thuyet minh nguyen ly may

ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY LỜI MỞ ĐẦU  Thời đại ngày nay, giai đoạn giới phát triển mạnh mẽ nhiều mặt,nhiều lĩnh vực, khí lĩnh vực nhiều quốc gia quan tâm phát triển Các máy công cụ không ngừng cải tiến sản xuất, phục vụ đắc lực cho người trình phát triển Đối với Việt Nam, nước trình phát triển lĩnh vực khí nói chung đặc biệt máy công cụ nói riêng lại ưu tiên phát triển Thiết kế môn học Nguyên Lý Máy yêu cầu bắt buộc sinh viên chuyên ngành khí, đặc biệt với sinh viên thuộc trường Trường kỹ thuật Đây công việc thú vị cần thiết giúp cho sinh viên làm quen với công việc người kỹ sư thiết kế Trong trình thực đồ án, với hướng dẫn thầy, sinh viên phải tìm tòi nghiên cứu tài liệu, giai đoạn giúp sinh viên hệ thống kiến thức đồng thời bổ sung hoàn thiện kiến thức để có tảng kiến thức vững trước trường, phục vụ đất nước Đối với thân em, trải qua thời gian thực đồ án giúp em hiểu biết thêm nhiều điều có ích để bổ sung vào vốn kiến thức Trong trình thực đồ án, em nhận giúp đỡ đặc biệt thầy thuộc khoa kỹ thuật sở Trong có bảo tận tình chu đáo thầy Huỳnh Đức Thuậnở Bộ môn Nguyên lý thuộc khoa Em xin chân thành cảm ơn thầy giúp em hoàn thành đồ án ! Mặc dù cố gắng, thời gian lực có hạn, thiếu sót điều tránh khỏi Mong thầy thông cảm ! TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Học Viên thực Thân Xuân Trường Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY NHIỆM VỤ I NHIỆM VỤ Cho cấu động chữ V hình vẽ với thông số (bỏ qua khối lượng khâu): lAB = 75 mm, lBC = 225 mm, lDE = 180 mm, ω1 = 60П rad/s, β = 700, PC = 5200 N, lBD = 50 mm α = 750 PE = 3500 N Góc hợp tay quay phương ngang γ: Vị trí 1: γ = 0o Vị trí 5: γ = 180o Vị trí 2: γ = 45o Vị trí 6: γ = 225o Học viên: Thân Xuân Trường Vị trí 3: γ = 90o Vị trí 7: γ = 270o Trang Vị trí 4: γ = 135o Vị trí 8: γ = 315o ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Phân tích động học cấu (01 vẽ A1) a) Phân tích cấu, xếp loại nguyên lý làm việc b) Xác định thông số cách vẽ lược đồ cấu c) Hoạ đồ chuyển vị cấu vị trí d) Hoạ đồ vận tốc, gia tốc cấu vị trí Phân tích lực cấu (01 vẽ A1) a) Tính áp lực khớp động vị trí Vị trí thứ nhất: Vị trí 2: γ = 45o Vị trí thứ hai: Vị trí 3: γ = 90o b) Xác định mômen cân tác dụng lên khâu dẫn hai phương pháp: phân tích lực di chuyển II NHIỆM VỤ Cho cấu cam cần lắc đáy lăn với thông số sau: Quy luật gia tốc cần đẩy cho đường a hình vẽ sau Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Góc lắc cần: Chiều dài cần: l = 300 mm Góc áp lực cho phép: [] = 400 Các góc định kỳ: ϕđi = ϕvề = 500 ϕxa = 50 ÷ 150 Thiết kế cấu cam (01 vẽ A1) Lập đồ thị biểu diễn quy luật chuyển động cần: dψ / dϕ ψ(ϕ) ds / dϕ s(ϕ) Tìm tâm cam Xác định biên dạng cam lý thuyết, biên dạng cam thực tế Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY MỤC LỤC Chương I: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU Phân tích cấu tạo, xếp loại nguyên lý làm việc a) Phân tích cấu tạo cấu b) Xếp loại cấu c) Nguyên lý làm việc Xác định thông số cách vẽ lược đồ cấu a) Các thông số b) Cách vẽ lược đồ Họa đồ chuyển vị cấu vị trí Họa đồ vận tốc, gia tốc cấu vị trí A Bài toán vận tốc B Bài toán gia tốc .13 Chương II: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH Tính áp lực khớp động vị trí 17 Tính Mcb 27 a) Phương pháp phân tích lực 27 b) Phương pháp di chuyên 29 Chương III: THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM PhầnI: Lập đồ thị biểu diễn quy luật chuyển động cần .31 Phần II : Xác định tâm cam 35 Phần III : Xác định biên dạng cam 38 Tài liệu tham khảo .41 Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU Phân tích cấu tạo, xếp loại nguyên lý làm việc Phân tích cấu tạo cấu:( hình 1.1) - Tay quay AB - Thanh truyền BC - Thanh truyền phụ DE - Con trượt C E - α : góc hành trình pittông C E - β: góc BC BD a) - γ: góc hợp tay quay AB phương ngang E C D B A Hình 1.1: Họa đồ cấu b) Xếp loại cấu:( hình 1.2) Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY E C D B A Hình 1.2:Tách nhóm tỉnh định - c) Số khâu động n= Số khớp thấp P5 =7 Số khớp cao P4 =0 Số ràng buộc trùng R0 =0 Số ràng buộc thừa rth =0 Số bậc tự thừa wth= Số bậc tự cấu phẳng là: W = 3n –( P4 + P5) + R0 + rth - wth = Vậy cấu có bậc tự  Đây cấu hạng Nguyên lý làm việc: Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY - - Dưới tác dụng lực nén gây khối khí nén pittông C E chuyển động dọc theo giá qua CA CE Chuyển động truyền tới trục quay AB qua truyền BC DE Tay quay AB chuyển động có tác dụng truyền lực để máy làm việc Ở xilanh có chu kỳ làm việc vòng quay AB Vòng quay đầu từ 0→ 2π ứng với trình hút nén nhiên liệu Vòng quay từ 2π→ 4π ứng với trình nổ xả nhiên liệu sau cháy Xác định thông số cách vẽ lược đồ cấu Các thông số: 0 - lAB = 75 mm; lBC = 225 mm; lBD = 50 mm; lDE = 180 mm; α = 75 ; β = 70 - Ta xác định chiều dài lBC : a) Áp dụng định lý cosin ∆ BCD, ta có: = →DC = 213,142 (mm) b) Cách vẽ lược đồ cấu: Chọn tỉ lệ xích µl= 0,003 () Ta vẽ trước đường thẳng Ax By đối xứng với qua tục thẳng đứng tạo góc α = 750 làm hai phương trượt pittông C E Dựng AB tạo với phương ngang góc γ ( tùy theo vị trí γ ) Ta có : AB = lAB/ µl = 0,075/0,003 = 25(mm) Tương tự : BC =75 mm; BD = 16,6667 mm;DE = 60 mm; DC = 69,613mm Vẽ đường tòn tâm B bán kính BC = 75 mm cắt Ax C Vẽ BD hợp với BC góc β = 700 với BD = 16,6667 mm Nối C D ta khâu Từ D vẽ đường tròn tâm D bán kính DE = 60 mm cắt phương Ay E Quỹ đạo điểm B đường tòn tâm A bán kính l AB Chia đường tròn làm vị tí cách 450 Họa đồ chuyển vị cấu vị trí ( vẽ A1 kèm theo ) Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Họa đồ vận tốc, gia tốc cấu vị trí A Bài toán vận tốc: Cho ω1 = 60π rad/s ; γ = 450 Xác định , ω2, ω4 = ? D, C, E l l l d l b e l c p l Hình 4.1: Họa đồ vận tốc *Phương trình vận tốc điểm C: = C Giá trị: ? Phương, chiều: //AC + B ( 1.1 ) CB ω lAB ? ⊥ AB, phù hợp ω1 ⊥ BC Ta có : vB = ω1 lAB = 4500 π ( mm/s ) = 4,5π ( m/s ) Học viên: Thân Xuân Trường Trang ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Vẽ họa đồ vận tốc (hình 4.1) theo phương trình ( 1.1 ): chọn điểm p làm gốc biểu diễn B đoạn pb = 60 mm có phương ⊥ AB, chiều phù hợp chiều quay ω1 Vậy tỉ lệ xích họa đồ vận tốc :µv =vB / pb = 4,5 π / 60 = 0,075π(m/mm.s) - Từ b vẽ đường thẳng l1 ⊥ BC biểu diễn cho phương vectơ CB - Từ p vẽ đường thẳng l2 // AC biểu diễn cho phương vectơ C Giao điểm c l1 l2 mút C CB Từ họa đồ vận tốc ta có ( hình 4.1 ) : C Vectơ pb biểu thị B Vectơ pc biểu thị C Vectơ bc biểu thị CB : //AC, chiều từ xuống, độ lớn: v C = µv.pc = 0,075π 11,43 = 2,692 (m/s) : ⊥ BC, chiều từ phải sang trái, độ lớn: vCB= µv.bc= 0,075π.59,5=14,012(m/s) CB → ω2 = vCB/lCB= 14,012/0,225= 62,2756 (rad/s) *Phương trình vận tốc điểm D: D Giá trị: ? Phương, chiều: ? = - + DB 0,6(m/s) = ? ⊥ AB, phù hợp ω1 ⊥ BD Vẽ họa đồ vận tốc xác định - B D + c 2,692(m/s) ? //AC, xuống ⊥ CD : Từ b vẽ đường thẳng l3 ⊥ BD biểu diễn phương DB Từ c vẽ đường thẳng l4 ⊥ CD biểu diễn phương CD Từ họa đồ vận tốc ta có ( hình 4.1 ) : Vectơ db biểu thị DB Học viên: Thân Xuân Trường Trang 10 CD ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY R21 B h3 Mbc A Hình 2.5: mô men cân Phương trình momen cân điểm A: Mcb – R21 h3 = Mcb = R21 h3 = 6197,11 27,1939 0,003 = 505,57 Nm (h3 hình chiếu A lên đường thẳng qua B // Mcb> ( chứng tỏ chiều giả định) Tách khâu dẫn khỏi giá, phương trình cân cho khâu 1: + =0 =- Phương // ngược chiều R01 Độ lớn: R01 = R21 =6197,11 N *Vị trí 2: Giả sử momen cân có chiều hình vẽ (hình 2.6): Học viên: Thân Xuân Trường Trang 27 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY R21 B h3 Mbc A Hình 2.6: mô men cân Phương trình momen cân điểm A: Mcb – R21 h3 = Mcb = R21 h3 = 7465,47 34,4521 0,003 = 771,603 Nm (h3 hình chiếu A lên đường thẳng qua B // Mcb> ( chứng tỏ chiều giả định) Tách khâu dẫn khỏi giá, phương trình cân cho khâu 1: + =0 =- Phương // ngược chiều R01 Độ lớn: R01 = R21 =7465,47 N b Phương pháp di chuyển khả dĩ: *Vị trí 1: Học viên: Thân Xuân Trường Trang 28 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Từ tâm họa đồ vận tốc, kẻ phương lực , chiếu vận tốc , tương ứng phương lực tác dụng Ta có phương trình momen cân khâu dẫn: Mcb + PC VC cos+ PE VE cos= Mcb = = Mcb = 317,72 (Nm) (Với , góc hợp ; ) Mcb> ( chứng tỏ chiều giả định) *Vị trí 2: Từ tâm họa đồ vận tốc, kẻ phương lực , chiếu vận tốc , tương ứng phương lực tác dụng Ta có phương trình momen cân khâu dẫn: Mcb + PC VC cos+ PE VE cos= Mcb = = Mcb = 508,44 (Nm) (Với , góc hợp ; ) Mcb> ( chứng tỏ chiều giả định) Học viên: Thân Xuân Trường Trang 29 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Chương III : THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM Phần I: LẬP ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA CẦN Cho cấu cam cần lắc đáy lăn với thông số sau  Quy luật gia tốc cần lắc cho đường a hình vẽ sau( Hình 3.1) Học viên: Thân Xuân Trường Trang 30 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Hình 3.1: Quy luật gia tốc cần lắc theo đề +) Dữ liệu cho: β +) Góc lắc cần: = 220 +) Chiều dài cần : lc = 300 (mm) +) Góc áp lực cực đại cho phép: max = 400 +) Góc định kì: ϕx  ϕđ = ϕv =500, = 5-15 , Chon ϕx = 100 Trình tự xác lập đồ thị biễu diễn quy luật chuyển động cần: Chọn hệ trục tọa độ O1y φ Trên trục hoành biểu diễn Khi µϕ = 0,5(o/mm) Học viên: Thân Xuân Trường Trang 31 ϕ lấy mm ứng với ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Để dể dàng tính toán ta chọn tỉ lệ xích cho góc làm việc cam với biểu đồ : µϕ = 0,5(o/mm) ϕ di + ϕ ve + ϕ xa = 110 Theo đề ta có: φ = Suy ra, chọn chiều dài đồ thị biểu diễn chuyển động cam trạng thái 220 mm Trong : φdi = φvề = 500 =100(mm) φxa = 100 = 20(mm) Từ quy luật gia tốc cần lắc cho , với giá trị gia tốc lớn chưa biết nên ta chọn giá trị Dễ dang biểu diễn quy luật gia tốc cần lắc hình vẽ ( hình 3.2) Hình 3.2: Đồ thị biễu diễn quy luật gia tốc cần Bằng phương pháp tích phân đồ thị ta tìm đồ thị biểu diền vận tốc góc cần () đồ thị biểu diển chuyển động cần (Ψ) từ đồ thị gia tốc ban đầu () Các bước tiến hành sau( Hình 3.3) + Trên trục đồ thị ta chia đoạn , , … có độ dài 10 mm.( tương ứng với 5o) + Chọn điểm p1 nằm bên trái trụcvới = H1 = 30mm Học viên: Thân Xuân Trường Trang 32 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Học viên: Thân Xuân Trường Trang 33 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Hình 3.3: Đồ thị biễu diễn quy luật chuyển động cần + Từ trung điểm , , … , kẻ đường thẳng vuông góc với , đường cắt đồ thị i điểm Ai - Tìm hình chiếu điểm Ai cuả đồ thị oy ta điểm Từ mổi hình chiếu kẻ đường thẳng tới điểm p1 , ta p1 - Trên hệ trục đồ thị ta vẽ đồ thị sau: Học viên: Thân Xuân Trường Trang 34 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Từ đường thẳng // cắt đường dóng x B1, từ B1 vẽ đường thẳng // cắt đường dóng x2 B2 Cứ tiếp tục ta xác định điểm B i đồ thị Nối , ,… ta đồ thị Sau vẽ đồ thị ta tiến hành tích phân đồ thị thu đồ thị -Chọn điểm p2 nằm trục phía trái với = H 2= 50mm Thực tương tự ta xác định điểm Ci đồ thị Nối điểm , ,… ta đồ thị Gọi h tung độ lớn đồ thị , µψ β h 22 31,635 Ta có tỉ lệ xích = = = 0,695 (o/mm) Theo quan hệ tích phân đồ thị ta có: Tỷ lệ xích trục là: = = 0,0278 (1/mm) Tỷ lệ xích trục là: 0,00185 (1/.mm0 ) Phần II: XÁC ĐỊNH TÂM CAM: Từ đồ thị , ta xác định góc lắc cực đại x cần Dựng cung tròn , có tâm tâm cần O1 bán kính là: = 75mm (với = (mm/mm)) chắn góc β Chia góc lắc cực đại β cần thành phần điểm B0, B1, B2, B3, Bm Chia đoạn biễu diễn max thành phần điểm 0, 1, 2, 3, m Các điểm tung độ cua đồ thị biễu diễn góc lắc cần, chúng cắt đồ thị điểm O3, D1, D2, D3, Dm Tương ứng với vị trí điểm này, gióng lên đồ thị ta giá trị Từ điểm Bi ta dựng điểm Ei tương ứng Ứng với ta dựng điểm E0 E1, E2, E3, Em, ứng với ta dựng điểm E’0, E’1, E’2, E’3, E’m Với độ lớn BiEi dược tính theo công thức: BiEi = lc Học viên: Thân Xuân Trường Trang 35 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Hình 3.4: Xác định biên dạng cam Giá trị BiEi lập bảng 3.1 Bảng 3.1: Độ dài BiEi/ BiE’I ứng với vị trí cần y Vị trí i m ' i 26,696 31,76 26,696 0 55,66 66,22 55,66 (mm) BiEi/ BiE’i (mm) Học viên: Thân Xuân Trường Trang 36 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Phương chiều BiEi phương chiều vectow vận tốc VBi tương ứng quay góc 90 theo chiều ω Từ điểm Ei E’I dựng hai đường Δi va Δ’i tương ứng, Δi va Δ’i hợp với véc tơ vận tốc Ei E’i góc max = 400 Miền tâm cam miền nằm đường Δi va Δ’i ⇒ Ta có miền tâm cam Hình 3.4 (phần gạch chéo) Để kích thước cấu không lớn tránh sai số vẽ hình , ta chọn tâm cam O1 gần tâm I không gần biên +) Chọn O1 hình vẽ l O1 O2 = 114,28 mm ψ0 ⇒ = 40,370 ⇒ → giá O1 O2 Độ dài thực O1 O2 = 114,28 µl = 457.12 (mm) Là góc lắc ban đầu Bán kính cong nhỏ nhất: rmin = O1B0 Bán kính cong lớn : rmax = O1Bm µl µl = 75.4 = 300(mm) = 103,612.4 = 414,45(mm) Phần III: XÁC ĐỊNH BIÊN DẠNG CAM Tiến hành sau: Hình 3.5 Học viên: Thân Xuân Trường Trang 37 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Hình 3.5: Xác định biên dạng cam Dựng đường tròn tâm O1 ( tâm cam) bán kinh l O1 O2 = 114,28 mm Trong vòng tròn tâm cam , xuất phát từ vị trí tâm cần O2 ban đầu , đặt góc φ , φvề , φxa , φgần theo chiều ngược với chiều quay cam.Hình 3.5 Chia cung φđi thành phần ( cung 10o)) điểm 0, 1, 2, 3, 4, m… Đồng thời, chia đoạn biễu diễn φ trục φ đồ thị Ψφ làm phần nhau, ta giá trị Ψ0 , Ψ1 , Ψ2 , Ψ3 Ψ4 , Ψm Dựa vào đồ thị Ψφ xác định giá trị chuyển vị Ψi cần, tương ứng với góc quay φi cam (Bảng 3.2) Bảng 3.2: Bảng giá trị góc lắc cần ϕi 10 20 30 40 50 60 1,48 9,74 22,13 30,38 31,635 31,64 () yi (mm) Học viên: Thân Xuân Trường Trang 38 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY ψi 1,03 6,77 15,38 21,11 22 22 40,37 41,4 47,14 55,75 61,48 62,37 62,37 () ψ0 ψi ( + )(0) Qua vị trí 0, 1, 2, 3, , m, kẻ đường thẳng hợp với O1i góc la Ψi Trên dựng điểm Bi với Bi i = lc/ µl Điểm Bi điểm thuộc biên dạng cam Nối điểm Bi lại với ta biên dạng cam tương ứng với goc φ Làm tương tự với φvề , φxa , φgần ta toàn biên dạng cam Đây biên dạng cam lý thuyết, với yêu cầu cam cần đáy lăn, ta cần xác định biên dạng cam thực tế Chọn bán kính lăn Chọn rL = 0,7 ρmin Với ρmin = 119(mm) Suy rL = 83 mm, Vẽ họ vòng tròn lăn có tâm I , bán kính rL với tâm I nằm biên dạng lý thuyết Bao hình họ đường tròn biên dạng cam thực tế ( Hình 3.6) Học viên: Thân Xuân Trường Trang 39 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY Hình 3.6: Biên dạng cam thực tế Học viên: Thân Xuân Trường Trang 40 ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn thiết kế môn học nguyên lý máy- Lại Khắc Liễm-ĐH Tại chức TP.HCM (1984) Bài tập nguyên lý máy- Lê Phước Ninh- Nhà xuất Giao thông Vận tải Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học Nguyên lý máy- Trần Văn Lầm, Trịnh Quang Vinh, Phạm Dương- Trường đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Nguyên lý máy- Đinh Gia Tưởng, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn TiếnNhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Học viên: Thân Xuân Trường Trang 41