Đang tải... (xem toàn văn)
Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng W = 3n- 2p - p + r +r - w Trong đó: • n _ số khâu động. Trong động cơ đốt trong hai kì thì thực chất áp lực của khí đốt cháy sinh công đẩy pít tông (khâu 3) trượt thông qua tay biên (khâu 2). Khiến trục khuỷu (tay quay- khâu 1) quay, cơ cấu có ba khâu động nên n = 3. • P5 _ Số khớp loại 5 Khâu 1 nối với giá bằmg khớp quay Khâu 2 nối với khâu 1 bằng khớp quay Khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp quay Khâu 3 nối với giá bằng khớp trượt Cả bốn khớp đều là khớp thấp loại 5 nên có p = 4. • p _ Số khớp loại 4. Cơ cấu không có khớp loại 4 nên p = 0. • r_ Số ràng buộc trùng, r = 0. • rth_ Số ràng buộc thừa, rth = 0. • Wth _ Số bậc tự do thừa, trong tất cả các khâu khi tham gia chuyển động đều làm thay đổi cấu hình của cơ cấu nên không có chuyển động thừa. Vậy số bậc tự do: W = 3 3 - 2 4 - 0 + 0 + 0 - 0 = 1. * Tách nhóm : - Tách nhóm gồm khâu ( 2 và 3 ): nhóm tách ra có hai khớp chờ là A và khớp trượt ở B . Cả hai khớp A, B có vị trí xác định khi cơ cấu chuyển động. Khớp trong là khớp quay tại B, bậc tự do của nhóm tách là W = 3n -2p = 3. 2- 2 .3 = 0
BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BỘ MÔN NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp:DTA49-DH1 Hải Phòng năm:2009-2010 2 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : * Đề bài: Tính toán cơ cấu chính của động cơ đốt trong 1. Các thông số cho trước. STT n (vg/ph) S (mm) λ= r/ l D (mm) δ 44 2800 175 1/ 4 152 1/85 Trong do n:vòng quay tr c khu uụ ỷ D: ng kính xilanh.đườ S: h nh trình pittong.à θ max : gia t c l n nh t c a biênố ớ ấ ủ δ: h s không cho phép v n t c khâu d n.ệ ố đề ậ ố ẫ R: bán kính tay quay. L: chi u d i tay quay.ề à 2. L c chung c a c c u tay quay con tr t.ượ đồ ủ ơ ấ ượ B A O 1 2 3 §CT §CD s p p max 3. Các gia tr c a khâu.ị ủ - Tr ng l ng khâu 2: Gọ ượ 2 = 90 (KG/m) x l (m) - Tr ng l ng khâu 3:ọ ượ G 3 = 0,35G 2 - Tr ng tâm khâu 2 (Sọ 2 ): l AS = 0,35l AB - Bán kính quán tính khâu 2: ρ 2 2 = 0,17. l AB 2 - Áp su t l n nh tấ ớ ấ : p max = 50 KG/cm 2 3 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : PHẦN I : PHÂN TÍCH CẤU TRÚC 1.Tính bậc tự do, xếp loại cơ cấu: Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng W = 3n- 2p 5 - p 4 + r +r th - w th Trong đó: • n _ số khâu động. Trong động cơ đốt trong hai kì thì thực chất áp lực của khí đốt cháy sinh công đẩy pít tông (khâu 3) trượt thông qua tay biên (khâu 2). Khiến trục khuỷu (tay quay- khâu 1) quay, cơ cấu có ba khâu động nên n = 3. • P 5 _ Số khớp loại 5 Khâu 1 nối với giá bằmg khớp quay Khâu 2 nối với khâu 1 bằng khớp quay Khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp quay Khâu 3 nối với giá bằng khớp trượt ⇒ Cả bốn khớp đều là khớp thấp loại 5 nên có p 5 = 4. • p 4 _ Số khớp loại 4. Cơ cấu không có khớp loại 4 nên p 4 = 0. • r_ Số ràng buộc trùng, r = 0. • r th _ Số r ng à buộc thừa, r th = 0. • W th _ Số bậc tự do thừa, trong tất cả các khâu khi tham gia chuyển động đều làm thay đổi cấu hình của cơ cấu nên không có chuyển động thừa. ⇒ Vậy số bậc tự do: W = 3 3 - 2 4 - 0 + 0 + 0 - 0 = 1. * Tách nhóm : - Tách nhóm gồm khâu ( 2 và 3 ): nhóm tách ra có hai khớp chờ là A và khớp trượt ở B . Cả hai khớp A, B có vị trí xác định khi cơ cấu chuyển động. Khớp trong là khớp quay tại B, bậc tự do của nhóm tách là W = 3n -2p 5 = 3. 2- 2 .3 = 0 3 B 2 A ⇒ Nhóm tách ra là nhóm Axua loại 2 - Cơ cấu còn lại là khâu dẫn 1 nối với giá bằng khớp quay: 1 O KL: Cơ cấu động cơ đốt trong gồm một nhóm Axua loại 2 và một khâu dẫn hợp thành nên cơ cấu thuộc loại 2. 4 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : 2. Tính kích thước thực của cơ cấu: Ta có OA = r S: hành trình của pittông, do S = 2r nên )(5,87 2 175 2 mm S r === Có λ = r/l = 1/4 ⇒ l = 4r = 4.87,5 = 350 (mm) * Tính vận tốc góc khâu 1: Ta lại có: )(07,293 30 2800.14,3 30 . 1 1 − === s n π ω PHẦN II : PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 1. Bài toán vị trí: * Trình tự giải: - Chọn tỉ lệ xích hoạ đồ vị trí 75,1 50 5,87 === OA r l µ (mm/mm). - Vẽ vòng tròn tâm O bán kính OA = 50 mm, chia vòng tròn thành tám phần bằng nhau, được xác định bởi mỗi điểm chia nên dược các điểm tương ứng la: A 0 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 . - Từ các điểm A i làm tâm quay các cung tròn có bán kính là AB )(200 75,1 350 mm l AB l AB === µ - Các cung này cắt theo phương trượt của piston yy tại các điểm tương ứng là B i . Tương ứng mỗi điểm A i ta xác định các điểm B i tương ứng. Nối các điểm A i với B i ta được vị trí của cơ cấu tại các góc quay OA i B i . - Vị trí trọng tâm của khâu 2 là S 2 i được xác định: A i S 2 i = 0,35.AB = 0,35.200 = 70 (mm) - Nối các S 2 i bằng đường cong trơn ta được quỹ đạo của S 2 trong chu kì chuyển động của cơ cấu. Bài toán vị trí cơ cấu của động cơ hai kì được xác định bởi tám vị trí của khâu dẫn sau những khoảng góc quay π/4 trong một chu kì chuyển vị (một vòng quay của khâu dẫn φ = 2π). Xác định quỹ đạo của các điểm S 2 trong chu kì chuyển động của cơ cấu. Ta được hoạ đồ vị trí cơ cấu của động cơ hai kì như hình vẽ. 2. Bài toán vận tốc. Ta giải bài toán vận tốc theo phương pháp vẽ hoạ đồ và vẽ tám hoạ đồ ứng tám vị trí của cơ cấu: Nhận xét: Cơ cấu có một bậc tự do loại 2 dạng 2. 5 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : * Giải bài toán vận tốc : Tại các điểm A i trên chu kì chuyển động của khâu dẫn ta có vận tốc của chúng được xác định như nhau, nhưng khi vẽ trên hoạ đồ chúng được xác định bởi các điểm A i tương ứng. Giải phương trình véc tơ. 1A V có: - V A1 = ω 1 .l OA = 293,07.87,5= 25644(mm/s)=25,644(m/s) - Phương vuông góc với OA. - Chiều theo ω 1 , quay cùng chiều kim đồng hồ. Xét tại A: 12 AA VV = . Xét khâu 2: ta có 2222 ABAB VVV += (1) - = - 22 AB V : Biết phương của nó vuông góc với AB Tại khâu 3: Do khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên 32 BB VV = Giải phương trình (1) bằng phương pháp vẽ hoạ đồ: - Chọn cực p i . - Chọn tỉ lệ xích )/(513,0 50 644,25 1 1 1 mmms pb V A v − === µ - Vẽ 1 pa biểu thị 1A V . - Từ các điểm a 1i vẽ đường thẳng ∆ 1 ⊥ AB biểu diễn phương của 22 AB V - Từ các điểm p i vẽ đường thẳng ∆ 2 // yy biểu diễn phương 3B V ⇒ Giao điểm của ∆ 1 và ∆ 2 là b = b 2 = b 3 . Kết quả là : V B3 = µ v . p i b V B2A2 = µ v . a i b ⇒ Vận tốc góc của khâu 2 l : à AB BA l V 22 2 = ω (s -1 ) Như ở bài toán vị trí ta xác định S theo công thức A i S = 0,35.A i B i nhưng do kích thước thực và kích thước trên hoạ đồ vận tốc tỉ lệ với nhau (người ta đã chứng minh được kích thước thực và kích thước trên hoạ đồ đồng dạng với nhau). Nên ta cũng có: as = 0,35. ab (mm) Ta tìm được điểm s trên hoạ đồ vận tốc, nối p i với s ta có véc tơ p i s. Ta xác định v S theo công thức sau: V S = µ v . p i s. Dựa vào hoạ đồ vận tốc và các công thức tính ở trên ta tìm được các đại lượng, tổng hợp thành bảng kết quả như sau: 6 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : 8 = 0 Vị trí Các đại lượng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 50 V A pa(mm) 50 50 50 50 50 50 50 50 25,644 V A (m/s) 25,644 25,644 25,644 25,644 25,644 25,644 25,644 25,644 0 V B pb(mm) 0 28,39 50 41,12 0 41,12 50 28,39 0 V B (m/s) 0 14,564 25,644 21,094 0 21,094 25,644 14,564 32,5 V S ps(mm) 32,5 40,29 50 44,12 32,5 44,12 50 40,29 16,673 V S (m/s) 16,673 20,669 25,644 22,634 16,673 22,634 25,644 20,669 50 V BA ab(mm) 50 35,98 0 36 50 36 0 35,98 25,644 V AB (m/s) 25,644 18,458 0 18,468 25,644 18,468 0 18,458 73,268 ω 2 (s - 1 ) 73,268 73,268 52,737 0 52,765 73,268 52,737 0 52,737 3. Bài toán gia tốc Lập phương trình gia tốc: Ta có: n AA aa 11 = . Có độ lớn ω 1 2 . l OA = 293,07 2 . 0,0875 = 7515,38 (m/s 2 ) Phương song song với OA. Chiều hướng từ A về O Tại A: A12 aa A = Xét khâu 2: 2222 A22 AB t AB n B aaaa ++= . 22 AB n a có độ lớn: ω 2 2 . l AB , phương song song với AB. Chiều hướng từ B về A 22 AB t a biết phương vuông góc với AB. Tại B: 32 BB aa = . Do khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên gia tốc mọi điểm bằng nhau và có phương song song yy. Vậy phương trình trên giải được bằng phương pháp hoạ đồ: - Chọn cực p ' . - Chọn tỉ xích 308,150 50 38,7515 50 A2 === a a µ (m/s 2 /mm) - Ta vẽ p ' a i biểu diễn 2A a có p ' a i = 50 (mm), - Từ a i vẽ a i n biểu diễn 22 AB n a ; 7 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : a AB n i a na µ 22 = , có phương song song AB, có chiều hướng từ B về A. - Từ n vẽ ∆ 1 ⊥ AB biểu diễn phương của 22 AB t a - Từ p ' vẽ ∆ 2 // yy biểu diễn phương của 3B a ⇒ ∆ 1 ×∆2 = b = b 2 = b 3 ⇒ 22 AB t a =ε 2 .l AB → AB AB t l a 22 2 = ε - Khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên ε 3 = 0. Như bài toán vận tốc ta cũng có : as = 0,35.ab, dựa vào hoạ đồ ta có : Vị trí Các đai lượng 0 1 2 3 4 5 6 7 8=0 a A p ' a (mm) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 a A1 (m/s 2 ) 7515, 38 7515,3 8 7515,3 8 7515,3 8 7515,3 8 7515, 38 7515,3 8 7515, 38 7515,3 8 a n BA an (mm) 12,5 6,24 0 6,24 12,5 6,24 0 6,24 12,5 a n BA (m/s 2 ) 1878, 85 937,92 0 937,92 1878, 85 937,9 2 0 937,9 2 1878,8 5 a t BA nb (mm) 0 34,36 52,7 34,36 0 34,36 52,7 34,36 0 a t BA (m/s 2 ) 0 5164,5 8 7921,2 3 5164,5 8 0 5164, 58 7921,2 3 5164, 58 0 a B p ' b (mm) 37,47 35,4 12,91 35,4 62,5 35,4 12,91 35,4 37,47 a B (m/s 2 ) 5632 5321 1904,4 7 5321 9394,2 5 5321 1904,4 7 5321 5632 a S p ' s(mm) 45,66 42,19 32,81 42,19 54,38 42,19 32,81 42,19 45,66 a S (m/s 2 ) 6863, 06 6341,4 9 4931,6 1 6341,4 9 8173,7 5 6341, 49 4931,6 1 6341, 49 6863,0 6 ε 2 (s -2 ) 0 14755, 94 22632, 1 14755, 94 0 14755 ,94 22632, 1 14755 ,94 0 8 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : PHẦN III : PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU * Nhiệm vụ: Ta xác định các áp lực tại các khớp động (khớp A, B, O) và mô men cân bằng đặt trên khâu dẫn. I. Xác định các ngoại lực tác dụng. 1. Trọng lượng các khâu: G 1 = 0. G 2 = m 2 .g = 90l AB = 90.0,35 = 31,5 (N) → m 2 = 3,15 (kg) G 3 = m 3 . g = 0,35G 2 = 0,35.31,5 = 11,025 ( N ) → m 3 = 1,1025 (kg) 2. Xác định áp lực khí cháy: P i p i D Lực khí cháy là ngoại lực chủ yếu được coi là lực phát động chính của động cơ. Loại lực này thường xác định từ đồ thị công là đồ thị phụ thuộc giữa áp suất trong buồng đốt theo hành trình piston , để giải bài toán lực theo góc quay khâu dẫn ta phải xác định được áp suất tác dụng lên piston ứng với các góc quay ta đã chọn. Cơ sở chuyển từ áp suất hành trình sang áp suất góc quay có liên hệ từ hoạ đồ vị trí cơ cấu tức là ta có quan hệ góc quay-hành trình. * Các bước thực hiện tiến hành như sau : - Vẽ đồ thị áp suất hành trình lấy điểm chết dưới làm mốc đặt hành trình của piston theo góc quay đã chọn (ở bài toán vị trí ) nghiêng một góc bất kì so với hành trình đồ thị . Nối B 4 với điểm chết trên , từ các B i vẽ các tia song song với đường nối vừa vẽ được các điểm 1 , 2, 3 , 4 .Từ các điểm i vẽ các tia song song với trục tung cắt đường cong tại các điểm i’. 9 p s §CD§CT y max B 4 B 3 =B 5 B 2 =B 6 B 1 =B 7 4 3 2 1 3' 2' 1' 4' 5' 6' 7' B o BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : Từ 1 đến 4 lấy hành trình nén còn từ 4 đến 8 lấy là hành tình nổ giãn nở. Từ các B i vẽ các tia song song với trục hoành ta được những mức áp suất khác nhau. Ứng với các hành trình piston, áp suất tác dụng ứng với các góc quay ϕ i . p ( ϕ i) = ii’.µ P với ii’ (mm) 4 125 500 max max === y p P µ ( N/cm 2 /mm ) p max = 500 (N/cm 2 ) : Là áp suất lớn nhất. y max = 125 (mm) : Đo được trên đồ thị. Công thức tính áp lực: 4 . . 2 D pP ii π = với D = 152 (mm) , P i (N) Ta có bảng kết quả sau : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ii’ (mm) 7 15,6 19,27 38,19 125 81,03 30,89 18,52 7 p i (N/cm 2 ) 28 62,4 77,08 152,76 500 324,12 155,56 74 28 4 . 2 D π (cm 2 ) 181,366 P i (N) 5081 11323 13987 27720 90730 58815 28228 13428 5081 3. Lực quán tính của các khâu: - Khâu 1: Có S 1 ≡ O nên F qt1 = 0 , M qt1 = 0. - Khâu 3: Có S 3 ≡ B , do khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên ε 3 = 0 suy ra M qt3 = 0 , Bqt amF . 33 −= . - Khâu 2: Là khâu chuyển động song phẳng, lực quán tính khâu 2 bao gồm một lực 222 . Sqt amF −= đặt tại trọng tâm S 2 và một mô men 222 . Sqt JM ε −= với J S2 = m 2 . ρ 2 2 = m 2 . 0,17. l AB 2 = 3,15.0,17.0,35 2 = 0,066 (kgm 2- ) 10 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : Tuy nhiên các bài toán được chọn giải theo hướng tìm vị trí đặt lực quán tính gọi là tâm quán tính T để lực quán tính đặt tại đó tương đương với hệ lực 2qt F đặt tại S 2 và 2qt M . * Tìm tâm quán tính khâu 2 : a. Tâm quán tính của một khâu chuyển động quay quanh một điểm không qua trọng tâm. ASii Si ASiAKi lm J ll . += . Nên nếu dời qt F đến K thì ta không phải quên tâm đến qt M (K là tâm va đập) Khoảng cách từ S i đến K là h : qt qt F M h = . b. Tâm quán tính của khâu chuyển động song phẳng . Chuyển động song phẳng được coi như là chuyển động tịnh tiến theo cực và chuyển động quay quanh trục đi qua điểm cực. Hợp lực quán tính là hợp của lực quán tính và mômen quán tính. Ta có quan hệ gia tốc sau: 2222 ASAS aaa += → 2222222 ).( BSBS amamam −+−=− Vậy 2 '' 2 ' 2 qtqt qt FFF += 2 ' qt F : lực quán tính trong chuyển động theo cùng với điểm cực. 2 '' qt F : lực quán tính trong chuyển động quay của khâu quanh điểm cực. Tóm lại : Hợp lực quán tính sẽ là tổng của hai lực quán tính thành phần này nên quy tắc xác định hợp lực quán tính như sau : - Vẽ vị trí khâu 2. - Chọn B làm điểm cực và xác định vị trí tâm va đập K theo cực bằng khoảng cách l BK - Qua S 2 vẽ phương của F ’ qt2 : ∆ 1 // p ’ b 2 . - Qua K ( K B ) vẽ ∆ 2 // b 2 s 2 biểu thị phương của F ’’ qt2 . 538,91 5,227 )350.(17,0.17,0 . 222 ===== BS AB BSBS S SK l l llm J l B ρ (mm) ⇒ T giao của ∆ 1 và ∆ 2 . Tại T vẽ 2qt F song song và ngược chiều vớivéc tơ p ’ s 2 . Ta có bảng trị số các lực quán tính : Với m 2 = 3,15 (kg), m 3 = 1,1025 (kg) 11 O K h F qt a S2 F ' qt h M qt . BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BỘ MÔN NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Giáo viên hướng. viên thực hiện: Lớp:DTA49-DH1 Hải Phòng năm:2009-2010 2 BÀI TẬP LỚN NGUYÊN LÝ MÁY Trang : * Đề bài: Tính toán cơ cấu chính của động cơ đốt trong 1. Các
