Thuyết minh đồ án môn học Bộ môn Nguyên lý - Chi tiết máy

Với một nền công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì chúng ta phải chế tạo được ra các thiết bị máy móc, công cụ để đáp ứng cho mọi ngành sản xuất. Việc thiết kế đồ án hoặc hoàn thành bài t

LỜI NÓI ĐẦU

rong thời đài ngày nay nền khoa học tiên tiến đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng, các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến và từng bước thay thế sức người, để tạo ra được những máy móc ngày càng hoàn thiện và hiện đại hơn thì bộ môn Nguyên lý máy đóng vai trò rất quan trọng

Với một nền công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì chúng ta phải chế tạo được ra các thiết bị máy móc, công cụ để đáp ứng cho mọi ngành sản xuất

Việc thiết kế đồ án hoặc hoàn thành bài tập lớn là một khâu rất quan trọng trong quá trình học tập và nghiên cứu môn học Nguyên lý máy, nó giúp cho người sinh viên hiểu sâu và đúc được những kiến thức cơ bản của môn học

Qua thời gian học tập, nghiên cứu lý thuyết và thực tế em đã được giao đề tài thiết

kế “Cơ cấu dẫn động băng tải lắc” Với đề tài này qua một thời gian tìm hiểu và nghiên

cứu tài liệu kết hợp với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Quý Đạc và các thầy cô trong tổ môn đến nay về cơ bản đồ án của em đã hoàn thành

Mặc dù trong thời gian khá dài em đã nghiên cứu kỹ nhưng do kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những sai sót

Vậy em rất mong được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô để cho đề tài cũng như môn học của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2002

Sinh viên

Nguyễn Thanh Sơn

I) CƠ CẤU DẪN ĐỘNG BĂNG TẢI LẮC :

Phân tích lược đồ cơ cấu chính

Cơ cấu gồm 5 khâu,cơ cấu chính của hai tay quay con trượt là cơ cấu tổng hợp từ cơ cấu 4 khâu bản lề và cơ cấu tay quay con trượt

B

01

1

2

5

01

02

B

C

2 3

5

lý - Chi tiết máy

Công dụng của cơ cấu 2 tay quay con trượt là biến chuyển của bộ phận dẫn động thành bộ phận tịnh tiến của bộ phận công tác

Đặc điểm của chuyển động và ta phải thiết kế quay toàn vòng đều với vận tốc góc , truyền chuyển động cho khâu 4 (thanh truyền) và biến chuyển động quay toàn vòng thành chuyển động tịnh tiến của khâu 5

Lược đồ cơ cấu chính:

Tính bậc tự do của cơ cấu : w=3n-(2P5+P4)+R-S

n:số khâu động ; S:số bậc tự do thừa;

P4:số khớp cao loại 4; R:số ràng buộc thụ động;

P5:số khớp loại 5;

 cơ ấu có một bậc tự do

Tách nhóm Axua:

Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí

a = 26mm; b = 30mm;  = 260;

n1 = 75(vg/phút); 3min = 3rad/s;

Để xác định kích thước các cơ cấu ta dựa vào dữ liệu đầu bài:

AB = l2: kích thước khâu 2

BO2 = l3: kích thước khâu 3

2

2 b

Xác định l2 , l3 ta dựa theo điều kiện quay toàn vòng của cơ cấu 4 khâu bản lề : O1AO2B Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1

l0 +l1 l2 +l3

L0 L1 L2  L3

Điều kiện quay toàn vòng của khâu 3

l0 +l3 l1 +l2

L0  L3 L 1 L2

Từ hai điều kiện đó ta tìm được:

l2 = 56mm, l3 = 80mm,

 =

B O

L BC L

2

=

3

4

L

L

= 7  l4 = 7l3 = 560 mm

Vẽ hoạ đồ : chọn tỷ lệ sích:

 l =

A O

A O L

1

1 =

40

09 ,

0 = 0,00225m/mm

Đoạn biểu diễn các khâu trên hoạ đồ:

AB =

00225 ,

0 0 , 144 =64mm; O2B = 60mm;

A = 18mm; B = 22m;

BC = 6,5O2B =390mm;

II) HOẠ ĐỒ VẬN TỐC:

Biết : 1 =

30

n 

= 7.85 rad/s

Lập phương trình: V B2=V A2 +V B 2A2 (1)

Trong đó: V B2 vuông góc với O2B biết phương chưa biết giá trị; V A2 phương vuông góc với O1A, chiều 1 ,có giá trị

VA1= VA2= 1 l01A=0,51m/s

2

2 A

B

V

có phương vuông góc với B2A2,giá trị chưa biết

V C4=V B4 +V C 4B4 (2)

Trong đó:

V B4 = V B2 = V B3 đã biết theo phương trình (1)

lý - Chi tiết máy

V C 4B4 phương vuông góc với C4B4,chưa biết giá trị

Chọn tỉ lệ xích: v = 1  l =0,0073m/mms

Cách vẽ :

Gọi p là tâm vận tốc tức thời Từ tâm p kẻ pa1=70mm phương vuông góc O1A, chiều

1, từ đầu mút a1kẻ đoạn thẳng m có phương vuông góc với AB Từ p kẻ đoạn thẳng n phương vuông góc O2B ,chiều 3 khi đó giao của m và n tại điểm đó chính là điểm b1  b2 Với điểm c : từ tâm phương vuông góc ta kẻ đường thẳng l theo phương ngang biểu diễm V C , Từ mút b1 kẻ đường thẳng kcó phương vuông góc với CB biểu diễn V CB Giao của l và k là c4  c5,theo cách tương tự ta vẽ hoạ đồ cho các vị chí còn lại Kích thước các đoạn biểu diễn trên hoạ đồ đem nhân với v

Vận tốc các khâu :

VB = v.pb; VC = v.pc;

VBA = v.ba; VCB = v.cb;

Vận tốc góc các khâu:

2 = AB

BA

L

V

; 3 = O B

B

L

V

2 ; 4 = CB

CB

L

V

;

Lập bảng trị số các đoạ biểu diễn vận tốc và vận tốc góc:

pb234 287.7 91.2 47.3 44.5 56 57.8 68.5 77.8 81.8 pc45 0 90 34.5 19.4 3.3 0 28.9 67.4 81.4

bc 287.7 6.6 28.7 38.7 55.8 57.8 61.1 31 25.2

ab 231.9 106.7 69.6 52 34.1 31.9 20 32 13.8

VA 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1

VB 2.1 0.666 0.345 0.325 0.409 0.422 0.5 0.568 0.594

VC 0 0.657 0.252 0.142 0.024 0 0.211 0.492 0.594

VAB 1.693 0.779 0.508 0.38 0.249 0.5477 0.233 0.234 0.101

VCB 2.1 0.048 0.21 0.283 0.407 0.422 0.446 0.226 0.184

2(rad) 30.232 13.911 9.071 6.786 4.446 9.786 4.161 4.179 1.804

 3(rad) 26.25 8.325 4.313 4.063 5.113 5.275 6.25 7.1 7.425

 4(rad) 3.75 0.086 0.375 0.505 0.727 0.754 0.796 0.404 0.329 III) VẼ HOẠ ĐỒ GIA TỐC :

Tại các vị trí khác nhau phương trình véc tơ hoàn toàn giống nhau nên ta vẽ hoạ đồ gia tốc cho hai vị trí là vị trí 4 và 8

1) Tính toán cho vị trí 4

Lập phương trình gia tốc :

a A 1 =a n A1+a t A1= a A 2 (3)

Trong đó a n A1 có phương AO1 ,chiều từ AO1,vì khâu quay đều 1 = const  a t A1 = 0

;có giá trị



 n a A

A

a

1

1 1.lO1A =61,6225.0,065=4.005 m\s2

a B 2 = a n A2+ a tB2A2+ a n B2A2 (4)

a B 2 = a tB2+ a n B2= a B 3 = a B 4

Trong đó a n

2

2A

B có phương chiều từ BA Giá trị được xác định theo biểu thức

a B n2A2 = 2 lAB = (6.786)2.0,056=2,579 m\s2;

t

A

a

2

2

B có phương vuông góc với AB và giá trị chưa xác định

a t B2A2= 2.lAB

2

B

a có phương vuông góc với O2B có chiều phụ thuộc chiều 3 giá trị xác định

2

n

B

a  = 

3.lO2B= (4.063)2.0,08 = 1,321 m\s2 ;

a C4=a B n C B a C t B

4 4 4 4

4  =a C5 (5) Trong đó: a C4 có phương ngang là phương con trượt,

4

4b c

n

a có phương chiều BC

và có giá trị:

a C n4B4= 4 lBC= (0,505)2.0,56 = 0,143 m\s2 ;

a c t4b4có phương vuông góc với BC và có chiều phụ phuộc chiều 4 giá trị chưa biết

t

B

C

a

4

4 = l C 4B4.4

Chọn tỷ lệ xích: a=1 l=(7.85)2.0,00093=0,0573

lý - Chi tiết máy

Đoạn biểu diễn thực trên bản vẽ:

nB=

a

n B a

 =0,05731.321 = 23 mm,

nBA=

a

n BA a

 =

0.0573

2.579

= 45 mm,

nCB=

a

n CB a

 =

0.0573

0.143

=2.5 (mm) Tịnh toán cho vị trí 8

a n B2A2=2 lAB=(4,179)2.0,056=0.978 m\s2

a B2  n B2 = 3.lO2B= (7,1)2.0,08=4,033 m\s2

a C n4B4= 4 lBC= (0,404)2.0,56 = 0,0914 m\s2

Đoạn biểu diễn thực trên bản vẽ:

nB=

a

n B a

 =0,05734,033 = 70,4 mm

nBA=

a

n BA a

 =0,05730,978 = 17,1 mm,

nBC=

a

n CB a

 =0,05730,0914 = 1.6 mm

Đoạn biểu diễn gia tốc các điểm trên các khâu tại hai vị trí số 4 và số 8

Vị TRí a’1-2 b’3-4-5 c’4-5 a2’b2’ b’4c’4 s’2 s’3 s’4

4 70 24,4 14,8 50 18,4 46,1 12,2 17,9

8 70 85,6 76,9 151,9 45,7 18,6 42,8 78,1

Vị TRí aA1-2 aB2-3-4 aC4-5 aAB aBC aS’2 aS’3 aS’4

4 4,01 1,4 0,85 2,87 1,05 2,64 0,7 1,03

8 4,01 4,9 4,4 8,7 2,62 1,07 2,45 4,47

IV) HOẠ ĐỒ LỰC

Những phản lực cần xác định là :phản lực R05 tạI khớp trượt o; phản lực R45 (hoặc R54) tạI chốt pistông (c) ,R234 tạI B ,R12 (R21) tạI khớp quay A,phản lực R51 tạI khớp quoay O

Cơ cấu đang xét có 1 bậc tự do và gồm 2 nhóm loại 2:là ( 4-5) , (2-3) , khâu dẫn 1

PC = 950 N ;

G1 = q.L1 = 350000.0,09 = 27750 N

G2 = q.L2 = 350000 0,056 = 19600 N;

G3 = q.L3 = 350000 0,08 = 28000 N;

G4 = q.L4 = 350000.0,56 = 196000 N;

G5 = 4G4 = 4.196000 = 784000 N;

m2 = G g2 = 1960 (kg); m3 = G3 g = 2800 (kg);

m4 =

g

G4

=19600 (kg); m5 =

g

G5

=78400 (kg)

a) Phân tích lực tại vị trí số 4:

Đặt lực :

Lực cản kỹ thuật đặt tạI khâu 5

Trọng lượng các khâu G3 , G2 , G4 ,G5 đặt tạI trọng tâm các khâu,

Khối lượng các khâu : m2 ;m3 ;m4 ;m5

Lực quán tính : Lực quán tính của thanh truyền BC (do chuyển động song phẳng):Pq4 có trị

số

Pq4=m4 as’4 =19600.1,03=20188(N)

Đặt tại T là giao đIểm giữa đường thẳng kẻ qua K và song song với véc tơ s’2 trên hoạ đồ gia tốc và đường thẳng kẻ qua s2 song song với véc tơ a’

(  sa4 a A4 sa4B4)

Cách xác định tâm va đập K:

Chọn đIểm B làm cực

BK4 = BS4 +

4 4

4

BS m S

J

= m mBC BC

4 12

2

4 2

=

6

BC =602,2/6 = 100,4 mm

Xác định áp lực khớp động :

Tách nhóm Axua 4-5 , đặt các lực Pc ,G5, Pq5,G4, Pq4,kẻ phương R05 ,áp lực khớp động R234

tạI B được phân ra làm hai thành phần

lý - Chi tiết máy

Rt

234 và Rn

234.để tính Rt

234 ta tách riêng khâu 4 và lấy mô men với điểm C

Rt

234=

BC

H q P H

G4. 1 4. 2

=

560

54 , 299 196000 84

.

20188 

=111558,7 N

Vậy phương trình lực của nhóm 4-5 là :

 p45= R05 + P C +G 5 + P5 +G 4

+R t234 + + R234n 

Vẽ hoạ đồ lực và ta xác định được R05 ,Rn

234 , R234 ,

Để xác định R54 ta dựa vào phương trình cân bằng lực riêng của khâu 4



 





 





 





 

234 4

4

54 G P q R

R = 0

Với tỷ lệ xích:p=1900 N/mm

Tiếp tục tách nhóm Axua 2-3 ;Tại B có





 



432

R =-R234, đặt các lực G3, Pq3 tại A có R12 và tại O2 có R03 phương trình cân bằng lực của nhóm axua là :

p23= R03 +



 



3

G +   

3

P +R43+ R12 = 0  R03 và  R12 chưa biết cả trị số và phương nên Phương trình lực còn 4 ẩn ta khử ẩn số bằng cách tách con trượt 2 ra , con trượt 2 chịu tác dụng của lực R12 đI qua A ta phân ra làm 2 thành phần Rt

12 và Rn

12xác định Rt

12 bằng cách lấy mô men với điểm B

Rt

12=

AB

H q P H

G2. 3 2. 3

=

64

457 , 22 50400 6671

, 25

15624 

=5705,035

Tương tự tách khâu BO2 ta xác định được Rt

03

Rt

03=

2

6 3 5

.

3

B

H q P H

G 

=

60

3917 , 3 25 , 4016 6323

, 28

=13554,6 N

Vẽ đa giác lực ta suy được Rn

03 ,Rn

12 R12

Cuối cùng còn lại khâu dẫn o1A chịu tác dụng của lực R21=-R12 đặt tại A và một mô men cân bằng

Lấy tổng mô men đối với điểm o1 ta có:

MCB=(R21.h1-G1.h2)L= (108,3.19-31500 4,88) 0,00225

=-441,24 Nm

Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phương pháp đòn jucopki:

Cách làm xoay hoạ đồ vận tốc đi 1 góc 900 đặt các lực vào các điểm tương ứng trên hoạ đồ vận tốc lấy mô men với gốc p những lực nào chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc sẽ mang dấu dương sau đó nhân với -v/1 ta được mô men cân bằng

MCB=- ( )

1

1



 





 





 





 



k k

M k V



=-L (G1.h6 –G2.h3 –(G3 + G4) h5 + (Pq5–Pc ) p4c4- Pq2 h4

Pq3 h2 +Pq4 h1 )

=-0,00225.(31500.4,8-50400.8-(47250+307125) 12,88+

(58746,6-1000).6,34-15624.10,8-4016,25.3,5+44330,9.2,3)

=-448,03 Nm

Phân tích lực tạI vị trí số 8:

Ta cũng tiến hành như ở vị trí số 4

Rt

234 =

BC

H q P H

G4. 1 4. 2



=

390

3318 , 229 5 , 148648 0398

, 192

307125 



=-63821,565mm

Rt

12 =

AB

H q P H

G2. 3 2.

=

64

697 , 23 50400 5396

, 26 4 ,



=3279mm

Rt

03 =

2 0

6 3 5 3

B

H q P H

G 

=

60

5591 , 7 21735 5911

, 7

47250 

= 3239,707mm

MCB=(R21.h1-G1.h2)L

= (327,0094.36,1182+31500 4,88) 0,00225

=372,5 Nm

Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phương pháp đòn jucopki:

MCB= -L (G1.h6 –G2.h3 –(G3 + G4) h5

+ (Pq5–Pc ) p4c4- Pq2 h4 - Pq3 h2 +Pq4 h1 )

=379,813 Nm

Nhận xét : tính mô men cân bằng theo hai phương pháp thì không chênh lệch nhau nhiều lắm

Vị trí 4 sai lệch là 1,5690/0

Vị trí 8 sai lệch là 6,290/0

Lập bảng:

lý - Chi tiết máy

Vị trí R05 R234 Rn234 Rn03 Rn12 R12 Rt12 R03t R234t

609,8 129,4 103,2 184,8 107,7 108,3 11.975 11.40269 80.2139

694 176 173,3 251,4 326,4 327 1.6485 1.619854 31.91078

V) BÁNH ĐÀ

1)Tính mô men cản thay thế

a)vẽ biểu đồ mô men thay thế

Tính mô men cản thay thế theo phương pháp đòn jucopky ta xoay 9 vị trí hoạ đồ vận tốc của cơ cấu theo chiều 1 1 góc 900,sau đó đặt trọng lực của các khâu G1, G2, G3,

G4,G5 vào trọng tâm các đoạn trên hoạ đồ vận tốc ,đặt lực cản kỹ thuật Pc tạI C sau đó lấy

mô men vơI gốc hoạ đồ P ta được :

MCtt = l [Pc ( ) G1( ) G2.( ) G3.( )G4.( )]

Ta có bảng trị số mô men cản thay thế:

Mctt (Nm) -69099.5 8402.2 8082.8 10946 16203.5 19074.8

Mctt (Nm) 12377.7 -5987.6 -3457

Những lực nào gây ra mô men chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc ta lấy dấu (+) ,lực nào gây ra mômen cùng chiều xoay vận tốc ta lấy dấu (-)

Vẽ đồ thị Mctt ,từ các giá trị ta tìm được

Trục tung biểu thị Mctt với tỷ lệ xích M = 294,4

mm Nm

đoạn vẽ(MCtt) -234.71 28.54 27.45 37.18071 55.03906 64.79212

Vị trí 7 8 9

đoạn vẽ(MCtt) 42.04382 -20.3383 -11.7425

Trục hoành biểu thị góc quay với tỷ lệ xích  = 0,0314

mm rad

Góc() 00 450 900 1350 169.2910 1800

b)vẽ đồ thị công Ac ,Ađ và mô men phát động Mđ

Tích phân đồ thị Mctt ta được đồ thị công cản , chọn cực tích phân H=70 mm

A = M  H = 294,4 0,0314.70=646.212

mm Nm

Phương pháp tích phân :

Trên trục hoành của đồ thị Mctt chia làm 9 đoạn bằng nhau tạI các trung đIểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đường cong tạI các đIểm a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9, trên đường cong Mctt ,lấy một đIểm H trên trục o cách o một khoảng 60 mm gọi là cực tích phân ,từ các điểm a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9 ta dóng song song trục hoành cắt trục tung tạI các vị trí tương ứng b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9 ,nối các vị trí tương ứng này với đầu mút H ta được các đường thẳng có độ nghiêng khác nhau

Trên biểu đồ vẽ Ac cũng chia trục hoành như biểu đồ Mctt

Từ diểm gốc 1 và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽ một đoạn 1C1 song song Hb1

cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ 2 tạI C1 sau đó từ C1 lạI lặp lạI cho hết 9 khoảng chia cuối cùng ta vẽ được Ac

Nối đIểm đầu và đIểm cuối của đồ thị công cản Ac=f() ta được đồ thị công phát động

Ađ =f() vì rằng mô men động thay thế là hằng số :Mđ=const (chưa biết trị số mô men động ) Nhưng công của mô men không đổi bằng

Ađ = Mđ.

Nghĩa là công của lực phát động Ađ tỷ lệ với góc  và trên trục toạ độ Ađ - góc  phải được biểu thị bằng đường thẳng

ngoài ra , sau toàn bộ chu kỳ làm việccủa máy , công động bằng công cản:

Ađ=Ac

lý - Chi tiết máy

Vì vậy đường thẳng Ađ =f() sẽ nối điểm đầu và điểm cuối đường cong Ac=f() (ở đầu

và ở cuối chu kỳ Ađ=Ac)

Trị số của mô men phát động xác điịng bằng cách vi phân đồ thị

Ađ=f()

Muốn thế ,từ điểm p của đồ thị M=f() ta kẻ tia song song với đường thẳng Ađ= f() tới cắt trục M Tung độ sẽ biểu thị mô men phát động Mđ với tỷ lệ xích M

c)Xây dựng đồ thị đồ thị E = f():

E = A = Ađ - Ac

Bằng cách trừ các đồ thị chú ý rằng nếu Ađ >Ac thì E dương và nếu Ađ <Ac thì

E âm Xây dựng đồ thị E = f() với tỷ lệ xích E = A = 646,212

m m

jun

.

2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế :Jtt

a)Vẽ đồ thị Jtt

Xác định độ lớn của mô men quán tính thay thế đối voéi tất cả các vị trí của nó

Theo công thức :

Jtt = 2

1

1

 ( m5.vs52 +m4.vs42 +m3.vs32+ m2.vs22

+Js222 +Js332 +Js44 )

Biến đổi  =

ij l ij

V

=

ij l

ij

v ta được :

Jtt = 2

1

1

 ( m5.pc2 +m4.ps42 +m3.ps3

+ m2.ps22 +Js2 +Js1+ Js3 +Js4)

Các kết quả tính toán đối với các thành phần của công thức và toàn bộ, nêu trong bảng dựa vào bảng số liệu xây dựng đồ thị Jtt= Jtt ()

Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích J = 35,63 kg.m2/mm

 = 0,0314 rad/mm