›
›

Giáo trình Nguyên lí máy - Bài 3: Phân tích lực cơ cấu

pdf 29 trang huongle 9900
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nguyên lí máy - Bài 3: Phân tích lực cơ cấu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_nguyen_li_may_bai_3_phan_tich_luc_co_cau.pdf

Nội dung text: Giáo trình Nguyên lí máy - Bài 3: Phân tích lực cơ cấu

  1. Bài 3 Phân tích lực cơ cấu
  2. Thiết kế máy Thiết kế nguyên lý máy Thiết kế chi tiết máy Phân tích động học, lực, động lực học Chọn LOẠI cơ cấu, kích thước động học Nguyên lý Công nghệ làm việc chế tạo Vật liệu Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 4
  3. Tại sao phải phân tích lực?  Một số điểm/khâu trên cơ cấu/máy cần làm việc với giới hạn lực cho trước  Cơ sở để  Tính toán độ bền, thiết kế chi tiết  Tính toán chế độ bôi trơn, mài mòn  Tính toán hiệu suất  Chọn động cơ dẫn động Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 5
  4. Những vấn đề mấu chốt  Cho trước cơ cấu với  Kích thước động học  Quy luật chuyển động của khâu dẫn  Kết cấu sơ bộ: Phân bố khối lượng (khối lượng, mô men quán tính của các khâu, vị trí trọng tâm)  Lực tác dụng lên điểm làm việc (lực cản kỹ thuật)  Mục tiêu: Xác định tải trọng đặt lên các khâu, khớp => làm cơ sở thiết kế hoàn chỉnh kết cấu của các chi tiết máy, thiết kế bôi trơn, tính chọn động cơ có mô-men dẫn động phù hợp  Bài toán phải giải quyết:  Phân tích áp lực khớp động  Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 6
  5. 1. Các loại lực tác dụng lên cơ cấu  Ngoại lực: lực từ bên ngoài tác động lên bộ phận làm việc của máy  Lực cản kỹ thuật FC  Trọng lượng của các khâu chuyển động G  Lực phát động Mđ / Fđ Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 7
  6. 1. Các loại lực tác dụng lên cơ cấu  Lực quán tính  Tồn tại ở những khâu chuyển động có gia tốc  Trong trường hợp tổng quát khâu chuyển động song phẳng có:  Khối lượng khâu mi  Vị trí trọng tâm Si  Mô men quán tính đối với trọng tâm Jsi  Gia tốc góc i  Gia tốc trọng tâm a Si Pm a và MJ  qii S i qiS i i Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 8
  7. 1. Các loại lực tác dụng lên cơ cấu  Nội lực: Lực tác động tương hỗ giữa các khâu trong cơ cấu => là thành phần phản lực trong các khớp động Rij  Áp lực khớp động Nij  Lực ma sát F m sij v F RNFijijmsij  Luôn có RRij ji  Nếu bỏ qua ma sát thì RNijij Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 9
  8. 2. Nội dung  Các dữ liệu cho trước  Kích thước động và vị trí khâu dẫn 1  Đã giải xong bài toán gia tốc  Các thông số cấu tạo (sơ bộ) các khâu  Khối lượng khâu mi  Vị trí trọng tâm Si  Mô men quán tính đối với trọng tâm JSi  Các ngoại lực đã biết: lực cản kỹ thuật  Tính  Lực quán tính  Phản lực khớp động trên khâu bị dẫn  Phân tích lực khâu dẫn: phản lực khớp và lực cân bằng Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 10
  9. 3. Các giả thiết gần đúng  Coi các khâu rắn tuyệt đối  Coi khâu dẫn chuyển động đều 1 const  Bỏ qua ma sát trong các khớp động RNijij  Vì sao gần đúng?  Ràng buộc lẫn nhau Bài toán vận tốc Khâu dẫn Bài toán 1 const gia tốc Lực ma Phân Tính lực sát tích lực quán tính Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 11
  10. 4. Nguyên tắc  Các khâu chuyển động có gia tốc => ngoại lực tác dụng không cân bằng => không viết được phương trình cân bằng lực => không giải được bài toán => Sử dụng nguyên lý Đa-lăm-be và phương pháp động tĩnh học  Coi lực quán tính là ngoại lực cùng với các ngoại lực khác tác động lên cơ hệ => coi là cơ hệ cân bằng => thiết lập phương trình cân bằng lực  Tách cơ cấu thành khâu dẫn và các chuỗi động hở làm xuất hiện phản lực khớp động  Tách thế nào? Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 12
  11. 4. Nguyên tắc: Điều kiện tĩnh định  Nhóm tách ra phải thỏa mãn: Số PTCB lực = Số ẩn số  Xét nhóm tách ra có: n khâu, T khớp thấp và C khớp cao  Số PT cân bằng lực: 3n  Số ẩn số? Trị số và phương? Trị số và điểm đặt? Trị số?  Khớp thấp 2 ẩn  Khớp cao 1 ẩn 32n T C  Có 2T+C ẩn Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 13
  12. 4. Nguyên tắc: Điều kiện tĩnh định Giải cho các nhóm từ xa khâu dẫn về gần khâu dẫn. Vì sao? Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 14
  13. 5. Trình tự giải bài tính lực cơ cấu  B1: Xác định ngoại lực tác dụng lên cơ cấu  B2: Xác định lực quán tính  B3: Tách cơ cấu làm xuất hiện áp lực khớp động  Với mỗi nhóm:  B4: Áp dụng PP tĩnh động học thiết lập PTCB lực  B5: Giải hệ phương trình cân bằng lực  Chú ý: giải cho các nhóm từ xa khâu dẫn về gần khâu dẫn  B6: Phân tích lực khâu dẫn: lực tác dụng lên giá và mô men cân bằng Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 15
  14. 6. Tính lực quán tính  Khâu chuyển động tịnh tiến Pmaq S M q 0  Khâu quay quanh một điểm cố định trùng với trọng tâm Pq 0 MJq S  Khâu quay quanh một điểm cố định KHÔNG trùng với trọng tâm M J. J . a .sin J .sin h q SSSS Pq m a S m a S l AS m l AS 2 h JS hay l lSK SK sin ml lAS AS Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 16
  15. 7. Ví dụ: Cơ cấu máy bào ngang  Cho trước  Hành trình: H  Góc lắc cực đại: Y  Phương xx: a =(b+c)/2  Khoảng cách AC = a/2  Tỷ số lDE/lDC = l  Thông số cấu tạo (sơ bộ)  Khâu 3: S3, m3, JS3  Khâu 6: S6, m6  Đã giải xong BTGT  Tìm  Các lực tác động lên cơ cấu Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 17
  16. 7. Cơ cấu máy bào ngang: Ngoại lực  Lực cản kỹ thuật: lực từ phôi tác dụng lên đầu dao,  Vật liệu  Chế độ cắt  Dạng hình học của dao Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 18
  17. 7. Cơ cấu máy bào ngang: Ngoại lực  Trọng lực  Khâu 3: S3, m3 => G3  Khâu 6: S6, m6 => G6 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 19
  18. 7. Cơ cấu máy bào ngang: Lực quán tính  Khâu 3: S3, m3, JS3 3, aS3 => M3 , P3  Khâu 6: S6, m6, aS6 => P6 P33 m aS MJ  P66 m aS 3 33S3 6 Họa đồ gia tốc Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 20
  19. 7. Cơ cấu MBN: Tách nhóm  Nhóm I: hai khâu 5, 6 và ba khớp D, E, F  Nhóm II: hai khâu 2, 3 và ba khớp B2, B3, C  Khâu dẫn và giá Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 21
  20. 7. Cơ cấu MBN: Nhóm I  PTCB lực PPGNNC 664635 0 nt NNN353535 Nhóm I 5 tt  MNlNEDE 3535 00 NPGPNNtn 0 3535 C 6646 𝑖á 푡 ị 푡ℎậ푡 휇 = 푃 Đ표ạ푛 𝑖ể 𝑖ễ푛 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 22
  21. 7. Cơ cấu MBN: Nhóm I  Điểm đặt lực N46  MP 6 hG lNx 0 EcS E 6466 P hG l x cS E 6 6 N46  Tách khớp E: NN56 65 NN6535 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 23
  22. 7. Cơ cấu MBN: Nhóm II  Ta có: NN5335  Coi N53 là ngoại lực đã biết  Tính toán tương tự => N 12 , N43  Coi N21 là ngoại lực đã biết tác động lên khâu dẫn NN2112  Phân tích tiếp lực khâu dẫn Khâu dẫn Nhóm II Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 24
  23. 8. Phân tích lực khâu dẫn  Sau khi tách hết các nhóm còn lại khâu dẫn nối với giá cố định bằng một khớp thấp có áp lực khớp động chứa 2 ẩn số  Khớp quay: Phương và trị số  Khớp tịnh tiến: Điểm đặt và trị số  Trong điều kiện CB lực cho khâu dẫn lập được 3 PT → Ẩn thứ 3 có thể và cần xác định chính là một trong hai yếu tố của ngoại lực dùng để cân bằng các lực trên khâu dẫn  Lực cân bằng khâu dẫn là lực xác định được ở khâu dẫn để cân bằng toàn bộ các ngoại lực khác trên toàn bộ cơ cấu, kể cả lực quán tính Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 25
  24. 8. Phân tích lực khâu dẫn  Nếu trên khâu dẫn đặt lực cân bằng: cho trước điểm đặt và phương Nh21. 21 PCB lAI  Nếu trên khâu dẫn đặt mô men cân bằng MNhCB 2121.  Tách khớp A làm xuất hiện N41 và tính dựa vào PTCB lực: PNNCB 21 41 0 → Phương pháp phân tích áp lực khớp động Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 26
  25. 8. Phân tích lực khâu dẫn  Nguyên lý di chuyển khả dĩ  Với một hệ lực cân bằng, tổng công suất tức thời của tất cả các lực bằng không trong mọi di chuyển khả dĩ NPNM(ii ) ( ) 0  Nếu trên khâu dẫn đặt mô men cân bằng n [].0PvMMi ii iCB 1 i 1 1 n MPvM CBi ii i [] 1 i 1  dấu “+” khi M CB cùng chiều 1, dấu “-” khi M CB ngược chiều 1 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 27
  26. 9. Ý nghĩa mô men cân bằng i  Ứng với mỗi vị trí của khâu dẫn 1 xác định được mô i men cân bằng M CB  Cơ sở để chọn động cơ dẫn động cho cơ cấu n tbi 1 MMMdCBCB  n i 1 i MMkdCB max{} Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 28
  27. 9. Ý nghĩa mô men cân bằng  Mỗi động cơ có Md, Mkd xác định → chỉ có thể chọn n tbi 1 MMMdCBCB  n i 1 1 MMkdCB max{} i  Nên nhìn chung MMdB C → khâu dẫn không cân bằng lực  Giả thiết khâu dẫn chuyển động đều là gt gần đúng  Để máy làm việc ổn định thì trong mỗi chu kỳ tổng công của mô men động cơ phải bằng tổng công của mô men cân bằng AA MMdCB Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 29
  28. Bài tập 1 Cho cơ cấu như hình vẽ biết: l = 2l = 0,2 (m) , BC AB 휔1 lCD = 0,05 (m), P3=100N, 푆3 ≡ = 풌품, 1=10 (rad/s). Tại vị trí đang xét có 0. 1=90 Tính áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn? Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 30
  29. Bài tập 2 Cho cơ cấu có lược đồ như hình vẽ, có lAB = lBC = 0,1 (m), khâu dẫn quay đều với 1=10 (rad/s), M3 = 20 Nm , P2 = 100N. 0 Tại vị trí đang xét 1=60 . Tính mo-men cân bằng trên khâu dẫn 1? Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 31