B 01 Pc 1 2 5 Lời nói đầu Trong thời đài ngày nay nền khoa học tiên tiến đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng, các hệ thố
Trang 1B
01
Pc 1
2
5
Lời nói đầu
Trong thời đài ngày nay nền khoa học tiên tiến đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng, các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bớc thay thế sức ngời, để tạo ra đợc những máy móc ngày càng hoàn thiện và hiện đại hơn thì bộ môn Nguyên lý máy đóng vai trò rất quan trọng
Với một nền công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì chúng ta phải chế tạo đợc ra các thiết bị máy móc, công cụ để đáp ứng cho mọi ngành sản xuất
Việc thiết kế đồ án hoặc hoàn thành bài tập lớn là một khâu rất quan trọng trong quá trình học tập và nghiên cứu môn học Nguyên lý máy, nó giúp cho ngời sinh viên hiểu sâu và đúc đợc những kiến thức cơ bản của môn học
Qua thời gian học tập, nghiên cứu lý thuyết và thực tế em đã đợc giao đề tài thiết kế
“Cơ cấu dẫn động băng tải lắc” Với đề tài này qua một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu
tài liệu kết hợp với sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Quý Đạc và các thầy cô trong tổ môn đến nay về cơ bản đồ án của em đã hoàn thành
Mặc dù trong thời gian khá dài em đã nghiên cứu kỹ nhng do kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những sai sót
Vậy em rất mong đợc sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô để cho đề tài cũng nh môn học của em đợc hoàn chỉnh hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2002
Sinh viên
Nguyễn Thanh Sơn
Phân tích lợc đồ cơ cấu chính
Cơ cấu gồm 5 khâu,cơ cấu chính của hai tay quay con trợt là cơ cấu tổng hợp từ cơ cấu
4 khâu bản lề và cơ cấu tay quay con trợt
Công dụng của cơ cấu 2 tay quay con trợt là biến chuyển của bộ phận dẫn động thành bộ phận tịnh tiến của bộ phận công tác
Đặc điểm của chuyển động và ta phải thiết kế quay toàn vòng đều với vận tốc góc , truyền chuyển động cho khâu 4 (thanh truyền) và biến chuyển động quay toàn vòng thành chuyển động tịnh tiến của khâu 5
Lợc đồ cơ cấu chính:
Trang 202
B
C
2 3
5
Tính bậc tự do của cơ cấu : w=3n-(2P5+P4)+R-S
n:số khâu động ; S:số bậc tự do thừa;
P4:số khớp cao loại 4; R:số ràng buộc thụ động;
P5:số khớp loại 5;
cơ ấu có một bậc tự do
Tách nhóm Axua:
Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí
a = 26mm; b = 30mm; = 260;
n1 = 75(vg/phút); 3min = 3rad/s;
Để xác định kích thớc các cơ cấu ta dựa vào dữ liệu đầu bài:
AB = l2: kích thớc khâu 2
BO2 = l3: kích thớc khâu 3
l0 = o1o2 = a 2 b2 = 39,7mm
Xác định l2 , l3 ta dựa theo điều kiện quay toàn vòng của cơ cấu 4 khâu bản lề : O1AO2B
Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1
l0 +l1 l2 +l3
L0 L1 L2 L3
Điều kiện quay toàn vòng của khâu 3
l0 +l3 l1 +l2
L0 L3 L 1 L2
Từ hai điều kiện đó ta tìm đợc:
l2 = 56mm, l3 = 80mm,
=
B O
L BC L
2
= 3
4
L
L
= 7 l4 = 7l3 = 560 mm
Vẽ hoạ đồ : chọn tỷ lệ sích:
l =
A O
A O L
1
1 =
40
09 ,
Đoạn biểu diễn các khâu trên hoạ đồ:
Trang 3AB =
00225 ,
0 0 , 144 =64mm; O2B = 60mm;
A = 18mm; B = 22m;
BC = 6,5O2B =390mm;
Biết : 1 =
30
n = 7.85 rad/s
Lập phơng trình: V B2=V A2 +V B 2A2 (1)
Trong đó: V B2 vuông góc với O2B biết phơng cha biết giá trị; V A2 phơng vuông góc với O1A, chiều 1 ,có giá trị
VA1= VA2= 1 l01A=0,51m/s
2
2 A
B
V
có phơng vuông góc với B2A2,giá trị cha biết
V C4=V B4 +V C 4B4 (2)
Trong đó:
V B4 = V B2 = V B3 đã biết theo phơng trình (1)
V C 4B4 phơng vuông góc với C4B4,cha biết giá trị
Chọn tỉ lệ xích: v = 1 l =0,0073m/mms
Cách vẽ :
Gọi p là tâm vận tốc tức thời Từ tâm p kẻ pa1=70mm phơng vuông góc O1A, chiều 1,
từ đầu mút a1kẻ đoạn thẳng m có phơng vuông góc với AB Từ p kẻ đoạn thẳng n phơng vuông góc O2B ,chiều 3 khi đó giao của m và n tại điểm đó chính là điểm b1 b2 Với
điểm c : từ tâm phơng vuông góc ta kẻ đờng thẳng l theo phơng ngang biểu diễm V C , Từ mút b1 kẻ đờng thẳng kcó phơng vuông góc với CB biểu diễn V CB Giao của l và k là c4
c5,theo cách tơng tự ta vẽ hoạ đồ cho các vị chí còn lại Kích thớc các đoạn biểu diễn trên hoạ đồ đem nhân với v
Vận tốc các khâu :
VB = v.pb; VC = v.pc;
VBA = v.ba; VCB = v.cb;
Vận tốc góc các khâu:
2 = AB
BA
L
V
; 3 = O B
B
L
V
2 ; 4 = CB
CB
L
V
;
Lập bảng trị số các đoạ biểu diễn vận tốc và vận tốc góc:
Trang 4vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8 9
III) Vẽ hoạ đồ gia tốc :
Tại các vị trí khác nhau phơng trình véc tơ hoàn toàn giống nhau nên ta vẽ hoạ đồ gia tốc cho hai vị trí là vị trí 4 và 8
1) Tính toán cho vị trí 4
Lập phơng trình gia tốc :
1
A
a =a n A
1+a t A
1= a A 2 (3)
Trong đó a n A
1 có phơng AO1 ,chiều từ AO1,vì khâu quay đều 1 = const a t A1 =
0 ;có giá trị
n a A
A
a
1
1 1.lO1A =61,6225.0,065=4.005 m\s2
2
B
a = n
A a
2+ a t A
2 2
B + a n B A
2
2 (4)
2
B
a = a t
2
B + a n B
2=
3
B
a =
4
B
a
Trong đó a n
2
2A
B có phơng chiều từ BA Giá trị đợc xác định theo biểu thức
a B n2A2 = 2 lAB = (6.786)2.0,056=2,579 m\s2;
t
A
a
2
2
B có phơng vuông góc với AB và giá trị cha xác định
a t B2A2= 2.lAB
2
B
a có phơng vuông góc với O2B có chiều phụ thuộc chiều 3 giá trị xác định
2
n B
3.lO2B= (4.063)2.0,08 = 1,321 m\s2 ;
a C4=a B n C B a C t B
4 4 4 4
4 =a C5 (5)
Trang 5Trong đó: a C4có phơng ngang là phơng con trợt,
4
4b c
n
giá trị:
a C n4B4= 4 lBC= (0,505)2.0,56 = 0,143 m\s2 ;
a c t b
4
4 có phơng vuông góc với BC và có chiều phụ phuộc chiều 4 giá trị cha biết
t
B
C
a
4
4 = l C 4B4.4
Chọn tỷ lệ xích: a=1.l=(7.85)2.0,00093=0,0573
Đoạn biểu diễn thực trên bản vẽ:
nB=
a
n B a
=0,0573
1.321
= 23 mm,
nBA=
a
n BA a
=0.0573
2.579
= 45 mm,
nCB=
a
n CB a
=0.0573
0.143
=2.5 (mm) Tịnh toán cho vị trí 8
a n B2A2=2 lAB=(4,179)2.0,056=0.978 m\s2
a B2 n B2 = 3.lO2B= (7,1)2.0,08=4,033 m\s2
a C n B
4
4 = 4 lBC= (0,404)2.0,56 = 0,0914 m\s2
Đoạn biểu diễn thực trên bản vẽ:
nB=
a
n B a
=0,0573
4,033
= 70,4 mm
nBA=
a
n BA a
=0,0573
0,978
= 17,1 mm,
nBC=
a
n CB a
=0,0573
0,0914
= 1.6 mm
Đoạn biểu diễn gia tốc các điểm trên các khâu tại hai vị trí số 4 và số 8
Vị TRí a’1-2 b’3-4-5 c’4-5 a2’b2’ b’4c’4 s’2 s’3 s’4
Trang 64 4,01 1,4 0,85 2,87 1,05 2,64 0,7 1,03
Những phản lực cần xác định là :phản lực R05 tạI khớp trợt o; phản lực R45 (hoặc R54) tạI chốt pistông (c) ,R234 tạI B ,R12 (R21) tạI khớp quay A,phản lực R51 tạI khớp quoay O Cơ cấu đang xét có 1 bậc tự do và gồm 2 nhóm loại 2:là ( 4-5) , (2-3) , khâu dẫn 1
PC = 950 N ;
G1 = q.L1 = 350000.0,09 = 27750 N
G2 = q.L2 = 350000 0,056 = 19600 N;
G3 = q.L3 = 350000 0,08 = 28000 N;
G4 = q.L4 = 350000.0,56 = 196000 N;
G5 = 4G4 = 4.196000 = 784000 N;
m2 =
g
G2
= 1960 (kg); m3 =
g
G3
= 2800 (kg);
m4 =
g
G4
=19600 (kg); m5 =
g
G5
=78400 (kg)
a) Phân tích lực tại vị trí số 4:
Đặt lực :
Lực cản kỹ thuật đặt tạI khâu 5
Trọng lợng các khâu G3 , G2 , G4 ,G5 đặt tạI trọng tâm các khâu,
Khối lợng các khâu : m2 ;m3 ;m4 ;m5
Lực quán tính : Lực quán tính của thanh truyền BC (do chuyển động song phẳng):Pq4 có trị
số
Pq4=m4 as’4 =19600.1,03=20188(N)
Đặt tại T là giao đIểm giữa đờng thẳng kẻ qua K và song song với véc tơ s’2 trên hoạ
đồ gia tốc và đờng thẳng kẻ qua s2 song song với véc tơ a’
( 4
4 4
4 a A sa B
sa )
Cách xác định tâm va đập K:
Chọn đIểm B làm cực
BK4 = BS4 +
4 4
4
BS m S
J
BC m
BC m
4 12
2
4 2
=
6
BC =602,2/6 = 100,4 mm
Xác định áp lực khớp động :
Tách nhóm Axua 4-5 , đặt các lực Pc ,G5, Pq5,G4, Pq4,kẻ phơng R05 ,áp lực khớp động R234 tạI
B đợc phân ra làm hai thành phần
Rt
234 và Rn
234.để tính Rt
234 ta tách riêng khâu 4 và lấy mô men với điểm C
Trang 7Rt
234=
BC
H q P H
G4. 1 4. 2
=
560
54 , 299 196000 84
.
20188
=111558,7 N
Vậy phơng trình lực của nhóm 4-5 là :
p45= R05 +
C
P +G 5 +
5
P +G 4
+R t
234 + +
R n
234
Vẽ hoạ đồ lực và ta xác định đợc R05 ,Rn
234 , R234 , Để xác định R54 ta dựa vào phơng trình cân bằng lực riêng của khâu 4
234 4
4
54 G P q R
Với tỷ lệ xích:p=1900 N/mm
Tiếp tục tách nhóm Axua 2-3 ;Tại B có
432
R =-R234, đặt các lực G3, Pq3 tại A có R12 và tại O2 có R03 phơng trình cân bằng
lực của nhóm axua là :
p23= R03 +
3
G +P3+R43+ R12 = 0 R03 và
12
R cha biết cả trị số và phơng nên Phơng trình lực còn 4 ẩn ta khử
ẩn số bằng cách tách con trợt 2 ra , con trợt 2 chịu tác dụng của lực R12 đI qua A ta phân
ra làm 2 thành phần Rt
12 và Rn
12xác định Rt
12 bằng cách lấy mô men với điểm B
Rt
12=
AB
H q P H
G2. 3 2. 3
=
64
457 , 22 50400 6671
, 25
15624
=5705,035
Tơng tự tách khâu BO2 ta xác định đợc Rt
03
Rt
03=
2 0
6 3 5
.
3
B
H q P H
=
60
3917 , 3 25 , 4016 6323
, 28
=13554,6 N
Vẽ đa giác lực ta suy đợc Rn
03 ,Rn
12 R12
Cuối cùng còn lại khâu dẫn o1A chịu tác dụng của lực R21=-R12 đặt tại A và một mô men cân bằng
Lấy tổng mô men đối với điểm o1 ta có:
MCB=(R21.h1-G1.h2)L= (108,3.19-31500 4,88) 0,00225
=-441,24 Nm
Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phơng pháp đòn jucopki:
Cách làm xoay hoạ đồ vận tốc đi 1 góc 900 đặt các lực vào các điểm tơng ứng trên hoạ đồ vận tốc lấy mô men với gốc p những lực nào chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc sẽ mang dấu dơng sau đó nhân với -v/1 ta đợc mô men cân bằng
MCB=- ( )
1
1
k k
M k V
=-L (G1.h6 –G2.h3 –(G3 + G4) h5 + (Pq5–Pc ) p4c4- Pq2 h4
Trang 8Pq3 h2 +Pq4 h1 )
=-0,00225.(31500.4,8-50400.8-(47250+307125) 12,88+
(58746,6-1000).6,34-15624.10,8-4016,25.3,5+44330,9.2,3)
=-448,03 Nm
Phân tích lực tạI vị trí số 8:
Ta cũng tiến hành nh ở vị trí số 4
Rt
234 =
BC
H q P H
G4. 1 4. 2
=
390
3318 , 229 5 , 148648 0398
, 192
307125
=-63821,565mm
Rt
12 =
AB
H q P H
G2. 3 2.
=
64
697 , 23 50400 5396
, 26 4 ,
=3279mm
Rt
03 =
2 6 3 5 3
B
H q P H
=
60
5591 , 7 21735 5911
, 7
47250
= 3239,707mm
MCB=(R21.h1-G1.h2)L
= (327,0094.36,1182+31500 4,88) 0,00225
=372,5 Nm
Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phơng pháp đòn jucopki:
MCB= -L (G1.h6 –G2.h3 –(G3 + G4) h5
+ (Pq5–Pc ) p4c4- Pq2 h4 - Pq3 h2 +Pq4 h1 )
=379,813 Nm
Nhận xét : tính mô men cân bằng theo hai phơng pháp thì không chênh lệch nhau nhiều lắm
Vị trí 4 sai lệch là 1,5690/0
Vị trí 8 sai lệch là 6,290/0
Lập bảng:
1)Tính mô men cản thay thế
a)vẽ biểu đồ mô men thay thế
Tính mô men cản thay thế theo phơng pháp đòn jucopky ta xoay 9 vị trí hoạ đồ vận tốc của cơ cấu theo chiều 1 1 góc 900,sau đó đặt trọng lực của các khâu G1, G2, G3, G4,G5
vào trọng tâm các đoạn trên hoạ đồ vận tốc ,đặt lực cản kỹ thuật Pc tạI C sau đó lấy mô men vơI gốc hoạ đồ P ta đợc :
MCtt = l [Pc ( ) G1( ) G2.( ) G3.( )G4.( )]
Ta có bảng trị số mô men cản thay thế:
Trang 9Vị trí 1 2 3 4 5 6
Những lực nào gây ra mô men chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc ta lấy dấu (+) ,lực nào gây ra mômen cùng chiều xoay vận tốc ta lấy dấu (-)
Vẽ đồ thị Mctt ,từ các giá trị ta tìm đợc
Trục tung biểu thị Mctt với tỷ lệ xích M = 294,4
mm Nm
Trục hoành biểu thị góc quay với tỷ lệ xích = 0,0314
mm
rad
b)vẽ đồ thị công Ac ,Ađ và mô men phát động Mđ
Tích phân đồ thị Mctt ta đợc đồ thị công cản , chọn cực tích phân H=70 mm
A = M H = 294,4 0,0314.70=646.212
mm Nm
Phơng pháp tích phân :
Trên trục hoành của đồ thị Mctt chia làm 9 đoạn bằng nhau tạI các trung đIểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đờng cong tạI các đIểm a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9, trên đờng cong Mctt ,lấy một đIểm H trên trục o cách o một khoảng 60 mm gọi là cực tích phân ,từ các điểm a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9 ta dóng song song trục hoành cắt trục tung tạI
Trang 10các vị trí tơng ứng b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9 ,nối các vị trí tơng ứng này với đầu mút H ta đợc các đờng thẳng có độ nghiêng khác nhau
Trên biểu đồ vẽ Ac cũng chia trục hoành nh biểu đồ Mctt
Từ diểm gốc 1 và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽ một đoạn 1C1 song song Hb1
cắt đờng thẳng song song với trục tung kẻ từ 2 tạI C1 sau đó từ C1 lạI lặp lạI cho hết 9 khoảng chia cuối cùng ta vẽ đợc Ac
Nối đIểm đầu và đIểm cuối của đồ thị công cản Ac=f() ta đợc đồ thị công phát động
Ađ =f() vì rằng mô men động thay thế là hằng số :Mđ=const (cha biết trị số mô men
động ) Nhng công của mô men không đổi bằng
Ađ = Mđ.
Nghĩa là công của lực phát động Ađ tỷ lệ với góc và trên trục toạ độ Ađ - góc phải đợc biểu thị bằng đờng thẳng
ngoài ra , sau toàn bộ chu kỳ làm việccủa máy , công động bằng công cản:
Ađ=Ac
Vì vậy đờng thẳng Ađ =f() sẽ nối điểm đầu và điểm cuối đờng cong Ac=f() (ở đầu và
ở cuối chu kỳ Ađ=Ac)
Trị số của mô men phát động xác điịng bằng cách vi phân đồ thị
Ađ=f()
Muốn thế ,từ điểm p của đồ thị M=f() ta kẻ tia song song với đờng thẳng Ađ= f() tới cắt trục M Tung độ sẽ biểu thị mô men phát động Mđ với tỷ lệ xích M
c)Xây dựng đồ thị đồ thị E = f():
E = A = Ađ - Ac
Bằng cách trừ các đồ thị chú ý rằng nếu Ađ >Ac thì E dơng và nếu Ađ <Ac thì
E âm Xây dựng đồ thị E = f() với tỷ lệ xích E = A = 646,212
m m
jun
.
2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế :Jtt
a)Vẽ đồ thị Jtt
Xác định độ lớn của mô men quán tính thay thế đối voéi tất cả các vị trí của nó
Theo công thức :
Jtt = 2
1
1
( m5.vs52 +m4.vs42 +m3.vs32+ m2.vs22
+Js222 +Js332 +Js44 )
Biến đổi =
ij l ij
V
=
ij l
ij
v ta đợc :
Jtt = 2
1 1
( m5.pc2 +m4.ps42 +m3.ps3
Trang 11+ m2.ps22 +Js2 +Js1+ Js3 +Js4)
Các kết quả tính toán đối với các thành phần của công thức và toàn bộ, nêu trong bảng dựa vào bảng số liệu xây dựng đồ thị Jtt= Jtt ()
Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích J = 35,63 kg.m2/mm
= 0,0314 rad/mm
b) Xây dựng đồ thị khối năng E = f(JH) bằng cách khử của các đồ thị E = f() và Jtt
= f() Sau đó khi xác định các đIểm ứng với các vị trí ,ta nối các đIểm đó bằng đ ờng cong trơn tỷ lệ xích E và J của đờng cong khối năng E = f(Jtt) cũng là tỷ lệ xích E của đ-ờng cong E = f() và J của đồ thị Jtt = f()
c)Xác định mô men quán tính bánh đà
Trang 12[ ] =1/30
Ta tính vận tốc góc cho phép lớn nhất và nhỏ nhất của khâu một
1max = 1[ 1+
2
] [ ]=2,5.[1+1/(30.2)]=7.87 rad
1min = 1[
1-2
] [ ]=2,5.[1-1/(30.2)]=7.723 rad
Tính các góc nghiêng max và min hợp với tiếp tuyến của đồ thị
E = f(Jtt) với trục Jtt
tg( max) =
E
J
2 tb2.(1+[ ])
=
212 , 646 2
63 , 35
(2,5.4,14)2.(1+1/35)=1.749 max=60,240
tg( min) =
E
J
2 tb2.(1-[ ])
=
212 , 646 2
63 , 35
(2,5.4,14)2.(1-1/35)=1,6519 58,820
Dựa vào các góc đó , ta kẻ các tiếp tuyến tơng ứng với đờng cong E = f(Jtt) tới cắt trục
và đo đoạn a_ b giới hạn bởi hai giao đIểm của 2 tiếp tuyến với trục tung ():a_ b= mm
Cuối cùng ta tính đợc mômen quán tính của vô lăng :
Jv=
2
_
tb
E b a
=
) 30 / 1 (
) 14 , 3 5 , 2 (
212 , 646 258
2 = 81084 (kg.m2)
Chọn đờng kính bánh đà là D = 0,7 (m) khối lợng của bánh đà là:
M=
2
D
d
4.J
0,7
81084
4
=661910 (kg) VI) Thiết kế bánh răng :
a) tính toán để vẽ bánh răngvà vẽ đờng cong trợt:
Thiết kế cặp bánh răng hình trụ ,răng thẳng ,đợc cắt với chế độ dịch chỉnh đều bằng dao thanh răng có góc L=0=200 ,
,==0 Biết mô đun m=5 mm và số răng Z1=14 , Z2=40
Tra bảng ứng với Z1 và Z2 có =1=-2=0,395 > 0
Thiết kế phải thoả mãn :
-Mô đun chọn theo tiêu chuẩn
-Tỷ xích của bản vẽ phải sao cho chiều cao răng lớn hơn 50mm
-mỗi bánh răng vẽ ít nhất là 3 răng đang trong giai đoạn ăn khớp ,biên dang răng phải bảo đảm đúng đờng thân khai