Thuyết minh đồ án nguyên lý máy

Phần I – Phân tích cơ cấu chính. Phần II – Tổng hợp cơ cấu chính – Hoạ đồ vị trí. Phần III – Hoạ đồ vận tốc. Phần IV – Hoạ đồ gia tốc. Phần V - Đồ thị động học. Phần VI – Phân t

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY

MÁY ÉP

Thuyết minh đồ án gồm 9 phần:

Phần I – Phân tích cơ cấu chính.

Phần II – Tổng hợp cơ cấu chính – Hoạ đồ vị trí.

Tài liệu tham khảo:

1 Hướng dẫn thiết kế đồ án Nguyên Lý Máy

2 Nguyên lý Máy – Nhà xuất bản Khoa Học

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại những lợi ích cho con người về tất cả nhữnh lĩnh vực tinh thần và vật chất Để nâng cao đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu trong những năm tới là nước công nghiệp hoá hiện đại hoá Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân Để thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyền trong sản xuất

Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng Em là sinh viên trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên của các trường kỹ thuật nói chung trong cả nước luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới

Qua đồ án này Em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp

Em hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của Em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn Nguyên Lý Máy – Chi Tiết Máy và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của Em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy

Cô trong khoa và bộ môn Nguyên Lý Máy – Chi Tiết Máy trường Đại Học

Kỹ Thuật Công Nghiệp và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo :

Vũ Quý Đạc

Ngày 25 tháng 1 năm 2002

Lược đồ động cơ cấu máy ép 2 tay quay ở vị trí như hình vẽ

Từ lược đồ cơ cấu chính của máy ép ta thấy cơ cấu được tổ hợp từ cơ cấu culits: Gồm 5 khâu động được nối với nhau bằng các khớp trượt và khớp quay nhưng là khớp thấp Công dụng của máy ép là biến chuyển động quay của bộ phận dẫn động (thường là động cơ) thành chuyển động tịnh tiến thẳng của bộ phận công tác (pitong) dùng để nén khí hay chất lỏng (hơi) để có thể làm quay hay chuyển động của các bộ phận khác

Đặc đIểm chuyển động của các khâu: Khâu dẫn 1 ta giả thiết là quay đều với vận tốc góc 1 truyền chuyển động cho con trượt 2 Khâu 2 chuyển động song phẳng Con trượt 2 truyền động cho culits 3 có chuyển động quay không toàn vòng lắc qua lại truyền động cho thanh truyền 4 là chuyển động song phẳng và truyền chuyển động cho đầu pitong 5 là chuyển động tịnh tiến thẳng theo phương ngang

Vậy số bậc tự do của cơ cấu là 1:

3 Xếp loại cơ cấu:

Ta chọn khâu 1 làm khâu dẫn ta tách được 2 nhóm axua loại 2 ( nhóm có 2 khâu 3 khớp là 2-3 và 4-5) Do cơ cấu có 2 nhóm đều là nhóm loại hai vậy cơ cấu là cơ cấu loại 2.(hình vẽ)

Phần II

TỔNG HỢP CƠ CẤU CHÍNH – HOẠ ĐỒ VỊ TRÍ

Từ các số liệu đầu bài đã cho ta xác định được các thông số cần thiết để xây dựng

1 2





= 600 Biết được góc lắc  và khoảng cách

Lo1o2 Từ O2 ta kẻ 2 tia x và x’ hợp với đường nối giá O1O2 một góc 300 Từ O1

ta vẽ vòng tròn tiếp xúc với hai tia O2X và O2X’ ta sẽ xác định được 2 vị trí chết của cơ cấu

Xét cơ cấu tại hai vị trí này ta dễ dàng tính được:

R = LO1A = Lo1o2 Sin300 = 510.1/ 2 = 255(mm) = LO2B Mặt khác ta có

LO2B / e = 2,1 nên: e = 121,429 (mm)

Xét cơ cấu tại vị trí tay quay O1A nằm ngang khi đó O2B vuông góc với O1O2 lúc

đó BC sẽ hợp với phương ngang một góc max = 120 Ta dựng đường thẳng zz’ //

O1O2 cách một khoảng là e và gọi E là giao điểm của BO2 với zz’ Vậy ta có BE =

BO2 – e = 255 – 255/ 2,1 = 133,57 (mm) Xét tam giác vuông BEC tại E ta có BC

= BE/ Sin max = 133,57/ Sin120 = 642,441 (mm)

Ta có hành trình làm việc lớn nhất của pitong chính là khoảng cách của điểm C1

tại vị trí chết 1 đến điểm C9 ở vị trí chết 9 hay chính bằng độ dài dây cung B1B9

Ta có tam giác O2B1B9 là tam giác đều nên B1B9 = Hmax = R = 255 (mm)

Để dựng được hoạ đồ vị trí ta chọn tỷ lệ xích chiều dài l : l = LO1A/ O1A ta chọn

O1A = 100 (mm) vậy l = 0,255/ 100 = 0,00255 (m/mm) Vậy các đoạn biểu diễn khác là :

O1O2 = LO1O2/ l = 0,510/ 0,0026 = 200 (mm) e = 47,62 (mm)

BC = LBC / l = 251,94 (mm) Ta chia vòng tròn tâm O1 bán kính O1A thành 12 phần bằng nhau Vậy hoạ đồ vị trí vẽ được như hình 2

PHẦN III

HOẠ ĐỒ VẬN TỐC

Ta lần lược vẽ hoạ đồ vận tốc cho 12 vị trí với tỷ lệ xích:

V = l 1 = n1 l/ 30 = 0,093 (m/mms).Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc và gia tốc tại vị trí bất kỳ

a Phương trình véctơ vận tốc :

Chọn khâu 1 là khâu dẫn quay đều quanh trục cố định qua O1 với vận tốc góc 1 =const nên V A1 có phương vuông góc với O1A chiều thuận theo chiều 1 có độ lớn: VA1 = LO1A 1 vì khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề nên ta có : V A1 =

2

A

V , khâu 2 trượt tương đối so với khâu 3 nên ta có :

2 / 3 2

V   Trong đó V A3 có phương vuông góc với O2A trị số chưa xác định : VA3 = Pa3 V V A2 đã xác định hoàn toàn , V A 3 A/ 2 có phương song song với O2A trị số chưa xác định Như vậy phương trình trên còn hai ẩn nên giải được bằng phương pháp hoạ đồ véctơ

Vận tốc của điểm V B3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận hoạ đồ vận tốc Tam giác vuông AO2B đồng dạng với tam giác a3pb3 trị số VB3 = pb3 V

vì khâu 4 nối với khâu 3 nhờ khớp bản lề nên ta có Ta lại có : V B3=V B4

4 4 4

V   Trong đó V B4đã xác định hoàn toàn và V C 4 B4 có phương vuông góc với BC giá trị chưa xác định : VC4B4 = c4d4 V mà khâu 4 lại nối với khâu 5 nhờ khớp bản lề nên ta có V C4 V C5 có phương song song với phương trượt giá trị chưa xác định : VC5 = pc5 V Vậy phương trình trên còn hai ẩn nên giải được bằng cách vẽ hoạ đồ véctơ

b Cách vẽ:

Ta chọn một điểm P bất kỳ làm gốc hoạ đồ, từ P vẽ đoạn Pa1 biểu diễn vận tốc :

1

A

V = V A2 Từ mút véctơ pa1 vẽ đường chỉ phương  của V A 3 A/ 2( //O2A) từ p

vẽ đường chỉ phương ’ của V A3(’  O2A) khi đó ta thấy  cắt ’ tạ a3 biểu thị vận tốc VA3 , từ p vẽ đường thẳng vuông góc với pa3 dùng tỷ số của tam giác đồng dạng thuận ta xác định được pb3 biểu thị vận tốc của V B3=V B4từ b3 = b4

kẻ đường chỉ phương ’1 của VC4B4 vuông góc với BC Từ p vẽ ’2 theo phương ngang cắt ’1 tại c4 = c5 vậy pc5 biểu diễn vận tốc của V C5

c Vận tốc các điểm thuộc cơ cấu, vận tốc trọng tâm, vận tốc góc:

VA12 = Pa1,2 V ; VA3 = Pa3 V ; VA3/A2 = a2a3 V ; VB3,4 = Pb3,4 V ;

Bảng 3 : Giá trị thật vận tốc các điểm, trọng tâm các khâu: V =0,093 (m/mms).

Ta vẽ hoạ đồ gia tốc cho 2 vị trí số 4 và số 10

a, Phương trình véctơ gia tốc:

Ta có : aA1 = 1 LO1A ( vì khâu 1 quay đều quanh trục cố định ) vì khâu 1 nối vớikhâu 2 băng khớp bản lề ta có a A1 = a A2 mặt khác khâu trượt tương đối so với khâu 3 nên: a A3 a A2 a K A3/A2 a r A3/A2 (3) trong đó a A2đã xác định hoàn toàn

V quay đi 900 theo chiều 3 giá trị: ak

A3/A2 = 2.3 VA3/A2 Tuy nhiên nó cũng được xác định theo phương pháp hình học Vì khâu 3 quay xung quanh trục cố định nên : t

A

n A

A3 có phương vuông góc với O2A giá trị chưa xác định Vậy ta

có phương trình 3 còn 2 ẩn nên giải được bằng phương pháp hoạ đồ véctơ gia tốc Giá trị a B3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận của hoạ đồ gia tốc

AO2B  a’3 b’3 vì khâu 3 nối voí khâu 4 bằng khớp bản lề nên : a B3 = a B4

n B C B

a 4  4  4 4  4 4 (4) Trong đó a B4 đã xác định hoàn toàn , a t C4B4

có phương vuông góc với BC giá trị chưa xác định, n

B C

a 4 4 chiều từ C về B có phương // BC giá trị : an

C4B4 = 42 LBC vì khâu 4 nối với khâu 5 nhờ khớp bản lề nên : a C4 a C5 vì khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên a C5 có phương // phương trượt ( phương ngang) Vậy ta có phương trình này giải được bằng hoạ đồ gia tốc

b Cách vẽ hoạ đồ gia tốc:

Ta chọn tỷ lệ xích gia tốc a = 1 l = 36,652 0,00255 = 3,425( m/mms2) Tính các đoạn biểu diễn: a’1,2 là đoạn biểu diễn véctơ gia tốc aA1,2 nên : a’1,2 = O1A.a’2K là đoạn biểu diễn ak

A3/A2 nên : a’2K = 2Pa3.a2a3/ O2A a’3 là đoạn biểu diễn của

an

A3 nên : an’3 = Pa2 /O2A Đoạn c’4b’4 là đoạn biểu diễn của an

C4B4 nên : c’4b’4 = c4b4/ BC các đoạn này cũng được xác định theo phương pháp hình học.Chọn  làm gốc hoạ đồ, từ  vẽ a’1,2 biểu thị véctơ gia tốc aA1,2 ( a’1,2// O1A) từa’2 vẽ phương chiều ak

A3/A2 , từ mút k vẽ đường chỉ phương  của ar

A3/A2

(  // O2A ), từ  vẽ an’3 biểu thị an

A3 ( an’3 // O2A ), từ mút a’3 vẽ đường chỉ phương ’ của at

A3 (’  O2A ) khi đó ’cắt  tại a’3 nối a’3 biểu thị aA3 Gia tốc

aB3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận của hoạ đồ gia tốc

*, Xác định gia tốc trọng tâm các khâu:

+ Gia tốc trọng tâm S3: Ta xác định aS3 theo tỷ lệ :

' 3 2

' 3 2

* 3 '

S O S a

Vậy đoạn O2E = a’2K.

- Tính đoạn an : Ta có an = Pa2 / O2A, cách xác định : Từ O2A trên hoạ đồ vị trí vẽ vòng tròn đường kính O2A Từ O2 vẽ cung tròn bán kính Pa3 cung này cắt vòng tròn tại F, từ F hạ đường vuông góc với O2A cắt O2A tại I khi đó O2I = an

Lập hệ trục toạ độ OXY và vẽ đường cong V() các trục ox biểu thị  và trục oy biểu thị giá trị vận tốc với tỷ lệ xích bằng V ,  Trong đó :

 = 2/ L = 2* 3,14 / 180 = 0,0349 (1/ mm) , V = 0,095 (m/mm.s),ta chia trục oxlàm 12 khoảng bằng nhau sau đó đặt lần lượt các đoạn Pc5 trên hoạ đồ vận tốc vào tạI các khoảng nhỏ đó ta được đồ thị động học của vận tốc Để tìm đồ thị động họcchuyển vị ta tích phân đồ thị vận tốc theo trình tự sau :

Lập hệ trục toạ độ OX1Y1 và vẽ đường cong S() các trục ox biểu thị  và trục oy biểu thị giá trị chuyển vị với tỷ lệ xích bằng S ,  Trong đó :

 = 2/ L = 2* 3,14 / 180 = 0,0349 (1/ mm) Từ các khoảng nhỏ vừa chia trên

đồ thị vận tốc ta lấy các điểm a1, a2, a3 ứng với các trung điểm của các khoảng vừa chia Ta lấy điểm P trên trục ox1 cách O một khoảng H = 30 mm, gọi là cực tích phân Từ các điểm a1, a2, a3 ta dóng các đường song song với trục OX1 cắt

OY1 tại các điểm b1,b2 rồi nối các điểm này với P ta sẽ được các đường có độ nghiêng khác nhau Từ điểm O và trong phạm vi khoảng chia nhỏ trên đồ thị chuyển vị ta vẽ các đoạn Oc1//pb1 , tiếp tục vẽ đoạn c1c2//Pb2 trong khoảng thứ hai

cứ tiếp tục như vậy ta xẽ được đường gấp khúc, nối chúng bằng một đường cong trơn ta được đồ thị động học biểu thị S() với tỷ xích :

S = .V.H = 0,097(m/mm)

Để tìm đồ thị gia tốc ta tiến hành vi phân đồ thị vận tốc Bằng cách bên dưới đồ thịvận tốc ta lập hệ trục toạ độ mà trục tung biểu thị giá trị của gia tốc điểm c5 còn trục hoành vẫn như hai đồ thị trên Ta lại lấy điểm P làm cực vi phân cách O một khoảng bằng H’ = 30 mm, trên đường cong V() ta kẻ các đoạn gẫy khúc trong các đoạn nhỏ, từ điểm P trên đồ thị gia tốc kẻ các tia PI, PII, PIII song song với các đường gẫy khúc đó các tia này cắt trục tung tại các điểm c1,c2 cho ta các đoạn tỷ lệ thuận với vận tốc trung bình trong khoảng thời gian tương ứng Đặt các đoạn trên lên các đường tung độ kể từ trung điểm các khoảng nhỏ trên trục OX sau

đó nối lại bằng đường cong trơn ta được đồ thị biểu biễn giá trị gia tốc với tỷ lệ xích : A = V/ H  = 0,089(m/mm.s2)

I.Tính trọng lượng, khối lượng các khâu :

1 Tính trọng lượng các khâu :

Theo bài ra ta có : q = 300 kg/m và G= q L nên ta có trọng lượng các khâu là :

G1 = q LO1A = 300.100.0,00255.10 = 765 ( N ) ; G2 = 0 ; G’3 = q L’ trong đó L’ = L3MAX + 5%LO1A = 350 (mm) vậy G’3 = 300.350.0,00255.10 = 2677,5 ( N ); G’’3 = q LO2B = 300.100.10.0,00255 = 765 ( N ) ; G3 = G’3 + G’’3 = 3442,5 (N)

G4 = q LBC = 300.256,36.0,00255.10 = 1961,15 ( N ); G5 = 2.G4 = 3922,3 ( N )

2 Tính khối lượng các khâu:

Ta có : m = G / g, ta lấy g = 10 m/s2 vậy : m1 = G1 / 10 = 76,5 Kg ; m2 = 0 ;

m3 = G3 / 10 = 344,25 kg; m4 = G4 / 10 = 196,12 kg ; m5 = 2* 196,12 = 392,24 kg

II. Tính lực quán tính các khâu :

1 Xét khâu 5: Do khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên c5 = s5 do đó Pqt5 đặt tại c5 ,

có phương ngang, chiều ngược với c’5 , giá trị Pqt5 = - m5 c’5 a ;

2 Xét khâu 4 : Do khâu 4 chuyển động song phẳng nên Pqt4 có điểm đặt tại tâm

T4 :

Cách tìm: Ta có T4 là giao điểm của 2 phương, phương chuyển động tịnh tiến đi qua trọng tâm và phương chuyển động theo đi qua tâm va đập k4 , từ trọng tâm s4

kẻ đường thẳng  // b’4 , từ K4 kẻ đường thẳng ’ // b’4s’4 trên đồ thị gia tốc khi

đó  cắt ’ tại T4 cần tìm, phương của Pqt4 vẽ qua T4 song song với s’4, giá trị

Ta có : G’’3L1 = G’3(L – L1)  L1 = 141 , 56 ( )

5 , 3442

182

* 5 , 2677

' 3 ' 3

' 3

mm G

G

L G

3

S O

S

L m

' 3

2 ' 2

' 3

A

O m L L

'' 3

2 2

'' 3

B

O m L L

m



12 ( ) 12

1

2 2 '' 3

2 2

2 '

L1 = 0,36 (m) ; L2 = 0,10 (m)

JS3 = 267,75( 0 , 36 )

12

26 , 0 ( 5 , 76 ) 1 , 0 12

89 ,

2 2

0 76 , 136 25 , 344

7 , 30

25 , 344

7 , 30

3 2





S O

4 Xác định gia tốc trọng tâm khâu 3:

Ta xác định aS3 theo tỷ lệ :

' 3 2

' 3 2

* 3 '

S O S a

+ Tính cho vị trí số 4:

thay sốvào ta tính được: S*

3 = 19,65 (mm) mặt khác ta có : S**3 = b’3 / 2 = 11,23 / 2 = 5,62 (mm)

L L

' '

1 1

' 1 1

từ S**

3 đến S* Do đó : L1 = 141,56 (mm) ; L = 182 (mm) ; L’ = 20,44 (mm) ; + Tính cho vị trí số 4: L’1 = 16 ( ).

182

44 , 20 56 , 141

P45 =R O5 + P C + P qt5 + G5 + P qt4 + G4 + R34 = 0 Trong phương trình trên

có : P C, G5 , G4 đã xác định hoàn toàn , ta có P qt5 có điểm đặt tại c5 chiều ngược c’5

qt

P đặt tại T4 chiều ngược s’4 , trong đó T4 được xác định như sau : Từ trọng tâm S4 kẻ đường thẳng // c’4 Từ K4 kẻ đường thẳng ’// c’4s’4 trên hoạ đồ gia tốc, khi đó  cắt ’ tại T4

- R O5 có điểm đặt tại C phương vuông góc với phương trượt

 = 2610,67 (N) Vậy phương trình (1) giải được bằng

phương pháp vẽ hoạ đồ lực, ta chọn tỷ lệ xích P = 100 N/mm, các đoạn biểu diễn khác là:

100

1200

mm P

5

mm P

4

mm P

P23 =P qt3 + G3 +R O3 +R43 +R12 = 0 Trong phương trình trên có :

43

R = - R34 ,G3 đã xác định hoàn toàn, R O3 , R12 chưa xác định, P qt3 có điểm đặt tại K3, phương // với S’3 chiều ngược lại Tách riêng khâu 2 các lực đặt nên là:(R32 ,R12 )  0 Do đó R32 ,R12 tạo thành hệ lực cân bằng nên chúng phải trực đối : R32 = - R12 , có phương vuông góc với phương trượt , lấy Momen với điểm

O2

MO2(F K ) = R12.O2A + G3.hg3 – Pqt3.h31 – R43.h43 = 0, ta có

R12 = . . . 8875 , 86 ( )

2

3 3 43 43 31

3

N A

O

hg G h R h

b Xác định Momen cân bằng theo phương pháp đòn Jucopski:

Ta xoay hoạ đồ vận tốc đi một góc 900 theo chiều kim đồng hồ và đặt tất cả các lực vào, lấy Momen với điểm P4

MP4(F K ) = MCB +[(PC + Pqt5) h5 + Pqt4.h4 + Pqt3.h3 – G1.hg1 – G3.hg3 – G4.hg4] L

= 0 thay số vào: MCB = 2075,1 (N.m), so sánh hai phương pháp:

k4 = 100 % 0 , 98 %

1 , 2075

11 , 2038 1

Làm tương tự vị trí số 4 nhưng bỏ qua lực cản ta xẽ thu được kết quả như sau:

5 Xác định momen cân bằng khâu dẫn:

k10 = 100 % 0 , 0095 %

88 , 91740

26 , 91732 88