NLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khí

NLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khíNLM.Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khí

1.1.1.1.1 TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

KHOA KTCS Độc lập - Tự

do - Hạnh phúc

TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ

-o0o -ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ MÁY

TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KTCS Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ tên học viên:Nguyễn Quốc Hữu Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 21/05/1994 Nơi sinh: Hà NộiChuyên ngành: ô tô MSHV:

I TÊN MÔN HỌC: Nguyên Lý Máy

II NHIỆM VỤ:

“Thiết kế cơ cấu chính của động cơ nén khí”

Chương 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH (Bản vẽ A0)

1 Phân tích cấu trúc cơ cấu chính (Giải thích công dụng của máy, cấu tạo,nguyên lí làm việc, tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu)

2 Tổng hợp cơ cấu chính (xác định các thông số về kích thước và cách vẽlược đồ cơ cấu chính)

3 Họa đồ chuyển vị, họa đồ vận tốc và họa đồ gia tốc của cơ cấu tại 8 vị trívà các vị trí bắt đầu xuất hiện và kết thúc lực cản

Lưu ý: Khi vẽ họa đồ chuyển vị, góc quay khâu dẫn được chia đều thành 8

phần Vị trí xuất phát (ký hiệu là vị trí 1) là thời điểm cơ cấu bắt đầu hànhtrình làm việc (vị trí biên hay vị trí chết)

*Trong thuyết minh chỉ trình bày cho 1 vị trí Vị trí = (PA – k.8), các vị trí khác trình bày kết quả đạt được.

Chương 2: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH (Bản vẽ A1)

Tại 2 vị trí:

+ Vị trí thứ nhất = (PA – k.8)

+ Vị trí thứ nhất = (PA – k.8) + 1

1 Xác định áp lực khớp động trong cơ cấu

2 Xác định mômen cân bằng tác dụng lên khâu dẫn bằng hai phương pháp:

phương pháp tích phân lực và phương pháp di chuyển khả dĩ Đánh giá kết quả.

3 Xác định lực tác dụng giữa giá và khâu dẫn

Chương 3 XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC VÀ LÀM ĐỀU

CHUYỂN ĐỘNG MÁY (Bản vẽ A1)

1 Xác định phương truyền chuyển động của máy

2 Xác định chuyển động thực của máy

3 Làm đều chuyển động máy bằng biện pháp lắp bánh đà

Chương 4 THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM (Bản vẽ A1)

Cơ cấu cam cần đẩy đáy con lăn

1 Đồ thị chuyển vị, đồ thị vận tốc, đồ thị gia tốc của cần

2 Tổng hợp động lực học (Xác định tâm cam).

3 Tổng hợp động học (Xác định biên dạng cam).

NHIỆM VỤ CỤ THỂ (phương án số 1)

Cho cơ cấu chính của động cơ nén khí như hình vẽ với các thông số như sau:

* Trên các khâu lần lượt có:

- Khối lượng:

+ m1 = 12 kg + m2 = 15 kg + m3 = 20 kg+ m4 = 3 kg + m5 = 10 kg + m6 = 7 kg+ m7 = 13 kg

- Trọng tâm các khâu nằm ở giữa khâu

- Mômen quán tính đối với trọng tâm

+ JS1 = 0,16 kg/m2 + JS2 = 0,8 kg/m2 + JS4 = 0,6 kg/m2

+ JS5 = 1,1 kg/m2 + JS6 = 1,3 kg/m2

* Các thông số của cơ cấu:

+ P1 là lực tác dụng lên piston của động cơ

+ P2 là lực tác dụng lên piston của bộ phận nén cơ khí

+ H1 = 490 mm là động trình của piston động cơ

+ n1 = 900 vg/ph là số vòng quay khâu 1

+ s là hành trình đẩy của cần trong cơ cấu cam

+ e là tõm sai trong cơ cấu cam

+ [αmax] = 410 là góc áp lực cực đại cho phép trong cơ cấucam

+ φđ ,ϕ ϕX, V lần lượt là các góc định kì của cơ cấu cam

+ Quy luật gia tốc theo hình cosin là quy luật của động cơ

+ [δ] = 1/85 là hệ số không đều cho phép

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/9/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/11/2014

V GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Đại úy, Thạc sỹ Huỳnh Đức Thuận

Thượng úy thạc sỹ Đỗ Mạnh Dũng

Ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xãhội ngành công nghiệp đóng một vai trò hết sức quan trọng Các hệ thốngmáy móc ngày càng trở nên phổ biến, hiện đại và dần dần thay thế sức laođộng của con người Để tạo ra và làm chủ các loại máy móc như thế ngành

cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyênmôn cao đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ sản xuất tiêntiến

Môn học nguyên lý máy là một trong những môn học cơ sở không thể thiếuđược đối với các ngành kỹ thuật, vì thế làm bài tập lớn nguyên lý máy làcông việc rất quan trọng và cần thiết để người học hiểu sâu, hiểu rộng nhữngkiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho nhữngmôn học sau này

Đối với bản thân tôi, trải qua thời gian thực hiện đồ án đã giúp tôi hiểubiết thêm được nhiều điều có ích để bổ sung vào vốn kiến thức của mình

Để hoàn thiện đồ án này tôi xin cảm ơn thầy Huỳnh Đức Thuận thầy Đỗ Mạnh Dũng đã tận tình chỉ cho tôi giúp tôi hoàn thành đồ án này Bên cạnh đó tôi cũng xin cảm ơn ban chỉ huy đại đội đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành đồ án kịp tiến độ

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2014

Học viên thực hiện:

Nguyễn Quốc Hữu

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH 8

Phân tích cấu trúc cơ cấu chính (Giải thích công dụng của máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu) 8

1.2 Tổng hợp cơ cấu chính 10

1.3 Bài toán vận tốc (vị trí 3) 11

1.4 Bài toán gia tốc (vị trí 3) 15

19

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH 19

2.1 Xác định áp lực khớp động trong cơ cấu ( Tại vị trí 3: φ=900) 19

2.2 Xác định mômen cân bằng tác dụng lên khâu dẫn theo hai phương pháp 36

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC VÀ LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG MÁY 40

3.1 Công của lực phát động 40

3.2 Xác định chuyển động thực của máy 41

3.3 Làm đều chuyển động máy 46

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM 48

4.1 Quy luật gia tốc và cần đẩy của con lăn 48

4.2 Lập đồ thị biểu diễn các quy luật chuyển động của cần đẩy 49

4.3 Xác định vị trí tâm cam 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH

Phân tích cấu trúc cơ cấu chính (Giải thích công dụng của máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu).

1.1.1 Cấu tạo cơ cấu

1.1.2 Nguyên lý hoạt động và công

dụng của cơ cấu

1.1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Khi tay quay OA (1) xoay

quanh trục O với vận tốc gốc ω1,

thanh truyền AB (2) truyền

chuyển động cho con trượt (3), con

trượt (3) di chuyển theo trục thẳng

đứng Song thanh CD (4) được

liên kết với thanh truyển AB (2)

bằng một khớp bản lề, thanh

truyền AB (2) truyền chuyển động

cho thanh CD (4), thanh CD (4)

chuyển truyển động cho thanh ED (5), thanh ED (5) truyền chuyển động chothanh truyền phụ EF (6), thanh truyền EF (6) truyền chuyển động làm contrượt (7) chuyển động lên xuống theo trục đứng như hình 1.2

Cơ cấu đã cho bao gồm:

Các khâu:

- Khâu dẫn 1 – Tay quay OA

- Khâu 2 – Thanh truyền chính AB

- Khâu 3 – Con trượt động cơ

- Khâu 4 – Thanh CD

- Khâu 5 – Thanh ED

- Khâu 6 – Thanh truyền phụ EF

- Khâu 7 – Con trượt bơm dầu

1.1.2.1 Công dụng của cơ cấu

Cơ cấu chính của động cơ máy bơm khí nén được hình thành từ cơ cấutay quay con trượt như hình 1.2 Công dụng của cơ cấu là biến chuyển độngquay của bộ phận dẫn động (thường là các loại động cơ) thành chuyển độngtịnh tuyến dọc trục của bộ phận công tác (con trượt 1,2) Trên các con trượt1,2 ta lắp các piston để thực hiện bơm nén khí

1.1.3 Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu

1.1.3.2 Xếp loại cơ cấu

Chia cơ cấu ra làm các nhóm như hình 1.3,ta được 3 nhóm loại 2 bao gồm:Nhóm 1: gồm các khâu 2,3 và các khớp xoay A, B cùng khớp trượt tại B Nhóm 2: gồm các khâu 4,5 và các khớp xoay C, O1, E

Nhóm 3: gồm các khâu 6,7 và các khớp xoay E, F cùng khớp trượt tại F

Như vậy xếp loại cơ cấu là cơ cấu loại 2

AC AB

ll

a(mm)

b(mm)

1

O E

l (mm)

Khoảng cách hai trục xoay O1O là: a= 360 mm; b=260 mm

Khoảng cách hai trục đứng được xác định sao cho việc truyền lực là tốt nhất

Nó là đường thẳng nằm giữa các đường thẳng đứng mà điểm E di chuyểnNhư vậy khoảng cách giữa hai trục đứng là 493,99 mm

Các thống số khác:

Góc φ được xác định theo Bảng 1

Vận tốc góc khâu dẫn:

1 1

- Từ các số liệu đã biết ta xác định tay quay OA (1) hợp với phương thẳngđứng một góc φ3=900

- Từ A vẽ đường tròn bán kính AB, đường tròn cắt trục đứng chính tâm thứnhất ở đâu thì xác định điểm B tại đó Vẽ AB

- Tiêp tục xác định C trên trên AB theo kích thước đã biết Từ C vẽ đườngtròn bán kính CD.

- Trên trục quay O1 vẽ đường tròn đường kính O1D Đường tròn này cắtđường tròn (C;CD) ở đầu thì xác định điểm D ở đó, từ đó vẽ O1D và CD

- Vẽ đường tròn tâm O1, bán kính O1E Từ O1D đã vẽ được, nối dài cắtđường tròn (O1,O1E) ở đâu thì xác định điểm E ở đó Vẽ O1E

- Từ điểm E, vẽ đường tròn tâm E, bán kính EF Đường tròn này cắt trụcđứng thứ hai ở đâu thì xác định điểm F ở đó Vẽ EF

- Tiếp tục vẽ con trượt (3) và con trượt (7) tại B và F

Như vậy ta xác định được cơ cấu tại vị trí 3 như hình:

Hình 1.2 họa đồ cơ cấu tại vị trí số 3

1.3 Bài toán vận tốc (vị trí 3)

Ta có:

Cần Xác định V V V V Vuur uur uur uur uurB, ,C D, ,E F

và ω ω ω ωuur uur uuuruur2, , ,3 5 6 ?

Ta có phương trình vận tốc điểm B:

Từ a vẽ đường thẳng∆1vuông góc AB biểu diễn cho phương của

Từ p vẽ đường thẳng song song với OB biểu diễn cho phương của

Giao điểm b của ∆1 và chính là mút của và

Xác định điểm C bằng định lí tam giác đồng dạng thuận.Ta có tỉ số

Độ lớn: ?,( ω5l O D1 ) ?,( ω4l DC)

VTBD:

- Vẽ họa đồ vận tốc xác định :

Từ c vẽ đường thẳng ∆3 ⊥ CD biểu diễn cho phương của

Từ p vẽ đường thẳng ∆4 ⊥ O1D biểu diễn cho phương của

Giao điểm d của ∆3 và ∆4 chính mút của và .

- Vẽ họa đồ vận tốc xác định :

Từ e vẽ đường thẳng ∆5 ⊥ EF biểu diễn cho phương của

Từ p vẽ đường thẳng ∆6 // O1B biểu diễn cho phương của

Giao điểm f của ∆5 và ∆6 chính ngọn của véc tơ và

Cần xác định gia tốc a a a auur uur uur uurB, ,C D, E

và auurF

* Phương trình gia tốc điểm B:

= +

= + + Phương, chiều: //OB,? A O B A ⊥ BA

Độ lớn: ? 1998,605 (m/s2) 0(m/s2 ) ?( ε2l AB)VTBD: uuuurp b' '

uuuurp a' '

a nuuuuur' BA

n buuuuurBA '

Để giải phương trình (1.2) ta sử dụng phương pháp họa đồ gia tốc:

- Chọn làm gốc của họa đồ Từ vẽ =60 (mm) phương // OA, chiều hướng từ A O biểu diễn cho = 1998,605 (m/s2)

Tỷ lệ xích của họa đồ gia tốc là:

' '

1998,604

33,3160

Từ vẽ đường thẳng x1 ⊥ BA biểu diễn cho phương của

Từ vẽ đường thẳng x2 // OA biểu diễn cho phương của

Giao điểm của x1 và x2 chính là mút của và

Trên họa đồ gia tốc (hình 1-6c), ta có:

Từ c’ ta vẽ =41,634 (mm) có chiều từ D C biểu diễn cho

Qua ta vẽ đường thẳng x3⊥ CD biểu diễn cho phương của

Từ p’ ta vẽ =41,634 (mm) có chiều từ D O1 biểu diễn cho

Qua ta vẽ đường thẳng x4⊥ DO1 biểu diễn cho phương của

Hai đường thẳng x3 và x4 cắt nhau tại điểm d’

Phương, chiều : uuuurp e' '

F E ⊥ FE,?

Độ lớn: ? 2

702,054(m/ s ) 2

4,602(m/ s ) ?VTBD: uuuurp f' '

uuuurp e' '

'

FE

e nuuuur '

FE

n fuuuuur

Vẽ họa đồ gia tốc xác định

Từ e’ vẽ =0,161 (mm) có phương // EF, chiều từ F E biểu diễn cho

Từ vẽ đường thẳng y1 ⊥ FE biểu diễn cho phương của

Từ vẽ đường thẳng y2 // AE biểu diễn cho phương của

Giao điểm f của y' 1 và y2 chính là ngọn của véc tơ '

FE

n f

uuuuur và uuuurp f' '

Trên họa đồ gia tốc (hình 1-6c), ta có:

biểu diễn cho

2.1 Xác định áp lực khớp động trong cơ cấu ( Tại vị trí 3: φ=900)

Hình 2.1 Họa đồ cơ cấu với µ L =7,143.10 -3

(m/s.mm)

Ta có họa đồ cơ cấu, họa đồ vận tốc họa đồ gia tốc của cơ cấu tại vị trí 3

được biểu diễn như hình 2.1, hình 2.2 hình 2.3

2.1.1 Tách khâu dẫn, nhóm tĩnh định.

Cơ cấu gồm khâu dẫn 1 và 3 nhóm tĩnh định (hình 2.4):

Khâu dẫn 1 (hình 2.4a).

Nhóm tĩnh định 1: Gồm khâu 6, khâu 7 và các khớp E, F, F1 với F1 là khớp

trượt của khâu 7 (hình 2.4b).

Nhóm tĩnh định 2: Gồm khâu 4, khâu 5 và các khớp C, D, O1 (hình 2.4c).

Nhóm tĩnh định 3: Gồm khâu 2, khâu 3 và các khớp A, B, B1 với B1 là khớp

trượt của khâu 3 (hình 2.4d).

d) Hình 2.4 Tách khâu dẫn, nhóm tĩnh định

a) Khâu dẫn b) Nhóm tĩnh định 3 c) Nhóm tĩnh định 2 d) Nhóm tĩnh định 1

Hình 2.3 Họa đồ gia tốc µ a =33,31 (m/s.mm

2.1.2 Tính áp lực khớp động trong nhóm tĩnh định 1.

2.1.2.1 Xét khâu 7 (chuyển động tịnh tiến)

Phân tích lực tác dụng lên khâu (Hình 2.5)

∑r uuur uuur uur uuur uur

Phương trình mô men đối với tâm quay tại F:

2.1.2.2 Xét khâu 6 (chuyến động song phẳng)

Phân tích lực tác dụng lên khâu (Hình 2.6)

Hình 2.5 Lực tác dụng lên khâu 7

(1)

.( )

.7.(53,029) 1,3.10

3555,156( )7.53,029

FK

FS FK

Qua S6 vẽ đường thẳng d1 song song với p’f’ (trên họa đồ gia tốc) biểu diễncho phương của

6

'

qt P

uuur trong chuyển động tịnh tiến, qua điểm K6 vẽ đườngthẳng d2 song song với f’s’6(trên họa đồ gia tốc) biểu diễn cho phương của

2

125000,09( )106,057

t

qt qt

uuurvà Puuurqt6

.Lấy (1) cộng (3), ta có:

6 '

s p

uuuur uuurBO

⊥ BO

Đ.l (N): 125000,09 ? 47840,17 127,4 8357,48 5477,16 68,6 ? VTBD: hauur

uurgh

Phương trình (*) chứa 2 ẩn có thể giải được bằng phương pháp họa đồ véctơ:

Chọn tỉ lệ xích μp =800 (N/mm)

Chọn 1 điểm a tùy ý, từ a vẽ biểu diễn cho uuurR56t

có phương vuông góc với

EF ngược chiều với ωuur6 , có độ dài là 156,25 (mm)

Từ a vẽ đường thẳng ∆1 song song với EF biểu diễn cho phương của Ruuur56n

Từ b vẽ biểu diễn cho , cùng phương cùng chiều với véc tơ BOuuur

, có độdài là 59,8 (mm)

Từ c vẽ biểu diễn cho , cùng phương cùng chiều với véc tơ BOuuur

, có độdài là 0,16 (mm)

Từ d vẽ biểu diễn cho , cùng phương cùng chiều với véc tơ '

7 '

s p

uuuur, có

độ dài là 10,44 (mm)

Từ e vẽ biểu diễn cho Puuurqt6

, cùng phương cùng chiều với véc tơ '

6 '

s p

uuuur, có

độ dài là 6,85 (mm)

Từ f vẽ biểu diễn cho Guur6

, cùng phương cùng chiều với véc tơ uuurBO

, có

độ dài là 0,08 (mm)

Từ g vẽ đường thẳng Δ2 ⊥ BO biểu diễn cho phương của Ruuur07

Giao điểm h của ∆1 và Δ2 chính là ngọn của véc tơ Ruuur07

cần tìm Nối h với b

ta có hbuur

biểu diễn cho véc tơ Ruuur56

Phân tích lực tác dụng lên khâu (Hình 2.8).

⇔ uuur+uuur uuur+ +uuur uur uuur+ + = (3)

Phương trình mô men đối với tâm quay tại D:

142792.63,61 98.44,58 6394,52.1609,03

63,33305958,36( )

t o

t

o

qt qt

Ta có:

2.1.3.2 Xét khâu 4 (chuyển động song phẳng)

Phân tích lưc tác dụng lên khâu (Hình 2.9)

Phương trình cân bằng lực của khâu:

uuur uuur uur (4)

Xác định tâm dao động K4 của khâu 4 theo công thức:

Qua S4 vẽ đường thẳng song song với uuuurp d’ ’

(trên họa đồ gia tốc) biểu diễncho phương của

4

'

qt P

uuur, qua điểm K4 vẽ đường thẳng song song với d suuuur’ ’4

(trênhọa đồ gia tốc) biểu diễn cho phương của

4

''

qt P

uuur Giao điểm của hai đườngthẳng vừa dựng cho ta điểm T4 Từ T4 vẽ Puuurqt4

cùng chiều với ' '

4

s p

uuuur Gọi Q4 làgiao điểm của phương véc tơ Puuurqt4

với CD ta được điểm đặt của uuurP qt4

t

qt qt t

uuur + Ruuur65

BO

uuur ' ' 5

s p

uuur ' ' 4

s p

uuuur uuurBO

⊥CD,(−ωuur4) //CDĐ/L (N): 305958,36 ? 142792 98 6394,32 2592,18 29,4 350769,63 ?VTBD: i auur' '

h iuur' '

Phương trình (**) chứa 2 ẩn có thể giải được bằng phương pháp họa đồ véctơ:

Chọn tỉ lệ xích μp =2700 (N/mm)

Chọn 1 điểm a’ tùy ý, từ a’ vẽ biểu diễn cho t'5

o R

uuur

có phương vuông gócvới ED cùng chiều với ωuur5 , có độ dài là 113,32 (mm)

Từ a’ vẽ đường thẳng ∆1' song song với ED biểu diễn cho phương của n'5

o R

uuur

Từ b’ vẽ biểu diễn cho uuurR65

, cùng phương cùng chiều với véc tơ bhuur

có độ dài là 2,63 (mm)

Từ e’ vẽ biểu diễn cho Puuurqt4

, cùng phương cùng chiều với véc tơ ' '

4

s p

uuuur, có

độ dài là 1,233 (mm)

Từ f’ vẽ biểu diễn cho Guur4

, cùng phương cùng chiều với véc tơ BOuuur

, có

độ dài là 0,01 (mm)

Từ g’ vẽ biểu diễn cho Ruuur24t

, vuông góc với CD ngược chiều với ωuur4 , có

độ dài là 119,081 (mm)

Từ h’ vẽ đường thẳng Δ2’ ⊥ CD biểu diễn cho phương của Ruuur24n

Giao điểm i’ của '

1

∆ và Δ2’chính là ngọn của véc tơ Ruuur24n

cần tìm Nối i’ với

b’ ta có i buur' '

biểu diễn cho véc tơ Ruuuro'5

Nối g’ với i’ ta được véc tơ g iuuur' '

biểudiễn cho Ruuur24

Nối e’ với i’ ta được véc tơ e iuur' '

biểu diễn cho Ruuur45