Xây dựng công thức tống hợp động học cơ cấu biên tay quay

Bài viết này trình bày cách giải bài toán tổng hợp động học cơ cấu biên tay quay bằng giải tích. Thực chất là dựa vào phương pháp dựng hình để tìm ra công thức xác định các thông số kích thước một cách chính xác bằng giải tích. Bài viết này đưa ra công thức tính toán cho 5 dạng bài toán thiết kế thường gặp trong thực tế. Từ các công thức này sẽ giúp cho người thiết kế rút ngắn thời gian tính toán thiết kế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng công thức tống hợp động học cơ cấu biên tay quayTạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sảnSố 2/2016VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅIXÂY DỰNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP ĐỘNG HỌC CƠ CẤUBIÊN TAY QUAYDERIVING THE ANALYTICAL FORMULA FOR SYNTHESISOF SLIDER-CRANK MECHANISMTrần Ngọc Nhuần1Ngày nhận bài: 06/3/2016; Ngày phản biện thông qua: 28/4/2016; Ngày duyệt đăng: 15/6/2016TÓM TẮTBài viết này trình bày cách giải bài toán tổng hợp động học cơ cấu biên tay quay bằng giải tích. Thựcchất là dựa vào phương pháp dựng hình để tìm ra công thức xác định các thông số kích thước một cách chínhxác bằng giải tích. Bài viết này đưa ra công thức tính toán cho 5 dạng bài toán thiết kế thường gặp trong thựctế. Từ các công thức này sẽ giúp cho người thiết kế rút ngắn thời gian tính toán thiết kế.Từ khóa: tổng hợp động học, cơ cấu biên tay quay, lý thuyết máy, nguyên lý máyABSTRACTThis paper introduces a method for solving the kinematic synthetic of slider-crank mechanism usinganalytic approach. Geometric construction is used to derive the formula that can determine some dimensionsof links. This paper figures out formulas to solve five types of popular design problems in reality. Theseformulas can help the designer to reduce the design time.Keywords: kinematic synthesis, slider-crank mechanism, theory of machineI. MỞ ĐẦUBài toán tổng hợp động học cơ cấu làmột trong những bài toán khó và là nền tảngtrong công việc thiết kế, lựa chọn cơ cấu tốiưu nhằm đáp ứng một yêu cầu công việc nàođó. Nội dung của việc tổng hợp động học cơcấu là đi xác định kích thước các khâu củacơ cấu ứng với một số điều kiện cho trướcmà cơ cấu cần phải đạt được trong quá trìnhchuyển động.Để giải được bài toán này, trước kiangười ta sử dụng phương pháp vẽ là chủyếu. Phương pháp này có bất lợi là sau khi vẽxong, các kích thước cần tìm được đo trực tiếptrên bản vẽ, dẫn đến sai số tương đối lớn vàrất mất thời gian, tuy nhiên phương pháp này1cho thấy được tính trực quan, người vẽ dễdàng nhận thấy sự vô lý hoặc hợp lý, căn cứvào đó người vẽ có thể thay đổi dữ liệu chophù hợp theo yêu cầu. Do công nghệ thông tinngày càng phát triển, phương pháp giải tíchgiúp ta tìm được giá trị tương đối chính xác vànhanh gọn, nhưng điều khó khăn là làm thếnào để xác định được một công thức tính toánchính xác để đưa vào chương trình máy tính.Bài viết này trình bày một hướng tính toán dựavào việc dựng hình để thiết lập công thức ápdụng vào máy tính.II. NỘI DUNGCơ cấu biên tay quay (còn gọi là cơ cấutay quay con trượt) là một cơ cấu thông dụngKhoa Cơ khí – Trường Đại học Nha TrangTRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 149Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sảnđược sử dụng nhiều trong các máy móc, thiếtbị như động cơ đốt trong, cơ cấu băng tải lắc,cơ cấu máy sàng,... Chính vì vậy, việc tổnghợp động học cơ cấu là đi tìm kích thước cáckhâu nhằm đáp ứng một nhiệm vụ cụ thể nàođó cho cơ cấu. Nội dung của bài viết này đưara cách giải cho 5 bài toán thường gặp trongthực tế.1. Bài toán 1:Số 2/2016Cho trước hành trình con trượt trong cơcấu tay quay con trượt ABC là CICII = H; độlệch tâm là e; Tỷ số. Hãy xác địnhbán kính tay quay và chiều dài khâu BC.Dựa vào cơ cấu tay quay con trượt và cácthông số của bài toán, giả sử xây dựng đượcmối quan hệ hình học như hình 1 [2], [3], Achính là tâm quay cần tìm. Dựa vào hình đãdựng ta có:ACII = AB + BC = r + l(Vị trí tay quay AB và thanh truyền BC duỗithẳng)ACI = BC - AC = l - r(Vị trí tay quay AB và thanh truyền BC chậpvào nhau)Hình 1. Tìm tâm quay A khi biết H, λ, e(1)Đặt :(2)(3)(4)Thay (2), (3), (4) vào phương trình (1) và giải phương trình này ta thu được:(5)Từ đây suy ra bán kính tay quay AB = r vàchiều dài thanh truyền BC = l.Điều kiện quay toàn vòng của cơ cấu tayquay con trượt: r < l - e [1].Nếu đầu bài cho thêm góc áp lực cực đạitruyền từ thanh truyền sang con trượt thì cầnkiểm tra lại điều kiện góc áp lực: α < αmax .2. Bài toán 2:Cho trước hành trình con trượt CICII = H,Hệ số năng suất k và độ lệch tâm e của cơ cấubiên tay quay ABC. Tìm bán kính tay quay ABvà chiều dà thanh truyền BCGiả sử ta tìm được tâm quay A củatay quay AB. Góc hợp bởi giữa vị trí tayquay, thanh truyền duỗi thẳng và tay quay,150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANGthanh truyền chập vào nhau gọi là góc kẹp q(hình 2). Như vây điểm A đang nhìn cung CICII dưới một góc θ và điểm A cũng nằm trênđường thẳng song song với phương trượtCI CII, cách phương trượt một khoảng là e [2].Hình 2. Tìm tâm quay A khi biết H, k, eTạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sảnSố 2/2016Từ hệ số năng suất k ta tính góc kẹp q [1]:(6)Bán kính vòng tròn qua A, CI và CII :2.1. Cách 1:Từ hình vẽ ta xác định được:(7)(8)(9)Từ đẳng thức (8) và (9) ta tìm được bánkính tay quay r và chiều dài thanh truyền l.Kiểm tra lại điều kiện quay toàn vòng khâu ABcủa cơ cấu.2.2. Cách 2:Xét tam giác ACICII ta có:(10)Cho trước Hành trình con trượt H, hệ sốnăng suất k và tỷ số. ...