Đồ án công nghệ chế tạo máy

luận văn Đồ án công nghệ chế tạo máy

Vú vẨn thế

Phần I : tỗng hùp cÈ cấu

1.Cấu trục vẾ nguyàn lý lẾm việc

1.1 Cấu trục

CÈ cấu Ẽùc bộ trÝ ỡ vÞ trÝ thỊng Ẽựng nh hỨnh vé:

Gổm 3 khẪu (n=3)

KhẪu o – GÝa cộ ẼÞnh

1- Tay quay OA 2- Thanh truyền AB 3- Con trùt B

1.2 CÌc khợp Ẽờng:

Khợp O : nội giứa giÌ O tay quay OA(tay quay 1)

Khợp A : khợp quay giứa khẪu 1(tay quay OA) vẾ khẪu 2 (thanh truyền AB)

Khợp B : khợp quay giứa khẪu 2 (thanh truyền AB) vẾ khẪu 3 (con trùt B)

Khợp C : khợp trùt (tÞnh tiến) giứa khẪu 3 (con trùt B) vẾ Ẽởng hẾnh trỨnh(B1B2=H)

1.3 Nguyàn lý hoỈt Ẽờng cũa cÈ cấu

_ường cÈ lẾm việc cọ tÌc dừng truyền Ẽờng ra ngoẾi nhở tay quay OA Dợi tÌc dừng cũa khÝ Ẽột trong cÌc buổng xi lanh ựng vợi pittẬng B

_Dợi tÌc dừng cũa khÝ Ẽột, pittẬng B chuyển Ẽờng vẾ chuyển Ẽờng nẾy Ẽùc truyền tợi tay quay OA thẬng qua thanh truyền AB

_ỡ xi lanh cọ chu kỨ lẾm việc 2 vòng quay cũa OA

+Vòng quay Ẽầu (02) ựng vợi quÌ trỨnh hụt vẾ nÐn nhiàn liệu

+ Vòng tiếp theo (24) ựng vợi quÌ trỨnh nỗ vẾ xả nhiàn liệu ra ngoẾi

2.PhẪn tÝch cấu trục cÈ cấu thanh phỊng toẾn khợp thấp :

2.1 Sộ bậc tỳ do:

- Sộ khẪu Ẽờng n=3 (khẪu 1,2,3)

- Số khớp thấp P5=4 (khớp O,A,B,C )

- Số khớp cao P4=0

- Số r ng buộc trùng R=0àng buộc trùng R=0

- Số bậc tự do thừa R’=0

- Số ràng buộc thừa S=0 Vậy, số bậc tự do của cơ cấu là: W=3n-(P4+2P5)+R+R’-S=3x3-2x 4=1

2.2Xếp hạng cơ cấu:

*Chọn khâu1 là khâu dẫn

Cơ cấu = khâu dẫn 1+ nhóm Axua 2 tay(khâu 2,3 và khớp A,B,C)

=1 khâu dẫn + 1 nhóm Axua hạng 2 đCơ cấu có hạng 2

*Chọn khâu 3 làm khâu dẫn

Cơ cấu = khâu dẫn3 + nhóm Axua 2 tay(khâu 1,2 và khớp O,A,B)

=1 khâu dẫn + nhóm Axua hạng 2 đCơ cấu có hạng 2.

Vậy, cơ cấu động cơ đốt trong 1 xilanh là cơ cấu hạng 2

3.Tổng hợp cơ cấu thanh phẳng toàn khớp thấp:

3.1.Nghiên cứu các thông số động học,động lực học và quan hệ giữa chúng,lập bảng các thông số cho trớc

1 Hành trình của pittông B, H mm 215

2 Đờng kính của xi lanh, D mm 170

4 Độ lệch tâm, e mm 45

5 Tỷ số giữa khoảng cách từ đầu A đến trọng tâm S của thanh truyền AB với độ

dài thanh truyền AB: lAS / lAB

0,35

6 Tỷ số giữa bán kính quán tính của thanh truyền với trục đi qua trọng tâm của

nó với bình phơng cần lắc AB:  2s / l2

AB

0,16

7 Mômen quán tính của trục khuỷu với tay quay: J01 kgm2 0,11

8 Tốc độ quay trục khuỷu OA: n vòng/phút 1400

10 Khối lợng tay quay OA, m1 kg 15

11 Khối lợng cần lắc AB, m2 kg 12

12 Khối lợng con trợt B, m1 kg 20

13 Hành trình của cần cam, h mm 15

14 Chiều dài cần l(m) hay độ lệch tâm e(mm) 5

15 Các góc d - x - v độ 60-30-60

16 Mô đun hệ bánh răng, m mm 3

20 Góc truyền động cực tiểu min độ 50

21 Tỷ lệ xích biểu đồ công chỉ thị  p’ bar/mm 0,75

3.1 Xác định các thông số còn lại:

Các thông số động học, động lực học cho trớc đợc ghi trong đề bài (có kèm theo)

Theo đầu bài ta có:

- Hành trình của pittông B: H =215 (mm)

- Hệ số tăng tốc: k=1,04

- Tâm sai (khoảng lệch tâm): e=45 mm

Vậy, góc lắc là:

 =180o

1

1





K

K

=180o

1 04 , 1

1 04 , 1





=3,5294o

Tính chiều dài thanh truyền AB (l) và tay quay OA (r) :

Gọi B1, B2 là các điểm tới hạn trên và dới (điểm chết trên và dới) mà con trợt B có thể dịch chuyển trên giá Khi

đó, tay quay OA và thanh truyền AB trùng nhau

Khi đó OB1 = l+r ; OB2 =l-r

Xét diện tích tam giác O B1 B2:

S O B 1 B 2 = eH / 2 = (OB1 OB2)/2 sin

đ e x H = OB1 OB2 sin

Lại có theo định lý hàm số cos:

H2 =(OB1)2 + (OB2)2 - 2.OB1.OB2 cos 

Với OB1 = l+r ; OB2 =l-r ta có:

l2 - r2 =

sin

eH



l2 + r2 =

2

Vậy, ta có:

Chiều dài tay quay OA:

r 2 =





Chiều dài thanh truyền AB:

l2 =





Khoảng cách từ đầu A đến trọng tâm S của thanh truyền AB:

LAS / LAB =0,35 vậy lAS = 143,7000 mm = 0,1437 m

3.2 Xây dựng hoạ đồ cơ cấu và hoạ đồ chuyển vị theo tỷ lệ xích xác định.

-Từ các số liệu đã cho ta chọn tỷ lệ xích l=0,004(mm m ), tính đợc:

+ OA = lOA/l = 53,4022 (mm)

+ AB = lAB/l = 205,2858(mm)

+ AS = lAS/l = 35,925 (mm)

+ e’ = e/l = 22,5 (mm)

+ H = 107,5 (mm)

*Ta xác định 14 vị trí các khâu và khớp khi động cơ làm việc nh sau:

-Vẽ đờng tròn ( ) tâm O bán kính OA= 53,4022(mm) chính là quỹ đạo của A

-Từ O dựng đờng thẳng đứng Oy cắt đờng tròn tâm O ở trên tại điểm A2 Vẽ đờng lệch tâm tt thẳng đứng sao cho khoảng cách từ Oy đến tt là e’=22,5mm Từ A2 vẽ đờng tròn tâm A2 bán kính l=205,2858 mm cắt tt (là giá chạy của con trợt B) ở đâu thì đó là B2

- Từ A2 lần lợt lấy các điểm A3, A4, a5, a6, A7, a9, a10 , A11, a12, a13, A14 theo chiều kim đồng hồ chia (O) thành những cung nhìn tâm O dới góc 30 0 Vẽ B3 bằng cách lấy A3 làm tâm và vẽ đờng tròn có bán kính l=205,2858 mm; cắt đờng lệch tâm tt (là giá chạy của con trợt B) ở đâu thì đó là điểm B3 cần tìm Các vị trí B4;

B5….B.B14 đợc xác định bằng cách vẽ tơng tự

-Vị trí chết trên của B đợc xác định bằng cách dựng đờng tròn tâm O bán kính (l + r), cắt đờng lệch tâm tt (là giá chạy của con trợt B)ở đâu, thì đó là điểm chết trên B1 phải tìm Nối B1 với O, cắt đờng tròn ( ) ở đâu thì đó là vị trí A1

-Vị trí chết dới của B đợc xác định bằng cách dựng đờng tròn tâm O bán kính (l - r), cắt đờng lệch tâm tt (là giá chạy của con trợt B)ở đâu, thì đó là điểm chết dới B8 phải tìm Nối B8 với O, cắt đờng tròn ( ) ở đâu thì

đó là vị trí A8

Nh vậy, ta đã xác định 14 vị trí của động cơ, trong đó có vị trí chết trên và chết dới của 2 pittông Bản vẽ

số 01 thể hiện với vị trí thứ 1 đợc tô đậm

Phần II: phân tích động học cơ cấu

-Nhận xét :Các khâu 1 nối với 2 , 2 nối với 3 bằng khớp quay nên :

vA1=vA2 , aA1=aA2

vB2=vB3 , aB2= aB3

Ta có vận tốc góc tay quay OA: 1=  n/30 = 1400  /30 = 146,5333 (s-1)

-Phơng pháp: sử dụng phơng pháp véctơ họa đồ.

Để thuận tiện khi vẽ, chọn tỷ lệ xích

- Của vận tốc là: v = 0,2609 (ms -1 /mm).

- Của gia tốc là: a = 32,76153 (ms -2 /mm)

1 Bài toán vận tốc

Xét tại vận tốc các khâu của cơ cấu ở vị trí 3, các vị trí khác làm tơng tự

Từ định lý hợp vận tốc ta có:

V

B2 = V



B3 = V



A2 + V



B2A2

  

1 l OA AB l AB (?)

Ta có vận tốc của V A2 là:

V A2 = 1 l OA = 146,5333.106,8045= 15650,4158 ( mm/s) = 15,6504158 ( m/s) Chiều dài của véc tơ vận tốc V A2 trên họa đồ vận tốc là:

pa = V A2 / v = 15,6504158/0,2609 = 59,9862 ( mm)

- Chọn một điểm p làm tâm vận tốc tức thời

- Từ p vẽ véc tơ pa vuông góc với OA biểu diễn giá trị của V



A2 đã biết

- Qua a vẽ đờng d1 vuông góc AB biểu diễn phơng của V



B2A2

- Từ p vẽ đờng d2 thẳng đứng biểu diễn phơng của V



B3

- Khi đó d1 d2 = b, véc tơ pb  V



B3 , véc tơ ab  V



B2A2

- Dựa vào định lý đồng dạng thuận ta có: với S là trọng tâm AB

Thì as/ab =AS/AB=0,35  as=abAS/AB, từ đó xác định đợc s trên hoạ đồ, véc tơ ps  V



S Đo chiều dài các véc tơ trên hoạ đồ ta đợc giá trị các vận tốc cần tính :

VB = pb  v = 42,8177.0,2609 = 11,1711 (m/s)

VBA = ab  v = 53,5091.0,2609 = 13,9605 (m/s)

VS = ps  v = 48,2619.0,2609 = 12,5915 (m/s)

AB = VBA / lAB= 13960,5 / 410,5717 = 34,0025 (1/s)

2 Bài toán gia tốc

Xét tại vị trí 3 của cơ cấu Các vị trí khác làm tơng tự

Dựa vào định lí hợp vận tốc, ta có: aB2= aA2 + aB2A2

Suy ra aB2 = aA2 + an

B2A2 + a

B2A2

   

phơng thẳng đứng //OA //AB  AB

chiều (?) AO BA theo 2 (?)

Giá trị (?)  2 l OA  2 l AB 2 l AB (?)

Do OA quay đều 1 = 0, nên gia tốc của điểm A chỉ còn thành phần pháp tuyến:

aA2=2 lOA = 146,5333 2.0,1068045 = 2293,307079 (ms-2)

Gia tốc pháp của thanh AB là:

3 2

n

B A

BAlBA = 34,0026 2.0,4105717 = 474,6916(ms-2) Chiều dài của aA2 trên hoạ đồ là:

qa = aA2 / a = 2293,307079/32,76153 = 70 (mm) Chiều dài của aB A n2 2 trên hoạ đồ là:

anA2 = aB A n3 2 / a = 474,6916/32,76153 =14,4893 (mm)

- Ta chọn điểm q làm tâm gia tốc tức thời

- Từ q vẽ véc tơ qa có độ dài 70(mm) hớng từ A đến O biểu diễn aA2

- Từ a vẽ vectơ anA2 có độ dài 14,4893(mm) hớng từ B->A biểu diễn véc tơ gia tốc an

B2A2

- Từ nA2 vẽ đờng thẳng l1 vuông góc với AB, biểu diễn phơng véc tơ a

B2A2

- Từ p vẽ đờng thẳng l2 song song với OB, biểu diễn phơng véc tơ aB2

- Khi đó b=l1l2 véc tơ qb  aB2 , véc tơ nB2A2 b2 a

B2A2

- Dựa vào định lý đồng dạng thuận ta có:

as/ab =AS/AB=0,35as=abAS/AB , từ đó xác định đợc s trên hoạ đồ

Véc tơ ps  aS

Đo chiều dài các véc tơ trên hoạ đồ ta đợc giá trị các gia tốc cần tính:

aB2= qba= 66,9057.32,76153 = 2191,9330 (ms -2 ).

aS =qsa = 66,813632,76153 =2188,9124(ms -2 ).

2= a B2A2/lAB= nA2 b2a / lAB =32,473832,76153/ 0,4105717= 2591,2438(s -2 ).

*Các bản vẽ số 2,3,4,5,6 thể hiện hoạ đồ vận tốc ,gia tốc các cơ cấu

3.Bảng các giá trị vận tốc, gia tốc của 14 vị trí:

Các bớc vẽ và tính toán tơng tự nh trên ta có các giá trị cho 14 vị trí nh sau:

Đại lg

Vị trí 1(ss -1 ) BA(ss -1 ) VA (m/s) VB( m/s) VBA( m/s) vS( m/s)

1 146,5333 38.1175 15,6504 0 15,6504 10.1728

2 146,5333 38.3494 15,6504 1.7257 15,7452 10.1908

3 146,5333 34.0026 15,6504 11.1711 13,9605 12.5915

4 146,5333 20.2272 15,6504 16.3348 8,3047 15.3917

5 146,5333 0 15,6504 15.6504 0 15.6504

6 146,5333 20.2272 15,6504 10.7725 8,3047 13.5696

7 146,5333 34.0026 15,6504 4.4792 13,9605 11.0404

8 146,5333 38.1178 15,6504 0 15,6504 10.1728

9 146,5333 38.3494 15,6504 1.7257 15,7452 10.1906

10 146,5333 33.0186 15,6504 7.5744 13,5565 11.7191

11 146,5333 19.1881 15,6504 12.6423 7,8781 14.1784

12 146,5333 0 15,6504 15.6504 0 15.6504

13 146,5333 19.1881 15,6504 14.4650 7,8781 14.7756

14 146,5333 33.0186 15,6504 8.1026 13,5565 11.8481 Đại lg

Vị trí aA2(sms -2 ) an

B2A2(sms -2 ) at

B2A2(sms -2 ) 2(ss -2 ) aB3(sms -2 ) aS(sms -2 )

1 2293,3071 596,5672 252,3094 614.5318 2900.8670 2503.6600

2 2293,3071 603,8239 66,5812 162.1670 2900.7884 2505.9238

3 2293,3071 474,6912 1063,8903 2591.241 2191.9311 2188.9137

4 2293,3071 167,9813 2048,0655 4988.326 619.0613 1609.9558

5 2293,3071 0 2468,2121 6011.647 912.5945 1524.4843

6 2293,3071 167,9813 2048,0655 4988.326 1674.2437 1854.4286

7 2293,3071 474,6912 1063,8903 2591.241 1780.1878 2054.0019

8 2293,3071 596,5672 254,1571 619.0322 1715.6673 2086.4063

9 2293,3071 603,8239 66,5812 162.1670 1685.8216 2082.0981

10 2293,3071 447,6138 1137,7315 2771.1 1561.8226 1982.9782

11 2293,3071 151,1648 1981,8774 4827.116 1225.7682 1745.1690

12 2293,3071 0 2319,7369 5650.016 349.1950 1495.6542

13 2293,3071 151,1648 1981,8774 4827.116 1067.5334 1708.3910

14 2293,3071 447,6138 1137,7315 1090.22 2410.2963 2260.9268

Các giá trị bao gồm cả dấu với qui ớc  >0 nếu cùng chiều 1, <0 nếu ngợc chiều 1, v > 0 nếu cùng chiều quay  , v < 0 nêu ngơc lại

4.Vẽ đồ thị vận tốc, gia tốc

Dựa vào bảng các giá trị trên ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn quan hệ giữa vận tốc và gia tốc các khâu , chuyển

vị góc của khâu dẫn Xem bản , với gia tốc dơng khi đồ thị vận tốc đồng biến ,  > 0 khi d/dt > 0

Phần 3: Phân tích lực cơ cấu

- Khi làm việc, các khớp động của các khâu chịu tác động của các lực thật và lực quán tính Việc phân tích lực học cơ cấu có ý nghĩa trong việc tính toán độ bền khớp, chọn chế độ bôi trơn, xác định mômen căn bằng khâu dẩn, hình dáng và kích thớc các khâu, lực tác động lên nền, giá

- sử dụng phơng pháp vẽ đa giác lực va phơng trình mômen

* Xác định áp lực thực tế P của chất đốt trên pistông:

áp lực thực tế : P=pi.F

Trong đó F là diện tích măt cắt ngang của xi lanh

4

17 , 0 4





 D

(m2 )

Pi là áp xuất chỉ thị: pi=p  i p,

p i  : tung độ của biểu đồ công đo từ đờng áp xuất khí quyển đến đờng cong áp lực trong xi lanh.y

p,-tỷ xích của đồ thị công p, = 0,75 (bar/mm).

Với 1 bar = 105 (N/m 2 ) ta có:

P3= pi.F =p  i p, .105.F (N)

P5= pi.F =p  i p, .105 .F (N)

Ta có bảng các giá trị áp lực thực tế tại 14 vị trí nh sau:

Với pistong B

Vi trí

pi3(mm)

P3(N)

Chú ý ở đây áp lực thực tế tác động lên pistong trong giai đoạn nén-nổ hớng dọc trục pistong theo chiều từ trên xuống trong đầu đề

Sơ đồ bố trí lực tại vị trí 12 nh sau:

1

*Xác định các hợp lực quán tính :

Ta thấy lực quán tính xuất hiện trên các khâu là do sự chuyển động không đều của chúng, lực quán tính thay đổi cả độ lớn và phơng chiều theo chu kỳ động học

- lực quán tính của khâu 3(con trợt B).

Khâu 3 chuyển động tịnh tiến trên giá thẳng đứng nên chỉ có lực quán tính :

P3qt  m3.a B

- lực quán tính của khâu 2 (thanh AB):

Vì thanh AB chuyển động song phẳng do vậy ta xác định điểm đặt lực quán tính và mô men quán tính

nh sau

2 2

2qt m a S

Mqt

2=-J2*2.

Các giá trị tính đợc cho trong bảng sau :

*Xét khâu ở vị trí 5:

Tách nhóm axua (2, 3)và xét cân bằng khâu 3 và khâu 2:

Vì G2, G3 bé hơn nhiều so với các lực khác nên

ta bỏ qua tác

động của chúng Các lực tác động lên gồm :

STT/Đại

Lợng 2

qt

P (N) M qt 2(sm/s 2 ) p qt3(N)

( R03 , P5 , P3qt , qt

s

P , P12t , P12n ) = 0 Hay : R03 +P3qt +P5 + qt

s

R12 + n

R12 = 0 (*) phơng trình trên có 3 ẩn cần phải tìm là R12t ,R12n , R03 Còn P5 , P3qt , qt

s

P đã biết cả về độ lớn và

ph-ơng chiều nh bản vẽ số :

Ta xác định lực R12t bằng phơng trình mô men cân bằng tại điểm B ta có :

m B(F I) = ( qt

s

P l.h2 + t

R12 lAB + qt

M2 ) = 0 Tại vị trí 5 ta có h =BE = 55,3833 (mm), l2 AB = 0,41057 (m) ,l = 0,004 (m/mm)R ,12t 2qt

M , P qt

S xác định nh hình vẽ ta đợc :

t

R12= -

l

h P M

AB l qt s qt

2

= - 1945,36918293o,41057,8116.0,004.55,3833 = 14609,1 do đó từ phơng trình (*) ở

trên ta vẽ hoạ đồ lực tác dụng xác định đợc giá trị còn lại R12n , R03 theo họa đồ lực :

Vẽ họa đồ lực bằng phơng pháp lực khép kín đối với (*) Vẽ:

qt

P3  ab P3qt 18215 , 89(N)

5

P  bc P 5 9528 , 3 (N)

qt

S

P  cd P qt S 182938116 N( )

t

R12  de R t

12= 14609,1(N) Chọn tỷ lệ : F = 300 (N/mm)

Trên bản vẽ cad với độ lớn :

ab = 60,72 (mm)

bc = 31,761 (mm)

cd = 60,9793 (mm)

de = 48,697 (mm)

( và phơng chiều đã biết )

Từ e vẽ đờng thẳng m1// AB ( hoặc vuông góc với de) biểu diễn phơng của R12n ,từ a vẽ đờng thẳng m2

Bt (hay  ab ) biểu diễn phơng của R03  m1 x m2 = f khi đó : ef  R12n , fa  R03 vậy

12= 39799,08 (N) , R03 = 10401,36 (N) đ R12= R12t R12n = 42395,67 (N) hay R12  df

đ phản lực khâu 2 tác dụng lên khâu 1 : R 21= R12 = 42395,67 (N) nhng ngợc chiều nhau

Xét con trợt B các lc tác dụng cân bằng nên ta có :

03

R +P3qt +P5 +R23 = 0 (*)Từ họa đồ cf  R23 VậyR23 = R32 = 29629,95 (N) nhng ngợc chiều nhau

 Xác định M cb trên khâu dẫn :

Khâu dẫn và các lực đặt lên khâu dẫn có phơng chiều nh hình vẽ Ta xét phơng trình cân bằng mômen lực tại

O ta có:

MO(Fi) = R21.OH.l = Mcb trong đó 0H =h= 19,8875 (mm)

trong đó ta có h là khoảng cách từ O tới lực R21, đợc đo trong bản vẽ

-Vị trí 5 Mcb = 42395,67.19,8875.0,004 = 3372,575 (Nm)

*Xác định phản lực tại khớp động R01

Do tay quay 0A có khối lợng tập chung tại 0 đ xem nh bỏ qua trọng lợng của thanh OA,