Môn học nguyên lý máy là một trong những môn học cơ sở không thể thiếu được đối với các ngành kỹ thuật, vì thế làm bài tập lớn nguyên lý máy là công việc rất quan trọng và cần thiết để c
Trang 1MỤC LỤC
Phần 1: Tổng hợp và phân tích động học cơ cấu phẳng:
I Tính bậc tự do- xếp loại cơ cấu chính 3
1.1 Bậc tự do 3
1.2 Xếp loại cơ cấu 3
II Tổng hợp động học cơ cấu chính 3
III Phân tích động học cơ cấu chính 4
3.1 Yêu cầu 4
3.2 Họa đồ vị trí 4
3.3 Đồ thị lực cản 4
3.4 Họa đồ vận tốc 5
3.5 Họa đồ gia tốc 6
Phần 2: Phân tích áp lực khớp động và tính Mcb: 4.1 Yêu cầu 13
4.2 Phân tích áp lực khớp động 13
4.3 Tính Mcb 14
Trang 2BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY
MÁY BÀO LOẠI 3- PHƯƠNG ÁN 3
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xã hội Trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò hết sức quan trọng Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến, hiện đại và dần dần thay thế sức lao động của con người Để tạo ra và làm chủ các loại máy móc như thế ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ sản xuất tiên tiến
Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên trường ĐHKT nói chung luôn cố gắng học tập và rèn luyện để sau khi ra trường với những kiến thức đã được học chúng em có thể góp một phần sức lực, trí tuệ của mình vào công cuộc đổi mới đất nước
Môn học nguyên lý máy là một trong những môn học cơ sở không thể thiếu được đối với các ngành kỹ thuật, vì thế làm bài tập lớn nguyên lý máy là công việc rất quan trọng và cần thiết để chúng em hiểu sâu, hiểu rộng những kiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho những môn học sau này
Bài tập lớn của em được thầy giáo, PGS.TS.Phan Quang Thế giao cho là MÁY BÀO LOẠI 3- phương án 3 Với những kiến thức đã học cùng với sự giúp
đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, sự đóng góp, trao đổi của bạn bè em đã hoàn thành bài tập lớn này Nhưng do đây là lần đầu tiên làm bài tập lớn nên không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để bài tập lớn của em được hoàn thiện hơn Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là thầy giáo Phan Quang Thế
Sinh viên Phan Thị Phương Thảo
Trang 3I Tính bậc tự do- Xếp loại cơ cấu chính:
1.1 Bậc tự do:
Áp dụng công thức: W= 3n - (2P5+P4) + r + r’ - S
Trong cơ cấu này:
n: Số khâu động, n=5 P5: Số khớp loại 5, P5=7 P4: Số khớp loại 4, P4=0 r: Số ràng buộc trùng, r=0 r’: Số ràng buộc thừa, r’=0 S: Số bậc tự do thừa, S=0
W= 3.5 - 2.7 = 1 Vậy cơ cấu có bậc tự do bằng 1
1.2 Xếp loại cơ cấu:
Chọn khâu 1 làm khâu dẫn ta tách cơ cấu thành hai nhóm atxua loại 2: (4,5)
và (2,3) (Hình 1) Do đó cơ cấu là cơ cấu loại 2
5
4
2
3
1
Hình 1: Tách nhóm atxua và xếp loại cơ cấu
II Tổng hợp động học cơ cấu chính:
2.1 Yêu cầu:
Xác định kích thước động của các khâu dựa trên lược đồ động của cơ cấu và
dữ liệu của phương án 3
2.2 Tính toán:
Từ công thức hệ số về nhanh: k=
180 180
Trang 4Ta có 38 , 82
1 55 , 1
1 55 , 1 180 1
1
k
k
Từ O2kẻ O2x và O2x’ hợp với O1O2 một góc 19 , 41 Từ O1O2 vẽ đường tròn tiếp xúc với O2x và O2x’ hai vị trí chết của cơ cấu
Xét cơ cấu tại vị trí này:
) ( 152 , 0 ) 47 , 19 sin(
46 , 0 2 sin 1
L O A O A
) ( 84 , 0 ) 41 , 19 sin(
2
56 , 0 2
sin 2
) ( 0456 , 0
3 ,
0 L 1 m
0,05H=0,05.560=28(mm)=0,028(m)
III Phân tích động học cơ cấu chính:
3.1 Yêu cầu:
Từ kết quả tổng hợp động học cơ cấu chính vẽ họa đồ vị trí, họa đồ vận tốc, họa đồ gia tốc để xác định các đặc trưng động học của các khâu bị dẫn
3.2 Họa đồ vị trí:
8 , 60
152 , 0
1
A O
L O A
L
A
O
L
1 là chiều dài thật của khâu 1 (m)
O1A là chiều dài biểu diễn của khâu 1 (mm)
Xác định độ dài biểu diễn cho các khâu bị dẫn:
) ( 184 0025 , 0
46 , 0
2 1
2
O
L
O O
) ( 336 0025 , 0
84 , 0
2
O
L
B O
) ( 224 0025 , 0
56 , 0 56 , 0
mm H
L
) ( 24 , 18 0025 , 0
0456 , 0 0456 ,
0
mm a
L
) ( 76 0025 , 0
19 , 0 19
,
0
mm b
L
Trang 5Lấy điểm O2 bất kỳ, lập hệ trục xO2y Trên O2y lấy O1O2 = 184(mm) Tại O1
vẽ đường tròn bán kính O1A = 60,8(mm) Từ O2 vẽ hai tiếp tuyến với đường tròn vừa vẽ được ta xác định được hai vị trí biên (hai vị trí chết) Từ O2 vẽ đường tròn
Tiến hành vẽ họa đồ vị trí Chọn A1 (vị trí biên thứ nhất) tương ứng với vị trí bắt đầu của φđ chia đường tròn (O1, O1A) thành 8 phần bằng nhau ta được 8 vị trí
Ba vị trí đặc biệt: vị trí biên thứ 2, hai vị trí ứng với 0,05H Đánh số thứ tự các vị trí theo chiều quay của kim đồng hồ
Họa đồ vị trí được thể hiện trên hình 2
3.3 Đồ thị lực cản:
Theo đầu bài ta có: Pc=1400(N)
Chọn đoạn biểu diễn Pc: L P c 40 mm( )
Vậy ta có: L P 140040 35(N/mm)
c
c
P
c
P
Đồ thị lực cản vẽ trên hình 2
Hành trình đi: Đoạn 0,05H là khi đầu bào chuẩn bị bào vào chi tiết, khi đó giá trị của Pc ngay lập tức từ 0 lên tới 1400N, giá trị này giữ nguyên trong suốt quá trình bào
Hành trình về: Khi ra khỏi chi tiết giá trị của Pc từ 1400N lập tức giảm ngay
về 0 vì không còn lực cản Pc nữa, đầu bào dịch chuyển một lượng tương ứng với vị trí bào kế tiếp rồi chạy không về vị trí ban đầu
Trang 6P 3
k
n 2a2a3
P 3
H
0,05H 0,05H
A 4 B
O 1
O 2
P c
A 11 A 10
A 9
A 8
A 7
A 6
A 5
A 3
A 2
A 1
Hình 2: Họa đồ chuyển vị và đồ thị lực cản
3.4 Họa đồ vận tốc:
3.4.1 Phương trình vecto vận tốc:
Trang 7Xác định vận tốc của các điểm A, B, C:
1
A
V A1 = 1.O1A
1
A V
2 3 2
A V V
3
B
V xác định bằng định lý đồng dạng thuận họa đồ vận tốc (
3 2 3
2B a o b
3
B V
4 5 4
B V V
4 5
B V V
Giải hệ (3-5, 3-6) tìm được V B5 ,V C5 ,V C4
3.4.2 Vẽ họa đồ vận tốc:
Tại các vị trí khác nhau của khâu dẫn các phương trình vecto vận tốc viết hoàn toàn giống nhau, cách vẽ cũng như nhau nên ở đây chỉ minh họa cách vẽ cho một vị trí (vị trí số 4)
30
0025 , 0 350 14 , 3 30
.
L
V
Chọn điểm P4 bất kỳ làm gốc họa đồ vẽ vecto P4a1 biểu diễn vận tốc của
1
A
V với P4a1=O1A và P4a1 O1A theo chiều 1
Từ (3-2) a2a1
Theo phương trình (3-3) từ đầu mút vecto P4a1 vẽ đường thẳng song song với O2A, từ P4 vẽ đường thẳng vuông góc với O2A a3
Dựng AO2B thuận a3o2b3 b3
B O
A O L
L L
L b
a
B O
A O B O
A O
2
2 3
3 3
3
2 2 2
2
.
.
Từ (3-4) ta có b4b3
Trang 8Từ (3-5) và (3-6), tại mút P4b4 vẽ đường thẳng vuông góc CS, từ P4 vẽ đường thẳng song song với CS c4c5b5
Vẽ các mút vecto tương ứng ta được họa đồ vận tốc tại vị trí thứ 4
Tương tự vẽ họa đồ vận tốc tại 10 vị trí còn lại Từ họa đồ vận tốc xác định vận tốc các điểm và vận tốc góc của khâu quay
S3
P4
a3
b5,c5,c4,S5
b3,b4
a1,a2
Hình 3: Họa đồ vận tốc cơ cấu tại vị trí số 4
3.4.3 Tính vận tốc các điểm và vận tốc góc các khâu quay:
3.4.3.1 Vận tốc góc các khâu:
Do khâu 2 và khâu 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên:
L
V
A O
a P
.
.
2
3 4 3
Chiều xác định bằng cách đặt P4a3 vào điểm A và so sánh với O2
Do khâu 5 chuyển động tịnh tiến và khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp trượt
3.4.3.2 Vận tốc điểm trên khâu:
A O A
A V L
V
1 2
1 1.
A O
A L
V 3 3. 2
V A
A a a
2
B O B
B V L
V
2 3
4 3.
V b B C
C V V P
5 5 5
Bảng tính vận tốc các điểm và vận tốc góc các khâu quay
B5
3 (rad/s)
(mm)
Trang 9Thực (m/s)
3.5 Họa đồ gia tốc:
3.5.1 Phương trình vecto gia tốc:
Xác định gia tốc các điểm A, B, C:
1
A
A O
1
2
A a
2 3 2 3 2
3 A k A A r A A
A a a a
3 3
3 n A t A
A a a
Từ (3-11) và (3-12) a A3
3
B
a được xác định bằng định lý đồng dạng thuận họa đồ gia tốc (
3 2 3
2B a O B
3
B a
4 5 4 5 4
5 B k B B r B B
B a a a
4 5
B a a
Từ (3-14) và (3-15) a B5 ,a C5 ,c C4
3.5.2 Vẽ họa đồ gia tốc:
Tại các vị trí trên khâu dẫn các phương trình vecto gia tốc viết hoàn toàn giống nhau, cách vẽ cũng hoàn toàn giống nhau nên ở đây chỉ minh họa cho vị trí
số 4
Chọn tỷ lệ xích:
) / ( 355 , 3 0025 , 0 30
350 14 , 3
30
.
2 2
1 2
Trang 10Chọn điểm bất kỳ làm gốc họa đồ, vẽ vecto a' 1 biểu diễn vecto gia tốc
1
A
a với a'1 =
a
1 A
a
Từ (3-10) a ' 1 a' 2
Trước khi giải hệ (3-11) và (3-12) ta phải xác định vecto biểu diễn gia tốc a
k
A
A3 / 2 là k và n
3 A
a là n
* k xác định bằng họa đồ cơ cấu và vận tốc tại vị trí số 4 như sau:
L
V V
L
V a
A A k
A O
a a Pa a
a A O
Pa k
V a
2 3
.
2
2
2
3 2 3 3
2 2
3
mà
L
V L L
V L a
2 2
2
2
3 2 3 2
3 2 3
2
.
Có thể dựng đoạn biểu diễn k ngay trên họa đồ cơ cấu theo tỷ lệ của (3-16) Chiều của k được xác định bằng cách quay vecto a2a3 đi một góc 90 theo chiều 3
* n được xác định bằng họa đồ cơ cấu và vận tốc tại vị trí số 4 như sau:
L L
A A
O
n
A O
V L
) (
2
2 2
A O
Pa n A
O
Pa n
L
V a
2
2 3 2
2
2
) (
Có thể dựng đoạn biểu diễn n ngay trên họa đồ cơ cấu theo tỷ lệ (3-17) Chiều của n đi từ A O2
Để giải hệ phương trình (3-11) và (3-12), từ mút vecto a' 1dựng vecto k ,
từ mút của k kẻ đường thẳng song song với O2A Từ dựng vecto n, từ mút
'
3
a
3 2
'
3o b a
3
b
B O
A O b
a B
O
A O L
L L
L a
a
B O
A O B O
A O n
B
n
A
2
2 ' 3
' 3 2
2 2
3
2 3
2 2 2
2 3
3
Trang 11Từ mút '
3
b
5
b '
5
c '
4
n
k
Hình 4: Họa đồ gia tốc tại vị trí số 4
3.5.3 Tính gia tốc các điểm và gia tốc góc các khâu quay:
3.5.3.1 Gia tốc điểm trên khâu:
A O A
A a L
a
1 2
1
a i
A a
3
3
a A
A a a
2
a i B
B a b
3
3
a i C C
B a a b
5
4 5
trong đó i nhận giá trị từ 1 tới 11
3.5.3.2 Gia tốc góc các khâu:
Do khâu 2 và 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên ta có:
L
a i
A O
a
.
.
2
' 3 3
2
3
a
i
Do khâu 4 và khâu 5 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên ta có 4 5 0
Bảng tính gia tốc các điểm và gia tốc góc các khâu quay:
C4
3 (rad/
s2)
Trang 12 Thực (m/
s2)
IV Phân tích lực học cơ cấu chính:
4.1 Yêu cầu:
Xác định áp lực lên các khớp động và tính momen cân bằng trên khâu dẫn bằng hai phương pháp lực và di chuyển khả dĩ
4.2 Phân tích áp lực khớp động:
4.2.1 Tính trọng lượng và khối lượng các khâu:
* Tính trọng lượng các khâu:
Áp dụng công thức tính trọng lượng các khâu: G=q.L
G: Trọng lượng khâu q: Trọng lượng phân bố theo chiều dài khâu L: Chiều dài khâu
Trọng lượng khâu 1: G1 q.L O1A 4000 0 , 152 600 (N)
Trọng lượng khâu 2: G2=0
Trọng lượng khâu 3: G3 q.L O2B 4000 0 , 84 3360 (N)
Trọng lượng khâu 4: G4=g.m4=10.10=100(N)
Trọng lượng khâu 5: G5=8G4=8.100=800(N)
* Khối lượng các khâu:
) ( 60 10
600
1
g
G
m
m2=0
) ( 336 10
3360
3
g
G
m4=10(kg)
) ( 80 10
800
5
g
G
4.2.2 Xác định lực quán tính của các khâu:
Trang 13* Khâu 5:
Khâu 5 chuyển động tịnh tiến, lực quán tính F qt5 có điểm đặt tại trọng tâm của khâu (S 5 C5), có phương ngang và ngược chiều với '
5
c
, giá trị:
) ( 152 , 3430 355
, 3 78 , 12 80
.
5 5 5
* Khâu 4:
Khâu 4 chuyển động tịnh tiến, lực quán tính F qt4 có điểm đặt tại trọng tâm của khâu (S4B4), cùng phương, ngược chiều với '
4
b
, có giá trị:
) ( 585 , 761 355
, 3 7 , 22 10
.
4 4 4
* Khâu 3:
Chuyển động quay quanh trục cố định không qua trọng tâm
- Điểm đặt: Xác định tâm va đập K:
3 2
3 2
S S
O K
O m L
J L
2
2 3
2
B O S
O
L
12
)
3
B O S
L m
J
6
84 , 0 2
84 , 0 6 2
12
2 ) (
2
2 2
2
2 2
2
3
2
L m
L m L
B O
B O B
O K
3
s
- Giá trị:
) ( 12795 355
, 3 35 , 11 336
.
3 3 3
- Momen quán tính tác dụng lên khâu 3:
1792 12
) 84 , 0 (
336 7 , 90
2 3
3 S3
qt J
4.2.3 Áp lực tại các khớp động:
4.2.3.1 Giải bài toán lực cho nhóm Atxua (4-5)
* Tách nhóm (4-5)
Đặt lực P c,F qt5 ,R05 ,G5 ,G4 ,F qt4 ,R34 tác dụng lên nhóm Viết phương trình cân bằng lực cho cả nhóm:
Trang 1434 4 4 5 05
5
P c qt qt
Phương trình còn 3 ẩn chưa giải được
S 5
R 34
R 05
G 4
F qt4
G 5
F qt5
5
P c
Hình 5: Tách (4-5)
* Tách khâu 5: (tìm R45 )
Pt cân bằng lực: P c F qt5R05G5R45 0
5
) / ( 0025 , 0
24 , 0
mm mm
m
m
Chọn p 40 (N/mm)
R05 R05 p 20 40 800 (N) và R45 R45 p 85 , 75 40 3430 (N)(chiều đúng như chiều đã giả thiết)
S 5
R 45
P c
5
F qt5
G 5
R 05
Hình 6: Tách khâu 5
* Tách khâu 4:
Pt cân bằng lực: F qt4G4R54R34 0
Ta có R45 R54 (lấy momen tại điểm B, ta thấy điểm đặt của R54 tại trọng tâm khâu 4)
R34 96 , 67 p 96 , 67 40 3866 , 8 (N)
Trang 15R54
R34
G4
Fqt4
Hình 7: Tách khâu 4
*Tách nhóm Atxua (2-3)
Đặt các lực tác dụng lên nhóm, viết pt cân bằng:
0
12 03 43 3
3 G R R R
F qt
Phương trình còn 4 ẩn chưa giải được
A B
O 2
K 2
3 R43
R12
Fqt3
G3
R 03
Trang 16Hình 8: Tách nhóm (2-3)
* Tách khâu 2: (Tìm R12 )
Pt cân bằng: R23 R12 0 R12
Tìm R12 bằng cách viết ptcb momen tại O2:
MO2= R43.O2B - R12.O2A + Fqt3.hqt3 + G3.hG3 = 0
=> R12 = (R43.O2B + Pqt3.hqt3 + G3.hG3)/O2A
= (3866,8.336+1279,46.110,29+3360.13,87)/242,22=6138(N)
R03= 72,76.p=72,76.40=2910,4(N)
Chiều R12 , R03 đúng như chiều đã giả thiết
R32
R12
2 Hình 9: Tách khâu 2
4.3 Tính momen cân bằng trên khâu dẫn:
4.3.1 Phương pháp lực: Phương trình cân bằng lực: R12 G1R01 0
Đặt Mcb lên khâu dẫn, giả sử chiều như hình vẽ
Viết pt cân bằng momen đối với khâu 1:
) ( 947 0025 , 0 ).
8 , 60 6138 67
, 9 600 ( )
(
0 )
.
(
12 12 1 1
12 12 1 1
1
m N h
R h G M
h R h G M
M
L R G
cb
L R G
cb O
Mcb
R01
G1
R21
O1
Hình 10: Tính Mcb bằng phương pháp lực
Trang 174.3.2 Phương pháp di chuyển khả dĩ:
Xoay họa đồ tại vị trí 4 đi một góc 90 thuận chiều n1 và đặt tất cả các lực đã biết vào mút vecto vận tốc điểm đặt tương ứng của chúng trên họa đồ vận
tốc bao gồm G5 ,F qt5 ,G4 ,F qt4 ,G3 ,F qt3 ,G1
G1
G3
G5
Fqt5
Fqt4
Fqt3
P4
a 3
b 5 ,c 5 ,c 4 ,S 5
b 3 ,b 4
a 1 ,a 2
Hình 11: Tính Mcb bằng phương pháp di chuyển khả dĩ
)
.
(
950
0025 , 0 ).
09 , 20 600 8 , 26 46 , 1279 75
, 6 3360 99
, 41 585 , 761 37 , 3 100 32 , 81 152
,
3430
(
).
.
.
.
m
N
h G h
F h G h
F h G h
F
Mcb cùng chiều với n1 ()
950
947 950
Trang 18TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyên lý máy- Lê Phước Ninh- Nhà xuất bản Giao thông Vận tải
2 Bài tập nguyên lý máy- Lê Phước Ninh- Nhà xuất bản Giao thông Vận tải
3 Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học Nguyên lý máy- Trần Văn Lầm, Trịnh Quang Vinh, Phạm Dương- Trường đại học Kỹ thuật Công Nghiệp
4 Nguyên lý máy- Đinh Gia Tưởng, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến-Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp