Môn nguyên lý máy, bài tập lớn, đồ án (2)

Xác định vận tốc các điểm trong tâm của các khâu .... Xác định gia tốc các điểm trong tâm của các khâu .... Xác định gia tốc góc các khâu, gia tốc dài cá điểm trên các khâu .... Xác định

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔBỐT

- o0o -

BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ CƠ CẤU MÁY DỆT Nhóm số: ………

Người hướng dẫn : ThS Hoàng Văn Bạo Sinh viên thực hiện : STT MSSV Họ tên SV 1 ……… ………

2 ……… ………

3 ……… ………

4 ……… ………

5 ……… ………

Hà Nội, 20xx -

ĐỀ BÀI

I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy dệt

Hoạ đồ cơ cấu như hình vẽ

II Nội dung và yêu cầu bài tập lớn

1 Bằng phương pháp giải tích tính vị trí, gia tốc và

gia tốc của cơ cấu ứng với vị trí khâu dẫn 1 = [0, 15, , 360] (độ);

2 Bằng phương pháp họa độ véc tơ tính và vẽ hoạ

đồ vị trí, gia tốc và gia tốc của cơ cấu ứng với vị trí khâu dẫn 1 = [0, 60, , 360] (độ) So sánh kết quả với câu 1;

3 Tính áp lực các khớp động và mô men cân bằng

về khâu dẫn ứng với vị trí khâu dẫn 1 = [0, 60, , 360] (độ)

Bảng số liệu kèm theo và tính toán

1 Tọa độ trục chính đối với tâm quay của batăng a = … (mm)

2 Tọa độ trục chính đối với tâm quay của batăng b = … (mm)

9 Mô men quán tính các khâu: Trục chính 1, thanh

212

III Cách trình bày

BTL đóng thành quyển gồm:

 Bìa/ Đầu đề thiết kế/ Mục lục/ phần bài làm;

 Hoạ đồ cơ cấu, hoạ đồ gia tốc, gia tốc, họa đồ lực, trên giấy khổ A3;

 Thuyết minh viết tay hoặc đánh máy hai mặt trên giấy khổ A4

MỤC LỤC

ĐỀ BÀI 2

1 PHẦN 1 GIẢI BÀI TOÁN VỊ TRÍ 5

1.1 TÍNH TOÁN 5

1.2 VẼ VỊ TRÍ CƠ CẤU ỨNG VỚI GÓC 1 ĐÃ CHO 6

2 PHẦN 2 BÀI TOÁN VẬN TỐC 8

2.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO 8

2.2 GIẢI BÀI TOÁN VẬN TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ 8

2.2.1 Xác định vận tốc điểm C 3 = C 2 , vận tốc góc khâu 2 và vận tốc góc khâu 3 8

2.2.2 Vẽ họa đồ vận tốc, xác định vận tốc điểm C 3 = C 2 , vận tốc góc khâu 2, vận tốc góc khâu 3 9 2.2.3 Xác định vận tốc các điểm trong tâm của các khâu 10

3 PHẦN 3 BÀI TOÁN GIA TỐC 12

3.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO 12

3.2 GIẢI BÀI TOÁN GIA TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ 13

3.2.1 Xác định gia tốc điểm C 3 = C 2 , gia tốc góc khâu 2 và gia tốc góc khâu 3 13

3.2.2 Vẽ họa đồ gia tốc điểm C 3 = C 2 , gia tốc góc khâu 2 và gia tốc điểm D 14

3.2.3 Xác định gia tốc các điểm trong tâm của các khâu 15

4 PHẦN 4 BÀI TOÁN ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 19

4.1 Xác định gia tốc góc các khâu, gia tốc dài cá điểm trên các khâu 19

4.2 Xác định các ngoại lực tác động trên cơ cấu 19

4.3 Xác định lực quán tính trên các khâu 19

4.4 Tách nhóm tĩnh định 21

4.5 Xác định mô men cân bằng trên khâu dẫn 22

Hình vẽ lược đồ cơ cấu máy dệt:

Hình vẽ lược đồ cơ cấu chính:

1 PHẦN 1 GIẢI BÀI TOÁN VỊ TRÍ

 Bậc tự do của cơ cấu: W = 3.n – (2.T + 1.C) = 3.3 – (2.4 + 1.0) = 1

 Khi khâu 1 quay quanh A:

- Quỹ đạo điểm B vẽ thành vòng tròn (A, AB);

- Với kích thước sơ bộ như hình vẽ thì khâu 3 (CD) không quay được toàn vòng nên chuyển động lắc qua lại quanh C

- Khâu 2 chuyển động song phẳng

- Điểm C sẽ gần A nhất khi khâu 1 gập với khâu 2, các điểm thẳng hàng theo thứ tự (B’, A, C’), ứng với góc định vị khâu 3 khi đó là γmin;

- Điểm C sẽ xa A nhất khi khâu 1 duỗi thẳng với khâu 2, các điểm thẳng hàng theo thứ tự (A, B’’, C’’), ứng với góc định vị khâu 3 khi đó là γmax;

Có maxvà min sẽ tìm được góc lắc của CD:    max min

Góc minứng với trường hợp khâu 1 gập với khâu 2:

Góc maxứng với trường hợp khâu 1 duỗi thẳng với khâu 2:

1.2 VẼ VỊ TRÍ CƠ CẤU ỨNG VỚI GÓC 1 ĐÃ CHO

Chọn tỉ lệ biểu diễn chung cho tất cả các kích thước trên bản vẽ (nên chọn tỉ lệ 1:1; 1:2; 1:5 …1:10 …

để biểu diễn được hình vẽ trên khổ giấy A4)

Xác định điểm A, D:

Lấy điểm A;

Xác định điểm D căn cứ kích thước a, b

Vẽ vị trí của cơ cấu ứng với góc φ1:

Tại A, vẽ vòng tròn quỹ đạo điểm B (A, AB), với AB căn cứ l1;

Căn cứ góc φ1, xác định được điểm B, nối AB ta có khâu 1

Tại D, vẽ vòng tròn quỹ đạo điểm C (D, DC), với DC căn cứ lCD;

Tại B, vẽ vòng tròn (B, BC), BC căn cứ l2;

Các vòng tròn (D, DC) và (B, BC) cắt nhau tại C;

Vẽ các vòng tròn biểu diễn các khớp quay, giá;

Nối tâm các khớp thể hiện các khâu

Hoàn thiện họa đồ cơ cấu

2 PHẦN 2 BÀI TOÁN VẬN TỐC

2.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO

Vận tốc góc khâu 1 (khâu dẫn, đã cho n1 nên tính được ω1): 1 1 2 1

n  n 

     (rad/s)

Gọi giá là khâu 0;

Tại A: có A1 thuộc khâu 1; A0 thuộc khâu 0 (giá);

(1, 0) = Q(A) hay khớp quay A nối khâu 1 với khâu 0 (giá)

=> v A1 v A0 0 ; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết v A 0

Tại D: có D3 thuộc khâu 3; D0 thuộc khâu 0 (giá)

(3, 0) = Q(D) hay khớp quay D nối khâu 3 với khâu 0 (giá)

=> v D3v D0 0 ; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết v D 0

Tại B: có B1 thuộc khâu 1; B2 thuộc khâu 2:

(2, 1) = Q(B) hay khớp quay B nối khâu 2 với khâu 1

=> v B2 v B1 ; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết tại đó là v B

Phương trình véc tơ vận tốc điểm B1 và A1 (hai điểm trên cùng khâu 1):

2.2 GIẢI BÀI TOÁN VẬN TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ

2.2.1 Xác định vận tốc điểm C3 = C2, vận tốc góc khâu 2 và vận tốc góc khâu 3

Tại C có khớp quay nối khâu 2 và khâu 3 nên v C2 v C3; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết tại đó là v C

Phương trình véc tơ vận tốc điểm C2 và điểm B2 (trên cùng khâu 2):

2.2.2 Vẽ họa đồ vận tốc, xác định vận tốc điểm C3 = C2, vận tốc góc khâu 2, vận tốc góc khâu 3

Vẽ họa đồ véc tơ, xác định vận tốc điểm C3 = C2 (v C2 v C3), vận tốc góc khâu 2 (2), vận tốc góc khâu

3 (3):

 Chọn tỉ lệ biểu diễn phù hợp;

 Lấy điểm gốc chung p rồi tiến hành vẽ họa đồ véctơ vận tốc theo các bước:

- Từ điểm p được chọn làm gốc chung, vẽ biểu diễn véc tơ v B2 v B1 bằng véc tơ có gốc là p và ngọn là điểm b2 và cũng là điểm b1 (véc tơ pb2 pb1);

- Tại ngọn của v B2 v B1 (điểm b2, b1 trên họa đồ) vẽ phương của v C2/ 2B CB gọi là đường thẳng Δ’1

Đến đây đã vẽ biểu diễn một phương trình trong hệ PT trên;

- Từ gốc chung p vẽ biểu diễn v D3v D0 0 chỉ là một điểm nên điểm d3p; từ đây vẽ tiếp phương của v C3/ 3D CD gọi là đường thẳng Δ’2

Phương (Δ’1) x (Δ’2) = c3 = c2; véctơ v C2v C3 được thể hiện bằng véctơ pc2 p 3 trên họa

đồ vận tốc

 Xác định vận tốc góc các khâu và vận tốc dài các điểm:

- Vận tốc điểm C2 = C3 (có thể nói gọn là vận tốc điểm C): véctơ v C2 v C3 được thể hiện bằng véctơ pc2p 3 trên họa đồ vận tốc Đây là véc tơ vận tốc tuyệt đối của điểm C2 và cũng là điểm C3;

- Vận tốc v C2/ 2B được biểu diễn bằng véc tơ b c2 2 trên họa đồ vận tốc Đây là véc tơ vận tốc tương đối của điểm C2 đối với điểm B2;

- Vận tốc góc khâu 2: 2/ 2

2

C B CB

v l

v l

- Véc tơ vận tốc v 1 sẽ được biểu diễn bằng ps1 trên họa đồ vận tốc;

- Véc tơ vận tốc v 2 sẽ được biểu diễn bằng ps2 trên họa đồ vận tốc;

- Véc tơ vận tốc v 3 sẽ được biểu diễn bằng ps3 trên họa đồ vận tốc;

Đến đây đã hoàn thành bài toán Vận tốc

3 PHẦN 3 BÀI TOÁN GIA TỐC

3.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TỪ CÁC DỮ LIỆU ĐÃ CHO

Vận tốc góc khâu 1 (khâu dẫn, đã cho n1 nên tính được ω1): 1 1 2 1

Tại A: có A1 thuộc khâu 1; A0 thuộc khâu 0 (giá);

(1, 0) = Q(A) hay khớp quay A nối khâu 1 với khâu 0 (giá)

=> a A1 a A00 ; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết a A0

Tại D: có D3 thuộc khâu 3; D0 thuộc khâu 0 (giá)

(3, 0) = Q(D) hay khớp quay D nối khâu 3 với khâu 0 (giá)

=> a D3 a D0 0 ; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết a D 0

Tại B: có B1 thuộc khâu 1; B2 thuộc khâu 2:

(2, 1) = Q(B) hay khớp quay B nối khâu 2 với khâu 1

=> a B2 a B1 ; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết tại đó là a B

Phương trình véc tơ gia tốc điểm B1 và A1 (hai điểm trên cùng khâu 1):

: / /:: ( )

: / /:: ( )

Cũng có thể viết:

2 1

: / /:

3.2 GIẢI BÀI TOÁN GIA TỐC BẰNG HỌA ĐỒ VÉCTƠ

3.2.1 Xác định gia tốc điểm C3 = C2, gia tốc góc khâu 2 và gia tốc góc khâu 3

Tại C có khớp quay nối khâu 2 và khâu 3 nên a C2 a C3; theo hình vẽ không có khâu khác nên cũng có thể viết tại đó là a C

Phương trình véc tơ gia tốc điểm C2 và điểm B2 (trên cùng khâu 2):

Hoặc: /

2 3

3.2.2 Vẽ họa đồ gia tốc điểm C3 = C2, gia tốc góc khâu 2 và gia tốc điểm D

Vẽ họa đồ véc tơ, xác định gia tốc điểm C3 = C2 (a C2 a C3), gia tốc góc khâu 2 (ε2), gia tốc góc khâu 3 (ε3) và gia tốc điểm C:

 Chọn tỉ lệ biểu diễn phù hợp;

 Lấy điểm gốc chung p’ rồi tiến hành vẽ họa đồ véctơ gia tốc theo các bước:

- Từ điểm p’ được chọn làm gốc chung, vẽ biểu diễn a B2 a B1 bằng véctơ có gốc là p’ và ngọn

là điểm b1 và cũng là điểm b2 (véc tơ p b' 2p b' 1)

- Qua ngọn của a B2 a B1 (điểm b2, b1 trên họa đồ) vẽ biểu diễn tiếp a C n2/ 2B bằng véc tơ b n2 2

- Tại ngọn của véc tơ a C n2/ 2B (điểm nC2 trên họa đồ), vẽ tiếp phương của a C t2/ 2B CB gọi là đường thẳng Δ’’1

Đến đây đã vẽ biểu diễn một phương trình trong hệ PT trên;

- Từ gốc chung p’, vẽ biểu diễn a D3 a D0 0 chỉ là một điểm nên d3p' trên họa đồ; từ đây

vẽ tiếp phương của 2/ 2

t

C B

a CD gọi là đường thẳng Δ’2 Phương (Δ’1) x (Δ’2) = c3 = c2; véctơ a C2 a C3 được thể hiện bằng véctơ p c' 2p'C3 trên họa

đồ gia tốc

 Xác định gia tốc góc các khâu và gia tốc dài các điểm:

- Gia tốc điểm C2 và cũng là điểm C3: véctơ a C2 a C3 được thể hiện bằng véctơ p c' 2 p'C3

trên họa đồ gia tốc;

- Gia tốc a C2/ 2B là véc tơ b c2 2 trên họa đồ gia tốc;

- Gia tốc góc khâu 2: 2/ 2

2

t

C B CB

a l

 

- Gia tốc a C3/ 3D là véc tơ p c' 3dc3 trên họa đồ gia tốc;

- Gia tốc góc khâu 3: 3/ 3

3

C D CD

a l

 

3.2.3 Xác định gia tốc các điểm trong tâm của các khâu

 Gia tốc trọng tâm khâu 1:

Viết phương trình véc tơ gia tốc điểm S1 với điểm A1 (trên cùng khâu 1, nhưnga A1 a A0 0):

a S1a A1a S1/ 1A a A1a S n1/ 1A a t S1/ 1A  0 a n S1/ 1A a t S1/ 1A (a5)

a a a a a a  a a Trong đó: a A1 a A0 0 hay a A0

1

1 1

S A

a  hay t1/ 0

S A

a Phương trình (a5) trở thành:

Hoặc:

1

1 1

 Gia tốc trọng tâm khâu 2:

Viết phương trình véc tơ gia tốc điểm S2 với điểm B2 (trên cùng khâu 2, a B2 a B10 đã biết):

2

2 2

Hoặc:

2

2 2

 Gia tốc trọng tâm khâu 3:

Viết phương trình véc tơ gia tốc điểm S3 với điểm D3 (trên cùng khâu 3, nhưng a D3a D0 0 khuyến khích theo cách này):

1 3

3

1 3

- Véc tơ gia tốc a 1 sẽ được biểu diễn bằng p s' 1 trên họa đồ gia tốc;

- Véc tơ gia tốc a 2 sẽ được biểu diễn bằng p s' 2 trên họa đồ gia tốc;

- Véc tơ gia tốc a 3 sẽ được biểu diễn bằng p s' 3 trên họa đồ gia tốc;

Đến đây đã hoàn thành bài toán Gia tốc

4 PHẦN 4 BÀI TOÁN ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG

4.1 Xác định gia tốc góc các khâu, gia tốc dài cá điểm trên các khâu

4.2 Xác định các ngoại lực tác động trên cơ cấu

- Lực cản kĩ thuật: Mô men cản Mc

- Trọng lượng các khâu

G m g

Trong đó gia tốc trọng trường g có thể lấy giá trị gần đúng là 10 (kgm/s2)

4.3 Xác định lực quán tính trên các khâu

 Khâu 1: quay quanh trục cố định không qua trọng tâm:

Điểm đặt T 2Blà điểm cắt nhau của P q2/B và P q2/ 2S B xác định như sau: tại S2 vẽ phương của a B2

tại K 2vẽ phương của a S2/ 2B Hai phương này cắt nhau tại T 2B

Hoặc từ phương trình gia tốc:

a tại K 2vẽ phương của a S2/ 2C Hai phương này cắt nhau tại T 2C

 Khâu 3: quay quanh trục cố định không qua trọng tâm:

Từ phương trình gia tốc:

 Lực quán tính: như đã phân tích ở trên

- Khâu 1 quay quanh trục cố định tại A không qua trong tâm S1: Lực quán tính là P1

- Khâu 2 chuyển động song phẳng: có thể dựa vào gia tốc điểm B hoặc điểm C như phân tích ở trên

- Khâu 3 chuyển động quay quanh trục cố định tại D không qua trọng tâm S3: Lực quán tính là 3

P

 Áp lực khớp động (tại các khớp chờ):

- Tại khớp quay B trên khâu 2 sẽ có áp lực khớp động là N12

- Tại khớp quay D trên khâu 3 sẽ có áp lực khớp động là N03

 Phương trình cân bằng lực của nhóm khâu:

- Tại ngọn N03t , vẽ biểu diễn tiếp G3…

- Tại ngọn của N12t , vẽ đường thẳng Δ2//BC để biểu diễn phương của N12n

- Đường thẳng Δ1 x Δ2 tại ngọn của N03n và cũng là điểm gốc của N12n

 Tách khớp quay C:

- Trên khâu 3, tại C3 có N23

- Trên khâu 2, tại C2 có N32

Tiếp tục xác định các đại lượng trên

4.5 Xác định mô men cân bằng trên khâu dẫn

 Sau khi có áp lực của nhóm khâu bị dẫn tác động lên khâu 1 là N21 tại B1 Trên khâu 1 lúc này