Giáo trình Nguyên Lí Máy - Chương 5: Động lực học máy - Trương Quang Trường

Nội dung text: Giáo trình Nguyên Lí Máy - Chương 5: Động lực học máy - Trương Quang Trường

1. NGUYÊN LÝ MÁY GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
2. Nguyên Lý Máy Chương 5 ĐỘNG LỰC HỌC MÁY Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
3. ĐẠI CƯƠNG -Việc xác định chuyển động của máy dưới tác dụng của các lực là một vấn đề cơ bản của động lực học máy - Nhiệm vụ quan trọng của động lực học là xác định hàm số chuyển động của các khâu, có tính đến các lực và mômen quán tính, khối lượng, tính chất đàn hồi của các vật liệu, lực cản của môi trường chuyển động của máy , cân bằng lực quán tính, bảo đảm máy làm bìnhKhoa Cơ Khí .– Công Nghệ việc ổn Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
4. I. KHÂU THAY THẾ - CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ 1. Khâu thay thế - Chuyển động của các khâu trong máy phụ thuộc vào chuyển động của khâu dẫn Để biết chuyển động thực của máy ta chỉ cần biết chuyển động thực của khâu dẫn Chọn khâu dẫn làm khâu thay thế Yêu cầu: - Động năng khâu thay thế bằng động năng của toàn bộ cơ cấu khi chuyển động: Et = Ei - Công suất các lực tác động lên cơ cấu bằng công suất của lực tác động lên khâu thay thế: Nt = Ni Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
5. I. KHÂU THAY THẾ - CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ 2. Các đại lương thay thế a. Khối lượng thay thế m V2n m V 2 J  2 Cân bằng động năng: t  i si si i 22i 1 n 22 Vsi  i mt  m i J si i 1 VV Các giá trị (Vsi/V) và (i/V) xác định dựa vào họa đồ vận tốc b. Momen quán tính thay thế J 2n m V 2 J 2 Cân bằng động năng: t  i si si i 22i 1 n 22 Vsi  i Jt  m i J si i 1  Các giá trị (Vsi/) và (i/) xác định dựa vào họa đồ vận tốc Khoa Cơ Khí – Công Nghệ - 5 - Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
6. I. KHÂU THAY THẾ - CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ 2. Các đại lương thay thế c. Lực thay thế n Cân bằng công suất: PVPVMt.  i . i .cos  i i . i i 1 n V  PPMii t  i. .cos i i . i 1 VV Các giá trị (Vi/V) và (i/V) xác định dựa vào họa đồ vận tốc d. Momen thay thế n Cân bằng công suất: MPVMt.  i . i .cos i i .  i i 1 n V  MPMii t  i. .cos i i . i 1  Các giá trị (Vi/) và (i/) xác định dựa vào họa đồ vận tốc Khoa Cơ Khí – Công Nghệ - 6 - Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
7. II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 1. Phương trình động năng AAEdc 22JJ 22 M d M d tt2 2 1 1 td tc 22 11 Trong đó: + E: độ biến thiên động năng của cơ cấu. E = E2 – E1, với E1, E2 là động năng của khâu thay thế tại thời điểm t1 và t2. + Mtđ, Mtc: mômen thay thế của các lực phát động và lực cản. + Ađ, Ac: công của lực phát động và công của lực cản trong khoảng thời gian từ thời điểm t1 đến t2, tương ứng với góc quay của khâu thay thế là 1 và 2. + 1, 2: vậnk tốc gócVk của khâu thay thế tại thời điểm t1 và t2. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường 1  1 - 7 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
8. II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY Đặc điểm động lực học trong các thời kỳ chuyển động của máy + Thời kỳ chuyển động mở máy: Bắt đầu mở máy 1 = 0 1 = 0 Ađ – Ac = E > 0 Công động > Công cản Máy sẽ chuyển động nhanh dần, công thừa biến thành động năng + Thời kỳ chuyển động bình ổn: 1 = 2 Ađ – Ac = E = 0 Công động = Công cản Chuyển động của khâu thay thế là chuyển động đều + Thời kỳ chuyển động tắt máy: Khi tắt máy 2 = 0 2 = 0 Ađ – Ac = E < 0 Biến thiên động năng âm động năng giảm dầnKhoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương QuangKhâu Trường thay thế chuyển động chậm dần Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
9. II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY Đặc điểm động lực học trong các thời kỳ chuyển động của máy  t 0 Mở máy Chuyển động Tắt máy bình ổn Các thời kỳ chuyển động của máy Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
10. II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 2. Phương trình chuyển động của máy viết dưới dạng momen 2 2 dd Jtt .  dJ MMM.J. d c t d 22 d dt (phương trình dạng này ít được sử dụng) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
11. III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY  Trong khi giải bài toán phân tích động học cơ cấu, ta giả sử là khâu dẫn quay đều. Thực tế, các lực tác động lên máy luôn thay đổi, vị trí cơ cấu luôn luôn thay đổi. Vì vậy chuyển động thật của khâu dẫn là không đều. Xác định chuyển động thật của máy, tức là xác định vận tốc của khâu dẫn tại từng vị trí của cơ cấu.  Xét khâu thay thế là khâu quay, có mômen quán tính là Jt, chịu tác động của các mômen thay thế là Mtđ và Mtc.  Trong thực tế, đại lượng Mt này có thể là hàm của , của  hoặc của t; hoặc có thể là hàm của các thông số , , t.  Ví dụ:  Động cơ điện: Mđ = Mđ().  Động cơ đốt trong: Mđ = Mđ(, ).  Máy bơm, quạy ly tâm: Mc = Mc().  Máy ép: Mc = Mc( ) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
12. III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY Dựa vào phương trình chuyển động của máy, xác định vận tốc góc khâu dẫn: 2 2  [ E ( M M )d ] J o đc t 1 Thay thế các đại lượng  =  ( ) Bài toán đã giải xong Thực tế, các hàm Mđ, Mc, Jt đều cho trước và thường ở dạng bảng số hay đồ thị. Giải bài toán bằng phương pháp số hay phương pháp đồ thị. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 12 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
13. III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 1. Phương pháp số - Biểu thức vận tốc trên có thể viết lại dưới dạng 2  2 2  J 11i M M d 11 i td tc J i 1 2 1 2 Hay 1 EE ii J i 1 Trong đó 1 EJ 2 i2 i1 i i 1 E M M d i d c i 1 ; MM i 11 i i i 2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 13 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
14. III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 1. Phương pháp số Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
15. III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 2. Phương pháp đồ thị - Xây dựng đồ thị JMM ,,cd - Cộng đồ thị MMM dc - Tích phân đồ thị M đồ thị E đồ thị E - Xây dựng đồ thị EJ (đường cong Wittenbauer) từ đồ thị E và đồ thị J Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
16. III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY Jt M 0 Mc( ) 2. Phương pháp 1 Md( ) đồ thị 2 a) 3 4 d) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 5 6 A i 7 Ac( ) 8 b) Ad( ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 e) E E E 2 3 1 4 max Eo 8 c) 7 5 6 i Khoa Cơ Khí – Công Nghệmin Jt i Ei Ths. Trương Quang Trường 0 1 2 3 4- 16 5 - 6 7 8 0 TrườngJi ĐH Nông Lâm TPHCM
17.  biến thiên giữa III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 2. Phương pháp đồ thị Từ đường cong Wittenbauer xác định vận tốc 1 như sau: + Tại = k, động năng và momen quán tính máy có giá : kk của trị EE JJkk Xác định bởi điểm K trên đường cong + Gọi  k  OJ,OK , ta có k kk OE EE / E  tan k J k kk OJ JJ / J E kk EE  EEtank  k 2 2 tan  k + Do đó kk1 JJ JJ Trường hợp tổng quát, đường cong E(J) gồm ba giai đoạn: Khởi động, chuyển động bình ổn và tắt máy. Trong giai đoạn bình ổn,  biến thiên giữa Khoamax Cơ vàKhí – Côngmin Nghệ Vận Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM tốc máy biến thiên trong khoảng 1min - 17 1max-