Giáo trình Nguyên lý máy Chương 7

Chơng 7: Phân tích lực học cơ cấu phẳng 1. Đặt vấn đề Phân tích lực học cơ cấu nhằm xác định phản lực (áp lực) tại các khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn. Cơ sở để giải bài toán PTLH cơ cấu là nguyên lý Đa lăm be. Giới hạn phân tích áp lực và nghiên cứu cơ cấu phẳng. 2. Lực tác dụng lên cơ cấu 2.1. Ngoại lực Lực cản Kỹ thuật Trọng lợng các khâu động Lực phát động 2.2. Lực quán tính Ngoại lực tác dụng lên cơ hệ + lực quán tính (coi nh ngoại lực ) cơ hệ đợc coi là cân bằng và có thể áp dụng các phơng trình cân bằng tĩnh học. Xác định hợp lực quán tính của khâu Thu hệ lực quán tính về khối tâm S của khâu CĐSF và Với khâu chuyển động tịnh tiến hệ lực quán tính tơng đ ơng với hợp lực đặt tại khối tâm và: Với khâu chuyển động quay quanh trục cố định qua S hệ lực quán tính tơng đơng với một ngẫu và: sqt amF = . sqt JM = sqt amFR == . sqt JM = S sqt JM = sqt amF = s a Khâu chuyển động quay quanh trục cố định không đi qua khối tâm S Biết , J s , m, l AS. Tìm hợp lực quán tính Thu hệ lực quán tính về khối tâm S ta đợc: Hệ này tơng đơng với đặt tại K cách S một khoảng: Với Vậy: hay s a qt F sqt amF = . sqt JM = sqt amF = sin h l K S = AS S ASs sS s S qt qt ml J lma aJ ma J F M h sinsin ==== AS S SK ml J l = SA A AK ml J l = A S s a qt F h qt F K qt M S a Khâu chuyển động song phẳng Biết , ,m, J S . Tìm hợp lực quán tính CĐ song phẳng = CĐ tịnh tiến cùng A và quay quanh trục qua A tơng ứng với các lực quán tính và Phơng của và cắt nhau tại T. T gọi là điểm đặt lực quán tính của khâu chuyển động song phẳng. A a SA a qt F qt F' qt F '' qt F' qt F '' A S K B qt F' SA a A a qt F '' T ( ) SAAqtqtqt aamFFF +=+= ''' Sqt amF = 2.3. Nội lực Nội lực là phản lực tại các khớp động Trong mỗi khớp động luôn tồn tại một cặp phản lực giữa hai thành phần khớp động nên chỉ có phản lực ở các khớp chờ mới có mặt trong các phơng trình cân bằng. Vì các khớp động đợc bôi trơn tốt nên thành phần ma sát có thể bỏ qua so với thành phần áp lực bài toán phân tích áp lực khớp động. Điều kiện tĩnh định số phơng trình cân bằng = số ẩn phản lực (khớp loại 4 = 1, khớp loại 5 = 2) Tách ra khỏi cơ cấu một nhóm có n khâu, p 5 khớp loại 5, p 4 khớp loại 4. Số phơng trình cân bằng: 3n Số ẩn phản lực (áp lực): 2p 5 + p 4 Vậy: 3n = (2p 5 + p 4 ) hay 3n (2p 5 + p 4 ) = 0 khi p 4 = 0 ta có điều kiện của nhóm Atxua. ms FNR += 0' =+ RR Để giải bài toán phân tích lực trên cơ cấu phẳng ta phải tách ra khỏi cơ cấu các nhóm Atxua và giải bài toán lực cho các nhóm này từ xa về gần khâu dẫn. 3. Phân tích áp lực khớp động Nhóm Atxua loại càng cao giải bài toán phân tích lực càng phức tạp. Chơng này giới hạn nghiên cứu bài toán phân tích lực cho cơ cấu phẳng loại 2. Trình tự giải bài toán lực cho nhóm Atxua - Đặt lực - Viết phơng trình cân bằng lực dạng véc tơ - Giải phơng trình véc tơ lực 4. Tính lực trên khâu dẫn 4.1. Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phơng pháp lực 4.2. Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phơng pháp di chuyển khả dĩ Nguyên lý Trong một hệ lực cân bằng, tổng công suất tức thời của tất cả các lực bằng 0 trong mọi di chuyển khả dĩ. Tính tổng công suất các lực Tính tổng công suất các mô men (trừ M cb ) Tính M cb (giả sử Mcb cùng chiều 1 ) =+ 0 kk MP NN == kkkkk k P VPVPN cos vkkkvkkkk dPpkPVP àà == cos)(cos ( ) == k AB v k kkkk l ab MMN à ( ) 0 1 = k AB v k kvkkcb l ab MdPM à à ( ) = k AB k kkk v cb l ab MdPM 1 à p P k k k P k d k k k Chiều xoay Hoạ đồ vận tốc P k d k lấy dấu + nếu P k chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc P k d k lấy dấu - nếu P k cùng chiều xoay hoạ đồ vận tốc Phơng pháp di chuyển khả dĩPhơng pháp lực Tính M cb A h 1 R 12 B M cb M cb = R 12 .h 1 Ví dụ phân tích lực cơ cấu TQCT Tách nhóm Atxua (2-3), đặt lực Phơng trình cân bằng véc tơ Tách khâu 2, phân tích R 12 . Tính R 12 Giải phơng trình véc tơ bằng phơng pháp vẽ Tìm điểm đặt của R o3 Tìm M cb trên khâu dẫn A B P 2 C P 3 C P 3 P 2 C P 2 P 3 B R 12 R 12 R 32 1 2 3h 3 R o3 R o3 x C B R n 12 R 12 P 3 P 2 R 12 R n 12 R o3 A 1 R 21 B h 1 M cb 0 33212 =+++ o RPPR 0 3321212 =++++ o n RPPRR . phân tích lực cho cơ cấu phẳng loại 2. Trình tự giải bài toán lực cho nhóm Atxua - Đặt lực - Viết phơng trình cân bằng lực dạng véc tơ - Giải phơng trình véc tơ lực 4. Tính lực trên khâu dẫn 4.1 phơng trình cân bằng. Vì các khớp động đợc bôi trơn tốt nên thành phần ma sát có thể bỏ qua so với thành phần áp lực bài toán phân tích áp lực khớp động. Điều kiện tĩnh định số phơng trình. tại các khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn. Cơ sở để giải bài toán PTLH cơ cấu là nguyên lý Đa lăm be. Giới hạn phân tích áp lực và nghiên cứu cơ cấu phẳng. 2. Lực tác dụng lên cơ