phân tích động học cơ cấu chính

tài liệu tham khảo phân tích động học cơ cấu chính

Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Lời nói đầu Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ s và các cán bộ kỹ thuật có kiến 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 quá trình đào tạo để trở thành một ngời kỹ s. Qua quá trình làm đồ án môn học giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về các kiến thức cơ sở, nguyên lý làm việc về các loại máy gia công cơ khí và nhiều các loại máy khác và qua làm đồ án môn học giúp cho sinh viên hiểu biết hơn trong các môn học tiếp theo đồng thời nâng cao khả năng vận dụng những kiến thức này vào để làm đồ án cũng nh công tác sau này. Là một SV ngành cơ khí chế tạo, trong thời gian làm đồ án môn học em đợc nhận đề tài thiết kế máy bào loại 1. Đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học cũng không tránh khỏi các bỡ ngỡ, nhờ có sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Vũ Quý Đạc em đã hoàn thành đồ án môn học. Trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót do trình độ hiểu biết 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,cô giáo và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng nh làm đồ án môn học tiếp theo. Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Vũ Quý Đạc đã tận tình hớng dẫn những vẫn đề thắc mắc của em để em có thể hoàn thành đồ án môn học này. Ngày 26 tháng 12 năm 2004 Sinh Viên Vũ Quốc Hng Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 1 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Phần I phân tích động học cơ cấu chính 1.Phân tích chuyển động: Lợc đồ động cơ cấu máy bào loại 1 ở vị trí nh hình vẽ: 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 (đầu bào). Trên đầu bào ta lắp dao bào để bào các dạng chi tiết khác nhau. Đặc điểm truyền động của các khâu: Khâu dẫn O 1 A ta phải giả thiết quay đều với vận tốc góc 1 truyền chuyển động cho con trợt 2 (khâu này chuyển 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 cho thanh truyền 4 (thanh truyền 4 chuyển động song phẳng)và thanh truyền 4 truyền chuyển động cho đầu bào 5 (đầu bào 5 có chuyển động là tịnh tiến thẳng và khứ hồi). 2. Tính bậc tự do - Xếp loại cơ cấu Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 2 Vũ Quốc Hng K35MD O 1 n 1 5 4 2 1 3 O 2 P C Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc a. Tính bậc tự do Để tính bậc tự do ta áp dụng công thức: W = 3n (2P 5 + P 4 R + S) (1) ở đây n là số khâu động P 5 là số khớp thấp loại 5 P 4 là số khớp cao loại 4 R là số ràng buộc thừa S là số bậc tự do thừa Ta thấy đây là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp nên: n = 5; P 5 = 7; P 4 = 0; R = 0; S = 0; Vậy thay vào (1) ta tính đợc bậc tự do của cơ cấu chính là: W = 3.5 (2.7 + 0 0 + 0) = 15 14 = 1 b. Xếp loại cơ cấu Chọn khâu 1 làm khâu dẫn.Ta tách cơ cấu này thành 2 nhóm Axua: + Nhóm 4-5 gồm đầu bào 5 và thanh truyền 4. + Nhóm 2-3 gồm culits 3 và con trợt 2. Cả 2 nhóm này đều thuộc nhóm loại 2. Vậy cơ cấu là cơ cấu loại 2. Phần II Tổng hợp cơ cấu chính Hoạ đồ vị trí 1. Xác định kích thớc các khâu Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 3 Vũ Quốc Hng K35MD 1 2 3 5 4 Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Theo bảng số liệu (số liệu 3): H = 450 mm k = 1,62 mml OO 450 21 = 32,0 2 = BO BC l l Theo lợc đồ cấu tạo đã cho của cơ cấu, ta vẽ lợc đồ động biểu diễn cơ cấu 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 O 3 B tiếp tuyến với vòng tròn quỹ đạo của tâm chốt tay quay. Góc lắc 221 BOB = của culits 3 xác định theo hệ số về nhanh k đã cho theo công thức: 000 15,44 165,1 165,1 180 1 1 180 + = + = k k Vì trục đối xứng O 2 E của góc culits thẳng góc với phơng chuyển động xx của đầu bào 5 cho nên chiều dài dây cung B 1 B 2 bằng hành trình của đầu bào. Từ Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 4 Vũ Quốc Hng K35MD 0,05H H 0,05H x x B 2 A 2 A 1 B 1 O 1 O 2 2 2 1 A 1 A 1 A 2 E M 1 D A 2 Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc các tam giác vuông O 2 DB 1 và O 2 A 1 O 1 xác định chiều dài BO l 2 của culits O 2 B và chiều dài R của tay quay O 1 A theo công thức: mm H l BO 69,598 2 15,44 sin2 450 2 sin2 0 2 == mmlR OO 6,161 2 15,44 sin430 2 sin 21 = Chiều dài l BC của thanh truyền BC bằng: 32,0 2 = BO BC l l mmll BOBC 58,19169,598.32,032,0 2 == Đờng chuyển động xx của đầu bào đặt ở giữa đoạn biểu thị độ võng DE của cung B 1 B 2 có bán kính O 2 B 1 (theo giả thiết). Khi đó khoảng cách h từ trục xx tới tâm quay của culits: mm l ll l DE BOMOh BO BOBO BO 75,576 2 15,44 cos1 2 69,598 2 cos1 22 2 cos 2 2 22 2 22 += += === Trong bài này, khoảng chừa trớc và khoảng chừa sau bằng nhau. Mỗi khoảng ấy bằng 0,05H = 0,05 x 450 = 22,5 mm. Bằng phơng pháp vẽ ta xác định đợc các góc ứng với các khoảng chừa trong hành trình làm việc và hành trình về không. Góc quay của tay quay ứng với khoảng chừa trong hành trình làm việc là: 0'' 111 ' 1 29 = AOA , còn góc ứng với khoảng chừa trớc trong hành trình về không là: 0' 111 '' 1 24 = AOA ; Còn góc ứng với khoảng chừa sau trong hành trình làm việc là: 0' 212 ' 2 27 = AOA , góc ứng với khoảng chừa sau trong hành trình về không là : 0'' 212 '' 2 23 = AOA . 2. Vẽ hoạ đồ vị trí Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 5 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Để vẽ đợc hoạ đồ vị trí ta chọn một tỷ xích chiều dài L à . Ta chọn đoạn biểu diễn chiều dài tay quay AO 1 l là mm50 = AO 1 . Nh vậy ta tính đợc tỷ lệ chiều dài mm m l AO L 003232,0 50 1616,0 AO diễnbiểu oạn Đ 1 1 === thực dài ộĐ à bảNG KíCH THƯớC Và BIểU DIễn CáC KHÂU THEO mm m L 003232,0 = à H AO 1 l BO 2 l BC l 21 OO l h b 5 CS l KT thực (m) 0,45 0,1616 0,59869 0,19158 0,43 0,57675 0,18 0,15 KT b.diễn (mm) 139,23 50 185,24 59,28 133,04 178,45 55,69 46,41 Với cơ cấu máy bào loại một ta xác định đợc 11 vị trí biểu diễn hoạ đồ chuyển vị. Vị trí các khâu trong hoạ đồ chuyển vị đợc xác định theo phơng pháp giao điểm.s Cách dựng hoạ đồ vị trí: Lấy một điểm O 1 bất kỳ, dựng đờng tròn tâm O 1 bán kính mm50AO 1 = . Từ O 1 dựng hệ trục toạ độ O 1 xy Trên chiều âm trục O 1 y ta xác định đợc O 2 với khoảng cách: mmOO 04,133 21 = .Trên chiều dơng trục O 1 y ta lấy mmMO 45,178 2 = . Từ M kẻ trục xx song song với 0 1 x là phơng khâu trợt 5, trên đó lấy một đoạn có độ dài bằng đoạn biễu diễn của hành trình H với M là trung điểm của đoạn biểu diễn đó. Từ O 2 dựng cung tròn bán kính BO 2 với vị trí đầu và vị trí cuối là 2 vị trí chết tơng ứng (2 vị trí tiếp xúc của culits 3 với đờng tròn tâm O 1 bán kính AO 1 ). Chia đờng tròn tâm O 1 bán kính AO 1 ra làm 8 phần bằng nhau tơng ứng với 8 vị trí, và trên đờng tròn đó ta lấy thêm 3 điểm đặc biệt nữa đó là: vị trí chết bên phải của culits 3 và 2 vị trí khi đầu bào 5 cách vị trí chết tơng ứng một Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 6 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc 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. Tơng ứng với từng vị trí của khâu dẫn O 1 A ta xác định đợc vị trí của culits 3. Từ B i ta dựng đờng tròn bán kính BC . Đờng tròn này xẽ cắt trục x x tại 2 điểm, điểm C i 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 Máy Bào Loại I. Phần III Hoạ đồ vận tốc 1. Xác định vận tốc của các điểm Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc tại vị trí nh hình dới đây: - Vận tốc tại điểm A: 12 AA vv = (do khâu 1 và khâu 2 đợc nối bằng khớp quay) 2323 AAAA vvv += (2) Trong đó : + 1 A v có chiều thuận với 1 , phơng vuông góc với O 1 A, và có trị số: AO1A 11 l.v = Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 7 Vũ Quốc Hng K35MD C B A O 1 n 1 P C O 2 Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc + 2 A v có phơng vuông góc với O 1 A, chiều cùng chiều với 1 , có trị số: AO1AA 112 l.vv == + 3 A v có phơng vuông góc với O 2 B, trị số cha biết. + 23 AA v có phơng song song với O 2 B, trị số cha biết. Vậy (2) còn 2 ẩn số là trị số của 3 A v và trị số của 23 AA v . Nên (2) có thể giải đợc bằng phơng pháp hoạ đồ véc tơ. - Vận tốc tại điểm B: Biết vận tốc tại điểm A 3 dùng định lý đồng dạng ta tìm đợc vận tốc tại điểm B 3 : BO3B 23 l.v = AO3A 23 l.v = AO BO AB 2 2 33 l l .vv = 43 BB vv = (vì tại B thanh truyền 4 và culits 3 đợc nối với nhau bằng 1 khớp quay). + 3 B v có phơng vuông góc với O 2 B, có chiều theo chiều 3 . - Vận tốc tại điểm C: 54 CC vv = (vì tại C thanh truyền 4 nối với đầu bào 5 bằng 1 khớp quay). 4444 BCBC vvv += (3) + 5 C v có phơng song song với xx, trị số cha biết. + 44 BC v có phơng vuông góc với BC, trị số cha biết. Vậy phơng trình (3) còn 2 ẩn là trị số của 4 C v và 44 BC v . Nên (3) có thể giải đợc bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ véctơ. Vận tốc trọng tâm S 3 của culit 3 và S 4 của thanh truyền 4 đợc xác định theo định lý đồng dạng: BO SO BS 2 32 33 l l vv = Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 8 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc BC BS BCS l l vv 4 444 = Do đầu bào 5 chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang. Nên vận tốc trọng tâm S 5 của đầu bào có cùng vận tốc với đầu bào: 55 CS vv = Vậy hoạ đồ vận tốc cho vị trí trên nh hình vẽ. Từ đó ta đi vẽ hoạ đồ vận tốc cho 11 vị trí. 2. Vẽ hoạ đồ vận tốc Để vẽ đợc hoạ đồ vận tốc ta phải chọn tỉ lệ xích à v : mmsm n LLv .0643,0003232,0 60 190.2 60 .2 . 1 1 === à àà Chọn điểm P bất kỳ làm gốc của hoạ đồ vận tốc. Gọi 1 Pa là đoạn biểu diễn vận tốc của 1 A v ta có: )mm(50AO l Pa Pa.Pal.v 1 L AO 1 L11v1AO1A 1 11 == à = à=à== Từ điểm a 1 (vì a 2 a 1 ) kẻ đờng thẳng song song với AB và từ P kẻ đờng thẳng vuông góc với AB, giao của hai đờng thẳng này là điểm a 3 . Từ điểm P kẻ một đoạn có độ dài bằng AO BO .Pa 2 2 1 theo phơng Pa 1 , ta đợc điểm b 3 . Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 9 Vũ Quốc Hng K35MD P c 4 b 4 b 3 a 3 a 1 a 2 Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Từ điểm b 3 (vì b 4 b 3 ) kẻ đờng thẳng vông góc với BC và từ P kẻ đờng thẳng song song với phơng ngang. Giao của hai đờng thẳng này là điểm c 4 và c 5 (vì c 4 c 5 ). 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 à v Vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Pa 3 , mm 0 22,16 31,96 48.04 47,89 31,5 18,65 0 0,74 41,3 31,5 Pb, mm 0 27,84 37,16 49.34 49,24 36,76 23,65 0 1,19 86,23 36,76 Pc, mm 0 25,57 34,84 49.57 48,44 35,39 23,12 0 1,15 83,48 35,39 a 2 a 3 , mm 50 44,82 38,46 13.87 14,38 38,83 46,39 50 49,99 28,18 38,83 b 4 c 4 , mm 0 9,4 10,77 5.17 5,35 10,73 7 0 0,45 18,28 10,73 Pa 1 , mm 50 3. Vận tốc góc của culít & thanh truyền: Vận tốc góc của culít (khâu 3) là: BO v AO A BO B l pb l v l v 22 3 2 3 . 3 3 à === Vận tốc góc của thanh truyền (khâu 4) là: BC v BC BC l bc l V à . 44 4 4 4 == Trị số vận tốc góc của culit & THANH TRUYềN Vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 , rad/s 0 2,38 3,433 5,299 5,143 3,383 2 0 0,079 4,436 3,383 4 , rad/s 0 3,155 3,615 1,735 1,796 3,6 2,349 0 0,151 6,135 3,6 Phần IV Hoạ đồ gia tốc 1.Xác định gia tốc của các điểm Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 10 Vũ Quốc Hng K35MD [...]... tg L 14.48 cos 20.tg 25 0 50 ' Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 34 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Mục lục Trang 1 2 2 3 4 4 6 7 Lời nói đầu: Phần I - Phân tích động học cơ cấu chính 1- Phân tích chuyển động 2 - Tính bậc tự do - Xếp loại cơ cấu Phần II - Tổng hợp cơ cấu chính - Họa đồ vị trí 1 - Xác định kích thớc các khâu 2 - Vẽ họa đồ vị trí Phần III - Họa đồ vận... Lý Máy 15 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Phần V phân tích áp lực 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 để giải là nguyên lý Đalambe Khi ta thêm các lực quán tính ta sẽ lập đợc các phơng trình cân bằng lực của các khâu, của cơ cấu và của máy Dựa vào các phơng trình cân... biểu diễn Mctt Sau đó ta nối chúng bằng đờng cong trơn ta sẽ đợc đồ thị đờng cong Mctt b)vẽ đồ thị công Ac , Ađ và mô men phát động Mđ Tích phân đồ thị Mctt ta đợc đồ thị công cản , chọn cực tích phân H=50 (mm) àA = àM à H = 2,5 0,0314.50 = 3,925 ( Nm ) mm Phơng pháp tích phân : 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... 2 - Vẽ họa đồ gia tốc 13 3 - Gia tốc góc của culít và thanh truyền 16 Phần V - Phân tích áp lực 17 1- Xác định lực cản kỹ thuật Pci 17 2 - Xác định trọng lợng, khối lợng 17 3 - Xác định lực quán tính 18 4 - Xác định áp lực cho cơ cấu tại vị trí số 2 20 5 - Xác định áp lực cho cơ cấu tại vị trí số 10 23 Phần VI - Chuyển động thực của máy 25 1 - Vẽ biểu đồ mômen cản thay thế 25 2 - Vẽ biểu đồ mômen quán... tính của các khâu tại vị trí 2 và vị trí 10 Vị trí 2 10 Pq3 (N) 454,48 1382,96 Pq4 (N) 287,857 861,516 Pq5 (N) 1733,76 5048,78 4 Xác định áp lực khớp động cho cơ cấu tại trí 2 a Phân tích lực Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 18 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy - Tách nhóm Axua 4-5 Đặt các lực Pc , GVHD: Vũ Quý Đạc G 5 , G 4 , Pq 4 , Pq 5 , R 34 , R 05 lên các khâu nh hình vẽ R 05... =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 = 409,04 408,97 100% = 0,017% 409,04 5 Xác định áp lực khớp động cho cơ cấu tại vị trí 10 a Xác định áp lực khớp động (Tơng tự tại vị trí số 2) Vì vị trí số 10 không có lực cản Pc nên ta tìm đợc điểm đặt của R05 nh sau: Lấy mômen đối với điểm C : (R05.x + G5.lcs5) àl = 0 x= G5 l cs 5 344,844.46,41... Từ điểm ăn khớp P ta vẽ hai vòng tròn lăn bán kính RL1 và RL2.Vẽ hai vòng cơ sở R01; Ro2 Sau đó xác định đoạn ăn khớp lý thuyết N1 N2 tiếp xúc với hai vòng tròn cơ sở Thuyết minh đồ án Nguyên Lý Máy 31 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy GVHD: Vũ Quý Đạc Để vẽ đờng thân khai của đờng tròn, ta đặt trên vòng tròn cơ sở bánh 1 từ điểm N1 một cung N1P' có chiều dài bằng chiều dài N1P Chia... xích àA 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 M đ với tỷ lệ xích àM c)Xây dựng đồ thị E = f(): E = A = Ađ - Ac Bằng cách trừ các đồ thị chú ý... Nguyên Lý Máy 21 Vũ Quốc Hng K35MD Đồ án môn học - Nguyên lý máy R12 = GVHD: Vũ Quý Đạc G3 h3 + Pq 3 h4 + R43 h5 O2 A = 179,607.31,2 + 454,48.122,45 + 4526,9.170,7 = 5656,899 N 147,43 Vậy phơng trình cân bằng lực của nhóm axua 2-3 chỉ còn R 03 là cha biết nên ta xác định bằng phơng pháp đa giác lực với tỷ lệ xích àP = 10 N mm ta vẽ đợc hoạ đồ lực của cơ cấu tại vị trí 3 b Xác định mômen cân bằng Khâu... B vẽ cung tròn bán kính BP cho cắt vòng tròn cơ sở tại P' lúc này N1P' = N1P Sau đó lại chia đoạn PN1 thành một số phần tuỳ ý bằng nhau P1=12=23= Trên đờng thẳng PN1 về phía ngoài điểm N1 ta đặt tiếp các đoạn 45=56= =P1 và trên vòng tròn cơ sở đặt các cung tơng ứng 4'5'=5'6'= =P'1' Qua các điểm 1',2',3',4',5' ta kẻ những đờng tiếp tuyến với vòng tròn cơ sở, và trên các đơng tiếp tuyến này ta đặt