Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 3 - TS. Phạm Minh Hải

Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 3 Phân tích lực cơ cấu phẳng với mục tiêu chính nhằm giúp các bạn sinh viên là Thiết kế kết cấu của các chi tiết máy ghép thành từng khâu, thiết kế kết cấu và chọn thông số bôi trơn cho các khớp động, đánh giá về hiệu suất truyền động của cơ cấu,...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 3 - TS. Phạm Minh Hải Bài giảng Nguyên lý máy Bài 3 TS. Phạm Minh Hải Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot Email: hai.phamminh1@hust.edu.vn Google site : tsphamminhhaibkhn Phân tích lực cơ cấu phẳng 0 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng Mục tiêu và ý nghĩa Tải trọng Nội dung Cơ cấu / máy Phân tích lực cơ cấu Tải trọng tác dụng lên từng khâu, khớp - Thiết kế kết cấu của các chi tiết máy ghép thành từng khâu - Thiết kế kết cấu và chọn thông số bôi trơn cho các khớp động - Đánh giá về hiệu suất truyền động của cơ cấu Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 1 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng Các lực tác dụng trên cơ cấu Lực dẫn động cần thiết trên khâu dẫn (g/t khâu phát động) Phân tích áp lực khớp động /Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn - Chọn động cơ dẫn động phù hợp - Tính toán cơ cấu truyền động từ động cơ đến khâu dẫn (hộp tốc độ, hộp giảm tốc) 2 2 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 3 3 1 3.1 Các loại lực trên cơ cấu 3.1 Các loại lực trên cơ cấu b) Lực quán tính a) Ngoại lực: – Tồn tại ở những khâu chuyển động có gia tốc – Trong trường hợp tổng quát khâu chuyển động song phẳng có: – Lực cản kỹ thuật FC do đối tượng công nghệ tác dụng lên bộ phận công tác – Trọng lượng G của các khâu chuyển động • • • • • – Lực phát động Mđ / Fđ từ động cơ đặt lên khâu phát động Máy bào ngang Pqi = −mi aSi và M qi = − J Si ε i 4 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng c) Nội lực: Lực tác động tương hỗ Nij: áp lực (khớp động) từ khâu i tác động lên khâu j Fmsij: Lực ma sát từ khâu i tác động lên khâu j Vji: vận tốc tương đối của khâu j đối với khâu i Tác dụng tương hỗ Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 5 • Các dữ liệu cho trước – Kích thước động và vị trí khâu dẫn – Vận tốc, gia tốc – Các thông số cấu tạo các khâu • Trọng tâm Si • Khối lượng mi • Mô men quán tính đối với trọng tâm JSi – Lực cản kỹ thuật • Kết quả – Phản lực (áp lực) tại các khớp động – Lực (mô-men) cân bằng trên khâu dẫn • Phương pháp: nguyên lý Đa-lăm-be (d'Alembert) {Lực quán tính, ngoại lực} = hệ lực cân bằng giữa các khâu trong cơ cấu Khi bỏ qua ma-sát trong khớp động Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn 3.1 Các loại lực trên cơ cấu Phản lực khớp động Khối lượng khâu mi Vị trí trọng tâm Si Mô men quán tính đối với trọng tâm Jsi Gia tốc góc ࢿ࢏ Gia tốc trọng tâm ࢇࡿ࢏ Rij = N ij + Fmsij Rij ≈ N ij Rij = − R ji 6 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 7 2 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ẩn số trong bài tính phân tích áp lực khớp động: Trị số và phương? • Nguyên tắc: Tách rời các khâu, khi đó nội lực của cơ cấu trở thành ngoại lực đối với từng khâu • Phương pháp: – Giải tích – Họa đồ vec tơ (vẽ) Trị số? Trị số và điểm đặt? Khớp thấp: 2 ẩn số Khớp cao: 1 ẩn số 8 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích -R12x R12y B S1 M1 Cân bằng lực khâu dẫn, 5 ẩn số gồm (Mcb1, R41x,R41y,R12x,R12y) l1 l2 ω1 A Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng R41y ϕ2 l4 S3 M3 R43y ϕ3 D -R12y S1 M1 B D R43x Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm , C -R23x M2 S2 -R23y P2 R12x Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R12x,R12y,R23x,R23y) Nhận xét: - Khi xét riêng từng khâu độc lập → số pt ≠ số ẩn số - 2 cách có thể tiến hành: i. Xét chung nhóm khâu 2 và 3 (6 ẩn số) và xét riêng khâu 1 (3 ẩn số, các ẩn số ở khớp B đã tìm được) ii. Xét đồng thời cả 3 khâu (9 ẩn số) R23x l3 R12y Cân bằng lực khâu dẫn, 5 ẩn số gồm (Mcb1, R41x,R41y,R12x,R12y) C C B Mcb1 A R 41x R23y P3 ϕ1 P1 -R23y P2 R12x -R12x C Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R12x,R12y,R23x,R23y) A R 41x B -R23x M2 S2 -R12y R41y • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích B Mcb1 P1 9 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng R23y C R23x P3 S3 M3 R43y D R43x Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm , (R23x,R23y R43x,R43y) (R23x,R23y R43x,R43y) 10 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 11 3 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực-mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích Cân bằng lực khâu 1 ܴସଵ − ܴଵଶ + ܲଵ = 0 (1a) Ԧ Ԧ ‫ܯ‬ଵ − ݈ଵ × ܴଵଶ + ݈௉ଵ × ܲଵ − ‫ܯ‬௖௕ଵ = 0 (1b) -R12x P1 Chiếu p/t (1a) lên các trục Ox, Oy và p/t (1b) lên trục Oz trong hệ tọa độ toàn cục, ta được hệ p/t đại số sau: ‫ܯ‬ଵ − ݈ଵ௫ ܴଵଶ௬ − ݈ଵ௬ ܴଵଶ௫ R12y ܴଵଶ − ܴଶଷ + ܲଶ = 0 Ԧ Ԧ ‫ܯ‬ଶ − ݈ଶ × ܴଶଷ + ݈௉ଶ × ܲଶ = 0 -R12y R41y Ԧ Trong đó: ݈௉ଵ = ‫ܵܣ‬ଵ Cân bằng lực khâu 2 B S2 Mcb1 S1 M1 Ԧ Với ݈௉ଶ = ‫ܵܤ‬ଶ A R 41x Cân bằng lực khâu dẫn, 5 ẩn số gồm (Mcb1, R41x,R41y,R12x,R12y) ‫ܯ‬ଶ − ݈ଶ௫ ܴଶଷ௬ − ݈ଵ௬ ܴଶଷ௫ 12 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng R12x C -R23y P2 Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R12x,R12y,R23x,R23y) Làm tương tự như với khâu 1, ta được hệ phương trình đại số sau: (1.1) (1.2) (1.3) ܴସଵ௫ − ܴଵଶ௫ + ܲଵ௫ = 0 ܴସଵ௬ − ܴଵଶ௬ + ܲଵ௬ = 0 + (݈௉ଵ௫ ܲଵ௬ − ݈௉ଵ௬ ܲଵ௫ ) − ‫ܯ‬௖௕ଵ = 0 B -R23x M2 ܴଵଶ௫ − ܴଶଷ௫ + ܲଶ௫ = 0 ܴଵଶ௬ − ܴଶଷ௬ + ܲଶ௬ = 0 + (݈௉ଶ௫ ܲଶ௬ − ݈௉ଶ௬ ܲଶ௫ ) = 0 (2.1) (2.2) (2.3) 13 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn 3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích R23y Cân bằng lực khâu 3 ܴଶଷ + ܴସଷ + ܲଷ = 0 Ԧ Ԧ ‫ܯ‬ଷ + ݈ଷ × ܴଶଷ + ݈௉ଷ × ܲଷ = 0 C P3 ‫ܯ‬ଷ + ݈ଶ௫ ܴଶଷ௬ − ݈ଵ௬ ܴଶଷ௫ (1.1) (1.2) (1.3) ‫ܯ‬ଶ − ݈ଶ௫ ܴଶଷ௬ − ݈ଵ௬ ܴଶଷ௫ ܴଵଶ௫ − ܴଶଷ௫ + ܲଶ௫ = 0 ܴଵଶ௬ − ܴଶଷ௬ + ܲଶ௬ = 0 + (݈௉ଶ௫ ܲଶ௬ − ݈௉ଶ௬ ܲଶ௫ ) = 0 (2.1) (2.2) ...