Đang tải... (xem toàn văn)
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xã hội. Trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò hết sức quan trọng. Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến, hiện đại và dần dần thay thế sức lao động của con người. Để tạo ra và làm chủ các loại máy móc như thế ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ sản xuất tiên tiến. Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên trường ĐHKT nói chung luôn cố gắng học tập và rèn luyện để sau khi ra trường với những kiến thức đã được học chúng em có thể góp một phần sức lực, trí tuệ của mình vào công cuộc đổi mới đất nước. Môn học nguyên lý máy là một trong những môn học cơ sở không thể thiếu được đối với các ngành kỹ thuật, vì thế làm bài tập lớn nguyên lý máy là công việc rất quan trọng và cần thiết để chúng em hiểu sâu, hiểu rộng những kiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho những môn học sau này. Bài tập lớn của em được thầy giáo, PGS.TS.Phan Quang Thế giao cho là MÁY BÀO LOẠI 3 phương án 3. Với những kiến thức đã học cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, sự đóng góp, trao đổi của bạn bè em đã hoàn thành bài tập lớn này. Nhưng do đây là lần đầu tiên làm bài tập lớn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để bài tập lớn của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là thầy giáo Phan Quang Thế.
Nguyễn Trung Tiến BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY __MÁY BÀO LOẠI 3- PHƯƠNG ÁN 3__ LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xã hội. Trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò hết sức quan trọng. Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến, hiện đại và dần dần thay thế sức lao động của con người. Để tạo ra và làm chủ các loại máy móc như thế ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ sản xuất tiên tiến. Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên trường ĐHKT nói chung luôn cố gắng học tập và rèn luyện để sau khi ra trường với những kiến thức đã được học chúng em có thể góp một phần sức lực, trí tuệ của mình vào công cuộc đổi mới đất nước. Môn học nguyên lý máy là một trong những môn học cơ sở không thể thiếu được đối với các ngành kỹ thuật, vì thế làm bài tập lớn nguyên lý máy là công việc rất quan trọng và cần thiết để chúng em hiểu sâu, hiểu rộng những kiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho những môn học sau này. Bài tập lớn của em được thầy giáo, PGS.TS.Phan Quang Thế giao cho là MÁY BÀO LOẠI 3- phương án 3. Với những kiến thức đã học cùng với sự giúp 1 Nguyễn Trung Tiến đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, sự đóng góp, trao đổi của bạn bè em đã hoàn thành bài tập lớn này. Nhưng do đây là lần đầu tiên làm bài tập lớn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để bài tập lớn của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là thầy giáo Phan Quang Thế. Sinh viên 2 Nguyễn Trung Tiến I. Tính bậc tự do- Xếp loại cơ cấu chính: 1.1. Bậc tự do: Áp dụng công thức: W= 3n - (2P5+P4) + r + r’ - S Trong cơ cấu này: n: Số khâu động, n=5 P5: Số khớp loại 5, P5=7 P4: Số khớp loại 4, P4=0 r: Số ràng buộc trùng, r=0 r’: Số ràng buộc thừa, r’=0 S: Số bậc tự do thừa, S=0 ⇒ W= 3.5 - 2.7 = 1 Vậy cơ cấu có bậc tự do bằng 1. 1.2. Xếp loại cơ cấu: Chọn khâu 1 làm khâu dẫn ta tách cơ cấu thành hai nhóm atxua loại 2: (4,5) và (2,3) (Hình 1). Do đó cơ cấu là cơ cấu loại 2. 5 4 2 3 1 ω 1 Hình 1: Tách nhóm atxua và xếp loại cơ cấu. 3 Nguyễn Trung Tiến II. Tổng hợp động học cơ cấu chính: 2.1. Yêu cầu: Xác định kích thước động của các khâu dựa trên lược đồ động của cơ cấu và dữ liệu của phương án 3. 2.2. Tính toán: Từ công thức hệ số về nhanh: k= ψ ψ − + 180 180 Ta có 82,38 155,1 155,1 180 1 1 180 = + − = + − = k k ψ Từ O 2 kẻ O 2 x và O 2 x’ hợp với O 1 O 2 một góc 41,19 . Từ O 1 O 2 vẽ đường tròn tiếp xúc với O 2 x và O 2 x’ ⇒ hai vị trí chết của cơ cấu. Xét cơ cấu tại vị trí này: )(152,0)47,19sin(.46,0 2 sin. 11 mLRL AOAO ==== ψ )(84,0 )41,19sin(.2 56,0 2 sin.2 2 m H L BO === ψ )(0456,0.3,0 1 mLa AO == 0,05H=0,05.560=28(mm)=0,028(m) III. Phân tích động học cơ cấu chính: 3.1. Yêu cầu: Từ kết quả tổng hợp động học cơ cấu chính vẽ họa đồ vị trí, họa đồ vận tốc, họa đồ gia tốc để xác định các đặc trưng động học của các khâu bị dẫn. 3.2. Họa đồ vị trí: 4 Nguyễn Trung Tiến Chọn tỷ lệ xích chiều dài µ L : )/(0025,0 8,60 152,0 1 1 mmm AO L AO L === µ AO L 1 là chiều dài thật của khâu 1 (m) O 1 A là chiều dài biểu diễn của khâu 1 (mm) Xác định độ dài biểu diễn cho các khâu bị dẫn: )(184 0025,0 46,0 21 21 mm L OO L OO === µ )(336 0025,0 84,0 2 2 mm L BO L BO === µ )(224 0025,0 56,056,0 mmH L === µ )(24,18 0025,0 0456,00456,0 mma L === µ )(76 0025,0 19,019,0 mmb L === µ Lấy điểm O 2 bất kỳ, lập hệ trục xO 2 y. Trên O 2 y lấy O 1 O 2 = 184(mm). Tại O 1 vẽ đường tròn bán kính O 1 A = 60,8(mm). Từ O 2 vẽ hai tiếp tuyến với đường tròn vừa vẽ được ta xác định được hai vị trí biên (hai vị trí chết). Từ O 2 vẽ đường tròn bán kính O 2 B=336(mm) Tiến hành vẽ họa đồ vị trí. Chọn A 1 (vị trí biên thứ nhất) tương ứng với vị trí bắt đầu của φ đ chia đường tròn (O 1 , O 1 A) thành 8 phần bằng nhau ta được 8 vị trí. Ba vị trí đặc biệt: vị trí biên thứ 2, hai vị trí ứng với 0,05H. Đánh số thứ tự các vị trí theo chiều quay của kim đồng hồ. Họa đồ vị trí được thể hiện trên hình 2. 3.3. Đồ thị lực cản: 5 Nguyễn Trung Tiến Theo đầu bài ta có: P c =1400(N) Chọn đoạn biểu diễn P c : )(40 mmL c P = Vậy ta có: )/(35 40 1400 mmN L P c c P c P === µ Đồ thị lực cản vẽ trên hình 2. Hành trình đi: Đoạn 0,05H là khi đầu bào chuẩn bị bào vào chi tiết, khi đó giá trị của P c ngay lập tức từ 0 lên tới 1400N, giá trị này giữ nguyên trong suốt quá trình bào. Hành trình về: Khi ra khỏi chi tiết giá trị của P c từ 1400N lập tức giảm ngay về 0 vì không còn lực cản P c nữa, đầu bào dịch chuyển một lượng tương ứng với vị trí bào kế tiếp rồi chạy không về vị trí ban đầu. 6 Nguyễn Trung Tiến P 3 k n 2a2a3 P 3 H 0,05H 0,05H A 4 B O 1 O 2 P c A 11 A 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 3 A 2 A 1 Hình 2: Họa đồ chuyển vị và đồ thị lực cản 7 Nguyễn Trung Tiến 3.4. Họa đồ vận tốc: 3.4.1. Phương trình vecto vận tốc: Xác định vận tốc của các điểm A, B, C: 1 A V : ⊥ O 1 A, chiều ω 1 (3-1) 1 A V = AO 11 . ω 12 AA VV = (3-2) 2323 AAAA VVV += (3-3) | || | 3 B V xác định bằng định lý đồng dạng thuận họa đồ vận tốc ( 3232 boaBAO ∆∝∆ ) 34 BB VV = (3-4) 4545 BBBB VVV += (3-5) | || | 455 CCB VVV == : Phương ⊥ CS (3-6) Giải hệ (3-5, 3-6) tìm được 455 ,, CCB VVV 3.4.2. Vẽ họa đồ vận tốc: Tại các vị trí khác nhau của khâu dẫn các phương trình vecto vận tốc viết hoàn toàn giống nhau, cách vẽ cũng như nhau nên ở đây chỉ minh họa cách vẽ cho một vị trí (vị trí số 4). Tỷ lệ xích )./(0916,0 30 0025,0.350.14,3 30 . 1 1 mmsm n L LV ==== µπ µωµ 8 Nguyễn Trung Tiến Chọn điểm P 4 bất kỳ làm gốc họa đồ vẽ vecto 14 aP biểu diễn vận tốc của 1 A V với P 4 a 1 =O 1 A và 14 aP ⊥ O 1 A theo chiều ω 1 . Từ (3-2) ⇒ a 2 ≡a 1 Theo phương trình (3-3) từ đầu mút vecto 14 aP vẽ đường thẳng song song với O 2 A, từ P 4 vẽ đường thẳng vuông góc với O 2 A ⇒ a 3 . Dựng ∆AO 2 B ∝ thuận ∆a 3 o 2 b 3 ⇒ b 3 . BO AO L L L L b a BO AO BO AO 2 2 3 3 3 3 2 2 2 2 . . === Π Π ω ω Từ (3-4) ta có b 4 ≡b 3 . Từ (3-5) và (3-6), tại mút 44 bP vẽ đường thẳng vuông góc CS, từ P 4 vẽ đường thẳng song song với CS ⇒ c 4 ≡c 5 ≡b 5 . Vẽ các mút vecto tương ứng ta được họa đồ vận tốc tại vị trí thứ 4. Tương tự vẽ họa đồ vận tốc tại 10 vị trí còn lại. Từ họa đồ vận tốc xác định vận tốc các điểm và vận tốc góc của khâu quay. S 3 P 4 a 3 b 5, c 5, c 4, S 5 b 3, b 4 a 1, a 2 Hình 3: Họa đồ vận tốc cơ cấu tại vị trí số 4. 3.4.3. Tính vận tốc các điểm và vận tốc góc các khâu quay: 3.4.3.1. Vận tốc góc các khâu: Do khâu 2 và khâu 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên: 9 Nguyễn Trung Tiến L V AO aP µ µ ωω . . 2 34 32 == (3-7) Chiều xác định bằng cách đặt P 4 a 3 vào điểm A và so sánh với O 2 . Do khâu 5 chuyển động tịnh tiến và khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp trượt nên ta có: ω 5 =ω 4 =0. (3-8) 3.4.3.2. Vận tốc điểm trên khâu: AOAA LVV 121 . 1 ω == AOA LV 23 . 3 ω = VAA aaV µ . 32 23 = BOBB LVV 234 . 3 ω == VbBCC PVVV µ . 5554 === Bảng tính vận tốc các điểm và vận tốc góc các khâu quay VT Giá trị A 1 ≡A 2 A 3 B 3 ≡B 4 C 4 ≡C 5 ≡B 5 ω 3 (rad/s) 4 Biểu diễn (mm) 60,8 58,9 81,6 81,32 8,9 Thực (m/s) 5.57 5,39 7,47 7,45 3.5. Họa đồ gia tốc: 3.5.1. Phương trình vecto gia tốc: Xác định gia tốc các điểm A, B, C: 10 [...]... : Phương A→O1 (3- 9) a A1 = ω1 O1 A 2 a A1 = a A2 (3- 10) a A3 = a A2 + a k A3 A2 + a r A3 A2 (3- 11) || || | a A3 = a n A3 + a t A3 || (3- 12) | Từ (3- 11) và (3- 12) ⇒ a A 3 a B3 được xác định bằng định lý đồng dạng thuận họa đồ gia tốc ( ∆AO2 B ∝ ∆a3O2 B3 ) a B 4 = a B3 (3- 13) a B 5 = a B 4 + a k B 5 B 4 + a r B5 B 4 (3- 14) || || | aB5 = aC5 = aC 4 (3- 15) | Từ (3- 14) và (3- 15) ⇒ aB , aC , cC 5 5 4 3. 5.2... 10.22,7 .3, 355 = 761,585( N ) * Khâu 3: Chuyển động quay quanh trục cố định không qua trọng tâm - Điểm đặt: Xác định tâm va đập K: LO2 K = LO2 S + LO2 S 3 = J S3 = J S3 m3 LO2 S 3 LO2 B 2 m3 ( LO2 B ) 2 12 ⇒ LO2 K = LO2 B 2 + m3 ( LO2 B ) 2 2 12.m3 LO2 B = LO2 B 2 + LO2 B 6 = 0,84 0,84 + = 0,56(m) 2 6 - Ngược chiều với πs3' - Giá trị: ' Fqt 3 = m3 aS 3 = m3 πs3 µ a = 33 6.11 ,35 .3, 355 = 12795( N ) - Momen quán... nhóm (2 -3) * Tách khâu 2: (Tìm R12 ) Pt cân bằng: R 23 + R12 = 0 ⇒ R12 Tìm R12 bằng cách viết ptcb momen tại O2: 19 ΣMO2= R 43. O2B - R12.O2A + Fqt3.hqt3 + G3.hG3 = 0 Nguyễn Trung Tiến => R12 = (R 43. O2B + Pqt3.hqt3 + G3.hG3)/O2A = (38 66,8 .33 6+1279,46.110,29 +33 60. 13, 87)/242,22=6 138 (N) ⇒ R 03= 72,76.µp=72,76.40=2910,4(N) Chiều R12 , R 03 đúng như chiều đã giả thiết R12 R32 2 Hình 9: Tách khâu 2 4 .3 Tính momen... 4 , G3 , Fqt 3 , G1 P4 Fqt3 Fqt4 a3 Fqt5 b5,c5,c4,S5 G5 a1,a2 G1 b3,b4 G3 Hình 11: Tính Mcb bằng phương pháp di chuyển khả dĩ M cb = −(− Fqt 5 hqt 5 − G4 hG 4 − Fqt 4 hqt 4 − G3 hG 3 − Fqt 3 hqt 3 − G1.hG1 ).µ L = −( 34 30,152.81 ,32 − 100 .3, 37 − 761,585.41,99 − 33 60.6,75 − 1279,46.26,8 − 600.20,09).0,0025 = 950( N m) Mcb cùng chiều với n1 () Sai số giữa 2 phương pháp là: 21 950 − 947 100% = 0 ,3% 950... Trước khi giải hệ (3- 11) và (3- 12) ta phải xác định vecto biểu diễn gia tốc a k A3 / A 2 là k và a n 3 là n A * k xác định bằng họa đồ cơ cấu và vận tốc tại vị trí số 4 như sau: ak = 2ω 2 VA2 A3 ⇔ k µ a = 2 Pa3 µV Pa a a µ 2 a2 a3 µV = 2 3 2 3 V O2 A.µ L O2 A µL 2 2 µV µV mà µa = ω1 µ L = µ L = µ µL L 2 Pa a a k aa 3 2 3 2 3 Vậy ⇒ k = 2 O A ⇔ 2.Pa = O A 2 3 2 (3- 16) Có thể dựng đoạn... trên họa đồ cơ cấu theo tỷ lệ của (3- 16) Chiều của k được xác định bằng cách quay vecto a2 a3 đi một góc 90° theo chiều 3 * n được xác định bằng họa đồ cơ cấu và vận tốc tại vị trí số 4 như sau: n a A3 = 32 LO2 A = 12 VA 23 2 (O2 A) 2 µ L O2 A.µ L Nguyễn Trung Tiến n.µ a = 2 ( Pa3 ) 2 µV ( Pa3 ) 2 ⇔n= O2 A µ L O2 A (3- 17) Có thể dựng đoạn biểu diễn n ngay trên họa đồ cơ cấu theo tỷ lệ (3- 17) Chiều... thẳng này chính là điểm b5' ≡ c5' ≡ c4 Π4 n b'5,c'5,c'4,S5 a '3 b '3, b'4 k a'1,a'2 Hình 4: Họa đồ gia tốc tại vị trí số 4 3. 5 .3 Tính gia tốc các điểm và gia tốc góc các khâu quay: 3. 5 .3. 1 Gia tốc điểm trên khâu: a A1 = a A2 = ω12 LO1 A 13 Nguyễn Trung Tiến ' a A3 = Π i a3 µ a a A3 A2 = a2 a3 µ a ' aB4 = aB3 = Π ib3 µ a aB5 = aC5 = aC 4 = Π i b5' µ a trong đó i nhận giá trị từ 1 tới 11 3. 5 .3. 2 Gia tốc... dụng lên khâu 3: 16 Nguyễn Trung Tiến 33 6.(0,84) 2 = −1792 (N.m) () 12 M qt 3 = −ε 3 J S 3 = −90,7 4.2 .3 Áp lực tại các khớp động: 4.2 .3. 1 Giải bài toán lực cho nhóm Atxua (4-5) * Tách nhóm (4-5) Đặt lực Pc , Fqt 5 , R05 , G5 , G4 , Fqt 4 , R34 tác dụng lên nhóm Viết phương trình cân bằng lực cho cả nhóm: Pc + Fqt 5 + R05 + G5 + G4 + Fqt 4 + R34 = 0 || || | || || || Phương trình còn 3 ẩn chưa giải... + R54 + R34 = 0 || || || Ta có R45 = − R54 (lấy momen tại điểm B, ta thấy điểm đặt của R54 tại trọng tâm khâu 4) ⇒ R34 = 96,67.µ p = 96,67.40 = 38 66,8( N ) 4 Fqt4 R54 R34 G4 Hình 7: Tách khâu 4 *Tách nhóm Atxua (2 -3) 18 Nguyễn Trung Tiến Đặt các lực tác dụng lên nhóm, viết pt cân bằng: Fqt 3 + G3 + R 43 + R 03 + R12 = 0 || || || Phương trình còn 4 ẩn chưa giải được R 43 B 3 R12 A Fqt3 2 K G3 R 03 O2 Hình... đi từ A → O2 Để giải hệ phương trình (3- 11) và (3- 12), từ mút vecto Πa'1 dựng vecto k , từ mút của k kẻ đường thẳng song song với O2A Từ ∏ dựng vecto n , từ mút của n kẻ đường thẳng vuông góc với O2A Giao của hai đường thẳng này cho ta a3' ' ' ' Dựng ∆AO2B ∝ thuận ∆a3o2b3 ⇒ b3 n a A3 n a B3 = ' 32 LO2 A LO2 A O2 A Π a3 O 2 A = = ⇒ = 32 LO2 B LO2 B O2 B Πb3' O2 B Từ mút Πb3' kẻ đường thẳng vuông . với ' 3 s π - Giá trị: )(1279 535 5 ,3. 35,11 .33 6 ' 33 33 3 NsmamF aSqt ==== µπ - Momen quán tính tác dụng lên khâu 3: 16 Nguyễn Trung Tiến 1792 12 )84,0. (33 6 .7,90. 2 33 3 −=−=−= Sqt JM ε (N.m). O 2 : ΣM O2 = R 43 .O 2 B - R 12 .O 2 A + F qt3 .h qt3 + G 3 .h G3 = 0 19 Nguyễn Trung Tiến => R 12 = (R 43 .O 2 B + P qt3 .h qt3 + G 3 .h G3 )/O 2 A = (38 66,8 .33 6+1279,46.110,29 +33 60. 13, 87)/242,22=6 138 (N) ⇒. tích động học cơ cấu chính: 3. 1. Yêu cầu: Từ kết quả tổng hợp động học cơ cấu chính vẽ họa đồ vị trí, họa đồ vận tốc, họa đồ gia tốc để xác định các đặc trưng động học của các khâu bị dẫn. 3. 2.