ThiÕt kÕ ®å ¸n m«n häc nguyªn lý m¸y lµ mét kh©u rÊt quan träng nh»m môc ®Ých gióp cho sinh viªn tæng kÕt l¹i nh÷ng kiÕn thøc ®• ®îc tr×nh bµy trong khi häc lý thuyÕt, mÆt kh¸c thiÕt kÕ ®å ¸n gióp cho sinh viªn cñng cè vµ më réng thªm kiÕn thøc vÒ lý thuyÕt vµ thùc tiÔn. §Ó lµm quen víi c«ng viÖc thiÕt kÕ em ®• ®îc giao ®Ò bµi thiÕt kÕ “M¸y bµo ngang lo¹i 2” ph¬ng ¸n 3. Trong thêi gian lµm ®å ¸n em ®• ®îc sù gióp ®ì cña c¸c thÇy gi¸o híng dÉn vµ sù t×m tßi häc hái b¹n bÌ. Em ®• hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc nguyªn lý m¸y.
Trang 1Lời nói đầu
Môn học nguyên lý máy là môn học cơ sở không thể thiếu đợc đối với ngành cơ khí, ngành chế tạo máy nói riêng và các ngành công nghiệp khác nói chung Đây là môn học đầu tiên đặt nền móng cho những kiến thức về máy, là cơ sở cần thiết cho các môn học khác nh chi tiết máy, máy cắt
Thiết kế đồ án môn học nguyên lý máy là một khâu rất quan trọng nhằm mục đích giúp cho sinh viên tổng kết lại những kiến thức đã đợc trình bày trong khi học lý thuyết, mặt khác thiết kế đồ án giúp cho sinh viên củng cố và mở rộng thêm kiến thức về lý thuyết và thực tiễn.
Để làm quen với công việc thiết kế em đã đợc giao đề bài thiết kế Máy bào ngang “Máy bào ngang
loại 2 ph” ph ơng án 3 Trong thời gian làm đồ án em đã đợc sự giúp đỡ của các thầy giáo hớng dẫn và sự tìm tòi học hỏi bạn bè Em đã hoàn thành đồ án môn học nguyên lý máy.
Lần đầu làm quen với công việc thiết kế nên em còn có nhiều sai sót, thiếu kinh nghiệm thực tiễn Vậy nên em kính mong các thầy, cô giáo giúp đỡ và chỉ bảo thêm để
em nắm vững và hiểu một cách thấu đáo hơn các kiến thức.
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hớng dẫn Phan Quang
Thế trong suốt quá trình hớng dẫn đồ án môn học này.
Sinh viên thiết kế
Nguyễn Thanh Tùng
Phần I
Phân tích động học cơ cấu chính
A Giới thiệu nguyên lý làm việc:
Máy bào ngang loại 2 là một trong các loại máy cắt gọt thông dụng nhất, đây là loại máy công tác Cơ cấu chính gồm 5 khâu 7 khớp, nguyên lý làm việc sơ bộ nh sau: khi khâu dẫn (1) quay đều (dẫn động bằng động cơ điện) nhờ cơ cấu culít (3) chuyển động
Trang 2lắc qua lắc lại trong phạm vi góc lắc nào đó Qua khâu (4) chuyển động vừa quay quanh khớp B vừa chuyển động tịnh tiến Khâu (5) mang đầu bào chuyển động qua lại nhờ khớp định vị C (khớp trợt) theo phơng ngang.
Hình vẽ :
c
P c
D B
Trang 3Tách nhóm axua: gồm 2 nhóm loại 2, ở đây khâu (1) đợc chọn làm khâu dẫn.
Nhóm 1: gồm khâu (4) và khâu (5) loại 2 khâu 3 khớp, nhóm loại 2
Nhóm 2: gồm khâu (2) và khâu (3) loại 2 khâu 3 khớp, nhóm loại 2
Vậy cơ cấu loại 2 Các nhóm đợc biểu diễn nh hình vẽ
II Tính toán động học cơ cấu - vẽ hoạ đồ chuyển vị:
để vẽ đợc hoạ đồ chuyển vị theo các số liệu đã cho ta phải tính đợc các kích thớc cha biết
Từ công thức:
180
-ψ 180
60 180
0 0
0 0
1 2 (
2 65 ).
1 (
.
H k
k v
76 , 81 14 , 3 60
4
Trang 4TÝnh chiÒu dµi tay quay LO1A ,xÐt tam gi¸c O2DB :
2 , 1 99 ,
99 , 458 265
mm m
Nªn ta cã c¸c ®o¹n biÓu diÔn:
) ( 53 , 258 00205
,
0
53 , 0
) ( 92 , 12 00205 , 0
0265 , 0 05
,
) ( 53 , 258 00205
, 0
288687 ,
,
0
45899 ,
0
Trang 5Vậy ta có thể dựng cơ cấu trên bản vẽ Ao Đầu tiên lấy điểm O1 bất kỳ, lập hệ trục toạ
độ O1xy với trục O1x nằm ngang, trục O1y thẳng đứng Lấy điểm O2 sao cho
O1O2=139,93 (mm) Tại tâm O1 quay một vòng tròn bán kính R=70 (mm), qua O2 kẻ 2 tiếp tuyến với vòng tròn O1 bán kính R Từ hai tiếp điểm đó ta chia đờng tròn thành 8 phần bằng nhau Qua đó ta xác định đợc 8 vị trí ,cộng với hai vị trí 0,05H và một vị trí biên phải Nh vậy ta có 11 vị trí và ta vẽ hoạ đồ cho 11 vị trí đó ta đánh số sao cho đầu tiên là điểm xuất phát của quá trình làm việc Trên đờng tiếp tuyến ta lấy đoạn
O2B=258,53 (mm).Từ cách vẽ trên ta có cơ cấu máy bào ngang loại 2 hoàn toàn xác
định với 11 vị trí
Trang 7hoạ đồ vận tốc.
Từ hoạ đồ chuyển vị và từ các số liệu đã biết ta vẽ đợc hoạ đồ vận tốc ứng với 11 vị trí trên hoạ đồ chuyển vị Giả thiết của bài toán này đã biết đợc vận tốc của các khâu tạitừng thời điểm khâu dẫn quay đều cùng chiều kim đồng hồ 1=const
1 1.phơng trình véc tơ vận tốc :
Với máy bào kiểu này cách vẽ ở các vị trí tơng tự nhau nên ta chỉ nêu cách vẽ ở 1 vị trí Xét vận tốc tại điểm A ,ta có :
A1 A2 VA1=VA2
Trong đó VA1 có: - Phơng vuông góc với O1A
- Chiều cùng chiều với w1
- Trị số : VA1=VA2=1LO1A=8,55.70 =598,5 (mm/s)
Xác định vận tốc điểm A trên khâu (3) ,ta thấy khâu (3) trợt so với khâu (2) do đó ta
có :
VA3 VA2 VA3/A2 (1)
Trong đó VA2 có : - Phơng vuông góc với O1A
- Chiều cùng chiều với w1
V có : - Phơng song song với O2B
Vậy ta có thể giải đợc phơng trình (1) bằng phơng pháp hoạ đồ
Trên thanh O2B ta biết O2 có VO2=0 là điểm thứ 2 Vậy để xác định vận tốc
của điểm B ta áp dụng định lý đồng dạng thuận Ta đợc:
Trang 8A 2 O
3 A B 2 O 3 B A
Chọn một điểm P bất kỳ làm gốc hoạ đồ Từ P vẽ các véctơ p a 1 , 2 biểu thị véctơ V A 1 , 2
.Từ a 1kẻ một đờng thẳng 1song song với phơng trợt O2B.
Từ P kẻ đờng thẳng 3vuông góc với phơng trợt O2B.Hai đờng thẳng đó cắt nhau tại
3
a Khi đó Pa3 biểu diễn vận tốc VA3.
Kéo dài Pa3 với quan hệ vận tốc
A O
B O 3 3
2
2
l
l V
V ta đợc P 3 biểu thị vận tốc PB3 Qua b 3 kẻ một đờng thẳng 2song song với phơng trợt O2B Qua P kẻ đờng
thẳng song song với phơng tịnh tiến của đầu bàocắt đờng 2 tại b 4 b 5 Khi đó
Trang 9
3 Tính vận tốc góc của các khâu quay
Vì khâu 2 và 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên: 2 3
Măt khác khâu 3và 4 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên 4 3 Do
đó ta có
L
v i
A
a p
.
2
3 4 3
2
Chiều xác định bằng cách đặt p i a3 vào điểm A và so với 02
Bằng hoạ đồ vận tốc ta xác định đợc vận tốc của tất cả các điểm thuộc các khâu, đồng thời ta cũng tính đợc vận tốc góc của các khâu
Trang 10Sau khi vẽ hoạ đồ vận tốc ta xác định đợc Vận tốc các điểm trên các khâu,chúng đợc biểu diễn trong bảng 1, 2
Bảng 1: Biểu diễn vận tốc các điểm trên các khâu (mm)
Trang 11Giả thiết 1= const ta vẽ hoạ đồ cho hai vị trí là vị trí 5 và vị trí 11 Trong đó ở vị trí
số 5 máy đang ở chế độ làm việc và vị trí số 11 ứng với hành trình chạy không
Để tiện tính toán và vẽ biểu đồ ta chọn tỷ lệ xích a:
a= 1 L=8,552.0,00205= 0,14986m.s2)
1 Phơng trình quan hệ gia tốc trên các khâu:
- Tại điểm A ta có:
n A A
k A A A
+ anA1 12 l.O1A, chiều hớng từ AO1, phơng vuông góc với O1A
+ aA1 0 do khâu dẫn O1A quay đều
+ aA2 có cùng phơng, chiều và trị số với
1
A
a+ akA3A2có chiều là chiều của véc tơ vận tốc vA3A2 quay đi một góc 900 thuận theo chiều 2 trị số: akA3A2 2 2 v A3A2 2 3 v A3A2
+ arA3A2 có phơng song song O2B, trị số cha biết
2 3
A l
a
Vậy phơng trình (4) còn hai ẩn là trị số của arA3A2 và
3 A
a nên có thể giải đợc bằng
ph-ơng pháp hoạ đồ véc tơ
- Tại điểm B ta có:
Trang 12r B B
k B B B B
B O 3 A
2
2 3
l a
a có chiều song song với O2B, trị số cha biết
Vậy phơng trình (5) còn hai ẩn ta có thể giải đợc bằng phơng pháp hoạ đồ véc tơ.Gia tốc trọng tâm S3 cảu các khâu 3 xác định theo định lý đồng dạng nh khi xác định vận tốc:
B O
S O B S
2
3 2 3
l a
2 1 1
A O
2 1 1
A a
a
A O a
l.
a
a
1 1
30
76 , 81 14 , 3
30
.
2 2
1 2
a1 70
+ Tính :akA3A2:
A O
a a Pa 2 A
O
a a
Pa
2
A O
a a Pa 2 l
v v 2 v
L
2 3 2 3 3
2 L
2 3
2 v 3 A
O
A A A A
A 3
3 2
a a Pa 2 k a
2
2 3 3
Trang 13Pa A O
Pa A O
Pa l
Pa l.
l
v l.
a
2 a
2 3 2
L
2 1 2 3 2
l
2 L
2 1 2 3 A
O
2 v
2 3 A O 2 A O
2 A A
2
3 2
Pa
n
2
2 3
b b Pa 2 A O
b b Pa 2 l
b b v 2 v
L
4 3
2 v 3 A
O
v 4 3 A B
B 3
4 3
b b Pa
L k
2
4 3
2 1 3 2
1
'
3
2
b b Pa
2
2
4 3 3
3 Cách dựng họa đồ gia tốc
Tại các vị trí khác nhau phơng trình véctơ gia tốc hoàn toàn giống nhau và cách
vẽ cũng giống nhau Vì vậy ta chỉ vẽ hoạ đồ gia tốc ở một vị trí Chọn làm gốc dựng
a , giao của 2 đờng này là
điểm a3 Từ a3 kéo dài với quan hệ
A O
B O ' 3 '
2
2
l a
a
Trang 14Từ k 2 một đờng thẳng song song với phơng trợt O2B Mặt khác, Từ kẻ một đờng thẳng song song với phơng ngang Khi đó hai đờng thẳng cắt nhau tại '
4
b biểu thị vận tốc aB4 aB5
rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/shoạ đồ gia tốc
4.Gia tốc góc các khâu
Vì khâu 2 và 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên: 2 3
Măt khác khâu 3và 4 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên 3 4
Do đó ta có
l
a i
2 3 , 4 3 2
2
Chiều xác định bằng cách đặt i a3, vào điểm A và so với 02
Bảng 3: Biểu diễn gia tốc các điểm trên các khâu, gia tốc trọng tâm tại vị trí số 6 và
số 11: a = 0.14986(m/s 2 )
Trang 15Giá trị biểu diễn (mm) Giá trị thực(m/s2
Ta tiến hành phân tích áp lực khớp động cho cơ cấu tại 2 vị trí làm việc đó là vị trí 6
và vị trí chạy không 11 Đồng thời xác định mômen cân bằng đặt vào khâu dẫn Việc tiến hành phân tích áp lực khớp động đối với 2 vị trí tơng tự nhau nên ta chỉ tiến hành cho một vị trí 6 ( riêng vị trí 11 không có lực cản pc )
Lực cản có ích chỉ tác động trên khâu 5 ở các vị trí 2 6 và ở tất cả vị trí đó đều bằng hằng số Trị số của lực này bằng:Pci = Pc = 2900 N
- Đã cho: G=ql; q=30 (Kg/m); G2=G4=0; G5=4G3 ; jS =(m.L2)/12; Trọng tâm của khâu nằm ở trung điểm kích thớc động
1: Tính khối lợng và trọng lợng các khâu :
Chọn g=10 m/s 2 q=300(N/m) Trong đó :
G: Trọng lợng khâu
L: Chiều dài khâu
q: Trọng lơng phân bố theo chiều dài
) ( 029 , 43 14343 , 0 300 1
m2 = m4 = 0
) ( 9 , 174 583 , 0 300 02
) ( 6 , 699 9 , 174 4
Trang 16Do khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên bs
Fqt5 co phơng ngang có chiều ngợc chiều với chiều s5,co giá trị
3 3
2 3 3 3
2
3
2
S O 3
S S
O K S S
l l
l m
J S
Thay số vào phơng trình trên ta đợc:
m mm
l l
l m
l m l
S O
S O S
O
K
O
3886 , 0 6
, 388 3
4
12
2
2 3
2 3
2
3 2 3
Trang 17Trong phơng trình trên có : PC, G5, đã xác định hoàn toàn , ta có P qt 5 có điểm đặt tại
.Vậy hệ phơng trình (1) (2) giải đợc bằng phơng pháp vẽ hoạ đồ lực và ta sẽ xác định
đợc R34 và R05 nhờ vào hoạ đồ
rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/sVị trí số 6: rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/sR05 rad/s= rad/s rad/s1623,6 rad/s(N) rad/s
rad/s rad/sVị trí số 11: rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/sR05 rad/s= rad/s116,2 rad/s(N) rad/s
* xác định điểm đặt của R05
- Tách riêng khâu (5) đặt các lực ( 5, , , 05, 45)
5 P R R P
G qt C
Trang 18Xác định các điểm đặt củaR05 lấy mô men đối với điểm D ta đợc
G
rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/sVị trí số 6: rad/s0,406 rad/s( rad/sm rad/s rad/s rad/s) rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s
rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/sVị trí số 11: 0,076 (m) rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s
Trang 20b, Xác định Mômen cân bằng khâu dẫn bằng phơng pháp đòn Jucôpski
Dựa vào phơng pháp di chuyển khả dĩ
{ Trong 1 hệ lực cân bằng , tổng công suất tức thời của tất cả các lực =0 trong mọi di chuyển khả dĩ}
Xoay hoạ đồ vận tốc đi 900 theo chiều 1 và đặt tất cả các lực tơng ứng
Mcb = [( -Pc + P5
qt ) h + P3
qt L3 +G1 h1 + G3 h3 ] l
=-0,00205.[ (-2900+124,34).72,12+ 48,88.42,66 +43,02.30,31 +174,9.72,12]=398,65Phần trăm sai số vị tri số 6 là 398,65393,97393,97 100%=1,18% Đạt yêu cầu
b, Xác định Mômen cân bằng khâu dẫn bằng phơng pháp đòn Jucôpski
Xoay hoạ đồ vận tốc đi 900 theo chiều 1 và đặt tất cả các lực tơng ứng
Mcb = [ P5
qt h + P3
qt L3- G1 h1 + G3 h3 ] l
= 0,00205.[ 2331,058.194,9 +535,55.55,42 +174,9.27,46- 43,02.9,6 ] =1001,17 Phần trăm sai số vị tri số 6 là 10931093,21,100121 ,17.100%=2,9 % Đạt yêu cầu
Bảng giá trị lực tại hai vị trí số 6 và 11:
Trang 21Vị trí 6
(Thực)
11(Thực)
Đơn vị 6 (Biểu
diễn)
11 (Biểudiễn)
Nh ta đã biết để nghiên cứu chuyển động của khâu dẫn, trong đó vận tốc góc củakhâu dẫn thực tế không phải là hằng số mà có sự thay đổi trong một phạm vi nào đó?
Đây là điều không thể tránh khỏi Tuy nhiên ta không thể cho phép vận tốc dao động với một biên độ vợt quá giới hạn nào đó vì khi đó những điều kiện làm việc và yêu cầu công nghệ không đợc đảm bảo nữa dẫn tới độ chính xác của máy bị giảm, ứng với từng loại máy ngời ta khống chế sự dao động vận tốc góc ở một giới hạn nhất định, đặc trng cho sự khống chế đó ta phải dùng hệ số không đều cho phép [] Khi đó thiết kế máy phải thiết kế sao cho máy đảm bảo có [] Khi đó máy đợc gọi là máy có chuyển
động đều Để thực hiện đợc điều này ngời ta phải lắp thêm bánh đà
Ta dùng phơng pháp đồ thị đờng cong Vittenbao
1) Vẽ biểu đồ mô men cản thay thế :
a) Vẽ biểu đồ mô men thay thế :
Tính mô men cản thay thế theo phơng pháp đòn Jucopky Cách làm nh sau xoay
11 vị trí hoạ đồ vận tốc của cơ cấu theo chiều 1 một góc 90o , sau đó đặt trọng lựơng của các khâu G1, 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 với gốc hoạ đồ P 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 (-)
Trang 22Chú ý : Tại hai vị trí 0,05H ta tính mômen cản cho hai trờng hợp là có lực cản PC và không có PC
Ta có G4 , G5 đi qua tâm hoạ đồ vận tốc nên Mtt
c 2 =- ( G3.h3 + Pc.L + G1 h1 ) l = - 0,00205.( 43,02.34,88.+11,73.174,9+2900.50,66) = -308,45 (N.m)
Tơng tự tại các vị trí khác ta có
+ Mtt
c 3 = - 0,00205 ( 2900 66,3+ 43,029.33,81+174,9 14,06 ) =- 402,17 (N.m)+Mtt
c 4 = - 0,00205 ( 2900 74,07 +43,02 17,5 + 174,9.7,89) = - 444,71(N.m)+Mtt
c 5 = 0,00205 ( -2900 74,03 + 43,02 9,02+174,9.4,09) = - 437,84 (N.m)+Mtt
c 6 = 0,00205 ( -2900 71,12 +43,02.30,31 +174,913,11 ) = - 415,43(N.m)+Mtt
Vẽ đồ thị Mctt ,từ các giá trị ta tìm đợc Lập hệ trục vuông góc trong đó :
Trục tung biểu thị Mctt với tỷ lệ xích :
) (
Mctt(bd)(mm)
(bd)(mm)
2 50,66 34,88 11,73 - 7,28
- 308,45
3,64-154,22
Trang 2311 0 9,06 27,64 8,97 -4,48 175,089
Trên trục hoành tơng ứng với điểm chia ( các vị trí ) ta vẽ các đoạn thẳng song song vớitrục tung và có giá trị bằng đoạn biểu diễn Mctt Sau đó ta nối chúng bằng đờng cong trơn ta sẽ đợc đồ thị đờng cong Mctt
vị trí tơng ứng b1,b2, , nối các vị trí tơng ứng này với đầu mút P ta đợc các đờng thẳng
có độ nghiêng khác nhau
Trên đồ thị vẽ Ac cũng chia trục hoành nh biểu đồ Mctt
Từ diểm gốc 1 và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽ một đoạn 1C1 song song
Hb1 cắt đờng thẳng song song với trục tung kẻ từ 2 tại C1 sau đó từ C1 lại lặp lại cho hết 11 khoảng chia cuối cùng ta vẽ đợc Ac
Nối điểm đầu và điểm cuối của đồ thị công cản Ac=f() ta đợc đồ thị công phát động
Ađ =f() vì rằng mô men động thay thế là hằng số : Mđ = const (cha biết trị số mô men
động ) Nhng công của mô men không đổi và bằng
Ađ = Mđ.
Nghĩa là công của lực phát động Ađ tỷ lệ với góc và trên trục toạ độ Ađ góc
phải đợc biểu thị bằng đờng thẳng
Ngoài ra , sau toàn bộ chu kỳ làm việc của máy , công động bằng công cản : Ađ=Ac Vì vậy đờng thẳng Ađ = f() sẽ nối điểm đầu và điểm cuối đờng cong Ac = f() (ở
đầu và ở cuối chu kỳ Ađ=Ac
Trị số của mô men phát động xác định bằng cách vi phân đồ thị : Ađ=f()
Muốn thế ,từ điểm P của đồ thị M = f() ta kẻ tia song song với đờng thẳng Ađ= f() tới cắt trục M Tung độ sẽ biểu thị mô men phát động Mđ với tỷ lệ xích M
Trang 24. )
2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế Jtt :
a) Vẽ đồ thị Jtt :
a) Xác định mômen quán tính thay thế và vẽ biểu đồ Jtg
Mômen quán tính xác định theo công thức :
rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/s rad/sJ tt = rad/s
K ( rad/sm k (
1
Vsk
) 2 rad/s + rad/sJ SK (
3 3
12
583 , 0 49 , 17 12
.
m Kg l
1
3
) 14343 , 0 (
029 , 4 3
. 1
m Kg l
m