Dàn máy 2 tay quay

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tương đối rộng và phải bi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tương đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo các kiến thức này cũng như các kiến thức đã học ở trường để giải quyết các vấn đề thường gặp ở thực tế

Đồ án môn học nguyên lý máy đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá rình đào tạo

để trỏ thành một người kỹ sư Qua quá trình làm đồ án môn học giúp cho Sv hiểu rõ hơn về các kiến thức cơ sở,nguyên lý làm việc về các loại máy gia công cơ khí và nhiều các loại máy khác và qua làm đồ án môn học giúp cho Sv tiếp tục hiêủ biết hơn trong các môn học tiếp theo đồng thời nâng cao khả năng vận dụng những kiến thức này vào để làm đồ án cũng như công tác sau này

Là một SV ngành cơ khí chế tạo trong thời gian làm đồ án môn học em được nhận đề tài thiết kế máy bào hai tay quay đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học cũng không tránh khỏi các bỡ gỡ nhờ có sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Phan Quang Thế em đã hoàn thành đồ án môn học

Trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót cũng do trình độ hiểu biết còn hạn chế và cũng do bản thiết kế của em là lý thuyết nhưng trong thực tế còn nhiều hạn chế Vởy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy,cô giáo và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng như làm đồ án môn học tiếp theo

Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Phan Quang thế đã tận tình hướng dẫn những vẫn đề thắc mắc của em để em có thể hoàn thành đồ án môn học này

Giáo viên hướng dẫn Người thực hiện

Phan Quang Thế Đào Đức Đôn

Tr 1

Đào Đức Đôn K35 MA

Phần I Phân tích động học cơ cấu chính

I) Tổng hợp động học cơ cấu chính

Lược đồ cơ cấu máy bào hai tay quay ở vị trí như hình vẽ

Từ lược đồ cơ cấu cho ta thấy cơ cấu gồm 5 khâu động nối với nhau bằng khớp thấp

là khớp bản lề và khớp trượt

Khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề, khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp trượt, khâu 3 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề và khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề Cộng dụng của máy bào hai tay quay là biến chuyển động của bộ phận (Thường là động cơ điện ) thành chuyển động tịnh tiến thẳng của bộ phận công tác( đầu bào) Trên đầu bào có lắp dao để bào các dạng chi tiết khác nhau

Nguyên lý làm việc : Gọi khâu 1 làm khâu dẫn và khâu 1 quay đều xung quanh trục

cố định O với vận tốc góc là ω1 = const Khâu 1 quay tròn toàn vòng và chuyền

chuyển động cho con trượt 2 ( Khâu 2 chuyển động song phẳng) con trượt 2 truyền chuyển động cho khâu 3 làm khâu 3 chuyển động xung quanh trục cố định B Khâu 3 chuyển động toàn vòng và truyền chuyển động cho khâu 4 nhờ khớp bản lề, thanh truyền 4 chuyển động song phẳng truyền chuyển động cho khâu 5 ( Đầu bào) Đầu bào chuyển động tịnh tiến khứ hồi trên đầu có lắp dao để bào các dạng chi tiết khác nhau

b Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu

Cơ cấu máy bào hai tay quay gồm 5 khâu động 7 khớp thấp đó là khớp bản lề và khớp trượt không có khớp loại cao Do đó P5 = 7 không có khớp cao P4= 0 không có rằng buộc thừa Do đó số bậc tự do của co cấu được áp dụng theo công thức

W= 3n-(2P5+P4)-S+Rt

trong đó n: Là số khâu động

P5 : Số khớp thấp

P4: Số khớp cao

Rt S : Số rằng buộc thừa và số bậc tự do thừa

Ta thay vào công thức ta có

Tr 2

-4 O

A

B

C

D

1

2

3

5

3

0,05H H

Đồ thị lực cản đầu bào

W= 3.5-(2.7-0) = 1.

Số bặc tự do của cơ cấu bằng 1

c Xếp loại cơ cấu

Vì số bậc tự do bằng số khâu dẫn nên ta chon khâu 1 là khâu dẫn ta tách được hai nhóm Axua loại hai ( Nhóm Axua là nhóm có hai khâu 3 khớp).Vậy cơ câu máy bào hai tay quay là cơ cấu loại hai

II) Vẽ hoạ đồ vị trí

a Xác định kích thước

Tr 3

-2

3

A

B

C

O

1

ω1

A

C

5 4

D

0,05H

H

Đồ thị lực cản đầu bào

ω1

A1 A8

Đào Đức Đôn K35 MA

Theo đề bài ra ta có

H=370(mm).(hành trình của đầu bào )

λ=

6 2

1

=

=

CD

OA L R

ε=R e =OB OA = 41

ABC = 900

Trong đó OA=R( bán kính tay quay)

CD=L( độ dài của thanh truyền )

OB = e(khoảng cách giữa hai khâu )

Giả sử chiều quay thuận của tay quay OA có chiều cùng với chiều kim đồng hồ (hay

là khâu dẫn)

Xét hai vị trí của máy khi chuyển động tới vị trí như hình vẽ và theo bài toán thì khâu

1 là khâu quay toàn vòng với vận tốc góc là ω1 = const theo chiều thuận chiều kim đồng hồ thì truyền chuyển động cho khâu 2 nhờ khớp bản lề Khâu 2 chuyển động song phẳng và truyền chuyển động cho khâu 3 nhờ khớp trượt và khâu 3 chuyển động quay toàn vòng và truyền chuyển động cho khâu 4 nhờ khớp bản lề khâu 4 chuyển động song phẳng và truyền chuyển động cho khâu 5 nhờ khớp bản lề lúc này khâu 5 chuyển động khứ hồi

Trong quá trình chuyển động tại thời điểm t bất kỳ ba điểm BCD nằm trên một đường thẳng hay khâu 3,4&5 nằm trên một đường thẳng thì lúc này ta được vị trí xa nhất của hành trình H Gọi là điểm D1 lúc này AB vuông góc với khâu 5 mà (ABC =900)

và khi BC quay đi một góc 1800 lúc này ta lại có khâu 3,4&5 nằm trên cùng một đường thẳng ta được vị trí gần nhất của hành trình H gọi D2 khoảng cách D1D2 = H tương ứng ta có

2OA=2BC=H

hay 2R=2BC=H

→ R=BC= 185 ( ) 0 185 ( )

2

370

Mà λ=

6 2

1

=

=

CD

OA L

R

→ L= CD = 2,6.R= 481(mm)= 0,481(m)

ε= R e = OA OB = 41

e= OB = 46 , 25 ( ) 0 , 04625 ( )

4

185

R

=

=

=

Hệ số làm việc của máy bào hai tay quay

ϕck ( hệ số chạy không )

ϕlv (hệ số làm việc )

Cos

2

1

ϕck=

OA OB

ϕck= 2 arccosOA OB =2 arccos(0,25)

ϕck= 151,0440=15102'41"

ϕlv = 3600-ϕck= 3600- 15102'41"=208,9550

Tr 4

-Hệ số làm việc là

k= = 1 , 383

044 , 151

955 ,

208 =

Vẽ hoạ đồ vị trí

Chọn đoạn biểu diễn tay quay OA=100(mm) ta có tỷ lệ xích chiều dài là

µl = = 0 , 0023125 ( )

80

185 , 0 ) (

) (

mm

m mm

OA

m

OA = =

OA= 80(mm)

BC=OA=80(mm)

0023125

,

0

481 ,

0

mm

=

0023125

,

0

04625

,

0

mm

=

OB+BC+CD=20+80+208=308(mm)

0023125

,

0

37 , 0

mm

=

Độ dài thực

D1=0,05H=0,05.160=8(mm)

D2=0,05H=0,05.160=8(mm)

Cách dựng hoạ đồ vị trí

Trước tiên ta vẽ hai vòng tròn R= 80(mm) với hai tâm là O và B cách nhau một

khoảng e=OB=20(mm) nối hai điểm O và B và kéo dài ta được phương trượt của khâu 5 Sau khi xác định được phương trượt của khâu 5 ta xác định hai điểm chết của

cơ cấu máy Từ vị trí chết D1 ta xác định được A1 từ A1 nối A1với O ta được vị trí 1 kéo dài OA1 ta đươc một vị trí nữa Do ta đã tính toán được điểm chết thứ hai D2 từ

A2 nối A2với O ta được vị trí 2 kéo dài OA2 ta đươc một vị trí nữa như vậy ta có bốn vị trí chết từ vị trí chết thứ nhất ta chia cung tròn OA thành 8 phần bằng

nhau(hay mỗi phần là môt góc 450) ta có 9 vị trí xét hai vị trí trong khoảng hành trình H (hay hai vị trí 0,05H) ta có 11 vị trí và sau đó ta tiến hành đánh số thứ tự cho từng vị trí như hình vẽ

Ta có bảng bảng kích thước biểu diễn và kích thước của hoạ đồ tại từng vị trí như sau

Bảng 1

Tr 5

Độ dài biểu diễn(mm)

Độ dài thật (m)

ϕlv

ϕck

Đào Đức Đôn K35 MA

III) Vẽ hoạ đồ vận tốc

Vẽ hoạ đồ vận tốc

Xác định ω1: Ta có ω1=

60

2 π

.n1 =

30

π

.n1

theo đề bài ra ta có v= H

k

k

1

+

.n1→n1=(k+kv1).H

37 , 0 ).

1

383

,

1

(

383

,

1

.

+

30

641 , 117

.

1415

,

3

s rad

=

Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc và gia tốc của cơ cấu như vị trí như hình vẽ

a) Phương trình véc tơ vận tốc

Chọn khâu 1 làm khâu dẫn khi đó khâu 1 quay xung quanh trục cố định O với vận tốc góc không đổi ω1=const

ta có

va1 va1phương vuông góc OA

chiều thuận chiều ω1

va1= ω1.lOA.

vì khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề nên ta có

va1 = va2

khâu 2 trượt tương đối so với khâu 3 nên ta có

va3 = va2 + va2/a3

trong đó

va3 có phương vuông góc với AB

Tr 6

-O

A

B

C

D

1

2

3

5

3

P

a3

c3,4

d4,5

a1,2

trị số chưa xác định va3=(pa3) µv

va2 đã xác định hoàn toàn

va2/a3 có phương song song với AB

trị số chưa xác định

Như vậy pt trên còn hai ẩn là va3&va2/a3 chưa xác định nên ta giải bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ vận tốc

Vận tốc của vc3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận vận tốc

vuông ABC đồng dạng vuông a3b3c3.

trị số v3= pc3 µv

vì khâu 4 nối với khâu 3 bằng khớp bản lề nên ta có

vc3= vc4

Mặt khác vD4= vC4+vD4/C4

vc4 đã xác định hoàn toàn

vD4/C4 phương vuông góc với CD

giá trị chưa xác định

vD4/C4=c 4d4 µv

khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề nên ta có

vD4=vD5

vD5 có phương song song với phương trượt của khâu 5

giá trị chưa xác định vD5=pd5 µv

từ hai phương trình trên ta có

vD5=vC4+vD4/C4

phương trình trên còn hai ẩn chưa xác định nên ta giải bằng phương pháp hoạ đồ véc

tơ vận tốc

B) Cách vẽ

chọn một tỷ lệ xích µv= ω1 µl= 0,0023125.12,3189=0,0284 (

mm s

m

. ) trước tiên ta chọn một điểm p bất kỳ làm gốc hoạ đồ

từ p vẽ đoạn pa1 biểu diễn đoạn va1 = va2 (pa1 pháp tuyến với OA)

từ mút véc tơ pa1vẽ đường thẳng  chỉ phương của va2/a3( song song AB )

từ p ta vẽ ' của va3 (' vuông góc) khi đường thẳng x≡ a3 biểu thị vận tốc của

va3

vận tốc của vc3 được xác định theo định lý đồng dạng

vuông ABC đồng dạng vuông a3b3c3. nên từ p≡b3 ta vẽ đường thẳng vuông góc với AC trên hoạ đồ vị trí hai đường thẳng này cắt nhau tại c3→pc3 biểu thị vận tốc v

c3= vc4

từ c3≡ c4 kẻ đường thẳng 1 chỉ phương của vD4/C4(1 vuông góc CD )

từ p kẻ đường chỉ phương 1' của (1' song song OB )

khi đó 1 ×1'=d4 ≡ d5 biểu thị vận tốc của vD4=vD5

hoạ đồ ở 8 vị trí vẽ tương tự như trên

B, Vận tốc các điểm thuộc cơ cấu, vận tốc trọng tâm và vận tóc góc

Ta có VA3=pa3µv

Vc3=pc3 µv

VD5= VD4=pd5µv

VA3/A2=a2a3µv

Tr 7

Đào Đức Đôn K35 MA

VD4C4=c4d4 µv

Trọng tâm các khâu đặt tại trung điểm kích thước các khâu nên ta xác định được vận tốc trọng tâm theo định lý đồng dạng hoạ đồ vận tốc

Ta có VS4=ps4 µv

VS3=ps3µv

VS3'=ps'3µv

VS5=ps5µv

Xác định vận tốc góc các khâu

Ta đã xác định được ω1=12,3189(rad/s) chiều của ω1 giả thiết theo chiều quay của kim đồng hồ,vì khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp trượt tịnh tiến nên ta có

ω2=ω3= =

→ω2=ω3= =

chiều của ω3 theo chiều kim đồng hồ

ω4= =

Chiều ω1ngược chiều kim đồng hồ

Vận tốc các điểm trên khâu, vận tốc trọng tâm và vận tốc góc được biểu diễn trong bảng sau

Tr 8

-pa3 µv

lAB

pc3 µv

lBC

c4d4.µv

VD4C4

CD

VA3

lAB

VC3

lBC

2 Vẽ hoạ đồ gia tốc.

Chọn khâu 1 là khâu dẫn khi đó khâu 1 quay xung quanh trục cố định O với vận tốc góc không đổi là ω1= const

Ta vẽ hoạ đồ gia tốc của cơ cấu tại một vị trí bất kỳ ( Xét tại vị trí như đề bài ra ) Các

vị trí 2 và 7 vẽ tương tự

a Phương trình véc tơ gia tốc

Ta có aA1=a A1n +aA1τ

Vì khâu dẫn 1 quay đều xung quanh trục cố định O với vận tốc góc không đổi ω1= const nên ε1= o Do vậyaA1τ = 0

aA1= aA1n * aA1n hướng từ A→O

* Độ lớn a A1n= ω12lOA =()=(m/s2)

Vì khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề nên ta có

aA2 = aA1

Mà khâu 2 trượt tương đối nên khâu 3 nên ta có

aA3= aA2+aA3/A2k+aA3/A2r (*)

Trong phương trình trên thì aA2 đã xác định hoàn toàn

aA3/A2r Phương song song với AB

Giá trị chưa xác định

aA3/A2k Gia tốc góc Côriôlít có chiều thuận theo chiều vA3/A2 quay đi 900 theo chiều

ω3 và có giá trị được xác định

aA3/A2k = 2ω3 vA3/A2

Vì khâu 3 chuyển động xung quanh trục cố định B nên ta có

a A3= aA3n +aA3τ (**)

aA3n Phương hướng từ A→B.(Pháp tuyến với AB)

Giá trị chưa xác định aA3n = ω32.lAB

Tr 9

Đào Đức Đôn K35 MA

aA3τ Chiều cùng chiều ω3 ( Tiếp tuyến với AB )

Giá trị chưa xác định aA3τ= ε3.lAB

Kết hợp phương trình (*) và (**) ta có phương trình

aA3n +aA3τ = aA2+aA3/A2k+aA3/A2r

như vậy phương trình trên còn hai ẩn là giá trị aA3/A2r và aA3τ nên xác định hoàn toàn trên hoạ đồ gia tốc

Gia tốc ac3 được xác định bằng định lý đồng dạmg thuận hoạ đồ gia tốc

∆ ABC ∼∆a3b3c3

Vì khâu 3 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề ta có

ac3= ac4

ta có aD4= ac4 + an

D4C4 + aτD4C4 (***) trong phương trình trên thì

ac4 đã xác định hoàn toàn

an

D4C4 hướng từ D→C giá trị an

D4C4= ω42.lCD tuy nhiên cũng xác định theo phương pháp vẽ

aτD4C4 có phương vuông góc với DC

giá trị chưa xác định aτD4C4 =ε4.lCD

vì khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề nên ta cũng có

aD4=aD5 (****)

vì khâu 5 chuyển động là tịnh tiến khứ hồi nên có phương song song với phương trượt Kết hợp phương trình (***)và (****) ta có

aD5=ac4 + an

D4C4 + aτD4C4

như vậy phương trình trên còn hai ẩn là giá trị aτD4C4và aD5 chưa biết nhờ phương pháp hoạ đồ gia tốc để xác định

Cách vẽ hoạ đồ gia tốc

chọn khâu dẫn như ở hoạ đồ vận tốc

chọn tỷ lệ xích µa= ω12 µl

µa= (12,3189)2.0,0023125=0,351(m/s2mm)

ta tính các đoạn biểu diễn aA3n, an

D4C4, aA3/A2k

πa1' là đoạn biểu diễn véctơ gia tốc aA1

Ta có aA1= π a1' µa =πa1'.ω12 µl=πa1'.ω12

Mặt khác aA1=ω12.lOA1

→πa1'.ω12 µl=πa1'.ω12 =ω12.lOA1ω12.lOA1→π a1'=OA1.

Tính đoạn a'2k

tacó ak

A3/A2=2ω3.vA3/A2=2 3 2 3 2. 3 .a2a3

AB

pa a

a l

v

v v l

v AB

µ

µ =

AB

pa a a AB

a

a

l

µ

µ

.

.

.

.

1 3 3 2 2

2 1 3

2

=

Mặt khác

l a

k

A

a µ ω 2 µ

1

' 2

'

2

2

/

l

l a k AB

pa

a

a . .ω .µ ω µ

.

1

' 2

2 1 3

3

→

Tr 10

-lOA1

OA1

OA1

lOA1

pa a

a

k

a' 2 3 3

2

.

2

=

⇒

như vậy a'2k được xác định theo định lý tam giác đồng dạng.Cách xác định ta xác định kích thước AB trên hoạ đồ vị trí Vì ta vẽ hoạ đồ gia tốc cho hai vị trí 2 và 7 nên

đo kích thước tại hai vị trí 2 và 7 nên ta đo kích thước tại hai vị trí này Sau đó xác định đoạn pa3 và a2a3 trên hoạ đồ vận tốc ứng với hai vị trí vẽ gia tốc

Kẻ đoạn AB từ A kéo dài lấy đoạn AM= 2 a2a3 Vì pa3 vuông góc nên từ A kẻ đường thẳng vuông góc với AB lấy đoạn AN=pa3 kéo dài AN nối N với B ta được tam giác vuông ABN Từ M kẻ đường thẳng song song với BN cắt đường thẳng kéo dài kéo dài AN tại E khi đó ta có ∆ ABN~∆AME

Vậy đoạn thẳng a'2k=AE

Vậy ta xác định được a'2k=AE ở hai vị trí là

2 a'2k =30.7923

7 a'2k =34.9684

Tính đoạn an

A3

Ta có

AB

pa AB

pa l

pa l

l

v l

l

l AB

l AB

AB

A AB

n

A

µ

ω µ

µ ω µ

.

.

.

2 1

2 3 2

2 1

2 3 2

2 3 2

2 3 2

3

Mặt khác ta lại có

l

n a

n

n

a π µ π ω 2 µ

1 3 3

l n

l a

AB

pa

µ ω π µ

ω

.

1 3

2

1

2

⇒

AB

pa

a n 32

3 =

như vậy an

A3 được xác định theo tam giác đồng dạng

Tr 11

-E

N

E

N

Đào Đức Đôn K35 MA

cách xác định từ AB trên hoạ đồ vị trí ta vẽ được vòng tròn đường kính AB Từ A vẽ cung tròn bán kính pa3 cung tròn này cắt vòng tròn đường kính AB tại điểm F từ F ta

hạ đường vuông góc với AB cắt AB tại I khi đó ta có AI= πan

A3

Ta có tam giác đồng dạng ∆ABF đồng dạmg ∆AFI

AB

pa a

hay

AI

AB

3 3

2

=

−

−

Vậy ta xác định được an

A3=AI ở hai vị trí là:

2 πan

A3=68,77

7 πan

A3=70,99 Tính toán đoạn d'4c'4

Ta có

DC

dc DC

dc L

dc l

l v l

l

l DC

v DC

DC DC DC

DC

n

DC

2 1 2 2 1 2 2 2

2

2

.

.

.

µ

ω µ µ

=

Mặt khác ta có

l a

n

DC d c d c

a ' ' µ ' ' ω 2 µ

1

=

=

l

DC

dc

µ ω ω

µ

'.

'

1

2

1

2

=

⇒

DC

dc

c

d' ' = 2

⇒

Như vậy đoạn d'4c'4 cũng được xác định theo tam giác đồng dạng

d'4c'4=CH

Tr 12

-A

F

I

B

A

B

H C

G

D

G

D