Đồ án nguyên lý máy

Mục đích của môn học:  Củng cố hệ thống lại và vạch rõ ý nghĩa thực tế của nội dung mônhọc nguyên lý máy.. Yêu cầu thiết kế môn học nguyên lý máy: Thết kế máy là một quá trình phức tạ

Đồ án

NGUYÊN LÝ MÁY

MỤC LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. GIỚI THIỆU CHUNG

1. Mục đích của môn học:

 Củng cố hệ thống lại và vạch rõ ý nghĩa thực tế của nội dung mônhọc nguyên lý máy

thức đã biết vào thiết kế động học và động lực học máy

2. Yêu cầu thiết kế môn học nguyên lý máy:

Thết kế máy là một quá trình phức tạp, phải vận dụng tổng hợp cáckiến thức của nhiều lĩnh vực kĩ thuật và cả kinh tế Quá trình thiết kếmáy gồm nhiều giai đoạn và bước liên quan với nhau , nhiều khi phảilặp lại ngay từ việc đầu tiên: chọn sơ đồ máy , quá trình đó được kếtthúc khi mà máy đã được đưa vào sản xuất

3. Nội dung thiết kế môn học nguyên lý máy:

Trong quá trình thiết kế, thết kế nguyên lý máy là giai đoạn đầu tiên,nhiệm vụ giai đoạn này là : thiết kế phần động học và động lực họccủa máy.Các nội dung của nhiệm vụ đó được sắp xếp theo thứ tự sau:

a- Chọn sơ đồ động cho máy : phải phân tích các yêu cầu của máy vềđộng lực học, so sánh các loại cơ cấu, chọn lựa các cơ cấu đểthành lập sơ đồ của máy

+ Cụm cơ cấu chính: Cụm cơ cấu trực tiếp hoàn thành nhiệm vụcông nghệ

+ Cụm cơ cấu làm nhiệm vụ điều khiển hoặn điều chỉnh

+ Cụm cơ cấu truyền động để truyền chuyển động từ nguyền nănglượng đến cơ cấu chính và cơ cấu điều chỉnh

b- Tổng hợp cơ cấu: nội dung ở đây là xác định các kích thước vàcác thông số động học và động lực học của cơ cấu theo yêu cầu vàdối với máy Phần này tiến hành theo 4 bước:

 Tổng hợp cơ cấu có chú ý dến điều kiện truyền lực: xác định cáckích thước động học của cơ cấu để đảm bảo sau này kích thướclàm việc thõa mãn yêu cầu đề ra và có hiệu suất làm việc cao

 Phân tích động học cơ cấu : xác định cụ thể động học của cơ cấunhư quỹ đạo, vận tốc, gia tốc, các điểm và các khâu dể đánh giá vềmặt động học và lấy số liệu cho các bước sau

cấu theo yêu cầu công nghệ của máy Ước định các thông số độnglực học của các khâu như khối lượng, trọng lượng, mô men quántính Tính toán để đảm bảo yêu cầu về mặt rung động của máy.Đây chính là nội dung của bài toán cân bằng máy trên nền

c- Xác định hoạt động lực học của máy trong điều kiện làm việc , bao gồm:

• Phân tích lực trên cơ cấu: xác định các ứng lực tác dụng lên

cơ cấu và phản lực tại các khớp động Số liệu xác địnhđược sau này dung để thiết kế cấu tạo, chi tiết máy và các ổkhớp

làm việc dưới tác dụng của lực khi máy thực hiện nhiệm vụcông nghệ Giải quyết nhiệm vụ này chính là thiết kế hệthống điều khiển và điều chỉnh chuyển động của máy, ởmáy thông thường và đơn giản, nhiệm vụ đó chính là tínhbánh đà

Để thực hiện mục đích đã nêu trên, thiết kế môn họcnguyên lý máy sẽ bao gồm những nội dung chọn lọc trongcác nội dung thiết kế đã nói trên

Nội dung quy định trong thiết kế môn học nguyên lý máylà: thiết kế động học và động lực học sơ đồ của một máy cụthể với các nội dung:

1) Tổng hợp cơ cấu chính

2) Phối hợp các cơ cấu

3) Tổng hợp cơ cấu diều khiển

4) Tổng hợp cơ cấu truyền động

5) Phân tích động học cơ cấu chính

6) Tính cân bằng máy trên nền

7) Xác định quan hệ năng lượng trong máy

8) Phân tích lực trên cơ cấu chính

- kí hiệu quy ước:

δ- hệ số chuyển động không đều của máy

β max - góc lắc của cần lắc cơ cấu cam

5

m 5 (kg) 72

X S (kg) (mm)

180

Y P (mm) 170

430

L O2O5 (mm) 450

L o2o5 /L o5B 0,5

M 3

J s3 (kgm 2 ) 1,1

Lo4c

(mm)

135

ϕd (độ) 70

- Con trượt A

(Bản vẽ 1- tổng hợp cơ cấu chính )

 Xác định bậc tự do:

W=3n-2P5= 3.5-2.7= 1 Trong đĩ: n-số khâu, p5- số khớp loại 5

 Tách nhĩm Axtua cơ cấu:

O 5 3

G

2

1 4

Nhóm ATXUA loại 2 (khâu 2+3)

Khâu dẫn (khâu 1)

HỌA ĐỒ TÍNH BẬC TỰ DO HỌA ĐỒ TÁCH NHÓM ATXUA

 cơ cấu thuộc loại 2

Xác định kích thước động của các khâu:

Ta có: L bF /o 5 B =0,35 => LBF =0,35.LO5B = 0,35.830,7 =290,74(mm)

Vậy lBF = 290,74(mm)

 Xác định vị trí của thanh FG để đạt công suất lớn nhất có thể: đó làthanh GF là dường trung trực của đoạn MN, với N là trung điểmcủa đoạn B1B2

 Gọi H là khỏng cách từ thanh trượt ngang đến O5, ta có:

h = = = 816,54(mm)

 Khoảng cách từ tâm O2 đến dao: YP = 170(mm)

III- BÀI THUYẾT MINH VẬN TỐC VÀ GIA TỐC

Do việc tính toán cho các vị trí là tương tự như nhau nên ta chỉ nói phương phápcho một vị trí tiêu biểu và sau đó lập bảng tính cho các vị trí còn lại

 Bản thuyết minh họa đồ vận tốc:

+ Chọn tỉ lệ xích: v = 0,0125(

+ Để xác định vận tốc của điểm B ta cần xác định vận tốc điểm A3(điểm Atrên khâu 3)

VV A2 A3/A2

VA2A3 // AO5

+ từ (2) ta có: VO5=0; VA3O5//AO5.

* Vẽ họa đồ vận tốc cho điểm A3:

• Qua P vẽ đường thẳng vuông góc với O2A, trên đó vẽ vectơ

Va theo chiều ω1 cách cực P một khoảng PA12 = = = 78,08(mm)

• Từ a vẽ đường thẳng có phương song song với AO5

(phương này mang vectơ VA3A2)

• Từ cực họa đồ P,có trùng điểm O5 (VO5 = 0 )vẽ đường thẳng

có phương ⊥ AO5 (phương này chứa vectơ VA3O5)

• Giao điểm của hai đường thẳng ⊥ AO5 và đường thẳng//AO5 là điểm a3 ,nối từ cực p đến điểm a3 là phương chiều

của vectơ VA3 Từ họa đồ vận tốc mới ta thấy ngay Va3o5 (là

độ dài pa3):

 3 = VA3O5/LAO5=pa3.v/LAO5 Trong công thức trên ta chưa biết LA05, do vậy phải đixác định Lao5 bằng cách đo trên họa đồ chiều dài củađoạn AO5

Sau khi đã xác định được ω3 ta xác định vận tốc điểmB:

VB= 3 Lo5aB

Cũng trên học đồ vận tốc ta xác định được VA3A2 bằngcách : 3a2 μv

VB3 = pb.μv(m/s)+ Phương trình vectơ vận tốc của điểm F:

Từ (4) => VG6 =0 (vì VG6 là khớp trượt trên khâu cố định )

VF5G6//xx( phương trượt của dao bào)+ tiếp tục vẽ họa đồ vận tốc để xác định vận tốc của điểm F5

Trên họa đồ đã có mút b vẽ đường thẳng có phương ⊥ FB (phương của vectơVF5B).Tại p(VG6=0) vẽ đường thẳng //xx Đường thẳng nối từ p đến giao điểm của đườngthẳng ⊥ FB và //xx chính là vectơ F5 (vận tốc đầu bào)

Đo độ dài pf5 trên học đồ vận tốc ta xacá định được độ lớn của vận tốc đầu daobào

VF5 =5.μv

Đo độ dài bf5 trên họa đồ vận tốc ta xác định được độ lớn của vận tốc VF5B :

VF5 =5 μv

 ω4 = VF5B/LFB (rad/s)

Kết Luận: khâu 5 (đầu bào ) chuyển động tịnh tiến với vận tốc VF5

hình vẽ được minh họa trên vectơ vận tốc

+ Viết phương trình gia tốc cho điểm B:

Để xác định gia tốc của điểm B ta cần xác định gia tốc cho điểm A3 (điểm Atrên khâu 3)

A3A2 //AO5

* Vẽ họa đồ gia tốc cho A 3 :

- Chọn π làm cực cho họa đồ gia tốc

- Chon π trùng điểm a (vì aO5=0) Từ π vẽ đường thẳng // AO5 trên

đó biểu diễnn

A3O5 chiều A đến O5 cách π 1 khoảng πa = aA3A2 / a Từ

a kẻ đường thẳng ⊥ AO5 (phương chứa at

A3O5)

- Từ cực π vẽ đường thẳng // AO2, trên đó biểu diễn aA2 chiều từ Ađến O2 cách π 1 đoạn πo5 = aA2/a Từ c kẻ đường thẳng ⊥ AO5 ,trên

đó biểu diễn ak

A3A2 (chiều là chiều của vr

A3A2 quay đi 1 góc 90o theochiều ω3 ), cách π 1 đoạn O5b = ak

A3A2/a, từ d kẻ đường thẳng // AO5

(phương này chứa ar

A3A2)

- Giao điểm của 2 đường thẳng // AO5 , ⊥ AO5 cắt nhau tại f Nối

πf là phương chiều của A3, Từ họa đồ đo độ dài và tính :

at A3O5 = af.a => 3= A3O5/lAO5

ar A3A2 = bf.a= πf a

aB= (lBO5/lAO5).aA3

+ Viết phương trình gia tốc cho điểm F:

FB = ω2.lFB, chiều từ F đến B

an

FB⊥ FB aG =0

ar

FG//FG phương trượt của đầu bào)

* Vẽ họa đồ gia tốc cho diểm F:

 Từ cực π xác định điểm f trên phương A3 cách π 1 đoạn

πf = aB/μa,(biểu diễn B) Từ f kẻ đường thẳng // FB trên phương đó

8,167

1,274

1,529

3,265

1,815

3

1,872

1,783

3,688

11,343

18,775

13,622

22,107

1,529

3,265

Mục đích: phân tích và xác định các thành phận nội lực tác dụng lên tất cả

các khâu của cơ cấu

Cơ sở lý thuyết: áp dụng định lý Dalambe: “ Ngoài các lực thực sự tác dụng

lên cơ hệ nếu thêm một lực quán tính thì cơ hệ sẽ ở trạng thái cân bằng giả định”

- Điểm đặt: tại K3 với Ls3k3 = = = 0,1946(m)

- Lực quán tính trên khâu 4 :khâu 4 chuyển động song phẳng, phân làm

hai thành phần:

+ chuyển động tịnh tiến cùng cực F: = - m4 điểm đặt tại S4

+ chuyển động quay quanh F: : = - m4 điểm đặt tại K4 với LK4S4 = = = =0,055(m)

Trọng lực của các khâu có điểm đặt tại trọng tâm của mỗi khâu, phươngthẳng đứng hướng xuống.

34 ⊥ với đường thẳng // BF cóchiều dài at34 = Rt

34/ μp = 0,5108(mm)

+ Từ t34 dựng vectơ pqt4 dài 1 đoạn cùng phương và ngược chiều s4

phương và ngược chiều s5

+ Từ mút vectơ Pqt5 dựng G5 dài 1 đoạn 72(mm) phương và chiềunhư trên hình vẽ

+ Từ mút vectơ G5 dựng G4 dài 1 đoạn 5(mm) phương và chiềunhư trên hình vẽ

+ Từ mút vectơ G4( dựng đường thẳng ⊥ phương ngang (phươngđầu bào di chuyển)

+ Giao điểm hai đường thẳng // BF và ⊥ phương ngang cho ta độlớn Ro5,Rn

34

2 34

2

34) ( )(R t + R n

h R h P h

P qt qt p

5

4 43 3 3 3

34 = Rn

43, cùng phương và

độ lớn nhưng ngược chiều nhau, trên phương // FB ta vẽ Rn

34 Từđỉnh vectơ Rn

43 ta dựng vectơ Rt

43 cùng phương độ lớn với Rt

43 + T`ừ mút véctơ Rt

43 dựng Pqt3 1 đoạn 10,14(mm) cùng phươngngược chiều gia tốc as3, độ lớn xác định như phần lực quán tính + Từ mút vectơ Pqt3 dựng R23 1 đoạn 181,897(mm) có phươngchiều như bản vẽ 3-1

+ Từ mút vectơ R23 dựng G3 1 đoạn 13 (mm) có phương chiều nhưbản vẽ 3-1

Mà R21 = R12 ngược chiều nhau Nên ta xác định được R21 có độ lớn =R23 cóphương chiều như bản 3-1

Tách riêng khâu dẫn 1, đặt momen cân bằng lên khâu dẫn, giả thiết momencân bằng quay theo chiều kim đồng hồ viết phương trình cân bằng lực chokhâu dẫn ta có:

Σmo2( p) = R21.h21 – Mcb = 0 => Mcb = R21.h21 = 0(Nm) (h21 =0)

Kết luận : Rt

34 = 51,88 (N), Rn

34 = 892,84(N), Ro5 = 623,64 (N), R23 =1818,79(N), Rn

03 = 118,7(N), Rt

03 = 824,55(N)Họa đồ lực được vẽ như bản vẽ 3-1

110,088

235,08 667,15

2

1099,44

854,784

1370,16

19862,25

2011,32

2001,36

 Khoảng cách tâm:

A =(Z4+Z5) = (14+55) = 448,5(mm)

 Chiều cao răng lý thuyết :

h3 = 2 fo = 26 (mm)

 Chiều cao răng thực tế:

h = h3 +Co = 2 fo + Co = 26 + 3,25 = 29,25(mm)chọn μr = 0,5 (mm/mm)

Cách vẽ bánh răng: Từ điểm P (tâm ăn khớp)trên đường nối tâm A ta đặt hai bán

kính ,

của hai vòng tròn lăn rồi vẽ hai vòng tròn đó, tiếp xúc nhau tại P

Từ tâm hai đường tròn đó vẽ 2 vòng tròn cơ sở ro4 , ro5

Qua P vẽ đường tiếp tuyến với 2 vòng tròn cơ sở trên, điểm tiếp xúc lần lượt là N1,

N 2

Vẽ đường thân khai cho răng thứ nhất:

Chia N1P thành 4 phần bằng nhau (N11 = 12 =23 = 3P), từ N1 vẽ cung tròn (N1,N1P) cắt vòng tròn cơ sở ro4 tại P, Lúc này N1P, = N1P Sau đó, cũng chia cung N1P, thành

4 phần bằng nhau (N11, = 1,2,=2,3,=3,P) Trên đoạn PN1 về phái ngoài điểm N1 ta đặtcác đoạn (N14= 45= 56= …) bằng đoạn 1N1 và trên vòng cơ sở cũng đặt các cung (N14,= 4,5,= 5,6,= …) và bằng 1,N1

Qua các điểm 1,, 2,, 3,, … vẽ các đường tiếp tuyến với đường tròn cơ sở Trên các tiếp tuyến này ta vẽ các đường tròn (1,,1,P) , (2,,2,P), (3,,3,P), … các đường tròn này cắt các đường tiếp tuyến tương ứng tại các điểm 1,,, 2,,, 3,,, … Nối các điểm 1,,, 2,,,

3,,, … ta được đường thân khai cho bánh răng thứ nhất

Vẽ vòng đỉnh của bánh răng thứ nhất re4, giao của nó với đường thân khai cho ta điểm tận cùng của đỉnh răng

Vẽ vòng chân răng của răng thứ nhất r i4 :

Nếu ri4 ro4 ta có giao điểm của vòng chân và đường thân khai Sau đó, ở chân răng

thân khai đối xứng với đường thân khai đã vẽ qua trục vuơng gĩc, ta được răng thứ nhất

- Trên vịng lăn xác định điểm R,T bên trái và bên phải P với PR=PT

=t( bước răng) Từ R,T dựng các đưởng thân khai và lấy đối xứng với chúng qua trục vuơng gĩc với PR, PT ; ta được răng thứ hai, 3

Tương tự vẽ 3 răng cho bánh răng thứ hai

VI BẢN THUYẾT MINH CAM:

Đồ thị động học

Từ đồ thị gia tốc

2

2 ( )

d

d β ϕϕ

, áp dụng phương pháp tích phân đồ thị ta được đồ thị vận tốc

0, 0006

d d d

β ϕ β

ϕ ϕ

µµ

µ

mms

Tổng hợp cơ cấu cam

Xác định tâm cam

Trên đồ thị β ϕ( ), chia đều β ra 4 phần bằng nhau tương ứng ta có các βi, giónglên đồ thị

d d

βϕ tương ứng; trên góc lắc cũng chia 4 phần bằng nhau Vẽ các đoạn Xi

Vẽ đường tròn (O2; O2O4), chia làm 8 phần bằng nhau tại các O4i

Trên đồ thị β ϕ( ), chia đều ϕ ra 8 phần bằng nhau, từ các điểm chia gióng lên đồ thị β ϕ( ) ta được các βi (mm) ⇒ βi

(o) = βi(mm).µβ Vẽ các βi lên góc lắc, được các Ci Dựng các đường tròn (O2; O2Ci) Dựng các đường tròn (O4i; O4C) cắt các vòng tròn tâm O2 tương ứng tại C’i Nối các C’i bằng đường cong suông được biên dạng lý thuyết của cam

Xác định bán kính con lăn r L

Trên biên dạng lý thuyết chọn 1 vị trí có cung cong nhất làm tâm và xác định 1 đường tròn bán kính bất kỳ Từ giao điểm của đường tròn này xác định được 2 đường tròn bán kính bất kỳ khác cắt đường tròn cũ tại 4 điểm, kéo dài đường nối

2 cặp giao điểm ta có điểm C; từ C dựng đường vuông góc với biên dạng lý thuyết ta sẽ có ρ ⇒min

rL = 0,7 ρmin

min

ρ

= (mm); rL = (mm)

Xác định biên dạng cam thực

Trên biên dạng lý thuyết dựng các đường tròn với rL, đường bao trong là biên dạng thực của cam

PHẦN VII:

ĐỘNG LỰC HỌC MÁY VÀ BÁNH ĐÀ

Khâu thay thế chọn khâu dẫn: ωt = ω1 = 8,377(rad/s)

Các đại lượng thay thế: khối lượng thay thế mt và mơmen quán tính thay thế Jt:

Từ điều kiện động năng bằng nhau khi thay thế:

Lực thay thế Pt và moment của lực thay thế Mt

Từ điều kiện cơng suất bằng nhau khi thay thế:

5 1

Phương trình chuyển động của máy

Ta cung cấp cho máy cơng động Ad

Ta cung cấp cho máy công động Ad dùng để thắng các công cản Ac và một phần biến thiên động năng∆E : Ađ = Ac + ∆E => Ađ –Ac = ∆E

(Phương trình chuyển động của máy dượi dạng động năng)

Để giải phương trình này khá phức tạp nên ta dùng phương pháp Đường cong Wittenbauer

Phương trình chuyển động thực của máy (phương pháp đường cong Wittenbauer)Lập đồ thị P( )ϕ

360

490

o lv

(từ vị trí biên này đến biên kia

lấy góc lớn), ta vẽ được đồ thị P( )ϕ , ở 2 đầu đồ thị ta bớt đi một lượng khoảng 0,05H = 11,1o = 2,7(mm) tương ứng với khoảng bắt đầu và kết thúc quá trình bàocủa dao

Lập đồ thị M( )ϕ

Tính các giá trị

.

ci ci ci

t

P v M

Nối điểm đầu và cuối của đồ thị A c( )ϕ ta được đồ thị A d( )ϕ

Lập đồ thị E( )ϕ

µ =µ

Dùng phương pháp cộng đại số 2 đồ thị A d( )ϕ , A c( )ϕ ta được đồ thị VE( )ϕ

Tịnh tiến đồ thị VE( )ϕ theo trục E một đoạn bằng E0 =A dmaxta được đồ thị

Từ gốc O dựng 2 tiếp tuyến với đồ thị E J( ) ta được ψ ψmin, max

Tính

* * * min , max ,

Ứng với mỗi loại máy ta có 1 hệ số chuyển động không đều cho phép [δ]

Nếu δ δ≤[ ] ta có máy chuyển động đều

Nếu δ δ>[ ] ta phải đi làm đều chuyển động của máy bằng cách gắn thêm bánh đà

t

(rad/s)

* max 40o max 100

giảm theo

Để di chuyển O đến O’ phải tăng động năng của máy bằng cách tăng Jt

đồng nghĩa với việc lắp thêm bánh đà Khi đó, Jt sẽ ta9ng thêm một lượng là JM, tương ứng động năng của máy sẽ tăng một lượng là EM

Tính [ψmin],[ψmax]

* 2 min min

µ

* 2 max max

µ

Vẽ các tiếp tuyến với đồ thị E J( ) ứng với góc [ψmin],[ψmax] Các đường

này sẽ cắt nhau tại O’ và cắt trục E tại a, b điểm O’ sẽ là gốc của đồ thị E J( )sau khi lắp bánh đà

Từ O’ vẽ đường thẳng // trục J, cắt trục E nối dài tại P

Ta có: Pa.µJ =O P tg' [ψmax]

min J ' [ ]

J M

ab J

Giả sử bánh đà có dạng dĩa tròn

Ta có:

2

22

.2

M M

R: bán kính bánh đà (m)Với R=0,4 (m) ta có bánh đà M=150 (kg)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. PGS.PTS BÙI XUÂN LIÊM-GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ

MÁY(TRƯỜNG ĐHSPKT TP.HCM)

KỸ THUẬT)

3. TẬP BÀI GIẢNG CHI TIẾT MÁY (TRƯỜNG ĐHSPKT TP.HCM)

MÁY.