Đề cương nguyên lý máy

Đề cương môn lý máy Nguyên lý máy là môn học cơ sở kỹ thuật của các ngành cơ khí chế tạo máy, cơ khí động lực, cơ điện tử… Là môn học chuyên ngành của ngành cơ kỹ thuật, thiết kế máy.

Câu 1: Viết và giả thích biểu thức tính mômen quán tính thay thế trên khâu dẫn của

cơ cấu Nêu ý nghĩa của mô men quán tính thay thế?

Trả lời:

+)Biểu thức tính mômen quán tính thay thế trên khâu dẫn của cơ cấu

2

1

2































n

i si n

si i

J







Trong đó:

mi: mômen quán tính khâu thứ i

Jsi : mômen quán tinhs khâu thứ I đối với trục đi qua trọng tâm si của khaau và vuông góc với mặt phẳng chuyển động

Vsi: vận tốc trọng tâm khâu thứ i

t : Vân tốc góc của khâu thay thế

+)Ý nghĩa của mômen quán tính thay thế:

Qua các phương trình chuyển động của máy ta thấy: khi nghiên cứu chuyển động thực, ngoài việc xét tới công của lực đã biết còn phải xét tới động năng của máy Động năng của máy phụ thuộc vào khối lượng khâu và tình hình phân bố các khối lượng đó Bởi vậy để tiện cho việc tính toán, ta có thể dùng một mômen quán tính của vật thể tưởng tượng quay cùng với khâu thay thế thay cho khối lượng và mômen quán tính của tất cả các khâu động trong máy động năng của mômen quán tính thay thế đó phải bằng tổng động năng của tất cả các khâu động của máy

1

Câu 2: Các giai đoạn chuyển động của máy từ khi bắt đầu hoạt động tới khi dừng hẳn Đặc điểm của từng giai đoạn.Viết phương trình chuyển động của máy dưới dạng tổng quát ( phương trình động năng).

Trả lời:

1 Các giai đoạn chuyển động của máy:

a) Giai đoạn khưỏi động máy

Trong giai ddoanj khởi động, vận tốc của khâu dẫn tăng từ không(kd=0) tới trị số vận tốc trung bình nào đó ứng với vận tốc làm việc bình thường của máy (kd=tb) Điều đó chỉ xảy ra khi công phát động phải lớn hơn công của lực cản sau toàn bộ thời gian khởi động.(Ad>Ac) biến thiên động năng dương nên động năng tang máy chuyển động nhanh dần.Công dư biến thành động năng

b) Giai đoạn chuyển động ổn định

Trong giai đoạn này thường vận tốc góc trung bình của khâu dẫn được duy trì ổn định Đay là giai đoạn làm việc bình thường của máy nên là thời kì dài nhất

Trong phạm vi một chu kì chuyển động bình ổn thì:Ad=Ac

c) Giai đoạn ngừng máy

Trong giai đoạn ngừng máy vận tốc khâu dẫngiảm từ trí số o=tb tới không.Thời kì này thường bắt đầu khi ngừng cung cấp công phát dộng chô máy: Ad=o Trong giai đoạn ngừng máy, nếu Ac càng lớn, giá trị tuyệt đối biến thiên động năng càng lớn, động năng giảm càng nhanh máy dừng càng chóng Máy sẽ dừng hẳn khi toàn bộ động ngăng tích luỹ đựoc của máy dùng đẻ khắc phục công của lực cản Để rút ngắn GĐ này người ta thường dùng hãm, nghĩa là tăng Ac

2 Phương trình chuyển động của máy dưới dạng tổng quát ( phương trình động năng)

i

o i

o

s

s tc s

s td to

to ti

2

1 2

1

Trong đó:

mti và mto là khối lượng thay thế tại hai vị trí của điểm thay thế

Ptd và Ptc là lực động thay thế và lực cản thay thế

S độ dịch chuyển của điểm thay thế













d M d

M d

M J

J

i

o i

o i

o

tc td

t to

to ti

2

1 2 1

o trị số góc  ở thời điểm ban đầu

i trị số góc  ở thời điểm đang xét

to;ti vận tốc góc tại thời điểm tương ứng

Trong đ ó Mtd; Mtc mômen thay thế động và mômen thay thế cản

Câu 3: Công dụng của bánh đà và bộ điều tiết ly tâm?

Trả lời

2

 Công dụng của bánh đà:Công Công dụng của bánh đà:dụng Công dụng của bánh đà:của Công dụng của bánh đà:bánh Công dụng của bánh đà:đà:

+ Bánh đà dùng để điều chỉnh sự dao động chu kỳ của vận tốc khâu dẫn

+ Bánh đà có khả năng làm đều chuyển động của máy bằng cách tích lũy và giải phóng năng lượng dưới dạng động năng, không làm thay đổi công cung cấp cho máy

Để ổn định chuyển động của máy người ta còn dùng bộ điều chỉnh tốc độ (Bộ điều tiết

ly tâm)

 Công dụng của bánh đà:Công Công dụng của bánh đà:dụng Công dụng của bánh đà:của Công dụng của bánh đà:bộ Công dụng của bánh đà:điều Công dụng của bánh đà:tiết Công dụng của bánh đà:ly Công dụng của bánh đà:tâm:

Khi tốc độ tăng lực ly tâm của các quả

văng sẽ tác động qua hệ thống thành làm

thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho xi

lanh

+ Khi  tăng thì lượng nhiên liệu sẽ giảm

làm  max giảm

+ Khi  mở máy giảm thì quá trình xảy ra

ngược lại

 Công dụng của bánh đà:Như Công dụng của bánh đà:vậy, sự khác biệt cơ bản giữa bánh

đà không thay đổi năng lượng cung cấp

cho máy, còn bộ điều tiết ly tâm làm thay đổi công cung cấp cho máy

3

Câu 4: Khi nào cần dùng tới bánh đà? Bánh đà thường đặt ở đâu? Tại sao?

Trả lời

 Công dụng của bánh đà:Khi Công dụng của bánh đà:nào Công dụng của bánh đà:cần Công dụng của bánh đà:dùng Công dụng của bánh đà:tới Công dụng của bánh đà:bánh Công dụng của bánh đà:đà?

+ Ngay cả khi đã cđ ổn định, vận tốc của máy vẫn không ổn định Vì vậy khắc phục hoặc hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu do máy làm việc không đều thì cần phải làm đều chuyển động của máy

+ Làm đều cđ của máy thường được thực hiện bằng cách chọn thích hợp khối lượng của các khâu động của máy Sự dao động của vận tốc khâu dẫn có thể được giảm thiểu nhờ tăng hợp lý khối lượng các khâu của cơ cấu Trong thực tế, điều đó thường được thực hiện bằng cách lắp lên một trong các trục của máy một khối lượng phụ gọi là bánh đà

 Công dụng của bánh đà:Bánh Công dụng của bánh đà:đà Công dụng của bánh đà:thường Công dụng của bánh đà:đặt Công dụng của bánh đà:ở Công dụng của bánh đà:đâu?

Ta thêm vào máy một mô men quán tính không đổi gọi là Jđ Nó phụ thuộc vào tb,

và [  ] Thông thường thì Jđ được lắp vào khâu có vận tốc cao nhất của máy

 Công dụng của bánh đà:Tại Công dụng của bánh đà:sao?

Tại vì khi máy cđ nhanh dần, động năng được tích lũy lại trong bánh đà và trả lại động năng cho máy khi máy chuyển động chậm dần  làm máy chuyển động ổn định hơn

4

Câu 5: ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng của cơ cấu gồn toàn khớp loại thấp

Bài làm:

 Ưu điểm:

- Do thành phần khớp động là mặt mặt nên lâu mồn, chịu được tải trọng lớn do áp suất nhỏ, khả năng truyền lực lớn

- chế tạo đơn giản, dễ đạt độ chính xác cao

- Không cần các thiết bị bảo toàn khớp động

- chỉ cần thay đổi chiều dài tương đối của các khâu mà không cần thay đổi quy luật chuyển động của khâu dẫn có thể khiến khâu bị dẫn thực hiện các chuyển động theo yêu cầu khác nhau

 Nhược điểm

- khó thiết kế chính xác cơ cấu theo các điều kiện cho trước và khó thực hiện chính xác các quy luật chuyển động phức tạp

- khó cân bằng lực quán tính của các khâu chuyển động phức tạp, khi vận tốc cao sẽ gây ra tải trọng động lớn

 Phạm vi sử dụng:

- Do có nhược điểm trên nên cơ cấu thanh thường dùng trong trường hợp vận tốc tương đối thấp

5

Câu 6: Các loại hình của cơ cấu thanh phẳng 4 khâu

Tay quay là gì, điều kiện tồn tại tay quay của cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng tay quay có thể là khâu dài nhất không?

Bài làm:

 Các loại hình cảu cơ cấu thanh phẳng 4 khâu

- Cơ cấu tay quay cần lắc: nếu trong số 2 khâu nối với giá của cơ cấu 4 khâu bản lề có

1 khâu là tay quay, 1 khâu là cần lắc thì cơ cấu đó được gọi là cơ cấu tay quay cần lắc

- Cơ cấu 2 tay quay: khi 2 khâu nối với giá của cơ cấu 4 khâu bản lề đều là tay quay thì cơ cấu đó được gọi là cơ cấu tay quay

- Cơ cấu 2 cần lắc: nếu 2 khâu nối giá của cơ cấu 4 khâu bản lề đều là cần lắc thì cơ cấu đó được gọi là cơ cấu 2 cần lắc

 Tay quay: trong cơ cấu 4 khâu bản lề khâu cố định gọi là giá, khâu đối diện với giá gọi là thanh truyền, 2 khâu còn lại nối với giá cố định gọi là tay quay nếu quay được toàn vòng 360o

 điều kiện tồn tại tay quay của cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng(2 khâu có thể quay tròn vòng với nhau): là trong 2 khâu đó phải có 1 khâu ngắn nhất của chuỗi động và tổng chiều dài của của khâu ngắn nhất và dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng 2 khâu còn lại

 tay quay có thể là khâu dài nhất

6

Câu 7: Điều kiện quay toàn vòng của cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng toàn khớp thấp?

Bài làm:

 Điều kiện quay toàn vòng của cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng toàn khớp thấp: là trong

2 khâu đó phải có 1 khâu ngắn nhất của chuỗi động và tổng chiều dài của của khâu ngắn nhất và dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng 2 khâu còn lại

7

Câu 8: Định nghĩa hệ số về nhanh k, Cách xác định hệ số về nhanh k của cơ cấu 4 khâu tay quay cần lắc, tay quay con trượt và cơ cấu culít?

Bài làm:

 Định nghĩa hệ số về nhanh k

hệ số về nhanh k là tỉ số giữa vận tốc trung bình của khâu bị dẫn khi chạy không và vận tốc trung bình của khâu bị dẫn khi làm việc

 Cách xác định hệ số về nhanh k của cơ cấu 4 khâu tay quay cần lắc











O

v

v

k

180

180

1

2 với θ là góc cự vị là góc nhọn xen giữa 2 vị trí cực hạn

 Cách xác định hệ số về nhanh k của cơ cấu 4 khâu tay quay con trượt

Ta cũng dùng công thức sau:











O

v

v k

180

180

1

2 nếu là cơ cấu chính tâm thì θ =0 vậy k =1 vận tốc trung bình của con trượt khi đi và về là như nhau với cơ cấu lệch tâm thì θ khác 0 nên k>1 cơ cấu có tác dụng về nhanh

 Cách xác định hệ số về nhanh k của cơ cấu 4 khâu culít

Góc θ trong cơ cấu culít luôn khác 0 và bằng góc góc lắc ψ Nên











O

v

v k

180

180

1

cấu culít k luôn lớn hơn 1 hay cơ cấu culít có tác dụng về nhanh

8

Câu 9: Điều kiện để cơ cấu tay quay con trượt có hệ số về nhanh k > 1 ý nghĩa của hệ

số k khi thiết kế cơ cấu?

Bài làm:

 Điều kiện để cơ cấu tay quay con trượt có hệ số về nhanh k > 1

Để cơ cấu tay quay con trượt có hệ số về nhanh k > 1 thì θ khác 0 vậy cơ cấu đó phải

là cơ cấu lệch tâm

 ý nghĩa của hệ số k khi thiết kế cơ cấu:

khi đã biết hệ số k ta có thể tính được góc cực vị 180 11







k

k

O

 qua đó ta mới có thể thiết

kế được cơ cấu thích hợp thoả mãn các điều kiện động học, động lực học hay điều kiện hình học

9

Câu 10: trình bầy cách xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm khi đã biết: hệ số về nhanh k, hành trình con trượt h và đệ lệch tâm e, đặc điểm của cơ cấu tay quay con trượt khi k=1?

Bài làm:

 cách xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm khi đã biết: hệ số về nhanh k, hành trình con trượt h và đệ lệch tâm e

Trước hết ta xác định góc cực vị: 180 11







k

k

O



Dùng phương pháp đồ giải để giải

bài toàn trên: đầu tiên dựng đoạn

C1C2=H qua C1 kẻ đường hợp bởi

C1C2 1 góc 90O – θ Qua C2 kẻ

đường vuông góc với C1C2 2 đường

thẳng này cắt nhau tại P dựng

đường tròn đi qua 3 điểm P, C1, C2

vậy một điểm A bất kỳ thuộc đường

tròn đều có góc C1AC2 bằng θ Do

đó tâm của trục quay phải thuộc

đường tròn Kẻ 1 đường song song

với đường C1C2 cắt đường tròn tại

tam quay A của trục quay AB Sau

khi tìm được A, dựa vào quan hệ

hình học AB và BC tại 2 vị trí cực

hạn ta dễ dàng tìm được chiều dài r

cảu tay quay là chiều dài l của thanh

truyền

 đặc điểm của cơ cấu tay quay con trượt khi k=1: vận tốc trung bình của con trượt khi

đi và về là như nhau cơ cấu này không có tính về nhanh khi chuyển động

10

Câu 11: Các loại hình của cơ cấu thanh phẳng 4 khâu nội dung chính của thiết kế cơ cấu thanh là gì? lấy ví dụ?

Bài làm:

 Các loại hình cảu cơ cấu thanh phẳng 4 khâu

- Cơ cấu tay quay cần lắc: nếu trong số 2 khâu nối với giá của cơ cấu 4 khâu bản lề có

1 khâu là tay quay, 1 khâu là cần lắc thì cơ cấu đó được gọi là cơ cấu tay quay cần lắc

- Cơ cấu 2 tay quay: khi 2 khâu nối với giá của cơ cấu 4 khâu bản lề đều là tay quay thì cơ cấu đó được gọi là cơ cấu tay quay

- Cơ cấu 2 cần lắc: nếu 2 khâu nối giá của cơ cấu 4 khâu bản lề đều là cần lắc thì cơ cấu đó được gọi là cơ cấu 2 cần lắc

 nội dung chính của thiết kế cơ cấu thanh là: dựa trên các yêu cầu chuyển động đặt ra, chon lược đồ cơ cấu thích hợp nhất trong số các phương án có khả năng đáp ứng được các nhu cầu đó rồi xác định các kích thước động học của lược đồ cơ cấu đã chọn các điều kiện cho cho trước khi thiết kế thường gồm: điều điện động luẹc học điều kiện hình học và điều kiện động học trong đó điều kiện động học là chủ yếu, 2 điều kiện còn lại là hỗ trợ

11

Câu 12: Định nghĩa góc áp lực, góc truyền động và hệ số về nhanh k của cơ cấu 4 khâu bản lề? ý nghĩa của các tham số đó điểm chết của cơ cấu 4 khâu bản lề là gì? Xét điểm chết nhằm mục đích gì?

Bài làm:

 Định nghĩa góc áp lực: là góc nhọn hợp bởi đường tác dụng của lực P với phương của vận tốc tuyệt đối Vc của điểm đặt lực C gọi là góc áp lực ký hiệu là α

Ý nghĩa: góc áp lực càng nhỏ thì cơ cấu làm việc càng có lợi

 Định nghĩa góc truyền động:

là góc nhọn hợp bởi đường

tác dụng của lực P với

phương của vận tốc Pn gọi

là góc truyền động ký hiệu

là γ

Ý nghĩa: Do α+γ=90O Nên

góc truyền động càng lớn thì

cơ cấu làm việc càng có lợi

 Định nghĩa hệ số về nhanh

k: hệ số về nhanh k là tỉ số

giữa vận tốc trung bình của

khâu bị dẫn khi chạy không

và vận tốc trung bình của

khâu bị dẫn khi làm việc

Ý nghĩa: Dùng trong sản suất khi thiết kế các máy có hành trình không làm việc về nhanh nhằn rút ngắn thời gian chạy không, nhờ đó nâng cao được năng suất lao động

 điểm chết của cơ cấu 4 khâu bản lề: là vị trí mà khâu dẫn và thanh truyền cùng nằm trên 1 đường thẳng (AB’C’D hay AB’’C’’D)

 Xét điểm chết nhằm mục đích: để có thể đưa ra các biện pháp để cơ cấu có thể vượt điểm chết giúp động cơ hoạt động bình thường Ngoài ra trong kỹ thuật người ta còn lợi dụng vị trí chết để thực hiện một số yêu cầu làm việc nào đó VD trong cơ cấu kẹp chặt phôi của máy khoan

12

Câu 13: Cam cần đẩy chính tâm và cam cần đẩy lệch tâm? Khi nào dùng cam cần đẩy lệch tâm? Định nghĩa góc áp lực?

Trả lời

 Công dụng của bánh đà:Cam Công dụng của bánh đà:cần Công dụng của bánh đà:đẩy Công dụng của bánh đà:chính Công dụng của bánh đà:tâm Công dụng của bánh đà:và Công dụng của bánh đà:cam Công dụng của bánh đà:cần Công dụng của bánh đà:đẩy Công dụng của bánh đà:lệch Công dụng của bánh đà:tâm? Công dụng của bánh đà:

+ Cam cần đẩy chính tâm (Hình a) là cơ cấu cam cần đẩy thực hiện cđ tịnh tiến qua lại khi phương trượt của cần

đi qua tâm qay của cam

Hình a

đẩy thực hiện cđ tịnh tiến qua lại khi phương trượt của cần không đi qua tâm quay của cam mà cách tâm

quay đó một đoạn bằng e

Hình b

 Công dụng của bánh đà:Khi Công dụng của bánh đà:nào Công dụng của bánh đà:dùng Công dụng của bánh đà:cam Công dụng của bánh đà:cần Công dụng của bánh đà:đẩy Công dụng của bánh đà:lệch Công dụng của bánh đà:tâm?

Ta dùng cam cần đẩy lệch tâm để thiết kế biên

dạng cam thích hợp để làm cho khâu bị dẫn có thể

thực hiện bất cứ chuyển dộng cho trước nào

 Định nghĩa góc áp lực?

Góc áp lực  là góc hợp bởi véc tơ lực tác dụng từ cam lên cần và véc tơ vận tốc tại điểm đặt lực

13

Câu 14: Vai trò của góc áp lực khi thiết kế cơ cấu cam? Trình bày ngắn gọn các bước thiết kế cơ cấu cam cần đẩy mang con lăn khi biết quy luật cđ S 2 = f(  ) ; n 1 ; e ?

Trả lời

 Công dụng của bánh đà:Vai Công dụng của bánh đà:trò Công dụng của bánh đà:của Công dụng của bánh đà:góc Công dụng của bánh đà:áp Công dụng của bánh đà:lực Công dụng của bánh đà:khi Công dụng của bánh đà:thiết Công dụng của bánh đà:kế Công dụng của bánh đà:cơ Công dụng của bánh đà:cấu Công dụng của bánh đà:cam?

Góc áp lực  là tham số quan trọng phản ánh đặc trưng truyền lực của cơ cấu Xét theo quan điểm giảm lực đẩy và tránh tự hãm Góc áp lực càng nhỏ càng tốt

 Công dụng của bánh đà:Các Công dụng của bánh đà:bước Công dụng của bánh đà:thiết Công dụng của bánh đà:kế Công dụng của bánh đà:cơ Công dụng của bánh đà:cấu Công dụng của bánh đà:cam Công dụng của bánh đà:cần Công dụng của bánh đà:đẩy Công dụng của bánh đà:mang Công dụng của bánh đà:con Công dụng của bánh đà:lăn?

+ Vẽ 2 đường tròn đồng tâm bán kính r0 và e Qua k kẻ phương chuyển động của tâm con lăn, tiếp xúc với đường tròn lệch tâm cắt vòng cơ sở tại điểm B0 (C0 : điểm này là

vị trí ban đầu của tâm con lăn)

+ Chia góc tương ứng với hành trình đi xa đx và hành trình trở về tv của đồ thị chuyển vị S2 = f( 1) thành một số phần bằng nhau

+ Bắt đầu từ OC0 theo chiều ngược với  1 lần lượt dựng các góc đx (1800), đx

(300), tv (900), và đg (600), trên vòng cơ sở ta được các điểm C4, C5, C9 Chia các góc đx và tv thành một số phần bằng nhau ta được các điểm C1, C2, C3, C6, C7, C8

+ Qua các điểm C1, C2, C3, … kẻ một loạt các tiếp tuyến với vòng tròn lệch tâm Chúng chính là một loạt các vị trí của phương chuyển động của cần đẩy sau khi quay ngược Dọc theo các tiếp tuyến vừa kẻ, đo từ vòng cơ sở các đoạn C1B1 = 1 1 ' , 2

2B

C = 2 2 ' … tương ứng với các chuyển vị cần tìm Ta được một loạt vị trí của tâm con lăn B1, B2 … sau khi quay ngược

+ Nối các điểm B1, B2 … bằng một đường cong tròn ta được biên dạng cam lý thuyết

Vẽ một loạt đường tròn có bán kính là bán kính con lăn tâm nằm trên biên dạng cam

lý thuyết Cuối cùng vẽ đường bao phía trong của một loạt đường tròn đó ta được biên dạng cam thực tế của cơ cấu cần đẩy mang con lăn

Vẽ hình 8.43

14