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
Trang 1Viện 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:20204283Nhóm : 3 – STT : 13
GVHD : PGS TS Phạm Hồng Phúc Viện: KH&CN Nhiệt Lạnh
Trang 2NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
- Thiết kế cơ cấu Động cơ – nén khí có hoạ đồ cơ cấu máy được cho trên hình :
Trang 3PHẦN 1 : BÀI TOÁN VỊ TRÍCƠ 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 = 55Tỷ lệ chiều dài thanh truyền/trục khuỷu: = = 3.5𝐻
Kích thưMc khâu 2(BCD) : LCB = 3.6 L , L = L , β = 62BD DEDC
Vận tốc góc trục khuỷu: ω = 164 rad/s1
Mô men quán tính trục khuỷu: J = 0,04 0kgm2
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 kg35
Đường kính pit tôn 3, 5: d = d = 120mm35
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
Trang 4→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.BC222
→ 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 𝐻đồng 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.
Trang 5* 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 cháyra ngoài.
Trang 6Vẽ 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 𝐻tơ = trên họa đồ vận tốc
Trang 7Đô 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
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)
Trang 8PHẦN 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 )B212 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 ⊥
Trang 9+) 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 𝐻100mm
(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
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:
Trang 10đô 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 𝐻𝐻5= 5 = 1,5.9,8 = 14,7 (N) đặt tại E𝐻 𝐻
Trang 11+) 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 tạiD)
Phương trình cân bằng lực cho cả nhóm
=> + + + N + 0 = n
Trang 12- Vẽ họa đồ lực cho nhóm khâu 5,4:
+) 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 𝐻của
+) 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)
Trang 13Tách 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)5424
Trên khâu 5 xuất hiện //DE, ngược chiều Độ 𝐻M𝐻: 45 = 54 = 10280,52(N)𝐻 𝐻
- Phương trXnh cân bằng cho khâu 5:
+) 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 𝐻CA.
Phương trXnh cân bằng lực cho cả nhóm =
+ + + + + + =
Trong đó:
song song vMi AC, C→AĐộ 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 xuốngĐô a lMn G2 = 34,3 (N) song song ngược chiều Đô a lMn Fq2 = 10412,7(N)
Trang 14vuông góc vMi ACĐô a lMn: ? ngược chiều
- 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→Aaf = = = 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
Trang 15∑ 𝐻𝐻3 = 23.0 + 03 x2 + 03 0 + 3 0 + 𝐻 𝐻 𝐻 𝐻 𝐻𝐻3.0 = 0
Trang 16=> 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 L21AH4 = 0
=> MCB = N21 LAH4 = 21703,3 0,0575 = 1247,94 (Nm)