Bài giảng Nguyên lý máy - Bài 5: Chuyển động thực. Những nội dung chính được trình bày trong chương gồm có: Phương trình chuyển động và đại lượng thay thế, các chế độ chuyển động của máy, xác định chuyển động thực của máy, làm đều chuyển động của máy-bánh đà. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung Phần 1: Cấu trúc động học cấu Phần 2: Những vấn đề thiết kế nguyên lý máy Phân tích động học Phân tích lực Cải thiện chất lượng làm việc máy (động lực học máy) Làm chuyển động máy Cân máy Phần 3: Lý thuyết cấu có khớp cao Cơ cấu cam Cơ cấu bánh Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đặt vấn đề Giả thiết khâu dẫn chuyển động gần đúng! Thực tế khâu dẫn chịu tác động Các lực tác động cấu Yếu tố cấu tạo: Khối lượng, mơmen qn tính… => nên vận tốc khâu dẫn số => nghiên cứu chuyển động thực máy Xác định chuyển động thực máy phụ thuộc Chế độ lực tác động:𝑃𝑖 , 𝑀𝑖 Cấu tạo: 𝑚𝑖 , 𝐽𝑆𝑖 Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung Xác định đại lượng thay lập phương trình chuyển động thực máy Xác định chuyển động thực máy chế độ chuyển động máy Biết cách làm chuyển động bình ổn máy Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PTchuyển động đại lượng thay Phương trình biến thiên động năng: “Tổng công tất lực tác động lên hệ khoảng thời gian biến thiên động hệ khoảng thời gian đó” E - E0 = E = Ađ + Ac Ađ - công động (công lực phát động), Ađ dương Ac - công cản (công lực cản), Ac âm hay dương E0 - động thời điểm t0 E – động thời điểm t E - biến thiên động Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PTchuyển động đại lượng thay 1.1 Công động mô men động Có mơmen lực phát động Md đặt lên khâu dẫn quay với vận tốc góc ω1 => cơng suất tức thời lực phát động Nd M d 1 Do véctơ phương, chiều: N d M d 1 Công động Ad khoảng thời gian (t0,t): Ad t N t0 d t t0 0 dt M d 1 dt M d d 0, vị trí tương ứng khâu dẫn t0, t Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PTchuyển động đại lượng thay 1.2 Công cản mơ men cản thay Xét máy có n khâu động, khâu i có: Cơng suất tức thời t n lực cản Ac của P v M n i i i i dt 𝑃𝑖 : Ngoại lực tác dụng 𝑀𝑖 : Mô men ngoại lực 𝑣𝑖 : Vận tốc điểm đặt lực 𝜔𝑖 : Vận tốc góc Cơng cản Ac = t c t0 n t0 i 1 i i P v M M tt i i i i 1 i 1 1 n Đặt Nt c Pi vi M i i t n i 1 vi i Pi M i 1 dt 1 t i 1 1 i 1 N dt P v t vi i Pi M i d 1 i 1 1 n M i i dt AC M tt d Mtt :mômen thay lực cản khâu dẫn (mômen cản thay thế) Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PTchuyển động đại lượng thay 1.2 Công cản mô men cản thay P v M M tt i i i i 1 i 1 1 n ▪ Việc thay dựa nguyên tắc công suất không đổi: công suất mômen cản thay phải cơng suất tất lực cản tồn máy ▪ Như Mtt đại diện cho chế độ lực tác động Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PTchuyển động đại lượng thay 1.3 Động mơ men qn tính thay Xét máy có n khâu động, khâu i có: 𝑚𝑖 : Khối lượng khâu 𝑣𝑆𝑖 : Vận tốc trọng tâm khâu 𝐽𝑆 𝑖 : Mơ men qn tính trọng tâm 𝜔𝑖 : Vận tốc góc Động toàn máy 2 vSi i 1 2 E Ei mi vSi J Si i mi J Si .1 i 1 i 1 1 i 1 1 n n n J tt 12 2 n vSi i J tt mi J Si i 1 1 1 J tt E Với Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PTchuyển động đại lượng thay 1.3 Động mơ men qn tính thay v 2 J tt mi Si J Si i i 1 1 1 n ▪ Việc thay dựa nguyên tắc động không đổi: động khâu thay phải động tất khâu toàn máy ▪ Như Jtt đại diện cho máy phương diện cấu tạo Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Xác định chuyển động thực máy 3.1 Nguyên tắc Giả thiết: Mđ, Mtt Jtt hàm góc quay khâu dẫn Thấy lập đồ thị quan hệ E(J) xác định vận tốc góc theo cơng thức: E 1 J tt Đồ thị quan hệ E(J) - đồ thị Vittenbao (Wittenbauer) Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 16 Xác định chuyển động thực máy 3.1 Nguyên tắc Giả sử cần xác định vận tốc thực khâu dẫn thời điểm đó, ví dụ vị trí k trị số Ek, Jk ứng với điểm K đồ thị: 1 k 1k Ek 2. E Ek 2 E tg k Jk J J k J Từ ta xác định giá trị lớn bé vận tốc góc khâu dẫn: 1max 2 E J tg max ; 1min 2 E J tg max min góc hợp tiếp tuyến đồ thị E(J) với trục hoành Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 Xác định chuyển động thực máy 3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J) Dữ liệu cho trước: • Các đồ thị mơ men động Mđ , mô men thay Mtt ; đồ thị quan hệ J() • Xét chu kỳ cơng A máy chuyển động bình ổn Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 18 Chương CHUYỂN ĐỘNG THỰC 5.3 Xác định chuyển động thực máy 5.3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J) Các bước tiến hành: • Tích phân đồ thị Mtt() để thu đồ thị cơng cản Ac() • Tích phân đồ thị Mđ() để thu đồ thị công động Ađ() • Từ hai đồ thị Ađ Ac dựng đồ thị biến thiên động E() (Lưu ý hình trên, đồ thị cơng cản Ac vẽ với giá trị dương, nên dựng đồ thị E(), ta lấy đồ thị công động Ađ trừ đồ thị cơng cản Ac) • Giả sử có động E0 ban đầu, ta dựng đồ thị E() cách lùi trục hoành xuống đoạn E0 để có hệ toạ độ • Khử từ hai đồ thị J() E() E(), ta đồ thị quan hệ E(J) E(J) Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.1 Lý phải làm chuyển động máy & giải pháp kỹ thuật Ta biết muốn khâu dẫn chuyển động phải đặt lên khâu dẫn mômen cân Mcb Tuy nhiên để dẫn động máy ta dùng mômen phát động Mđ thông thường Mđ ≠ Mcb Do khâu dẫn thường chuyển động có gia tốc góc: M d M cb J1 Đây lý kể máy làm việc chế độ làm việc ổn định, vận tốc góc 1 dao động quanh giá trị trung bình 1tb Biên độ dao động q lớn có tác động xấu đến q trình cơng nghệ, giảm độ xác gia cơng làm giảm tuổi thọ máy Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 20 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.1 Lý phải làm chuyển động máy & giải pháp kỹ thuật • Làm chuyển động máy thực chất làm giảm biên độ dao động 1 thơng qua giảm gia tốc góc Điều thực cách tăng J, Mcb điều kiện làm việc máy định, Mđ phụ thuộc động chọn Giải pháp lắp lên khâu dẫn khâu có tỷ số truyền khơng đổi so với khâu dẫn khối lượng phụ gọi bánh đà • Bánh đà chế tạo cho khối lượng tập trung vành ngồi, với mục đích cho với khối lượng cho trước, có mơmen qn tính bánh đà Jđ lớn kích thước gọn Với bánh đà trên, mơmen qn tính tính theo cơng thức: md D Jd Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com D Bánh đà https://fb.com/tailieudientucntt 21 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.2 Đặc điểm chuyển động bình ổn máy Hệ số khơng chuyển động máy • Vận tốc góc khâu dẫn 1 dao động quanh giá trị trung bình 1tb: 1tb 1 max 1 • Hệ số không đều: max 1tb đánh giá chất lượng chuyển động bình ổn • Hệ số khơng cho phép Với loại máy, tuỳ thuộc yêu cầu kĩ thuật, độ xác sản phẩm, người ta quy định hệ số không cho phép [] Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.2 Đặc điểm chuyển động bình ổn máy Hệ số khơng cho phép số loại máy: Loại máy [] Máy bơm 1/5 1/30 Máy dệt 1/40 1/50 CTM thường 1/20 1/50 Động đốt 1/80 1/150 Động điện 1/100 1/300 Động máy bay 1/200 Khi ≤ [] chuyển động bình ổn máy coi chuyển động “đều” Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Giả thiết: - Mđ, Mtt Jtt hàm góc quay khâu dẫn - Giá trị [],1tb cho trước - Hệ số không [] Kết luận: - Xác định mơmen qn tính bánh đà để sau lắp bánh đà lên khâu dẫn, có = [] Nguyên tắc: giảm biên độ dao động 1() Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Cách xác định momen quán tính bánh đà [1 max ] [ ] [ max ] [ ] [ ] Từ 1tb 1tb [ ] [1 max ] 1tb 1 ; tg max [ ] [1 ] 1tb 1 J J 2 ; tg 1min 1max 2 E 2 E Xác định [max], [min] Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 25 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Cách xác định momen qn tính bánh đà Trên đồ thị E(J) có, vẽ hai tiếp tuyến hợp với trục hồnh góc ,max = [max] ,min = [min] Hai tiếp tuyến cắt O’ gốc hệ toạ độ E’O’J’, chúng cắt trục OE kéo dài a b Dễ dàng nhận thấy: ,max = [max] < max ,min = [min] min ’1max = [1max] < 1max ’1min = [1min] 1min Có thể thấy dải dao động 1() thu hẹp sau bánh đà gắn lên máy Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 26 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Cách xác định momen quán tính bánh đà Giả sử trục OE kéo dài cắt trục O’J’ P Jđ = O’P J Ta có: Pa = O’P.tg[max] ; Pb = O’P.tg[min] ab = (tg[max] - tg[min]) O’P Từ ta tính được: ab J Jđ = tg[ max ] tg[ ] Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com (5.3) https://fb.com/tailieudientucntt 27 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Trình tự xác định Jđ • Theo giả thiết, Jtt Mtt, Mđ hàm góc quay khâu dẫn thêm Jđ, dạng đồ thị J() E() không thay đổi Dạng đồ thị E(), E(J) E(), E(J) thực chất chuyển từ đồ thị E(), E(J) đồ thị E(), E(J), ta dịch trục hoành đoạn E0 cần dùng đồ thị E(J) để xác định mơmen qn tính bánh đà Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 28 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Trình tự xác định Jđ ▪ Tích phân đồ thị Mtt() đồ thị Ac(), Mđ() Ađ() ▪ Cộng đồ thị (Ađ + Ac) đồ thị biến thiên động E() ▪ Khử từ hai đồ thị J() E() đồ thị quan hệ E(J) ▪ Dựng tiếp tuyến trên, với đồ thị E(J) vừa dựng hợp với phương trục hồnh góc [max], [min] (Cách xác định góc trình bày phần trên) ▪ Tính Jđ theo cơng thức (5.3) Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 29 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.4 Ý nghĩa thực tiễn bánh đà Ý nghĩa • Bánh đà lắp thêm vào khâu làm tăng quán tính khâu => gây trở ngại cho biến thiên vận tốc • Khi cơng động Ađ tăng, khơng có bánh đà vận tốc góc 1 tăng nhanh Nhờ có bánh đà, phần lượng lượng tăng lên phải làm quay bánh đà Ngược lại, công cản Ac tăng, bánh đà quay nhanh trả lại lượng cho máy giúp 1 không bị biến thiên đột ngột Vậy: Bánh đà có nhiệm vụ thu lượng thừa, trả lượng thiếu cho máy chu kỳ chuyển động Bánh đà không sinh thêm hay tiêu bớt lượng máy Bài 5: Chuyển động thực CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 30 ... đó” E - E0 = E = Ađ + Ac Ađ - công động (công lực phát động), Ađ dương Ac - công cản (công lực cản), Ac âm hay dương E0 - động thời điểm t0 E – động thời điểm t E - biến thiên động Bài 5: Chuyển... bơm 1 /5 1/30 Máy dệt 1/40 1 /50 CTM thường 1/20 1 /50 Động đốt 1/80 1/ 150 Động điện 1/100 1/300 Động máy bay 1/200 Khi ≤ [] chuyển động bình ổn máy coi chuyển động “đều” Bài 5: Chuyển... 23 Làm chuyển động máy-bánh đà 4.3 Làm chuyển động bình ổn máy Giả thiết: - Mđ, Mtt Jtt hàm góc quay khâu dẫn - Giá trị [],1tb cho trước - Hệ số không [] Kết luận: - Xác định mơmen qn