thuyet minh nguyen ly may

Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâmphát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóngvai trò quan trọng trong việc s

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KTCS Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày tháng 3 năm 2013

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ngày, tháng, năm sinh: 15/02/1988 Nơi sinh: Khánh Hòa

I TÊN MÔN HỌC: Nguyên Lý Máy

II NHIỆM VỤ:

1 Phân tích động học cơ cấu chính

2 Phân tích lực cơ cấu chính

3 Thiết kế cơ cấu cam

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/02/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/03/2013

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

Ngày tháng năm 2013

Cán bộ hướng dẫn

NHIỆM VỤ

Góc hợp bởi tay quay và phương ngang γ:

Vị trí 1: γ = 0o Vị trí 2: γ = 45o Vị trí 3: γ = 90o Vị trí 4: γ = 135o

Vị trí 5: γ = 180o Vị trí 6: γ = 225o Vị trí 7: γ = 270o Vị trí 8: γ = 315o

1 Phân tích động học cơ cấu chính (01 bản vẽ A1)

a) Phân tích cơ cấu, xếp loại và nguyên lý làm việc

b) Xác định các thông số và cách vẽ lược đồ cơ cấu

c) Hoạ đồ chuyển vị cơ cấu tại 8 vị trí

d) Hoạ đồ vận tốc, gia tốc của cơ cấu tại 8 vị trí

2 Phân tích lực cơ cấu chính (01 bản vẽ A1)

a) Tính áp lực khớp động tại 2 vị trí

Vị trí thứ nhất: Vị trí 1: γ = 0o

Vị trí thứ hai: Vị trí 2: γ = 45o

b) Xác định mômen cân bằng tác dụng lên khâu dẫn bằng hai phương pháp:phân tích lực và di chuyển khả dĩ

II NHIỆM VỤ 2:

Cho cơ cấu cam cần lắc đáy con lăn với các thông số sau:

1 Quy luật gia tốc của cần lắc đáy con lăn cho như đường d của hình vẽ sau

ϕxa = 50 ÷ 150

Thiết kế cơ cấu cam (01 bản vẽ A1)

1 Lập đồ thị biểu diễn các quy luật chuyển động của cần: dψ / dϕ và ψ(ϕ) hoặc ds / dϕ và s(ϕ).

2 Tìm tâm cam

3 Xác định biên dạng cam lý thuyết, biên dạng cam thực tế

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lạinhững lợi ích cho con người về tất cả những lĩnh vực tinh thần và vật chất Đểnâng cao đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nướctrong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mụctiêu trong những năm tới là nước công nghiệp hoá hiện đại hoá

Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâmphát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóngvai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ cho mọi ngành kinh

tế quốc dân Để thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo độingũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng đượccác yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyềntrong sản xuất

Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng tôi những sinh viên của cáctrường kỹ thuật nói chung và những sinh viên trường Sỹ quan Kỹ thuật Quân sựnói riêng luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện, trau dồi những kiếnthức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có thể đóng góp một phần trítuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới

Qua đồ án này tôi đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúptôi hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai Song với những hiểubiết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của tôikhông tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự chỉ bảo của các thầytrong bộ môn Nguyên lý máy – Chi tiết máy và các Thầy trong khoa để đồ áncủa tôi được hoàn thiện hơn

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của cácThầy trong khoa và bộ môn Nguyên lý máy – Chi tiết máy Trường Sỹ quan Kỹthuật Quân sự và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Đức Thuận

Học viênTrương Minh Thuận

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng hợp cơ cấu……… tr 6

1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của cơ cấu…… ……… tr 61.1 Cấu trúc……… tr 61.2 Nguyên lý làm việc……… tr 7

2 Nghiên cứu các thông số động học, động lực học

và các quan hệ giữa chúng……… tr 72.1 Phân tích cấu trúc cơ cấu……… tr 72.1.1 Số bậc tự do……… tr 72.1.2 Xếp hạng cơ cấu……… tr 8

3 Xây dựng các thông số hình học chưa biết……… tr 83.1 Xác định các thông số còn lại……… tr 8

4 Xây dựng họa đồ cơ cấu và họa đồ chuyển vị

ứng với một tỷ xích xác định……… tr 94.1.Thu gọn theo tỷ xích……… tr 94.2 Xác định các vị trí cần thể hiện trên họa đồ chuyển vị……… tr 9Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU………tr 11

1 BÀI TOÁN VẬN TỐC……… ………… tr 111.1 Phương trình mô tả quan hệ vận tốc của các điểm đặc biệt……… tr 111.1.1 Xét 2 điểm B, C trên khâu 2……… tr 111.1.2 Xét 2 điểm E,D trên khâu 4……… ………tr 121.1.3 Xác định vận tốc của các điểm cần thiết……… … tr 12

2 BÀI TOÁN GIA TỐC……….tr 132.1 Phương trình mô tả quan hệ gia tốc của các điểm đặc biệt……… tr 132.1.1 Xét 2 điểm B, C trên khâu 2……… tr 132.1.2 Xét 2 điểm D,E …… ……… tr 132.2 Xác định gia tốc dài của các điểm cần thiết, gia tốc góc khâu dẫn…… tr 142.3 Bảng giá trị vận tốc, gia tốc tr 15Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU……… tr 163.1 Tính áp lực khớp động tại hai vị trí tr 163.1.1 Vị trí 1 (γ = 00) tr 163.1.2 Vị trí 2 (γ = 450) tr 213.2 Tính mômen cân bằng tr 253.2.1 Phương pháp phân tích lực tr 253.2.2 Phương pháp di chuyển khả dĩ tr 27Chương 4 : THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM tr294.1 Lập đồ thị biểu diễn các quy luật chuyển động của cần tr 294.2 Xác định tâm cam………tr 324.3 Xác định biên dạng cam……… tr 34

Chương 1 TỔNG HỢP CƠ CẤU:

1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của cơ cấu:

1.1 Cấu trúc:

Cơ cấu động cơ chữ V như hình 1.1, với các thông số như sau (bỏ quakhối lượng các khâu):

1: Tay quay AB

2: Thanh truyền chính BC

1.2 Nguyên lý làm việc:

- Dưới tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén pittông C và E chuyển động,chuyển động này được truyền tới trục quay AB qua các thanh truyền BC và DE

- Tay quay AB chuyển động có tác dụng truyền lực ra ngoài để máy làm việc

- Ở mỗi xilanh có chu kỳ làm việc là 2 vòng quay của AB

+ Vũng quay đầu từ 0 2π ứng với quá trình hút và nén nhiên liệu.+ Vũng tiếp theo từ 2π 4π ứng với quá trình nổ và xả nhiên liệu rangoài

2 Nghiên cứu các thông số động học, động lực học và các quan hệ giữa chúng:

Lập bảng các thông số cho trước:

Bảng 1.1: các thông số cho trước:

2.1 Phân tích cấu trúc cơ cấu:

2.1.1 Số bậc tự do:

Dựa vào cơ cấu đề cho, ta có:

2.1.2 Xếp hạng cơ cấu:

Chọn khâu nối giá là khâu dẫn

C E

D

B

A ω1

Tiến hành tách các nhóm tĩnh định của cơ cấu động cơ chữ V như hình 1.2.

Ta thấy nhóm cao nhất trong cơ cấu đã tách là nhóm 2.

Cơ cấu có hạng 2

⟹

Hình 1.2: Tách các nhóm tĩnh định của cơ cấu

3 Xây dựng các thông số hình học chưa biết:

3.1 Xác định các thông số còn lại:

* Xác định chiều dài lDC:

Áp dụng định lý hàm số cos cho tam giác BCD, ta có:

C D CosB ≥ BD BC

DC BC

BD

2

2 2

2 + −

⟹ lDC = BC2 +BD2 −2.BD.BC.CosB DˆC

= 2252 +502 −2.225.50.Cos650

= 208,84

⟹ Chiều dài của thanh: lDC = 208,84 (mm)

4 Xây dựng họa đồ cơ cấu và họa đồ chuyển vị ứng với một tỷ xích xác định:

4.2 Xác định các vị trí cần thể hiện trên họa đồ chuyển vị:

- Vẽ đường tròn C có tâm A đường kính AB = 18,75 (mm) là quỹ đạochuyển động của B

- Từ A vẽ 2 tia Ax, Ay ( là đường chuyển động của 2 píttông C, E) tạovới nhau góc α= 750

- Từ A vẽ đường nằm ngang Lấy vị trí 00 của khâu AB theo nhưđường tròn lượng giác

- Từ B theo chiều ngược chiều kim đồng hồ lấy các điểm B(1 ÷8) haylà chia đường tròn C thành 8 phần bằng nhau, mỗi điểm cách nhau một góc 450

- Vẽ các đường tròn có tâm là Bi bán kính BC= 56,25 (mm) cắt tia

Ax lần lượt tại Ci (i=1÷8) Ta thấy tại C2 píttông C chuyển động tới điểm chếttrên, tại C6 píttông C chuyển động tới điểm chết dưới

- Từ Bi dựng đường thẳng BiDi = 12,50 (mm) hợp với BiCi một gócβ= 650 Ta dựng được quỹ đạo của điểm D

- Xác định vị trí của Ei thông qua việc lấy giao điểm của đường tròntâm là Di, bán kính DE = 45,00 (mm) và tia Ay

Ta vẽ được họa đồ cơ cấu như hình vẽ (hình 1.3).

Hình 1.3: Chuyển vị của cơ cấu

Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

1 BÀI TOÁN VẬN TỐC.

1.1 Phương trình mô tả quan hệ vận tốc của các điểm đặc biệt.

Xét cơ cấu khi điểm B ≡ B 1 ( γ = 0 0) : như Hình 2.1.

Hình 2.1: Họa đồ cơ cấu khi B ≡ B 1 ( γ = 0 0 )

1.1.1 Xét 2 điểm B, C trên khâu 2:

+ Chọn điểm p là điểm cực họa đồ vận tốc

+ Xuất phát từ p ta vẽ pb vuông góc với AB biểu diễn VB1 với:

pb = 90 (mm)+ Qua bvẽ đường d1 vuông góc với CB biểu diễn phương của V B 1C1.

+ Từ p vẽ đường d2 song song với AC biểu biểu diễn phương của VC1.

+ Khi đó: d1∩d2≡c, véc tơ pc  VC1, véc tơ bc  V B 1C1

+ Dựa vào định lý tam giác đồng dạng thuận với khâu 2, ta có ∆bcd

đồng dạng thuận với ∆BCD từ đó ta xác định được điểm d trên họa đồ

1.1.2 Xét 2 điểm E,D trên khâu 4.

V E1 = V D1 + V E 1D1 (1)

Hình 2.2 : Họa đồ véctơ vận tốc của khâu 2 và khâu 4

1.1.3 Xác định vận tốc của các điểm cần thiết.

Đo chiều dài các véc tơ trên họa đồ ta được vận tốc cần tính:

2 BÀI TOÁN GIA TỐC.

2.1 Phương trình mô tả quan hệ gia tốc của các điểm đặc biệt.

2.1.1 Xét 2 điểm B, C trên khâu 2:

+ Gia tốc pháp của điểm B:

Vẽ họa đồ gia tốc cho (2) theo tỷ xích µa = 3π2 (mm s2

m

)+ Qua d vẽ đường thẳng dned có chiều từ ED biểu diễn an

ED, có độdài dned = an

Hình 2.3: Họa đồ gia tốc khâu 2 và khâu 4

2.2 Xác định gia tốc dài của các điểm cần thiết, gia tốc góc khâu dẫn.

Đo chiều dài của các véctơ trên họa đồ ta được các giá trị gia tốc cần

tính (số liệu cho vị trí đầu tiên ( γ = 0 0 ))

ε4 = aτ

1

s )

2.3 Bảng giá trị vận tốc, gia tốc:

Bảng 2.1 Bảng các giá trị vận tốc, gia tốc của 8 vị trí

Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU 3.1 Tính áp lực khớp động tại hai vị trí:

Vị trí 1 = Phương án – k.8 = 49 – 6.8 = 1 (ứng với γ = 00)

Vị trí 2 = (Phương án – k.8) + 1 = (49 – 6.8) +1 = 2 (ứng với γ = 450)

3.1.1 Vị trí 1 (γ = 0 0 )

Hình 3.1: Họa đồ cơ cấu tại vị trí 1 (γ = 0 0 )

Hình 3.2: Phân tích lực cơ cấu tại vị trí 1

Cơ cấu gồm: khâu dẫn 1 và 2 nhóm tĩnh định:

- Nhóm 1 gồm: khâu 2, khâu 3 và các khớp B, C, M

- Nhóm 2 gồm: khâu 4, khâu 5 và các khớp D, E, N

Khi tách các khâu thì áp lực khớp động trở thành ngoại lực tác dụng lên cáckhâu

+ Khâu 2: R12,R42,R32

+ Khâu 3: R23, PC ,R03 (R03: lực do giá tác động lên khâu 3)

+ Khâu 4: R24, R54

+ Khâu 5: R45, PE,R05 (R05: lực do giá tác động lên khâu 5)

* Phương trình cân bằng cho khâu 4:

∑ME(Fi) = R

Phân tích R24 thành 2 thành phần:R24t vuông góc với DE và R24n

song song với DE

Thay vào (2) ta được: R24t h

1 = 0⟹ R24t

 = 0 ⟹ R24 = R24n

Thay vào (1), ta được: R24n + R54 = 0 ⟹ R24n

 = – R54.24

R và R54 cùng phương, ngược chiều.

⟹

Độ lớn R24 = R54

Do đó R54 và R45 có phương song song với DE.

* Phương trình cân bằng cho khâu 5:

∑Fi = R45 + R05 + PE = 0 (3)

∑ME(Fi) = R

45.0 + R05.x1 + PE.0 = 0 (4)

Từ (4) x1 = 0 Vì R05 là lực của giá tác dụng lên khâu 5

⟹ R05 đi qua E và có phương vuông góc với AE

Chiếu (3) lên phương AE ta được:

⟹ R12t

 = R42 h2 / lBC = 3785,2640 0,2086 / 0,225 = 3509,3603 N

Phương vuông góc với BC, chiều từ phải sang trái

Từ (8) ⟹ x2 = 0 Vì R03 là lực của giá tác dụng lên khâu 3

⟹ R03 đi qua C và có phương vuông góc với AC

Lấy (5) cộng (7) ta được:

12

R + R32 + R42 + R23 + R03 + PC = 0

 R12t + R12n + R42 + R03 + PC = 0 (9)

Phương trình (9) có R12t , R42 và PC đã biết, còn 2 ẩn mà chúng ta

chưa biết là R12n và R03.

Do đó ta có thể xác định được bằng cách vẽ họa đồ lực:

- Chọn 1 điểm a bất kì, từ a vẽ véc tơ ab biểu diễn cho Pc với ab

= 104 mm, phương song song AC, chiều từ C đến A

⟹ tỷ lệ xích của họa đồ lực

µp = ab

P c

= 104

5200 = 50 (N/mm)

- Từ b vẽ bc biểu diễn cho R42 , bc = 70,7053 mm, phương song song

với DE, chiều từ E đến D

- Từ c vẽ cd biểu diễn cho R12t , cd = 70,1872 mm, phương vuông

góc với BC, chiều từ phải qua trái

- Từ d vẽ Δ1 song song với BC biểu diễn cho phương của R12n

- Từ a vẽ Δ2 vuông góc với AC biểu diễn cho phương của R03

- Giao điểm e của Δ1 và Δ2 là điểm đầu của R12n và điểm cuối của R03

Phương vuông góc với AC, chiều từ trái sang phải

⟹ R21

Độ lớn: R21 = R12 = 7098,4250 N

Hình 3.3 Họa đồ lực cơ cấu tại vị trí 1

3.1.2 Vị trí 2 (γ = 45 0 )

Hình 3.3: Họa đồ cơ cấu tại vị trí 2 ( γ = 45 0 )

Hình 3.4: Phân tích lực tại vị trí 2

Cơ cấu gồm: khâu dẫn 1 và 2 nhóm tĩnh định:

- Nhóm 1 gồm: khâu 2, khâu 3 và các khớp B, C, M

- Nhóm 2 gồm: khâu 4, khâu 5 và các khớp D, E, N

Khi tách các khâu thì áp lực khớp động trở thành ngoại lực tác dụng lên cáckhâu

+ Khâu 2: R12,R42,R32

+ Khâu 3: R23, PC ,R03 (R03: lực do giá tác động lên khâu 3)

+ Khâu 4: R24, R54

+ Khâu 5: R45, PE,R05 (R05: lực do giá tác động lên khâu 5)

* Phương trình cân bằng cho khâu 4:

∑ME(Fi) = R

Phân tích R24 thành 2 thành phần:R24t vuông góc với DE và R24n

song song với DE

Thay vào (2) ta được: R24t h1 = 0 ⟹ R24t = 0 ⟹ R24 = R24n

Thay vào (1), ta được: R24n + R54 = 0 ⟹ R24n

 = – R54.24

R và R54 cùng phương, ngược chiều.

⟹

Độ lớn R24 = R54

Do đó R54 và R45 có phương song song với DE.

* Phương trình cân bằng cho khâu 5:

∑Fi = R45 + R05 + PE = 0 (3)

∑ME(Fi) = R

45.0 + R05.x1 + PE.0 = 0 (4)

Từ (4) x1 = 0 Vì R05 là lực của giá tác dụng lên khâu 5

⟹ R05 đi qua E và có phương vuông góc với AE

Chiếu (3) lên phương AE ta được:

Chiếu (3) lên phương AE ta được:

Phương vuông góc với BC, chiều từ phải sang trái

Từ (8) ⟹ x2 = 0 Vì R03 là lực của giá tác dụng lên khâu 3

⟹ R03 đi qua C và có phương vuông góc với AC

Lấy (5) cộng (7) ta được:

12

R + R32 + R42 + R23 + R03 + PC = 0

 R12t + R12n + R42 + R03 + PC = 0 (9)

Phương trình (9) có R12t , R42 và PC đã biết, còn 2 ẩn mà chúng ta

chưa biết là R12n và R03.

Do đó ta có thể xác định được bằng cách vẽ họa đồ lực:

- Chọn 1 điểm a bất kì, từ a vẽ véc tơ ab biểu diễn cho Pc với ab

= 104 mm, phương song song AC, chiều từ C đến A

⟹ tỷ lệ xích của họa đồ lực

µp = ab

P c

= 104

5200 = 50 (N/mm)

- Từ b vẽ bc biểu diễn cho R42 , bc = 80,8075 mm, phương song

song với DE, chiều từ E đến D

- Từ c vẽ cd biểu diễn cho R12t , cd = 69,4944 mm, phương vuông

góc với BC, chiều từ phải qua trái

- Từ d vẽ Δ1 song song với BC biểu diễn cho phương của R12n

- Từ a vẽ Δ2 vuông góc với AC biểu diễn cho phương của R03

- Giao điểm e của Δ1 và Δ2 là điểm đầu của R12n và điểm cuối của R03

Phương vuông góc với AC, chiều từ trái sang phải

⟹ R03

Độ lớn: R = µ03 p ea = 50 5,7236 = 286,1800 N

Phương, chiều theo be

Phương trình momen cân bằng đối với điểm A:

Mcb – R21 h3 = 0

 Mcb = R21 h3

= 7098,4250 18,5911 0,004

= 527,8701 Nm

(h3 là hình chiếu vuông góc của A lên

đường thẳng δ1 qua B và song song với R21)

Giả sử momen cân bằng Mcb có chiều như hình vẽ.

Phương trình momen cân bằng đối với điểm A: