Chương 9 phân tích lực động

Mục tiêuSau khi học xong chương này, sinh viên cần nắm được: • Xác định các tải trọng tác dụng lên từng khâu trong cơ cấu • Xác định lực tại các khớp động • Xác định mô men cân bằng trên

Trang 1

Chương 9

Nguyên lý máy

Trang 2

Mục tiêu

Sau khi học xong chương này, sinh viên cần nắm được:

• Xác định các tải trọng tác dụng lên từng khâu trong cơ cấu

• Xác định lực tại các khớp động

• Xác định mô men cân bằng trên khâu dẫn để tạo ra chuyển động của cơ cấu theo yêu cầu cụ thể

Trang 3

Các nội dung chính

1 Giới thiệu

2 Trọng tâm và khối tâm

3 Mô men quán tính và mô men quán tính ly tâm

4 Lực quán tính và nguyên lý D’alembert

5 Phương pháp đồ thị

6 Khâu chuyển động quay quanh 1 trục cố định

Trang 4

Tại sao phải phân tích áp lực?

mômen) tác dụng lên các khâu

Trang 5

* Các thông số cần thiết cho quá trình phân tích lực động :

- Gia tốc góc của các khâu (α)

- Gia tốc dài của khối tâm tất cả các khâu (A CM)

- Khối lượng các khâu

- Mô men quán tính khối tâm của các khâu I CM

- Ngoại lực và mômen

* Giả thiết các thông số này đã biết hoặc có thể xác định đượcthông qua việc giải các bài toán ở chương trước

1 Giới thiệu

Trang 6

Khối lượng các khâu I CM của các khâu

Trang 7

2 Tâm và khối tâm

Phân tích lực động: Cáclực động sinh ra bởi gia tốc khối tâm

Hình (a) thể hiện một vật chuyển động theo quỹ đạo tròn có gia tốchướng tâm  chịu lực quán tính ly tâm Lực này ngược chiều với gia

tốc hướng tâm và tạo ra áp lực tại khớp quay

Trên hình (b) thể hiện một trục quay với một khối lượng lệch tâm

ω = const

Cần

L ực ly tâm

Vận tốc góc không đổi Lực ly tâm

Vật quay

Khối tâm

Trang 8

 T rọng tâm của một vật thể hay một hệ các vật thể là điểm trung bình

theo phân bố trọng lượng của vật thể

 Kh ối tâm của một vật thể hay một hệ các vật thể là điểm trung bình

theo phân bố kh ối lượng của vật thể(có khối lượng bằng khối lượng của hệ)

(a) Các khối lượng tập trung trên một đường thẳng;

(b) Các khối lượng tập trung trên một mặt phẳng

Trang 9

Vị trí khối tâm của một khối trụ tròn(a), một khối hình chữ nhật(b),

m ột lăng trụ tam giác(c)

Trang 10

Khi vật rắn có hình dạng phức tạp, khối tâm có thể được xác định bằngcách coi vật thể đó được tạo bởi các khối nhỏ có hình dạng đơn giản.

V ật có hình dạng phức tạp

Trang 11

Mô men quán tính

Mô men quán tính ly tâm

Tensor quán tính

k: bán kính quay

Biến đổi giữa các trục song song

IG: Mô men quán tí nh đối với trục đi qua tâm I: Mô men quán tính qua trục song song với trục đi qua, cách nhau một khoảng d

H ệ trục quán tính chính: Tất cả các mô men quán tính ly tâm bằng 0

Mô men quán tính chính

Trang 12

 Ví dụ:

Thanh truyền làm bằng gang có khối

lượng riêng 0.260 lb/in3 Tìm mô

men quán tính đối với trục z

1”.dia holes

Trang 13

4 L ực quán tính và nguyên lý D’alembert

(a) Hệ lực không cân bằng trên một vật rắn; (b) Các giá trị gia tốc làm hệ lực mất cân bằng

Trang 14

 Nguyên lý D’Alembert :

• Tổng các ngoại lực và lực quán tính tác dụng lên một hệ vật bằng 0

• Tổng các mô men ngoài và mô men quán tính tác dụng lên một hệ

Trang 15

Ví dụ:

(a) H ệ lực mất cân bằng do gia tốc; (b) Lực quán tính và mô men quán tính (c) Dời

l ực quán tính từ khổi tâm của khâu

1 Độ lớn cuả lực quán tính: mA G

2 Lực quán tính ngược chiều với gia tốc A G

trên

Trang 16

Ví dụ 1 Xác định lực FA để khâu 2 chuyển với vận tốc 12.6 ft/s như trên hình

vẽ Giả thiết cơ cấu đặt trên mặt phẳng ngang (bỏ qua tác dụng của trọng

l ực), bỏ qua ma sát tại các khớp động Khối lượng khâu 3 2,2lb, mô men quán tính I3= 0.0479 lb.s 2 in

Trang 17

• Ví dụ: các yếu tố phi tuyến: lực ma sát tĩnh, Các hệ thống có khe hở

hoặc các hệ thống lò xo có độ cứng thay đổi khi chúng bị uốn cong

Trang 18

Phân tích áp lực cơ cấu phẳng :

1) Phân tích động học cho cơ cấu

2) Phân tích các lực tĩnh của cơ cấu

3) Xác định các lực quán tính và mô men quán tính của từng khâu.4) Kết hợp kết quả của bước 2 và bước 3, xác định được tất cả các

lực và mô men trên từng khâu

Trang 19

Ví dụ: Phân tích lực cho cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng trong hình vẽ.

Trang 20

Tách riêng khâu 4 và đặt các lực tác dụng lên khâu như hình vẽ

Trang 21

Tách riêng khâu 3 và đặt các lực tác dụng lên khâu như hình vẽ:

Trang 22

6 An example of graphic analysis

Tách riêng khâu 2:

Trang 23

7 Khâu chuy ển động quay quanh một trục cố định

Điểm P: Được gọi là tâm va

đập

Tại P mô men của lực quán

tính bằng không

Trang 24

8 L ực rung và mô men rung

L ực rung và mô men rung : Do quán tính của các bộ phận quay mà lực rung làm cho mô men rung được truyền đến giá hoặc nền của cơ cấu/máy

Four-bar linkage Cơ cấu 4 khâu

bản lề

Lực rung tổng hợp

Mô men rung tổng hợp

Trang 25

• Động cơ đặt tại O2, sinh ra α

và aCM

Trang 26

Giải 3 phương trình để xác định các giá trị cần tìm

9 Phương pháp số

Các thông c ần tìm: Mô men cân bằng và phản lực tại khớp động

 Khâu quay quanh m ột trục cố định

Trang 27

S ử dụng ma trận để giải (chỉ dùng cho phương pháp số)

S ử dụng maple để giải (cho cả phương pháp số và đại số)Mỗi khâu sẽ lập được 3 phương trình cân bằng

Trang 28

Mô men quán tính qua tâm: 0,08 kgm 2

Giải bằng ma trận:

• Kh ối lượng khâu:

Trang 29

 Cho cơ câu như trên hình vẽ:

• Ngoại lực F P cho trên hình

• Động cơ đặt tại O2

b ằng trên khâu 2 và phản lực tại các kh ớp động

Trang 31

• Giải 7 phương trình để xác định 7 thông số chưa biết

• S ử dụng ma trận để giải 7 phương trình này:

Trang 32

 Cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng

• Tải trọng tác dụng: FP tác dụng tại điểm P, mô men T4tác dụng lên khâu 4

• Động cơ đặt tại B

• Cần xác định: Mô men cân bằng trên khâu 2 và áp lực tại các khớp động

Trang 33

 Cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng

• Khâu 2

• Khâu 3

Trang 35

 Cơ cấu tay quay con trượt

• Tải trọng tác dụng: FP tác dụng tại điểm B trên con trượt

• Động cơ đặt tại A

• Cần xác định: Mô men cân bằng trên khâu 2 và áp lực tại các khớp động

Trang 36

• Khâu 2

• Khâu 3

Trang 37

• Khâu 4

• Giả thiết về ma sát:

- Trường hợp không có ma sát: F sliding,x = 0

- Trường hợp có ma sát : Fsliding,x = µFsliding,y

Trang 38

 L ực rung và mô men rung

Trang 39

 Lực rung và mô men rung

Mô men rung: Các mô men phản lực tại giáLực rung: Tổng các lực tác động lên mặt phẳng của giá

Trang 40

 Lực rung và mô men rung

• Các lực rung có xu hướng làm cho giá di chuy ển về phía tr ước và phía sau

hướng làm giá lắc quanh trục dẫn động

lực rung và mô men rung:

- Cân bằng cơ cấu/máy

- L ắp thêm bánh đà

- Giá/ khung đàn hồi

Đồ thị lực rung của 1 cơ cấu bốn

khâu bản lề mất cân bằng

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	2,63 MB