bài tập lớn nguyên lý máy đề tài thiết kế nguyên lý máy nén khí

TRƯỜNG CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIKHOA CƠ ĐIỆN TỬNCM THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ---*---BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁYĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY NÉN KHÍ Hà Nội, tháng 11 năm 2022... Son

TRƯỜNG CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIKHOA CƠ ĐIỆN TỬ

NCM THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ -* -

BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY NÉN KHÍ

Hà Nội, tháng 11 năm 2022

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay đất nước đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên con đường công nghiệp hóa,hiện đại hóa Song song với việc đó là tầm quan trọng của máy móc Nó ngày càngphổ biến và phát triển để thay thế sức lao động của con người Tuy nhiên nhu cầu kỹthuật ngày càng cao đòi hỏi mỗi người chúng ta cần phải tìm tòi và nghiên cứu khôngngừng để đáp ứng được các nhu cầu đó.

Là sinh viên Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, em luôn thấy được tầm quan trọngcủa máy móc nói chung và đặc biệt là môn nguyên lý máy nói riêng Ngày hôm nay,dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy “Nguyễn Bá Hưng” và các bạn trong lớp, nhóm 9chúng em xin thực hiện bài tập lớn về đề tài “thiết kế nguyên lý máy nén khí” nhằmhiểu sâu, hiểu rộng những kiến thức đã được thầy truyền đạt trên lớp và thông qua tìmtòi, học hỏi, áp dụng từ lý thuyết đến thực tiễn, tạo tiền đề, cơ sở cho những môn họcsau này.

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện do trình độ năng lực và kinh nghiệm còn hạn chếnên không thể tránh được những sai sót, mong thầy và các bạn bổ sung để kiến thứccủa nhóm chúng em được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa, nhóm 1 chúng em xin cảm ơn thầy “Nguyễn Bá Hưng” đã hướng dẫntận tình để giúp chúng em hoàn thành phần tìm hiểu này.

Phần I: Phương pháp giải tích.Xét hành trình piston:

H=lACmax−lACmin= (lAB+lBC)−(lBC−lAB)=2 lAB

Hình 1: Lược đồ bài toán vị trí bằng phương pháp giải tích.1 Bài toán vị trí.

Gọi li là vectơ thứ I của chuỗi.

Ta có: ∑

li=0 (1) hay ∑

Với ei là véc tơ chỉ phương của li và lilà độ dài của li

Suy ra: l1+l2+l3=0→l3=− l1− l2

Nhân vô hướng phương trình trên lần lượt với e0 và n0 ta được hệ:

{l3.e0=− l1.e0− l2.e0l3.n0=− l1.n0− l2 n0→{l3.e3e0=−l1 e1e0−l2 e2e0

l3 e3n0=−l1 e1n0−l2 e2n0

→{l3 cos φ3=−l1 cos φ1−l2 cos φ2

l3 sin φ3=−l1 sin φ1−l2 sin φ2

cos φ1)

→l3=l sin φ11+l2.sin φ (mm)2 Tọa độ các đỉnh của đa giác:

{x xk= 0+∑

licos φiyk=y0+∑

lisin φi

Chọn (x0,y0¿=(0,0) nên:+ Với điểm B:

{xB=l1cos φ1y=lsin φ

2 Bài toán vận tốc.

Từ bài toán vị trí ta có: ∑

Đạo hàm hai vế biểu thức ta được:

li ei=∑

dt¿ ei+li.d ei

dt=˙livàd ei

dt ni

( ˙licos φi−ωilisin φi)=0

( ˙lisin φi+ωilicos φi)=0

Theo đó ta có hệ phương trình:

{˙l1cos φ1−ω1l1sinφ1+ ˙l2cos φ2−ω2l2sin φ2+ ˙l3cos φ3−ω3l3sin φ =03˙l1sin φ1+ω1 1lcos φ1+ ˙l2sin φ2+ω2l2cos φ2+ ˙l3sin φ3+ω3l3cos φ3=0Dol1,l ,ω23=¿ const

→{l˙3cos φ3−ω1l1sin φ1−ω2l2sin φ2=0˙l3sin φ3+ω1l1cos φ1+ω l22cos φ2=0→{˙l3cos φ3−ω2 2lsin φ2=ω1l1sin φ1

ω1l1l2sin φ1cosφ2−ω1l1l2cosφ1sin φ−l2sin φ2

ω2=∆ω2∆=

(ωilini+ ˙liei)=0 Đặt¨li=d ˙lidt;εi=dωi

dt;d ni

Ta được:

(−ωi2liei+εilini+2 ωi˙lini+ ¨liei)=0

Nhân tích vô hướng vế trái của với e0 và n0 ta được:

{ ∑

(−ωi2liei+εilini+2 ωi˙lini+ ¨liei).e0=0

(−ωi2liei+εilini+2 ωi˙lini+ ¨liei).n0=0

{ ∑

licos φi−εilisin φi−2 ωil˙isin φi+ ¨licos φi)=0

lisin φi+εilicos φi−2 ωil˙icos φi+ ¨l

isin φi)=0

Theo đó ta có hệ phương trình:

{−ω1l1cos φ1−ε1l1sin φ1−ω2l2cos φ2−ε2l2sin φ2+ ¨l3cos φ3=0−ω1l1sin φ1+ε1l1cos φ1−ω2l2sin φ2+ε2l2cos φ2+ ¨l3sin φ3=0{ε2l2sin φ2− ¨l3cos φ3=−ω1l1cos φ1−ε1l1sin φ1−ω2l2cos φ2

ε2l2cos φ2+ ¨l3sin φ3=ω1l1sin φ1−ε1l1cos φ1+ω2l2sin φ2

Đặt{b1=−ω1 l1cos φ1−ε1l1sin φ1−ω2l2cos φ2b2=ω1l1sin φ1−ε1l1cos φ1+ω2l2sin φ2

Khi đó hệ phương trình trở thành:

{ε2l2sin φ2− ¨l3cos φ3=b1

ε2l2cos φ2+ ¨l3sin φ3=b2

+ Xét ∆=|l2sin φ2−cos φ3l2cos φ2sin φ3|

∆=l2sin φ2sin φ3+l2cosφ2cos φ

ω1l1cos φ1+ε1l1sin φ1+ωl22cos φ2

−l2sin φ2

→aC= ¨l3=∆¨l3∆=

b2l2sin φ2−b1l2cos φ2

−l2sin φ2

Thay số: ω1=40 π rad/s,l1=0,09m ,l2=0,36 m,φ1,φ2

Suy ra : aC(m/ s2),ε2(rad/s2)Gia tốc điểm S2:

{aS2x=ω1.l1 cos(φ1)+ω2.2

2.cos(180 –φ2)+ε2.2

2 cos (φ2−90)aS2y=ω1.l1 sin(φ1)+ω2.2

2 sin(180 –φ2)+ε2.2

2.sin (φ2−90)(m/s2

Ta có bảng excel:

Phần II: Phương pháp họa đồ cơ cấu1.1 Bài toán vị trí

Theo đề bài ta có: ω1=2 πn1

60 =2 π 1200

60 =40 π¿

Hành trình cơ cấu:

H=lACmax−lACmin= (lAB+lBC)−(lBC−lAB)=2 lAB→lAB=H

2 =90 (mm)=0.09(m)

Tỷ lệ thanh dài truyền trục khuỷu: λ=BCAB=4

→BC=λ∙ AB=4 ∙ 90 360=(mm)→lBC=360(mm) =0.36(m)

Từ {φ1=240 °

AB=90mm Ta dựng đoạn AB dài 90 mm, hợp với phương Ox góc 240 °→ Dựngđược điểmB

Từ B ta dựng đường tròn tâm B, bán kính R=360 mm Từ A ta dựng đường thẳng ∆

vuông góc Ox, đường thẳng này cắt đường tròn tâm B tại C.

→ Dựngđược điểmC

Đo đoạn AC ta được: AC=279 mm→lAC=0.279mTacóS2là trungđiểmcủa BC :

3602 =180 mm

→lS2B=lS2C=1

2lBC=0.362 =0.18 m

Họa đồ cơ cấu tại vị trí φ1=240 °

1.2 Bài toán vận tốc.Vận tốc điểm C:

Vẽ họa đồ vận tốc:

1.3 Bài toán gia tốcGia tốc điểm C:

aC 3= aC 2= aB 2+aC 2 B 2n

+aC 2 B 2t

+ aB 2{ Phương: songsong với ABChiều:từ B→ AaB 2=ω1.lAB=40 π2

∙ 0.09 1421.22=(m/ s2

)+aC 2 B 2n¿

¿

Vẽ họa đồ gia tốc :+ Lấy điểm E làm gốc chung+ Từ gốc E vẽvectơ aB 2chiềutừ B→ A

+ Từ ngọncủa vectơ aB 2vẽvectơ aC 2 B 2n

chiềutừ C→ B

+ Từ ngọn của vectơaC2 B 2

n vẽ đường thẳng ∆1 vuông góc với BC+ Từ gốc E vẽ đường thẳng ∆2 song song với AC

+ ∆1 và ∆2 giao nhau ta tìm được điểm C trên họa đồ

Họa đồ gia tốc tại vị trí φ1=240 °

Từ họa đồ gia tốc ta có:

+a=a=1045.65¿

+aS 2=1192.32¿

Nhận xét: So sánh kết quả của 2 phương pháp, ta thấy giá trị các đại lượng của hai phương pháp tương đối bằng nhau Sai số rất nhỏ do làm tròn trong quá trình tính toán.

1.4 Bài toán lực1.4.1 Dữ kiện

1.4.2 Tính toán áp lực khớp động và momen cân bằng trên khâu dẫn

Biểu đồ biến thiên áp suất trong xylanh

Tacó:{Hc (min)=0.05 H =9 mmHa (max) =1.05 H =189 mm

Mặt khác pH const= nên ta có

{p0∙Ha= pm∙Hb →Hb=p0∙Hapm =

0.1∙ 1.05 H

0.56 =0.1875 Hp0∙Hd= pm∙Hc→Hd=pm∙Hc

=0.56∙ 0.05 H0.1 =0.28 H

Họa đồ giai đoạn tại vị trí φ1=240 °

Piston đang thuộc giai đoạn giãn nở (hút) từ áp cao xuống áp thấp.Dựa vào hoạ đồ bên trên ta xét hành trình H tại φ1=240 °

CCmax=H−CCmin=H −( AC ACmin−)=H −(AC−BC+AB)→CCmax=180−( 279 360 90−+) =171mm

Như vậy ,hànhtrìnhcủac:h3=0.95H

4 =6333.45 N

Trọng lực tác dụng lên khâu 2:

Lực quán tính trên khâu 3:

{Pq3=m3∙ac 3=1.5 ∙1045.65=1568.48Nngượcchiềuac3

Momen quán tính trên khâu 2: ∑Mc=0

=G2∙hg 2−Pq2∙hq 2+Mq2lBC

Đo từ họa đồ trên GeoGeBra ta có:

hq 2=0,0317 mhg 2=0,0225 mh21=0,08334 mN12

=29.43 0.0225 3576.96 0.0317 227.64∙ − ∙ +0,360

N12=319.2015 N

Vậy chiều của N12t đúng với chiều giả sử.

VìG ,G23 rất nhỏ nên ta tạm bỏ quá trong quá trình vẽDựa vào họa đồ ta xác định được:

{Nn12=1402.4 NN43=1533.4 N→N12=√N12

t 2+N12n 2=1438.27 N

Phương trình cân bằng lực cho khâu 3 ta có:

Pq 3+ P3+G3+ N43+N23= 0

Chiếu lên trục Ox, ta có: N43=N23t=1533.4 N

Chiếu lên trục Oy, ta có:

=P3− (G3+Pq 3)=4750.25 N→N23=√Nt 223+Nn 223=√1533.4 4750.252+2

Phương trình cân bằng momen cho khâu dẫn:∑MA2=0 →Mcb−N21∙h21=0

→Mcb=N21∙h21=1438.27 ∙ 0.08334=119.865 N.m