bài tâp lớn ngyên lý máy đề tài thiết kế nguyên lý động cơ chữ v

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ- Thiết kế cơ cấu Động cơ – nén khí có hoạ đồ cơ cấu máy được cho trên hình :... * Nguyên lý làm việc :- DưMi tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén piston C và E

Viện Cơ Khí

Bộ môn Cơ sở TK máy & Robot

*****************

BÀI TÂP LỚN NGYÊN LÝ MÁY

Đề tài: Thiết kế nguyên lý động cơ chữ V

Họ tên sinh viên : Lê Thành Đạt MSSV:20204283 Nhóm : 3 – STT : 13

GVHD : PGS TS Phạm Hồng Phúc Viện: KH&CN Nhiệt Lạnh

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

- Thiết kế cơ cấu Động cơ – nén khí có hoạ đồ cơ cấu máy được cho trên hình :

PHẦN 1 : BÀI TOÁN VỊ TRÍ

CƠ CẤU

I Tính toán các số liệu cho trước :

-Các số liệu cho trước

Hành trình piston: 𝐻 𝐻 =160 ( mm)

Góc giữa hai đường tâm xi lanh : γ = 55

Tỷ lệ chiều dài thanh truyền/trục khuỷu: = = 3.5𝐻

Kích thưMc khâu 2(BCD) : LCB = 3.6 L , L = L , β = 62BD DE DC

Vận tốc góc trục khuỷu: ω = 164 rad/s1

Mô men quán tính trục khuỷu: J = 0,04 0 kgm2

Khối lượng thanh truyền (khâu 2): m = 3.2 kg2

Mô men quán tính thanh truyền (khâu 2) vMi S2C = S2B: Js2 = 0,12 kgm2

Khối lượng pit tôn 3, 5: m = m = 1,5 kg3 5

Đường kính pit tôn 3, 5: d = d = 120mm3 5

Áp suất trong xi lanh PC = 1,5PE: P = 12 barC

Vị trí khâu 1 (tính từ gốc nằm ngang bên trái) : 1 = 60

-Tính toán:

+) Căn c` vào các số liê au đb cho ta có:

Hành trình Pít tông Hc = 160 (mm) Ta thấy: Hành trình pít tông là khoảng cách giữa điểm chết dưMi (ĐCD) và điểm chết trên (ĐCT)

Pít tông C sẽ đạt được các vị trí này khi điểm B nằm phía trái hoặc phía phải điểm A trên đường thẳng AC

Vậy độ dài AB sẽ bằng một nửa Hc: L = = = 80 (mm)AB

+) Tỷ lệ chiều dài thanh truyền trục khuỷu: = L𝐻 BC/LAB = 3.5

→LBC= 3,5.L = 3,5.80 =280 (mm)AB

+) Ta có : L /L = 3.6

→LBD = L / 3,6 = 70,7 (mm)BC

+) Từ tam giác BCD ta đb biết 2 cạnh BD và BC và một góc xen giữa = 62° , sử dụng hệ th`c lượng trong tam giác ta có Định lý cosin trong tam giác BCD: Cos DBC = (BD + BC – DC ) / 2.BD.BC2 2 2

→ DC = 254,6 (mm)

II Vẽ họa đồ cơ cấu theo các thông số đã cho

+) Ta dựng đường tròn tâm A, bán kính AB = 80 (mm)

+) Vẽ hai đường tâm xi lanh ( làm vMi nhau góc 55

Vẽ đường đối x`ng thẳng đ`ng , vẽ các đường tâm xi lanh trái và phải làm vMi đường đối x`ng góc 27,5

→Ta được phương trượt AC và AE

+) Lấy phương giá AC trùng vMi góc = 0°, đo theo chiều thuận chiều kim 𝐻 đồng hồ 1 góc =60° → Dựng được điểm B.𝐻

+) Từ BC=280(mm) quay đường tròn tâm B bán kính 280 , cắt phương AC ở đâu thì đó là điểm C → Dựng được điểm C

+) Từ 𝐻 = 62° ,𝐻𝐻 = 70,7 mm, BC = 280 mm

+) Ta dựng đoạn BD dài 70,7(mm) hợp vMi phương BC 1 góc 62° →Dựng được điểm D

+) Lại có DE=DC → Lấy D làm tâm vẽ 1 cung có bán kính bằng DC cắt phương

AE ở đâu thì đó chính là điểm E → Dựng được điểm E

+) Chọn tỷ lê a xích

- Ta vẽ được họa đồ cơ cấu :

* Nguyên lý làm việc :

- DưMi tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén piston C và E chuyển động dọc theo giá đi qua CA và EA, chuyển động này được truyền tMi trục quay AB qua các thanh truyền BC và DE

- Tay quay AB chuyển động có tác dụng truyền lực ra ngoài để máy làm việc

- Ở mỗi xilanh có chu kỳ làm việc là 2 vòng quay của AB

+ Vòng quay đầu từ 0 → 2π `ng vMi quá trình hút và nén nhiên liệu

+ Vòng tiếp theo từ 2π → 4π `ng vMi quá trình nổ và xả nhiên liệu sau khi đốt cháy

ra ngoài

PHẦN 2 : BÀI TOÁN VẬN TỐC

2.1 Vận tốc điểm C, vận tốc góc khâu 2:

=

Đô a lMn: ? = ω1.L =13,12m/s ?AB

Phương,chiều: //AC AB ⊥ ⊥CB

Chiều theo ω1

Vẽ họa đồ véc tơ:

+) Chọn tỷ lệ xích của họa đồ vận tốc là:

𝐻v = = 1 ()

+) Lấy điểm gốc chung p

+) Từ p chọn làm gốc, vẽ biểu di{n bằng vectơ = 13,12 (mm)

+) Qua mút của ( điểm b trên họa đồ) vẽ phương của CB⊥

+) Từ gốc chung p vẽ biểu di{n phương trượt C3 // CA

+) Phương của (*) và (**) giao nhau = 3 = 2; véc tơ = được thể hiện bằng véc 𝐻 𝐻

tơ = trên họa đồ vận tốc

Vậy vận tốc điểm C là:

chiều song song AC, theo chiều =

Đô a lMn: VC2 = 1.6,77 = 6,77 (m/s)

Vâ an tốc là vecto trên họa đồ vâ an tốc, chiều vuông góc vMi BC, theo chiều

Đô a lMn: VC2B2 = 1 13,04 = 13,04 (m/s)

Vâ ay ta có vâ an tốc khâu 2:

ω2 = = = 46,57 (rad/s)

Đô a lMn ? 13,12m/s ? 6,77m/s ? Phương ? AB BD //AC DC⊥ ⊥ ⊥

Chiều theo chiều ω1

Vẽ họa đồ vận tốc xác định :

Từ b vẽ đường thẳng s1 BD biểu di{n cho phương của ⊥

Từ c vẽ đường thẳng s2 CD biểu di{n cho phương của ⊥

Giao điểm d của s1 và s2 chính là mút của và

Từ họa đồ vận tốc (hình 1.3), ta có:

- biểu thị cho

- biểu thị cho

- biểu thị cho

+) theo chiều

Đô a lMn: V = μ = 1 9,88 = 9,88 (m/s)D v

+) theo chiều , BD⊥

Đô a lMn: V = μ = 1.13,43 = 13,43 (m/s)DB v

+) theo chiều , CD⊥

Đô a lMn: V = μ = 1.3,17 = 3,17 (m/s)DC v

=

Độ lMn: ? 9,88 (m/s) ?

Phương, chiều: // AE đb biết DE⊥

Vẽ họa đồ vận tốc xác định :

Từ d vẽ đường thẳng s3 DE biểu di{n cho phương của ⊥

Từ p vẽ đường thẳng s4 // AE biểu di{n cho phương của

Giao điểm e của s3 và s4 chính là mút của và

biểu thị cho , VE = μv = 1.8,6 = 8,6 (m/s)

biểu thị cho , VED = μv = 1.7,14 = 7,14 (m/s)

Ta tính được :

ω4 = = = 34,02 (rad/s)

PHẦN 3 : BÀI TOÁN GIA TỐC

3.1.Gia tốc điểm C và gia tốc góc khâu 2:

Ta có chiều //AB hưMng B→A , đô a lMn a = ω L = 2151,68 (m/s )B2 12 AB 2

+) Hệ phương trình véc tơ gia tốc cho điểm C :

aC = aB + aCBn + aCBt

Đô a lMn ? 2151,68 ω L = 607,25 ?22 CB

Chiều //AC //AB, BA //BC BC ⊥

+) Vẽ họa đồ véc tơ, xác định gia tốc điểm 3 = 2, gia tốc khâu 2(𝐻 𝐻 𝐻2) và gia tốc điểm D:

+) Từ điểm gốc chung p’, vẽ biểu di{n (//AB, hưMng → ) bằng véc tơ = 𝐻 𝐻 100mm

(Chọn tỷ lệ xích cho họa đồ gia tốc là µ = (a

+) Qua mút của ( điểm ′ 2 = ′ 1 trên họa đồ) vẽ biểu di{n gia tốc 𝐻 𝐻 𝐻cbn ( hưMng C

→ B) bằng véc tơ 𝐻BC chiều // CB

+) Tại điểm đầu mút 𝐻CB vẽ phương của aCBt⊥ CB (*)

+) Từ gốc chung p’ vẽ đường thẳng // AC (**)

Giao điểm c’ của (*) và (**) chính là mút của và aCBt

Từ họa đồ gia tốc ta có:

- p’c’ biểu thị cho ( // AC, chiều p’c’)

- đô a lMn: a = µ p’c’ = 21,5168 122,7 = 2640,1 (m/s )c a 2

- gia tốc a có chiều như trên họa đồ ( BC) CBt ⊥

- đô a lMn: aCBt = µa nCBC’ = 21,5168 166,8 = 3589 (m/s )2

+) Gia tốc góc khâu 2:

ε2 = = = 1281,79 ( )

+) Sử dụng định lý tam giác đồng dạng thuận trong gia tốc, ta có ∆𝐻𝐻𝐻 đồng dạng thuận vMi∆ 𝐻′𝐻′𝐻 𝐻′ ′ = 𝐻 = 52°

Từ đó ta vẽ được điểm d’:

có phương, chiều theo

Đô a lMn: 𝐻𝐻 = 𝐻𝐻 𝐻 𝐻 ′ ′ = 21,5168 174,6 = 3756,9 (m/s )2

3.2 Gia tốc điểm E và gia tốc góc khâu 4:

- Phương trình gia tốc điểm E:

aE = aD + aEDn + aEDt

Đô a lMn ? 3756,9 (m/s ) ω L = 242,93 m/s ?2

Chiều //AE → //DE,E → D DE ⊥

+) Từ d’ vẽ a chiều từ E → D, //DEEDn

+) Từ đầu véc tơ a vẽ phương của aEDn EDt ⊥ ED (*)

+) Từ gốc chung p’ vẽ phương của // AE (**)

Phương của (*) x (**) = ′, véc tơ được thể hiện bằng véc tơ trên họa đồ gia tốc, 𝐻

đô a lMn: 𝐻𝐻 = 𝐻𝐻 𝐻′𝐻 ′ = 21,5168 236,4 = 5086,6 (m/s )

Đô a lMn a = 21,5168 123,4 = 2655,2 (m/s )EDt 2

+) Gia tốc góc khâu 4 :

𝐻4 = = = 1264,98 ()

PHẦN 4 : BÀI TOÁN PHÂN TÍCH LỰC

4.1 Các lực tác động vào cơ cấu.

-Ngoại lực:

+) Trọng lực của các khâu:

𝐻2= 𝐻 2 𝐻=3,5.9,8 = 34,3 (N) đặt tại 𝐻2

𝐻3= 3 = 1,5.9,8 = 14,7 (N) đặt tại C 𝐻 𝐻

𝐻5= 5 = 1,5.9,8 = 14,7 (N) đặt tại E𝐻 𝐻

+) Lực khí thể tác động lên pit-tông và :

𝐻C = p.S = 15.105.π.()^2 =16964,6 (N)

𝐻E = P /1,5 = 11309,7(N)C

Đặt lần lượt tại E và C

- Lực quán tính:

+) 𝐻𝐻3 = 3 𝐻 𝐻𝐻 = 1,5 2640,1 = 3960,15 (N) đặt tại C

+) 𝐻𝐻5 = 5 𝐻 𝐻𝐻 = 1,5 508,66 = 763 (N) đặt tại E

+) 𝐻𝐻2 = 2 𝐻 𝐻𝐻2 =3,5.2740,2 =10412,7 (N) đặt tại 2𝐻

- Mô men quán tính:

+) 2 = 𝐻 𝐻𝐻2 �� =0,12 1281,79= 153,81 (Nm)

4.2 Giải bài toán áp lực khớp động bằng họa đồ vector.

1 Tách nhóm tĩnh định

Cơ cấu gồm: khâu dẫn 1 và 2 nhóm tĩnh định:

- Nhóm 1 gồm: khâu 4, khâu 5 và các khMp D4, E4, E5

- Nhóm 2 gồm: khâu 2, khâu 3 và các khMp B, C, D2

Khi tách các khâu thì áp lực khMp động trở thành ngoại lực tác dụng lên các khâu còn lại :

+ Nhóm 1: , , , ,

+ Nhóm 2: , , , , , , ,

+ Khâu dẫn:

2 Xác định áp lực khớp động của nhóm khâu 4,5

+) Tại khMp E nối khâu 5 và giá khi tách sẽ xuất hiện áp lực ( EA)⊥

+) Tại khMp D nối khâu 4 vMi khâu 2 khi tách ra sẽ xuất hiện áp lực : ( điểm đặt tại D)

Phương trình cân bằng lực cho cả nhóm

= 0

+ + + =

+) Ta phân tích lực thành 2 thành phần N + N , vMi N , N đă24n 24t 24n 24t t tại d, lần lượt a hưMng dọc khâu và vuông góc DE

Phương trXnh cân bằng momen cho khâu 4:

+) ∑ 𝐻𝐻/𝐻 âℎ 𝐻 4 = N L = 0 => N = 024t DE 24t

+) Do đó: phần N + N = 0 + N = N24n 24t 24n 24n (//DE)

- Viết lại phương trình cân bằng lực cho nhóm:

+ + + N + N = 24n 24t

=> + + + N + 0 = n

- Vẽ họa đồ lực cho nhóm khâu 5,4:

+) Chọn điểm a làm gốc:

+) Từ a vẽ = 100mm, // AE biểu di{n cho

+) Tỷ lệ xích họa đồ lực = = = 113,097 (N/mm)𝐻F

+) Từ b vẽ biểu di{n 5 bằng , tuy nhiên do giá trị của 5 quá nhỏ so vMi các 𝐻 𝐻 thành phần lực còn lại nên ta coi ≈ , t`c là b≡c

+) Từ c vẽ biểu di{n cho ( 𝐻𝐻= = = 6,75 mm), // AE , ngược chiều

+) Từ d vẽ đường thẳng AE biểu di{n cho phương của.𝐻

+) Từ gốc a vẽ đường thẳng //DE biểu di{n cho phương của

+) Giao điểm e của đường thẳng AE và đường thẳng // DE là mút của và là gốc 𝐻 của

+) Từ họa đồ ta có:

phương AE, đô𝐻 lMn : N05 = 113,097 24,4 = 2533,37 (N)a

phương // DE, chiều từ D → E, đô a lMn : N24 = 113,097 109,5 = 12384,12 (N)

Tách khâu 4 ra khỏi nhóm khâu 4,5

+) Trên khâu 4 lúc này có tại D ( đb xác định ) và xuất hiê an

- Viết phương trXnh lực cho khâu 4:

= 0

song song DE, ngược chiều , đô a lMn N = N = 10280,52 (N)54 24

Trên khâu 5 xuất hiện //DE, ngược chiều

Độ 𝐻M𝐻: 45 = 54 = 10280,52(N)𝐻 𝐻

- Phương trXnh cân bằng cho khâu 5:

∑ M () = N 0 +P 0+ NE 45 e 05.x1+G5.0+ F 0 = 0q5

=> x1 = 0 Vâ ay N đi qua E có phương AE05 𝐻

3 Xác định áp lực khớp động của nhóm khâu 2,3.

Khi tách nhóm khâu 3, 2 ra khỏi khâu 4 (khMp D), khỏi khâu 1 (khMp B) và giá 0 (khMp tịnh tiến C) Tại các khMp tách sẽ xuất hiện các áp lực khMp động:

+) Tại khMp D nối khâu 2 vMi khâu 4 khi tách ra sẽ xuất hiện áp lực vMi đb xác định ở trên

+) Tại khMp B nối khâu 2 vMi khâu 1 khi tách ra sẽ xuất hiện áp lực biết điểm đă at tại B

+) Tại khMp nối C nối khâu 3 vMi giá khi tách ra sẽ xuất hiện áp lực biết phương 𝐻 CA

Phương trXnh cân bằng lực cho cả nhóm

=

+ + + + + + =

Trong đó:

song song vMi AC, C→A

Độ 𝐻M𝐻 𝐻𝐻: = 11309,7 (N)

chiều hưMng thẳng xuống

Đô a lMn G3 = 14,7 (N)

chiều ngược

Đô a lMn Fq3 = 3960,15 (N)

chiều hưMng thẳng xuống

Đô a lMn G2 = 34,3 (N)

song song ngược chiều

Đô a lMn Fq2 = 10412,7(N)

vuông góc vMi AC

Đô a lMn: ?

ngược chiều

Đô a lMn: N42 = N24 =10280,52 (N)

- Phân tích thành các thành phần: = N + 12t 𝐻12n , đặt tại B, vMi 𝐻12t hưMng vuông góc BC, N hưMng dọc khâu BC.12n

- Viết phương trXnh cân bằng moment cho khâu 2:

∑ 𝐻𝐻 = M2 + 𝐻𝐻2.LCH1 + 𝐻2.LCH3 + 𝐻42.LCH2 – N12t.LBC + N 0 =012n

N12t = = = 11829,04 (N)

VMi LCH1 : khoảng cách từ C đến phương của F 2 𝐻

LCH2 : khoảng cách từ C đến phương của N42

LCH3 : : khoảng cách từ C đến phương của G2

- Phương trXnh cân bằng lực khâu 2,3 trở thành:

+ + + + + + N + N = 12t 12n

Chỉ còn và N còn 2 ẩn chưa biết 12n

- Vẽ họa đồ lực cho khâu 2,3:

+) Từ điểm a trên họa đồ, vẽ biểu di{n cho , phương //AC, chiều từ C→A

af = = = 150 (mm)

+) Từ f vẽ biểu di{n bằng , do giá trị của G3 quá nhỏ so vMi các thành phần lực còn lại nên coi ~0 ( f≡g )

+) Từ g vẽ biểu di{n cho 𝐻𝐻3 (gh = = = 34,27 (mm)), //AC

+) Từ h vẽ biểu di{n bằng , do giá trị của G2 quá nhỏ so vMi các thành phần lực còn lại nên ~ ( h≡ 𝐻)

+) Từ i vẽ //DE biểu di{n cho , chiều từ E→ ( ik = = = 90,9 (mm)𝐻

+) Từ k vẽ biểu di{n cho , chiều ngược

kl = = = 92,07 (mm)

+) Từ l vẽ biểu di{n cho N , BC12t ⊥

lm = = = 104,59 (mm)

+) Từ m vẽ đường thẳng song song vMi BC, chiều từ B→ Từ gốc a vẽ đường 𝐻 thẳng vuông góc vMi AC

+) Giao điểm giữa 2 đường thẳng trên là mút của N và gốc 12n

+) Từ họa đồ ta có:

N12n song song vMi BC, B → C

Đô a lMn N = 160,9 113,097 = 18197,31 (N)12n

vuông góc vMi AC

Đô a lMn: N = 31,6 113,097 = 3573,87 (N)03

Mà N + N12t 12n

Nồi gốc của N và mút của N ta được: 12t 12n

𝐻12 = ln 𝐻𝐻 = 191,9 113,097 = 21703,31 (N)

- Phương trXnh cân bằng lực cho khâu 3:

+ + + + =

Trong đó , , đb biết, trên họa đồ lực nối điểm mút của và điểm gốc của ta được biểu di{n bởi

𝐻23 = hn 𝐻𝐻 = 187 113,097 = 21149,14 (N)

Phương trình momen cân bằng cho khâu 3:

∑ 𝐻𝐻3 = 23.0 + 03 x2 + 03 0 + 3 0 + 𝐻 𝐻 𝐻 𝐻 𝐻𝐻3.0 = 0

=> x2 = 0 Vậy đi qua tâm khMp C3.

4 Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn.

Phương trình momen cân bằng đối vMi điểm A:

MCB – N L21 AH4 = 0

=> MCB = N21 LAH4 = 21703,3 0,0575 = 1247,94 (Nm)