Đồ án (bài tập lớn ) môn học Nguyên lý máy

Đồ án môn học nguyên lý máy NHIỆM VỤ I NHIỆM VỤ Cho cấu động chữ V hình vẽ với thông số (bỏ qua khối lượng khâu): lAB = 91 mm, lBC = 253 mm, lBD = 66 mm lDE = 196 mm, ω1 = 60π rad/s, α = 500 β = 700, PC = 5600 N, PE = 2200 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 Vị trí 3: γ = 90o Vị trí 7: γ = 270o Vị trí 4: γ = 135o Vị trí 8: γ = 315o Đồ án môn học 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) Họa đồ chuyển vị cấu vị trí bảng vị trí mà khâu điểm chết điểm chết d) Họa đồ vận tốc, gia tốc cấu 10 vị trí Phân tích lực cấu (01 vẽ A1) a) Tính áp lực khớp động 01 vị trí: Vị trí = PA – k*8 b) Xác định mômen cân tác dụng lên khâu dẫn hai phương pháp: phân tích lực di chuyển 2 Đồ án môn học nguyên lý máy II NHIỆM VỤ Cho cấu cam cân đẩy đáy với thông số sau: Quy luật gia tốc cần đẩy cho hình d hình vẽ sau Hành trình cần đẩy cam: s = mm Góc hợp lực cấu cam cần đẩy đáy bằng: α = 100 Các góc định kỳ: ϕđi = ϕvề = 350 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 3 Đồ án môn học nguyên lý máy MỤC LỤC Trang Lời nói đầu CHƯƠNG I PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH I Phân tích cấu, xếp loại nguyên lý làm việc .6 Phân tích cấu Xếp loại cấu .6 Nguyên lý làm việc II Các thông số cách vẽ lược đồ cấu Các thông số kỹ thuật .7 Cách vẽ lược đồ cấu IV Bài toán vận tốc V Bài toán gia tốc 12 CHƯƠNG II PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH 17 I Tính áp lực khớp động 17 Vị trí thứ .17 Vị trí thứ hai 22 II Mô men cân tác dụng lên khâu dẫn 26 Vị trí thứ .27 Vị trí thứ hai 29 CHƯƠNG III THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM 31 I Quy luật gia tốc cần đẩy 31 II Lập đồ thị biểu diễn quy luật chuyển động cần 31 III Xác đinh miền tâm cam 34 IV Cách vẽ biên dạng cam 36 4 Đồ án môn học nguyên lý máy Chương PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH I Phân tích cấu tạo, xếp loại nguyên lý làm việc cấu Phân tích cấu tạo cấu: - Tay quay AB - Thanh truyền BC - Thanh truyền phụ DE - Con trượt C E - α: góc hành trình piston C E - β: góc BC BD - γ: góc hợp tay quay AB phương ngang p pc E C E D B A Hình vẽ 1.1: Lược đồ cấu Xếp loại cấu: - Số khâu động: n = (1, 2, 3, 4, 5); Đồ án môn học nguyên lý máy - Số khớp loại 5: p5 = (A, B, C2, C3, D, E4, E5); - Số khớp loại 4: p4 = 0; - Số ràng buộc trùng: R0 = 0; - Số ràng buộc thừa rth = 0; - Số bậc tự thừa: Wth = 0; Áp dụng công thức: W= 3n - (2 p5 + p4) + rth - Wth ⇒ W= 3.5 – (2.7 + 0) + = Vậy cấu có bậc tự Xếp hạng cấu: Chọn khâu nối giá (khâu 1) khâu dẫn Đề xếp loại nhóm ta tiến hành tách cấu thành nhóm hình vẽ Hình vẽ 1.2 : Tách nhóm tĩnh định Theo hình vẽ ta nhận thấy nhóm cao nhóm loại (2 khâu khớp) Như loại cấu loại Nguyên lý làm việc: 6 Đồ án môn học nguyên lý máy - Dưới tác dụng lực nén gây khối khí nén piston C E chuyển động dọc theo giá qua CA EA, 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  2π ứng với trình hút nén nhiên liệu + Vòng từ 2π  4π ứng với trình nổ xả nhiên liệu sau đốt cháy II Xác định thông số cách vẽ lược đồ cấu Các thông số: - Chiều dài: lAB = 91(mm); lBC = 248 (mm); lBD = 66 (mm); lDE = 196 (mm) - Góc: α = 550 ; β = 600 - Xác định thông số chưa biết: Chiều dài đoạn DC: Áp dụng định lý cosin tam giác BCD, ta có: Cos DBC = ⇒ DC = ⇒ DC = = 222.47 (mm) Cách vẽ lược đồ cấu: Chọn tỷ lệ xích µl = 0,004 () tính - Cho trước phương Ax Ay đối xứng qua trục thẳng đứng tạo với góc α làm phương trượt piston C E - Dựng AB tạo với phương ngang góc γ cho trước (chọn vị trí ban đầu γ = ) Ta có: AB = = = 22,75 (mm) Tương tự, ta tính được: BC = 62 (mm); BD = 16,5 (mm); DE = 49 (mm); DC = 59,66 (mm) - Vẽ đường tròn tâm B bán kính R1 = BC = 63,25 (mm) cắt Ax C - Vẽ BD hợp với BC góc β = 600 với BD = 16,5 (mm) - Nối C với D ta khâu - Từ D vẽ đường tròn tâm D bán kính R2 = DE = 49 (mm) cắt phương Ay E - Quỹ đạo điểm B đường tròn tâm A bán kính AB = 22,75 (mm) Chia đường tròn làm vị trí cách 450 (với B1 γ = 00) - Xác định vị trí điểm chết chết trượt E sau: + Điểm chết trên: Vẽ khâu dẫn AB có phương trùng với Ay (chiều quay khâu AB ngược chiều kim đồng hồ), từ B vẽ đường đường tròn bán kính R = 63,25 (mm) cắt Ax C, nối BC lại Từ B kẻ đoạn thẳng BD = 16,5 (mm) hợp với BC góc β = 700, từ D kẻ đường tròn có bán kính R2 = 49 (mm) cắt phương Ay 7 Đồ án môn học nguyên lý máy E, nối DE lại ta có điểm chết trượt E Lúc khâu AB hợp với phương ngang góc γ = 1150 + Điểm chết dưới: Vẽ khâu dẫn AB có phương trùng với Ay, từ B vẽ đường đường tròn bán kính R1 = 63,25 (mm) cắt Ax C, nối BC lại Từ B kẻ đoạn thẳng BD = 16,5 (mm) hợp với BC góc β = 700, từ D kẻ đường tròn có bán kính R = 49 (mm) cắt phương Ay E, nối DE lại ta có điểm chết trượt E Lúc khâu AB hợp với phương ngang góc γ = 2950 III BÀI TOÁN VẬN TỐC Vị trí γ = 00 ( hình vẽ 1.3) Với n1 = 1100 vòng/phút, ta có: ω1 = = (rad/s) Xác định VC, VD, VE, ω2, ω4? * Phương trình vận tốc điểm C: = Độ lớn ? Phương, chiều // AC + ω1.lAB = 3,336π(m/s) ⊥ AB, phù hợp ω1 (1) ? ⊥ BC Biểu diễn Vẽ họa đồ vận tốc theo phương trình (1): chọn điểm p làm gốc biểu diễn đoạn pb = 50 (mm) có phương vuông góc AB, chiều phù hợp chiều quay ω1 Vậy tỉ lệ xích họa đồ vận tốc là: = = = 0,1746 () Từ b vẽ đường thẳng vuông góc BC biểu diễn cho phương Từ p vẽ đường thẳng song song AC biểu diễn cho phương Giao điểm c mút Từ họa đồ vận tốc, ta có: - biểu thị cho - biểu thị cho - biểu thị cho // AC, chiều từ xuống *: Độ lớn: = = 0,1746 63,41 = 11,07(m/s) ⊥ BC, chiều từ phải sang trái *: 8 Đồ án môn học nguyên lý máy Độ lớn: = = 0,1746 23,78= 4.15 (m/s) * Phương trình vận tốc điểm D: = + = biết + ? (2) Độ lớn ? biết Phương, chiều ? ⊥ AB, phù hợp ω1 ⊥ BD // AC xuống ⊥ CD Biểu diễn - Vẽ họa đồ vận tốc xác định : Từ b vẽ đường thẳng ⊥ BD biểu diễn cho phương Từ c vẽ đường thẳng ⊥ CD biểu diễn cho phương Giao điểm d mút Từ họa đồ vận tốc, ta có: - biểu thị cho - biểu thị cho - biểu thị cho Theo phương chiều * Độ lớn: = = 0,1746 65,31= 11,4(m/s) ⊥ BD, chiều từ xuống *: Độ lớn: = = 0,1746 6,23= 1,087 (m/s) ⊥ CD, chiều theo *: Độ lớn: = = 0,1746 21,34= 3,725(m/s) * Phương trình vận tốc điểm E: = + (3) Độ lớn: ? biết ? Phương, chiều: // AE biết ⊥ DE Biểu diễn: - Vẽ họa đồ vận tốc xác định : Từ d vẽ đường thẳng ⊥ DE biểu diễn cho phương Từ p vẽ đường thẳng // AE biểu diễn cho phương Giao điểm e mút ? Đồ án môn học nguyên lý máy Từ họa đồ vận tốc, ta có: - biểu thị cho - biểu thị cho // AE , chiều từ xuống * Độ lớn: = = 0,1746 43,84= 7,654(m/s) ` ⊥ DE, chiều theo ` ` Độ lớn: = = 0,1746 38,18= 6,718(m/s) *: Ta tính vận tốc góc khâu (ω2) khâu (ω4) theo : Chiều theo chiều kim đồng hồ - ω2: Độ lớn: ω2 = = = 16,734 (rad/s) Chiều ngược chiều kim đồng hồ - ω4: ω4 = = = 34,275(rad/s) * Họa đồ vận tốc cấu vị trí (hình vẽ 1.4) 10 10 Đồ án môn học nguyên lý máy * Phương trình cân cho khâu 3: Σ = + + =0 (16) ΣMC = R23 + R03 b + PC = (17) Từ (17) b = Vì lực giá tác dụng lên khâu qua C có phương AC Lấy (14) cộng (16) ta được: + + + + + =0 + + + + =0 (18) Phương trinh (18) có , biết, ẩn chưa biết Do ta xác định cách vẽ họa đồ lực: - Chọn điểm a bất kì, từ a với tỉ lệ xích = 100 (N/mm) vẽ véc tơ biểu diễn cho với ab = = = 59 mm, phương // AC, chiều từ C A - Từ b vẽ biểu diễn cho , bc = 25,2342 mm, phương // DE, chiều từ E D - Từ c vẽ biểu diễn cho , cd = 13,0887 mm, phương , chiều từ phải qua trái - Từ d vẽ // BC biểu diễn cho phương - Từ a vẽ AC biểu diễn cho phương - Giao điểm e điểm đầu điểm cuối a e * Họa đồ lực cấu vị trí b d 22 22 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình vẽ 2.14 họa đồ lực ví trí thứ hai Từ (16): + + = nên từ họa đồ lực biểu diễn cho Từ họa đồ ta có: Phương, chiều theo Độ lớn: Rn12 = de = 100 85,8 = 8580 (N) Phương, chiều theo Độ lớn: R12 = ec = 100 96,8 = 9680 (N) Phương AC, chiều từ phải qua trái Độ lớn: R03 = ea = 100 21,33 = 2133 (N) Phương, chiều theo Độ lớn R23 = be = 100 58,89 = 5989 (N) Cùng Phương, ngược chiều theo Độ lớn: R32 = R23 = 5889 (N) Cùng phương, ngược chiều 23 23 Đồ án môn học nguyên lý máy Độ lớn: R21 = R12 = 9680 (N) II.Tính mômen cân bằng: Vị trí thứ (γ = 1800) a Phương pháp phân tích lực: B R 01 h3 k A B M cb A R 21 R 21 Hình vẽ 2.17 Giả sử mômen cân có chiều hình vẽ Phương trình mômen cân điểm A: Mcb + R21 h3 = (h3 hình chiếu A lên đường thẳng qua B // Mcb = - R12 h3 = - 9680 0.065 = - 629,2 ( N.m ) < (âm: chứng tỏ ngược chiều Tách khâu dẫn khỏi giá, phương trình cân cho khâu 1: + =0 =Phương // ngược chiều Độ lớn: R01 = R21 = 9680 (N) pe b, Phương pháp di chuyển khả dĩ: pc P c 24 24 e d b Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 2.18: Tính Mcb phương pháp di chuyển Phương trình cân công suất cấu ; Với , góp hợp hình chiếu với với Trong trường hợp , Vậy ta có ; => = - 134,14 (N.m) Mcb ngược chiều với 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 b hình vẽ sau( Hình 3.1) 25 25 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 3.1: Quy luật gia tốc cần lắc theo đề +) Dữ liệu cho: +) Góc lắc cần: β = 210 +) Chiều dài cần : lc = 350 (mm) +) Góc áp lực cực đại cho phép: [α]max= 440 +) Quy luật gia tốc: hình b +) Góc định kì: ϕđ = 500 ϕv =700 ϕ x = 20  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 ϕ lấy mm ứng với 10 Khi µ ϕ = (o/mm) Để dễ dàng tính toán ta chọn tỉ lệ xích cho góc làm việc cam với biểu đồ : µ ϕ = 1(o/mm) Theo đề ta có: φ = φdi + φvề + φxa = 1220 Suy ra, chọn chiều dài đồ thị biểu diễn chuyển động cam trạng thái 122 mm Trong : φdi = 500 = 50 (mm) φvề = 700 = 70 (mm) φxa = 20 = (mm) 26 26 Đồ án môn học nguyên lý máy Từ quy luật gia tốc cần lắc cho , với giá trị gia tốc lớn chưa biết nên ta chọn giá trị Dễ dàng 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) 27 27 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 3.3: Tích phân đồ thị gia tốc Trên trục đồ thị ta chia đoạn , , … có độ dài 2,5 mm.( tương ứng với 2,5o) φdi 3.5 mm( tương ứng với 3,5 o ) φvề + Chọn điểm p1 nằm bên trái trụcvới = H1 = 30mm + 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 a i Từ mổi hình chiếu kẻ đường thẳng tới điểm p1 , ta p1 - Trên hệ trục đồ thị ta vẽ đồ thị sau: 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 28 28 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 3.4: Tích phân đồ thị vận tốc Sau vẽ đồ thị ta tiến hành tích phân đồ thị thu đồ thị -Chọn điểm p2 nằm trục phía trái với = H 2= 30mm Thực tương tự ta xác định điểm Ci đồ thị Nối điểm , ,… ta đồ thị Hình 3.5: Đồ thị quãng đường Gọi H1 tung độ lớn đồ thị , µψ β = H = 21/21,788= 0,964(o/mm) Ta có tỉ lệ xích Theo quan hệ tích phân đồ thị ta có: Tỷ lệ xích trục là: 29 29 Đồ án môn học nguyên lý máy = = 0,032 (1/mm) Tỷ lệ xích trục là: 0,001(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 chiều dài cần quay: = 350 mm (với = (mm/mm)) 30 30 Đồ án môn học nguyên lý máy 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 đồ thị biễu diễn góc lắc cần, chúng cắt đồ thị điểm O 3, 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 Giá trị BiEi lập bảng 3.1 Bảng 3.1: Độ dài BiEi/ BiE’I ứng với vị trí cần Vị trí i BiEi (mm) 61 Xác định BiE’I tương tự 73,21 61 m 43,57 m Vị trí i BiE’i (mm) 43,571 52,29 Phương chiều BiEi phương chiều vectơ vận tốc V Bi 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 [α]max = 440 Miền tâm cam miền nằm đường ⇒ 31 Ta có miền tâm cam Hình 3.4 (phần chấm) 31 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 3.4: Xác định miền tâm cam 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 → giá O1 O2 l O1 O2 = 113,156 mm ⇒ Độ dài thực : O1 O2 = l O1 O2 µ l = 113,156.4= 452,624 (mm) Φ0 = 370 ⇒ Là góc lắc ban đầu Bán kính cong nhỏ nhất: rmin = O1B0 µ l = 67,82.4 = 271,28 (mm) Bán kính cong lớn : rmax = O1Bm µ l =99,51.4= 398,04 (mm) 32 32 Đồ án môn học nguyên lý máy Phần III: XÁC ĐỊNH BIÊN DẠNG CAM Tiến hành sau: Hình 3.5 Hình 3.5: Xác định biên dạng cam Dựng đường tròn tâm O1 ( tâm cam) bán kính l O1 O2 = 113,156 mm Trong vòng tròn tâm cam này, 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, 5, Đồng thời, chia đoạn biễu diễn φ trục φ đồ thị Ψφ làm phần nhau, ta giá trị Ψ0 , Ψ1 , Ψ2 , Ψ3 , Ψmax 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 (0) yi (mm) ψ i (0) ( 33 ψ0 ψi + )( ) 0 10 10 1.0712 20 20 6.6901 30 30 15.0981 40 40 20.717 50 50 21.7882 37 38.0712 43.6901 52.0981 57.717 58.7882 33 Đồ án môn học nguyên lý máy Đối với ta làm tương tự ϕi (0) yi (mm) ψ i (0) ( ψ0 ψi + )( ) Qua vị 0 14 14 1.0712 28 28 6.6901 42 42 15.0981 56 56 20.717 70 70 21.7882 37 38.0712 43.6901 52.0981 57.717 58.7882 trí 0, 1, 2, 3, 4, kẻ đường thẳng hợp với O 1i góc Ψ i Trên dựng điểm Bi với Bi i = lc/ µ l Điểm Bi điểm thuộc biên dạng cam Nối điểm Bi lại với ta φ φvề , φxa ta biên dạng cam tương ứng với góc Làm tương tự với toàn biên dạng cam Đây biên dạng cam lý thuyết, với yêu cầu cam cần lắc đáy lăn, ta cần xác định biên dạng cam thực tế Chọn bán kính lăn Chọn rL = 0,7 ρmin Với ρmin = 21,0485mm) ρmin xác đinh theo Hình 3.6 Hình 3.6: Xác định ρmin Suy rL = 0,7.21,0485 = 14,73(mm) Vẽ họ vòng tròn lăn có tâm I , bán kính r L với tâm I nằm biên dạng lý thuyết Bao hình họ đường tròn biên dạng cam thực tế ( Hình 3.6) 34 34 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 3.6: Xác định biên dạng cam thực tế Hình 3.7: Biên dạng cam thực tế 35 35 Đồ án môn học nguyên lý máy TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Cơ học máy – Lại Khắc Liễm – Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Bài tập Cơ học máy - Lại Khắc Liễm – Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Bài tập Nguyên lý máy – Tạ Ngọc Hải – Nhà xuất KHKT Hướng dẫn thiết kế môn học Nguyên lý máy – Lại Khắc Liễm - Trường đào tạo chức TP Hồ Chí Minh 1984 Giáo trình Nguyên lý máy – Lê Cung - Nhà xuất Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Nguyên lý máy – Đinh Gia Tường, Phan Văn Đồng, Tạ Khánh Lâm – NXB Giáo dục 36 36 ... vẽ 1. 4) 10 10 Đồ án môn học nguyên lý máy Hình 1.3 11 11 Đồ án môn học nguyên lý máy d c b e p Hình vẽ 1.4 IV BÀI TOÁN GIA TỐC 12 12 Đồ án môn học nguyên lý máy Vị trí aB = ω12 lAB = (60 )2 0,091... vị trí (hình vẽ 1. 6) 14 14 Đồ án môn học nguyên lý máy pc C 1.5 p Hình E E D A 15 B 15 Đồ án môn học nguyên lý máy e d nED b p nCB c Hình vẽ 1.6 16 16 Đồ án môn học nguyên lý máy BẢNG GIÁ TRỊ CÁC.. .Đồ án môn học nguyên lý máy Phân tích động học cấu (01 vẽ A 1) a) Phân tích cấu, xếp loại nguyên lý làm việc b) Xác định thông số cách vẽ lược đồ cấu c) Họa đồ chuyển vị cấu vị