BÀI GIẢNG NGUYÊN LÝ MÁY - CHƯƠNG 3 pps

1 CHƯƠNG 3 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TS. PHẠM HUY HOÀNG Chương 3: Động lực học cơ cấu I. Mở đầu: 1.Phân lọai lực: a. Ngọai lực: Lực phát động; Lực cản kỹ thuật (lực cản có ích); Lực ma sát do môi trường; Trọng lực các khâu; Lực quán tính - Ngọai lực “giả”. b. Nội lực: Áp lực khớp động; Lực ma sát trong khớp. 2 * Lực quán tính - Ngọai lực “giả”: ii J i qt M i S a i m i qt F e -=-= ; r r 0;0 =++ å =+ å i qt M i F M i i M i qt F i i F r r r ii J i i F M i i M i S a i m i i F e = åå += å r r r ; i S i i qt F r 1 F r 2 F r 4 F r 3 F r 1 M 2 M i qt M i S i i S a r 1 F r 2 F r 4 F r 3 F r 1 M 2 M i e Lực quán tính: 2. Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp: a. Khớp tịnh tiến lọai 5: 2 ẩn số - độ lớn và điểm đặt p kj N = kj N r kj N kj M kj Nx kj M . = 3 2. Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp: b. Khớp bản lề: 2 ẩn số - độ lớn và phương i j A lót ổ i ngõng trục j A ij R r p r = ij R r 2. Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp: c. Khớp lọai 4: 1 ẩn số - độ lớn áp lưc ij N r = ij N r 4 3. Nhóm tĩnh định / Nhóm Axua: Nhóm tĩnh định: có thể giải bài tóan lực - số ẩn bằng số phương trình Nhóm Axua: bậc tự do bằng 0 Xét nhóm các khâu phẳng có: n khâu động, p 4 khớp lọai 4 và p 5 khớp lọai 5 Bài toán lực: số phương trình 3n, số ẩn (p 4 +2 p 5 ) Bậc tự do: 3n - (p4+2 p5) Điều kiện tĩnh định Ξ Điều kiện Axua: 3n - (p4+2 p5) = 0 3. Nhóm tĩnh định / Nhóm Axua: Nhóm phẳng toàn khớp thấp: n khâu động và p5 khớp lọai 5 Điều kiện tĩnh định Ξ Điều kiện Axua: 3n - 2 p5 = 0 → Nhóm {2 khâu 3 khớp}, {4 khâu 6 khớp}, {6 khâu 9 khớp}, 5 4. Giải bài toán lực bằng phương pháp phân tích lực: a. Giải các bài toán vị trí, vận tốc và gia tốc, để có số liệu về các lực quán tính trên mỗi khâu. b. Xác định các lực đã biết và chưa biết, xác định lực cân bằng ở dạng nào (lực hay moment) và tác động trên khâu nào. Lực cần bằng: ngọai lực chưa biết cân bằng tất cả các ngọai lực còn lại. c. Tách cơ cấu thành các nhóm tĩnh định và đặt các áp lực khớp động lên các thành phần khớp động có lưu ý tới sự bằng nhau về độ lớn và ngược chiều nhau cuả lực và phản lực tại các khớp (định luật III Newton). 4. Giải bài toán lực bằng phương pháp phân tích lực: d. Giải bài toán lực (tìm áp lực tại các khớp động) cho các nhóm theo thứ tự “từ xa về gần”: - Giải cho nhóm ở xa hơn (ở nhóm chứa các lực đã biết), lấy kết quả tìm được làm dữ liệu (coi như lực đã biết) của nhóm kế tiếp và gần hơn. - Công việc trên được lần lượt thực hiện cho tới khi chỉ còn lại khâu dẫn. e. Giải bài toán lực cho khâu dẫn (tính áp lực khớp động tại khớp nối khâu dẫn với giá và lực cân bằng). 6 5. Phương pháp công ảo / di chuyển khả dĩ: ( ) ( ) å = = å = ++++ n i n i iqti M Si v qti F ii M i v i F cb N 1 0 1 ww r r r r i F r i M i w i v r qti F r i qt M Si v r cb N 1 .w cb M cb N = cb v cb P cb N r r .= cb v r cb P r cb M i F r II. Ví dụ 1: FFFFF qtqt 333 3232 ==== ? 1 ?, 2 == = M ij R Fa qt M r const CABa CD la BD la BC la AB l º= =Ð==== ww 1 60, 2 3 , 2 3 ,3, o A D B C 1 2 3 0 1 w 2qt M 2 F r 1 M 3 F r 3qt F r 7 1 w 2qt M 2 F r 1 M 3 F r 3qt F r 1 M 21 R r 01 R r 2qt M 2 F r 12 R r 32 R r 2qt M 2 F r 3 F r 3qt F r 03 N r 03 M 12 R r 3 F r 3qt F r 23 R r 03 N r 03 M ï ï ï î ï ï ï í ì =-+ =+- =-+- Û ï î ï í ì =+++ =++ )3(0 2 3 32 2 3 32 2 )2(0 3212 )1(0 3212 2 0 ) 32 () 12 () 2 ( 2 0 32122 a y Ra x R qt M y R y R x R x RF R B MR B MF B M qt M RRF rrr r r r 2qt M 2 F r 12 R r 32 R r 8 ï ï î ï ï í ì = =- =++- Û ï î ï í ì =++++ =+++ )6(0 03 )5(0 23 03 )4(0 23 33 0 03 ) 03 () 23 () 3 () 3 ( 0 032333 M y RN x R qt FF MN C MR C M qt F C MF C M NR qt FF rrrr r r r r 3 F r 3qt F r 23 R r 03 N r 03 M yyxx yyxx RRRRRR RRRRRR 322332233223 211221122112 ,: ,: ==-= ==-= rr r r ï ï ï î ï ï ï í ì = + ===== == =-== 0 3 )13(2 5 2 03 2112322303 2112 332332 M FRRRRN FRR FFFRR yyyy xx qt xx 2qt M 2 F r 12 R r 32 R r 2qt M 2 F r 3 F r 3qt F r 03 N r 03 M 12 R r 3 F r 3qt F r 23 R r 03 N r 03 M 9 ï ï ï î ï ï ï í ì += + == == Û î í ì =++ =+ y aR x aRM F y R y R F x R x R MR A MR A M RR 21 2 1 21 2 3 1 3 )13(2 2101 5 2101 0 1 ) 01 () 21 ( 0 0121 rr r r Fa M 6 23171 + = A 1 1 M B 21 R r 01 R r 0 1 6 2317 1 3 2 )3( 3 1 1 2 3 3 11 3 ) 33 ( 222211 0 3 ) 33 ( 222211 0 3 ) 33 ( 222211 > + =+-++= +-++= =-+ =++++ ww w ww ww ww ww FaaFFFaaFM C vF qt F qt M D vFM C vF qt F qt M D vFM C vF qt F qt M D vFM r r r r r Fa M 6 23171 + = 1 w 2qt M 2 F r 1 M 3 F r 3qt F r 2 D v r 3 v r 2 w 10 III. Ví dụ 2: F qt F qt F F F 3 3 3 2 3 32 = = = = ? 1 ?, 2 == = M ij R Fa qt M r A B C 1 2 3 0 1 M 3qt M 2qt M 3 M 3 F r D const CAB a AC la AB l º= =Ð == ww 1 90 ,3, o [...]... 30 o CD + N 23BC - M 3 + M qt 3 + M 23 = 0 (6) î 11 r F3 r r y y x x R12 = - R21 : R12 = R21, R12 = R21 r r y y x x N 23 = - N32 : N 23 = N32 , N 23 = N32 M 23 = M 32 ì x 9 3 x ï R12 = R 21 = N 32 = N 23 = 4 F ï ïR y = R y = 0 21 ï 12 ï x -3 3 ïR F í 03 = 4 ï ï R y = 1 F3 = 3 F ï 03 2 2 ï ï ï M 23 = M 32 = M qt 2 = Fa î M qt 2 r R12 M qt 3 M3 r R 03 r F3 M 23 r N 23 r N 32 M 32 M qt 2 r R12 M qt 3 M3... - N + R x = 0 (1) r r ï 32 12 ì R12 + N32 = 0 ï ï y r r Û - R12 = 0 ( 2) í ïM qt 2 + M 32 + M B ( R12 ) + M B ( N32 ) = 0 ï î ïM qt 2 - M 32 = 0 (3) î r N 32 M 32 M qt 2 r R12 r r r ì F3 + R 03 + N 23 = 0 r r r ï íM C ( F3 ) + M C ( R 03 ) + M C ( N 23 ) + ï M 3 + M qt 3 + M 23 = 0 î r F3 M 23 r N 23 M qt 3 - F cos 30 o + N + R x = 0 ( 4) M3 23 03 ï 3 r R 03 ï y Û - F3 sin 30 o + R 03 = 0 (5) ï - F3... R 03 ì x x 9 3 ï R01 = R21 = 4 F r r ï ì R01 + R21 = 0 ï y y Û í R01 = R21 = 0 r r í îM A ( R21) + M A ( R01) + M1 = 0 ï ïM1 = R x AB cos 60o 21 ï î r R21 M1 r R01 M1 = 9 3 Fa 8 12 r r M 1w1 + F3v D 3 + M qt 2w 2 + M qt 3w3 + M 3w3 = 0 M 1w1 + F3v D 3 cos 150 o + M qt 2w 2 + M qt 3w3 - M 3w3 = 0 M 1w1 = - F3v D 3 cos 150 o - M qt 2w 2 - M qt 3w3 + M 3w3 M 1w1 = - F3 (CD w3 ) cos 150 o - M qt 2w 2 -. .. 3w3 - M 3w3 = 0 M 1w1 = - F3v D 3 cos 150 o - M qt 2w 2 - M qt 3w3 + M 3w3 M 1w1 = - F3 (CD w3 ) cos 150 o - M qt 2w 2 - M qt 3w3 + M 3w3 w 3 w w w M 1w1 = - 3 F (3a 1 )( ) - ( Fa ) 1 - ( 2 Fa ) 1 + (3 Fa ) 1 > 0 r 4 2 4 4 4 F3 r vD3 M1 M1 = 9 3 Fa 8 w1 M qt 2 w2 =w3 M qt 3 M3 13 . 2: F qt F qt F F F 3 3 3 2 3 32 = = = = ? 1 ?, 2 == = M ij R Fa qt M r A B C 1 2 3 0 1 M 3qt M 2qt M 3 M 3 F r D const CAB a AC la AB l º= =Ð == ww 1 90 ,3, o 11 ï ï î ï ï í ì =- =- = +- Û ï î ï í ì =+++ =+ )3( 0 32 2 )2(0 12 )1(0 12 32 0) 32 () 12 ( 32 2 0 32 12 M qt M y R x RN N B MR B MM qt M NR rr rr 2qt M 12 R r 32 N r 32 M ï î ï í ì =++ +++ =++ 0 233 3 ) 23 () 03 () 3 ( 0 230 33 M qt MM N C MR C MF C M NRF rrr r r r ï ï î ï ï í ì =+ +-+ - = +- =+ +- Û )6(0 233 3 23 30cos 3 )5(0 03 30sin 3 )4(0 03 23 30cos 3 M qt MMBCNCDF y RF x RNF o o o 3qt M 3 M 03 R r 3 F r 23 N r 23 M 12 32 23 32 23 , 32 23 : 32 23 2112 , 2112 : 2112 MM y N y N x N x NNN y R y R x R x RRR = = =-= = =-= rr r r ï ï ï ï ï ï î ï ï ï ï ï ï í ì === == - = == ==== Fa qt MMM FF y R F x R y R y R FNN x R x R 232 23 2 3 3 2 1 03 4 33 03 0 2112 4 39 233 2 2112 2qt M 12 R r 32 N r 32 M 3qt M 2qt M 3 M 3 F r 12 R r 03 R r 3qt M 3 M 03 R r 3 F r 23 N r 23 M ï ï ï î ï ï ï í ì = == == Û î í ì =++ =+ o rr rr 60cos 21 1 0 2101 4 39 2101 0 1 ) 01 () 21 ( 0 2101 AB x RM y R y R F x R x R MR A MR A M RR Fa M 8 39 1 = 1 M 21 R r 01 R r 13 0 4 1 )3( 4 1 )2( 4 1 )() 2 3 )( 4 1 3( 3 11 33 332 2 150cos) 3 ( 31 1 33 332 2 150cos 33 11 0 33 332 2 150cos 33 11 0 33 332 233 11 >+. 1: FFFFF qtqt 33 3 32 32 ==== ? 1 ?, 2 == = M ij R Fa qt M r const CABa CD la BD la BC la AB l º= =Ð==== ww 1 60, 2 3 , 2 3 ,3, o A D B C 1 2 3 0 1 w 2qt M 2 F r 1 M 3 F r 3qt F r 7 1 w 2qt M 2 F r 1 M 3 F r 3qt F r 1 M 21 R r 01 R r 2qt M 2 F r 12 R r 32 R r 2qt M 2 F r 3 F r 3qt F r 03 N r 03 M 12 R r 3 F r 3qt F r 23 R r 03 N r 03 M ï ï ï î ï ï ï í ì =-+ = +- =-+ - Û ï î ï í ì =+++ =++ )3( 0 2 3 32 2 3 32 2 )2(0 32 12 )1(0 32 12 2 0 ) 32 () 12 () 2 ( 2 0 32 122 a y Ra x R qt M y R y R x R x RF R B MR B MF B M qt M RRF rrr r r r 2qt M 2 F r 12 R r 32 R r 8 ï ï î ï ï í ì = =- =+ +- Û ï î ï í ì =++++ =+++ )6(0 03 )5(0 23 03 )4(0 23 33 0 03 ) 03 () 23 () 3 () 3 ( 0 032 333 M y RN x R qt FF MN C MR C M qt F C MF C M NR qt FF rrrr r r r r 3 F r 3qt F r 23 R r 03 N r 03 M yyxx yyxx RRRRRR RRRRRR 32 233 2 233 2 23 211221122112 ,: ,: = =-= = =-= rr r r ï ï ï î ï ï ï í ì = + ===== == =-= = 0 3 ) 13( 2 5 2 03 211 232 230 3 2112 33 233 2 M FRRRRN FRR FFFRR yyyy xx qt xx 2qt M 2 F r 12 R r 32 R r 2qt M 2 F r 3 F r 3qt F r 03 N r 03 M 12 R r 3 F r 3qt F r 23 R r 03 N r 03 M 9 ï ï ï î ï ï ï í ì += + == == Û î í ì =++ =+ y aR x aRM F y R y R F x R x R MR A MR A M RR 21 2 1 21 2 3 1 3 ) 13( 2 2101 5 2101 0 1 ) 01 () 21 ( 0 0121 rr r r Fa M 6 231 71. 2: F qt F qt F F F 3 3 3 2 3 32 = = = = ? 1 ?, 2 == = M ij R Fa qt M r A B C 1 2 3 0 1 M 3qt M 2qt M 3 M 3 F r D const CAB a AC la AB l º= =Ð == ww 1 90 ,3, o 11 ï ï î ï ï í ì =- =- = +- Û ï î ï í ì =+++ =+ )3( 0 32 2 )2(0 12 )1(0 12 32 0) 32 () 12 ( 32 2 0 32 12 M qt M y R x RN N B MR B MM qt M NR rr rr 2qt M 12 R r 32 N r 32 M ï î ï í ì =++ +++ =++ 0 233 3 ) 23 () 03 () 3 ( 0 230 33 M qt MM N C MR C MF C M NRF rrr r r r ï ï î ï ï í ì =+ +-+ - = +- =+ +- Û )6(0 233 3 23 30cos 3 )5(0 03 30sin 3 )4(0 03 23 30cos 3 M qt MMBCNCDF y RF x RNF o o o 3qt M 3 M 03 R r 3 F r 23 N r 23 M 12 32 23 32 23 , 32 23 : 32 23 2112 , 2112 : 2112 MM y N y N x N x NNN y R y R x R x RRR = = =-= = =-= rr r r ï ï ï ï ï ï î ï ï ï ï ï ï í ì === == - = == ==== Fa qt MMM FF y R F x R y R y R FNN x R x R 232 23 2 3 3 2 1 03 4 33 03 0 2112 4 39 233 2 2112 2qt M 12 R r 32 N r 32 M 3qt M 2qt M 3 M 3 F r 12 R r 03 R r 3qt M 3 M 03 R r 3 F r 23 N r 23 M ï ï ï î ï ï ï í ì = == == Û î í ì =++ =+ o rr rr 60cos 21 1 0 2101 4 39 2101 0 1 ) 01 () 21 ( 0 2101 AB x RM y R y R F x R x R MR A MR A M RR Fa M 8 39 1 = 1 M 21 R r 01 R r 13 0 4 1 )3( 4 1 )2( 4 1 )() 2 3 )( 4 1 3( 3 11 33 332 2 150cos) 3 ( 31 1 33 332 2 150cos 33 11 0 33 332 2 150cos 33 11 0 33 332 233 11 >+