Ngọai lực: Lực phát động; Lực cản kỹ thuật lực cản có ích; Lực ma sát do môi trường; Trọng lực các khâu; Lực quán tính - Ngọai lực “giả”... Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp: a... Giả
Trang 1CHƯƠNG 3 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU
TS PHẠM HUY HOÀNG
Chương 3:
Động lực học cơ cấu
I Mở đầu:
1 Phân lọai lực:
a Ngọai lực: Lực phát động; Lực cản kỹ thuật (lực
cản có ích); Lực ma sát do môi trường; Trọng lực
các khâu; Lực quán tính - Ngọai lực “giả”.
Trang 2* Lực quán tính - Ngọai lực “giả”:
i i J i qt M i S
i
m
i
qt
Fr =- r ; =- e
0
;
=
+
i F M i
i M i
qt
F
i
i
i i J
i F i
M
i i
M i
S
i
m
i i
i S i
i qt
Fr 1
r
4
Fr
3
Fr
1
M
2
M
i qt M
i S i
i S
r 1
r
4
Fr
3
Fr
1
M
2
M
i
e
Lực quán tính:
2 Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp:
a Khớp tịnh tiến lọai 5: 2 ẩn số - độ lớn và điểm đặt
p
kj N
=
kj
Nr
kj N
kj M
N x
M =
Trang 32 Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp:
b Khớp bản lề: 2 ẩn số - độ lớn và phương
i
j
ngõng trục j
Rr
pr
=
ij
Rr
2 Áp lực tại các khợp phẳng thường gặp:
c Khớp lọai 4: 1 ẩn số - độ lớn áp lưc
ij
Nr
=
ij
Nr
Trang 43 Nhóm tĩnh định / Nhóm Axua:
Nhóm tĩnh định: có thể giải bài tóan lực - số ẩn bằng số
phương trình
Nhóm Axua:bậc tự do bằng 0
Xét nhóm các khâu phẳng có: n khâu động, p4khớp lọai 4 và
p5khớp lọai 5
Bài toán lực: số phương trình 3n, số ẩn (p4+2 p5)
Bậc tự do: 3n - (p4+2 p5)
Điều kiện tĩnh định Ξ Điều kiện Axua: 3n - (p4+2 p5) = 0
3 Nhóm tĩnh định / Nhóm Axua:
Nhóm phẳng toàn khớp thấp: n khâu động và p5 khớp lọai 5
Điều kiện tĩnh định Ξ Điều kiện Axua: 3n - 2 p5 = 0
→ Nhóm {2 khâu 3 khớp}, {4 khâu 6 khớp}, {6 khâu 9 khớp},
Trang 54 Giải bài toán lực bằng phương pháp phân tích lực:
a Giải các bài toán vị trí, vận tốc và gia tốc, để có số liệu về
cáclực quán tínhtrên mỗi khâu
b Xác định các lực đã biết và chưa biết, xác định lực cân
bằng ở dạng nào (lực hay moment) và tác động trên khâu
nào
Lực cần bằng: ngọai lực chưa biết cân bằng tất cả các ngọai
lực còn lại.
c Táchcơ cấu thành cácnhóm tĩnh địnhvàđặt các áp lực
khớp động lên các thành phần khớp động có lưu ý tới sự
bằng nhau về độ lớn và ngược chiều nhau cuả lực và
phản lực tại các khớp (định luật III Newton)
4 Giải bài toán lực bằng phương pháp phân tích lực:
d Giải bài toán lực (tìm áp lực tại các khớp động) cho các
nhóm theo thứ tự“từ xa về gần”:
- Giải cho nhóm ở xa hơn (ở nhóm chứa các lực đã biết),
lấy kết quả tìm được làm dữ liệu (coi như lực đã biết) của
nhóm kế tiếp và gần hơn
- Công việc trên được lần lượt thực hiện cho tới khi chỉ còn
lại khâu dẫn
e Giải bài toán lực cho khâu dẫn (tính áp lực khớp động tại
khớp nối khâu dẫn với giá và lực cân bằng)
Trang 65 Phương pháp công ảo / di chuyển khả dĩ:
å
+ n
i
n
i
i qti M Si v qti F i
i M i v i F cb
N
1
0 1
r
i
Fr
i
M
i
w
i
vr
qti
Fr
i
qt
M
Si
vr
cb
N
1
.w
cb
M
cb
cb
v
cb
P
cb
.
cb M
i
Fr
II Ví dụ 1:
F F
F
F
F2 = 3 = 3 qt2 = 3 qt3 = 3
? 1
?,
2
=
=
=
M
ij
R
Fa
qt
M
r
const
CAB a CD l a BD l a BC
l
a
AB
l
º
=
= Ð
=
=
=
=
w
w1
60 ,
2
3 ,
2
3 ,
3
A
D B
C
1
2
3 0
1
w
2
qt
M
2
Fr
1
M
3
Fr
3
qt
Fr
Trang 7w
2
qt M
2
Fr
1
M
3
Fr 3
qt
21
Rr
01
Rr
2
qt
12
Rr
32
r
3
Fr
3
qt
Fr
03
Nr
03
M
12
Rr
3
Fr
3
qt
Fr 23
Rr
03
Nr
03
M
ïï
ï
í
ì
= +
-= -+
-Û
ïî
ï
í
ì
= +
+ +
= + +
) 2 ( 0
) 1 ( 0
32 12 2
0 ) 32 ( )
12 ( )
2 ( 2
0 32 12
2
y R
y
R
x R x R F
R B M R
B M F B M
qt
M
R R
F
r r
r
r r
r
2
qt
12
R r
32
R r
Trang 8ï
î
ï
ï
í
ì
=
=
-= +
+
-Û
ïî
ï
í
ì
= +
+ +
+
= +
+
+
) 6 ( 0
03
) 5 ( 0
23 03
) 4 ( 0 23 3
3
0 03 )
03 ( )
23 ( )
3 ( )
3
(
0 03 23
3
3
M
y R
N
x R qt F
F
M N
C M R
C M qt
F C M
F
C
M
N R
qt
F
F
r r
r r
r r
r
r
3
Fr
3
qt
Fr 23
Rr
03
Nr
03
M
y y
x x
y y
x x
R R
R R
R
R
R R
R R
R
R
32 23
32 23
32
23
21 12
21 12
21
12
, :
, :
=
=
-=
=
=
-=
r
r
r
r
ï ï ïï
ï í
ì
+
=
=
=
=
=
=
=
=
-=
=
3
) 1 3 ( 2 5
2
21 12 32 23 03
21 12
3 3 23 32
F R
R R R N
F R
R
F F
F R R
y y y y
x x
qt x
x
2
qt
12
Rr
32
r
3
Fr
3
qt
Fr
03
Nr
03
M
12
Rr
3
Fr
3
qt
Fr 23
Rr
03
Nr
03
M
Trang 9ï ï
ï î
ï ï
ï í ì
+
=
+
=
=
=
= Û
î í
ì
= + +
= +
y aR x
aR M
F y
R y R
F x
R x R
M R
A M R
A M
R R
21 2
1 21 2
3 1
3
) 1 3 ( 2 21 01
5 21 01
0 1 ) 01 ( )
21 (
0 01 21
r r
r r
Fa M
6
2 3 17
A
1
1
M
B
21
R r
01
R r
0 1 6
2 3 17 1 3
2 ) 3 ( 3
1 1
2
3 3
1
1
3 ) 3 3 ( 2 2 2
2
1
1
0 3 ) 3 3 ( 2 2 2
2
1
1
0 3 ) 3 3 ( 2 2 2
2
1
1
>
+
= +
-+ +
=
+ -+ +
=
=
-+
-= +
+ +
+
w w
w w
w
w w
w w
w w
Fa a
F F Fa
a F
M
C v F qt F qt
M D v
F
M
C v F qt F qt
M D v
F
M
C v F qt F qt
M D v
F
=
1
w
2
qt M
2
Fr
1
M
3
Fr
3
qt
Fr
2
D
vr
3
vr 2
w
Trang 10III Ví dụ 2:
F qt F qt
F
F
F2= 3= 3 2= 3 3= 3
?
1
?,
2
=
=
=
M
ij
R
Fa
qt
M
r
A
B
C
3
0
1
M
3
qt
M
2
qt
M
3
M
3
Fr D
const
CAB
a AC
l
a
AB
l
º
=
=
Ð
=
=
w
w1
90
, 3 ,
o
Trang 11ï î
ï
ï í ì
=
-=
-= + -Û ïî
ï
í
ì
= +
+ +
=
+
) 3 ( 0 32 2
) 2 ( 0
12
) 1 ( 0 12 32 0
) 32 ( )
12 ( 32
2
0 32
12
M qt M
y R
x R N
N B M R
B M M
qt
M
N
R
r r
r
r
2
qt
M
12
Rr
32
Nr
32
M
ï
î
ï
í
ì
= +
+
+ +
+
= +
+
0 23 3
3
) 23 ( )
03 ( )
3
(
0 23 03
3
M qt M M
N C M R
C M F
C
M
N R
F
r r
r
r r
r
ï
ï
í
ì
= +
-= +
+
-Û
) 4 ( 0 03 23 30
cos
3
y
x R N
F
o
o
3
qt M
3
M
03
Rr
3
Fr
23
Nr
23
M
Trang 1223
32 23 , 32 23 : 32
23
21 12 , 21 12 : 21
12
M
M
y N y N x N x N N
N
y R y R x R x R R
R
=
=
=
-=
=
=
-=
r
r
r
r
ï
ï
ï
ï
ï
ï
î
ïï
ï
ï
ï
ï
í
ì
=
=
=
=
=
-=
=
=
=
=
=
=
Fa qt
M M
M
F F
y
R
F x
R
y
R
y
R
F N
N x
R
x
R
2 32
23
2
3 3
2
1
03
4
3
3
03
0 21
12
4
3 9 23 32
21
12
2
qt
M
12
Rr
32
Nr 32
M
3
qt
M
2
qt
M
3
M
3
Fr
12
Rr
03
Rr
3
qt
M
3
M
03
Rr
3
Fr
23
Nr
23
M
ï ï ï î
ï ï ï í ì
=
=
=
=
=
Û î
í
ì
= + +
= +
o
r r
r
r
60 cos 21 1
0 21 01
4
3 9 21 01
0 1 ) 01 ( )
21
(
0 21 01
AB x R M
y R y R
F x
R x R
M R
A M R
A
M
R
R
Fa M
8
3 9
1 =
1
Rr
01
Rr
Trang 130 4
1 ) 3 ( 4
1 ) 2 ( 4
1 ) ( ) 2
3 )(
4
1 3
(
3
1
1
3 3 3 3 2
2 150
cos ) 3 (
3
1
1
3 3 3 3 2
2 150
cos 3 3
1
1
0 3 3 3 3 2
2 150
cos 3
3
1
1
0 3 3 3 3 2
2 3
3
1
1
>
+
-=
+
-=
+
-=
=
-+ +
+
= +
+ +
+
w w
w w
w
w w
w w
w
w w
w w
w w
w w
w w
w w
Fa Fa
Fa a
F
M
M qt
M qt
M CD
F
M
M qt
M qt
M D
v
F
M
M qt
M qt
M D
v
F
M
M qt
M qt
M D
v
F
M
o o o
r
r
Fa M
8
3 9
1 =
1
M
3
qt M
2
qt M
3
M
3
Fr
3
2 w
w = 1
w
3
D
vr