Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 2 - TS. Nguyễn Xuân Hạ

Bài 2

Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang

Dao

Đầu bào chuyển động tịnh tiến qua lại

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

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang

Lựa chọn cấu trúc cơ cấu truyền động

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang

Hình dung về chuyển động của cơ cấu với cấu trúc được chọn

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

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?  …

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Tại sao phải phân tích động học?

 Bài toán vị trí: Tính quỹ đạo của điểm làm việc

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Tại sao phải phân tích động học?

 Bài toán vị trí: Xét ví dụ máy xúc

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Tại sao phải phân tích động học?

 Bài toán vị trí: Xét ví dụ robot công nghiệp Kuka

Không gian làm việc của robot Kuka 6 BTD

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang

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

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

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

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Nội dung của phân tích động học

Dữ kiện: ▪ Cấu trúc động học + kích thước động học ▪ biến thiên vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu dẫn

1. Bài toán vị trí

• Biến thiên vị trí của các khâu bị dẫn • Quỹ đạo của điểm làm việc • Không gian hoạt động của cơ cấu -> thiết kế vỏ

máy

2. Bài toán vận tốc

• Biến thiên vận tốc của các khâu bị dẫn • Vận tốc của điểm làm việc

3. Bài toán gia tốc

• Biến thiên gia tốc của các khâu bị dẫn • Gia tốc của điểm làm việc

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

1. Bài toán vị trí 1.2. 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

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

1. Bài toán vị trí 1.3. 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

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

1. Bài toán vị trí 1.3. Họa đồ cơ cấu

 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)

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

1. Bài toán vị trí 1.4. Họa đồ chuyển vị

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.1. Quan hệ vận tốc và gia tốc giữa các điểm

 Hai điểm A, B thuộc cùng một khâu

là vận tốc tương đối của B quanh A

 BA, chiều thuận theo 

là gia tốc tương đối của B đối với A gia tốc tương đối pháp tuyến, hướng B -> A; gia tốc tương đối tiếp tuyến,  BA, chiều thuận theo 

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.1. Quan hệ vận tốc và gia tốc giữa các điểm

 Hai điểm B1, B2 thuộc cùng hai khâu trùng nhau tức thời

vận tốc tương đối của Bi đối với Bk; // với phương trượt tương đối

gia tốc trong chuyển động tương đối của Bk và Bi gia tốc Cô-ri-ô-lít trong chuyển động tương đối của Bk và Bi

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa

 Cho cơ cấu máy bào ngang tại vị trí

đang xét có  Vị trí khâu dẫn j1 = 0 (nằm ngang)  Vận tốc góc khâu dẫn 1 = const  Kích thước động các khâu: lAC, lAB,

lBC, lCD, lDE

 Yêu cầu

 Tính vận tốc của B3 và vận tốc góc

khâu 3: 3

 Tính gia tốc của B3 và gia tốc góc

khâu 3: 3

 Tính vận tốc và gia tốc cho điểm D,

E và vận tốc góc khâu 5

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc

𝜇𝑣 =

𝑚/𝑠 𝑚𝑚

𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛

 Phương trình liên hệ vận tốc (A1 ← B1 ← B2 ← B3 → C3)

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc

𝜇𝑣 =

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)

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc

𝜇𝑣 =

𝑚/𝑠 𝑚𝑚

𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛

 PT liên hệ vận tốc (F4 ← F6 ← E6 ← E5 → D5)

Đã biết

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc

𝜇𝑣 =

𝑚/𝑠 𝑚𝑚

𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛

 Vận tốc góc khâu 5:

 Chiều quay?

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính 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

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính 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!

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Nguyên tắc

 Chia cơ cấu thành khâu dẫn và

các nhóm Át-xua

 Giải cho các nhóm từ gần khâu dẫn đến xa khâu dẫn. Vì sao?  Viết phương trình liên hệ vận tốc, gia tốc của điểm cần tính với điểm đã biết vận tốc gia tốc  Điểm thuộc khâu dẫn  Điểm thuộc giá  Điểm đã tính được ở bước

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Nguyên tắc – Ví dụ tiếp

 Trình tự tính toán vận tốc và gia tốc cho các điểm B, C, E,

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

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). Tại vị trí đang xét j1=600. Vẽ hoạ đồ vận tốc, gia tốc. Tính 𝜔3, 3?

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Bài tập

Cho cơ cấu có lược đồ như hình vẽ với lBC = 2lAB = 2lCD = 0,2 (m) , lAD=0,1 (m) , S2B = S2C , S3C = S3D, 1 = 10 (1/s). Tại thời điểm đang xét j1 = 1200. Vẽ hoạ đồ vận tốc và gia tốc. Tính 𝜔2, 𝜀3 và vận tốc, gia tốc các điểm 𝑆2, 𝑆3?

Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

3. Điều kiện quay toàn vòng, hệ số về nhanh

 Xét cơ cấu 4 khâu bản lề