Tổng hợp cơ cấu chính - vẽ hoạ đồ vị trí

Cơ cấu chính của máy bào loại 1 được tổ chức từ cơ cấu culits, gồm có 6 khâu. Công dụng của máy bào là biến chuyển động quay của bộ phận dẫn động (thường là máy điện) thành chuyển động t

C

BA

n1

O2

S5

I TỔNG HỢP CƠ CẤU CHÍNH - VẼ HOẠ ĐỒ VỊ TRÍ

1 Phân tích cấu trúc cơ cấu chính

Đây là lược đồ chính của cơ cấu Máy Bào Loại I

Cơ cấu chính của máy bào loại 1 được tổ chức từ cơ cấu culits, gồm có

6 khâu Công dụng của máy bào là biến chuyển động quay của bộ phận dẫn động (thường là máy điện) thành chuyển động tịnh tiến thẳng của bộ phận công tác (đầu bào) Trên đầu bào ta lắp dao bào để bào các dạng chi tiết khác nhau

Đặc điểm truyền động của các khâu: Khâu dẫn O1A ta phải giả thiết quay đều với vận tốc góc ω1 truyền chuyển động cho con trượt 2 (khâu này chuyển động song phẳng) Con trượt 2 truyền chuyển động cho culits 3 (culits

3 có chuyển động quay không toàn vòng) lắc qua lại truyền chuyển động cho thanh truyền 4 (thanh truyền 4 chuyển động song phẳng)và thanh truyền 4 truyền chuyển động cho đầu bào 5 (đầu bào 5 có chuyển động là tịnh tiến thẳng và khứ hồi)

2 Tính bậc tự do - Xếp loại cơ cấu

b Xếp loại cơ cấu

Chọn khâu 1 làm khâu dẫn.Ta tách cơ cấu này thành 2 nhóm Axua:+ Nhóm 4-5 gồm đầu bào 5 và thanh truyền 4

+ Nhóm 2-3 gồm culits 3 và con trượt 2

Cả 2 nhóm này đều thuộc nhóm loại 2 Vậy cơ cấu là cơ cấu loại 2

3 Tổng hợp cơ cấu chính và vẽ hoạ đồ vị trí

a Xác định kích thước các khâu

Theo bảng số liệu (số liệu 1):

=

B O

BC

l l

Theo lược đồ cấu tạo đã cho của cơ cấu, ta vẽ lược đồ động biểu diễn

cơ cấu ở 3 vị trí: một vị trí trung gian và hai vị trí giới hạn (vị trí biên) ở những vị trí giới hạn, đường tâm của culits O3B tiếp tuyến với vòng tròn quỹ đạo của tâm chốt tay quay Vẽ hành trình H của đầu bào 5

Góc lắc ψ =∠B1O2B2 của culits 3 xác định theo hệ số về nhanh k đẫ cho theo công thức:

0 0

162,1

162,11801k

1k

+

−

=+

−

=ψ

Vì trục đối xứng O2E của góc culits thẳng góc với phương chuyển động

xx của đầu bào 5 cho nên chiều dài dây cung B1B2 bằng hành trình của đầu

bào Từ các tam giác vuông O2DB1 và O2A1O1 xác định chiều dài l O2B của

culits O2B và chiều dài R của tay quay O1A theo công thức:

mm2241

,6332

595,42sin2

4602

sin2

H

mm284

,1452

595,42sin4002

sinl

l

B O

BC 2

=

mm310

,158241,633.25,0l

25,0

=

Đường chuyển động xx của đầu bào đặt ở giữa đoạn biểu thị độ võng

DE của cung B1B2 có bán kính O2B1 (theo giả thiết) Khi đó khoảng cách h từ

trục xx tới tâm quay của culits:

mm618

,6112

595,42cos12

241,633

2cos12

l2

2cosl

ll

2

DEBOMO

Góc quay của tay quay ứng với khoảng chừa trong hành trình làm việc

1 1 1

'

1 =∠A O A ≈28,7

θ , còn góc ứng với khoảng chừa trước trong hành trình về không là: θ1'' =∠A1O1A1' ≈24,10; Còn góc ứng với khoảng chừa sau trong hành trình làm việc là: ' 0

2 1 2

'

2 =∠A O A ≈27,4

sau trong hành trình về không là : θ2'' =∠A2O1A2'' ≈23,20

l O A

50

284,145

=

=

AOdiÔnbiÓuo¹n

§

thùcdµié

5 CS

l

Kích thước

thực (m) 0,46 0,145 0,633 0,158 0,4 0,612 0,16 0,250đoạn biểu

diễn (mm) 158,621 50 218,358 54,590 137,931 210,903 55,172 86,207

Với cơ cấu máy bào loại một ta xác định được 11 vị trí biểu diễn hoạ

đồ chuyển vị Vị trí các khâu trong hoạ đồ chuyển vị được xác định theo phương pháp giao điểm

bằng đoạn biễu diễn của hành trình H với M là trung điểm của đoạn biểu diễn

đó Từ O2 dựng cung tròn bán kính O2B với vị trí đầu và vị trí cuối là 2 vị trí chết tương ứng (2 vị trí tiếp xúc của culits 3 với đường tròn tâm O1 bán kính

Tương ứng với từng vị trí của khâu dẫn O1A ta xác định được vị trí của culits 3 Từ Bi ta dựng đường tròn bán kính BC Đường tròn này xẽ cắt trục

II ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

1 Xác định vận tốc của các điểm ,vận tốc góc của các khâu và vẽ hoạ đồ vận tốc

a Xác định vận tốc của các điểm

Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc tại vị trí như hình dưới đây:

v =ω

+ vA2 có phương vuông góc với O1A, chiều cùng chiều với ω1, có trị số:

A O 1 A

+ vA3 có phương vuông góc với O2B, trị số chưa biết.

+ vA3A2 có phương song song với O2B, trị số chưa biết.

Vậy (2) còn 2 ẩn số là trị số của vA3 và trị số của

2

3 A A

v

 Nên (2) có thể giải được bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ

- Vận tốc tại điểm B:

Biết vận tốc tại điểm A3 dùng định lý đồng dạng ta tìm được vận tốc tại điểm B3:

B O 3

v =ω

A O 3

v =ω

→

A O

B O A B

2

2 3

l.v

+ vC4B4 có phương vuông góc với BC, trị số chưa biết.

Vậy phương trình (3) còn 2 ẩn là trị số của vC4 và

4

4B C

v Nên (3) có thể

giải được bằng phương pháp vẽ hoạ đồ véctơ

Vận tốc trọng tâm S3 của culit 3 và S4 của thanh truyền 4 được xác định theo định lý đồng dạng:

B O

S O B S

l

l v v

2

3 2 3 3

l v

4 4 4

(Hình vẽ)

b Vẽ hoạ đồ vận tốc

Để vẽ được hoạ đồ vận tốc ta phải chọn tỉ lệ xích µv:

mm.sm0304

,00029,030

100.30

n

L 1

µ

Chọn điểm P bất kỳ làm gốc của hoạ đồ vận tốc

Gọi Pa là đoạn biểu diễn vận tốc của 1 vA1ta có:

)(50

1 1

1 1 1

1

1

1 1

mm A

O

l Pa

Pa Pa

l v

L

A O

L v

A O A

ω

Từ điểm a1 (vì a2 ≡ a1) kẻ đường thẳng song song với AB và từ P kẻ

đường thẳng vuông góc với AB, giao của hai đường thẳng này là điểm a3 Từ

điểm P kẻ một đoạn có độ dài bằng

A O

B O Pa

2

2

1 theo phương Pa1, ta được điểm

b3

Từ điểm b3 (vì b4 ≡ b3) kẻ đường thẳng vưông góc với BC và từ P kẻ

đường thẳng song song với phương ngang Giao của hai đường thẳng này là

điểm c4 và c5 (vì c4≡ c5)

Hoạ đồ vận tốc của 11 vị trí được vẽ trong bản vẽ

TRỊ SỐ CÁC ĐOẠN BIỂU DIỄN VẬN TỐC CÁC ĐIỂM TRÊN CÁC KHÂU CỦA CƠ CẤU VỚI TỈ XÍCH µ V

Trong đó: v: vận tốc của khâu.

l: độ dài của khâu

+ Vận tốc góc của khâu 3 là:

A O

A B O

B 3

2

3 2

3

l

vl

v

=

=ω

+ Vận tốc thanh truyền 4 là:

BC

B / C 4

l

v

4 4

=ω

TRỊ SỐ VẬN TỐC GÓC CỦA CULIT VÀ THANH TRYỀN

a.Xác định gia tốc của các điểm

Dựa vào phương trình véctơ gia tốc ta đi lập các phương trình và vẽ

hoạ đồ gia tốc

Giả sử vẽ hoạ đồ gia tốc cho vị trí như hình vẽ dưới đây:

(Hình vẽ)

Phương trình quan hệ gia tốc trên các khâu:

- Tại điểm A ta có:

n A A

k A A A

a = + +

⇔ aτA3 +anA3 =aA2 +akA3A2 +arA3A2

(4)Trong đó:

a

+ akA3A2có chiều là chiều của véc tơ vận tốc vA3A2 quay đi một góc 900 thuận theo chiều ω3 trị số: akA3A2 =2ω3.vA3A2

+ arA3A2 có phương song song O2B, trị số chưa biết.

+ aτA3 có phương vuông góc O2B, trị số chưa biết

a nên có thể giải được bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ

O A B

2

2 3

l.a

- Tại điểm C ta có:

n B C B C B

a

4 4 4 4 4 4

+ aCτ4B4 có phương vuông góc với BC, trị số chưa biết.

+ aC5 có phương trùng với phương chuyển động của đầu bào 5 (phương ,

1

1xx), trị số chưa biết

Vậy (5) còn 2 ẩn là trị số của aC5 và τ

4

4B C

a nên ta có thể giải được bằng

phương pháp hoạ đồ véctơ

Gia tốc trọng tâm S3 và S4 cảu các khâu 3 và 4 xác định theo định lý đồng dạng như khi xác định vận tốc:

B O

S O B

l a a

2

3 2 3 3



 =

BC

BS C B

l a

4 4 4

Vậy ta được hoạ đồ gia tốc như hình vẽ:

(Hình vẽ)

b Vẽ hoạ đồ gia tốc của cơ cấu

Tại các vị trí khác nhau phương trình véctơ gia tốc hoàn toàn giống nhau và cách vẽ cũng giống nhau Vì vậy ta chỉ vẽ hoạ đồ gia tốc ở vị trí số 3

và số 11

Chọn tỷ xích gia tốc là µa

, 1 1

2 1 ,

1

2 1 , 1

1 1

a

A O a

l a

ωπ

30

2 2

1 2

a a Pa A

O

a a Pa

A O

a a Pa

l

v v v

a

a L

L

v A

O

A A A A

A

k A A

2

3 2 3 2

2 1 3 2 3

2

3 2

2 3 3

2

2

2

2

2

2

3 2 3 3

2 3

2

µµ

ω

µ

µω

2 =

=>

A O

a a Pa k

a

2

3 2 3 ,

1

.2

=

Vậy dựng được đoạn ka,

1 + nA

3

A O

Pa A

O

Pa A O

Pa l

Pa l

l

v l

l

L A

O

v A

O A O

A A O

n

A

2

2 3 2

2 1 2 3 2

2 2 1 2 3

2 2 3 2

2 2

3

2

2 2

3 2

3

µµ

ωµ

µωµ

Pa n

2

2 3

3 =π

L a

BC a

BC

BC B C a

BC

BC

b c l

b c l

l v l

µωµ

µ

ωµ

µµ

2 4 4 2 2 4 4 2

2 2

4 4

2 4 4

( )mm A

O

a a Pa k

558,164

362,38.069,32.2

2

2

3 2 3 ,

• Đoạn biểu diễn anA3

( )mm A

O

Pa

558,164

069,

2

2 3

π

• Đoạn biểu diễn a C n B

4 4

( )mm BC

b c n

590,54

838,

2 4 4 4

( )mm A

O

a a Pa k

338,94

438,29.415,40.2

2

2

3 2 3 ,

• Đoạn biểu diễn anA3

( )mm A

O

Pa

338,94

2 2

2 3

11 3 = = 40,415 =π

• Đoạn biểu diễn a C n B

4 4

( )mm BC

b c n

590,54

2 2

4 4 4

2 3

a Từ gốc π dựng πn3, từ mút n kẻ phương A3 τ

3 A

a 2 đường này cắt nhau ta được ,

a Từ gốc π kẻ phương πaC5 2 đường này cắt nhau ta được c ,5

c Gia tốc góc của các khâu

Gia tốc góc của culit 3 được xác định theo công thức:

2 A

Nội dung của bài toán phân tích động học cơ cấu chính là đi xác định

áp lực tại các khớp động và tính mô men cân bằng trên khâu dẫn Cơ sở để giải là nguyên lý Đalambe Khi ta thêm các lực quán tính ta sẽ lập được các phương trình cân bằng lực của các khâu, của cơ cấu và của máy Dựa vào các phương trình cân bằng lực này, bằng phương pháp vẽ đa giác lực ta giải ra các lực chưa biết đó là áp lực tại các khớp động Cuối cùng còn lại khâu dẫn ta sẽ tính được mô men cân bằng

1 Xác định lực cản kỹ thuật Pci

Lực cản có ích chỉ tác động trên khâu 5 ở các vị trí 2 ÷ 5 và ở tất cả vị trí đó, đều bằng hằng số Trị số của lực này bằng: Pci = Pc = 2600 N.

2 Xác định trọng lượng, khối lượng

a Trọng lượng của các khâu

Lực phân bố trên các khâu : q = 30KG/m

Trọng lượng của các khâu:

G1 = q.l1 = q.l O A

1 = 30.0,1453= 4,359 KG = 43,59 N

G2 = 0 N

N96,189KG

996,186332,0.30l

ql

Lực quán tính này có trị số là: P q3 =m3.a S3, đặt tại tâm va đập K3 ở

phía ngoài đoạn O2S3 và cách S3 một khoảng l S3K3 Có phương song song và

ngược chiều với aS3.

Khoảng cách từ O2 đến K là:

3 2

3 3

2 3 3 3 2 3 2

S O 3

S S

O K S S O K

Jl

ll

3 2

2 3

2

3 3

2 3 3 3

2

3

2

S O 3

O S

O 3

S S

O K S S

O

K

Jl

m

Jl

ll

S O

l m

J S =

Thay vào (6) ta được:

m mm

l l

l m

l m l

S O

S O S

O K O

422,0157

,4223

236,633.2

3

23

4

.12

2

2 3

2 3

2

3 2 3

2 3 2

3

2 3

Lực quán tính này có trị số: P q4 =m4.a S4, có phương song song và

ngược chiều với aS4 Và được đặt tại T, giao điểm giữa đường thẳng kẻ qua

K4 song song với c4,b4, và đường thẳng kẻ qua S4 song song với πb4, trên hoạ

đồ gia tốc Với tâm va đập K4 của khâu 4 được xác định như sau:

4

4 4

4 4 4

S BS

K S BS

J l

l l

3

.12

2.12

m l

l l

l m

l m l

l m

J l

BS

BS BS

S BS

BK

BS

106,0539

,1053

309,158.2

3

23

4

.3

4

4 4

4

4 4

4

4

2 4 4

=+

=

* Xét khâu 5

Lực quán tính này có trị số: P q5 =m5.a S5 =m5.a C5 và được đặt ở trọng

tâm S5 Có phương song song và ngược chiều với aC5.

4 Xác định áp lực khớp động cho cơ cấu tại trí 3

a Phân tích lực

- Tách nhóm Axua 4-5 Đặt các lực Pc, G5, G4, P4, P5, R34, R05 lên các khâu như hình vẽ

(HÌNH VẼ)

Áp dụng phương trình cân bằng lực cho nhóm 4-5 ta có:

0

5 4 4

5 05 34

∑P R R G G Pc Pq Pq (8)

Các lực Pc, G5, G4, P4, P5 đã biết phương chiều và trị số; lực R34

chưa biết phương chiều và trị số; lực R05 trẳng góc với trục x1x1′ của khớp

tịnh tiến Nên phương trình (8) có 3 ẩn số đó là trị số của R05, phương chiều

Lấy mô men đối với điểm C:

0

R34τ 4. 2 4. 1

Vậy (8) được viết lại như sau:

0

05 4

4 5

q q c

34



và R05 Nên (9) có thể giải được bằng phương pháp hoạ đồ vectơ P2

34

, ta được phản lực toàn phần R34 ở khớp 3-4

Phản lực R54 ở khớp 4-5 xác định từ điều kiện cân bằng lực của thanh truyền BF

0

54 34 4

Pq   

Để giải phương trình này, chỉ cần nối mút i của véctơ R34 trên hoạ đồ

Muốn xác định điểm đặt lực R05 Ta tách riêng khâu 5 và đặt các lực

∑P R Pq G R R (10)

Phương trình (10) còn 4 ẩn số là trị số và phương chiều của R12; trị số

và phương chiều của R03

Ta tách riêng khâu 2 rồi đặt các lực R12 và R32 lên khâu như hình vẽ.

trong đó, R32 là áp lực từ culit lên con trượt

Vì culit và con trượt tạo thành một khớp tịnh tiến cho nên nếu không kể đến lực ma sát, véctơ R32 sẽ thẳng góc với đường tâm của culit Do đó véctơ

12

R cũng thẳng góc với đường tâm culit và: R12 =−R32 =R23

Lấy mô men các lực đối với điểm O2:

0

3 3 3 12

+ Tỉ số truyền của cặp bánh răng:

143,214

+ Để tránh hiện tượng cắt chân răng ta kiểm tra hệ số dịch dao (ξmin) nhỏ nhất theo điều kiện:

ξ1