Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 5 - TS. Phạm Minh Hải

10/4/2017<br /> <br /> Đặt vấn đề<br /> Lực phát động;<br /> Lực cản kỹ thuật<br /> <br /> Bài giảng Nguyên lý máy<br /> <br /> Bài 5. Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Đặc tính động học (l) và động<br /> lực học (m, J) của cơ cấu<br /> <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 /> Vận tốc (ω) của máy biến đổi<br /> 1<br /> <br /> Đặt vấn đề (tiếp)<br /> • Tính chất và mức độ biến đổi vận tốc thực của máy<br /> ảnh hưởng tới quá trình công nghệ mà máy thực<br /> hiện<br /> → ω phải thỏa mãn những điều kiện nhất định để đảm<br /> bảo chất lượng của quá trình công nghệ<br /> Nghiên cứu chuyển động thực của máy :<br /> Máy có thỏa mãn các yêu cầu về động học (ĐH) và<br /> động lực học (ĐLH)?<br /> Biện pháp khắc phục/điều chỉnh khi các yêu cầu về<br /> ĐH và ĐLH là gì?<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Bài 5- Chuyển động thực của máy - Làm đều chuyển<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Đặt vấn đề (tiếp)<br /> Trong bài này:<br /> - Máy với cơ cấu 1 bậc tự do (có 1 khâu dẫn)<br /> - Chịu tác động của các lực xác định<br /> - Các khâu không có biến dạng đàn hồi dưới t/d của<br /> ngoại lực<br /> - m, JS là các đại lượng không thay đổi<br /> Với các điều kiện trên thì:<br /> - Chuyển động của máy là xác định: to -> t (t>to)<br /> - Khi biết chuyển động của khâu dẫn, có thể suy ra chuyển<br /> động của các khâu bị dẫn<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> 10/4/2017<br /> <br /> 5.1 Phương trình chuyển động<br /> <br /> 5.1.1 Công của ngoại lực A<br /> & Mô-men thay thế trên khâu dẫn Mtt<br /> Công suất của ngoại lực trên khâu i<br /> <br /> ܰ௜ = ܲ௜ ܸ௜ + ‫ܯ‬௜ ߱௜<br /> <br /> - Phương trình biến thiên động năng<br /> <br /> ௡<br /> <br /> Tổng công suất<br /> <br /> ௜ୀଵ<br /> <br /> A = ∆E = Et-Eo<br /> <br /> ∆E là độ biến thiên động năng của máy<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> ௡<br /> <br /> ‫ܯ‬௧௧ = ෍<br /> <br /> Mô-men thay thế<br /> <br /> A là tổng công của các ngoại lực tác dụng lên máy<br /> trong khoảng thời gian to đến t<br /> <br /> ௜ୀଵ<br /> <br /> ܲ௜ ܸ௜ ‫ܯ‬௜ ߱௜<br /> +<br /> ߱<br /> ߱<br /> <br /> Tổng công của ngoại lực trên toàn máy: to ÷ t<br /> ௧<br /> <br /> ௧<br /> <br /> ௧<br /> <br /> ‫ܯ ׬ = ݐ݀ܰ ׬ = ܣ‬௧௧ ߱ ݀‫ܯ − ݀ܯ( ׬ = ݐ‬௖ )߱ ݀‫ܣ = ݐ‬đ − ‫ܣ‬c |௧௢ ÷௧<br /> ௧௢<br /> ௧௢<br /> ௧௢<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> 5.1.2 Động năng E<br /> & Mô-men quán tính thay thế trên khâu dẫn Jtt<br /> Động năng của khâu i<br /> <br /> Tổng động năng của máy<br /> <br /> ܰ = ෍ ܲ௜ ܸ௜ + ‫ܯ‬௜ ߱௜ = ‫ܯ‬௧௧ ߱<br /> <br /> ‫ܧ‬௜ =<br /> <br /> 1<br /> ଶ<br /> ݉ ܸ ଶ + ‫ܬ‬ௌ௜ ߱௜<br /> 2 ௜ ௌ௜<br /> ௡<br /> <br /> 1<br /> 1<br /> ଶ<br /> ଶ<br /> ‫ = ܧ‬෍ ݉௜ ܸௌ௜ + ‫ܬ‬ௌ௜ ߱௜ = ‫ܬ‬௧௧ ߱ଶ<br /> 2<br /> 2<br /> ௜ୀଵ<br /> <br /> Mô-men quán tính thay thế<br /> <br /> ௡<br /> <br /> ‫ܬ‬௧௧ = ෍ ݉௜<br /> <br /> Độ biến thiên động năng: to ÷ t<br /> <br /> ௜ୀଵ<br /> <br /> ଶ<br /> ଶ<br /> ܸௌ௜<br /> ߱௜<br /> + ‫ܬ‬ௌ௜ ଶ<br /> ߱ଶ<br /> ߱<br /> <br /> 1<br /> 1<br /> ∆‫ܧ − ܧ = ܧ‬௢ = ‫ܬ‬௧௧ ߱ଶ − ‫ܬ‬௧௧ (‫ݐ‬௢ )߱ଶ (‫ݐ‬௢ )<br /> 2<br /> 2<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Bài 5- Chuyển động thực của máy - Làm đều chuyển<br /> <br /> 5.1.3 Phương trình chuyển động<br /> Dạng tích phân<br /> <br /> Dạng vi phân<br /> <br /> ௧<br /> 1<br /> 1<br /> ‫ܬ‬௧௧ ߱ଶ − ‫ܬ‬௧௧ ‫ݐ‬௢ ߱ଶ ‫ݐ‬௢ = න ‫ܯ‬௧௧ ߱ ݀‫ݐ‬<br /> 2<br /> 2<br /> ௧௢<br /> <br /> 1 ଶ ݀‫ܬ‬௧௧<br /> ݀߱<br /> ߱<br /> + ‫ܬ‬௧௧<br /> = ‫ܯ‬௧௧<br /> 2<br /> ݀߮<br /> ݀‫ݐ‬<br /> <br /> Trong đó<br /> <br /> ௡<br /> <br /> ‫ܯ‬௧௧ = ෍<br /> ௜ୀଵ<br /> ௡<br /> <br /> ܲ௜ ܸ௜ ‫ܯ‬௜ ߱௜<br /> +<br /> = ‫ܯ‬௧௧ ߱, ߮<br /> ߱<br /> ߱<br /> <br /> ‫ܬ‬௧௧ = ෍ ݉௜<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> ௜ୀଵ<br /> <br /> ଶ<br /> ଶ<br /> ܸௌ௜<br /> ߱௜<br /> + ‫ܬ‬ௌ௜ ଶ = ‫ܬ‬௧௧ ߮<br /> ߱ଶ<br /> ߱<br /> <br /> 10/4/2017<br /> <br /> 5.2. Các chế độ chuyển động của máy<br /> <br /> 5.1.4 Xác định vận tốc thực của máy<br /> <br /> Bình ổn<br /> <br /> ω<br /> <br /> • Phương pháp giải tích (phương trình tích phân)<br /> <br /> ߱<br /> <br /> =<br /> <br /> 2<br /> ‫ܬ‬௧௧ ‫ݐ‬௢<br /> ߱ ଶ ‫ݐ‬௢ +<br /> ‫ܬ‬௧௧ ‫ݐ‬<br /> ‫ܬ‬௧௧ ‫ݐ‬<br /> <br /> ωmax<br /> ωtb<br /> ωmin<br /> <br /> ௧<br /> <br /> න ‫ܯ‬௧௧ ߱ ݀‫ݐ‬<br /> <br /> mở máy<br /> <br /> ௧೚<br /> <br /> làm việc<br /> <br /> tắt máy<br /> <br /> O<br /> <br /> • Phương pháp số (phương trình vi phân chuyển động)<br /> <br /> t<br /> <br /> • Chế độ chuyển động bình ổn: vận tốc biến thiên tuần hoàn quanh<br /> một giá trị trung bình cố định<br /> <br /> • Phương pháp đồ thị (Đồ thị E-J)<br /> • Chế độ chuyển động không bình ổn: vận tốc có xu thế tăng dần<br /> hoặc giảm dần<br /> 10<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> 5.2.2. Đặc điểm của chuyển động bình ổn của máy<br /> <br /> 5.2.1 Chế độ chuyển động bình ổn<br /> <br /> Vận tốc thực ߱ của khâu thay thế (khâu dẫn)<br /> <br /> Đồ thị quan hệ E(J) - đồ thị Vittenbao (Wittenbauer)<br /> <br /> ఝ<br /> 2<br /> ‫ܬ‬௧௧ ߮௢ ଶ<br /> ߱ ߮௢ +<br /> න ‫ܯ‬௧௧ ݀߮<br /> ‫ܬ‬௧௧ ߮<br /> ‫ܬ‬௧௧ ߮ ఝ௢<br /> <br /> ߱(߮) =<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Dữ liệu cho trước:<br /> • Các đồ thị mô men động Mđ , mô men<br /> cản Mc ; đồ thị quan hệ J(ϕ).<br /> • Xét trong một chu kỳ động lực học Φ ω<br /> khi máy đang chuyển động bình ổn.<br /> <br /> Điều kiện để có chuyển động bình ổn:<br /> ‫ܬ‬௧௧ ߮௢<br /> =1<br /> ‫ܬ‬௧௧ ߮௢ + Φఠ<br /> ⟶ ߱ ߮௢ + Φఠ = ߱ ߮௢<br /> ఝ೚ ା ஍ ഘ<br /> න<br /> ‫ܯ‬௧௧ ݀߮ = 0<br /> ఝ೚<br /> <br /> Mc<br /> <br /> - Luôn ∃ Φ௃ , sao cho ‫ܬ‬௧௧ ߮௢ + ݉Φ௃ = ‫ܬ‬௧௧ ߮௢<br /> ఝ ା ௡஍ಲ<br /> <br /> - Nếu ∃ Φ஺ , sao cho ‫׬‬ఝ ೚<br /> ೚<br /> <br /> ‫ܯ‬௧௧ ݀߮ = 0 thì ∃Φఠ = Bội số chung của Φ௃ , Φ஺<br /> <br /> Đ/k: Tổng công của các ngoại lực triệt tiêu sau từng khoảng thời gian nhất định<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Bài 5- Chuyển động thực của máy - Làm đều chuyển<br /> <br /> 12<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> ΦJ<br /> <br /> 10/4/2017<br /> <br /> 5.2.2. Đặc điểm của chuyển động bình ổn của máy<br /> <br /> 5.2.2. Đặc điểm của chuyển động bình ổn của máy<br /> <br /> Hệ số không đều của chuyển động máy<br /> • Vận tốc góc khâu dẫn ω1 dao động quanh giá trị trung bình ω1tb:<br /> <br /> ω 1tb =<br /> ω1 (ϕ ) =<br /> <br /> ω1 max + ω 1 min<br /> <br /> • Hệ số không đều:<br /> <br /> 2 E (ϕ )<br /> <br /> δ =<br /> <br /> J tt (ϕ )<br /> <br /> 2<br /> ω 1 max − ω 1 min<br /> ω 1tb<br /> <br /> đánh giá chất lượng của chuyển động bình ổn.<br /> <br /> ω1 (ϕ k ) = ω1k =<br /> <br /> ω1max =<br /> <br /> 2µ E<br /> <br /> • Hệ số không đều cho phép<br /> Với mỗi loại máy, tuỳ thuộc yêu cầu kĩ thuật, độ chính xác của sản phẩm,<br /> người ta quy định một hệ số không đều cho phép [δ].<br /> δ<br /> <br /> 2 Ek<br /> 2.µ E .Ek<br /> 2µ E<br /> =<br /> =<br /> .tgψ k<br /> Jk<br /> µ J .J k<br /> µJ<br /> <br /> ⋅ tgψ max ; ω1 min =<br /> <br /> 2µ E<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> µJ<br /> <br /> µJ<br /> <br /> ⋅ tgψ min<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> 5.2.2. Đặc điểm của chuyển động bình ổn của máy<br /> <br /> 5.3 Làm đều chuyển động của máy-bánh đà<br /> <br /> Hệ số không đều cho phép của một số loại máy:<br /> Loại máy<br /> <br /> [δ]<br /> <br /> Máy bơm<br /> <br /> 1/5 ÷ 1/30<br /> <br /> Máy dệt<br /> <br /> 1/40 ÷ 1/50<br /> <br /> CTM thường<br /> <br /> 1/20 ÷ 1/50<br /> <br /> Động cơ đốt trong<br /> <br /> 1/80 ÷ 1/150<br /> <br /> Động cơ điện<br /> <br /> D<br /> <br /> 1/100 ÷ 1/300<br /> <br /> Động cơ máy bay<br /> <br /> Bánh đà<br /> <br /> 1/200<br /> <br /> Jd =<br /> <br /> Khi δ ≤ [δ] thì chuyển động bình ổn của máy được coi là “đều”.<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Bài 5- Chuyển động thực của máy - Làm đều chuyển<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> md .D 2<br /> 4<br /> <br /> 10/4/2017<br /> <br /> 5.3 Làm đều chuyển động của máy-bánh đà<br /> <br /> 5.3 Làm đều chuyển động của máy-bánh đà<br /> <br /> Giả thiết:<br /> - Mđ, Mc và Jtt là các hàm của góc quay ϕ của khâu dẫn<br /> - Giá trị [δ],ω1tb được cho trước<br /> - Hệ số không đều hiện tại δ > [δ]<br /> - Lắp bánh đà trên khâu dẫn<br /> Kết luận:<br /> - Xác định mômen quán tính của bánh đà để sau khi lắp bánh đà<br /> lên khâu dẫn, sẽ có δ = [δ]<br /> Nguyên tắc: giảm biên độ dao động của ω1(ϕ).<br /> <br /> 18<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> 5.3 Làm đều chuyển động của máy-bánh đà<br /> 5.3 Làm đều chuyển động của máy-bánh đà<br /> Cách xác định momen quán tính bánh đà<br /> Coi<br /> <br /> [δ ] =<br /> <br /> ⇒<br /> ⇒<br /> <br /> [ω 1 max ] − [ω 1 min ]<br /> <br /> ω 1tb<br /> <br /> và<br /> <br />  [δ ] <br /> [ω 1 max ] = ω1tb 1 +<br /> ;<br /> 2 <br /> <br /> <br /> <br /> tg [ψ max ] =<br /> <br /> ω1tb<br /> <br /> [ω<br /> ] + [ω 1 min ]<br /> = 1 max<br /> 2<br /> <br />  [δ ] <br /> [ω 1 min ] = ω 1tb 1 −<br /> 2 <br /> <br /> <br /> <br /> µJ<br /> µ<br /> 2<br /> 2<br /> [ω1max ] ; tg [ψ min ] = J [ω1min ]<br /> 2µE<br /> 2µ E<br /> <br /> ⇒ Xác định được [ψmax], [ψmin]<br /> <br /> Cách xác định momen quán tính bánh đà<br /> ψ,max = [ψmax] < ψmax<br /> ψ,min = [ψmin] > ψmin<br /> ω’1max = [ω1max] < ω1max<br /> ω’1min = [ω1min] > ω1min<br /> <br /> Jđ = O’P . µJ<br /> Hoặc:<br /> Pa = O’P.tg[ψmax] ;<br /> Pb = O’P.tg[ψmin]<br /> ⇒ ab = (tg[ψmax] - tg[ψmin]) . O’P<br /> <br /> Jđ =<br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> Bài 5- Chuyển động thực của máy - Làm đều chuyển<br /> <br /> Bài 5 – Chuyển động thực của máy<br /> <br /> ab<br /> ⋅ µJ<br /> tg[ψ max ] − tg[ψ min ]<br /> <br />