Tiểu luận tính toán và vẽ họa đồ vận tốc ,gia tốc môn Nguyên Lí Máy

A.TÍNH TOÁN, VẼ HỌA ĐỒ VỊ TRÍ, VẬN TỐC VÀ GIA TỐC.. I.Các thông số ban đầu : D :Đường kính Piston.. N :Số vòng quay trục khuỷu.. Hình 1: Cơ cấu chính động cơ đốt trong.. - Chia đường t

A.TÍNH TOÁN, VẼ HỌA ĐỒ VỊ TRÍ, VẬN TỐC VÀ GIA TỐC.

I.Các thông số ban đầu :

D :Đường kính Piston

S :Hành trình Piston

N :Số vòng quay trục khuỷu

Hình 1: Cơ cấu chính động cơ đốt trong

1: Tay quay

2: Thanh truyền

3: Piston

Số liệu cho trước :

D

mm

S mm n1



vg / ph

max

l

 

II.C ác bước thược hiện :

1 Các thông số cần thiết ban đầu:

- Bán kính tay quay thanh truyền r: S =2r  r = S/2 = 120/2 =60 (mm)=0,06m

Với l :là chiều dài thanh truyền

- Góc hợp bởi thanh truyền và đường tâm xylanh là :

sin max=

l

r

=60/222 =>

L AS = 0,35l= 0,35× 222 = 77.7 (mm) = 0.0777 (m)



 :Bán kính quán tính của thanh truyền:

2

 = 0,17× l2 = 0,17×2222= 8378.28 (mm)

  = 91.52(mm)=0.092(m)

1



60

2

n

= =303.5 (Rad/s)

Trọng lượng các khâu:

G1= 2G2 = 2×1.998 = 3.996(kg) m1= 3.996 (kg)

G2= 9.l = 9×0.222=1.998(kg) m2= 1.998 (kg)

G3= (0,3/0,35)×G2= 0,3/0,35× 1.998=1.71(kg) (kg)

SP:Diện tích đỉnh Piston SP =

4

2

D





= = 5278.34(mm2 )=52.78(cm2 )

JS :Momem quán tính khối tâm JS =m2 2

 = 1.998× 0.092= 0,18(kg.m2) =1,8(Nm2 )

W: Bậc tự do W=3n-(2p5+p4 )

Cơ cấu có: - 3 khâu: n=3

- 4 khớp loại 5: p5=4

- Không có khớp loại cao: p4 =0

Vậy W= 33 –(24 + 0) =1

O

A B

Hình 2 :Xếp loại cơ cấu

III.Lập họa đồ chuyển vị cơ cấu:

- Chọn tỷ lệ xích :

- Vẽ đường tròn bán kính OA=60mm

- Chia đường tròn thành 8 phần bằng nhau tương ứng 8 vị trí khác nhau của khâu dẫn.Lần lượt đánh dấu các điểm, từ các điểm làm tâm vẽ các đường tròn tâm có bán kính

i i

A B =213.74 mm cắt phương trượt của piston tại B itương ứng

- Vị trí trọng tâm S2được xác định theo biểu thức:

AS2=0.35l=0,35222=77.7(mm)

IV.V ẽ họa đồ vận tốc:

►X ác định vận tốc tại điểm B:

1/Xét khâu 2:

V A2 : -phương vuông góc OA, theo chiều w1

-Độ lớn:

V B2A2 : -phương vuông góc AB,theo chiều 2

-Độ lớn : V B A 2l

2

2   Với 2=?

2/ Xét khâu 3:

V B3 V B2

V B3 : -có phương song song với trục oy

V B3 =?

Cách vẽ:

-Từ điểm p bất kỳ vẽ pa (có phương chiều nhu V A2 ) biểu diển cho V A2 Từ a dựng đường thẳng  1 có phương vuông góc AB,từ p dựng đường thẳng  2// oy  1 cắt  2tại b.Ta được ab

biểu diển cho V B2A2 Trên ab lấy s2sao cho as =0,35ab khi đó ps2 biểu diển cho V S2

2

pa =mm ta được tỷ lệ xích:

2

2

pa

v 

40

m s mm

 Vậy V B2  vpb, V S2  vps2

l ab l

ab

v A B

















2

Trên đường tròn đường kính 90mm,tại 8 vị trí ta vẽ họa đồ biểu diển vận tốc với pa =40mm.Bằng cách đo dộ dài của pb,ps,ab ta tinh được giá trị , , , 2

2 2 2

2 s B A 

Đại lượng\

vị trí

2

A

2

B

V

2

2A

B

V (m/

2

s

l

V B2A2



Xem họa đồ vận tốc

IV:Họa đồ gia tốc:

-xác định vận tốc điểm B:

-Xét khâu 2: a B2 a A2 a B2A2

Mà ta có:

A A

A a a

a

2 2

Với: + 0



A

a vì 1=const

+ n

A

a

2 -phương OA,chiều từ A về O

độ lớn aA n2  12 r =219.820.05=2415.6(m/s2)

2 2 2 2 2

n A B A

Với: + n

A B

a 2 2 -phương AB,chiều từ B về A -độ lớn

2 2

2 2

n

B A

Ta có được bảng giá trị:

2

n

A

B

a

2

+ 

2

B

a -phương vuông góc với AB



2 2 2 2

n

A

Xét khâu 3:

3

a 

3

B

a :Có phương song song oy

*cách vẽ từ  vẽ  a' biểu diển cho

2

A

a ,từ a 'vẽ a'n biểu diển cho naB A ,từ n vẽ

AB



1 ,tù  vẽ đường thẳng 2 //OY. 1cắt  2 tại '

2

b ta được :  b' biểu diểnaB ,

'

nb biểu diển aS .trêna'b' lấy S' sao choa' S'  0 , 35 a'b' .khi đó

'

S

 biểu diển cho

2

a

- a' biểu diển cho aA ,chọn  a' = 50mm ta có tỷ lệ xích:





'

a

aA



80 =30.2 ( mm

s

m

2

)

B A

'

2

2   

2 2

2 2

'

A B

a

l





Trên đường tròn bán kính OA ta vẽ họa đồ gia tốc với  p a. ' 80 Bằng cách đo trực tiếp

độ dài b' , S' ,nb' ,a'n ta có được giá trị 2, n2 2, B2A2, S2,

A B

Để tiện cho việc vẽ họa đồ vận tốc và gia tốc,ta vẽ đường tròn bán kính R với R=OA+80=130mm Trên đó chia làm 8 phần ứng với 8 vị trí của A i( i 1 8 ) tại 8 vị trí

đó lấy  làm điểm gốc để vẽ

Bảng thống kê các giá trị của gia tốc:

Đại lượng/vị

trí

'

a

n

A

a 2 (m/s2) 2415.6 2415.6 2415.6 2415.6 2415.6 2415.6 2415.6 2415.6

n

n

A

B

a

2

2 (m/s2

'



2

2A

B

a (m/s2

'

b

2

B

a (m/s2) 2967.45 1708.41 547.22 1708.41 1864.55 1708.41 547.22 1708.41

'

S

2

S

a (m/s2) 2069.28 2187.69 1582.18 2187.69 2222.72 2187.69 1582.18 2187.69

2 2

2

A B

a

l



 

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN CƠ CẤU

I phân tích lực tác dụng lên cơ cấu:

1/lực khí cháy tác dụng lên đỉnh piston :

-Động cơ 4 kỳ làm việc qua 4 giai đoạn:

-Hút :1,2,3,4,5 -NÉN :5,6,7,8,9 -Nổ:9’,10,11,12,13,13’ Xả:13’,14,15,16,17

-Áp lực khí cháy lên đỉnh piston:

  ci  i p 

p

ci

s

F

p 9.81 p i 50.24=492.85p i

Với p i(kG/cm2 ) :áp suất khí cháy lên đỉnh piston ở từng thời điểm

p i(kG/cm2 )=9.81p i ( /N cm2)

F ci: áp lực khí cháy lên đỉnh piston ở từng thời điểm

S(cm2 ): diện tích đỉnh piston.S=50.24(cm2)

Bảng áp lực khí cháy ở từng thời điểm:

Vị trí

/Đại lượng

)

/

(kG cm2

)

(N

Vị trí

)

/

(kG cm2

)

(N

F c

27599.6 22178.25 9857 3449.95 1971.4 985.7 985.7 985.7

2/xác định lực quán tính(F qt):

Xét khâu 2 :

Khâu 2 chuyền đông song phẳng

- chuyển động tịnh tiến với gia tốc a B2

 Lực quán tính: F qt1 m2a B2 =1.97a B2

Điểm đặt tại S2

- chuyển động quay quanh B với gia tốc a S B

2

 Lực quán tính:F qt2 m2a S B2 = 1.97 a S B

2

 Điểm đặt tại tâm va đập K

Cách xác định K:

Ta có:

l BS  l AB  l AS=0.219-0,07665=0,142(m)

Tâm va đạp K được xác định bởi công thức:











BS BS BS

s

KS

l l m

m l m

J

l

2

2

2 2 2

2   0.092

0.142=0,057(m)  l BK  l BS  l SK=0.142+0.057=0,199(m)

Hợp lực quán tính của khâu 2:F qt F qt1F qt2

Phương chiều :cùng phương ,ngược chiều a s2

- Điểm đặt tai H (giao điểm của 2 phương lực quán tính)

- Cách tìm điểm đặt H:

Trên họa đồ gia tốc ,từ trọng tâm S2 trên khâu 2 kẻ '

2

1// b

 từ K kẻ 2// a b2 2' ' khi đó  1 cắt  2 tại H

Momen quán tính:  2 2 

2 S 

M 0.162

xét khâu 3: Chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng nên có một thành phần lực quán tính

3 3

3

F m a



- gọi Q là hợp lực tác dụng lên khâu 3:

- Q=F qt3G3F ci

vớiF đi lên : dấu - qt3

- đi xuống:dấu +

- G3:trọng lượng khâu

- Hình 3: Lực tác dụng lên khâu 3

- G3=0.69x9,81=6.77 (N)

- F ci Áp lực khí cháy lên piston

Bảng giá trị lực quán tính

Vị

trí/đại

lượng

19 210 311 412 513 614 715 816

2

qt

F 4076.48 4309.75 3116.89 4309.75 4378.75 4309.75 3116.89 4309.75

2

qt

3

qt

-2047.54

1178.80 -377.58 1178.80

-1286.53

1178.80 -377.58 1178.80

Bản giá trị của hợp lực Q:

Vị

trí/đại

lượng

-1356.51

-2265.46

Vị

trí/đại

F qt3

G 3

F C

3/xác định áp lực khớp động:

Xét cân bằng khâu 2

t n

R 12

R 12

F qt2

G 2

R 03

Q B

A

Hinh 4: Các lực tác dụng lên khâu 2 :

MB 2 = 

12

R l AB+G2 h -2 F qt2 h qt2=0

=0

  12

R =

AB

qt S

qt

l

h G h

F 2 2 2 2

 0 với h qt2là cánh tay đòn củaF qt2 đối với tâm B đo ở họa đồ lực quán tính

2

h l à cánh tay đòn của đối với tâm B 2

G = 1.97x9,81 = 19.33 (N) Bảng giá trị của

Đai lượng

2

qt

F (N) 4076.48 4309.75 3116.89 4309.75 4378.75 4309.75 3116.89 4309.75

2

h (mm )

2

qt

m)

12

(xem họa đồ áp lực khớp động)

*Xét nhóm Axua:

)

F

( i

 =R12n + 

12

R +G2 +F qt2+Q+R03=0

n

R12 phương song song AB; 

12

R có phương vuông góc AB;

2

G ,Qcó phương song song phương trượt Oy

2

qt

F có phương song song ,

2

S

 03

R có phương vuông góc Oy

3/Họa đồ lực khớp động:

chọn tỷ l ệ xích :

(có 16 tỉ lệ xích ứng với 16 giá trị Q)

chọn a là điểm cực vẽ

F

Q ab



 từ b vẽ

F qt

F bc



2

 ;từ c vẽ

F

R cd





12

 ;từ d vẽ1//AB

Từ a vẽ 2 vuông góc Oy.Khi đó 1 cắt 2 tại e ta có:

F

R

ae



03

n

F

R de



F

R ce



12

F

R be



32

Vì G2rất bé nên t a có thể bỏ qua

Bảng giá trị của R03,R, n

R12

Q

-1356.51

F

2

qt

F 4076.48 4309.75 3116.89 4309.75 4378.75 4309.75 3116.89 4309.75



12

03

R12 7277.62 1896.72 2997.86 1560.56 6641 3664,68 1708,29 3197,18

12

32

F

2

qt

8 4309.75 3116.89 4309.75 4378.75 4309.75 3116.89 4309.75



12

03

n

R12 223,012 6100,91 3641 4443,7 5581,97 3980,55 1622,43 3095,46

12

R 21453.4 5529.5 11881.2 9260.41 5051.6 5874.73 3383.63 4853.2

R 4460,24 5012,25 2685,07 1883,34 1306,03 1465,31 1848,28 2617,79

4/Áp lực tác dụng lên khâu dẫn;

Các lực tác dụng lên khâu dẫn:

lt

F :lực cùng phương ngược chiều a A2

F lt m1 x a =3.94x A2 a =3.94x2415.6=9517.5(N) A2

12

R : áp lực khớp động tại A

01

R :áp lực khớp động tại O

Xét cân bằng khâu dẫn:

lt

F +R +01 R21=0

chọn A làm điểm cực.từ a vẽ

R lt

F ab



 từ b vẽ

R

R bc



21

 khi đó

R

R ac



01



Tỷ lệ xích:

R

 =

ab

= 9517.5 190.35

bảng giá trị của R01:

01

R (N) 2275.98 428.48 6964.98 7916.48 2843.1 5851.73 8506.41 8664.36

01

R (N) 11855.7 8101.07 15090.8 4121.9 4464.4 15168.8 6839.38 5111.46 (xem họa đồ lực tác dụng lên khâu dẫn)

5/Momen cân bằng khâu dẫn :

Giả sử khâu dẫn có

mômen cân bằng

cb

(như hình vẽ)

Vì G 3 bé nên ta có

thể bỏ qua

Xét mômen tại A ta

có pt cân bằng cho

hệ lực phẳng :

mA=0  Mcb = R01

x AH

Vậy tương ứng với

16 vị trí ta có 16 giá

trị

Mômen cân bằng

Để tính AH ta dựa

vào ac

trên hoạ đồ lực tác

dụng lên khâu dẫn

R 01

H

G 3

A

O

M Cb

Đại lượng 1 2 3 4 5 6 7 8

R01(N) 2275.98 428.48 6964.98 7916.48 2843.1 5851.73 8506.41 8664.36

cb

)

R01 (N) 11855.7 8101.07 15090.8 4121.9 4464.4 15168.8 6839.38 5111.46

cb

M

(N.mm)

0 605075,1 312554,3 223822,3 0 46606,02 178445,6 602846,8

CHƯƠNG III: TÍNH BÁNH DÀ

1/ Mômen quán tính thay thế J :

Momen quán tính thay thế J được đặt trên khâu dẫn và có tác dụng thay thê các khối lượng m Kvà momen quán tínhJ x dặt trên khâu K.ta có

1

2 2

1

2

2







K K

S

m

1

2 2 2 1

2 3 2 1

2

3 2









K S

S

J

V m

V



 (V S3 =V B3=V B2 ) =A+B+C

với m2= 1.94 (kg), m3= 0.69(kg), J2=0 016(kgm2),  1 = 219.8(rad/s)

đại

lượng

2

S

2

1) / (

2 

S

A 0.00197 0.00374 0.0049 0.00315 0.00197 0.00315 0.0049 0.00374

3

S

2

1) / (

3 

S

2

2 1

C 0.00083 0.00043 0 0.00043 0.00083 0.00043 0 0.00043

J 0.0028 0.00587 0.00663 0.00417 0.0028 0.00417 0.00663 0.00587 Bả

ng giá trị củ a momen quán tính J:

2/Momen động M d()

Coi momen cảnM C() tác dụng lên cơ cấu là đại lượng không đổi (M C =const) và tác dụng lên khâu

dẫn và

coi tất cả ngoại lực(F2,G2,G3 )là lực động thu gọn các lực động về khâu dẫn là khâu thay thế

Theo nguyên lý di chuyển khả dĩ :

Nđ = Mđ 1 (P K V K M KK)

 Mđ =

1 1

1

) (









K K

K K

K K

V P M

V



)

; cos(

)

; cos(

)

; ( )

2 2

3

3

3 1

3 2

1

2 1

B

B S

S B

c

B c

M







= A,B,C’

với Nđ :công suất lực phát động

Mđ :momen động

K

P :ngoại lực tác dụng lên khâu K

K

V :vận tốc tại điểm đặt ngoại lực trên khâu

K

M Momen trên khâu K

K

 vận tốc góc của khâu K

G2 = 1.97x9,81= 19.3(N) ; G3= 0.69x9,81= 6.8(N)

*Bảng giá trị của momen động :

c

3

B

1

/

3 

B

)

;

2

S

1

/

2 

S

)

;

)

;

c

3

B

1

/

3 

B

;

2

S

1

/

2 

S

)

;

)

;

3/ Vẽ đồ thị vittenbao:

a) Vẽ đồ thịJ() với tỷ lệ xích:

min 0,0028

0,00028

J

J

  0 , 1256

100

4



(rad/mm)

trên trục chia 8 khoảng bằng nhau với điểm 1 trùng với gốc tọa độ

b) Vẽ đồ thị M d() với tỷ lệ xích:

50

84 , 1477

M dmx

 trên trục chia 16 khoảng  bằng nhau, điểm 1 trùng gốc tọa độ

c) Vẽ đồ thị Ađ ()và Ac ():

Ađ () 







0

d

M c :công của lực phát động

Để vẽ đồ thị Ađ ()ta dùng phương pháp phân tích đồ thị Ađ ()

-Trên đường cong Ađ () lấy các điểm a i (i= 1,2,3….16) ứng với mỗi khoảng  trên trục

trên trục bên trái gốc tọa độ lấy điểm Pvới OP= 30(mm).từ các điểm dóng các đường thẳng song song

trục cắt trục M tại b i b inối P với b i ta được các đường thẳng có độ nghiêng khác nhau -Dựng hệ trục Ađ () phía dưới trục hoành trên trục hoành của hệ tọa độ này cũng chia thành

16 khoảng bằng nhau như trên Trên khoảng chia thứ nhất 1 ,từO kẻ OC1// Pb1trên khoảng

2





chia kẻ C1C2// Pb2 ,tiếp tục như vậy đến hết Ta được đường gấp khúc Ađ () dùng đường cong trơn nối các điểm O,,ta đựoc đường cong Ađ ()











0

)

A c c :công của lực cản

Vì giả thiết Mc = Const nên Ac() là đường bậc 1 Trong một chu kì thì đầu chu kì Ac = 0.Cuối Chu kì Ac = Ad .Do đó nối điểm đầu và điểm cuối ta có đồ thị của Ac()

d ) Vẽ đồ thị E () :

E = Ad + Ac : biến thiên động năng

Xác định E trên đồ thị bằng cách lấy Ad - Ac theo tung đô Cộng với E0(động năng ban đầu)

Ta đ ược E V ì E0 = 0 (do chọn v ị trí ban dầu là vị trí chuy ển dộng ) nên đồ th ị E() chính là

đồ thị E() Với :

E A M OP

d  



    = 0,1256 29,557.15 = 55,7(N.m/mm)

e ) Vẽ đồ thị Vittenbao : E(J)

-Từ 2 đồ thị E() và J() ta dựng đồ thị E(J) Hai đồ thị E( ) và J() cho ta gi á tr ị Ei ,

Ji

Nối các điểm có tạo độ (Ji , Ei )ta có ddueoengf cong E(J)là đường cong kín ( vì E , J là đại lượng

có chu kì)

4/ Mômen quán tính của bánh đà: J đ (xem đồ thị Vittenbao)

Trên đồ thị E(J) kẻ 2 tiếp tuyến t1 ,t2 tiếp xúc phía dưới, phía trên của đường cong E(J)tạo với

2

2 trục J hai góc max , min được xác định theo công thức :

J

Tb E

x



J

Tb E

x



-Hai tiếp tuyến cắt nhau tại O’, khoảng cách từ O’ đến trục E biểu diễn cho moomen bánh đà O’P

46,37

2208.1( ) 1.2 1.179

ab

mm

tg tg

Với ab là giao điểm của tiếp tuyến với trục E.bằng cách đo trực tiếp ta có ab = (mm) vậy mômen quán tính của bánh đà là :

Jđ = J O’P = 0,00028 x 4,2456 = 2,0x10-3 (kg.m2)