Đồ án môn học nguyên lý máy

Đồ án môn học nguyên lý máy đóng một vai trò quan trọng trong quá trình đào tạo để trở thành một người kỹ sư.

Lời nói đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, các ngành kinh tếnói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ s và các cán bộ kỹ thuật cókiến thức tơng đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo các kiến thức này cũng

nh các kiến thức đã học ở trờng để giải quyết các vấn đề thờng gặp ở thực tế Đồ án môn học nguyên lý máy đóng vai trò hết sức quan trọng trong quátrình đào tạo để trở thành một ngời kỹ s Qua quá trình làm đồ án môn họcgiúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về các kiến thức cơ sở, nguyên lý làm việc về cácloại máy gia công cơ khí và nhiều các loại máy khác và qua làm đồ án môn họcgiúp cho sinh viên hiểu biết hơn trong các môn học tiếp theo đồng thời nângcao khả năng vận dụng những kiến thức này vào để làm đồ án cũng nh côngtác sau này

Là một SV ngành cơ khí chế tạo, trong thời gian làm đồ án môn học em đợcnhận đề tài thiết kế máy bào loại 1 Đây là lần đầu tiên làm đồ án môn họccũng không tránh khỏi các bỡ ngỡ, nhờ có sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo VũQuý Đạc em đã hoàn thành đồ án môn học

Trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót do trình độ hiểubiết còn hạn chế và cũng do bản thiết kế của em là lý thuyết nhng trong thực

tế còn nhiều hạn chế Vậy em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của các thầy,côgiáo và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng nh làm đồ án mônhọc tiếp theo

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Vũ Quý Đạc đã tận tình hớng dẫnnhững vẫn đề thắc mắc của em để em có thể hoàn thành đồ án môn học này

Lợc đồ động cơ cấu máy bào loại 1 ở vị trí nh hình vẽ:

Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy  1  Vũ Quốc Hng K35MD

21

Từ lợc đồ cơ cấu chính của bào loại 1 ta thấy:

Cơ cấu chính của máy bào loại 1 đợc tổ chức từ cơ cấu culits, gồm có 6 khâu Công dụng của máy bào là biến chuyển động quay của bộ phận dẫn động (th-ờng là máy điện) thành chuyển động tịnh tiến thẳng của bộ phận công tác (đầubào) Trên đầu bào ta lắp dao bào để bào các dạng chi tiết khác nhau

Đặc điểm truyền động của các khâu: Khâu dẫn O1A ta phải giả thiếtquay đều với vận tốc góc 1 truyền chuyển động cho con trợt 2 (khâu nàychuyển động song phẳng) Con trợt 2 truyền chuyển động cho culits 3 (culits 3

có chuyển động quay không toàn vòng) lắc qua lại truyền chuyển động chothanh truyền 4 (thanh truyền 4 chuyển động song phẳng)và thanh truyền 4truyền chuyển động cho đầu bào 5 (đầu bào 5 có chuyển động là tịnh tiếnthẳng và khứ hồi)

4

Cả 2 nhóm này đều thuộc nhóm loại 2 Vậy cơ cấu là cơ cấu loại 2.

2



B O

BC

l l

Theo lợc đồ cấu tạo đã cho của cơ cấu, ta vẽ lợc đồ động biểu diễn cơcấu ở 3 vị trí: một vị trí trung gian và hai vị trí giới hạn (vị trí biên) ở những

vị trí giới hạn, đờng tâm của culits O3B tiếp tuyến với vòng tròn quỹ đạo củatâm chốt tay quay

Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy  3  Vũ Quốc Hng K35MD

0,05H

H 0,05H

E M

’1D

A”2

Góc lắc   B1O2B2 của culits 3 xác định theo hệ số về nhanh k đãcho theo công thức:

0 0

1 65 , 1

1 65 , 1 180 1

Vì trục đối xứng O2E của góc culits thẳng góc với phơng chuyển động

xx của đầu bào 5 cho nên chiều dài dây cung B1B2 bằng hành trình của đầubào Từ các tam giác vuông O2DB1 và O2A1O1 xác định chiều dài l O B

2 củaculits O2B và chiều dài R của tay quay O1A theo công thức:

mm H

2

15 , 44 sin 2

450 2

2

15 , 44 sin 430 2

2



B O

BC

l l

mm l

l l DE B O M O

75 , 576 2

15 , 44 cos 1 2

69 , 598

2 cos 1 2 2

2 cos 2

2 2

2

2

2 2

''

2  A O A  23

2 Vẽ hoạ đồ vị trí

Để vẽ đợc hoạ đồ vị trí ta chọn một tỷ xích chiều dài  L Ta chọn đoạnbiểu diễn chiều dài tay quay lO1A là O1A 50mm Nh vậy ta tính đợc tỷ lệchiều dài

mm m

l O A

50

1616 , 0 A O diễn biểu oạn

O1 2  133 , 04 Trên chiều dơng trục O1y ta lấy O2M  178 , 45mm Từ M kẻtrục xx song song với 01x là phơng khâu trợt 5, trên đó lấy một đoạn có độ dàibằng đoạn biễu diễn của hành trình H với M là trung điểm của đoạn biểu diễn

đó Từ O2 dựng cung tròn bán kính O2B với vị trí đầu và vị trí cuối là 2 vị tríchết tơng ứng (2 vị trí tiếp xúc của culits 3 với đờng tròn tâm O1 bán kính

A

Chia đờng tròn tâm O1 bán kính O1A ra làm 8 phần bằng nhau tơngứng với 8 vị trí, và trên đờng tròn đó ta lấy thêm 3 điểm đặc biệt nữa đó là: vịtrí chết bên phải của culits 3 và 2 vị trí khi đầu bào 5 cách vị trí chết tơng ứngmột khoảng 0,05H Đánh số từ 1 đến 11 theo chiều quay của khâu dẫn bắt đầu

từ vị trí chết bên trái của culits 3

Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy  5  Vũ Quốc Hng K35MD

Tơng ứng với từng vị trí của khâu dẫn O1A ta xác định đợc vị trí củaculits 3 Từ Bi ta dựng đờng tròn bán kính BC Đờng tròn này xẽ cắt trục xx

tại 2 điểm, điểm Ci của khâu 4 luôn là điểm nằm bên trái của đờng tròn đó

Từ cách xác định nh trên ta xác định đợc hoạ đồ vị trí của cơ cấu MáyBào Loại I

v  + vA2 có phơng vuông góc với O1A, chiều cùng chiều với 1, có trị số:

A O 1 A

+ vA3 có phơng vuông góc với O2B, trị số cha biết.

+ vA3A2 có phơng song song với O2B, trị số cha biết.

Vậy (2) còn 2 ẩn số là trị số của vA3 và trị số của

2

3 A A

v Nên (2) có thểgiải đợc bằng phơng pháp hoạ đồ véc tơ

- Vận tốc tại điểm B:

Biết vận tốc tại điểm A3 dùng định lý đồng dạng ta tìm đợc vận tốc tại

điểm B3:

B O 3

v  

A O 3

v  



A O

B O A B

2

2 3

l v

v   (3)+ vC5 có phơng song song với xx, trị số cha biết.

+ vC4B4 có phơng vuông góc với BC, trị số cha biết.

Vậy phơng trình (3) còn 2 ẩn là trị số của vC4 và

4

4 B C

v Nên (3) có thểgiải đợc bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ véctơ

Vận tốc trọng tâm S3 của culit 3 và S4 của thanh truyền 4 đợc xác địnhtheo định lý đồng dạng:

B O

S O B S

2

3 2 3

l v

v 

BC

BS B C

l v

4 4 4

Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy  7  Vũ Quốc Hng K35MD

2 Vẽ hoạ đồ vận tốc

Để vẽ đợc hoạ đồ vận tốc ta phải chọn tỉ lệ xích v:

mm s m

n

L L

60

190 2 60

2



Chọn điểm P bất kỳ làm gốc của hoạ đồ vận tốc

Gọi Pa1 là đoạn biểu diễn vận tốc của vA1ta có:

) mm ( 50 A O

l Pa

Pa

Pa l.

v

1 L

A O 1

L 1 1 v 1 A O 1 A

1

1 1

B O Pa

Hoạ đồ vận tốc của 11 vị trí đợc vẽ trong bản vẽ

Trị số các đoạn biểu diễn vận tốc các điểm

trên các khâu của cơ cấu với tỉ xích  v

3 Vận tốc góc của culít & thanh truyền:

Vận tốc góc của culít (khâu 3) là:

B O

v A

O

A B O

B

l

pb l

v l

v

2 2

3 2

v BC

B C

l

b c l

1.Xác định gia tốc của các điểm

Dựa vào phơng trình véctơ gia tốc ta đi lập các phơng trình và vẽ hoạ đồgia tốc

Giả sử vẽ hoạ đồ gia tốc cho vị trí bất kỳ

Phơng trình quan hệ gia tốc trên các khâu:

- Tại điểm A ta có:

n A A

k A A A

+ arA3A2 có phơng song song O2B, trị số cha biết

O A B

l

l a a

2

2 3



- Tại điểm C ta có:

n B C B C B

a có phơng vuông góc với BC, trị số cha biết

+ aC5 có phơng trùng với phơng chuyển động của đầu bào 5 (phơng x x ), trị

số cha biết

Vậy (5) còn 2 ẩn là trị số của aC5 và 

4

4 B C

a nên ta có thể giải đợc bằngphơng pháp hoạ đồ véctơ

Gia tốc trọng tâm S3 và S4 cảu các khâu 3 và 4 xác định theo định lý

đồng dạng nh khi xác định vận tốc:

B O

S O B

l a a

2

3 2 3 3

l

l a

4 4 4

2 1 1

A O

2 1 1

A a

a

A O a

l.

a

a

1 1

 a L n L 0 , 003232 1 278m s .mm

60

190 2

60

2

2 2

1 2

a a Pa 2 A

O

a a Pa 2

A O

a a Pa 2 l

v v 2 v

2 a

2

a 2 3 3 2

L

2 3 2 3 3

2 L

2 3

2 v 3 A

O

A A A A

A 3

k A A

2

2 3 3 2

3 2

a a Pa 2 k

a

2

2 3 3



Vậy ta dựng đợc đoạn a1 k nh sau:

Từ A ta dựng đờng tròn bán kính Pa3, qua A dựng đờng thẳng vuông góc với

O2A Đờng thẳng này cắt đờng tròn tại 2 điểm, ta lấy điểm theo chiều thuậncủa 1, đó là điểm D Nối điểm này với O2, trên đờng thẳng AO2 kéo dài lấymột đoạn AN bằng 2a2a3 Qua N dựng đờng thẳng vuông góc với AO2, đờngthẳng này cắt đờng kéo dài DO2 tại K Vậy NK là đoạn biểu diễn véctơ gia tốc

a1’k

+ anA3

A O

Pa A O

Pa A O

Pa l

Pa l.

l

v l.

a

2 a

2 3 2

L

2 1 2 3 2

l

2 L

2 1 2 3 A

O

2 v

2 3 A O 2 A O

2 A A

2

3 2

Pa n

2

2 3

3 



Ta dựng n3 nh sau:

Dựng đờng tròn đờng tròn đờng kính AO2, dựng đờng tròn tâm O2 bán kính

Pa3 Đờng tròn này cắt cung tròn có đờng kính AO2 tại M, từ M hạ đờng thẳngvuông góc với O2A tại E Đoạn thẳng O2E là đoạn biểu diễn trị số của n3 + anC4B4

a 4 BC

2 4

L a

BC a

BC

BC B C a

BC

BC

c b l

c b l

l v l

2 4 4 2 2 4 4 2

2 2

4 4

.

.

.

. 4 4

BC

c b n

2 4 4

4 



Tại các vị trí khác nhau phơng trình véctơ gia tốc hoàn toàn giống nhau

và cách vẽ cũng giống nhau Vì vậy ta chỉ vẽ hoạ đồ gia tốc ở vị trí số 3 và số11

-Tính các giá trị của gia tốc ở vị trí 3 và 11

+Vị trí 2

 Đoạn biểu diễn akA3A2

mm

A O

a a Pa k

43 , 147

82 , 44 16 , 22 2

2

2

2 3 3

 Đoạn biểu diễn anA3

mm

A O

Pa

43 , 147

16 ,

2

2 3

28 , 59

4 ,

2 4 4

a a Pa k

72 , 88

18 , 28 3 , 41 2

2

2

2 3 3

 Đoạn biểu diễn anA3

mm

A O

Pa

72 , 88

3 ,

2

2 3



 Đoạn biểu diễn a C n B

4 4

mm

BC

c b

28 , 59

28 ,

2 4 4



 cách dựng nh sau:

Chọn  làm gốc dựng  a1 (a1 a 2) từ mút a1 dựng a1 k Từ gốc dựng  n3 Từ mút k kẻ phơng r

Từ  dựng  b3 (b 3  b4), từ b4 dựng n4 Từ mút n4 kẻ phơng 

4

4 B C

a

và từ gốc  kẻ phơng  a C5 giao của 2 đờng này là điểm c5

3 Gia tốc góc của culít & của thanh truyền

Gia tốc góc của culit 3 đợc xác định theo công thức:

L

a A

O

A

A O

a n l

2





trị số thực và trị số biểu diễn của gia tốc các điểm và

gia tốc các khâu tại hai vị trí số 2 và số 10

a ,

5 S

4

4 B C

50,61 39,6

50,277 39,34

40,065 31,35

11,975 9,37

11,82 9,25

25,319, 8

50,085 39,19

57,71

153,986 120,49

146,41 114,56

69,55 54,42

20,397 15,96

19,08 14,93

77 60,25

149,897 117,29

Trị số gia tốc góc của culít & Thanh truyền tại hai vị trí số 2và số 10

Nội dung của bài toán phân tích động học cơ cấu chính là đi xác định

áp lực tại các khớp động và tính mô men cân bằng trên khâu dẫn Cơ sở đểgiải là nguyên lý Đalambe Khi ta thêm các lực quán tính ta sẽ lập đợc các ph-

ơng trình cân bằng lực của các khâu, của cơ cấu và của máy Dựa vào các

ph-ơng trình cân bằng lực này, bằng phph-ơng pháp vẽ đa giác lực ta giải ra các lựccha biết đó là áp lực tại các khớp động Cuối cùng còn lại khâu dẫn ta sẽ tính

đợc mô men cân bằng

1 Xác định lực cản kỹ thuật P ci

Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy  13  Vũ Quốc Hng K35MD

Lực cản có ích chỉ tác động trên khâu 5 ở các vị trí 2  7 và ở tất cả vịtrí đó, đều bằng hằng số Trị số của lực này bằng: Pci = Pc = 2500 N.

l q l q

G .O B 30 0 , 59869 17 , 9607 179 , 607

2 3

N KG

l q l q

G4  4  BC  30 0 , 19158  5 , 7474  57 , 474

N KG

P   Lực quán tính này có trị số là: P  3 m 3 a S3, đặt tại tâm va đập K3 ở phía

ngoài đoạn O2S3 và cách S3 một khoảng l S3K3 Có phơng song song và ngợc

chiều với aS3.

Khoảng cách từ O2 đến K là:

3 2

3 3

2 3 3 3 2 3 2

S O 3

S S

O K S S O K O

l.

m

J l

l l

3 2 2

3 2

3 3

2 3 3 3

2

3

2

S O 3

O S

O 3

S S

O K S S

m

J l

l l

12

l.

m J

2 3 S

B 2 O

l m

l m l

S O

S O S

O K O

399 , 0 3

59869 , 0 2

3

2 3

4

12

2

2 3

2 3

2

3 2 3

2 3 2

3

2 3

P   Lực quán tính này có trị số: P  4 m 4 a S4, có phơng song song và ngợc

chiều với aS4 Đợc đặt tại T, giao điểm giữa đờng thẳng kẻ qua K4 song song

với b  4c4 và đờng thẳng kẻ qua S4 song song với  b4 trên hoạ đồ gia tốc Vớitâm va đập K4 của khâu 4 đợc xác định nh sau:

4

4 4

4 4 4 4

BS 4

S BS

K S BS BK

l.

m

J l

l l

l 2 m 12

l.

m

J

2 4

2 BS 4

2 BC 4

BS 4

Thay vào (7) ta đợc:

m

l l

l m

l m l

l m

J l

BS

BS BS

S BS

BK

BS

12772 , 0 3

19158 , 0 2

3

2 3

4

3

.

4

4 4

4

4 4

4

4

2 4

P      Lực quán tính này có trị số: P 5  m 5 a S5  m 5 a C5 và đợc đặt ở trọng tâm

S5 Có phơng song song và ngợc chiều với aC5.

Trị số các lực quán tính của các khâu tại vị trí 2 và vị trí 10

4 Xác định áp lực khớp động cho cơ cấu tại trí 2

T P q4

K 4

h

2

h

1 C

P C

G 5 B

K 4 T P q4

 N

BC

h P h G

78 , 58 28

, 59

2 , 6 857 , 287 57 , 29 474 , 57

34 34

n 4 4 5 5 c

05            



(9)Ph¬ng tr×nh (9) cßn 2 Èn lµ trÞ sè cña Rn34 vµ R05 Nªn (9) cã thÓ gi¶i ®-

b

R

G 5 R

45

m R

b P l

G

10 28 , 68

003232 ,

0 ).

69 , 55 2500 41

, 46 844 , 344 (

Viết phơng trình cân bằng lực cho nhóm 2-3 ta đợc:

0 R G P R R

      (10)Phơng trình (10) còn 4 ẩn số là trị số và ph-

ơng chiều của R12; trị số và phơng chiều của R03

Ta tách riêng khâu 2 rồi đặt các lực R12 và

Vì culit và con trợt tạo thành một khớp tịnh tiến cho nên nếu không kể

đến lực ma sát, véctơ R32 sẽ thẳng góc với đờng tâm của culit Do đó véctơ

12

R cũng thẳng góc với đờng tâm culit và: R12   R32  R23

Lấy mô men các lực đối với điểm O2:

R 12 P q3

G 3

A

K 3

S 3

R 03

O 2

R 32 A

trong đó: h3 = 31,2; h4 = 122,45; h5 = 170,7

N

A O

h R h P h G

899 , 5656 43

, 147

7 , 170 9 , 4526 45

, 122 48 , 454 2 , 31 607 , 179

.

.

2

5 43 4 3 3 3 12

M CB  5656 , 899 22 , 16  48 , 48 24 , 83 0 , 003232  409 , 04



 Xác định Momen cân bằng theo phơng pháp đòn Jucopski:

Ta xoay hoạ đồ vận tốc đi một góc 900 theo chiều kim đồng hồ và đặt tất cảcác lực vào, lấy Momen với điểm P2

MP2(F K ) = MCB = [G1.h1+G3.h2+Pqt3.h3 +G4.h4+Pqt4.h5 +(PC + Pqt5).Pc4,5].L = 0Trong đó: h1 =24,83;h2 =4,69; h3 =18,4; h4 =h2; h5 =26,41; Pc4,5 =25,57

Thay số ta tính đợc: MCB = 408,97 N.m

 So sánh hai phơng pháp:

k2 = 100 % 0 , 017 %

04 , 409

97 , 408 04

l

G

20 72 , 29

41 , 46 844 , 344

05

5 5

h P h

G

28 , 59

32 , 1 516 , 861 36 , 30 474 , 57

R 21 A

O 1 G

A O

h R h P h

G

03 , 13793 72

, 88

15 , 179 20 68 , 295 4 , 116 96 , 1382 88

, 18

.

2

12 43 11 3 10

Khâu dẫn O1A chịu tác dụng của trọng lợng G1và phản lực R21  R12

đặt tại A và một mô men cân bằng Lấy mô men với điểm O1 ta có:

M  21. 14  1. 13 trong đó: h13 = 9,4; h14 = 41,3

M CB  13793 , 03 41 , 3  48 , 48 9 , 4 0 , 003232  1839 , 6



 Xác định Momen cân bằng theo phơng pháp đòn Jucopski:

Ta xoay hoạ đồ vận tốc đi một góc 900 theo chiều kim đồng hồ và đặt tất cảcác lực vào, lấy Momen với điểm P10

MP10(F K ) = MCB = [-G1.h1 + G3.h2+Pqt3.h3 + G4.h4 + Pqt4.h5 +Pqt5.Pc4,5].L = 0Trong đó: h1 =9,4;h2 =9,13; h3 =54,19; h4 =h2; h5 =82,92; Pc4,5 =83,48

Thay số ta tính đợc: MCB = 1840,82 N.m

 So sánh hai phơng pháp:

K10 = 100 % 0 , 066 %

82 , 1840

6 , 1839 82

Ta dùng phơng pháp đồ thị đờng cong Vittenbao

1)Vẽ biểu đồ mô men cản thay thế :

a)vẽ biểu đồ mô men thay thế :

Tại hai vị trí 0,05H ta tính mômen cản cho hai trờng hợp là có lực cản PC vàkhông có PC (Vị trí 2 và 2’, 7 và 7’)

Trục tung biểu thị Mctt với tỷ lệ xích M = 2,5 (

Trên trục hoành của đồ thị Mctt Tơng ứng với các đoạn chia , tại các trung

điểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đờng cong tại các điểm

Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy  21  Vũ Quốc Hng K35MD

a1,a2, , trên đồ thị đờng cong Mctt Lấy một điểm H trên trục o cách omột khoảng 35 (mm) gọi là cực tích phân , từ các điểm a1,a2, , ta dóng songsong trục hoành cắt trục tung tại các vị trí tơng ứng b1,b2, , nối các vị trí tơng

ứng này với đầu mút P ta đợc các đờng thẳng có độ nghiêng khác nhau

Trên đồ thị vẽ Ac cũng chia trục hoành ra thành các khoảng bằng nhau vàbằng các khoảng chia trên trục hoành biểu đồ Mctt

Từ điểm gốc O của biểu đồ Ac và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽmột đoạn OC1 song song với Pb1 cắt đờng thẳng song song với trục tung kẻ

từ 2 tại C1 Sau đó từ C1 trong phạm vi khoảng chia thứ hai vẽ đoạn C1C2 songsong với Pa2 và cứ tiếp tục nh thế Cuối cùng ta đợc một đờng gãy khúc biểuthị A() với một tỷ lệ xích A

Nối điểm đầu và điểm cuối của đồ thị công cản Ac=f() bằng một đờng thẳng

ta đợc đồ thị công phát động Ađ =f()

Cộng Ađ với Ac ta đợc E

Vi phân Ađ ngợc lại ta đợc Mđ

Muốn thế ,từ điểm P của đồ thị M = f() ta kẻ tia song song với đờng thẳng

Ađ= f() tới cắt trục M Tung độ sẽ biểu thị mô men phát động Mđ với tỷ lệxích M

c)Xây dựng đồ thị E = f():

E = A = Ađ - Ac

Bằng cách trừ các đồ thị chú ý rằng nếu Ađ >Ac thì E dơng và nếu Ađ <Ac

thì E âm Xây dựng đồ thị E = f() với tỷ lệ xích E = A = 3,925(N.m/mm)

2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế : Jtt

5

2

1

1 4 4 4 2

1

1 4 4 2

1 2

1 3 3 2

1

1 3 3 1

2

1

5 5 2

1

5 5 2

1

4 4 2

1

3 3 2

1

3 3 01

.

.

.

.

.

.

l l

l S

l O

S S

S S

m B

O

Pb J Ps

m J

Jtt

J v

m v

m J

v m J

0 50 (

848 , 4 3

)

trong bảng Dựa vào bảng số liệu xây dựng đồ thị Jtt= Jtt ()

Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích J = 0.0172 (kg.m2/mm)

 = 0,0314 (rad/mm)