Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 2 - TS. Phạm Minh Hải

Bài 2<br /> <br /> Bài giảng Nguyên lý máy<br /> TS. Phạm Minh Hải<br /> Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot<br /> Email: hai.phamminh1@hust.edu.vn<br /> Google site : tsphamminhhaibkhn<br /> <br /> Phân tích động học<br /> cơ cấu phẳng toàn khớp thấp<br /> 0<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> Nội dung<br /> <br /> D ki n:<br /> - Lư c đ và kích thư c đ ng h c c a cơ c u<br /> - Quy lu t chuy n đ ng c a các khâu d n<br /> <br /> • Phân tích động học cơ cấu phẳng toàn khớp<br /> thấp<br /> • Tổng hợp cơ cấu 4 khâu<br /> <br /> a) Bài toán v trí<br /> • Bi n thiên v trí c a các khâu b d n<br /> • Qu đ o c a đi m làm vi c<br /> • Không gian ho t đ ng c a cơ c u -> thi t k v máy<br /> b) Bài toán v n t c<br /> • Bi n thiên v n t c c a các khâu b d n<br /> • V n t c c a đi m làm vi c<br /> c) Bài toán gia t c<br /> • Bi n thiên gia t c c a các khâu b d n<br /> • Gia t c c a đi m làm vi c<br /> <br /> 2<br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 2<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 3<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1.1 Bài toán vị trí<br /> <br /> 2.1.1 Bài toán vị trí<br /> b) Ví du: Cơ cấu 4 khâu bản lề<br /> <br /> a) Một số khái niệm<br /> <br /> – Phương pháp giải tích<br /> – Phương pháp họa đồ (vẽ) (tự đọc sách)<br /> <br /> – Họa đồ cơ cấu là hình biểu diễn vị trí của cơ cấu<br /> ứng với một vị trí xác định của khâu dẫn<br /> – Họa đồ chuyển vị là tập hợp của họa đồ cơ cấu<br /> ứng với các vị trí khác nhau của khâu dẫn<br /> – Chu kỳ động học là góc quay nhỏ nhất của khâu<br /> dẫn để cơ cấu trở về vị trí ban đầu<br /> <br /> l2<br /> <br /> B<br /> <br /> ϕ2<br /> <br /> C<br /> <br /> l3<br /> <br /> l1<br /> ϕ1<br /> <br /> l4<br /> <br /> A<br /> ݈ଵ cos ߮ଵ +݈ଶ cos ߮ଶ =݈ଷ cos ߮ଷ + ݈ସ cos ߮ସ<br /> ݈ଵ sin ߮ଵ + ݈ଶ sin ߮ଶ =݈ଷ sin ߮ଷ + ݈ସ sin ߮ସ<br /> <br /> ϕ3<br /> D<br /> H phương trình<br /> đ i s phi tuy n<br /> <br /> ߮ଶ và ߮ଷ là các n s<br /> 4<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1.1 Bài toán vị trí<br /> <br /> 5<br /> <br /> 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc<br /> <br /> b) Phương pháp tính toán<br /> <br /> a) Phương pháp tính toán<br /> <br /> – Phương pháp giải tích<br /> <br /> – Phương pháp giải tích<br /> – Phương pháp họa đồ véc tơ (vẽ)<br /> – Phương pháp Tâm quay (vận tốc) tức thời<br /> <br /> H phương trình<br /> đ i s phi tuy n<br /> ݈ଵ cos ߮ଵ +݈ଶ cos ߮ଶ =݈ଷ cos ߮ଷ + ݈ସ cos ߮ସ<br /> ݈ଵ sin ߮ଵ + ݈ଶ sin ߮ଶ =݈ଷ sin ߮ଷ + ݈ସ sin ߮ସ<br /> ߮ଶ và ߮ଷ là các n s<br /> <br /> Pp g n đúng(*):<br /> - Cung chia đôi<br /> - Dây cung<br /> - Ti p tuy n (Newton-Raphson)<br /> Pp chính xác cho cc H ng 2 (**)<br /> <br /> L nh “fzero” trong Matlab s d ng k t h p 2 phương pháp Cung chia đôi và Dây cung<br /> <br /> (*) Đinh văn Phong, Phương pháp s trong cơ h c, 1999.<br /> (**) Đinh Gia Tư ng, T Khánh Lâm, Nguyên lý máy, 2000.<br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 6<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 7<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc<br /> <br /> 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc<br /> c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ<br /> <br /> b) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp giải tích<br /> <br /> ෍ ݉௜ + ݉௎ = ෍ ݊௝ + ݊௏ = ‫ݔ‬<br /> Ԧ<br /> <br /> ݈ଵ cos ߮ଵ +݈ଶ cos ߮ଶ =݈ଷ cos ߮ଷ + ݈ସ cos ߮ସ<br /> ݈ଵ sin ߮ଵ + ݈ଶ sin ߮ଶ =݈ଷ sin ߮ଷ + ݈ସ sin ߮ସ<br /> <br /> Phương trình v trí<br /> ݉௜ đã bi t<br /> <br /> Đ o hàm Phương trình v trí theo th i gian:<br /> Phương trình v n t c<br /> <br /> − ݈ଶ sin ߮ଶ<br /> ݈ଶ cos ߮ଶ<br /> <br /> ݈ଷ sin ߮ଷ<br /> −݈ଷ cos ߮ଷ<br /> <br /> Phương trình gia t c<br /> − ݈ଶ sin ߮ଶ<br /> ݈ଶ cos ߮ଶ<br /> <br /> ݈ଷ sin ߮ଷ<br /> −݈ଷ cos ߮ଷ<br /> <br /> ߱ଶ<br /> sin ߮ଵ <br /> ߱ଷ = ߱ଵ ݈ଵ −cos ߮ଵ<br /> <br /> cos ߮ଵ<br /> ߝଶ<br /> sin ߮ଵ <br /> ଶ<br /> ߝଷ = ߝଵ ݈ଵ −cos ߮ଵ + ߱ଵ ݈ଵ sin ߮ଵ <br /> cos ߮ଶ<br /> cos ߮ଷ<br /> + ߱ଶ ଶ ݈ଶ sin ߮ − ߱ଷ ଶ ݈ଷ sin ߮ <br /> ଶ<br /> ଷ<br /> <br /> ݊௝ đã bi t<br /> 8<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> ݉௎ ch bi t PHƯƠNG<br /> <br /> ‫ݔ‬<br /> Ԧ<br /> <br /> P<br /> <br /> ݊௏ ch bi t PHƯƠNG<br /> 9<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1 Phân tích động học<br /> <br /> 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc<br /> <br /> 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc<br /> <br /> c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ<br /> •<br /> <br /> c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ<br /> •<br /> <br /> Hai điểm A, B thuộc cùng một khâu<br /> <br /> r r r<br /> vB = vA + vBA<br /> r<br /> vBA là v n t c tương đ i c a<br /> B đ i v iA<br /> r<br /> vBA ⊥ BA, chi u thu n theo ω<br /> vBA = ωl AB<br /> <br /> r<br /> r r<br /> r r n rt<br /> aB = a A + aBA = a A + aBA + aBA<br /> r<br /> aBA là gia t c tương đ i c a B đ<br /> rn v i A<br /> i<br /> tuy<br /> aBA gia t c tương đ n pháp 2 n,<br /> hư ng B -> A; aBA = ω ⋅ l AB<br /> rt<br /> aBA gia t c tương đ i ti p tuy n,<br /> ⊥ BA, chi u thu n theo ε<br /> <br /> i<br /> <br /> Hai điểm B1 và B2 thuộc 2 khâu khác nhau<br /> <br /> r<br /> r<br /> r<br /> vBi = vBk + v Br B<br /> <br /> i k<br /> <br /> r<br /> v Br B<br /> <br /> i k<br /> <br /> v n t c tương đ i c a<br /> Bi đ i v i Bk; // v i<br /> phương c/đ tương đ i<br /> <br /> t<br /> aBA = ε l AB<br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 10<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> r<br /> r<br /> rk<br /> rr<br /> aBi = aBk + aBi Bk + aBi Bk<br /> <br /> rr<br /> aBi Bk gia t c trong chuy n đ ng<br /> tương đ i c a Bk và Bi<br /> <br /> r k gia t c Cô-ri-ô-lít trong chuy n<br /> aBi Bk<br /> đ ng tương đ i c a Bk và Bi<br /> r<br /> rk<br /> r<br /> aBi Bk = 2ω × vBi Bk<br /> 11<br /> <br /> 3<br /> <br /> 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng<br /> <br /> 2.2 Tổng động học cơ cấu 4 khâu phẳng<br /> <br /> 2.2.1 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá<br /> • Xét cơ cấu 4 khâu bản lề:<br /> Tìm điều kiện để khâu 1 có thể<br /> quay toàn vòng<br /> <br /> Một số vấn đề chính<br /> • Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá<br /> • Hệ số về nhanh<br /> • Góc truyền động<br /> • Thiết kế quỹ đạo<br /> <br /> C<br /> 2<br /> <br /> C<br /> 2<br /> 1<br /> <br /> 1<br /> 3<br /> <br /> B<br /> <br /> A<br /> <br /> A<br /> <br /> 4<br /> <br /> 12<br /> <br /> 12<br /> <br /> D<br /> <br /> 4<br /> <br /> D<br /> <br /> ݈ − ݈ସ ≥ ݈ଶ − ݈ଷ<br /> ൜ ଵ<br /> ݈ଵ + ݈ସ ≤ ݈ଶ + ݈ଷ<br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 3<br /> <br /> B<br /> <br /> Mi n v i t i c a B2<br /> (nhóm k2,k3)<br /> <br /> 13<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng<br /> <br /> 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng<br /> <br /> 2.2.1 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá<br /> <br /> 2.2.2 Hệ số về nhanh<br /> <br /> • Định lý Grashof: nếu<br /> <br /> lmin + lmax ≤ ∑ li<br /> <br /> • Góc lắc của khâu 3:<br /> <br /> (i: các khâu còn l i)<br /> <br /> s t n t i khâu quay toàn vòng<br /> <br /> Cd<br /> <br /> lmin = l1 < l2 < l4 < l3 = lmax<br /> <br /> Ví d :<br /> C<br /> <br /> 4<br /> <br /> khâu 1 quay toàn vòng<br /> Khâu 3 là c n l c<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> A<br /> <br /> 4<br /> <br /> 3<br /> <br /> B<br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> B<br /> 1<br /> D<br /> <br /> K=<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2<br /> <br /> 3<br /> <br /> B<br /> 1<br /> <br /> • H s v nhanh<br /> <br /> C<br /> <br /> C<br /> <br /> 2<br /> <br /> A<br /> <br /> β = ∠Cv DCd<br /> <br /> D<br /> <br /> khâu 1 quay toàn vòng<br /> Khâu 2, 4 là c n l c<br /> <br /> A<br /> <br /> ϕd 180o + Ψ<br /> =<br /> ϕv 180o − Ψ<br /> <br /> ϕd<br /> <br /> 4<br /> <br /> ϕd + ϕv = 360<br /> <br /> D<br /> <br /> Bd<br /> <br /> Cv<br /> <br /> Ψ<br /> <br /> B<br /> 1<br /> <br /> 3<br /> <br /> Bv<br /> 4<br /> <br /> A<br /> o<br /> <br /> 2<br /> <br /> D<br /> <br /> ω1<br /> <br /> ACd = l1 + l2<br /> Khâu 2, 4 quay toàn vòng<br /> <br /> 14<br /> <br /> ACv = l2 − l1<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> 15<br /> <br /> 4<br /> <br /> 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng<br /> <br /> 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng<br /> <br /> 2.2.3 Thiết kế quỹ đạo<br /> <br /> 2.2.4 Góc truyền động<br /> <br /> Cơ c u WATT<br /> (James Watt)<br /> đư c dùng trong ô-tô<br /> l2<br /> <br /> B<br /> l1<br /> <br /> A<br /> <br /> 16<br /> <br /> C<br /> <br /> l3<br /> ϕ1<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> ϕ2<br /> <br /> Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u<br /> <br /> l4<br /> <br /> Góc truy n đ ng càng<br /> l n, hi u su t truy n<br /> đ ng càng cao<br /> ϕ3<br /> <br /> D<br /> <br /> 17<br /> <br /> 5<br /> <br />