Nội dung học phần
◼ Phần 1: Mở đầu – Bài 1
◼ Phần 2: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế nguyên lý máy
◼ Cấu trúc cơ cấu– Bài 2 ◼ Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp – Bài 3
◼ Phần 2: Lý thuyết về các cơ cấu có khớp cao
◼ Thiết kế cơ cấu cam – Bài 4 ◼ Cơ cấu bánh răng – Bài 5 ◼ Nâng cao chất lượng máy– Bài 6
2 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
Bài 3
Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
Dao
Đầu bào chuyển động tịnh tiến qua lại
Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang Yêu cầu ▪ Hành trình H ▪ Hệ số năng suất ▪ Lực cắt tác dụng
Phôi
lên dao
▪ Số chu trình/đơn
Bàn gá phôi
vị thời gian
Động cơ
4 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
Lựa chọn cấu trúc cơ cấu truyền động
6 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang
Hình dung về chuyển động của cơ cấu với cấu trúc được chọn
7 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
Vấn đề đặt ra
◼ Hành trình đầu dao bào? ◼ Không gian làm việc của các khâu => thiết kế vỏ máy? ◼ Vận tốc cắt của đầu dao? ◼ Khâu nối với động cơ có quay được toàn vòng? ◼ …
8 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
Tại sao phải phân tích động học?
◼ Bài toán vị trí: Tính quỹ đạo của điểm làm việc
9 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
◼ Bài toán vị trí: Xét ví dụ máy xúc
10 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
◼ Bài toán vị trí: Xét ví dụ robot công nghiệp Kuka
Không gian làm việc của robot Kuka 6 BTD
11 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.1 Những vấn đề cơ bản
Nội dung chính của bài:
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
12 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học
▪ Cơ cấu (cấu
Thiết kế kết cấu các chi tiết máy (khớp, khâu)
Đặc điểm chuyển động của các khâu bị dẫn
trúc/kích thước) ▪ Quy luật chuyển động (mong muốn) của khâu dẫn
Phân tích lực Phân tích động lực học
13 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học
Nội dung của phân tích động học
Giả thiết
Để đơn giản, sau này ta xét các cơ cấu có một bậc tự do, khâu dẫn là
◼ Cho lược đồ cơ cấu với kích thước các khâu và quan hệ hình học giữa các khớp. ◼ Khâu dẫn và quy luật chuyển động của khâu dẫn (vận tốc và gia tốc của khâu dẫn).
tay quay chuyển động đều. Mục tiêu cần đạt được:
◼ Xác định các thông số động học (vị trí, vận tốc, gia tốc) của các khâu. ◼ Xác định đặc điểm hình-động học của cơ cấu để xác định phạm vi sử dụng hợp lý của từng cơ cấu, rút ra cách tổng hợp hình động học: Tính bôi trơn, mài mòn cho các khớp, thiết kế trục, ổ trục…. ◼ Sử dụng để phân tích lực, tính toán động lực học cơ cấu và một số bài toán khác: Lực quán tính, cân bằng máy…
14 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học
Các phương pháp phân tích động học
◼ Phương pháp đồ thị động học.
◼ Phương pháp họa đồ véc tơ.
◼ Phương pháp giải tích.
15 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học
◼ Nội dung
◼ Tổng hợp kích thước: Cho trước một số yêu cầu về vị
trí => tìm kích thước các khâu dựa vào hình học ◼ Phân tích: Cho cơ cấu (sau khi tổng hợp sơ bộ) xác
định vị trí/quỹ đạo của điểm/khâu bị dẫn
◼ Vấn đề quay toàn vòng, góc định kỳ, hệ số năng suất
◼ Ứng với một hoặc một vài vị trí nhất định của khâu dẫn => Sử dụng phương pháp dựng hình đơn giản ◼ Ứng với nhiều vị trí của khâu dẫn trong một chu kỳ động học => Sử dụng phương pháp giải tích kết hợp tính toán với sự trợ giúp của máy tính
16 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học
Một số khái niệm
◼ Họa đồ cơ cấu là hình biểu diễn vị trí của cơ cấu ứng
với một vị trí xác định của khâu dẫn
◼ Họa đồ chuyển vị là tập hợp của họa đồ cơ cấu ứng
với các vị trí khác nhau của khâu dẫn
◼ Chu kỳ động học là góc quay nhỏ nhất của khâu dẫn
để cơ cấu trở về vị trí ban đầu
17 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vị trí
- Họa đồ cơ cấu
◼ Lấy ví dụ máy bào ngang ◼ Cho trước
◼ Lược đồ cơ cấu ◼ Kích thước các khâu (đã tính được ở bước trước)
◼ Một vị trí xác định của
khâu dẫn j1
◼ Tìm
◼ Họa đồ cơ cấu
18 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vị trí
◼ Lưu ý: Bài toán dựng hình cần
𝜇𝑙 =
𝑚 𝑚𝑚
dùng một tỷ lệ xích 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 ◼ Các bước thực hiện
◼ Dựng phương xx, từ kích
thước a xác định vị trí giá AC
◼ Từ lAB và j1 xác định vị trí khâu dẫn AB và thanh lắc CD
◼ Từ lDE vị trí D tìm vị trí E:
◼ Dựng đầu bào (khâu 6)
19 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vị trí
- Họa đồ chuyển vị
20 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
Hệ số về nhanh
◼ Hệ số về nhanh (hệ số năng suất)
Trong 1 chu kỳ làm việc của máy
𝑘 =
𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑚á𝑦 sinh 𝑐ô𝑛𝑔 𝑐ó í𝑐ℎ 𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑚á𝑦 𝑘ℎô𝑛𝑔 sinh 𝑐ô𝑛𝑔 𝑐ó í𝑐ℎ
21 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc và gia tốc
◼ Đã giải xong bài toán vị trí ◼ Nội dung
◼ Xác định vận tốc và gia tốc của điểm/khâu bị dẫn
trên cơ cấu (kiến thức cơ lý thuyết)
◼ Sử dụng quan hệ vận tốc và gia tốc giữa các điểm
◼ Lấy ví dụ máy bào ngang
◼ Ứng với một hoặc một vài vị trí nhất định của khâu dẫn => Sử dụng phương pháp họa đồ véc-tơ ◼ Ứng với nhiều vị trí của khâu dẫn trong một chu kỳ động học => Sử dụng phương pháp giải tích kết hợp tính toán với sự trợ giúp của máy tính
22 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học
Bổ túc về đại số vector Cho hệ phương trình véc tơ
Các véc tơ: Các véc tơ:
chung gốc chung ngọn
biết phương;
còn véc tơ
biết phương.
Từ đó ta thấy nếu trong phương trình (a) biết hoàn toàn các véc tơ trong phương trình (b) biết hoàn toàn các véc tơ còn véc tơ Ta có thể dùng hoạ đồ véc tơ để giải tìm véc tơ
23 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc
Quan hệ vận tốc
Hai điểm A, B trên cùng một khâu đang chuyển động song
phẳng
Trong đó
là vận tốc tuyệt đối các điểm B, A
là vận tốc tương đối của B khi quay quanh điểm A,
⊥BA, chiều theo chiều quay của ,
24 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc
Quan hệ vận tốc
Hai điểm Bi và Bk trùng nhau tức thời thuộc hai khâu đang
chuyển động song phẳng
Trong đó Trong đó
là vận tốc tuyệt đối các điểm trên hai khâu
là vận tốc trong chuyển động tương đối của Bi với Bk,
// phương tịnh tiến giữa khâu i và khâu k.
25 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc
𝜇𝑣 =
Ví dụ bài toán vận tốc:
𝑚/𝑠 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
◼ Phương trình liên hệ vận tốc (A1 ← B1 ← B2 ← B3 → C3)
26 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc
𝜇𝑣 =
Ví dụ bài toán vận tốc:
𝑚/𝑠 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
◼ Vận tốc góc khâu 3: →
◼ Để tính vận tốc cho điểm E và vận tốc góc khâu 5 ta viết phương trình liên hệ vận tốc: (F4 ← F6 ← E6 ← E5 → D5)
27 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc
𝜇𝑣 =
𝑚/𝑠 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
◼ PT liên hệ vận tốc (F4 ← F6 ← E6 ← E5 → D5)
Đã biết
28 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán vận tốc
𝜇𝑣 =
𝑚/𝑠 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
◼ Vận tốc góc khâu 5:
◼ Chiều quay?
29 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán gia tốc
Quan hệ gia tốc Khi hai điểm A, B khác nhau thuộc cùng khâu đang chuyển động song phẳng
Trong đó Trong đó
là gia tốc tuyệt đối các điểm A,B.
là gia tốc trong chuyển động tương đối của B quanh A
hướng từ B → A, là thành phần gia tốc pháp tuyến (hướng tâm);
30 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán gia tốc
Quan hệ gia tốc Hai điểm trùng nhau tức thời thuộc 2 khâu đang chuyển động song phẳng
Trong đó
là gia tốc tuyệt đối các điểm Bi,Bk.
là gia tốc Cô-ri-ô-lít trong chuyển động tương đối của Bk và Bi. Do
nên
và
quay đi 900
chiều là chiều của theo chiều quay của ωi.
là gia tốc trong chuyển động tương đối của Bi với Bk
31 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán gia tốc
𝜇𝑎 =
𝑚/𝑠2 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
◼ Phương trình liên hệ gia tốc: (A1 ← B1 ← B2 ← B3 → C3)
Theo và
32 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.1. Bài toán gia tốc
𝜇𝑎 =
𝑚/𝑠2 𝑚𝑚
𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛
◼ Gia tốc góc khâu 3:
◼ Chiều quay? ◼ Tính gia tốc điểm E và gia tốc góc khâu 5, cách làm
tương tự!
33 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.2. PP tâm vận tốc tức thời
C
V
B
31B
2
3
1
V
A13
4
P
D
13
A
Hình 2-12
34 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.2. PP tâm vận tốc tức thời
35 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.2. PP tâm vận tốc tức thời
36 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.2. PP tâm vận tốc tức thời
37 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.1 Phân tích động học 3.2.1.3. Ví dụ
38 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
39 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
40 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
41 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
lAB=lAC
3
C
42 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
43 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
44 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
Bài 3: Tính vận tốc và gia tốc điểm F trong cơ cấu máy sàng lắc nếu tay quay quay đều với vận tốc góc 1 = 20rad/s tại vị trí AB và CD thẳng đứng, BC nằm ngang. Cho biết kích thước các khâu:
45 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
46 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
47 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
Bài 4
48 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
49 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
50 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
51 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
52 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.2 Động học 3.2.2 Động học một số cơ cấu phẳng điển hình
53 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.1 Các lực tác động lên máy
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
54 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
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
55 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.1 Các lực tác động lên máy
◼ 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
56 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.1 Các lực tác động lên máy
◼ 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
57 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.1 Các lực tác động lên máy
◼ 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
58 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.1 Các lực tác động lên máy
◼ 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
59 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.1 Các lực tác động lên máy
Các giả thiết
◼ 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
60 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động
Nguyên tắc giải bài toán lực
◼ 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?
61 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động
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
62 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động
Nguyên tắc: Điều kiện tĩnh định
Giải cho các nhóm từ xa khâu dẫn về gần khâu dẫn. Vì sao?
63 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động
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
64 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động
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
65 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động: Thí dụ
Phân tích lực cơ cấu 4 khâu bản lề
◼ Cho cơ cấu bốn khâu bản lề có lược đồ (giả sử họa đồ được lập với tỷ xích µl = 1 )
Cho biết:
◼ Góc vị trí của khâu dẫn là φ1 . • Các lực P2, M3 bao gồm lực cản kỹ thuật, trọng lực quán lượng các khâu, tính của các khâu. P2 đặt tại trung điểm của BC
Yêu cầu: xác định áp lực
trong các khớp động
66 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động: Thí dụ
Lời giải: 1. Tách nhóm tĩnh định Vì trong cơ cấu trên không có khớp cao nên điều kiện tĩnh định là 3n
= 2T. Với cơ cấu này, ta tách cơ cấu thành hai phần:
- Nhóm tĩnh định gồm 2 khâu 2, 3 và 3 khớp B, C, D. Có các lực: + Ngoại lực: P2, M3 + Tại khớp B có lực liên kết N12 là lực từ khâu 1 tác dụng lên khâu 2 + Tại khớp D có lực liên kết N43 là lực từ khâu 4 tác dụng lên khâu 3 - Khâu dẫn 1 và giá: tại B có lực N21 trực đối với N12.
N21
67 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động: Thí dụ
2. Viết phương trình cân bằng lực cho nhóm tĩnh định và giải bằng
họa đồ lực
-Phương trình cân bằng lực
cho nhóm hai khâu 2, 3 và 3 khớp :
(1)
Đặt
-Phương trình cân bằng mômen của khâu 2 đối với điểm C:
-Phương trình cân bằng mômen của khâu 3 đối với điểm C:
• Chú ý: nếu > 0 thì chiều chọn là đúng, nếu < 0 thì chiều thực tế ngược với chiều đã chọn. Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
68
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động: Thí dụ
3. Gải phương trình cân bằng lực Viết lại phương trình (1):
trong phương trình này chỉ còn hai lực
và
là chưa biết độ lớn.
Do vậy có thể giải bằng cách vẽ họa đồ lực như hình vẽ.
N12
P
69 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.2 Tính phản lực khớp động: Thí dụ
Trên họa đồ lực ta chọn tỉ lệ xích họa đồ
, ta giải phương trình
véc tơ như sau:
- Từ a lần lượt vẽ các véc tơ ab, bc, cd biểu diễn cho
- Từ d kẻ biểu diễn cho phương của
, từ a kẻ biểu diễn cho . Hai đường thẳng này cắt nhau tại e, từ đó ta có véc tơ
và ea biểu diễn cho
.
phương của de biểu diễn cho
- Ta có:
Cũng trên họa đồ lực này, ta xác định được áp lực N23 và N32 tại
khớp C dựa vào phương trình cân bằng lực cho khâu 2:
hoặc cho khâu 3:
70 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.3 Phân tích lực trên 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
71 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.3 Phân tích lực trên 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
72 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.3 Phân tích lực trên 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
73 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.3 Phân tích lực trên khâu dẫn: Ý nghĩa momen 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
74 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực 3.3.3 Phân tích lực trên khâu dẫn: Ý nghĩa momen 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
75 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Ví dụ
76 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Ví dụ
77 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Ví dụ
78 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Ví dụ
79 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Ví dụ
80 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Ví dụ
81 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Bài tập
𝜔1
𝑆3 ≡
Cho cơ cấu như hình vẽ biết: lBC = 2lAB = 0,2 (m) , lCD = 0,05 (m), P3=100N, 1=10 (rad/s). Tại vị trí đang xét có j1=900. Tính áp lực khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn?
82 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
3.3 Phân tích lực: Bài tập
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 j1=600. Tính mo-men cân bằng trên khâu dẫn 1?
83 Bài 3: Thiết kế cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
