Đồ án nguyên lý máy "Cơ cấu đột dập trong máy dập nguội"

Gia công áp lực là một trong những phương pháp gia công đã và vẫn đang được sử dụng nhiều hiện nay. Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản để chế tạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúc hoặc gia công cắt gọt. Công nghệ dập tấm là một công nghệ quan trọng của ngành gia công áp lực. Dập tấm là một phương pháp gia công áp lực tiên tiến để chế tạo các sản phẩm hoặc chi tiết bằng vật liệu tấm thép bảng hoặc thép dải. Dập tấm được tiến hành ở trạng thái nguội (Trừ thép cacbon có s > 10 mm). Nên còn gọi là dập nguội. Hiện tại các loại máy dập cơ khí vẫn đang sử dụng công nghệ dập tấm (dập nguội) là phổ biến. Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các loại máy dập trong thực tiễn, cũng như trên tài liệu và qua internet, để phục vụ nhiệm vụ làm đồ án môn học nguyên lý máy, nhóm đề xuất thực hiện nghiên cứu tinh toán thiết kế cơ cấu chính (cơ cấu đột dập) của máy dập trục khuỷu. Cơ cấu nhóm đề xuất không phải là cơ cấu các loại máy dập phổ biến đang sử dụng hiện nay mà là cơ cấu khá mới mẻ sử dụng nguyên lý hoạt động của cơ cấu ba thanh thẳng hàng.

MỤC LỤC

2.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ỨNG DỤNG CỦA MÁY DẬP (MÁY ĐỘT THỨ) 3

4.2 CÁCH VẼ HỌA ĐỒ CƠ CẤU (TẠI VỊ TRÍ SỐ 3 ) 15

CHƯƠNG V: CHUYỂN ĐỘNG THỰC VÀ LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG

5.1 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 455.2 XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY 455.3 LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮP BÁNH

CHƯƠNG VI: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GEOGEBRA VÀO KIỂM TRA

1

CHƯƠNG I: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ KỸ THUẬT 1.1 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Gia công áp lực là một trong những phương pháp gia công đã và vẫn đang được

sử dụng nhiều hiện nay

Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp cơ bản để chếtạo các chi tiết máy và các sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúc hoặcgia công cắt gọt

Công nghệ dập tấm là một công nghệ quan trọng của ngành gia công áp lực.Dập tấm là một phương pháp gia công

áp lực tiên tiến để chế tạo các sản phẩm

hoặc chi tiết bằng vật liệu tấm thép bảng

hoặc thép dải

Dập tấm được tiến hành ở trạng thái

nguội (Trừ thép cacbon có s > 10 mm)

Nên còn gọi là dập nguội

Hiện tại các loại máy dập cơ khí vẫn

đang sử dụng công nghệ dập tấm (dập

nguội) là phổ biến Sau quá trình tìm hiểu

và nghiên cứu các loại máy dập trong

thực tiễn, cũng như trên tài liệu và qua

internet, để phục vụ nhiệm vụ làm đồ án

môn học nguyên lý máy, nhóm đề xuất

thực hiện nghiên cứu tinh toán thiết kế cơ

cấu chính (cơ cấu đột dập) của máy dập

trục khuỷu Cơ cấu nhóm đề xuất không

phải là cơ cấu các loại máy dập phổ biến

đang sử dụng hiện nay mà là cơ cấu khá

mới mẻ sử dụng nguyên lý hoạt động của

cơ cấu ba thanh thẳng hàng

1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ KỸ THUẬT

Cơ cấu đề xuất là cơ cấu đột dập của máy đột lỗ cơ vừa, với đối tượng là thépcácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken,thiếc, chì và vật liệu phi kim như : Giấy cactông, êbôníc, fip, amiăng, da

C

G

4 A

E

1

5 B

H 2

với đường kính lỗ đột tối đa khoảng 20mm, đối tượng có độ dày tối đa là 5mm, lựcdập danh nghĩa khoảng 16 tấn lưc.

Lược đồ động của cơ cấu như trên

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU

Trong chương 2, ta đi vào nghiên cứu thiết kế các loại máy dập (máy đột lỗ), từ

đó đề xuất phương án thiết kế.

2.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ỨNG DỤNG CỦA MÁY DẬP (MÁY ĐỘT LỖ)

2.1.1 Định nghĩa:

Máy dập là thiết bị cơ khí dùng để gia công áp lực mà công biến dạng đượcsản sinh ra nhờ truyền động cơ khí,t ruyền động ma sát hay áp lực chất lỏng

2.1.2 Ứng dụng của máy dập, máy đột lỗ

Máy dập được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau

a Đối với máy đột lỗ trục khuỷu :

Thực hiện được nhiều nguyên công trong công nghệ dập tấm,như cắthình,đột lỗ, dập sâu , uốn

b.Đối với máy dập, đột lỗ trục vít

Dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn do năng suất thấp nhưng rất phù hợptrong dạng sản xuất hàng loạt nhỏ vì tính vạn năng của nó cao Máy có khả nănglàm thay công nghệ trên máy búa và máy dập nóng, thậm chí dùng trong cả trongcông nghệ kẹp nguội như nắn, uốn, cắt

c.Đối với máy dập, đột lỗ thủy lực

Được ứng dụng rộng rãi: rèn tự do, rèn khuôn ép, chất dẻo hoặc các vật liệunhư kim loại, ép bột kim loại

2.2 CÁC LOẠI MÁY DẬP THƯỜNG DÙNG

Sơ đồ động của máy ép trục khuỷu :

12 11

10 9

13 14

12 11

10 9

Nguyên lý làm việc của máy dập trục khuỷu :

Qua sơ đồ động ta thấy : Khi mở máy mô tơ 1 quay và truyền động đến

bộ truyền bánh đai và ở đầu phải của trục I có lắp bánh răng nhỏ (2) được ănkhớp với bánh răng ở trục II ( trục khuỷu ) khi chưa sử dụng cơ cấu điềukhiển thì bộ phận ly hợp (3) chưa làm việc lúc đó bánh răng lớn quay trêntrục chính (trục khuỷu).Trục chính vẫn đứng yên , trục chính quay khi ta yêucầu động tác đột dập, bằng cách điều khiển bộ phận điều khiển, thông qua bộphận này cơ cấu ly hợp làm việc ,chuyển động quay của bánh đà sẽ đượctruyền tới trục chính Khi trục chính quay thì đầu trượt (6) sẽ được thực hiệnchuyển động tịnh tiến trong máng dẫn rãnh trượt (4) Phanh (8) gài trên trụckhuỷu để giữ cho đầu trượt dừng lại ở điểm chết trên sau khi ly hợp đã rakhớp, hoặc khi đầu trượt dừng lại ở một vị trí bất kì lại có thể rơi theo trọnglượng

2.2.2 Máy dập thủy lực

Các máy dập thủy lực là các loại máy rèn truyền dẫn bằng dòng chất lỏng(dầu hoặc nước) có áp suất cao.Máy được chế tạo với lực ép lớn hơn so với máydập trục khuỷu

Máy dập thủy lực có ưu điểm : Lực ép lớn, chuyển động của đầu ép êm vàchính xác, điều khiển hành trình ép và lực ép dễ dàng Nhược điểm của máy dậpthủy lực là chế tạo phức tạp, bảo dưỡng khó khăn

Các máy dập thủy lực là các loại máy rèn truyền dẫn bằng dòng chất lỏng(dầu hoặc nước) có áp suất cao Cấu tạo máy dập thủy lực có nhiều kiểu khácnhau,sơ đồ chung của máy như sau :

Nguyên lý làm việc của máy như sau: Đóng động cơ(E), bơm cao áp D làmviệc hút chất lỏng từ bể chứa G qua đường ống dẫn 18 tạo nên dòng chất lỏng cao

áp theo ống dẫn 16 đến bộ phân phối B Dòng chất lỏng cao áp này hiệu chỉnh đểđảm bảo áp suất yêu cầu nhờ các bình chứa khí nén 17 của hệ thống hiệu chỉnh ápsuất C Máy ép làm việc có 3 trạng thái:khi muốn đầu máy nâng lên ta kéo tay gạtlên vị trí 1 van a và C đóng, van b và d mở Dòng chất lỏng cao áp đi theo đường16-15-12 vào xi lanh nâng 8 đưa pistông 9 đi lên thông qua xà trên 10 và những trụ

7 sẽ đưa xà dưới mang đầu ép 3 đi lên trượt theo những trụ dẫn hướng 2 Đầu ép đilên pistông ép 4 sẽ đẩy dòng chất lỏng trong xi lanh ép 6 theo đường 11-14-13 về

bể chứa chất lỏng G.cũng cách phân tích tương tự đối với trạng thái làm việc dừng

và đi xuống tương ứng vị trí tay gạt

5

3

7 6 4

2 1

17

10 2

15

16

12 11

13 14

2.2.3 Máy dập ma sát trục vít

Các máy dập ma sát trục vít có lực ép từ 40 ¿ 630 tấn Nguyên lý làm việccủa máy như sau:

Động cơ (1) truyền chuyển động qua bộ truyền đai (2), làm quay trục (4) trên đó

có lắp các đĩa ma sát (3)và(5) Khi nhấn bàn đạp (11) cần điều khiển (10) đi lên,đẩytrục(4) dịch chuyển sang phải và đĩa ma sát (3) tiếp xúc với bánh ma sát (6) làmtrục vit quay theo chiều đưa đầu búa đi xuống Khi đến vị trí cuối của hành trình

ép , vấu (8) tỳ vaò cử (9) làm cho cần điều khiển (10)đi xuống , đẩy trục (4) quatrái và đĩa ma sát (5) tỳ vào bánh ma sát (6) làm trục vét quay theo chiều ngượclại,đưa đầu trượt đi lên , đến cử hành trình(7) cần (10) lại được nhấc lên trục (4)được đẩy sang phải , lặp lại quá trình trên Máy dập ma sát có chuyển động đầu ,trượt êm tốc độ ép không lớn nên kim loại biến dạng triệt để hơn so với máy búa ,hành trình làm việc điều chỉnh trong phạm vi khá rộng

2.3 TỔNG QUAN VỀ MÁY DẬP TRỤC KHUỶU

2.3.1 Phân loại máy dập trục khuỷu

Dựa vào các kiểu thân máy, người ta chia ra làm hai kiểu: Thân hở và thânkín

+Kiểu thân hở: Là kiểu thân máy có dạng chữ E có ưu điểm là gọn nhẹ, mởrộng được phạm vi, đưa phôi cả ba phía bàn máy Kiểu này thường có lực dậpkhông lớn hơn 100 tấn còn khi yêu cầu lực dập lớn hơn nữa người ta dùng kiểuthân kín Thân máy được liên kết với nhau bằng kết cấu hàn hay bulông giàng

+Kiểu thân kín có độ cứng nòng cao: Thân máy bị biến dạng khi có tảitrọng, sản phẩm dập ra có độ chính xác cao.Việc đưa phôi vào máy thực hiện 2phía trước sau Ngoài việc phân loại trên, thân máy còn chia làm 2 kiểu: một trục

và hai trục

+Thân máy kiểu một trục : Là dạng thân máy có bộ

phận truyền động nằm về một phía của thân máy(hình 2-4 a)

biên máy mang đầu trượt nằm ngoài gối đỡ của thân máy,gọi làthân máy có trục công xôn Nhược điểm của loại thân máy này là

độ cứng của trục chính

+Thân máy kiểu 2 trục: Là loại thân máy có bộ phận

truyền động , bố trí ở 2 phía của thân máy (hình 2-4 b) Biên

máy mang đầu trượt nằm giữa 2 gối đỡ của thân máy nên độ

cứng vững của thân máy cao Thân máy kiểu 2 trục thường có kiểu thân nghiêngđược và thân cố định , loại thân nghiêng được có ưu điểm là sản phẩm sau khi dậprời khỏi lòng khuôn , được ra theo chiều nghiêng của thân máy

2.3.2 Phân tích các kết cấu máy

Về nguyên lý làm việc của máy ép trục khuỷu có chuyển động chính làchuyển động tịnh tiến lên xuống của đầu trượt mang chày tạo ra chuyển động dập

Để tạo ra được chuyển động tịnh tiến này , ta đưa ra một số phương án:

a Chuyển động tịnh tiến nhờ trục khuỷu 2 trụ

Đặc điểm chuyển động của cơ cấu này là biến chuyển động quay n thànhchuyển động tịnh tiến lên xuống của đầu trượt

Cơ cấu này có 2 ưu điểm là đơn giản , hiệu suất cao , độ cứng vững của đầutrượt lớn và hành trình làm việc của đầu ép lớn

7

S n

b Chuyển động tịnh tiến nhờ trục lệch tâm kiểu 1 trục:

Đặc điểm của chuyển động này là biến chuyển động quay trục lệch tâm CO1

thành chuyển động lên xuống của đầu trượt

Nhưng ở cơ cấu này có đặc điểm là do dùng trục lệch tâm để truyền chuyểnđộng nên lực ép không lớn lắm, độ cứng vững thấp hành trình làm việc nhỏ ,ưuđiểm là đơn giản dễ chế tạo

c Cơ chế chuyển động thông qua các khâu bản lề:

Đặc điểm của cơ cấu truyền động: biến chuyển động quay của khuỷu 1thành chuyển động tịnh tiến của đầu trượt Ta thấy ở loại cơ cấu này truyền độngrất phức tạp , chiếm không gian máy lớn do dùng cơ cấu thanh truyền và khuỷu bảnlê,hiệu suất truyền động thấp , hành trình làm việc nhỏ, tuy nhiên giá thành khôngcao như các cơ cấu khác, dễ sửa chữa và bảo dưỡng

d Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin

Cơ cấu hình sin chuyển động quay toàn vòng thành chuyển động tịnh tiếnqua lại hay ngược lại Ở đây con trượt 2 đóng vai trò thanh truyền khâu 1 quay trònquanh O làm đầu trượt 2 trượt trong khe k :Nhờ sự trượt trong khe k của khâu 2làm cho khâu 3 mang đầu trượt gắn liền với khe chuyển động lên xuống Ta thấyviệc hoạt động của cơ cấu rất phức tạp hiệu suất thấp độ cứng vững thấp nênkhông đáp ứng được tính năng kỹ thuật khi thiết kế

C

O 1

S

S

S 2

Hiện nay những thiết bị dùng trong dập

nguội có nhiều chủng loại phù hợp với từng yêu

cầu công nghệ khác nhau trong ngành gia công

áp lực Ơ đây ta phải thiết kế máy đột dập phục

vụ cho quy trình công nghệ dùng cho các nguyên công đột ,cắt các loại tôn làchủng loại máy ép lệch tâm và trục khuỷu

Nguyên lý làm việc của hai chủng loại máy này hoàn toàn tương tự nhauđều sử dụng cơ cấu tay quay thanh truyền trong truyền động cơ khí để biến đổichuyển động quay của trục lệch tâm hay trục khuỷu thành chuyển động đi lại củađầu trượt để thực hiện nhiều nguyên công trong công nghệ dập tấm như cắt hình,đột lỗ, dập sâu uốn, ở đây nhóm không đề xuất những cơ cấu máy dập đang sửdụng phổ biến hiện nay mà đề xuất cơ cấu dập lỗ của máy dập sử dụng thanh bản lề

và hoạt động theo nguyên tắc 3 thanh thẳng hàng

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ CẤU

3.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CƠ CẤU

Qua nghiên cứu những vấn đề tổng quan nhất của máy dập (máy đột lỗ), ta đãnắm được cơ bản nguyên lý hoạt động, cấu tạo, chức năng, ưu-nhược điểm của

từng loại máy, nhóm đề xuất thực hiện nghiên cứu, thiết kế nguyên lý của cơ cấu đột dập của máy đột dập sử dụng các khâu bản lề và hoạt dộng theo nguyên lý

ba thanh thẳng hàng như đã nêu ở chương I.

Về nguyên lý làm việc cơ cấu đột dập của máy đột lỗ trục khuỷu có chuyển độngchính là chuyển động tịnh tiến lên xuống của đầu trượt mang chày tạo ra chuyểnđộng đột dập Để tạo ra được chuyển động tịnh tiến này, nhóm đề suất thực hiệnthiết kế cơ chế chuyển động qua các khâu bản lề Nguyên lý hoạt động cụ thể:Khâu 1 được lắp với trục bánh răng bởi khớp cố định A, khi bánh quay làm khâu 1quay theo (vì vậy trong phương án chọn khâu dẫn là khâu 1), khi khâu 1 quay làmkhâu 2 chuyển động song phẳng, khâu 2 được nối với khâu 3 và khâu 4 bằng khớpbản lề C, khâu 2 chuyền động làm khâu 3 chuyển động quay xung quanh khớp bản

lề cố định E và khâu 4 chuyển động song phẳng, khâu 4 được nối với khâu 5 bằngkhớp bản lề D, khâu 5 được nối vào khớp trượt H, khi truyền động, khâu 4 truyềnđộng cho khâu 5 thực hiện hành động đột dập (miêu tả bằng lược đồ động)

3.2 THIẾT KẾ CƠ CẤU

3.2.1 Nguyên tắc thiết kế

Cơ cấu của nhóm đề xuất là máy đột lỗ cỡ trung bình, với đối tượng là thépcácbon, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken,thiếc, chì và vật liệu phi kim như : Giấy cactông, êbôníc, fip, amiăng, da

với đường kính lỗ đột tối đa khoảng 20mm, đối tượng có độ dày tối đa là 5mm

9

Máy chứa cơ cấu cần nghiên cứu có chiều cao từ chân máy lên đỉnh máy là700mm, chiều rộng là 420mm, khoảng cách từ khâu dẫn 1 tới bàn làm việc củamáy là D=485mm

3.2.2 Thiết kế chiều dài các khâu trong cơ cấu

Lực dập cắt hay đột lỗ với con trượt và có mặt cắt phẳng được xác định nhưsau: P=g K L S.τ C (Giáo trình công nghệ kim loại)

Với: K=1,1 - 1,3 là hệ số tính đến sự không đều về chiều dày và tínhchất vật liệu , mép cắt bị mòn, chế tạo và lắp ghép khuôn không chínhxác.Chọn K=1,2

L: Chu vi lớn nhất vòng tròn đột lỗ

S: Chiều dày lớn nhất cua chi tiết dập được:S = 5(mm )

τC : Ứng suất cắt của vật liệu

Đối với vật liệu thép carbon CT5 ,ta có: τC=45 ( KG / mm2

)

Suy ra P = 10.1,2.2.3,14.10.5.45=169560(N )

Vậy chọn lực ép danh nghĩa của máy là 16 tấn lực

Ta có bảng tính năng kỹ thuật của máy ép trục khuỷu đơn động loại thân

hở theo tiêu chuẩn (TCVN 1086-1986) như sau:

Tên gọi các thông số và

kích thước cơ bản

Mức

Lực ép danh nghĩa kN 25 63 100 150 250Hành trình của đầu

trượt có điều chỉnh

S

Lớnnhất 30 36 45 50 50 63 55 71 65 80Nhỏ

Dựa trên bảng tiêu

Tại vị trí đầu trượt

cao nhất (điểm chết trên), 2

11

D 4 A

E

1

5 C

khâu 1 và 2 cùng nằm trên một đường thẳng, khớp A nằm giữa khớp B và C.(Hình 3)

Tại vị trí đầu trượt thấp nhất (điểm chết dưới), 2 khâu 1 và 2 cùngnằm trên một đường thẳng, khớp B nằm giữa khớp A và C (Hình 4)

Do khoảng cách từ đầu trục của đầu trượt đến thân máy C = 240 mm,nên ta chọn độ dài của khâu dẫn l160mm và l2 180mmvìkhi tại vị trí đầu trượt thấp nhất (điểm chết dưới) thì A, B, C thẳng hàng và

B nằm giữa A và C, độ dài AC đúng bằng C (l1 2l 240mm

)

Căn cứ cào khích thước của máy, với chiều cao là 800mm, ta chọnchiều dài CE là l3  360mm

Nhận thấy hành trình con trượt chính là C D1 1 C D1 2 (hình ), ta đi

tính toán chiều dài khâu 4

Xét tam giác AC E vuông tại 2 C2 có AC2 240mm và C E 360mm2  ,

áp dụng định lý Pitago cho tam giác AC E ta có:2

H

4 1

3.2.3 Vật liệu thiết kế cơ cấu

Trong quá trình làm việc, các khâu chịu tác dụng của các lực sau:

Lực ép

Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của đầu trượt

Lực quán tính của khâu

Dưới tác dụng của các lực đó khâu bị uốn, uốn dọc, uốn ngang,

Khi máy ép làm việc, các lực trên thay đổi theo chu kỳ, vì vậy tải trọng trênthanh truyền là tải trọng động Do đó tính toán thanh truyền phải có hệ số an toànhợp lý

Để đáp ứng yêu càu chịu những lực trên trong quá trình hoạt động, ta chọn vậtliệu là thép CT45

3.2.4 Khối lượng và moment quán tính với các khối tâm của các khâu trong cơ cấu

Tất cả các khâu đều là những thanh thẳng nên khối tâm S của các thanh đặt tại trung điểm của các thanh đó

Các thanh đều làm bằng thép carbon 45 nên có khối lượng riêng là

Đầu trượt có hình khối chữ nhật : a= 100 mm , b = 100 mm , l = 348 mm

⇒ V =1.1.3,48=3,48(dm3)

Vậy khối lượng M = 3,48 7,8 = 27 (kg)

Các khâu 1, 2, 3, 4 là những khâu có tiết diện hình chữ nhật với diện tích

là (a.b=0,3x0,4 dm) có chiều dài l tương ứng nên có moment quán tính và khối lượng tương ứng như trong bảng dưới đây:

Bảng thông số cơ bản:

Thông sốKhâu Khối lượng

(kilogram)

Độ dài(mm)

Momenquán tính Vật liệuKhâu 1(dẫn) 0,56 60 1,68.10−4 Thép Carbon 45

Khâu 2 1,68 180 7,6.10−3 Thép Carbon 45

Khâu 4 1,4 150 2,625.10−3 Thép Carbon 45

Khâu 5

CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CƠ CẤU 4.1 TÍNH BẬC TỰ DO, XẾP LOẠI CƠ CẤU

4.1.1 Tính bậc tự do

Số khâu động: n=5 bao gồm các khâu: Khâu 1, 2, 3, 4, 5

Số khớp loại 5: p5= 7 bao gồm các khớp: khớp xoay A, B, C,C’, D, E,khớp trượt tại H

Số khớp loại 4: p4=0

Số ràng buộc thừa: Rth=0

Số bậc tự do thừa: Wth=0

Áp dụng công thức tính bậc tự do: W= 3n – (2p5 + p4 – Rth) – Wth

Như vậy, cơ cấu có bậc tự do: W=3.5 – (2.7 + 0 – 0) – 0 = 1

 Cơ cấu có 1 bậc tự do.

4.1.2 Xếp loại cơ cấu

Cơ cấu gồm khâu dẫn 1 và 2 nhóm tĩnh định

Khâu dẫn 1

Nhóm tĩnh định 1: Gồm khâu 4, khâu 5 và các khớp C, D, khớp trượt H.Nhóm tĩnh định 2: Gồm khâu 2, khâu 3 và các khớp B, C, E

15

D

5

H3

A

1

4

EC

Như vậy, xếp loại cơ cấu là cơ cấu loại 2.

4.2 CÁCH VẼ HỌA ĐỒ CƠ CẤU (TẠI VỊ TRÍ SỐ 6 )

Chọn tỉ lệ xích L= 0,005(mm m ¿

Đặt gốc hệ trục Oxy tại vị trí A (gối cố định)

(Oy là phương đứng, Ox là phương ngang) Đặt

gối cố định tại điểm E có tọa độ E(48;-72)

Từ các số liệu đã biết ta xác định tay quay AB

hợp với phương nằm ngang một góc φ=900.AB =

C’’ giao đường thẳng song song với Oy và

qua E tại D Ta được khâu 4

Từ D dựng đoạn DG=69,90 Ta được khâu 5

4.3 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

D 1

5

E H

2



A

G 3

B

C' C

4

Hình 5

4.3.1 Họa đồ chuyển vị cơ cấu

E

C7C' 1

biểu diễn bằng đoạn v B

: pb=52(mm) có phương vuông góc với AB, chiều hợpchiều quay ω1

Từ b vẽ đường thẳng ∆1vuông góc với BC biểu diễn cho phương của ⃗V CB

Từ P vẽ đường thẳng ∆2vuông góc với CE biểu diễn cho phương của ⃗V C.Giao điểm của ∆1và ∆2là điểm C

Trên họa đồ vận tốc (Hình 6), ta có:

⃗pb biểu diễn cho ⃗V B

⃗pc biểu diễn cho ⃗V C

⃗

bc biểu diễn cho ⃗V BC

⃗pd biểu diễn cho ⃗V D

Từ c vẽ đường thẳng ∆3vuông góc với CD biểu diễn cho phương của ⃗V DC

Từ P vẽ đường thẳng ∆4vuông góc với DE biểu diễn cho phương của ⃗V D

Giao điểm của ∆3và ∆4là điểm D

⃗

V D: { Phương , chi `ê u :⃗ Đi ´ê mđ ´ă t :tại p pd

Đ ´ô l ´ơ n :V D= ´pd μ V=19,92 0,002 π=0,125 (m

s)

⃗V CD: { Phương , chi `ê u :⃗ Đi ´ê mđ ´ă t :tại c cd

Họa đồ (mm)

Thực tế (mm/s)

Họa đồ (mm)

Thực tế (mm/s)

19

nBC

c'

nDCd'

p'

nC

Độ lớn:

2 112

3  ?

2 2704

 

Từ b 'vẽ ⃗b ' n CB có phương // CB, chiều hướng từ C → B

biểu diễn cho ⃗a CB n đã biết và có độ lớn 1,68 (mm)

Từ n CB vẽ đường thẳng x1  CB biểu diễn cho phương

của ⃗a CB τ

Từ p 'vẽ ⃗b ' n C có phương // CE, chiều từ C vào E biểu

diễn cho ⃗a C n đã biết có độ lớn 24,41 mm

Từ n CE vẽ đường thẳng x2  CD biểu diễn cho ⃗a CE τ

Giao điểm C ' của x1 và x2 chính là mút của ⃗a CE τ và ⃗a CB τ

Trên họa đồ gia tốc , ta có: p c ' '

Từ c’ ta vẽ c ' n´CD=52,81 (mm) có chiều từ C → CD biểu diễn cho ⃗a CD n

Qua n CDta vẽ đường thẳng x3 CD biểu diễn cho phương của ⃗a CD τ

Từ p’ ta vẽ đường thẳng x4 // xx’ biểu diễn cho phương của ⃗a D

Hai đường thẳng x3 và x4 cắt nhau tại điểm d’

Họa đồ gia tốc

⇒ ⃗a D{ phương , chiều:⃗ Điểmđặt :tại p ' p ' d '

Độlớn :a E=μ a p ' d '

= 4 π2

1875.66,2 1000=70,38 π

2 (mm /s2

)

Bảng 2: Giá trị gia tốc của cơ cấu tại 8 vị trí

4.4

PHÂN TÍCH LỰC HỌC CƠ CẤU

4.4.1 Phân tích lực học cơ cấu tại vị trí số 7

Xác định áp lực khớp động trong cơ cấu ( tại vị trí 7)

Thực tế (mm/s 2 )

Họa đồ (mm)

Thực tế (mm/s 2 )

Họa đồ (mm)

Thực tế (mm/s 2 )

2 C

E 4

Khâu dấn Nhóm tĩnh định 1 Nhóm tĩnh định 24.4.1.2 Tính áp lực khớp động trong nhóm tĩnh định 1

Xét khâu 5 (chuyển động tịnh tiến)

Phân tích lực tác dụng lên khâu như hình bên

Phương trình cân bằng lực

∑⃗F i= ¿⃗R05+⃗P qt 5+⃗R45+⃗G5+⃗F kt¿=0 (1)

Ta xác định được:

Theo hình bên ta có

⃗P qt 5:{ Đi ´ê m đ ´ă t :tại S5

Phương , chi `ê u :⃗ d ' p '

Xét khâu 4 (chuyển động song phẳng)

Phân tích lực tác dụng lên khâu

+ Chuyển động tịnh tiến của điểm C với gia tốc ⃗a C.+ Chuyển động quay tương đối quanh C với gia tốc ⃗a s4c '.Nhân 2 vế (*) với -m4 ta được:

-m4.⃗a S 4=(−m4 ⃗ a C)+(−m4.⃗ a s

4c ')

Đặt ⃗P ' qt 4=−m4.⃗ a C là lực quán tính cả khâu 4 trong chuyển động tịnh tiến với gia tốc ⃗a C 'nên ⃗P ' qt 4 phải song song và ngược chiều với⃗p ' c ' trên họa đồ gia tốc, ⃗P ' ' qt 4=−m4.⃗ a s

4c ', chính là lực quán tính của khâu 4 trong chuyển động quay quanh trục đi qua C nên phải song song và ngược chiều với ⃗c ' S4trên họa đồ gia tốc và đi qua điểm k4 trên họa đồ cơ cấu, ⃗P qt 4=−m4 ⃗ a s4 là lực quán tính toàn phầncủa khâu CD, khi đó ta có thể viết lại:

⃗P qt 4=⃗P' qt 4+⃗P ' ' qt 4

Như vậy, ⃗P qt 4 phải đi qua giao điểm T của ⃗P ' qt 4và ⃗P ' ' qt 4

Tóm lại: lực ⃗P qt 4 của khâu 4 có:

{ Phương : song song và ngược chiều với a Điểm đặt :tại T S4

Trên họa đồ cơ cấu: từ K4 kẻ ∆1 ∕ ∕ ⃗c ' S4, từ S4 kẻ ∆2 ∕ ∕ ⃗ p ' c ', giao∆1với ∆2 là T (điểm đặt lực quán tính)

Ta tính phương trình mômen đối với tâm D:

được xác định bằng họa đồ cơ cấu

Cộng (1) và (2) ta được (3):

23

Từ a vẽ ∆ '1 ∕ ∕CD biểu diễn cho phương ⃗R24n

Từ b vẽ ⃗bc biểu diễn cho ⃗G4, có phương ⊥Ox, chiều hướng xuống và có độ dài 1,4 mm

Từ c vẽ ⃗cd biểu diễn cho ⃗P qt 4, có phương và chiều của vector ⃗s '4p ' trên họa

Từ ⃗F qt dựng đường thẳng ∆ '2 biểu diễn cho giá của ⃗R05,có phương //Ox

Giao h của ∆ '1và ∆ '2là đầu mút của ⃗R05 Giao của ∆ '1và ⃗R24t là đầu mút của ⃗R24n

Dựa vào họa đồ lực, ta có:

⃗R05:{Phương ,chiều :Vuông góc với phương của ⃗ Điểm đặt :tại H G5, chiềuđã chọn như hình

4.4.1.3 Tính áp lực khớp động trong nhóm tĩnh định 2.

Xét khâu 3 (chuyển động quay quanh trục không đi qua trọng tâm)

Phân tích lực tác dụng lên khâu

Phương trình mômen tại C:

Xét khâu 2 (chuyển động song phẳng)

Phân tích lực tác dụng lên khâu (Hình 3.4)

Phương trình cân bằng lực:

Như vậy, khâu 2 do 2 chuyển động tạo thành :

Chuyển động tịnh tiến của điểm B với gia tốc ⃗a B

Chuyển động quay tương đối quanh B với gia tốc ⃗a s4b '

Nhân 2 vế (*) với -m2 ta được:

-m2.⃗a S2=(−m2 ⃗ a B)+(−m2.⃗ a s

2b ') Hình 3.2Đặt ⃗P ' qt 2=−m2 ⃗ a B là lực quán tính cả khâu 2 trong chuyển động tịnh tiến với gia tốc ⃗a B 'nên ⃗P ' qt 2 phải song song và ngược chiều với⃗p ' b ' trên họa đồ gia tốc, ⃗P ' ' qt 4=−m2.⃗ a s

2b ', chính là lực quán tính của khâu 2 trong chuyển động quay quanh trục đi qua B nên phải song song và ngược chiều với ⃗b ' S2trên họa đồ gia tốc và đi qua điểm K2 trên họa đồ cơ cấu, ⃗P qt 2=−m2 ⃗ a s2 là lực quán tính toàn phần của khâu BC, khi đó ta có thể viết lại:

⃗P qt 2=⃗P ' qt 2+⃗P ' ' qt 2

Như vậy, ⃗P qt 2 phải đi qua giao điểm T của ⃗P ' qt 4và ⃗P ' ' qt 2

Tóm lại: lực ⃗P qt 2 của khâu 2 có:

{ Phương : song song và ngược chiều với a Điểmđặt :tạiT S2

Trên họa đồ cơ cấu: từ K2 kẻ ∆1 ∕ ∕ ⃗b ' S2, từ S2 kẻ ∆2 ∕ ∕ ⃗ p ' b ', giao∆1với ∆2 là

¿ 1,68.10.16,69 0,005−1,78.18,83 0,005

0,18 =6,86(N )

Với h h1 , , h 2 3 lần lượt là khoảng cách từ C đến các lực tương ứng, h h1 , , h 2 3

được xác định bằng họa đồ cơ cấu

Từ a R03t vẽ ∆ '1 ∕ ∕EC biểu diễn cho phương ⃗R03n

Từ bvẽ ⃗bc biểu diễn cho⃗G3, có phương ⊥Ox, chiều hướng xuống và có độ dài 5,6 mm

Từ cvẽ ⃗cd biểu diễn cho⃗P qt 3, có phương ∕ ∕p’S '3, chiều từ S '3 vào p’ và có độdài 0,18 mm

Từ d vẽ ⃗debiểu diễn cho⃗R42có phương, chiều ngược với phương chiều của

⃗R24 trên họa đồ lực và có độ dài 133,42 mm

Từ e vẽ ⃗ef biểu diễn cho ⃗G2, có phương ⊥ Ox, chiều hướng xuống và có độ dài 2,8 mm

Từ f vẽ ⃗fg biểu diễn cho ⃗P qt 2, có phương ∕ / p' S '

Từ h vẽ ∆ '2 ∕ ∕BC biểu diễn cho phương của⃗R12n

Giao điểm i của ∆ '1và ∆ '2là mút của ⃗R12n và gốc của ⃗R03n

⃗R12n:{ Phương , chi `ê u :⃗ Đi ´ê mđ ´ă t :tại B hi

⃗R12:{ Phương , chi `ê u :⃗ Đi ´ê m đ ´ă t :tại B ig

Xác định mômen cân bằng bằng phương pháp lực

Giả sử mômen cân bằng ⃗M cb có chiều như hình

Phương trình mômen cân bằng đối với điểm A

Mcb cùng chiều với chiều mà ta giả sử (cùng chiều kim đồng hồ)

Xác định moment cân bằng bằng phương pháp di chuyển khả dĩ

Theo nguyên lí di chuyển khả dĩ có: