Bài 3
Phân tích lực cơ cấu
Thiết kế máy
Thiết kế nguyên lý máy
Thiết kế chi tiết máy
Phân tích động học, lực, động lực học
Chọn LOẠI cơ cấu, kích thước động học
Nguyên lý làm việc
Công nghệ chế tạo
Vật liệu
4 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
Tại sao phải phân tích lực?
Một số điểm/khâu trên cơ cấu/máy cần làm việc với giới
hạn lực cho trước
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
5 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
6 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
7 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
và
8 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
9 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
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
Khối lượng khâu mi Vị trí trọng tâm Si Mô men quán tính đối với trọng tâm JSi
10 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
Bài toán vận tốc
Khâu dẫn
Bài toán gia tốc
Lực ma sát
Phân tích lực
Tính lực quán tính
11 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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?
12 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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?
Trị số?
Trị số và phương? Trị số và điểm đặt? Khớp thấp 2 ẩn Khớp cao 1 ẩn Có 2T+C ẩn
13 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
4. Nguyên tắc: Điều kiện tĩnh định
Giải cho các nhóm từ xa khâu dẫn về gần khâu dẫn. Vì sao?
14 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
15 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
hay
16 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
17 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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…
18 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
7. Cơ cấu máy bào ngang: Ngoại lực
Trọng lực
Khâu 3: S3, m3 => G3 Khâu 6: S6, m6 => G6
19 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
7. Cơ cấu máy bào ngang: Lực quán tính
Khâu 3: S3, m3, JS3 3, aS3 => M3 , P3 Khâu 6: S6, m6, aS6 => P6
Họa đồ gia tốc
20 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
21 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
7. Cơ cấu MBN: Nhóm I
PTCB lực
Nhóm I
𝜇𝑃 =
𝑁 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
22 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
7. Cơ cấu MBN: Nhóm I
Điểm đặt lực
Tách khớp E:
23 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
7. Cơ cấu MBN: Nhóm II
Ta có: Coi là ngoại lực đã biết Tính toán tương tự => là ngoại lực đã biết Coi
tác động lên khâu dẫn
Phân tích tiếp lực khâu dẫn
Khâu dẫn
Nhóm II
24 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
25 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
và
Tách khớp A làm xuất hiện tính dựa vào PTCB lực:
→ Phương pháp phân tích áp lực
khớp động
26 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
dấu “+” khi
cùng chiều
, dấu “-” khi
ngược chiều
27 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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
28 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
9. Ý nghĩa mô men cân bằng
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
29 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
Bài tập 1
𝜔1
𝑆3 ≡
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=900. Tính áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn?
30 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
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=600. Tính mo-men cân bằng trên khâu dẫn 1?
31 Bài 3: Phân tích lực cơ cấu
