm việc của máy thôn

ne

a, Gud trink mo may

May tir trang thdi déng yén được đưa vào làm việc, Quá trình nay

tưỡng ứng với sự thay đối vận tốc góc từ tù = Q đến giá trị œ = ơi, tiểu chế

độ lầm việc là quay đều) Quá trình này xây ra tron 8 khoảng thời gian rấi

ngắn, Việc rút ngắn thời shin mở máy là một trong các biện pháp để tầng hăng suất của máy, Tuy khoáng thời gian mở nảy rất ngắn nhưng trong

quả trình này thường xấy ra cúc hiện ứng động lực xấu, h, Quả trình bình bn

Đây là quá trình máy thực hiện các yêu cầu của quá trình công tác của máy, Quá trình này chiếm khoảng thời gian đài nhất trong chu trình làm việc của máy,

C Quá trinh tat may

`»

Quá trình này là đưa may tu trạng thái làm việc bình ổn về trạng thái yên nghị, Quá trình này ứng với sự thay đối vận tốc góc từ giá trị tủa

no trong chế độ bình ổn về giá trị không Quá trình này cũng xây ra trong

khoảng thời gian ngắn,

Quá trình mở máy và tất tấy thuộc quá trình chuyển tiếp là quá

trình ong đó các tham số trạng thái thay đôi đáng kể trong khoảng thời

gian ngắn, Quá trình bình ổn là quá trình làm việc của máy trong khoảng

thời gian đài, trong đó các tham số trạng thái hoặc không thay đổi hoặc

thay đổi ítL Đây là quá trình quan trọng nhất trong chu kỹ làm việc của táy, Đặc tỉnh của quá trình hình ổn là:

+ Các tham số điều khiển nhận được các giá trị xác định:

U, = 8,” = const

*@ = O,= const hodc @=a,+ Yo vil hy << Oy = CONST

Cần lưu ý rằng có những loại máy không có sự phân biết rõ các giải đoạn, (ví dụ như may nang hạ) hoặc các giai đoạn lông vào nhau do

các lương tác ngẫu nhiên của các quả trình chuyển tiếp xấy ra chính trong quá trình bình ốn,

36

CHƯƠNG 3

DONG LUC CUA QUA TRINH BINH ON

i CHUYEN BONG BINH ON CUA MAY VOI BONG CO CO BAC

TUYỂN ĐỘNG HỌC LÝ TƯỜNG

Khao sat trường hợp động cơ của máy lầm việc với đạc tuyển

động học lý tưởng:

q =fu)

Đôi với máy không điều khiển tu = uụ vận tốc góc của khâu ra

của động cơ sẽ có giá trị không đổi:

Momen phat dong cia déng cơ có biểu thức:

Từ đây tạ nhận được giá trị trung bình của mômen phát động:

được gọi là thành phần động lực của mômien phát độn Ẹ

Trong trường hợp động cơ rồto, Lũ) là hầm có chủ kỳ 2mni/ow, và

dò dạ sOnên =====, Í, và M,(q.đ) đếu có chủ kỳ 2mi đổi với q, dq dụ

là chủ kỹ của khâu vào của bộ phận cơ,

Nomen dong hyo truyện vào CƠ cấu truyền, trong đồ thường Bao OM CÁC truyền động bánh ràng tăi nhạy đổi với cáo H ải động lực VÌ vậy việc xác dinh momen động ue 1c} la yAt quan Wong để tính toán độ bên của truyền động bánh ràng: ‘eu quan trong Ia gut inj cue dai cla momen

tông hức không được vượt quá giả Irị ung hình của mômn trong vỡ câu

truyền: Mi Cony} fete cần thực hiện điều KiệP: Lig<-M s {is}

Nếu M0 thay đất đấu sẽ dẫn đến thay đổi hướng truyền của momen được truyền gua CẤU bánh răng và đỏ đó gây Tả SỰ sắp xếp lại khe hở trong truyện động bank ring: ide mal rang nay hic MAL rang Kid làm

việc, Điều nay làm giảm khả nàng làm việc của truyền động,

3 CHUYỂN ĐÔNG BÌNH ỒN CỦA MÁY VỚI ĐỒNG CO CÓ ĐẶC

"CUYỂN TĨNH

2 1 Xác định chế độ chủ yến động bình an

Dựa vào (2-7) (BB, (2-8) (3-10) vi (2- Eb) tas con

_

Hays dạ + Jạ ape VAN)

trong d6 2 Sy Fy GU Fe (q) được tỉnh theo (2-9) va (2-10)

Phương trình chuyển động của máy (2-18) được viết trong dạng

+ Mfg.) mor by Jig) $e AG a0 2n 458/7 gái pa Qe (3.4) 2 AY

Dé ding thdy rang nếu không có bốn sở hạng cuối trong về phải

cdc momen Mg Mi thi may co thể có chế độ quay đều với vận tốc gốc

= Dox

Thực vậy, phương trình

4

Có thể có một nghiệm riêng dang:

Với 0y thoả mãn phương trình sau:

My Gla dd + M cÍq;= Ö (3 7 Vậy nếu máy có phương trình chuyển động (3,5) thì nó có thể chuyển động bình ổn ứng với (3,6) được tìm từ CÁ, 7}

Như vậy chính bến số hang sau cùng trong về phải của phương

trình (3.4) làm cho máy chuyển động lệch đối với trạng thái quay đều với

tòa là nghiệm của phương trình đại số (47), Bến số hạng sau cùng trong về phải của phương wink (3.4) I không lớn nên trong gần đúng thứ nhấi có thể bỏ qua và xem may chuyển động, với chế độ (3 6)

Tuy nhiên, trong thực tế tổn tại bốn số hạng sau cùng trong về phải của phương trình (3.4) dù là bề, ảnh hưởng của chúng là lầm máy chuyển động với vận tốc góc œ # (đ, nhưng rất gần (a„ Do đó có thể xem @„ là nghiệm gần đúng bặc “Ú” của phương trình (3/4), (3.6) là chế độ bình ổn bậc “Ô” của chuyé ú động của máy, Từ đó hy vong rang tim nghiệm gần đúng tiếp theo của phụ tong tinh (3,4) sẽ cho chuyển động Đình ến có độ chính xác tốt hơn, Để tìm các nghiệm gần đúng tốt hơn của

3.4) lạ sử dụng phương pháp gần đúng Hiên tiếp

Kí hiệu q”lã nghiệm pần ding bac “i” và q'” là nghiêm gần đúng

Oger ae < “ + we Et ~ Ble cod ; (1: mass

Đề tim nghiệm gần diing bac “1”, ký hiệu q4" gg’? ta thay

(= Hyl, GQ My,G=O0 vào vẽ phải của phương tinh (3.4), nó là hầm

của t và được ky hiéu Lite

Giả sử phương trình này cho nghim dang:

Để tra nghiệm gần đúng tiếp theo tả thay (3.11) vào về phải của

phương trình (3.4) Ta nhận được phương tí1mh:

1uũ= MỸ G(à)< MỆ (1= =1 1a ”011+ 2187 1001 WP aD Edy ay dg Lig? (Q)+ ty toa) Ben (pa, đủ a 2

mane sane

Nghiệm của phương trình (2.12! được xem là gần đúng bậc hai, Nếu quá trình lập hội tạ, tức cùng với sự tăng của bước tính toán mà

ga-ga) tien dén khong với mọi 1 thì có thể nhận được nghiệm

chính xác của phương trình (4,3%

Tuy nhiên trong thực tế, nghiệm gắn đúng thứ nhất trong sẽ lớn trường hợp có độ chính xác thoa mãn các yêu cấu của bài toán kỹ thuật,

3.3 Sự ấn định của các nghiệm trong pản đúng bắc ””

Chuyển động bình ên của máy Hong gần ding bac “O” img với

nghiệm của phương tình đại số (3.7),

Phương trình đại xố này, trong trường hợp tổng quất là phi tuyển có thể có một số nghiệm Tuy nhiên Hong thực tế chỉ sấy ra chế độ

chuyển động bình ồn, nó ứng với nghiệm ồn định của phương tình 3.7},

Khái niệm về ổn định của chuyển động được trình bay trong nhiều

chuyên khảo [7, 10, l2]: Ở đây chỉ nêu ra một cách vấn tắt ý cơ bản của

khái niệm Hãy,

Cha sy may dang quay đều với vận tốc góc øạ, do một tac nhận nào đá tại thời điểm sác đdịmh, thí dụ, sau thời gian |, may

chuyển sang chế độ chuyên động với vận tốc góc œ, gần VỚI œạ, LỨC

Mã

Agi = | @,- Wy) << Wy Lic do:

- Ché dé chuyén déng ©, duoc gọi là ổn định (tiêm CẬn) HIẾU sau thời gian t, máy xác lập lại chế độ chuyển động với vận tỐc góc tòa,

Chế độ chuyển động nụ được gọi là ổn định (nhưng không tiệm cận) nếu sau thời gian {, máy xác lặp chế đề chuyển động với vận tốc góc

œ gần, nhưng không đồng nhất với œ,