TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH cấu TRÚC, ĐÔNG lực học của cơ cấu ĐỘNG cơ đốt TRONG HAI kỳ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BỘ MÔN NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Giáo viên hướng dẫn: Th.s Mai Tuyết Lê Sinh viên thực hiện: Hải Phòng năm 2016.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

BỘ MÔN NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY

BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Mai Tuyết Lê Sinh viên thực hiện:

Hải Phòng năm 2016

* Tên đề tài: TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, ĐÔNG LỰC HỌC

CỦA CƠ CẤU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HAI KỲ

1, Các thông số cho trước,

(mm)

S/D (mm) = r/ l

cp

V

Trong đó:

D: đường kính xilanh, S: hành trình pittong,

cp

V : vận tốc trung bình của pittong []: hệ số không đều vận tốc máy R: bán kính tay quay,

L: chiều dài tay quay,

2, Lược đồ chung của cơ cấu tay quay con trượt,

PHẦN I : TÍNH TOÁN SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1.1 Chiều dài tay quay r,

Ta có r = OA;

S = 2r Trong đó S là hành trình pittong S = 200 mm

100

1.2 Chiều dài thanh truyền l,

Có  = r/l = 0,302  l = r/0,302= 100/0,302 = 331 (mm)

1.3 Tốc độ khâu dẫn 1: w1

Ta có: w1 = 2p n1 / 60

1

2S / 60

cp

1 1

1.4 Trọng lực các khâu,

Bỏ qua trọng lực các khâu,

1.5 Tính chiếu dài l AS

AS

PHẦN II : PHÂN TÍCH CẤU TRÚC

2,1 Phân tích chuyển động của cơ cấu,

- Khâu 1: chuyển động quay quanh gốc O,

- Khâu 2: Chuyển động song phẳng,

- Khâu 3: Chuyển động tịnh tiến,

2,2 Tính bậc tự do của cơ cấu,

Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

W = 3n- 2p 5 - p 4 + r +r th - w th

Trong đó:

 n _ số khâu động, Trong động cơ đốt trong hai kì thì thực chất áp lực của khí đốt cháy sinh công đẩy pít tông (khâu 3) trượt thông qua tay biên (khâu 2), Khiến trục khuỷu (tay quay- khâu 1) quay, cơ cấu có ba khâu động nên n = 3,

 P5 _ Số khớp loại 5

Khâu 1 nối với giá bằmg khớp quay

Khâu 2 nối với khâu 1 bằng khớp quay

Khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp quay

Khâu 3 nối với giá bằng khớp trượt

 Cả bốn khớp đều là khớp thấp loại 5 nên có p 5 = 4,

 p 4 _ Số khớp loại 4, Cơ cấu không có khớp loại 4 nên p 4 = 0,

 r_ Số ràng buộc trùng, r = 0,

 rth_ Số ràng buộc thừa, rth = 0,

 Wth _ Số bậc tự do thừa, trong tất cả các khâu khi tham gia chuyển động đều làm thay đổi cấu hình của cơ cấu nên không có chuyển động thừa,

 Vậy số bậc tự do: W = 3 3 - 2 4 - 0 + 0 + 0 - 0 = 1,

Vậy cơ cấu có 1 bậc tự do

* Tách nhóm :

- Tách nhóm gồm khâu ( 2 và 3 ): nhóm tách ra có hai khớp chờ là A và khớp trượt ở B , Cả hai khớp A, B có vị trí xác định khi cơ cấu chuyển động, Khớp trong là khớp quay tại B, bậc tự do của nhóm tách là W = 3n -2p 5 = 3, 2- 2 ,3 = 0

3

B

2 A

 Nhóm tách ra là nhóm Axua loại 2

- Cơ cấu còn lại là khâu dẫn 1 nối với giá bằng khớp quay: O 1

KL: Cơ cấu động cơ đốt trong gồm một nhóm Axua loại 2 và một khâu dẫn hợp thành nên cơ cấu thuộc loại 2,

PHẦN III : PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC

3,1 Xác định họa đồ chuyển vị của cơ cấu ứng với 8 vị trí của khâu dẫn,

* Trình tự giải:

- Chọn tỉ lệ xích hoạ đồ vị trí

100

50

l

r

mm mm OA

- Vẽ vòng tròn tâm O bán kính OA = 50 mm, chia vòng tròn thành tám phần bằng nhau, được xác định bởi mỗi điểm chia nên dược các điểm tương ứng la: A1,,

A2, A3, A4, A5, A6, A7 , A8

- Từ các điểm Ai làm tâm quay các cung tròn có bán kính là AB

331

2

AB l

l

m

- Các cung này cắt theo phương trượt của piston yy tại các điểm tương ứng

là Bi, Tương ứng mỗi điểm Ai ta xác định các điểm Bi tương ứng, Nối các điểm Ai với Bi ta được vị trí của cơ cấu tại các góc quay OAiBi,

- Vị trí trọng tâm của khâu 2 là S2i được xác định:

AiS2i = 0,35,AB = 0,35,165,5 = 58 (mm)

- Nối các S2i bằng đường cong trơn ta được quỹ đạo của S2 trong chu kì chuyển động của cơ cấu,

Bài toán vị trí cơ cấu của động cơ hai kì được xác định bởi tám vị trí của khâu dẫn sau những khoảng góc quay /4 trong một chu kì chuyển vị (một vòng/4 trong một chu kì chuyển vị (một vòng quay của khâu dẫn  = 2), Xác định quỹ đạo của các điểm S2 trong chu kì chuyển động của cơ cấu, Ta được hoạ đồ vị trí cơ cấu của động cơ hai kì như hình vẽ,

3,2 Xác định 8 họa đồ vận tốc của cơ cấu ứng với 8 vị trí đã chọn,

Ta giải bài toán vận tốc theo phương pháp vẽ hoạ đồ và vẽ tám hoạ đồ ứng tám vị trí của cơ cấu:

Nhận xét: Cơ cấu có một bậc tự do loại 2 dạng 2,

* Giải bài toán vận tốc :

Tại các điểm Ai trên chu kì chuyển động của khâu dẫn ta có vận tốc của chúng được xác định như nhau, nhưng khi vẽ trên hoạ đồ chúng được xác định bởi các điểm Ai tương ứng,

Giải phương trình véc tơ,

⃗V A1 có:

- VA1= 1,lOA = 233,15,100= 23315(mm/s)=23,315(m/s)

- Phương vuông góc với OA,

- Chiều theo 1, quay ngược chiều kim đồng hồ,

Xét tại A: V⃗A2= ⃗V A1 ,

Xét khâu 2: ta có V⃗B 2= ⃗V A 2+⃗V B2 A 2 (1)

=

-⃗

V B2 A2 : Biết phương của nó vuông góc với AB

Tại khâu 3: Do khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên V⃗B2= ⃗V B3

Giải phương trình (1) bằng phương pháp vẽ hoạ đồ:

- Chọn cực pi,

- Chọn tỉ lệ xích

1 1

1

23,315

50

A v

V

pb

Vẽ pa 1 biểu thị V⃗A1 ,

- Từ các điểm a1i vẽ đường thẳng 1  AB biểu diễn phương của V⃗B2 A2

- Từ các điểm pi vẽ đường thẳng 2 // yy biểu diễn phương V⃗B3

 Giao điểm của 1 và 2 là b = b2 = b3,

Kết quả là : VB3 = v, pib

VB2A2 = v, aib

 Vận tốc góc của khâu 2 là: ω2=

V A 2 B 2

l AB (s-1) Như ở bài toán vị trí ta xác định S theo công thức AiS = 0,35,AiBi nhưng do kích thước thực và kích thước trên hoạ đồ vận tốc tỉ lệ với nhau (người ta đã chứng

minh được kích thước thực và kích thước trên hoạ đồ đồng dạng với nhau), Nên ta cũng có: as = 0,35, ab (mm)

Ta tìm được điểm s trên hoạ đồ vận tốc, nối pi với s ta có véc tơ pis, Ta xác định vS theo công thức sau: VS = v, pis,

Dựa vào hoạ đồ vận tốc và các công thức tính ở trên ta tìm được các đại lượng,

tổng hợp thành bảng kết quả như sau:

Vị trí

Các

đại

lượn

g

8=0

VA(m/s) 23,315 23,315 23,315 23,315 23,315 23,315 23,315 23,315

VB(m/s) 12,87 23,315 20,08 0,00 20,08 23,315 12,87 0,00

VS ps(mm) 39,92 50,00 44,46 32,50 44,46 50,00 39,92 32,50

VS(m/s) 18,60 23,315 20,72 15,15 20,72 23,315 18,60 15,15

VBA ab(mm) 36,19 0,00 36,19 50,00 36,19 0,00 36,19 50,00

VAB(m/s) 16,86 0,00 16,86 23,315 16,86 0,00 16,86 23,315

2 (s-1) 50,95 0,00 50,95 70,44 50,95 0,00 50,95 70,44

3,2 Xác định họa đồ gia tốc của cơ cấu ứng với 8 vị trí đã chọn,

Lập phương trình gia tốc:

Ta có: ⃗a A 1=⃗a

A 1n , Có độ lớn 12, lOA = 233,152, 0,1 = 5435,89 (m/s2)

Phương song song với OA, Chiều hướng từ A về O

Tại A: ⃗a A 2=⃗aA1

Xét khâu 2: ⃗a B 2=⃗aA2+⃗a n B 2 A 2+⃗a t B 2 A 2

,

⃗

a n B 2 A 2 có độ lớn: 22, lAB, phương song song với AB, Chiều hướng từ B về A

⃗

a t B 2 A 2 biết phương vuông góc với AB,

Tại B: ⃗a B 2=⃗a B 3 , Do khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên gia tốc mọi điểm

bằng nhau và có phương song song yy,

Vậy phương trình trên giải được bằng phương pháp hoạ đồ:

- Chọn cực p' ,

- Chọn tỉ xích

108,72

a

a

(m/s2/mm)

- Ta vẽ p'ai biểu diễn ⃗a A2 có p'ai = 50 (mm),

- Từ ai vẽ ain biểu diễn ⃗a n B 2 A 2 ;

a i n= a

n

B 2 A 2

μ a , có phương song song AB, có chiều hướng từ B về A,

- Từ n vẽ 1 AB biểu diễn phương của ⃗a t B 2 A 2

- Từ p' vẽ 2 // yy biểu diễn phương của ⃗a B3

 12 = b = b2 = b3

 ⃗a t B 2 A 2 =2,lAB  ε2=

a t B2 A 2

l AB

- Khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên 3 = 0,

Như bài toán vận tốc ta cũng có : as = 0,35,ab, dựa vào hoạ đồ ta có :

Vị trí

Các

đai lượng

aA

p'a

aA1 (m/

s2) 5435,89 5435,89 5435,89 5435,89 5435,89 5435,89 5435,89 5435,89

an

BA

an

an

BA (m/

at

BA

nb

at BA (m/s2) 3745,40 5702,36 3745,40 0,00 3745,40 5702,36 3745,40 0,00

aB

p'b

aB(m/

s2) 3806,287

1723,21

2

3882,39

1

7059,189

6

3882,39

1

1723,21

2 3806,28

7 3794,328

p's(mm

aS(m/s2) 4573.85 3580.15 4584.722 6011.1288 4584.722 3580.15 4573.85 4860.8712

2 (s-2) 11315.42 17227.69 11315.42 0 11315.42 17227.69 11315.42 0