bài tập lớn nguyên lý máy đề bài nguyên lý cơ cấu máy dệt

Tính áp lực các khớp động và mô men cân bằng về khâu dẫn Bảng số liệu kèm theo và tính toán 1.. Mô men quán tính các khâu: Trục chính 1, thanh Bìa/ Đầu đề thiết kế/ Mục lục/ Phần bài là

1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NHÓM CHUYÊN MÔN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

-o0o -

BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY

ĐỀ BÀI: NGUYÊN LÝ CƠ CẤU MÁY DỆT Nhóm số: 01

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Quân Sinh viên thực hiện: Đỗ Đức Phúc

STT MSSV Họ tên sinh viên 01 20218257 Trịnh Ngọc Ánh 02 20218251 Trần Thị Vân Anh 03 20218348 Bùi Quang Huy 04 20218361 Trương Văn Minh 05 20218386 Đỗ Đức Phúc

Hà Nội, 2023

2 MỤC LỤC

1.2.2 Dựng họa đồ vị trí cơ cấu 8

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN VẬN TỐC 9

2.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO 9

2.2 GIẢI BÀI TOÁN VẬN TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ 11

2.2.1 Xác định vận tốc điểm C3 = C2, vận tốc góc khâu 2 và vận tốc góc khâu 3 12

2.2.2 Vẽ họa đồ vận tốc, xác định vận tốc điểm C = C , vận tốc góc khâu 2, vận tốc góc 32khâu 3 12

2.2.3 Xác định vận tốc các điểm trong tâm của các khâu 13

CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN GIA TỐC 17

3.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO 17

3.2 GIẢI BÀI TOÁN GIA TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ 17

3.2.1 Xác định gia tốc điểm C = C , gia tốc góc khâu 2 và gia tốc góc khâu 3 17 323.2.2 Vẽ họa đồ gia tốc điểm C = C , gia tốc góc khâu 2 và gia tốc điểm D 17 323.2.3 Xác định gia tốc các điểm trọng tâm của các khâu 18

CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 35

4.1 XÁC ĐỊNH GIA TỐC GÓC CÁC KHÂU, GIA TỐC DÀI CÁC ĐIỂM TRÊN CÁC KHÂU 35

4.2 XÁC ĐỊNH CÁC NGOẠI LỰC TÁC ĐỘNG TRÊN CƠ CẤU 35

4.3 XÁC ĐỊNH LỰC QUÁN TÍNH TRÊN CÁC KHÂU 36

4.4 TÁCH NHÓM TĨNH ĐỊNH 47

4.5 XÁC ĐỊNH MÔMEN CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 23

4.6 XÁC ĐỊNH ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG TẠI KHỚP QUAY NỐI KHÂU DẪN VỚI GIÁ 21

3 ĐỀ BÀI

I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy dệt

Hoạ đồ cơ cấu như hình vẽ

II Nội dung và yêu cầu bài tập lớn

1 Tính, vẽ họa đồ cơ cấu ở vị trí ứng với góc ᵠ1 2 Tính, vẽ họa đồ vận tốc của cơ cấu 3 Tính, vẽ họa đồ gia tốc của cơ cấu

4 Tính áp lực các khớp động và mô men cân bằng về khâu dẫn

Bảng số liệu kèm theo và tính toán

1 Tọa độ trục chính đối với tâm quay của batăng a = 695 (mm) 2 Tọa độ trục chính đối với tâm quay của batăng b = 305 (mm)

9 Mô men quán tính các khâu: Trục chính 1, thanh

Bìa/ Đầu đề thiết kế/ Mục lục/ Phần bài làm;

Hoạ đồ cơ cấu, hoạ đồ gia tốc, gia tốc, họa đồ lực, trên giấy khổ A3; Thuyết minh viết tay hoặc đánh máy hai mặt trên giấy khổ A4

4

CHƯƠNG 1: GIẢI BÀI TOÁN VỊ TRÍ

1.1 TÍNH TOÁN

Quy ước:

Hình 1: Hình vẽ lược đồ cơ cấu chính

- Khi viết: (j, k) = Q(X) hoặc (j+k) = Q(X) hoặc (j/k) = Q(X) được hiểu là khâu j nối với khâu k bằng khớp quay tại X;

- Khi viết: (j, k) = TT(X) hoặc (j+k) = TT(X) hoặc (j/k) = TT(X) được hiểu là khâu j nối với khâu k bằng khớp tịnh tiên tại X;

Với lược đồ cơ cấu chính như hình vẽ, ta thấy cơ cấu là gồm giá (giả sử kí hiệu là khâu 0) và các khâu động (1, 2, 3) với khâu dẫn là khâu 1: (0, 1) =Q(A); (1, 2) = Q(B); (2, 3) = Q(C); (3, 0) = Q(D)

Bậc tự do của cơ cấu: W = 3.n – (2.T + 1.C) = 3.3 – (2.4 + 1.0) = 1 Khi khâu 1 quay quanh A:

- Quỹ đạo điểm B vẽ thành vòng tròn (A, AB);

- Với kích thước sơ bộ như hình vẽ thì khâu 3 (CD) không quay được toàn vòng nên chuyển động lắc qua lại quanh C

- Khâu 2 chuyển động song phẳng.

- Góc 𝜃𝑚𝑎𝑥 ứng với trường hợp khâu 1 duỗi thẳng với khâu 2:

- 𝜃𝑚𝑎𝑥 = 𝛾𝑚𝑎𝑥 − 𝜃 = 104° − 66° = 38°

- 𝐴𝐶′′ = 𝐵′′𝐶′′ + 𝐴𝐵′′ = + = 𝑙2 𝑙1 √𝐴𝐷 + 𝐶′′𝐷 − 2 AD C′′D cos θmax → 𝐴𝐶′′ = 467,26 (𝑚𝑚)

- Chọn tỉ lệ xích 𝜇 = (/) 𝑙 =0,155

0,1 = 1,55(𝑐𝑚) 𝑙 =0,313

0,1 = 3,13(𝑐𝑚) 𝑙 = 0,655

0,1 = 6,55 (𝑐𝑚) 𝑎 =0,695

0,1 = 6,95 (𝑐𝑚) 𝑏 =0,305

7 Vẽ các vòng tròn biểu diễn các khớp quay, giá; Nối tâm các khớp thể hiện các khâu

Hình vẽ:

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN VẬN TỐC

2.1: Xác định các đại lượng từ các từ liệu đã cho

Vận tốc góc khâu 1 (khâu dẫn, đã cho n nên tính được ω ): ω = n * 1111 = n * 1 = (rad/s) Gọi giá là khâu 0

• Tại A: có thuộc khâu 1; 𝐴 𝐴 thuộc giá

𝑣 = 𝑣 = 0 hay 𝑣 = 0 • Tại D: có 𝐷 thuộc khâu 3; 𝐷 thuộc giá

𝑣 = 𝑣 = 0 hay 𝑣 = 0 • Tại B: có 𝐵 thuộc khâu 1; 𝐵 thuộc khâu 2

𝑣 = 𝑣 hay 𝑣

Phương trình vec tơ vận tốc điểm 𝐵 và 𝐴 (hai điểm trên cùng khâu 1): 𝒗𝑩𝟏= 𝒗𝑨𝟏+ 𝒗𝑩𝟏𝑨𝟏 hay 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 Trong đó: 𝑣 = 𝑣 = 0 hay 𝑣 = 0

8 𝑣 = 𝑣 hay 𝑣 = 𝑣 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝜔

𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị: 𝜔 𝑙 = 3,98

2.2: Giải bài toán vận tốc bằng họa đồ véctơ

Tại C: có 𝐶 thuộc khâu 2; 𝐶 thuộc khâu 3

𝑣 = 𝑣 hay 𝑣 (1)

Phương trình véc tơ vận tốc điểm 𝐶 và điểm 𝐵 (hai điểm trên cùng khâu 2) 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 hay 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 (2) Trong đó: 𝑣 = 𝑣 đã 𝑥á𝑐 đị𝑛ℎ

𝑣 = 𝑣

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝐶𝐵 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝜔

𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị: 𝜔 𝑙

Phương trình véc tơ vận tốc điểm 𝐶 và điểm 𝐷 (hai điểm trên cùng khâu 3) 𝒗𝑪𝟑= 𝒗𝑫𝟑+ 𝒗𝑪𝟑𝑫𝟑 hay 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 (3) Trong đó: 𝑣 = 𝑣 = 0 ℎ𝑎𝑦 𝑣 = 0

𝑣 = 𝑣 hay 𝑣 = 𝑣

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝐶𝐷 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝜔

𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị: 𝜔 𝑙Từ (1), (2) và (3) ta có: 𝒗𝑪𝟐= 𝒗𝑪𝟑= 𝒗𝑩𝟐+ 𝒗𝑪𝟐𝑩𝟐 = 𝒗𝑫𝟑+ 𝒗𝑪𝟑𝑫𝟑Hay: 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 = 𝑣 + 𝑣

góc khâu 3

Vẽ họa đồ cơ cấu bằng geogebra

Lấy điểm gốc chung p rồi tiến hành vẽ họa đồ vecto vận tốc theo các bước : - Tại p, vẽ vòng tròn quỹ đạo bán kính 3,98 cm

- Qua p, vẽ đường thẳng vuông góc với AB

- Lấy điểm E là giao điểm của đường thẳng với đường tròn

𝐸 = 𝐸 = 𝐸 ( 𝑝𝐸 = 𝑝𝐸 = 𝑝𝐸 )

Từ gốc chung p vẽ phương 𝑣 ⊥ 𝐶𝐷 gọi là đường thẳng ∆

Xác đinh vận tốc góc các khâu và vận tốc dài các điểm:

| 𝑝𝐿 |

9

tương đối của điểm 𝐶 đối với điểm 𝐵

vận tốc tuyệt đối của điểm 𝐶 , vừa là vecto vận tốc tương đối của điểm 𝐶 so với điểm 𝐷

Vận tốc trọng tâm khâu 2:

10

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝑆 𝐵 ℎ𝑎𝑦 ⊥ 𝐶𝐵𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝜔

Vẽ tiếp họa đồ vận tốc

Véc tơ vận tốc 𝑣 sẽ được biểu diễn bằng 𝑝𝐹 trên họa đồ véc tơ Véc tơ vận tốc 𝑣 sẽ được biểu diễn bằng 𝑝𝑀 trên họa đồ véc tơ Véc tơ vận tốc 𝑣 sẽ được biểu diễn bằng 𝑝𝑁 trên họa đồ véc tơ

Bảng 2.1: Số liệu bài toán vận tốc

CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN GIA TỐC

3.1: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO Gọi giá là khâu 0

• Tại A: có 𝐴 thuộc khâu 1; 𝐴 thuộc giá

11

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝐵𝐴 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝜀

3.2: GIẢI BÀI TOÁN GIA TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ

Tại C: có 𝐶 thuộc khâu 2; 𝐶 thuộc khâu 3

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝐶𝐵 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝜀

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝐶𝐵 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝜀

- Lấy điểm gốc chung G rồi tiến hành vẽ họa đồ véctơ gia tốc theo các bước:

12

là điểm H và cũng là điểm H và H ( véctơ 12 𝐺𝐻 = 𝐺𝐻 = 𝐺𝐻 )

+ Qua ngọn của 𝑎 = 𝑎 = 𝑎. (điểm H trên họa đồ) vẽ biểu diễn tiếp 𝑎 bằng véctơ Hu + Tại ngọn của véctơ 𝑎 (điểm u trên họa đồ), vẽ tiếp phương của 𝑎 ⊥ CB gọi là đường thẳng ∆′

Đến đây đã vẽ biểu diễn một phương trình trong hệ phương trình trên;

+ Từ gốc chung G, vẽ biểu diễn a = a = 0 chỉ là một điểm nên d G trên họa đồ; vẽ biểu 3 ≡diễn 𝑎 bằng véctơ có gốc là G và ngọn là điểm J ( véctơ 𝐺𝐽 ) , từ đây vẽ tiếp phương của 𝑎 ⊥ CD gọi là đường thẳng ∆′

Phương (∆′ ) x (∆′) = K; véctơ a = a = a. = a được thể hiện bằng véctơ 𝐺𝐾 trên họa đồ gia tốc

Gia tốc điểm C cũng là điểm C : véctơ 23 a = a được thể hiện bằng véctơ 𝐺𝐾 trên họa đồ gia tốc;

Gia tốc 𝑎 là véctơ Hu trên họa đồ gia tốc; Gia tốc 𝑎 = a là véctơ uK trên họa đồ gia tốc; Gia tốc góc khâu 2: 𝜀 = = 328,37 ( ) Gia tốc a= a là véctơ JK trên họa đồ gia tốc; Gia tốc góc khâu 3: 𝜀 = = 161,95 ( ) => Hình vẽ:

𝑎= 0

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝑆 𝐴 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝜀

14

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝑆 𝐵 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝜀

𝑝ℎươ𝑛𝑔: ⊥ 𝑆 𝐷 𝑐ℎ𝑖ề𝑢: 𝜀

Vẽ tiếp họa đồ gia tốc:

Véc tơ vận tốc 𝑎 sẽ được biểu diễn bằng 𝐺𝐼 trên họa đồ véc tơ Véc tơ vận tốc 𝑎 sẽ được biểu diễn bằng 𝐺𝑄 trên họa đồ véc tơ Véc tơ vận tốc 𝑎 sẽ được biểu diễn bằng 𝐺𝑆 trên họa đồ véc tơ

Bảng 3.1: Số liệu bài toán gia tốc

𝜑 [°] 𝑎 [𝑚 𝑠⁄ ] 𝑎 [𝑚 𝑠⁄ ] 𝑎 [𝑚 𝑠⁄ ] 𝜀 [𝑟𝑎𝑑 𝑠⁄ ] 𝜀 [ 𝑟𝑎𝑑 𝑠⁄ ] 𝜀 [𝑟𝑎𝑑 𝑠 ]⁄

CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG

4.1: Xác định gia tốc góc các khâu, gia tốc dài các điểm trên các khâu

𝒂𝑪𝟑= 𝒂𝑪𝟐

15 𝒂𝑺𝟑 = 𝒂𝑫𝟑+ 𝒂𝑺𝟑𝑫𝟑= 𝟎 + 𝒂𝑺𝟑𝑫𝟑+ 𝒂𝑺𝟑𝑫𝟑 𝜺𝟑= 161,95 𝒓𝒂𝒅 𝒔⁄ 𝟐

4.2: Xác định các ngoại lực tác động trên cơ cấu

- Lực cản kĩ thuật:

𝐺 = 𝑚 𝑔 = 6.10 = 60 (𝑁) 𝐺 = 𝑚 𝑔 = 5.10 = 50 (𝑁) 𝐺 = 𝑚 𝑔 = 8.10 = 80 (𝑁) 𝐽 = . = , = 0,041(𝑘𝑔𝑚 ) 𝐽 = . = , = 0,286(𝑘𝑔𝑚 ) Dựa vào hình 3.1 họa đồ gia tốc ta xác định được: 𝑎 = 61,22( )

𝑎 = 89,84 ( ) 𝑎 = 74,32 ( )

4.3: Xác định lực quán tính trên các khâu: 𝑃 𝑚 𝑎 = 367,32(𝑁)

𝑁𝑔ượ𝑐 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝑎 𝑃 𝑚 𝑎 = 449,2(𝑁)

𝑁𝑔ượ𝑐 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝑎 𝑃 𝑚 𝑎 = 594,56(𝑁)

𝑁𝑔ượ𝑐 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝑎 𝑀 𝐽 𝜀 = 13,46(𝑘𝑔𝑚 )

𝑁𝑔ượ𝑐 𝑐ℎ𝑖ề𝑢 𝜀 𝑀 𝐽 𝜀 = 46,32(𝑘𝑔𝑚 )

+ Tại khớp quay B trên khâu 2 sẽ có áp lực khớp động là 𝑁 + Tại khớp quay D trên khâu 3 sẽ có khớp động là 𝑁

- Tách cơ cấu thành nhóm tĩnh định BCD (2 khâu 3 khớp) Khi đó phần còn lại của cơ cấu là khâu dẫn 1 nối với giá bằng khớp loại 5 (cơ cấu loại 1) Các vector chỉ minh họa cho lực về

16 phương, chiều, không chính xác về độ lớn

Như vậy, xuất hiện ngoại lực N của khâu (1) tác dụng vào khâu (2), N của giá 0 tác dụng 1203vào khâu (3) tại các khớp B và khớp D Ta có phương trình cân bằng lực cho cả nhóm: ∑ 𝑃 = 𝑁 + 𝑃 + 𝑃 + 𝑃 + 𝑃 + 𝑁 = 0 (1)

∑ 𝑀 = −𝑁 𝑙 + 𝐺 𝑙 + 𝑃 𝑙 − 𝑀 = 0 → 𝑁 = . .= , , , , , → 𝑁 = 36,6(𝑁) → 𝑁 mang giá trị dương

Chiều thực là chiều đã chọn → Xác định 𝑵𝟎𝟑𝒕:

Tách khâu (3) ra khỏi khâu (2) → xuất hiện ngoại lực N của khâu (2) tác dụng vào khâu (3) Phân 23tích N thành 2 thành phần tiếp tuyến và pháp tuyến 03

Ta có phương trình cân bằng momen cho khâu 3 đối với khớp C:

Tại ngọn của 𝐺 ta vẽ 𝑃 Tại ngọn của 𝑃 ta vẽ 𝐺 Tại ngọn của 𝐺 ta vẽ 𝑃 Tại ngọn của 𝑃 ta vẽ 𝑁

Tại ngọn của 𝑁 vẽ đường thẳng ∆ // BC biểu diễn phương 𝑁 Tại gốc của 𝑁 vẽ đường thẳng ∆// CD biểu diễn phương 𝑁 Đường thẳng ∆ 𝑐ắ𝑡 ∆ tại ngọn 𝑁 và cũng là điểm gốc của 𝑁

Bảng 4.1 số liệu áp lực khớp động

𝜑[°] CP(m) CJ(m) CQ(m) CT(m) N12(N) N03(N) N12t (N)

N03t (N)

N03n (N)50o 0,041 0.013 0,196 0,044 1287,1 787,24 36.6 1286,6 97,3 781,2

Hình vẽ áp lực khớp động

17

4.5 Xác định momen cân bằng trên khâu dẫn 4.5.1 Bảng số liệu momen cân bằng

18 Ta có lực khâu (2) tác động lên khâu (1) là 𝑁 tại 𝐵 : 𝑁 = − 𝑁

Trên khâu dẫn (1) cần đặt mô men cân bằng 𝑀 sao cho: 𝑀 = − 𝑀 (𝑁 ) ( momen tại A của lực N21) Với

M = NCB 21 𝑙 + G1 𝑙

19

Họ và tên Trương Văn

Đề 01