›
›

Giáo trình Nguyên lí máy - Bài 4: Cân bằng máy

pdf 37 trang huongle 8761
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nguyên lí máy - Bài 4: Cân bằng máy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_nguyen_li_may_bai_4_can_bang_may.pdf

Nội dung text: Giáo trình Nguyên lí máy - Bài 4: Cân bằng máy

  1. Nội dung  Phần 1: Cấu trúc động học của cơ cấu  Phần 2: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế nguyên lý máy  Phân tích động học  Phân tích lực  Cải thiện chất lượng làm việc máy (động lực học máy)  Làm đều chuyển động máy  Cân bằng máy  Phần 3: Lý thuyết về các cơ cấu có khớp cao  Cơ cấu cam  Cơ cấu bánh răng Bài 4: Cân bằng máy 2
  2. Bài 4 Cân bằng máy
  3. 1. Cân bằng máy là gì? Nhận xét  Phản lực khớp động do  Ngoại lực  Lực quán tính => phản lực động phụ  Phản lực động phụ  Biến thiên có chu kỳ  Khi vận tốc của máy lớn, có thể rất lớn so với thành phần lực do ngoại lực gây ra Bài 4: Cân bằng máy 4
  4. 1. Cân bằng máy là gì?  Ví dụ: Đĩa mỏng quay quanh trục không đi qua trọng tâm B  Tốc độ n = 9000 vg/ph  Khối lượng m = 10 kg R R w 1 2  BK lệch tâm rS = 2 mm G 2 R Pmr18000qts w N rs Pmg100 N P R>>B PP P qt 2 qt mr sw 2 wmr s Bài 4: Cân bằng máy 5
  5. 1. Cân bằng máy là gì?  Phản lực động phụ là một trong những nguyên nhân gây ra rung động cho máy và nền móng  Tác hại của rung động  Biên độ rung lớn (đặc biệt khi cộng hưởng) ảnh hưởng đến quá trình công nghệ mà máy thực hiện  Tăng ma sát trong khớp động  Tăng nguy cơ phá hủy do hiện tượng mỏi của vật liệu  Rung động truyền qua nền móng tới các thiết bị, công trình, con người ở ‘xung quanh’ Bài 4: Cân bằng máy 6
  6. 1. Cân bằng máy là gì?  2 lớp bài tính cân bằng máy  Cân bằng vật quay: triệt tiêu (giảm) lực quán tính của các khâu  Cân bằng cơ cấu nhiều khâu: giảm phản lực động phụ từ máy truyền xuống nền móng Cân bằng máy Cân bằng vật quay Cân bằng cơ cấu CB tĩnh CB động CB tĩnh CB động Bài 4: Cân bằng máy 7
  7. 2. Cân bằng vật quay  Giả thiết: vật quay rắn tuyệt đối  Phân loại vật quay  Vật quay mỏng  Vật quay dày Vật quay dày Vật quay mỏng Có thể mất CB: tĩnh, động, hoặc toàn phần Có thể mất CB tĩnh Bài 4: Cân bằng máy 8
  8. 2. Cân bằng vật quay  Hiện tượng mất cân bằng tĩnh: Khi vật ở trạng thái tĩnh ta cũng thấy vật mất CB Trọng tâm Vật có xu hướng quay lắc đến vị trí trọng tâm thấp nhất Bài 4: Cân bằng máy 9
  9. 2. Cân bằng vật quay  Hiện tượng mất cân bằng động: chỉ thấy khi vật quay do tác động không những của lực quán tính mà đặc biệt là mô-men lực quán tính 0 rrr 180 12 MlPlPqqq 12 mmm12 2 PPPq q12 q 0 PPmrqq12 w Trọng tâm nằm trên trục quay → ở trạng thái tĩnh không phát hiện mất CB Bài 4: Cân bằng máy 10
  10. 2. Cân bằng vật quay 2.1. Cân bằng VQM – Điều kiện CB  Khi VQM quay với vận tốc góc w có các khối lượng mi tại ri Pmr w 2 qiii 푃 푞2 푃푞 푃푞1 2  VQM cân bằng khi P là một qi  1 Ԧ 2 푖 푃 hệ lực cân bằng 푞푖 Ԧ1 Ԧ푖 Ԧ푛 w  Pq là hệ lực phẳng và đồng i  푛 quy nên n 푃 PPP 푞푛 qqqii  i 1  Điều kiện CB: Pq 0 Bài 4: Cân bằng máy 11
  11. 2. Cân bằng vật quay 2.1. Cân bằng VQM – Nguyên tắc CB  Để cân bằng VQM, cần và chỉ cần tạo ra một lực quán tính Pcb để triệt tiêu Pq 푃푞 2 푃푞 푃 PPcbq 0 푞1 2 1  Ԧ2 Trong đó 푖 푃푞푖 Ԧ 1 Ԧ 2 푖 w Pmrcbcbcb w Ԧ푛 푛 푃 푃푞푛  Nguyên tắc: cần và chỉ cần 1 khối lượng cân bằng (đối trọng) Bài 4: Cân bằng máy 12
  12. 2. Cân bằng vật quay 2.1. Cân bằng VQM – Phương pháp 푃  Đặt 푞2 n 푃 1 푞1 2 rmsii r  m 1 i 1 Ԧ2 푖 푃푞 n 푖 Ԧ1 Ԧ푖 mm i  Ԧ푛 w i 1 푛  Ta có nn 푃푞 PPm rmr ww22 푛 qqi isi ii 11  Để Pq 0 phải có rs 0  Vậy trọng tâm vật quay phải nằm trên trục quay! Bài 4: Cân bằng máy 13
  13. 2. Cân bằng vật quay 2.1. Cân bằng VQM – Công nghệ  Phương pháp dò trực tiếp  Phương pháp đối trọng thử  Phương pháp hiệu số mô-men Trọng tâm Trạng thái cân bằng phiếm định Bài 4: Cân bằng máy 14
  14. 2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – Điều kiện CB  Trên mặt phẳng thứ i có: mrinii,1 2  Khi quay với VT w sinh ra Pmr w qiii 푃푞2 푃푞1 2 1 Ԧ2 Ԧ1 w Ԧ푛 푛 푃푞푛  VQD cân bằng khi P là một hệ lực cân bằng qi   là hệ lực không gian, sẽ là hệ lực cân bằng khi n n PP 0 và MMP ( ) 0 qq i qq i i 1 i 1 Bài 4: Cân bằng máy 15
  15. 2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – Nguyên tắc CB (I) 푃 (II) 푃푞1 푞2 2 푃 푃푞2 푃 푃풒 푞1 푞1 1 Ԧ2 Ԧ1 Ԧ 푛 푃푞 푃풒 푛 푛 풏 Ԧ 1 푃푞푛 Ԧ2 Ԧ푛 퐿 {푃푞 } phẳng, đồng quy 푃 = 푃 +푃 ቐ 푖 với ቐ 푞푖 푞푖 푞푖 {푃푞푖} {푃푞푖 } phẳng, đồng quy 푃푞1 푖 = 푃푞1(퐿 − 푖) Nguyên tắc: cần và chỉ cần 2 đối trọng đặt trong 2 mặt phẳng khác nhau vuông góc với trục quay Bài 4: Cân bằng máy 16
  16. 2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – Máy CB động kiểu khung (I) (II) w Ԧ~푃푞 0 k c Bài 4: Cân bằng máy 17
  17. 2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – PP 3 lần thử Ԧ Ԧ1 2 - Lần 1: w, Ԧ0 2 Ԧ0 Ԧ0~푃푞 rt Ԧ Ԧ - Lần 2: w, , Ԧ 1 2 푡 푡 1 Ԧ m 푡 Ԧ t 푡  푃푞푡 Ԧ0 Ԧ Ԧ Ԧ 1 = 표 + 푡 -rt 표 Ԧ m 표 표 = 푡 푡 - Lần 3: w, − 푡 푡 , 2 t 푡 Ԧ Ԧ Ԧ = 표 − 푡 Ԧ Ԧ Ԧ 1 + 2 = 2 표 Bài 4: Cân bằng máy 18
  18. Vật quay mỏng hay Vật quay dày? D L  Kích thước: L/D  Tốc độ quay khi làm việc: nlàm việc  Mức độ rung động cho phép của máy (mức độ quan trọng) Bài 4: Cân bằng máy 19
  19. Máy cân bằng Bài 4: Cân bằng máy 20
  20. 3. Cân bằng cơ cấu phẳng Lực truyền xuống nền gây rung rộng! Bài 4: Cân bằng máy 21
  21. 3. Cân bằng cơ cấu phẳng: Nguyên tắc  Cơ cấu phẳng  hệ chất điểm có khối tâm chung S: Ԧ푠  Thu gọn hệ lực quán tính về khối tâm chung  Véc tơ chính 푃푞  Mô men chính 푞 푃푞 = 0  Cơ cấu CB toàn phần nếu ቐ 푞 = 0  Cơ cấu CB động nếu 푞 = 0  Cơ cấu CB tĩnh nếu 푃푞 = 0  Có 푃푞 = − Ԧ푠 → Ԧ푠 = 0 → Phải bố trí khối lượng các khâu sao cho khối tâm chung cố định Bài 4: Cân bằng máy 22
  22. 3. Cân bằng cơ cấu phẳng: Nguyên tắc n m .r  i Si n i 1 rS const với m mi m i 1 rS là bán kính véc tơ khối tâm chung của cơ cấu. ri là bán kính véc tơ khối tâm của khâu thứ i có khối lượng mi. Bài 4: Cân bằng máy 23
  23. 4. Ví dụ 1: CB tĩnh cơ cấu tay quay con trượt Xét cơ cấu tay quay con trượt B S1 S2 r1 r 2 S C S3 A rs r3 . Khối tâm chung của cơ cấu được xác định bởi véctơ rS : m1 rm 12 23 rm 3 r r với rs11 rls 212;; 3123 rlls s m m. s m .( l s ) m .( l l s ) r 1 1 2 1 2 3 1 2 3 s m ms. ( m mlms ). . ml . ms . r 11 2 31 22 32 33 s m Bài 4: Cân bằng máy 24
  24. 4. Ví dụ 1: CB tĩnh cơ cấu tay quay con trượt Xét cơ cấu tay quay con trượt B S1 S2 r1 r 2 S C S3 A rs r3 Muốn rS không đổi, điều kiện sau buộc phải thỏa mãn: ()mm sl 23. m.().0 smml 11 1 1231 m1 m 0 sm l m3 2 23 2 sl . 22 m2 Đây là những điều kiện của trọng tâm khâu (1) và (2) để khối tâm chung S của cơ cấu tay quay con trượt có vị trí không đổi, khi đó cơ cấu sẽ được cân bằng. Bài 4: Cân bằng máy 25
  25. 4. Ví dụ 1: CB tĩnh cơ cấu tay quay con trượt Phần đối trọng Bài 4: Cân bằng máy 26
  26. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề y S 2   3 2 r C O 1 2 3 l2  2 2 2 r3 B O2 S1 l 1 1  2 S3 r 1 l3 1 1 4 x l A O 4 1 D Cơ cấu 4 khâu bản lề  3  Hệ tọa độ cố định: Oxy  Hệ tọa độ động: O i i i  Vị trí các trọng tâm: Si( r i cos i ; r i sin i ) i 1, 2, 3  Các góc định hướng: i  Thông số các khâu: ml ii, Bài 4: Cân bằng máy 27
  27. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề  Cosi chỉ hướng và tọa độ khối tâm y cosφ-sinφii iii r cos S2 3 A=i bi  2  r2 C O3 sinφcosφ iii r sin 1 ii l2  2 2 2 r  llll 0 3 PT liên kết 1234 B O2 S1 l 1 1  llll 2 S3 AAAA1234 0 1234 r1 0000 l3 1 1 l1 l 2 l 4 4 x l4 AAAA l l l A O1 3 1 3 2 3 4 3 D 0 0 0  Cơ cấu 4 khâu bản lề 3  Tọa độ khối tâm chung l1 l 2 l 4 Oxy 1 ll11 l 2 rs mAbmA11121 AbmA 2231 A 2 A 1l3 A 2 l 3 A 4 l 3 b 3 m 00 0 0 0 0 Oxy 1 l1 l 1 l1 l 2 l 2 l 4 rs Ambm1112 m 3 mb 33 Ambm 2223 mbAmb 33 433 m 0 0 l3 0 l 3 l 3 Bài 4: Cân bằng máy 28
  28. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề  Điều kiện cân bằng 푠 = 표푛푠푡 Oxy 1 lll112 lll124 rAs m b1 mmm 1 1233322 bA 23334 m 33 b mm bA m b mlll 000 333 0 0 l m rmcos-cos l m l m 0 r 1 1 1 1 2 1 3 1 3l 3 3 3 ll l l 111 m rmsin r -sin1 0 m1 bmmmb 12333 -0 1 1 1 3 3 3 00l3 l3 l l l m bmmb 2 -02 m rmcos-cos l m r 0 2 2 2333 2 2 2 3 2 3l 3 3 0 l3 3 l2 m2 rm 2sin r 2 -sin 3 3 0 3 l3 Cho trước một số thông số và chọn thông số còn lại! Bài 4: Cân bằng máy 29
  29. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề   TH đơn giản 훽 = 0 y  C 3 푖 1 l m2 2 2 1 l1 B  ξ=mξ-S3S2 13 m1 l- m l 3bd 13 l1 ml  13 1bd m l3 1 * m3  3  lmξ+m l 1 1 32S3 2 2 3 x ξ= A S3 l4 ml32 * * m1 1 D  Thêm 2 đối trọng vào khâu m* 1 và 3 đảm bảo đ/k CB 3 ξ= m+mξ-mξ /m S1111 1 S 1 S bd1 ξ= m+mξ-mξ /m S3333 3 S 3 S bd3 Bài 4: Cân bằng máy 30
  30. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề Mô phỏng số Bài tính vị trí - Xác định φ2, φ3 theo góc φ1 - Xác định xSi, ySi của trọng tâm các khâu (i = 1,2,3), tọa độ khớp Bài tính VT - Xác định ω2, ω3, vSi Bài tính GT - Xác định ε2, ε3, aSi Bài tính lực - Xác định Pqti, Mqti, các áp lực khớp động R12, R23, R41, R43 Tính lực qt - Xác định lực quán tính và mô men lực quán tính tác dụng lên cơ cấu Bài 4: Cân bằng máy 31
  31. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề Mô phỏng số Thông số Khâu thứ i (i = 1,2,3,4) 1 2 3 4 li(m) 0,105 0,270 0,330 0,360 mi(kg) 5 10 15 2 JSi(kgm ) 0,05 0,1 0,15 m411 (kg)-0,0875 (m) ; m1(kg)1,109833 (m) Bài 4: Cân bằng máy 32
  32. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề Mô phỏng số Trước cân bằng Sau cân bằng Khối tâm chung cơ hệ sau cân bằng Bài 4: Cân bằng máy 33
  33. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề Mô phỏng số Lực truyền xuống nền Lực truyền xuống nền Trước cân bằng Sau cân bằng Bài 4: Cân bằng máy 34
  34. 4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề Mô phỏng số Lực quán tính trước cân bằng Lực quán tính sau cân bằng Bài 4: Cân bằng máy 35
  35. 5. Bài tập (1) Bài 4: Cân bằng máy 36
  36. 5. Bài tập (2) Bài 4: Cân bằng máy 37
  37. 5. Bài tập (3) Bài 4: Cân bằng máy 38