NLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khí
TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ MÁY Học viên thực hiện: Nguyễn Quốc Hữu Lớp:DQS 02021 Giáo viên hướng dẫn: Đại úy, Thạc sĩ Huỳnh Đức Thuận 1.1.1.1.1 TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KTCS - Hạnh phúc TP HỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2014 Đợc lập - Tự TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HÒA XÃ HỢI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đợc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA KTCS Tp.HCM, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên học viên:Nguyễn Quốc Hữu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/05/1994 Nơi sinh: Hà Nội Chuyên ngành: ô tô MSHV: I TÊN MÔN HỌC: Nguyên Lý Máy II NHIỆM VỤ: “Thiết kế cấu động nén khí” Chương 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH (Bản vẽ A0) Phân tích cấu trúc cấu chính (Giải thích công dụng máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự và xếp loại cấu) Tổng hợp cấu chính (xác định thông số kích thước và cách vẽ lược đồ cấu chính) Họa đồ chuyển vị, họa đồ vận tốc và họa đồ gia tốc cấu vị trí và vị trí bắt đầu xuất và kết thúc lực cản Lưu ý: Khi vẽ họa đồ chuyển vị, góc quay khâu dẫn chia thành phần Vị trí xuất phát (ký hiệu là vị trí 1) là thời điểm cấu bắt đầu hành trình làm việc (vị trí biên hay vị trí chết) *Trong thuyết minh trình bày cho vị trí Vị trí = (PA – k.8), vị trí khác trình bày kết đạt Chương 2: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH (Bản vẽ A1) Tại vị trí: + Vị trí thứ = (PA – k.8) + Vị trí thứ = (PA – k.8) + 1 Xác định áp lực khớp động cấu Xác định mômen cân tác dụng lên khâu dẫn hai phương pháp: phương pháp tích phân lực và phương pháp di chuyển Đánh giá kết Xác định lực tác dụng giá và khâu dẫn Chương XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC VÀ LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG MÁY (Bản vẽ A1) Xác định phương truyền chuyển động máy Xác định chuyển động thực máy Làm chuyển động máy biện pháp lắp bánh đà Chương THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM (Bản vẽ A1) Cơ cấu cam cần đẩy đáy lăn Đồ thị chuyển vị, đồ thị vận tốc, đồ thị gia tốc cần Tổng hợp động lực học (Xác định tâm cam) Tổng hợp động học (Xác định biên dạng cam) NHIỆM VỤ CỤ THỂ (phương án số 1) Cho cấu chính động nén khí hình vẽ với thơng số sau: Bảng1 Vị trí góc φ vị trí Vị trí φ1=00 (điểm chết trên) Vị trí φ2=450 Vị trí φ3=900 Vị trí φ4=1350 vị trí φ5=1800 (điểm chết dưới) Vị trí φ6=2250 Vị trí φ7=2700 Vị trí φ8=3050 Hình 0.1 Cơ cấu động nén khí * Trên khâu có: - Khối lượng: + m1 = 12 kg + m2 = 15 kg + m3 = 20 kg + m4 = kg + m5 = 10 kg + m6 = kg + m7 = 13 kg - Trọng tâm khâu nằm khâu - Mơmen qn tính trọng tâm + JS1 = 0,16 kg/m + JS2 = 0,8 kg/m + JS4 = 0,6 kg/m + JS5 = 1,1 kg/m + JS6 = 1,3 kg/m * Các thông số cấu: + P1 là lực tác dụng lên piston động + P2 là lực tác dụng lên piston phận nén khí + H1 = 490 mm là động trình piston động + n1 = 900 vg/ph là số vòng quay khâu + s là hành trình đẩy cần cấu cam + e là tõm sai cấu cam + [αmax] = 410 là góc áp lực cực đại cho phép cấu cam + φđ , ϕ X ,ϕV là góc định kì cấu cam + Quy luật gia tốc theo hình cosin là quy luật động + [δ] = 1/85 là hệ số không cho phép III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/9/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/11/2014 V GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Đại úy, Thạc sỹ Huỳnh Đức Thuận Thượng úy thạc sỹ Đỗ Mạnh Dũng Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Trên đường cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xã hội ngành cơng nghiệp đóng vai trò quan trọng Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến, đại và thay sức lao động người Để tạo và làm chủ loại máy móc ngành khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ chun mơn cao đồng thời phải đáp ứng yêu cầu công nghệ sản xuất tiên tiến Môn học nguyên lý máy là môn học sở thiếu ngành kỹ thuật, làm bài tập lớn nguyên lý máy là công việc quan trọng và cần thiết để người học hiểu sâu, hiểu rộng kiến thức học lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho môn học sau này Đối với thân tôi, trải qua thời gian thực đồ án giúp tơi hiểu biết thêm nhiều điều có ích để bổ sung vào vốn kiến thức Để hoàn thiện đồ án này xin cảm ơn thầy Huỳnh Đức Thuận thầy Đỗ Mạnh Dũng tận tình cho giúp hoàn thành đồ án này Bên cạnh tơi xin cảm ơn ban huy đại đội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đồ án kịp tiến độ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2014 Học viên thực hiện: Nguyễn Quốc Hữu MỤC LỤC CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH Phân tích cấu trúc cấu chính (Giải thích công dụng máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự và xếp loại cấu) .8 1.2 Tổng hợp cấu chính .10 1.3 Bài toán vận tốc (vị trí 3) 11 1.4 Bài toán gia tốc (vị trí 3) 15 19 CHƯƠNG PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH 19 2.1 Xác định áp lực khớp động cấu ( Tại vị trí 3: φ=900) 19 2.2 Xác định mômen cân tác dụng lên khâu dẫn theo hai phương pháp 36 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC VÀ LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG MÁY 40 3.1 Công lực phát động 40 3.2 Xác định chuyển động thực máy .41 3.3 Làm chuyển động máy 46 CHƯƠNG THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM 48 4.1 Quy luật gia tốc và cần đẩy lăn 48 4.2 Lập đồ thị biểu diễn quy luật chuyển động cần đẩy .49 4.3 Xác định vị trí tâm cam 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH Phân tích cấu trúc cấu (Giải thích cơng dụng máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự xếp loại cấu) 1.1.1 Cấu tạo cấu Hình 1.1 Cấu tạo cấu 1.1.2 Nguyên lý hoạt động công dụng cấu 1.1.2.1 Nguyên lý hoạt động Cơ cấu cho bao gồm: Các khâu: - Khâu dẫn – Tay quay OA - Khâu – Thanh truyền chính AB - Khâu – Con trượt động - Khâu – Thanh CD - Khâu – Thanh ED - Khâu – Thanh truyền phụ EF - Khâu – Con trượt bơm dầu Các khớp: - Khớp lề O - Khớp lề A - Khớp lề B - Khớp lề C - Khớp lề D - Khớp lề O1 - Khớp lề E - Khớp lè F - Khớp trượt B - Khớp trượt F Khi tay quay OA (1) xoay quanh trục O với vận tốc gốc ω 1, truyền AB (2) truyền chuyển động cho trượt (3), trượt (3) di chuyển theo trục thẳng đứng Song CD (4) liên kết với truyển AB (2) khớp lề, truyền AB (2) truyền chuyển động cho CD (4), CD (4) chuyển truyển động cho ED (5), ED (5) truyền chuyển động cho truyền phụ EF (6), truyền EF (6) truyền chuyển động làm trượt (7) chuyển động lên xuống theo trục đứng hình 1.2 1.1.2.1 Công dụng cấu Cơ cấu chính động máy bơm khí nén hình thành từ cấu tay quay trượt hình 1.2 Cơng dụng cấu là biến chuyển động quay phận dẫn động (thường là loại động cơ) thành chuyển động tịnh tuyến dọc trục phận công tác (con trượt 1,2) Trên trượt 1,2 ta lắp piston để thực bơm nén khí 1.1.3 Tính bậc tự xếp loại cấu 1.1.3.1 Bậc tự - Số khâu động: n=7 bao gồm khâu: khâu 1,2,3,4,5,6,7 - Số khớp loại 5: p 5= 10 bao gồm khớp: khớp xoay: O,O 1, A, B, C, D, E, F khớp trượt B,F - Số khớp loại 4: p 4=0; - Số ràng buộc thừa: R th=0; - Số ràng buộc trùng: R tr=0; - Số bậc tự thừa: W th=0; - Áp dụng công thức tính bậc tự W= 3n – (3p + 2p4 – Rth – Rtr) – Wth Như cấu có bậc tự do: W=3.5 – (2.10 + – – 0) – = Cơ cấu có bậc tự 1.1.3.2 Xếp loại cấu Chia cấu làm nhóm hình 1.3,ta nhóm loại bao gồm: Nhóm 1: gồm khâu 2,3 và khớp xoay A, B khớp trượt B Nhóm 2: gồm khâu 4,5 và khớp xoay C, O 1, E Nhóm 3: gồm khâu 6,7 và khớp xoay E, F khớp trượt F Như xếp loại cấu là cấu loại 1.2 Tổng hợp cấu 1.2.1 Xác định thơng số kích thước Từ giả thuyết ta có H 1=605 mm là động trình piston, piston chuyển tịnh tiến dọc trục đứng chính tâm nên H 1=2.lOA Vậy H 605 lOA = = = 302,5 mm 2 Dựa vào bảng thông số cho: Ta có bảng số liệu: Bảng 1.2.1: bảng số liệu n1 (vg/pt) lAB lOA lAC lAB a (mm) b (mm) lO1E (m lO1D lCD lO1D lO1E m) 900 4,0 0,69 360 260 210 2,09 1,00 Ta xác định thơng số khâu lại sau: - lAB= 900 mm); - lO1E=210 mm ; - lAC= 621 mm; - lO1D= 438.9 mm; - lCD= 438,9 mm; - lEF= 735 mm lEF lO1E 3,5 Khoảng cách hai trục xoay O 1O là: a= 360 mm; b=260 mm Khoảng cách hai trục đứng xác định cho việc truyền lực là tốt Nó là đường thẳng nằm đường thẳng đứng mà điểm E di chuyển Như khoảng cách hai trục đứng là 493,99 mm Các thống số khác: Góc φ xác định theo Bảng Vận tốc góc khâu dẫn: 2πn1 2π.900 ω1 = = ≈ 94,24 (rad/s) 60 60 1.2.2 Cách vẽ lược đồ cấu (Tại vị trí 3) −3 m Chọn tỉ lệ xích µL= 7,134.10 ÷ mm - Đặt hệ trục Oxy vị trí O (Oy là phương đứng, Ox là phương ngang) Xác định trục đứng theo phương Oy theo tư liệu biết phần 1.2.1 - Từ số liệu biết ta xác định tay quay OA (1) hợp với phương thẳng đứng góc φ 3=900 - Từ A vẽ đường tròn bán kính AB, đường tròn cắt trục đứng chính tâm thứ đâu xác định điểm B Vẽ AB 10 ? Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn biến thiên động cấu với µE = 200(J/mm), µϕ = 0,063 (rad/mm) 3.2.3 Vẽ đồ thị Jtt Xác định độ lớn mô men quán tính thay tất vị trí Theo cơng thức : Vsk ωk J tt = ∑ [ mk.( ) + Jsk.( )2] ω1 ω1 k= Ta có bảng giá trị mơ men quán tính thay sau: Bảng 3.3 Giá trị mô men quán tính thay 16 vị trí Vị trí 1.901 2.4807 2.138 0.5687 1.595 2.90214 2.121339 Jtt (kg.m 2) 0.57963 10 11 12 13 14 15 16 Vị trí Jtt (kg.m ) 0.57963 1.895832 2.480771 2.138308 0.568794 1.595 2.90214 2.121339 44 Chọn µJ=200(kg.m2/mm) ta có đồ thị mơmen thay 3.2.4 Ta có : Hình 3.4 Đồ thị mô men thay cấu Vẽ đường cong vittenbao Bảng 3.4: Giá trị ω vị trí vị trí ω1 ω2 ω3 ω4 ω5 ω6 ω7 94.24 23.55 15.05 5.97 0.32 94.24 16.92 15.19 30.6 0.68 94.24 0 22.47 62.95 5.5 94.24 16.92 59.23 61.6 13.72 94.24 23.55 11.2 4.33 1.12 94.24 16.9 24.83 44.93 10.09 94.24 0 25.75 57.99 7.43 94.24 16.9 11.98 41.92 0.25 45 Xây dựng đồ thị khối E(J tt) cách khử ϕ đồ thị E(ϕ) và Jtt(ϕ) Sau xác định điểm ứng với vị trí ,ta nối điểm đường cong trơn với tỷ lệ xích µE và µJ tỉ xích đồ thị E(ϕ) và J tt(ϕ) Đường cong kín ta gọi là đường cong Víttenbao (Hình 3.5) ? Hình 3.5 Đường cong vittenbao với µE = 0,02 (J/mm), µJ = 200 (kg.m2/mm) 3.3 Làm chuyển đợng máy Sau có đường cong vittenbao ta dựa vào [ δ ] để xác định bánh đà Ta biết sau lắp bánh đà vào máy momen quán tính vị trí tăng thêm lượng J đ Do momen quán tính tăng mà động ω12 vị trí tăng thêm lượng là E d = J d sau lắp bánh đà hệ trục tọa độ chuyển dịch, gốc O dịch đến O’ Khi xác định gốc O’ ta tính J đ Xác định O’ sau 46 Từ [ δ ] ta có [ ωmax ] = ωtb 1 + δ ) ÷ = 94,24(1 + 2 85.2 = 94,79 δ ) [ ωmin ] = ωtb 1 + ÷ = 94,24(1 − 2 85.2 = 93,68 Vậy tg [ψ max ] = µJ ω1.( + [ δ ] ) 2µ E = 0,45 ⇒ [ ψ max ] = 24,19 tg [ψ ] = µJ ω1.( − [ δ ] ) 2µ E = 0,44 ⇒ [ ψ ] = 23,69 Lần lượt kẻ đường d1 và d2 là đường tiếp tuyến với đường cong vittenbao phía và phía với góc [ ψ ] [ψ max ] giao đường này chính là gốc O’ đoạn thẳng O’H biểu thị Jd Trong bài của ta O’ xa ta không xác định trực tiếp nên ta phải tính thơng qua ab Từ hình vẽ ta thấy aH bH ab − = O 'H O ' H O 'H ab 251,958 ⇒ O'H = = = 25195,8(mm) tg [ψ max ] − tg [ψ ] 0,45 − 0,44 tg [ψ max ] − tg [ψ ] = J d = O ' H µ J = 25195,8.0,02 = 503,916 47 CHƯƠNG THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM 4.1 Quy luật gia tốc cần đẩy lăn Hành trình đẩy cần cấu cam: s = 40 Tâm sai cấu cam: e = 17 Góc áp lực cực đại cho phép cấu cam ϕd = 150 Góc định kì cấu cam: ϕ x = 42 ϕv = 130 Trên trục hoành biểu diễn ϕ lấy 1(mm) ứng với 30 Khi µϕ = (o/mm) Ta có Trên trục hoành biểu diễn ϕ lấy 1(mm) ứng với 30 Khi µϕ = (o/mm) Ta có Chọn (mm) (mm) Để dễ dàng tính tốn ta chọn tỉ lệ xích cho góc làm việc cam với biểu đồ : µ ϕ =3 (o/mm) Theo đề bài ta có: Suy ra, chọn chiều dài đồ thị biểu diễn chuyển động cam trạng thái là 107,33 mm Trong : 48 4.2 Lập đồ thị biểu diễn quy luật chuyển động cần đẩy Bằng phương pháp tích phân đồ thị, từ đồ thị ta nhận đồ thị Hình 4.2 Tích phân đồ thị gia tốc ta đồ thị vận tốc 49 Các bước tiến hành tích phân đồ thị: Xét hệ trục tọa độ Trên trục đồ thị gia tốc cần đẩy đồ thị ta chia thành phần Phần thứ là φđ ta chia thành 10 đoạn Phần thứ là φxa ta để nguyên đồ thị là đường thẳng Phần thứ là φv ta chia thành 10 đoạn Chọn bên chiều âm trục điểm có P1O = H1=30,66 (mm) Giao điểm đường vng góc kẻ từ trung điểm là điểm , giao điểm đường vng góc kẻ từ trung điểm gia tốc là điểm với đồ thị Từ điểm Từ với đồ thị gia tốc vẽ đường gióng sang trục vẽ đường nối liền Xét hệ trục tọa độ với và cắt trục điểm đồ thị vận tốc cần đẩy Từ vẽ đường thẳng song song với đồ thị gia tốc Đường thẳng này cắt đường gióng vẽ đường thẳng song song với điểm , từ tốc Đường thẳng này cắt đường gióng điểm , , điểm đồ thị gia , làm tương tự ta tìm , …,B20 50 Vẽ đường cong trơn qua điểm , (1, 20)sẽ là đồ thị vận tốc cần tìm tích phân từ đồ thị gia tốc Sau vẽ đồ thị ( ta tiến hành tích phân đồ thị này thu đồ thị s( ) Hình 4.3 Đồ thị chuyển vị 4.3 Xác định vị trí tâm cam Dựng giá trượt xx cần (xx song song với trục s đồ thị xx dựng điểm và điểm ) Trên là vị trí gần tâm cam và xa tâm cam đáy cần Khi thành đoạn là là hành trình đáy cần đẩy Chia đoạn , ,…, 51 Từ điểm , đồ thị điểm với , , …, ứng với và và cắt , , …, Từ giao điểm tìm ta vẽ đường gióng lên đồ thị cắt trục với ta kẻ đường gióng sang đồ thị điểm , , …, ứng với và , ứng và , …, ứng Từ giao điểm tìm ta dựng đường thẳng đứng cắt đồ thị điểm , , …, ứng với ta xác định giá trị vị trí và ứng với , , …, và ứng với ứng với cần Trên đoạn điểm , trái có chiều dài ta dựng đoạn ứng với kim đồng hồ) và đoạn ứng với sang bên ( cam quay ngược chiều sang bên phải có chiều dài 52 Từ điểm và vừa tìm ta vẽ đường cong trơn qua điểm Vẽ đường thẳng qua điểm qua điểm và đường thẳng hợp với phương thẳng đứng góc nghiêng hình vẽ, với tâm sai (mm), , hướng (mm/mm) ta xác định miền tâm cam = 4.3.1 Cách vẽ Hình 4.4: Xác định miền tâm cam biên dạng cam: Sau chọn tâm quay cam, ta có điểm E là chân đương vng góc hạ từ O xuống phương trượt cần và ta có vị trí cần S i = EBi ứng với góc quay cam φi (Hình 4.6) 53 Vị trí BE Vị trí BE B1 45 B2 33,87 49.06 B3 49,62 53.12 B4 62,83 57.18 B5 75 61.24 B6 87,18 65.3 B7 100,4 69.36 B8 116,1 73.42 B9 150 77.48 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 192 221,1 234,4 245,2 255,1 264,8 275,3 289,5 322 77.48 73.42 69.36 65.3 61.24 57.18 53.12 49.06 45 Bảng 4.2 Các giá trị Si và φi tương ứng - Vẽ vòng tròn tâm sai có tâm là tâm cam O, bán kính là tâm sai = 5,67mm Chia vòng tròn làm 18 phần tương ứng với giá trị góc φ i xác định bảng 4.2 theo chiều chiều kim đồng hồ (ngược chiều ω) Hình 4.7 Hình 4.7 Vòng tròn tâm sai Từ vị trí 1, 2, 3,…,17,18 hình 4.7 vẽ tiếp tuyến với vòng tròn tâm sai Các tiếp tuyến này cắt biên dạng cam điểm Bi cho ta vị trí đầu cần tiếp xúc với biên dạng cam giá quay ngược chiều ω Với độ dài EiBi = Si tương ứng với góc quay φi xác định bảng 4.2 - Đường cong qua điểm Bi là biên dạng cam cần tìm 54 Hình 4.8 Biên dạng cam - Đây là biên dạng cam lý thuyết, với yêu cầu là cam cần đẩy đáy lăn, ta cần xác định biên dạng cam thực tế - Chọn đoạn cong nhiều biên dạng cam vừa dựng và lấy điểm (càng gần càng tốt) làm tâm vẽ vòng tròn cắt điểm A,B,C,D Giao điểm O’ AB và CD cho ta vị trí gần tâm cong đoạn cong nhiều Khoảng cách từ tâm O’ đến tâm vòng tròn coi là bán kính cong nhỏ biên dạng lý thuyết - Ta tìm rmin = 59.94 mm Theo điều kiện rL