thuyet minh nguyen ly may

b Xác định các thông số và cách vẽ lược đồ cơ cấu.. Phân tích lực cơ cấu chính 01 bản vẽ A1 Cho cơ cấu cam cần lắc đáy con lăn với các thông số sau: 1.. Lập đồ thị biểu diễn các quy luật

LỜI MỞ ĐẦU - -

Thời đại ngày nay, là giai đoạn thế giới phát triển mạnh mẽ về nhiềumặt,nhiều lĩnh vực, trong đó cơ khí là lĩnh vực được nhiều quốc gia quan tâm pháttriển Các máy công cụ không ngừng được cải tiến sản xuất, phục vụ đắc lực chocon người trong quá trình phát triển Đối với Việt Nam, là một nước đang trongquá trình phát triển thì lĩnh vực cơ khí nói chung và đặc biệt là máy công cụ nóiriêng lại càng được ưu tiên phát triển

Thiết kế môn học Nguyên Lý Máy là một yêu cầu bắt buộc đối với các sinhviên chuyên ngành cơ khí, đặc biệt là với các sinh viên thuộc trường Trường kỹthuật Đây là công việc thú vị và rất cần thiết giúp cho sinh viên làm quen với côngviệc của một người kỹ sư thiết kế Trong quá trình thực hiện đồ án, cùng với sựhướng dẫn của thầy, sinh viên phải tìm tòi nghiên cứu tài liệu, là giai đoạn giúpsinh viên hệ thống kiến thức đồng thời bổ sung và hoàn thiện kiến thức để có đượcnền tảng kiến thức vững chắc trước khi ra trường, phục vụ đất nước Đối với bảnthân em, trải qua thời gian thực hiện đồ án đã giúp em hiểu biết thêm được nhiềuđiều có ích để bổ sung vào vốn kiến thức của mình

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ đặc biệt là cácthầy thuộc khoa kỹ thuật cơ sở Trong đó có sự chỉ bảo rất tận tình và chu đáo củathầy Huỳnh Đức Thuậnở Bộ môn Nguyên lý thuộc khoa

Em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp em hoàn thành đồ án này !

Mặc dù rất cố gắng, nhưng thời gian và năng lực có hạn, thiếu sót là điềukhông thể tránh khỏi Mong thầy thông cảm !

TP Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2013

Học Viên thực hiện

Thân Xuân Trường

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)

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

1. Quy luật gia tốc của cần đẩy cho như đường a của hình vẽ sau

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

MỤC LỤC

Chương I: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

1 Phân tích cấu tạo, xếp loại và nguyên lý làm việc

a) Phân tích cấu tạo cơ cấu

b) Xếp loại cơ cấu

c) Nguyên lý làm việc

2 Xác định các thông số và cách vẽ lược đồ cơ cấu a) Các thông số

b) Cách vẽ lược đồ

3 Họa đồ chuyển vị của cơ cấu tại 8 vị trí

4 Họa đồ vận tốc, gia tốc của cơ cấu tại 8 vị trí

A Bài toán vận tốc

B Bài toán gia tốc 13

Chương II: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH 1 Tính áp lực khớp động tại 2 vị trí 17

2 Tính M cb 27

a) Phương pháp phân tích lực 27

b) Phương pháp di chuyên khả dĩ 29

Chương III: THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM PhầnI: Lập đồ thị biểu diễn các quy luật chuyển động của cần 31

Phần II : Xác định tâm cam 35

Phần III : Xác định biên dạng cam 38

Tài liệu tham khảo 41

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

1. Phân tích cấu tạo, xếp loại và nguyên lý làm việc.

a) Phân tích cấu tạo cơ cấu:( hình 1.1)

4

3

2

Hình 1.1: Họa đồ cơ cấu

b) Xếp loại cơ cấu:( hình 1.2)

1

B D

Vậy cơ cấu có 1 bậc tự do

c) Nguyên lý làm việc:

- Dưới tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén pittông C và E chuyển động dọc theo giá đi qua CA và CE 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 Vòng quay đầu từ

0→ 2π ứng với quá trình hút và nén nhiên liệu Vòng quay tiếp theo từ 2π→ 4π ứng với quá trình nổ và xả nhiên liệu sau khi cháy ra ngoài.

2. Xác định các thông số và cách vẽ lược đồ cơ cấu.

- Ta vẽ trước 2 đường thẳng Ax và By đối xứng với nhau qua tục thẳng đứng

và tạo ra 1 góc α = 750 làm hai phương trượt của pittông C và E

- Dựng AB tạo với phương ngang 1 góc γ ( tùy theo vị trí của γ )

- Ta có : AB = lAB/ µl = 0,075/0,003 = 25(mm)

khâu 2

- Quỹ đạo điểm B là đường tòn tâm A bán kính l AB Chia đường tròn làm 8 vị

tí cách nhau 45 0

3. Họa đồ chuyển vị của cơ cấu tại 8 vị trí ( bản vẽ A 1 kèm theo )

4. Họa đồ vận tốc, gia tốc của cơ cấu tại 8 vị trí

Phương, chiều: //AC ⊥ AB, phù hợp ω 1 ⊥ BC

Ta có : v B = ω 1 l AB = 4500 π ( mm/s ) = 4,5π ( m/s )

Vẽ họa đồ vận tốc (hình 4.1) theo phương trình ( 1.1 ): chọn điểm p làm gốc và biểu diễn B bằng đoạn pb = 60 mm có phương ⊥ AB, chiều phù hợp chiều quay

ω 1

Vậy tỉ lệ xích của họa đồ vận tốc là :µ v =v B / pb = 4,5 π / 60 = 0,075π(m/mm.s)

- Từ b vẽ đường thẳng l 1 ⊥ BC biểu diễn cho phương của vectơ CB

- Từ p vẽ đường thẳng l 2 // AC biểu diễn cho phương của vectơ C

Giao điểm c của l 1 và l 2 chính là mút của C và CB

Từ họa đồ vận tốc ta có ( hình 4.1 ) :

Vectơ pb biểu thị B

Vectơ pc biểu thị C

Vectơ bc biểu thị CB

C : //AC, chiều từ trên xuống, độ lớn: v C = µ v pc = 0,075π 11,43 = 2,692 (m/s)

CB : ⊥ BC, chiều từ phải sang trái, độ lớn: v CB = µ v bc= 0,075π.59,5=14,012(m/s) → ω 2 = v CB /l CB = 14,012/0,225= 62,2756 (rad/s)

*Phương trình vận tốc điểm D:

D = B + DB = c + CD

Giá trị: ? 0,6(m/s) ? 2,692(m/s) ? Phương, chiều: ? ⊥ AB, phù hợp ω 1 ⊥ BD //AC, trên xuống ⊥ CD

Vẽ họa đồ vận tốc xác định D :

- Từ b vẽ đường thẳng l 3⊥ BD biểu diễn phương của DB

- Từ c vẽ đường thẳng l 4⊥ CD biểu diễn phương của CD

Từ họa đồ vận tốc ta có ( hình 4.1 ) :

Vectơ db biểu thị DB

Vectơ cd biểu thị DC

Vectơ pd biểu thị D

D : theo phương chiều vectơ pd, độ lớn:v D =µ v pd=0,075π.59,22 =13,946 (m/s)

DB : ⊥ BD, chiều từ trên xuống, độ lớn: v DB =µ v bd=0,075π.14,5 =3,415 (m/s)

DC : ⊥ CD, chiều theo vectơ cd, độ lớn: v D =µ v cd=0,075π.55,97 =13,181 (m/s)

- Từ d vẽ đường thẳng l 5⊥ DE biểu diễn phương của ED

- Từ p vẽ đường thẳng l 6 // AE biểu diễn phương của E

Giao điểm e của l 5 và l 6 là điểm mút của vectơ E và ED

Từ họa đồ vận tốc ta có ( hình 4.1 ) :

Vectơ pe biểu thị E

Vectơ de biểu thị ED

E : //AE, chiều từ trên xuống, độ lớn:v E =µ v pe=0,075π.55,64 =13,103 (m/s)

DE : ⊥ DE, theo chiều vectơ de, độ lớn:v DE =µ v de=0,075π.7,8 =1,836 (m/s) → ω 4 = v ED /l ED = 1,836/0,06= 30,6 ( rad/s )

Bảng 1.1: Giá trị họa đồ

ω 4

(rad/s )

Phương, chiều: //AC B→A //BC ⊥BC

aB = ω1 lAB = (60π)2 0,075 = 270 π2 (m/s2)

an

CB = ω2 lAB = (62,2756)2 0,225 = (m/s2)

Giải ( 1.2 ) bằng phương pháp vẽ họa đồ gia tốc (hình 4.2) :

Chọn p’ là gốc của họa đồ Từ p’ vẽ p’b’ biểu diễn cho vectơ aB đã biết vớip’b’=90(mm), phương //AB, chiều hướng từ B → A

Tỷ lệ xích của họa đồ gia tốc là:

µa = aB/p’b’ = 270π2/90 = 29,5788 ( m/mm.s2)

CB = µa lAB = 29,5788 0,225 = 29,5 (m/s2)

Từ b’ vẽ b’o biểu diễn cho vectơ an

CB đã biết, phương //BC, chiều từ B → C

Từ o vẽ đường thẳng x 1⊥ BC biểu diễn cho phương của τ

CB

Từ p’ vẽ đường thẳng x 2 // AC biểu diễn cho phương của C

Giao điểm c’ của x 1 và x 2 là mút của C và τ

CB Vectơ p’c’ biểu thị cho vectơ C

Vectơ oc’ biểu thị cho vectơ τ

- a D : phương, chiều từ p’ → d’, độ lớn:a D = µa p’d’= 29,5788.89,1 = 2635,47(m/s2)

*Phương trình gia tốc điểm E:

E = D + n

ED + τ

ED Giá trị: ? đã biết ω4 lED ?

Phương, chiều: //AE p’→d’ //DE, E→D ⊥DE

a n

ED = ω4 lED = ( 30,6)2 0,18 = 168,5448(m/s2)

 a n

ED == µa lED = 29,5788 0,18 = 5,7 (m/s2)

Vẽ họa đồ gia tốc xác định a E :

Từ p’ vẽ vectơ d’k biểu diễn cho n

ED có phương // DE, chiều từ E → D, độ lớn

Từ k vẽ đường thẳng x 3⊥DE biểu diễn cho phương τ

ED

Từ p’ vẽ đường thẳng x 4 // AE biểu diễn cho phương E

Giao điểm e’ của x 3 và x 4 là mút của E và τ

ED Vectơ p’e’ biểu thị cho vectơ E

Vectơ ke’ biểu thị cho vectơ τ

Từ bảng giá trị họa đồ (bảng 1.3), ta có bảng giá trị gia tốc tương ứng như sau: Bảng 1.4: Giá trị gia tốc

1675,05

1793,36

2230,22

8748,76 9963,11

3492,96

2750,5

2635,47

1389,56 15280,7

290

1442,5

6

2675,11

2012,84

1697,53

2959,36

6411,38 11182,4

4135

2486,3

2739,29

2591,39

11050,6 1110,83180

1951,0

2

1301,47

1666,77

1421,85

2323,41

8671,2 9259,83

225 339,86

1785,38

2670,67

1038,81

2544,37

1510,49 14837,0

6270

1475,6

9

1549,34

1971,4

2773,01

6558,62 10952,3

9315

2494,3

2606,19

11086,1 1119,06

Chương II: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH

1. Tính áp lực khớp động tại 2 vị trí:

- Vị trí 1 = phương án – k.8= 50-6.8 = 2 ( k= 2 ứng với γ = 450 )

- Vị trí 2 = (phương án – k.8) + 1= (50-6.8) + 1 = 3 ( k= 3 ứng với γ = 900 )-PC = 5200 N; PE = 3500 N

Cơ cấu gồm: khâu dẫn 1 và 2 nhóm tĩnh định ( hình 2.1):

Thay vào (2.2) ta được h1 = 0 = 0 = thay vào (2.1), ta được: + = 0 = -

và cùng phương, ngược chiều

Chiếu (3) lên phương AE ta được:

- R45 cos + PE = 0 R45 = PE cos = 5600 cos 250 = 6178,92 N

Chiếu (2.3) lên phương AE ta được:

R05- R45 sin = 0 R05 = R45 sin 250 = 6178,92 sin 250 = 2611,32 N

Phương AE, chiều từ phải sang trái

Từ (2.6) lBC + R42 h2 = 0

Ta có:

Phương // DE, chiều từ E D

R42

- Từ b vẽ biểu diễn cho , bc = 61,7892mm, phương //DE, chiều từ E D.

- Từ c vẽ biểu diễn cho , cd = 54,95 mm, phương , chiều từ phải qua trái

- Từ d vẽ // BC biểu diễn cho phương của

- Từ a vẽ AC biểu diễn cho phương của

- Giao điểm e của và là điểm đầu của và điểm cuối của

Từ (2.7): + + = 0 nên từ họa đồ lực biểu diễn cho

*Vị trí 2 (γ = 90 0 )

A B

C

B D

*Khâu 5: : 45, E, 05 ( 05 : lực do giá tác động lên khâu 5)

* Phương trình cân bằng cho khâu 4:

Σ = + = 0 (2.1)

Phân tích thành 2 thành phần: ⊥ DE và // DE

Thay vào (2.2) ta được h1 = 0 = 0 = thay vào (2.1), ta được: + = 0 = -

và cùng phương, ngược chiều

Chiếu (2.3) lên phương AE ta được:

- R45 cos + PE = 0 R45 = PE cos = 5200 cos 190 = 5499,63N

Chiếu (3) lên phương AE ta được:

R05- R45 sin = 0 R05 = R45 sin 190 = 5499,63 sin 190= 1790,504 N

Phương AE, chiều từ phải sang trái

Từ (2.8) x2 = 0 Vì là lực của giá tác dụng lên khâu 3 đi qua C và cóphương AC

- Từ b vẽ biểu diễn cho , bc = 54,99 mm, phương //DE, chiều từ E D

- Từ c vẽ biểu diễn cho , cd = 45,78 mm, phương , chiều từ phải qua trái

- Từ d vẽ // BC biểu diễn cho phương của

- Từ a vẽ AC biểu diễn cho phương của

- Giao điểm e của và là điểm đầu của và điểm cuối của

Từ (2.7): + + = 0 nên từ họa đồ lực biểu diễn cho

R12

Phương AC, chiều từ trái qua phải

R03

Độ lớn:R03 = ea = 100 111,9026 = 11190,26 N Phương, chiều theo

R23

Độ lớn R23 = be = 100 123,3944 = 12339,44 N Phương, chiều theo

R32

Độ lớn: R32 = R23= 12339,44 N Cùng phương, ngược chiều

Hình 2.5: mô men cân bằng

Phương trình momen cân bằng đối với điểm A:

Mcb – R21 h3 = 0 Mcb = R21 h3 = 6197,11 27,1939 0,003 = 505,57 Nm(h3 là hình chiếu của A lên đường thẳng qua B và //

Mcb> 0 ( chứng tỏ cùng chiều giả định)Tách khâu dẫn ra khỏi giá, phương trình cân bằng cho khâu 1:

Hình 2.6: mô men cân bằng

Phương trình momen cân bằng đối với điểm A:

Mcb – R21 h3 = 0 Mcb = R21 h3 = 7465,47 34,4521 0,003 = 771,603 Nm(h3 là hình chiếu của A lên đường thẳng qua B và //

Mcb> 0 ( chứng tỏ cùng chiều giả định)Tách khâu dẫn ra khỏi giá, phương trình cân bằng cho khâu 1:

Từ tâm họa đồ vận tốc, kẻ phương các lực , rồi chiếu các vận tốc , tương ứngtrên phương lực tác dụng Ta có phương trình momen cân bằng trên khâu dẫn:

Chương III : THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM

Phần I: LẬP ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN CÁC QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG

CỦA CẦN

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

 Quy luật gia tốc của cần lắc cho như đường a của hình vẽ sau( Hình 3.1)

Hình 3.1: Quy luật gia tốc của cần lắc theo đề bài

+) Dữ liệu bài cho:

+) Góc lắc của cần: β= 220

+) Chiều dài của cần : lc = 300 (mm)

+) Góc áp lực cực đại cho phép: max = 400

 Trình tự xác lập đồ thị biễu diễn các quy luật chuyển động của cần:

Chọn hệ trục tọa độ O1y φ Trên trục hoành biểu diễn ϕ

lấy 2 mm ứng với

10 Khi đó ϕ

µ

= 0,5(o/mm)

Để dể dàng tính toán ta chọn tỉ lệ xích cho góc làm việc của cam như nhau vớimọi biểu đồ : ϕ

µ

= 0,5(o/mm) Theo đề bài ta có: φ =

0

110

= +

Hình 3.2: Đồ thị biễu diễn quy luật gia tốc của cần

Bằng phương pháp tích phân đồ thị ta tìm được đồ thị biểu diền của vận tốc góc của cần () và đồ thị biểu diển chuyển động của cần (Ψ) từ đồ thị gia tốc ban đầu () Các bước tiến hành như sau( Hình 3.3)

+ Trên trục của đồ thị ta chia các đoạn , , … có độ dài bằng nhau và bằng 10mm.( tương ứng với 5o)

+ Chọn điểm p1 nằm bên trái trụcvới = H1 = 30mm

Hình 3.3: Đồ thị biễu diễn quy luật chuyển động của cần

+ Từ trung điểm của , , … , kẻ các đường thẳng vuông góc với , các đườngnày cắt đồ thị i lần lượt tại các điểm Ai

- Tìm hình chiếu của các điểm Ai cuả đồ thị trên oy ta được các điểm ai. Từ mổi hình chiếu kẻ đường thẳng tới điểm p1 , ta được p1 ai

- Trên hệ trục của đồ thị ta vẽ đồ thị như sau:

Từ các đường thẳng // cắt đường dóng x1 tại B1, từ B1 vẽ đường thẳng // cắtđường dóng x2 tại B2. Cứ tiếp tục như vậy ta xác định được các điểm Bi của đồthị Nối , ,… ta được đồ thị

Sau khi vẽ được đồ thị ta tiến hành tích phân đồ thị này thu được đồ thị

-Chọn điểm p2 nằm trên trục về phía trái với = H2= 50mm Thực hiện tương

tự như trên ta xác định được các điểm Ci trên đồ thị Nối các điểm , ,… ta được

Tỷ lệ xích trục là:

= = 0,0278 (1/mm).

Tỷ lệ xích trục là:

0,00185 (1/.mm0 )

Phần II: XÁC ĐỊNH TÂM CAM:

Từ đồ thị , ta xác định được góc lắc cực đại x của cần Dựng cung tròn , có tâm là tâm cần O1 bán kính là:

= 75mm (với = 4 (mm/mm))

và chắn 1 góc bằng β Chia góc lắc cực đại β của cần thành 4 phần đều nhau bằng các điểm B0, B1, B2, B3, Bm Chia đoạn biễu diễn max thành 4 phần đều nhau bằngcác điểm 0, 1, 2, 3, m Các điểm này chính là tung độ cua đồ thị biễu diễn góc lắc của cần, chúng cắt đồ thị lần lượt tại các điểm O3, D1, D2, D3, Dm Tương ứng với

vị trí của các điểm này, gióng lên đồ thị ta được các giá trị

Từ các điểm Bi ta dựng các điểm Ei tương ứng Ứng với đi ta dựng được các điểm E0 E1, E2, E3, Em, ứng với về ta dựng được các điểm E’0, E’1, E’2, E’3, E’m Với độ lớn BiEi dược tính theo công thức:

BiEi = lc.

Hình 3.4: Xác định biên dạng cam

Giá trị BiEi được lập trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Độ dài B i E i / B i E’ I ứng với các vị trí của cần

y

' i

BiEi/BiE’i (mm) 0 55,66 66,22 55,66 0

Phương chiều của BiEi là phương chiều của vectow vận tốc VBi tương ứng quay đi 1 góc 90 theo chiều ω

Từ các điểm Ei E’I dựng hai đường Δi va Δ’i tương ứng, Δi va Δ’i hợp với véc tơ vận tốc tại Ei và E’i 1 góc bằng max = 400

Miền tâm cam chính là miền nằm dưới mọi đường Δi va Δ’i

⇒

Ta có miền tâm cam Hình 3.4 (phần gạch chéo)

Để kích thước cơ cấu không quá lớn và tránh sai số trong khi vẽ hình , ta chọn tâm cam O1 ở gần tâm I và không quá gần biên

Phần III: XÁC ĐỊNH BIÊN DẠNG CAM

Tiến hành như sau: Hình 3.5