Bài giảng Nguyên lý máy - Bài 3: Phân tích lực cơ cấu - Nguyễn Xuân Hạ

ớc  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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 6 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 7 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 8 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  Gia tốc trọng tâm i iS a iqi i S P m a  iqi S i M J  và CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 9 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  Áp lực khớp động  Lực ma sát  Luôn có  Nếu bỏ qua ma sát thì msijF ijN ijR ij ij msijR N F  ij ijR N ij jiR R  v F CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 10 2. Nội dung  Các dữ liệu cho trước  Kích thước động và vị trí khâu dẫn  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 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 11 3. Các giả thiết gần đúng  Coi các khâu rắn tuyệt đối  Coi khâu dẫn chuyển động đều  Bỏ qua ma sát trong các khớp động  Vì sao gần đúng?  Ràng buộc lẫn nhau ij ijR N 1 const  Bài toán vận tốc Bài toán gia tốc Lực ma sát Phân tích lực Tính lực quán tính Khâu dẫn 1 const  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 12 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? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 13 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?  Khớp thấp 2 ẩn  Khớp cao 1 ẩn  Có 2T+C ẩn Trị số và phương? Trị số và điểm đặt? Trị số? 3 2n T C  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 14 4. Nguyên tắc: Điều kiện tĩnh định Giải cho các nhóm từ xa khâu dẫn về gần khâu dẫn. Vì sao? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 15 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 16 6. Tính lực quán tính  Khâu chuyển động tịnh tiến  Khâu quay quanh một điểm cố định trùng với trọng tâm  Khâu quay quanh một điểm cố định KHÔNG trùng với trọng tâm 0 q S q P ma M      0q q S P M J       . . .sin .sin . . . .       q S S S S q S S AS AS M J J a J h P m a m a l m l    sin S SK AS Jh l ml   2 SK AS l l  hay CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 17 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 18 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 19 7. Cơ cấu máy bào ngang: Ngoại lực  Trọng lực  Khâu 3: S3, m3 => G3  Khâu 6: S6, m6 => G6 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 20 7. Cơ cấu máy bào ngang: Lực quán tính  Khâu 3: S3, m3, JS3 3, aS3 => M3 , P3  Khâu 6: S6, m6, aS6 => P6 33 3 S P m a  33 3S M J   66 6 S P m a  Họa đồ gia tốc CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 21 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 22 7. Cơ cấu MBN: Nhóm I  PTCB lực 5 35 350 0 t t E DEM N l N     6 6 46 35 0CP P G N N     35 35 35 n tN N N  35 356 6 46 0t nCN P G P N N      𝜇𝑃 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑁 𝑚𝑚 Nhóm I CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 23 7. Cơ cấu MBN: Nhóm I  Điểm đặt lực  Tách khớp E: 6 6 6 6 46 6 46 0E c S E c S E M P h G l N x P h G l x N           46N 56 65N N  65 35N N  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 24 7. Cơ cấu MBN: Nhóm II  Ta có:  Coi là ngoại lực đã biết  Tính toán tương tự =>  Coi là ngoại lực đã biết tác động lên khâu dẫn  Phân tích tiếp lực khâu dẫn 53N 53 35N N  21 12N N  12 ,N 21N Khâu dẫn Nhóm II 43N CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 25 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 26 8. Phân tích lực khâu dẫn  Nếu trên khâu dẫn đặt lực cân bằng: cho trước điểm đặt và phương  Nếu trên khâu dẫn đặt mô men cân bằng  Tách khớp A làm xuất hiện và tính dựa vào PTCB lực: → Phương pháp phân tích áp lực khớp động 21 21.CB AI N h P l 21 21.CBM N h 21 41 0CBP N N   41N CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 27 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  Nếu trên khâu dẫn đặt mô men cân bằng ( ) ( ) 0i iN P N M   1 1 [ ] . 0 n i i i i CB i Pv M M      11 1 [ ] n CB i i i i i M Pv M        CBMdấu “-” khi cùng chiều , dấu “+” khi ngược chiều1 CBM 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 28 9. Ý nghĩa mô men cân bằng  Ứng với mỗi vị trí của khâu dẫn xác định được mô men cân bằng  Cơ sở để chọn động cơ dẫn động cho cơ cấu 1 i i CBM 1 1 ntb i d CB CB i M M M n     max{ }ikd CBM M CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 29  Mỗi động cơ có Md, Mkd xác định → chỉ có thể chọn  Nên nhìn chung → 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 i d BM M C 9. Ý nghĩa mô men cân bằng 1 1 ntb i d CB CB i M M M n     1max{ }kd CBM M d CBM M A A CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 30 Bài tập 1 Cho cơ cấu như hình vẽ biết: lBC = 2lAB = 0,2 (m) , lCD = 0,05 (m), P3=100N, 𝒎𝟑 = 𝟓 𝟑 𝒌𝒈, 1=10 (rad/s). Tại vị trí đang xét có 1=90 0. Tính áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn? 𝜔1 𝑆3 ≡ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 3: Phân tích lực cơ cấu 31 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. Tại vị trí đang xét 1=60 0. Tính mo-men cân bằng trên khâu dẫn 1? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt