Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 4

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

Bài 4

Cân bằng máy

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

1. Cân bằng máy là gì?

 Ví dụ: Đĩa mỏng quay quanh trục không đi qua trọng tâm

R 1

R 2

 Tốc độ n = 9000 vg/ph  Khối lượng m = 10 kg  BK lệch tâm rS = 2 mm

R>>B

P qt

Bài 4: Cân bằng máy

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

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 động

CB tĩnh

Bài 4: Cân bằng máy

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

2. Cân bằng vật quay

 Hiện tượng mất cân bằng tĩnh: Khi vật ở trạng thái tĩnh

ta cũng thấy vật mất CB

Vật có xu hướng quay lắc đến vị trí trọng tâm thấp nhất

Bài 4: Cân bằng máy

Trọng tâm

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

Trọng tâm nằm trên trục quay → ở trạng thái tĩnh không phát hiện mất CB

Bài 4: Cân bằng máy

2. Cân bằng vật quay 2.1. Cân bằng VQM – Điều kiện CB

 Khi VQM quay với vận tốc góc

có các khối lượng

tại

𝑃𝑞

𝑃𝑞2

𝑃𝑞1 𝑚2

là một

Ԧ𝑟2

𝑚𝑖 𝑃𝑞𝑖

 VQM cân bằng khi hệ lực cân bằng

𝑚1 Ԧ𝑟1



là hệ lực phẳng và đồng

w Ԧ𝑟𝑛

quy nên

Ԧ𝑟𝑖 𝑚𝑛

 Điều kiện CB:

Bài 4: Cân bằng máy

𝑃𝑞𝑛

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

để triệt tiêu

𝑃𝑞

𝑃𝑞1

𝑃𝑞2

𝑚1

𝑚2

 Trong đó

𝑃𝑞𝑖

Ԧ𝑟2 𝑚𝑖

Ԧ𝑟1 Ԧ𝑟𝑖

Ԧ𝑟𝑛

𝑃𝑐𝑏

𝑚𝑛

 Nguyên tắc: cần và chỉ cần 1 khối lượng cân bằng (đối

trọng)

Bài 4: Cân bằng máy

𝑃𝑞𝑛

2. Cân bằng vật quay 2.1. Cân bằng VQM – Phương pháp

𝑃𝑞2

 Đặt

𝑚2

𝑃𝑞1

Ԧ𝑟1

𝑚1 Ԧ𝑟2 𝑚𝑖 𝑃𝑞𝑖

Ԧ𝑟𝑛

Ԧ𝑟𝑖 w

 Ta có

𝑚𝑛

 Để

phải có

 Vậy trọng tâm vật quay phải nằm trên trục quay!

Bài 4: Cân bằng máy

𝑃𝑞𝑛

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

Trạng thái cân bằng phiếm định

Bài 4: Cân bằng máy

Trọng tâm

2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – Điều kiện CB

 Trên mặt phẳng thứ i có:  Khi quay với VT sinh ra

𝑃𝑞2 𝑃𝑞1

𝑚2

𝑚1 Ԧ𝑟2

Ԧ𝑟1

Ԧ𝑟𝑛

𝑚𝑛

 VQD cân bằng khi

𝑃𝑞𝑛

là một hệ lực cân bằng



là hệ lực không gian, sẽ là hệ lực cân bằng khi

và

Bài 4: Cân bằng máy

2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – Nguyên tắc CB

(I) (II) 𝑃𝑞2 𝑃𝑞1

𝐼 𝑃𝑞2

𝐼𝐼 𝑃𝒒𝟐

𝐼 𝑃𝑞1

𝐼𝐼 𝑃𝑞1

𝑚2

𝑚1 Ԧ𝑟2

Ԧ𝑟1

𝐼 𝑃𝑞𝑛

𝐼𝐼 𝑃𝒒𝒏

Ԧ𝑟𝑛

𝑚𝑛

Ԧ𝑥1 𝑃𝑞𝑛

Ԧ𝑥2

Ԧ𝑥𝑛

với

ቐ

{𝑃𝑞𝑖}

𝐼 } phẳng, đồng quy 𝐼𝐼} phẳng, đồng quy

𝐼𝐼 𝐼 +𝑃𝑞𝑖 𝐼𝐼(𝐿 − 𝑥𝑖)

{𝑃𝑞𝑖 {𝑃𝑞𝑖

𝑃𝑞𝑖 = 𝑃𝑞𝑖 𝐼 𝑥𝑖 = 𝑃𝑞1 𝑃𝑞1

𝐿

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

2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – Máy CB động kiểu khung

(I)

Ԧ𝐴~𝑃𝑞 𝐼𝐼

Bài 4: Cân bằng máy

(II)

2. Cân bằng vật quay 2.2. Cân bằng VQD – PP 3 lần thử

Ԧ𝐴2 Ԧ𝐴1

- Lần 1: w, Ԧ𝐴0 Ԧ𝐴0~𝑃𝑞 𝐼𝐼

2 Ԧ𝐴0

- Lần 2: w, 𝑚𝑡𝑟𝑡, Ԧ𝐴1

rt Ԧ𝐴1 Ԧ𝐴2

Ԧ𝐴𝑡  mt

Ԧ𝐴0

-rt

Ԧ𝐴𝑡  𝑃𝑞𝑡 Ԧ𝐴1 = Ԧ𝐴𝑜 + Ԧ𝐴𝑡 - Lần 3: w, −𝑚𝑡𝑟𝑡 , Ԧ𝐴2 Ԧ𝐴𝟐 = Ԧ𝐴𝑜 − Ԧ𝐴𝑡

𝑚𝑜𝑟𝑜 = 𝑚𝑡𝑟𝑡 mt 𝐴𝑜 𝐴𝑡

Ԧ𝐴1 + Ԧ𝐴2 = 2 Ԧ𝐴𝑜

Bài 4: Cân bằng máy

Vật quay mỏng hay Vật quay dày?

 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

Máy cân bằng

Bài 4: Cân bằng máy

3. Cân bằng cơ cấu phẳng

Lực truyền xuống nền gây rung rộng!

Bài 4: Cân bằng máy

3. Cân bằng cơ cấu phẳng: Nguyên tắc

 Cơ cấu phẳng  hệ chất điểm có khối tâm chung S: Ԧ𝑟𝑠  Thu gọn hệ lực quán tính về khối tâm chung

 Véc tơ chính 𝑃𝑞

 Mô men chính 𝑀𝑞

 Cơ cấu CB toàn phần nếu ቐ

𝑃𝑞 = 0 𝑀𝑞 = 0

 Cơ cấu CB động nếu 𝑀𝑞 = 0

 Cơ cấu CB tĩnh nếu 𝑃𝑞 = 0

 Có 𝑃𝑞 = −𝑚 Ԧ𝑎𝑠 → Ԧ𝑎𝑠 = 0 → Phải bố trí khối lượng các

khâu sao cho khối tâm chung cố định

Bài 4: Cân bằng máy

3. Cân bằng cơ cấu phẳng: Nguyên tắc

với

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

4. Ví dụ 1: CB tĩnh cơ cấu tay quay con trượt

Xét cơ cấu tay quay con trượt

 Khối tâm chung của cơ cấu được xác định bởi véctơ rS :

với



Bài 4: Cân bằng máy

4. Ví dụ 1: CB tĩnh cơ cấu tay quay con trượt

Xét cơ cấu tay quay con trượt

Muốn rS không đổi, điều kiện sau buộc phải thỏa mãn:



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

4. Ví dụ 1: CB tĩnh cơ cấu tay quay con trượt

Phần đối trọng

Bài 4: Cân bằng máy

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

Cơ cấu 4 khâu bản lề

 Hệ tọa độ cố định:  Hệ tọa độ động:  Vị trí các trọng tâm:  Các góc định hướng:  Thông số các khâu:

Bài 4: Cân bằng máy

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

 Cosi chỉ hướng và tọa độ khối tâm

 PT liên kết

Cơ cấu 4 khâu bản lề

 Tọa độ khối tâm chung

Bài 4: Cân bằng máy

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

 Điều kiện cân bằng 𝑂𝑥𝑦𝑟𝑠 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

Cho trước một số thông số và chọn thông số còn lại!

Bài 4: Cân bằng máy

0 0

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

 TH đơn giản 𝛽𝑖 = 0

 Thêm 2 đối trọng vào khâu 1 và 3 đảm bảo đ/k CB

Bài 4: Cân bằng máy

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

- Xác định ω2, ω3, vSi

Bài tính VT

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

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)

4 0,360

1 0,105 5 0,05

2 0,270 10 0,1

3 0,330 15 0,15

li(m) mi(kg) JSi(kgm2)

Bài 4: Cân bằng máy

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

Mô phỏng số

Trước cân bằng Sau cân bằng

Bài 4: Cân bằng máy

Khối tâm chung cơ hệ sau cân bằng

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

Mô phỏng số

Lực truyền xuống nền

Trước cân bằng

Sau cân bằng

Bài 4: Cân bằng máy

4. Ví dụ 2: CB tĩnh cơ cấu 4 khâu bản lề

Mô phỏng số

Lực quán tính trước cân bằng

Bài 4: Cân bằng máy

Lực quán tính sau cân bằng

5. Bài tập (1)

Bài 4: Cân bằng máy

5. Bài tập (2)

Bài 4: Cân bằng máy

5. Bài tập (3)

Bài 4: Cân bằng máy

Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 4 - Cân bằng máy