Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 3

Bài giảng Nguyên lý máy

Bài 3

Phân tích lực cơ cấu phẳng

TS. Phạm Minh Hải Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot Email: hai.phamminh1@hust.edu.vn Google site : tsphamminhhaibkhn

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

Mục tiêu và ý nghĩa

Nội dung

Tải trọng

Cơ cấu / máy

Phân tích lực cơ cấu

(cid:1)Các lực tác dụng trên cơ cấu

(cid:1)Phân tích áp lực khớp động /Tính mô

Tải trọng tác dụng lên từng khâu, khớp

Lực dẫn động cần thiết trên khâu dẫn (g/t khâu phát động)

- Chọn động cơ dẫn động

men cân bằng trên khâu dẫn

phù hợp

- Tính toán cơ cấu truyền

- Thiết kế kết cấu của các chi tiết máy ghép thành từng khâu - Thiết kế kết cấu và

động từ động cơ đến khâu dẫn (hộp tốc độ, hộp giảm tốc)

chọn thông số bôi trơn cho các khớp động - Đánh giá về hiệu suất

truyền động của cơ cấu

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

3.1 Các loại lực trên cơ cấu

b) Lực quán tính

a) Ngoại lực:

– Tồn tại ở những khâu chuyển động có gia tốc – Trong trường hợp tổng quát khâu chuyển động song phẳng

– Lực cản kỹ thuật FC do đối tượng công nghệ tác dụng lên bộ phận công tác

có:

– Trọng lượng G của các khâu

chuyển động

– Lực phát động Mđ / Fđ từ động cơ

đặt lên khâu phát động

• Khối lượng khâu mi • Vị trí trọng tâm Si • Mô men quán tính đối với trọng tâm Jsi • Gia tốc góc (cid:1)(cid:2) • Gia tốc trọng tâm (cid:3)(cid:4)(cid:2)

Máy bào ngang

(cid:1) M

= −

và

(cid:1) J ε S i

(cid:1) P qi

(cid:1) m a i S

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

3.1 Các loại lực trên cơ cấu

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Các dữ liệu cho trước

c) Nội lực: Lực tác động tương hỗ giữa các khâu trong cơ cấu

– Kích thước động và vị trí khâu dẫn – Vận tốc, gia tốc – Các thông số cấu tạo các khâu

• Trọng tâm Si • Khối lượng mi • Mô men quán tính đối với trọng tâm JSi

Nij: áp lực (khớp động) từ khâu i tác động lên khâu j Fmsij: Lực ma sát từ khâu i tác động lên khâu j Vji: vận tốc tương đối của khâu j đối với khâu i

– Lực cản kỹ thuật

(cid:1) Phản lực khớp động

(cid:1) N

(cid:1) F

(cid:1) R ij

msij

• Kết quả

– Phản lực (áp lực) tại các khớp động – Lực (mô-men) cân bằng trên khâu dẫn

(cid:1) N≈

(cid:1) R ij

(cid:1) Khi bỏ qua ma-sát trong khớp động

• Phương pháp: nguyên lý Đa-lăm-be (d'Alembert) {Lực quán tính, ngoại lực} = hệ lực cân bằng

(cid:1) Tác dụng tương hỗ

ij (cid:1) R= −

(cid:1) R ij

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn

• Ẩn số trong bài tính phân tích áp lực khớp động:

• Nguyên tắc: Tách rời các khâu, khi đó nội lực của cơ cấu trở thành ngoại lực đối với từng khâu

Trị số?

Trị số và phương?

Trị số và điểm đặt?

• Phương pháp: – Giải tích – Họa đồ vec tơ (vẽ)

Khớp thấp: 2 ẩn số

Khớp cao: 1 ẩn số

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích

Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R12x,R12y,R23x,R23y)

-R12x -R12x B B C -R23x -R23x Mcb1 Mcb1 M2 M2 R12y R12y P1 P1 C S2 S2 -R12y -R12y -R23y -R23y R41y R41y B B P2 P2 S1 S1 M1 M1 R12x R12x A A

ϕ2

Nhận xét: - Khi xét riêng từng khâu độc lập → số pt ≠ số ẩn số - 2 cách có thể tiến hành:

ω1

ϕ1

ϕ3

i. Xét chung nhóm khâu 2 và 3 (6 ẩn số) và xét riêng khâu 1 (3 ẩn số, các ẩn số ở khớp B đã tìm được)

ii. Xét đồng thời cả 3 khâu (9 ẩn số)

Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R23x,R23y, R43x,R43y)

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

R41x Cân bằng lực khâu dẫn, 5 ẩn số gồm (Mcb1, R41x,R41y,R12x,R12y) R41x Cân bằng lực khâu dẫn, 5 ẩn số gồm (Mcb1, R41x,R41y,R12x,R12y) R23y R23y C C R23x R23x P3 P3 S3 S3 M3 M3 R43y R43y D D R43x R43x

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực-mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích

Cân bằng lực khâu 1

Cân bằng lực khâu 2

(cid:5)(cid:6)(cid:7) − (cid:5)(cid:7)(cid:9) + (cid:11)(cid:7) = 0 (1a) (cid:14)(cid:7) − (cid:15)(cid:16)(cid:7) × (cid:5)(cid:7)(cid:9) + (cid:15)(cid:16)(cid:18)(cid:7) × (cid:11)(cid:7) − (cid:14)(cid:19)(cid:20)(cid:7) = 0 (1b)

Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R12x,R12y,R23x,R23y)

Trong đó: (cid:15)(cid:16)(cid:18)(cid:7) = (cid:22)(cid:23)(cid:7)

(cid:5)(cid:7)(cid:9) − (cid:5)(cid:9)(cid:28) + (cid:11)(cid:9) = 0 (cid:14)(cid:9) − (cid:15)(cid:16)(cid:9) × (cid:5)(cid:9)(cid:28) + (cid:15)(cid:16)(cid:18)(cid:9) × (cid:11)(cid:9) = 0 Với (cid:15)(cid:16)(cid:18)(cid:9) = (cid:29)(cid:23)(cid:9)

C -R23x -R12x M2 R12y B S2 Mcb1 P1 -R23y B -R12y P2 R12x R41y S1 M1 A

Chiếu p/t (1a) lên các trục Ox, Oy và p/t (1b) lên trục Oz trong hệ tọa độ toàn cục, ta được hệ p/t đại số sau:

Làm tương tự như với khâu 1, ta được hệ phương trình đại số sau:

(cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:24) − (cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + (cid:11)(cid:9)(cid:24) = 0 (cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:25) − (cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) + (cid:11)(cid:9)(cid:25) = 0

(1.1) (1.2) (1.3)

(2.1) (2.2) (2.3)

(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:24) − (cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:24) + (cid:11)(cid:7)(cid:24) = 0 (cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:25) − (cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:25) + (cid:11)(cid:7)(cid:25) = 0 (cid:14)(cid:7) − (cid:15)(cid:7)(cid:24)(cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:25) − (cid:15)(cid:7)(cid:25)(cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:24) + ((cid:15)(cid:18)(cid:7)(cid:24)(cid:11)(cid:7)(cid:25) − (cid:15)(cid:18)(cid:7)(cid:25)(cid:11)(cid:7)(cid:24)) − (cid:14)(cid:19)(cid:20)(cid:7) = 0

(cid:14)(cid:9) − (cid:15)(cid:9)(cid:24)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) − (cid:15)(cid:7)(cid:25)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + ((cid:15)(cid:18)(cid:9)(cid:24)(cid:11)(cid:9)(cid:25) − (cid:15)(cid:18)(cid:9)(cid:25)(cid:11)(cid:9)(cid:24)) = 0

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn • Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - Phương pháp giải tích

R41x Cân bằng lực khâu dẫn, 5 ẩn số gồm (Mcb1, R41x,R41y,R12x,R12y)

Cân bằng lực khâu 3

(1.1) (1.2) (1.3)

(cid:5)(cid:9)(cid:28) + (cid:5)(cid:6)(cid:28) + (cid:11)(cid:28) = 0 (cid:14)(cid:28) + (cid:15)(cid:16)(cid:28) × (cid:5)(cid:9)(cid:28) + (cid:15)(cid:16)(cid:18)(cid:28) × (cid:11)(cid:28) = 0

Với (cid:15)(cid:16)(cid:18)(cid:28) = (cid:30)(cid:23)(cid:28)

(2.1) (2.2) (2.3)

(cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:24) − (cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + (cid:11)(cid:9)(cid:24) = 0 (cid:5)(cid:7)(cid:9)(cid:25) − (cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) + (cid:11)(cid:9)(cid:25) = 0 (cid:14)(cid:9) − (cid:15)(cid:9)(cid:24)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) − (cid:15)(cid:7)(cid:25)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + ((cid:15)(cid:18)(cid:9)(cid:24)(cid:11)(cid:9)(cid:25) − (cid:15)(cid:18)(cid:9)(cid:25)(cid:11)(cid:9)(cid:24)) = 0

Cân bằng lực thanh truyền, 4 ẩn số gồm (R23x,R23y, R43x,R43y)

Làm tương tự như với khâu 1, ta được hệ phương trình đại số sau:

(3.1) (3.2) (3.3)

(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + (cid:5)(cid:6)(cid:28)(cid:24) + (cid:11)(cid:28)(cid:24) = 0 (cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) + (cid:5)(cid:6)(cid:28)(cid:25) + (cid:11)(cid:28)(cid:25) = 0 (cid:14)(cid:28) + (cid:15)(cid:9)(cid:24)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) − (cid:15)(cid:7)(cid:25)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + ((cid:15)(cid:18)(cid:28)(cid:24)(cid:11)(cid:28)(cid:25) − (cid:15)(cid:18)(cid:28)(cid:25)(cid:11)(cid:28)(cid:24)) = 0

(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + (cid:5)(cid:6)(cid:28)(cid:24) + (cid:11)(cid:28)(cid:24) = 0 (cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) + (cid:5)(cid:6)(cid:28)(cid:25) + (cid:11)(cid:28)(cid:25) = 0

(3.1) (3.2) (3.3)

(cid:14)(cid:28) + (cid:15)(cid:9)(cid:24)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:25) − (cid:15)(cid:7)(cid:25)(cid:5)(cid:9)(cid:28)(cid:24) + ((cid:15)(cid:18)(cid:28)(cid:24)(cid:11)(cid:28)(cid:25) − (cid:15)(cid:18)(cid:28)(cid:25)(cid:11)(cid:28)(cid:24)) = 0

NHÓM TĨNH ĐỊNH (số phương trình = số ẩn số)

Bài 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng

R23y C R23x P3 S3 M3 R43y D R43x

3.2 Phân tích áp lực khớp động /Xác định lực/mô men cân bằng trên khâu dẫn

• Ví dụ: Cơ cấu 4 khâu bản lề - phương pháp Họa đồ véc tơ

(cid:1) Điều kiện TĨNH ĐỊNH (số phương trình = số ẩn số) khi giải bài toán phân tích

áp lực khớp động