Đồ án môn học - Nguyên lý máy

Phân tích cấu trúc cơ cấu chính Đây là lợc đồ chính của cơ cấu Máy Bào Loại I Cơ cấu chính của máy bào loại 1 đợc tổ chức từ cơ cấu culits, gồm có 6 khâu.. Đặc điểm truyền động của các k

C

B A

n1

O2

S5

i tổng hợp cơ cấu chính - vẽ hoạ đồ vị trí

1 Phân tích cấu trúc cơ cấu chính

Đây là lợc đồ chính của cơ cấu Máy Bào Loại I

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 (thờng 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 O1A 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

a Tính bậc tự do

Để tính bậc tự do ta áp dụng công thức:

W = 3n – (2P5 + P4 – R + S) (1)

ở đây n là số khâu động

P5 là số khớp thấp loại 5

P4 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; P5 = 7; P4 = 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

3 Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí

a Xác định kích thớc các khâu

Theo bảng số liệu (số liệu 1):

H = 460 mm

k = 1,62

mm

l O1O2  400

25 , 0

2



B O

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 O3B tiếp tuyến với vòng tròn quỹ đạo của tâm chốt tay quay Vẽ hành trình H của đầu bào 5

Đồ án môn học - Nguyên lý máy Phạm Xuân Điệp - Lớp K36MA

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

0 0

1 62 , 1

1 62 , 1 180 1 k

1 k















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 đầu bào Từ các tam giác vuông O2DB1 và O2A1O1 xác định chiều dài l O B

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

mm 2241

, 633 2

595 , 42 sin 2

460 2

sin 2

H





mm 284 , 145 2

595 , 42 sin 400 2 sin l

R O1O2     Chiều dài lBC của thanh truyền BC bằng:

25 , 0 l

l B O

BC

2



mm 310

, 158 241 , 633 25 , 0 l 25 , 0

Đờng chuyển động xx của đầu bào đặt ở giữa đoạn biểu thị độ võng DE của cung B1B2 có bán kính O2B1 (theo giả thiết) Khi đó khoảng cách h từ trục

xx tới tâm quay của culits:

mm 618

, 611 2

595 , 42 cos 1 2

241 , 633

2 cos 1 2

l

cos l l l 2

DE B O M O

h 2 2 OB O2B O2B O2B

2















































Trong bài này, khoảng chừa trớc và khoảng chừa sau bằng nhau Mỗi khoảng ấy bằng 0,05H = 0,05 x 460 = 23 mm Bằng phơng pháp vẽ ta xác

định đợc các góc ứng với các khoảng chừa trong hanh trình làm việc và hành trình về không

Góc quay của tay quay ứng với khoảng chừa trong hành trình làm việc

1 1 1

'

1  A O A  28 , 7

 , còn góc ứng với khoảng chừa trớc trong hành trình

1 1 1

''

1  A O A  24 , 1

 ; Còn góc ứng với khoảng chừa sau trong hành trình làm việc là: ' 0

2 1 2

'

2  A O A  27 , 4

trong hành trình về không là : '' 0

2 1 2

''

2  A O A  23 , 2

b.Vẽ hoạ đồ vị trí

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

mm m

l O A

50

284 , 145





A O diễn biểu oạn

Đ

thực dài ộ

Đ

1



bảNG KíCH THƯớC Và BIểU DIễn CáC KHÂU

THEO L 0,0029mmm.

H l O1A O B

2

5

CS l

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



Cách dựng hoạ đồ vị trí:

Lấy một điểm O1 bất kỳ, dựng đờng tròn tâm O1 bán kính O1A 50mm

Từ O1 dựng hệ trục toạ độ O1xy, trên chiều âm trục O1y ta xác định đợc

O2 với khoảng cách: O1O2  137 , 931mm và trên chiều dơng trục O1y ta lấy

mm M

O2  210 , 903 Từ M kẻ đoạn ,

1

1 x

x , 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 O2 dựng cung tròn bán kính O2B 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 O1 bán kính O1A)

Chia đờng tròn tâm O1 bán kính O1A 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 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 O1A ta xác định đợc vị trí của culits 3 Từ Bi ta dựng đờng tròn bán kính BC Đờng tròn này xẽ cắt trục

,

1

1 x

x 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 Máy Bào Loại I

II Động học cơ cấu

1 Xác định vận tốc của các điểm ,vận tốc góc của các khâu và vẽ hoạ đồ vận tốc

a Xác định vận tốc của các điểm

Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc tại vị trí nh hình dới đây:

(Hình vẽ)

- Vận tốc tại điểm A:

1

2 A

v  (do khâu 1 và khâu 2 đợc nối bằng khớp quay)

2 3 2

3 A A A

Trong đó :

+ 

1

A

v có chiều thuận với 1, phơng vuông góc với O1A, và có trị số:

A O 1

A1 l. 1

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

A O 1 A

A2 v 1 l. 1

+ 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 vA3A2 Nên (2) có thể

giải 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

B3 l. 2

A O 3

A3 l. 2



A O

B O A B

2

2 3

l v

v 

4

3 B



 (vì tại B thanh truyền 4 và culits 3 đợc nối với nhau bằng 1 khớp quay)

+ vB3 có phơng vuông góc với O2B, có chiều theo chiều 3.

- Vận tốc tại điểm C:

5

4 C



 (vì tại C thanh truyền 4 nối với đầu bào 5 bằng 1 khớp quay)

4 4 4

4 B C B

v   (3) + vC5 có phơng song song với ,

1

1 x

x , 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

4B C

v Nên (3) có thể

giải đợc bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ véctơ

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

B O

S O B S

l

l v v

2

3 2 3 3







BS C B S

l

l v

4 4 4







Do đầu bào 5 chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang Nên vận tốc trọng tâm S5 của đầu bào có cùng vận tốc với đầu bào:

5

5 C

S v

v 

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

(Hình vẽ)

b Vẽ hoạ đồ vận tốc

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

mm s m 0304 , 0 0029 , 0 30

100 30

n

L 1



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

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

) ( 50

.

.

1 1

1 1 1

1

1

1 1

mm A

O

l Pa

Pa Pa

l v

L

A O

L v

A O A

























Từ điểm a1 (vì a2  a1) 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 a3 Từ điểm P

kẻ một đoạn có độ dài bằng

A O

B O Pa

2

2

1 theo phơng Pa1, ta đợc điểm b3

Từ điểm b3 (vì b4  b3) 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 c4 và

c5 (vì c4  c5)

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

Pa3, mm 0 22,304 32,069 48,148 47,688 30,7 0 2,193 21,407 42,180 40,415

Pb, mm 0 31,896 42,553 56,701 56,384 41,16 0 3,789 42,918 98,915 93,28

Pc, mm 0 29,789 40,623 57,085 55,316 39,801 0 3,719 41,737 95,865 92,031

a3a2, mm 50 44,927 38,362 13,483 15,028 39,465 50 49,952 45,186 26,843 29,438

c4b4, mm 0 10,390 11,838 5,581 6,179 11,782 0 1,385 14,11 19,289 20,264

c Vận tốc góc của các khâu

Để xác định vận tốc góc ta dựa vào biểu thức:

l

v



 Trong đó: v: vận tốc của khâu

l: độ dài của khâu

+ Vận tốc góc của khâu 3 là:

A O

A

B O

B 3

2 3 2

3

l

v l

v







+ Vận tốc thanh truyền 4 là:

BC

B / C

v 4 4





Trị số vận tốc góc của culit và thanh tryền

3, rad/s 0 1,529 2,157 2,932 2,974 1,979 0 0,377 2,063 4,744 4,482

4, rad/s 0 0,187 0,229 0,110 0,125 0,216 0 0,053 0,259 0,353 0,366

2 Vẽ hoạ đồ gia tốc

a.Xác định gia tốc của các điểm

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

Giả sử vẽ hoạ đồ gia tốc cho vị trí nh hình vẽ dới đây:

(Hình vẽ)

Phơng trình quan hệ gia tốc trên các khâu:

- Tại điểm A ta có:

n A A

A1 a 1 a 1

a  

2 A

a  (do khâu 2 và khâu 1 nối với nhau nhờ 1 khớp quay)

r A A

k A A A

A3 a 2 a 3 2 a 3 2

 aA3  anA3  aA2  akA3A2  arA3A2 (4)

Trong đó:

+ anA1  12 l.O1A, chiều hớng từ AO1

+ a 0

1

 do O1A quay đều

+ aA2 có cùng phơng, chiều và độ lớn với

1

A

a

+ akA3A2có chiều là chiều của véc tơ vận tốc vA3A2 quay đi một góc 900 thuận theo chiều 3 trị số: akA3A2  2 3 vA3A2

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

+ 

3

A

a có phơng vuông góc O2B, trị số cha biết.

+ anA3 chiều từ A  B, có trị số an 23 l BA

3

A   Vậy (4) còn hai ẩn là trị số của arA3A2 và 

3 A

a nên có thể giải đợc bằng phơng pháp hoạ đồ véc tơ

- Tại điểm B ta có:

4

3 B

a  (do khâu 3 và khâu 4 nối với nhau bằng một khớp quay) + aB3 có phơng vuông góc với O2B, và có trị số xác định theo định lý đồng

dạng

A O

O A B

2

2 3

l a

- Tại điểm C ta có:

n B C B C B

a

4 4 4 4 4 4













5

4 C

a 

Trong đó:

+ a C n B

4

4



có chiều hớng từ C  B có trị số bằng 2 BC

4 l

+ 

4

4B

C

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 ,

1

1 x

x ), trị

số cha biết

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

4

4B C

a nên ta có thể giải đợc bằng phơng 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 S

l

l a a

2

3 2 3 3







BC

BS C B S

l

l a

4 4 4







Và do đầu bào 5 chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang Nên gia tốc trọng tâm S5 của đầu bào có cùng gia tốc với đầu bào:

5

5 C

S a

a 

Vậy ta đợc hoạ đồ gia tốc nh hình vẽ:

(Hình vẽ)

b Vẽ hoạ đồ gia tốc của cơ cấu

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 số 11

Chọn tỷ xích gia tốc là a

, 1 1

2 1 ,

1

2 1 , 1

. 1

1

a

A O a

l a

a













Chọn a, 50mm

1 

 bằng đoạn biểu diễn O1A trên hoạ đồ vị trí

30

100

30

.

2 2

1 2





























- Tính các đoạn biểu diễn :

+ aA1

a1 OA 50mm

+ akA2A3

A O

a a Pa A

O

a a Pa

A O

a a Pa l

v v v

a

a L

L

v A

O

A A A A

A

k A A

2

3 2 3 2

2 1 3 2 3

2

3 2

2 3 3

2

2

.

2

2

2

2

3 2 3 3

2 3

2























Mặt khác : k a

A

A a k

a , 

1

3

2 

=>

A O

a a Pa k

a

2

3 2 3 ,

1

2



Vậy dựng đợc đoạn a , k

1 + anA3

A O

Pa A O

Pa A O

Pa l

Pa l

l

v l

l

L A

O

v A

O A O

A A

O

n

A

2

2 3 2

2 1 2 3 2

2 2 1 2 3

2 2 3 2

2 2

3

.

.

.

.

2 2

2

3 2

3

















Mà a n A n3 a

3 

=>

A O

Pa n

2

2 3

3 



+ a n C B

4

4



a BC

n

B

4



L L

L a

BC a

BC

BC B C

a

BC

BC

b c l

b c l

l v l





















1

2 2 1

2 4 4 2 2 4 4 2

2 2

4 4

.

.

.

.











BC

b c n

2 4 4

4 



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

+Vị trí 3

 Đoạn biểu diễn a k A A

3 2

mm

A O

a a Pa k

558 , 164

362 , 38 069 , 32 2

2

2

3 2 3 ,

 Đoạn biểu diễn anA3

mm

A O

Pa

558 , 164

069 ,

2

2 3



 Đoạn biểu diễn a C n4B4

mm

BC

b c n

590 , 54

838 ,

2 4 4 4 ,

+Vị trí 11

 Đoạn biểu diễn a k A A

3 2

mm

A O

a a Pa k

338 , 94

438 , 29 415 , 40 2

2

2

3 2 3 ,

 Đoạn biểu diễn anA3

mm

A O

Pa

338 , 94

2

2

2 3



 Đoạn biểu diễn a C n4B4

mm

BC

b c n

590 , 54

2 2

4 4 4

,

 cách dựng nh sau:

Chọn  làm gốc dựng ,

1

a

2

,

1 a

a  ) từ mút ,

1

a dựng a , k

1 , từ mút k kẻ phơng R

A

/

A3 2

a Từ gốc  dựng  n 3, từ mút n A3 kẻ phơng 

3

A

a 2 đờng này cắt nhau ta đợc ,

3

a

Từ  dựng ,

3

b

4

,

3 b

b  ), từ ,

4

b dựng , 4

4 n

b , từ mút n4 kẻ phơng 

4

4 B C

Từ gốc  kẻ phơng  a C5 2 đờng này cắt nhau ta đợc ,

5

c

c Gia tốc góc của các khâu

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

2

A

O

A

3

3

3

l

a











Gia tốc góc của thanh truyền 4 đợc xác định theo công thức:

BC

B

C

a 4 4





đoạn biểu diễn gia tốc các điểm trên các khâu tại hai vị trí số 3 và số 11

Vị trí a1 a3 b3 c5 a 2a3 c 4b4 s3 s4 s5

11

đoạn biểu thị trị số thực của gia tốc các điểm và gia tốc các khâu tại hai vị trí

số 3 và số 11

III Phân tích động tĩnh học

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

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 lực cha 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 Pci

Lực cản có ích chỉ tác động trên khâu 5 ở các vị trí 2  5 và ở tất cả vị trí đó, đều bằng hằng số Trị số của lực này bằng: Pci = Pc = 2600 N

2 Xác định trọng l ợng, khối l ợng

a Trọng lợng của các khâu

Lực phân bố trên các khâu : q = 30KG/m

Trọng lợng của các khâu:

G1 = q.l1 = q.l O A

1 = 30.0,1453= 4,359 KG = 43,59 N

G2 = 0 N

N 16 , 143 KG 316 , 14 4772 , 0 30 l.

q



N 8 , 46 KG 68 , 4 156 , 0 30 l.

q

N 96 , 189 16 , 143 8 , 46 G

G

b Khối lợng của các khâu

Ta có m  G g, ta lấy g 10m s2

Vậy khối lợng của các khâu là:

m1 = 4,359 Kg

m2 = 0 Kg

m3 = 18,996 Kg

m31 = 14,316 Kg.

m32 = 4,68 Kg

m4 = 4,749 Kg

m5 = 284,94 Kg

3 Xác định lực quán tính

* Xét khâu 3

Hợp lực quán tính của culit O2B là:

3

3

P   

Lực quán tính này có trị số là: P  q3 m3.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 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 O K

J l.

m

J l

l l

Với J O2  J O21 J O22

Trong đó:

S O 31 A O 31 2

S O 31 S

O21 31 2 31 2 m l. 2 31

12

l.

m l.

m J

2

1453 , 0 316 , 14 12

1453 , 0 316

,



















+ O S 32 2OS 31 OA 31 O2 S

31 2 2

31 2 32

12

l.

m l.

m J

+ JB2 = JS32 + m32.l2

BS32

32

2 32 32

32

.

l m



) 0975 , 0 ( 75 , 9 12

) 195 , 0 ( 75 , 9



 Jb2 = 0,1235 Kgm2

Vởy JB = JB1 + JB2 = 0,3216 + 0, 1235 = 0,4451

 lBK = 32,170,4451.0,0878

 lBK = 219 (mm)

Đoạn biểu diễn BK = 0,219 / 0,00244 = 90(mm)

- Xác định lực quaná tính cho khâu 4

Là klhâu chuyển động song phẳng Pqt4

+ Trị số Pqt4 = m4.aS4 = 23,92.7,21 = 172,5 (N)

+ Điểm đặt tại T là giao điểm giữa đờng thẳng kẻ qua K và song song c’3d’4 trên hoạ đồ gia tốc , và đờng thẳng kẻ qua S4 song song với c’3 Cách dựng

đ-ợc biểu diễn trên bản vẽ A0

Với tâm va đập K của khâu (4) đợc xác định nh sau

LCK = lCS4 + lS4K