Bài giảng Nguyên lý máy
TS. Nguyễn Trọng Du Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot, Viện Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội Email: du.nguyentrong@hust.edu.vn Google site: https://sites.google.com/site/tsnguyentrongdu
Giới thiệu
Giới thiệu chung
◼ Website cần quan tâm
◼ https://sites.google.com/site/tsnguyentrongdu/home ◼ https://sites.google.com/site/thietkemayhust/ ◼ Giới thiệu về giảng viên
TS. Nguyễn Trọng Du Giảng viên Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Rôbốt, Viện Cơ khí, Tòa nhà D3, phòng 306 Email: du.nguyentrong@hust.edu.vn
3 Bài 1: Mở đầu
Bài 1: Mở đầu
Thiết kế Nguyên lý máy
Nội dung
◼ Khái niệm về máy ◼ Những bộ phận cơ bản của một máy ◼ Quy trình thiết kế máy mới (Original Design) ◼ Cấu tạo của máy trên quan điểm cơ học
5 Bài 1: Mở đầu
Khái niệm về máy
Vai trò của máy là gì?
Thay thế và mở rộng các chức năng lao động của con người.
Máy thực hiện công việc gì?
Vật liệu thô
Xử lý và biến đổi
Bán thành phẩm, thành phẩm
Quá trình công nghệ
6 Bài 1: Mở đầu
Khái niệm về máy (tiếp)
Vận chuyển vật liệu
Sản sinh/biến đổi năng lượng
Quá trình công nghệ
Xử lý vật liệu
Truyền tin
Biến đổi vật liệu
(s/x hiện đại)
• Các thao tác có điều
khiển
• Hình dáng • Kích thước • Cơ tính • …
• Tổ chức sản xuất
7 Bài 1: Mở đầu
Các loại máy điển hình
Máy năng lượng
Máy tổ hợp
• Máy phát
Động cơ
Máy công tác Thông tin
điện
• Máy điều
hòa không khí
• Máy làm lạnh
• Đo • Kiểm tra • Giám sát • Điều chỉnh
• …
Sản sinh cơ năng từ các dạng năng lượng khác
Biến đổi vật liệu • vị trí • hình dạng • kích thước • trạng thái vật lý
8 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Máy năng lượng
Động cơ đốt trong - kiểutrục khuỷu
Động cơ điện
Đông cơ đốt trong – kiểu tuốc bin khí
9 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Máy năng lượng
Trạm khí nén phân phối năng lượng đến các máy công tác
10 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - máy công tác
11 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Máy tổ hợp
12 Bài 1: Mở đầu
Máy có cấu trúc đặc biệt
Vi tay kẹp sử dụng công nghệ MEMS
A
250µm
C
1cm
B
Vi tay máy 3 bậc tự do (Kleindiek GmbH)
13 Bài 1: Mở đầu
Các bộ phận chức năng của máy với một động cơ
Động cơ
P
Q
u
up
x1
Năng lượng
Hệ thống cơ khí
q
Quá trình công nghệ
x2
Hệ thống điều khiển theo chương trình
u
Hệ thống điều khiển phản hồi
Q – Lực tổng quát q – tọa độ tổng quát P – Lực (thực) tác dụng giữa bộ phận làm việc của HTCK và đối tượng công nghệ x – tọa độ (thực) của bộ phận làm việc của HTCK up- tín hiệu điều khiển ứng với quy luật chuyển động cho trước u - tín hiệu điều chỉnh sai lệch u – tín hiệu thực sự điều khiển động cơ
14 Bài 1: Mở đầu
Các bộ phận chức năng của máy với nhiều động cơ
15 Bài 1: Mở đầu
Cấu tạo cơ bản của máy
=
+
Máy
Nguồn năng lượng
Cơ cấu
“Mỗi cơ cấu đều do một số vật thể chuyển động tương đối đối với nhau (gọi là khâu) hợp thành, có chuyển động xác định, dùng để truyền hoặc biến đổi chuyển động”
Thiếtkếcơcấu(thiết kế nguyên lý máy) là bước đầu và trung tâm của thiết kế máy
16 Bài 1: Mở đầu
Câu hỏi
◼ Thiết kế máy là gì? ◼ Vai trò thiết kế nguyên lý máy
trong quá trình thiết kế máy là gì?
17 Bài 1: Mở đầu
Thiết kế: Quá trình lặp
1. Ý tưởng sơ khai (mơ hồ) 2. Định hình ý tưởng
5 Yêu cầu cơ bản đối với máy:
3. Xác định mục tiêu
a) Hiệu quả sử
4.Thu hẹp vấn đề
dụng
b) Khả năng làm
5.Tổng hợp
việc
6. Phân tích
c) Độ tin cậy cao d) Tính an toàn
7. Lựa chọn
8. Thiết kế chi tiết
trong sử dụng e) Tính công nghệ và tính kinh tế
9. Làm mẫu và thử nghiệm
Nội dung chính trong đào tạo
10. Sản xuất
18 Bài 1: Mở đầu
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
19 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
◼ Dữ liệu:
◼ Hành trình của đầu bào ◼ Tốc độ lớn nhất, tốc độ nhỏ nhất
của đầu bào
◼ Lực cắt lớn nhất, biểu đồ lực ◼ …
20 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Bước 5 “ Tổng hợp”: Chọn sơ đồ cấu trúc cho chuyển động cắt Dao - Phôi
Dao
Đầu bào chuyển động tịnh tiến qua lại
Phôi
Động cơ
Bàn gá phôi
21 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Bước 5 “ Tổng hợp” – tiếp: Chọn sơ đồ nguyên lý và kết cấu sơ bộ cho hệ thống truyền động
a) Cơ cấu chính tạo chuyển động qua lại cho đầu bào? b) Cơ cấu tạo bước chạy dao? c) Cơ cấu truyền động từ động cơ đến đầu bào? d) Các cơ cấu điều chỉnh khác?
22 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Sơ đồ động học của một kiểu máy bào ngang
23 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Một số kiểu máy bào ngang
24 Bài 1: Mở đầu
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Bước 6 “ Phân tích”: Khảo sát các đặc tính của (các) phương án được chọn
a) Đặc tính động học: chuyển vị, vận tốc, gia tốc? b) Phân tích lực tác dụng lên các khâu và suy ra: - Tải trọng tác dụng lên từng chi tiết - Tải trọng tác dụng lên các ổ
Làm cơ sở cho thiết kế hoàn chỉnh về kết cấu/công nghệ (Bước 7 - 8) c) Sau khi có kết cấu hoàn chỉnh, phân tích động lực học để kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng về độ êm, rung động, đều …
25 Bài 1: Mở đầu
Vai trò của Nguyên lý máy
◼ Cung cấp và bồi dưỡng các kiến thức cơ sở về
nguyên lý hoạt động của máy và cơ cấu
◼ Là nguồn kiến thức quan trọng để khởi đầu thiết kế
một máy hay một hệ thống máy
◼ Giải quyết những vấn đề liên quan đến chất lượng
làm việc của máy cứng
◼ Là cơ sở cho các kỹ thuật toán thiết kế chi tiết máy
(đặc biệt chi tiết máy truyền động)
26 Bài 1: Mở đầu
Hoạt động của động cơ ô tô Ford
27 Bài 1: Mở đầu
Nội dung học phần
Phần 1 Cấu trúc cơ cấu Phần 2 Thiết kế máy (tập trung cơ cấu phẳng)
Ví dụ máy bào ngang, động cơ đốt trong (ô tô)
Phần 3 Lý thuyết về các cơ cấu có khớp cao
- Cam - Bánh răng - Hệ thống bánh răng
28 Bài 1: Mở đầu
Kế hoạch và công việc
◼ Giảng ◼ Bài tập ◼ Thảo luận
29 Bài 1: Mở đầu
Nội dung và hình thức kiểm tra
◼ Giữa kỳ (0,4): dưới dạng bài tập lớn ◼ Cuối kỳ (0,6): dưới dạng thi trắc nghiệm khách quan
30 Bài 1: Mở đầu
Tài liệu học tập
◼
Tài liệu tham khảo
1. Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm: Nguyên lý máy. Tập 1. Nhà xuất bản Giáo dục, 2010. 2. Đinh Gia Tường, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến: Nguyên lý máy. Nhà xuất bản
Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1970
3. Tạ Ngọc Hải: Bài tập Nguyên lý máy. Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, 2009 4. M. Z. Kolovsky et al: Advanced Theory of Mechanisms and Machines. Springer, 2000 5. R. L. Norton: Design of Machinery. 2nd edition, McGraw-Hill, 1999 6. R. L. Norton: Machine Design – An integrated approach. 3rd edition, Pearson Prentice
Hall, 2006 ◼ Slide bài giảng ◼ Phần mềm: MATLAB, Geogebra, Cabri3D, SolidWorks, Inventor...
31 Bài 1: Mở đầu
