Giáo trình Nguyên lý máy - Phần 1 - Vương Thành Tiên

54 trang hapham 180

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nguyên lý máy - Phần 1 - Vương Thành Tiên", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_nguyen_ly_may_phan_1_vuong_thanh_tien.pdf

Nội dung text: Giáo trình Nguyên lý máy - Phần 1 - Vương Thành Tiên

Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ MÁY PHẦN 1 – BÀI GIẢNG VƯƠNG THÀNH TIÊN - TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG Tp. HCM 2012 Giáo trình Nguyên Lý Máy 0
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ MỤC LỤC Chương mở đầu: Giới thiệu môn học 3 1. VN TRÍ MÔN HỌC 3 2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨUU 3 3. NỘI DUNG MÔN HỌC 4 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUU 4 5. GIỚI THIỆU TÀI LIỆUU 4 Phần I: CẤU TẠO và ĐỘNG HỌC CƠ CẤU U 5 Chương 1: Cấu tạo và phân loại cơ cấu 5 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5 2. BẬC TỰ DO CƠ CẤU U 9 3. PHÂN TÍCH CẤU TẠO CƠ CẤU THANH PHẲNG 12 4. THAY THẾ KHỚP CAO bằng KHỚP THẤP 15 Chương 2: Phân tích động học 16 1. NỘI DUNG và Ý NGHĨA của NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC 16 2. BÀI TOÁN XÁC ĐNNH VN TRÍ CỦA CƠ CẤU U 16 3. XÁC ĐNNH VẬN TỐC, GIA TỐC (bằng phương pháp vẽ) 17 4. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 22 5. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THN 22 6.GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HOẠ ĐỒ PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU LOẠI 3 22 Phần II: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU U 23 Chương 3: Phân tích lực cơ cấu 23 1. ĐẠI CƯƠNG 23 2. LỰC QUÁN TÍNH 23 3. ÁP LỰC Ở CÁC KHỚP ĐỘNG 24 4. XÁC ĐNNH LỰC TRÊN KHÂU DẪN 25 Chương 4: Ma sát trong khớp động 27 1. GIỚI THIỆUU 27 2. MA SÁT TRONG KHỚP TNNH TIẾN 29 3. MA SÁT TRONG KHỚP QUAY 30 4. MA SÁT LĂN TRONG KHỚP LOẠI 4 30 5. MA SÁT ƯỚT 31 6. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 33 Chương 5: Động lực học máy 37 Chương 6: Các chỉ tiêu chất lượng của máy 38 1. LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY. 38 2. ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỘNG MÁY 42 3. CÂN BẰNG MÁY 45 4. HIỆU SUẤT 50 Phần III. CÁC CƠ CẤUU 54 Chương 7: Cơ cấu nhiều thanh 54 1. ĐẠI CƯƠNG 54 2. CÁC BIẾN THỂ TRONG CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ 54 3. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH 56 4. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THỂ THƯỜNG GẶP 59 5. GÓC ÁP LỰC 61 6. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH 61 Chương 8: Cơ cấu cam 64 Giáo trình Nguyên Lý Máy 1
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 1. ĐẠI CƯƠNG 64 2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU CAM 65 3. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CAM. 67 4. PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CAM 72 5. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM 73 6. TỔNG HỢP CƠ CẤU CAM 73 7. BẢO TOÀN KHỚP CAO TRONG CƠ CẤU CAM 73 Chương 9: Cơ cấu bánh răng 74 I. CƠ CẤU BÁNH RĂNG PHẲNG 74 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 74 2. CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG THÂN KHAI TIÊU CHUẨN 76 3. ĐƯỜNG ĂN KHỚP – CUNG ĂN KHỚP – HỆ SỐ TRÙNG KHỚP 77 4. SỰ TRƯỢT CỦA CÁC RĂNG 79 5. NHỮNG PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN CHẾ TẠO BÁNH RĂNG THÂN KHAI 80 6. BÁNH RĂNG TRỤ TRÒN RĂNG NGHIÊNG 82 II. CƠ CẤU BÁNH RĂNG KHÔNG GIAN 85 1. CẶP BÁNH RĂNG TRỤ CHÉO 85 2. CƠ CẤU TRỤC VÍT – BÁNH VÍT 86 3. BÁNH RĂNG NÓN 88 III. HỆ BÁNH RĂNG 92 1. ĐẠI CƯƠNG 92 2. HỆ BÁNH RĂNG THƯỜNG 93 3. HỆ BÁNH RĂNG VI SAI 94 4. VÍ DỤ VỀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA HỆ BÁNH RĂNG 97 Chương 10: Một số cơ cấu khác 102 1. CƠ CẤU CÁC–ĐĂNG (Cardan, Universal Joint) 102 2. CƠ CẤU MAN (Malte, Geneva Mechanism) 103 3. CƠ CẤU BÁNH CÓC (Ratchet Mechanism) 104 Phụ lục 106 Tài liệu tham khảo 106 Giáo trình Nguyên Lý Máy 2
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Chương mở đầu: Giới thiệu môn học 1. VỊ TRÍ MÔN HỌC Nguyeân lyù maùy laø moân hoïc thuoäc nhoùm kyõ thuaät cô sôû, laø moät maéc xích quan troïng lieân keát giöõa caùc moân khoa hoïc cô baûn vaø kyõ thuaät chuyeân ngaønh. Moân hoïc naøy cung caáp nhöõng kieán thöùc cô baûn veà maùy, töø ñoù coù theå vaän duïng ñeå nghieân cöùu caùc moân hoïc khaùc nhö: chi tieát maùy, maùy caét kim loaïi, maùy noâng nghieäp, maùy cheá bieán Nguyeân lyù maùy ñoùng vai troø raát quan troïng khi thieát keá caùc sô ñoà ñoäng cuûa maùy khi thieát keá moät cô caáu hay moät maùy môùi (sô ñoà caáu taïo, ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc). 2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa moân hoïc laø maùy vaø cô caáu - Cô caáu: laø taäp hôïp caùc vaät theå coù chuyeån ñoäng xaùc ñònh laøm nhieäm vuï truyeàn hay bieán ñoåi chuyeån ñoäng. - Maùy: laø taäp hôïp nhöõng cô caáu coù nhieäm vuï bieán ñoåi hoaëc söû duïng naêng löôïng ñeå taïo ra coâng coù ích. Nhö vaäy maùy cuõng bao goàm caùc vaät theå chuyeån ñoäng nhöng coù nhieäm vuï cao hôn cô caáu laø bieán ñoåi hoaëc söû duïng naêng löôïng taïo ra coâng coù ích. Theo coâng duïng maùy ñöôïc chia thaønh 2 loaïi - Maùy bieán ñoåi naêng löôïng: goàm maùy bieán ñoåi töø cô naêng thaønh naêng löôïng khaùc nhö maùy neùn khí, maùy phaùt ñieän ; maùy bieán ñoåi töø naêng löôïng khaùc thaønh cô naêng (thöôøng ñöôïc goïi laø ñoäng cô) nhö ñoäng cô ñieän, ñoäng cô ñoát trong, tuabin thuỷ lực - Maùy coâng taùc laø nhöõng maùy söû duïng cô naêng ñeå laøm thay ñoåi traïng thaùi, tính chaát, hình daïng, kích thöôùc, vò trí cuûa caùc vaät theå. Ví duï nhö maùy caét goït kim loaïi, maùy noâng nghieäp, maùy vaän chuyeån Theo phương pháp điều khiển, máy được chia thành: máy điều khiển bằng tay, máy bán tự động và máy tự động. Trong máy tự động, tất cả các nguyên công đều được thực hiện theo chương trình định sẳn, nhờ sử dụng các thiết bị điện tử, điện – khí nén, điện – thuỷ lực, ví dụ: máy cắt kim loại điều khiển theo chương trình số CNC (Computerized Numerical Control), các máy sản xuất được điều khiển theo chương trình lô-gic PLC (Programed Logic Control), Veà maët chöùc naêng, coù theå coi maùy laø moät heä thoáng bao goàm caùc boä phaän chöùc naêng quan heä chaët cheõ theo sô ñoà sau: Nguoàn ñoäng Boä truyeàn vaø bieán Boä chaáp Ñoái töôïng löïc ñoåi trung gian haønh gia coâng Boä ñieàu khieån Hình 0-1: Sơ đồ cấu tạo máy Giáo trình Nguyên Lý Máy 3
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Các loại cơ cấu chủ yếu dùng trong ngành cơ khí: + Cơ cấu nhiều thanh. + Cơ cấu cam. + Cơ cấu bánh răng (truyền động bánh răng). + Cơ cấu bánh ma sát. + Cơ cấu dẽo: truyền động đai, truyền động xích + Và một số cơ cấu chuyên dùng khác như: Cơ cấu Malte, cơ cấu Các-đăng, cơ cấu bánh cóc, 3. NỘI DUNG MÔN HỌC Noäi dung cuûa moân hoïc naøy laø nghieân cöùu nguyeân lyù caáu taïo, ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô caáu vaø maùy, nhaèm giaûi quyeát hai baøi toaùn : - Phaân tích nguyeân lyù caáu taïo, ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô caáu vaø maùy ñaõ cho tröôùc. - Toång hôïp (hay thieát keá) cô caáu thoûa maõn nhöõng ñieàu kieän ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc ñaõ cho. Nghiên cứu về cấu tạo, động học cơ cấu là nghiên cứu về nguyên lý cấu tạo của các cơ cấu, nghiên cứu chuyển động của các phần tử của cơ cấu xét về mặt hình học (không chú ý đến các lực gây ra chuyển động), nghiên cứu đến các phương pháp thiết kế các cơ cấu theo các thông số động học đã cho. Nghiên cứu về động lực học cơ cấu và máy là nghiên cứu các phương pháp xác định chuyển động của các khâu, cơ cấu dưới tác dụng của các lực bên ngoài. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để giải quyết các bài toán trên, trong Nguyên lý máy dùng hai phương pháp sau: a) Phương pháp giải tích: phương pháp này được xây dựng dựa trên cơ sở áp dụng các phương pháp toán học vào việc nghiên cứu. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép đạt độ chính xác cao, các thông số khác nhau được biểu thị bằng các biểu thức giải tích. Vì thế có thể dễ dàng nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số này đối với các thông số khác. Nhưng nó đòi hỏi những kiến thức nhất định về hình học giải tích, giải tích tenxơ ma trận, giải tích vectơ, hàm biến phức, phương trình vi phân, tích phân b) Phương pháp vẽ (gồm phương pháp đồ thị và phương pháp hoạ đồ vectơ) nói chung thuận tiện vì nó cho phép giải bài toán một cách nhanh gọn mà vẫn đạt được độ chính xác cần thiết trong kỹ thuật. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, quan hệ giữa các bài tính Nguyên lý máy được cho dưới dạng các đồ thị vì thế dùng phương pháp vẽ hoạ đồ vectơ và phương pháp đồ thị sẽ thuận tiện hơn. 5. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU Tài liệu chính: + Bài giảng Nguyên lý máy. + Bài tập Nguyên lý máy – Tạ Ngọc Hải – NXB KH & KT – 2003. Giáo trình Nguyên Lý Máy 4
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Phần I: CẤU TẠO và ĐỘNG HỌC CƠ CẤU Chương 1: Cấu tạo và phân loại cơ cấu 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Cô caáu - Ñònh nghóa: Cô caáu laø nhöõng thaønh phaàn cô baûn cuûa maùy coù chuyeån ñoäng xaùc ñònh. Ñoù laø nhöõng heä thoáng cô hoïc duøng ñeå bieán ñoåi chuyeån ñoäng cuûa 1 hay 1 soá vaät theå thaønh chuyeån ñoäng caàn thieát cuûa caùc vaät theå khaùc. - Nhieäm vuï cuaû cô caáu laø thöïc hieän caùc quaù trình kyõ thuaät nhôø chuyeån ñoäng cuûa caùc phaàn töû cuûa noù - Caùc phaàn töû cuaû cô caáu: caùc khaâu vaø khôùp ñoäng. 1.2. Tieát maùy Moät boä phaän khoâng theå thaùo rôøi nhoû hôn ñöôïc nöõa cuûa cô caáu hay cuûa maùy ñöôïc goïi laø chi tieát maùy, goïi taét laø tieát maùy. Ví duï: bu loâng, ñai oác, truïc, baùnh raêng 1.3. Khaâu Moät hay moät soá tieát maùy lieân keát cöùng vôùi nhau taïo thaønh moät boä phaän coù chuyeån ñoäng töông ñoái so vôùi boä phaän khaùc trong cô caáu hay maùy ñöôïc goïi laø khaâu. baïc thaân bulong ñai oác ñeäm naép baïc Hình 1-1. Thanh truyeàn. Ví duï thanh truyeàn (H.1-1) bao goàm nhieàu tieát maùy noái cöùng vôùi nhau, taát caû caùc tieát maùy khoâng coù chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi nhau khi thanh truyeàn chuyeån ñoäng. Thanh truyeàn ñöôïc coi laø 1 khaâu. Moân hoïc nguyeân lyù maùy chæ xeùt ñeán khaâu vaø coi khaâu nhö laø thaønh phaàn cô baûn trong cô caáu vaø maùy, ñoàng thôøi khaâu ñöôïc xem nhö laø vaät raén tuyeät ñoái. Giáo trình Nguyên Lý Máy 5
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Teân goïi: khaâu daãn, khaâu bò daãn vaø giaù (khaâu coá ñònh). 1.4. Khôùp Moái noái ñoäng giöõa hai khaâu lieàn nhau ñeå haïn cheá moät phaàn chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa chuùng ñöôïc goïi laø khôùp ñoäng (goïi taét laø khôùp). Toaøn boä choã tieáp xuùc giöõa hai khaâu trong khôùp ñoäng ñöôïc goïi laø thaønh phaàn khôùp ñoäng. Thoâng soá xaùc ñònh vò trí töông ñoái giöõa caùc thaønh phaàn khôùp ñoäng treân cuøng moät khaâu gọi là kích thước động, nó aûnh höôûng ñeán caùc thoâng soá ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc cô caáu. Khôùp ñoäng ñöôïc phaân loaïi theo nhieàu caùch : a. Phaân loaïi theo soá bậc tự do bị hạn chế (hay số raøng buoäc) Neáu ñeå rôøi 2 khaâu trong khoâng gian, seõ coù 6 khaû naêng chuyeån ñoäng töông ñoái ñoäc laäp vôùi nhau bao goàm: 3 khaû naêng chuyeån ñoäng tònh tieán theo 3 truïc; kyù hieäu Tx, Ty, Tz vaø 3 chuyeån ñoäng quay quanh 3 truïc; kyù hieäu Qx, Qy, Qx (H.1-2). Moãi khaû naêng chuyeån ñoäng nhö vaäy ñöôïc goïi laø moät baäc töï do. Noùi caùch khaùc, hai khaâu ñeå rôøi trong khoâng gian coù 6 baäc töï do töông ñoái vôùi nhau. Hình 1-2: Các bậc tự do Neáu cho hai khaâu tieáp xuùc vôùi nhau, taïo thaønh khôùp ñoäng thì giöõa chuùng xuaát hieän nhöõng raøng buoäc veà maët hình hoïc haïn cheá bôùt baäc töï do töông ñoái cuûa nhau. Nhö vaäy khôùp laøm giaûm ñi soá baäc töï do cuûa khaâu. Soá baäc töï do bò khôùp haïn cheá bôùt ñöôïc goïi laø soá raøng buoäc. Khôùp coù k raøng buoäc ñöôïc goïi laø khôùp loaïi k (0 < k < 6; baûng 1). Ví duï: khôùp raøng buoäc 1 baäc töï do giöõa 2 khaâu, soá baäc töï coøn laïi laø 5, khôùp ñöôïc goïi laø khôùp loaïi 1. Chú ý: Trong mặt phẳng chỉ có khớp loại 4 và khớp loại 5. b. Phaân loaïi theo tính chaát tieáp xuùc - Khôùp loaïi cao: khi caùc phaàn töû khôùp ñoäng laø ñöôøng hay ñieåm. Ví duï khôùp baùnh ma saùt, baùnh raêng, cô caáu cam - Khôùp loaïi thaáp: khi caùc phaàn töû khôùp ñoäng laø caùc maët. Ví duï khôùp quay (baûn leà), khôùp tònh tieán, khôùp caàu c. Phaân loaïi theo tính chaát cuûa chuyeån ñoäng töông ñoái giữa caùc khaâu: khôùp tònh tieán, khôùp quay, khôùp phaúng vaø khôùp khoâng gian. Khớp phẳng dùng để nối động các khâu trong cùng một mặt phẳng hay trên những mặt phẳng song song nhau, khớp không gian nối động các khâu nằm trên những mặt phẳng không song song nhau. Giáo trình Nguyên Lý Máy 6
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Baûng 1. Caùc loaïi khôùp ñoäng Khôùp ñoäng Teân goïi Löôïc ñoà Soá raøng Baäc töï do Loaïi khôùp buoäc coøn laïi z Quaû caàu - maët 1 5 1 phaúng 0 y x z Khoái truï - Maët 2 4 2 phaúng 0 y x z Khoái hoäp - maët 3 3 3 phaúng 0 y x Khôùp caàu 3 3 3 0 y x z Khôùp caàu coù 4 2 4 choát 0 y x Khôùp truï 4 2 4 z 0 y x z Khôùp tònh tieán 5 1 5 y x 5 1 5 y Khôùp quay Khôùp vít 5 1 5 y Giáo trình Nguyên Lý Máy 7
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 1.5. Löôïc ñoà ñoäng a. Löôïc ñoà cuûa khaâu Ñeå thuaän tieän trong quaù trình giaûi quyeát baøi toaùn nguyeân lyù maùy, caùc khaâu ñöôïc bieåu dieãn baèng caùc sô ñoà ñôn giaûn goïi laø löôïc ñoà cuûa khaâu. Löôïc ñoà khaâu phaûi theå hieän ñaày ñuû thaønh phaàn khôùp ñoäng vaø caùc kích thöôùc aûnh ñoäng thöôùc kích höôûng ñeán tính chaát ñoäng hoïc cuûa cô caáu. Kích thöôùc naøy ñöôïc goïi laø kích thöôùc ñoäng. Thoâng thöôøng, kích thöôùc ñoäng laø kích thöôùc giöõa taâm caùc thaønh phaàn khôùp ñoäng löôïc ñoà treân khaâu. Ví dụ: b. Löôïc ñoà ñoäng cuûa khôùp Hình 1-3: Lược đồ động Cuõng nhö khaâu, ñeå thuaän tieän trong quaù trình nghieân cöùu cô caáu vaø maùy, caùc khôùp ñoäng ñöôïc bieåu dieãn baèng caùc hình veõ qui öôùc goïi laø löôïc ñoà ñoäng cuûa khôùp (goïi taét laø löôïc ñoà). Caùc loaïi khôùp ñoäng vaø löôïc ñoà trình baøy trong baûng 1. 1.6. Chuoãi ñoäng vaø cô caáu a. Chuoãi ñoäng Chuoãi ñoäng laø taäp hôïp caùc khaâu lieân keát vôùi nhau baèng caùc khôùp ñoäng trong 1 heä thoáng. Chuoãi ñoäng coù theå ñöôïc chia thaønh chuoãi ñoäng phaúng, chuoãi ñoäng khoâng gian; ñoàng thôøi laø chuoãi ñoäng kín hoaëc chuoãi ñoäng hôû. - Chuoãi ñoäng phaúng laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu chuyeån ñoäng trong moät maët phaúng hoaëc nhieàu maët phaúng song song vôùi nhau. - Chuoãi ñoäng khoâng gian laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu chuyeån ñoäng trong nhöõng maët phaúng khoâng song song vôùi nhau. Hình 1-4. Chuỗi động phẳng Hình 1-5. Chuỗi động không gian - Chuoãi ñoäng kín laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu taïo thaønh moät hay nhieàu chu vi kheùp kín, muoán theá moãi khaâu phaûi tham gia ít nhaát 2 khôùp ñoäng. - Chuoãi ñoäng hôû: laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu khoâng taïo thaønh chu vi kheùp kín, nhö vaäy trong chuoãi ñoäng coù nhöõng khaâu chæ tham gia 1 khôùp ñoäng. Giáo trình Nguyên Lý Máy 8
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Hình 1-6. Chuoãi ñoäng kín Hình 1-7. Chuoãi ñoäng hôû b. Cô caáu Cô caáu coù theå ñöôïc ñònh nghóa theo caùch khaùc: Cô caáu laø moät chuoãi ñoäng kín coù moät khaâu coá ñònh vaø chuyeån ñoäng theo qui luaät xaùc ñònh. Khâu coá ñònh ñöôïc goïi laø giaù (trong löôïc ñoà, giaù ñöôïc kyù hieäu daáu gaïch gaïch chöùng toû khoâng chuyeån ñoäng) Theo tính chaát cuûa chuoãi, cô caáu cuõng ñöôïc chia thaønh cô caáu phaúng vaø cô caáu khoâng gian. 2. BẬC TỰ DO CƠ CẤU 2.1. Ñònh nghóa Baäc töï do cuûa cô caáu laø soá thoâng soá ñoäc laäp caàn thieát ñeå xaùc ñònh vò trí cuûa cô caáu. Ñoàng thôøi baäc töï do cuõng chính laø soá khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäc laäp cuûa cô caáu ñoù. 2.2. Coâng thöùc tính baäc töï do cuûa cô caáu Baäc töï do theå hieän cho khaû naêng chuyeån ñoäng cuûa cô caáu, noù phuï thuoäc vaøo soá khaâu, khôùp vaø loaïi khôùp. Goïi W0 laø soá baäc töï do töông ñoái cuûa taát caû caùc khaâu trong cô caáu ñeå rôøi so vôùi giaù, goïi R laø toång soá raøng buoäc trong cô caáu, thì baäc töï do W cuûa cô caáu ñöôïc tính W = W0 - R (1-1) - Xaùc ñònh W0: tröôøng hôïp toång quaùt, moät khaâu ñeå rôøi trong khoâng gian coù 6 baäc töï do töông ñoái so vôùi giaù, neân neáu cô caáu coù n khaâu thì soá baäc töï do töông ñoái seõ laø W0 = 6n (1-2) - Xaùc ñònh R: Moãi khôùp ñoäng seõ haïn cheá moät soá baäc töï do baèng ñuùng soá raøng buoäc cuûa khôùp ñoù. Neáu goïi pi laø soá khôùp loaïi i trong cô caáu thì toång soá raøng buoäc seõ laø 5 R =∑ p.i i = 5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1 (1-3) i= 1 Thay (1-2) vaø 1-3) vaøo (1-1) ta coù : W = 6n – (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1) (1-4) * Ñoái vôùi cô caáu phaúng - Moät khaâu coù nhieàu nhaát 3 baäc töï do so vôùi giaù. Neân toång soá baäc töï do cuûa n khaâu seõ laø W0 = 3n Giáo trình Nguyên Lý Máy 9
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ - Moät khôùp coù nhieàu nhaát laø 2 raøng buoäc, noùi caùch khaùc cô caáu phaúng chæ chöùa khôùp loaïi 4 vaø loaïi 5. Moãi khôùp loaïi 4 trong cô caáu phaúng chæ coù theâm 1 raøng buoäc neân soá raøng buoäc cuûa p4 khôùp loaïi 4 laø 1xp4. Moãi khôùp loaïi 5 trong maët phaúng coù theâm 2 raøng buoäc neân soá raøng buoäc cuûa p5 khôùp loaïi 5 laø 2xp5. Neân toång soá raøng buoäc trong cô caáu phaúng R = 2p5 + p4 Î W = 3n - (2p5 + p4) (1-5) 2.3. Raøng buoäc tröïc tieáp - Raøng buoäc giaùn tieáp Raøng buoäc giöõa hai khaâu do khôùp noái tröïc tieáp giöõa chuùng goïi laø raøng buoäc tröïc tieáp. Söï raøng buoäc giöõa hai khaâu khoâng phaûi do taùc duïng tröïc tieáp cuûa khôùp noái hai khaâu ñoù goïi laø raøng buoäc giaùn tieáp. Xeùt ví duï treân H.1-8 a) b) Hình 1-8. Cô caáu coù raøng buoäc giaùn tieáp Sự raøng buoäc giöõa khaâu 1 vaø 2, giöõa 2 vaø 3, giöõa 1 vaø 4 treân H.1-8a laø raøng buoäc tröïc tieáp. Khaâu 3 vaø khaâu 4 chöa noái vôùi nhau nhöng do taùc duïng cuûa caùc khôùp A, B, C neân khaâu 3 ñaõ xuaát hieän 3 raøng buoäc: Qx , Qy vaø Tz ñöôïc goïi laø raøng buoäc giaùn tieáp. Neáu noái khaâu 3 vôùi khaâu 4 baèng khôùp D (H.1-8b), khôùp D coù 5 raøng buoäc tröïc tieáp: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy. Tuy nhieân trong ñoù coù 3 raøng buoäc Qx, Qy, Tz ñaõ coù khi chöa xuaát hieän khôùp D. Ba raøng buoäc naøy ñöôïc goïi laø raøng buoäc truøng. Chuù yù: raøng buoäc truøng chæ xuaát hieän ôû khôùp noái caùc khaâu ñaõ coù raøng buoäc giaùn tieáp töùc laø chæ coù ôû khôùp kheùp kín cuûa chuoãi ñoäng. Noùi caùch khaùc, raøng buoäc truøng chæ coù ôû chuoãi ñoäng kín. Khi cơ cấu tồn tại ràng buộc gián tiếp thì số ràng buộc của cơ cấu được tính 5 R = ∑ p.i i - R0 (1-6) i= 1 2.4. Raøng buoäc thöøa - Baäc töï do thöøa - Raøng buoäc thöøa laø nhöõng raøng buoäc xuaát hieän trong cô caáu maø neáu boû chuùng ñi thì qui luaät chuyeån ñoäng cuûa cô caáu khoâng thay ñoåi. Xeùt cô caáu treân H.1-9. Hình 1-9. Cô caáu coù raøng buoäc thöøa Giáo trình Nguyên Lý Máy 10
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Neáu boû ñi moät trong 3 khaâu 1, 2, 3 vaø khôùp keøm theo thì chuyeån ñoäng cuûa cô caáu khoâng thay ñoåi. Nghóa laø veà phöông dieän chuyeån ñoäng thì vieäc theâm khaâu 2 hoaëc 3 laø thöøa. Vieäc theâm khaâu khaâu 2 hoaëc 3 laøm cho baäc töï do taêng leân: 3n - 2p5 = 3x1 - 2x2 = -1 Noùi caùch khaùc laø taêng theâm 1 raøng buoäc. Raøng buoäc naøy chính laø raøng buoäc thöøa. Nhö vaäy khi tính soá raøng buoâc cuûa cô caáu chuùng ta khoâng tính ñeán raøng buoäc thöøa. Neáu goïi soá raøng buoäc thöøa laø r, thì soá raøng buoäc cuûa cô caáu laø 5 R =∑ p.i i - R0 - r (1-7) i= 1 - Baäc töï do thöøa laø nhöõng baäc töï do cuûa caùc khaâu trong cô caáu maø neáu boû chuùng ñi thì qui luaät chuyeån ñoäng cuûa cô caáu khoâng thay ñoåi. Xeùt cô caáu cam treân H.1-10 Hình 1-10. Cô caáu coù baäc töï do thöøa Chuyeån ñoäng cuûa con laên 2 khoâng aûnh höôûng ñeán chuyeån ñoäng cuûa cô caáu. Baäc töï do naøy (con laên 2 quay) goïi laø baäc töï do thöøa. Khi tính baäc töï do cuûa cô caáu khoâng tính ñeán baäc töï do thöøa naøy. Goïi s laø baäc töï do thöøa thì coâng thöùc tính baäc töï do cuûa cô caáu W = W0 - R - s 2.5. Coâng thöùc toång quaùt - Cô caáu khoâng gian : W = 6n - (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 + 1p1 - R0 - r) - s (1-8) - Cô caáu phaúng W = 3n - (2p5 + p4 - r) - s (1-9) 2.6. YÙ nghóa cuûa baäc töï do, khaâu daãn vaø khaâu bò daãn Ñeå thaáy roõ yù nghóa baäc töï do, so saùnh 2 cô caáu treân H.1-11 β ϕ ϕ a) b) Hình 1-11. Baäc töï do cuûa cô caáu 4 vaø 5 khaâu Giáo trình Nguyên Lý Máy 11
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Cô caáu 4 khaâu treân H.1-11a coù 1 baäc töï do neân chæ caàn 1 thoâng soá ñoäc laäp (goùc ϕ) thì vò trí cô caáu hoaøn toaøn xaùc ñònh, ñoàng thôøi cô caáu chæ coù 1 khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäc laäp, giaû söû laø chuyeån ñoäng cuûa khaâu 1 quay quanh A, neáu döøng chuyeån ñoäng naøy thì cô caáu cuõng seõ döøng laïi, khoâng coøn chuyeån ñoäng naøo nöõa. Neáu cho tröôùc qui luaät chuyeån ñoäng cuûa ϕ theo thôøi gian, thì qui luaät chuyeån ñoäng cuûa cô caáu hoaøn toaøn xaùc ñònh. Coù nghóa laø neáu bieát tröôùc qui luaät chuyeån ñoäng cuûa moät khaâu baát kyø thì qui luaät cuûa toaøn cô caáu hoaøn toaøn xaùc ñònh. Vôùi cô caáu 5 khaâu treân H.1-11b coù 2 baäc töï do neân neáu chæ bieát moät thoâng soá ñoäc laäp (giaû söû ϕ) thì chöa ñuû ñeå xaùc ñònh vò trí cuûa toaøn boä cô caáu. Muốn xaùc ñònh hoaøn toaøn vò trí cô caáu caàn phaûi bieát theâm moät thoâng soá ñoäc laäp nöõa (giaû söû laø β). Ñoàng thôøi, veà chuyeån ñoäng, cô caáu naøy coù hai khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäng laäp neân neáu chæ döøng moät chuyeån ñoäng (giaû söû döøng khaâu 1) thì cô caáu 4 khaâu coøn laïi (BCDE) vaãn chuyeån ñoäng ñöôïc. Neáu döøng theâm moät chuyeån ñoäng nöõa (giaû söû döøng khaâu 4) thì cô caáu môùi coá ñònh. Caàn phaûi bieát tröôùc 2 qui luaät chuyeån ñoäng (giaû söû cuûa ϕ vaø β) thì qui luaät chuyeån ñoäng cuûa cô caáu hoaøn toaøn xaùc ñònh. Qua phaân tích hai cô caáu chuùng ta thaáy: ñeå cô caáu chuyeån ñoäng xaùc ñònh, soá qui luaät chuyeån ñoäng ñoäc laäp caàn bieát tröôùc phaûi baèng soá baäc töï do cuûa cô caáu. Khaâu coù qui luaät chuyeån ñoäng bieát tröôùc ñöôïc goïi laø khaâu daãn. Caùc khaâu ñoäng coøn laïi ñöôïc goïi laø khaâu bò daãn. Thoâng thöôøng khaâu daãn laø khaâu noái vôùi giaù baèng moät khôùp quay loaïi 5; moãi khaâu daãn chæ öùng vôùi moät qui luaät chuyeån ñoäng cho tröôùc. Vì vaäy, ñeå cô caáu coù chuyeån ñoäng xaùc ñònh, soá khaâu daãn phaûi baèng soá baäc töï do. 3. PHÂN TÍCH CẤU TẠO CƠ CẤU THANH PHẲNG 3.1. Nhoùm tónh ñònh (Át-xua) Phaân tích caáu taïo cuûa cô caáu ta seõ tìm ñöôïc nhöõng ñaëc ñieåm caáu taïo laøm cô sở xaùc ñònh phöông phaùp vaø trình töï nghieân cöùu cô caáu. Theo phöông phaùp phaân tích caáu taïo cô caáu cuûa AÙt-xua: neáu moät cô caáu coù W baäc töï do thì bao goàm W khaâu daãn vaø nhöõng nhoùm coù baäc töï do baèng khoâng. Noùi caùch khaùc, caùc khaâu trong moät cô caáu ñöôïc chia laøm 2 loaïi: - Loaïi thöù nhaát laø khaâu daãn coù qui luaät chuyeån ñoäng bieát tröôùc, số khâu loại này bằng số bậc tự do của cơ cấu. - Loaïi thöù hai laø caùc khaâu bò daãn taäp hôïp thaønh nhöõng nhoùm tónh ñònh coù baäc töï do baèng khoâng, coøn goïi laø nhoùm AÙt-xua. Xeùt cô caáu phaúng chæ chöùa toaøn nhöõng khôùp thaáp goàm n khaâu vaø p5 khôùp loaïi 5, moät nhoùm AÙt-xua phaûi thoûa maõn ñieàu kieän cuûa nhoùm: Wnhoùm = 3n - 2p5 = 0 Vì soá khaâu vaø khôùp phaûi laø soá nguyeân neân caùc nhoùm ñöôïc phaân loaïi nhö sau n = 2 Î p5 = 3 Î nhoùm 2 khaâu 3 khôùp n = 4 Î p5 = 6 Î nhoùm 4 khaâu 6 khôùp n = 6 Î p5 = 9 Î nhoùm 6 khaâu 9 khôùp Giáo trình Nguyên Lý Máy 12
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ * Qui öôùc : Nhoùm 2 khaâu 3 khôùp goïi laø nhoùm loaïi 2 (H.1-12a, b, c, d, e) Nhoùm 4 khaâu 6 khôùp goïi laø nhoùm loaïi 3 (H.1-12f, g) Nhoùm 6 khaâu 9 khôùp goïi laø nhoùm loaïi 4 (H.1-12h) a) b) c) d) e) f) g) h) Hình 1-12: Nhóm Át-xua 3.2. Nguyeân taéc taùch nhoùm - Khi taùch nhoùm phaûi bieát tröôùc khaâu daãn. Khaâu daãn vaø giaù khoâng thuoäc caùc nhoùm. - Soá khaâu vaø khôùp phaûi thoaû maõn ñieàu kieän baäc töï do cuûa nhoùm. Khôùp bò taùch thì xem laø ôû nhoùm vöøa taùch. - Sau khi taùch nhoùm ra khoûi cô caáu, phaàn coøn laïi phaûi laø cô caáu hoaøn chænh hoaëc laø coøn laïi khaâu daãn noái vôùi giaù. Nhö vaäy, vieäc taùch nhoùm phaûi tieán haønh töø xa khaâu daãn ñeán gaàn khaâu daãn. - Phaûi taùch nhoùm ñôn giaûn tröôùc, neáu khoâng ñöôïc thì môùi taùch nhoùm phöùc taïp hôn (loaïi cao hôn). 3.3. Xeáp loaïi cô caáu - Khaâu daãn goïi laø cô caáu loaïi 1 - Cô caáu chæ chöùa 1 nhoùm AÙt-xua thì loaïi cuûa cô caáu laø loaïi cuûa nhoùm AÙt-xua ñoù. - Cô caáu chöùa nhieàu nhoùm AÙt-xua thì loaïi cuûa cô caáu laø loaïi cuûa nhoùm AÙt-xua coù loaïi cao nhaát. * Caùc ví duï: - Cô caáu 4 khaâu baûn leà treân H.1-11a: bao goàm giaù, moät khaâu daãn 1 vaø moät nhoùm AÙt- xua 2 khaâu 3 khôùp. Cô caáu thuoäc loaïi 2. Giáo trình Nguyên Lý Máy 13
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ a) b) - Cô caáu 5 khaâu treân H.1-11b: bao goàm moät giaù, 2 khaâu daãn (1 vaø 4) vaø moät nhoùm AÙt-xua 2 khaâu 3 khôùp. Cô caáu thuoäc loaïi 2. - Cô caáu bơm oxy treân H.1-13: bao goàm moät giaù, 1 khaâu daãn (1) vaø moät nhoùm AÙt- xua 4 khaâu 6 khôùp. Cô caáu thuoäc loaïi 3. Hình 1-13: Cô caáu coù nhoùm loaïi 3 - Cô caáu máy bào ngang treân hình 1-14: bao goàm moät giaù, 1 khaâu daãn (1) vaø moät nhoùm AÙt-xua 4 khaâu 6 khôùp. Cô caáu thuoäc loaïi 3. Hình 1-14: Cô caáu coù nhoùm loaïi 3 - Cơ cấu máy nén trên hình 1-15a: Choïn khaâu 5 laøm khaâu daãn (H.1-15b) ta ñöôïc 1 nhóm Át-xua loaïi 3. Cô caáu loaïi 3 Choïn khaâu 1 laøm khaâu daãn (H.1-15c) ta ñöôïc 2 nhoùm Át-xua loaïi 2. Cô caáu loaïi 2 Giáo trình Nguyên Lý Máy 14
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 5 5 5 1 1 1 3 3 3 4 4 4 2 2 2 a) c) b) Hình 1-15: Cơ cấu máy nén 4. THAY THẾ KHỚP CAO bằng KHỚP THẤP (Tham khảo PL 1) Giáo trình Nguyên Lý Máy 15
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Chương 2: Phân tích động học 1. NỘI DUNG và Ý NGHĨA của NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC Phân tích động học cơ cấu là nghiên cứu chuyển động của cơ cấu khi cho trước cơ cấu và quy luật chuyển động của khâu dẫn. Cụ thể: cho trước lược đồ cơ cấu, quy luật chuyển động của khâu dẫn, cần phải: - Xaùc ñònh vò trí cuûa caùc khaâu vaø quyõ ñaïo của caùc ñieåm treân khaâu trong quá trình cơ cấu chuyển động. Đây là bài toán vị trí (chuyển vị). - Xaùc ñònh vaâïn toác của caùc ñieåm treân khaâu vaø vaän toác goùc các khâu tại từng vị trí và quy luật vận tốc các điểm trên khâu, vận tốc góc các khâu khi cơ cấu chuyển động. Đây là bài toán vận tốc. - Xaùc ñònh gia toác của caùc ñieåm treân khaâu, gia toác goùc các khâu tại từng vị trí và quy luật gia tốc các điểm trên khâu, gia tốc góc các khâu khi cơ cấu chuyển động. Đây là bài toán gia tốc. Khi nghiên cứu động học cơ cấu ta không để ý đến nguyên nhân của chuyển động và thường giả thiết khâu dẫn chuyển động đều. Phaân tích ñoäng hoïc mang nhieàu yù nghóa trong vieäc thieát keá maùy, ví duï : xaùc ñònh vò trí, quó tích ñeå phoái hôïp chuyeån ñoäng cuûa caùc boä phaän maùy, thieát keá voû maùy, caùc boä phaän che chaén, boá trí khoâng gian laép ñaët maùy, ; xaùc ñònh vaän toác laø cô sôû ñeå xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng ñoäng löïc hoïc nhö ñoäng naêng, coâng suaát, ñeå tính toaùn naêng löôïng, laøm ñeàu chuyeån ñoäng cuûa maùy ; xaùc ñònh gia toác ñeå tính löïc quaùn tính, töø ñoù giaûi baøi toaùn aùp löïc khôùp ñoäng Phương pháp nghiên cứu động học: có thể dùng phương pháp giải tích, phương pháp đồ thị hay phương pháp vẽ (họa đồ vectơ). Trong môn học, chủ yếu giới thiệu phương pháp vẽ. 2. BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA CƠ CẤU Xác định vị trí cơ cấu là vẽ lược đồ động của nó với những vị trí khác nhau của khâu dẫn với một tỉ lệ xích nhất định. Số liệu cho trước: + Lược đồ động của cơ cấu. + Khâu dẫn. Yêu cầu: + Xác định quy luật chuyển vị của các khâu bị dẫn theo góc quay ϕ của khâu dẫn: - Quy luật chuyển vị s = s(ϕ) nếu khâu bị dẫn chuyển động tịnh tiến. - Quy luật chuyển vị ψ = ψ(ϕ) nếu khâu bị dẫn chuyển động quay. + Quỹ đạo của một điểm bất kỳ trên cơ cấu. Tæ leä xích (TLX): Gọi Kl là tỉ lệ xích chiều dài: Chieàu daøi thöïc ()m Kl = . (2-1) Chieàu daøi ñoaïn bieåu dieãn ()mm Các giá trị nên chọn của TLX: Giáo trình Nguyên Lý Máy 16
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 1:1; 1:10; 1:100; 1:1000; 1:10.000 1:2; 1:20; 1:200; 1:2000; 1:20.000 1:5; 1:50; 1:500; 1:5000; 1:50.000 Ví duï Vẽ quỹ đạo của trung điểm M trên thanh truyền AB, đồ thị chuyển vị của con trượt B của cơ cấu tay quay – con trượt. Biết khâu dẫn là tay quay OA có chiều dài 1m, thanh truyền AB có chiều dài 2,5m (Hình 2-1). A3 A2 A4 M 0 A5 A1 2 B3 B1 B 5 B4 B A6 A8 A7 Hình 2-1: phương pháp vẽ - xác định vị trí cơ cấu + Chọn TLX Kl (m/mm) và vẽ quỹ đạo điểm A là đường tròn tâm O, bán kính OA = 1OA/Kl; sau đó vẽ quỹ đạo con trượt B là đường thẳng đi qua O và song song với phương trượt. + Chia vòng tròn quỹ đạo điểm A thành nhiều phần bằng nhau (giả sử 8 phần) được xác định bởi các điểm A1, A2, Ai, , A8, từ đó xác định vị trí tương ứng của điểm B là B1, B2, Bi, , B8 (với Bi là giao điểm của vòng tròn tâm Ai bán kính AB với phương trượt). + Trên A1B1, A2B2, , A8B8 xác định các điểm M1, M2, M8. Nối các điểm M1, M2, M8 bằng một đường cong liên tục ta có quỹ đạo của điểm M (H.2-1). + Cách xây dựng đồ thị chuyển vị s = s(t) hay s = s(ϕ) trong đó s là chuyển vị của con trượt B; t là thời gian; ϕ là góc quay của tay quay OA như sau: Gọi n là số vòng quay của tay quay OA trong 1 phút. Lấy x là đoạn thẳng trên trục hoành độ (trục thời gian t, hay trục góc quay ϕ) ứng với 1 vòng quay (1 chu kỳ) của tay quay, khi đó TLX góc quay ϕ (Kϕ), hay TLX thời gian t (Kt) sẽ là: 2π ()rad 60 ()s Kϕ = ; Kt = (2-2) x ()mm nx ()mm Chọn TLX chuyển vị Ks = Kl. Chọn vị trí cực biên bên trái làm góc tọa độ (B1), đoạn B1B2 là chuyển vị của con trượt B tương ứng với góc quay A1OA2, , đoạn B1B8 là chuyển vị của con trượt B tương ứng với góc quay A1OA8. Đồ thị chuyển vị được thể hiện ở hình 2-11. 3. XÁC ĐỊNH VẬN TỐC, GIA TỐC (bằng phương pháp vẽ) 3.1. Lý thuyết về đại số vectơ Nếu một vectơ A được biểu thị: ⎪⎧ABBB=1 + 2 + + n ⎨ ⎩⎪ACCC=1 + 2 + + n Sẽ được biểu diễn bằng cách vẽ một đa giác vectơ như trên hình 2-2. Giáo trình Nguyên Lý Máy 17
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ B2 Bn-1 B1 Bn A p n C1 C C2 Cn-1 Hình 2-2: đa giác véc tơ Từ hình vẽ ta thấy: + Các vectơ B1 , C1 và A cùng gốc. + Các vectơ Bn , C n và A cùng ngọn. + Các vectơ B1 , B2 , Bn nối tiếp nhau. Các vectơ C1 , C 2 , C n nối tiếp nhau. Nếu Bn và C n chưa biết độ lớn (đã biết phương) mà ta cần xác định vectơ A thì hệ phương trình 2 Nn trên sẽ giải được bằng hoạ đồ vectơ. 3.2. Lý thuyết động học a) Khaâu chuyeån ñoäng tònh tieán: Vaän toác cuûa taát caû caùc ñieåm treân khaâu baèng nhau vaø tieáp tuyeán vôùi quyõ ñaïo, caùc vectô gia toác coù cuøng moâ ñun vaø song song vôùi nhau. b) Khaâu quay quanh 1 truïc coá ñònh ñi qua O (H.2-3a) - Vaän toác: VAO = ω A .lOA + Ñoä lôùn: VAO = ω.lOA + Phöông vuoâng goùc vôùi OA, coù chieàu theo chieàu taùc duïng cuûa ω . n t - Gia toác: aAO = aAO + aAO 2 n 2 VA + Gia tốc pháp: a AO = ω .lAO = ; höôùng A → O lOA t + Gia tốc tiếp: a AO = ε .lAO; coù phöông vuoâng goùc vôùi OA, chieàu theo chieàu taùc duïng cuûa ε . B A 2 A 1 ω O ω A VA a) b) c) Hình 2-3: các dạng chuyển động của khâu (vật rắn) c) Khaâu coù chuyeån ñoäng song phaúng (H.2-3b) VB = VA + VBA Giáo trình Nguyên Lý Máy 18
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ n t aB = a A + aBA + aBA d) Truøng ñieåm A (H.2-3c) Goïi A1, A2 laø 2 ñieåm hieän ñang truøng thuoäc 2 khaâu 1 vaø 2. Coù 2 tröôøng hôïp xaûy ra. 9 Khaâu coù ñieåm A1 (khaâu 1) chuyeån ñoäng tònh tieán hoaëc coá ñònh. VA2 = VA1 + VAA2 1 r a A2 = aA1 + a AA2 1 (coù phöông tieáp tuyeán vôùi quó ñaïo chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa A2 vaø A1). 9 Khaâu 1 ñang quay quanh truïc 1 truïc coá ñònh hoaëc chuyeån ñoäng song phaúng vôùi vaän toác goùc ω1 . VA2 = VA1 + VAA2 1 r k a A2 = aA1 + a AA2 1 + a AA2 1 k Trong ñoù: Gia tốc Coriolix a AA2 1 = 2ω .VAA2 1 k + Ñoä lôùn: a AA2 1 = 2. ω .VA2A1. (xét trên cơ cấu phẳng) o + Phöông, chieàu chính laø phöông, chieàu cuûa VAA2 1 ñaõ quay 90 theo chieàu taùc duïng cuûa ω 1. 3.3. Họa ñoà vaän toác vaø gia toác cuûa cô caáu loaïi 2 Bài toán cho bieát: • Kích thöôùc cuûa caùc khaâu. • Vaän toác goùc cuûa khaâu daãn ω1 • Löôïc ñoà ñoäng cuûa cô caáu veõ vôùi TLX K1 (taïi 1 vò trí cho trước) a) Tröôøng hôïp cô caáu chæ toaøn laø khôùp quay (cô caáu 4 khaâu baûn leà). Trình töï veõ hoïa ñoà vaän toác: 9 Tính vaän toác ñieåm A cuûa tay quay: VA = ω1.lOA (m/s) 9 Choïn TLX ñeå veõ họa ñoà vaän toác Kv vận tốc thực (m/s) K = v chiều dài đoạn biểu diễn (mm) Chú ý: Ở những cơ cấu đơn giản và các vị trí đặc biệt có thể không cần sử dụng TLX. 9 Choïn ñieåm cöïc pv ñeå veõ họa ñoà vaän toác; veùctô pv a bieåu thò vaän toác ñieåm A laø: VA pv a = (mm) KV 9 Xaùc ñònh vaän toác ñieåm B V B = V A + V BA (1) V B = V C + V BC (2) Họa đồ thể hiện ở hình 2-4: ⇒ V B = pv b x Kv. 9 Xaùc ñònh vaän toác ñieåm D V D = V A + V DA (3) V D = V B + V DB (4) Họa đồ thể hiện ở hình 2-4: ⇒ V D = pv d x Kv. Giáo trình Nguyên Lý Máy 19
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Nguyeân lyù ñoàng daïng veà vaän toác: Hình noái caùc ñieåm truoäc cuøng moät khaâu ñoàng daïng thuaän vôùi hình noái caùc muùt veùctô vaän toác (tuyeät ñoái) cuûa caùc ñieåm ñoù treân họa ñoà vaän toác. 9 Xác định vận tốc góc của các khâu và vận tốc một điểm bất kỳ. V BA VBC V B ω2 = ; ω3 = = lBA lCB lCB b D p v ≡ Ο ≡ C B d 2 a p a ≡ Ο ≡ C' A 3 b' n BC C d' a' O n AB Hình 2-4: cách vẽ họa đồ vận tốc & gia tốc của cơ cấu chỉ toàn là khớp quay Trình töï veõ hoïa ñoà gia toác: 9 Tính gia toác ñieåm A cuûa tay quay OA: n 2 2 aA = aAO = ω 1 .lAO (m/s ), chieàu höôùng töø A veà O 9 Choïn TLX ñeå veõ họa ñoà vaän toác Ka : gia tốc thực (m/s2) K = a chiều dài đoạn biểu diễn (mm) 9 Choïn ñieåm cöïc pa ñeå veõ họa ñoà gia toác; veùctô pa a' bieåu thò gia toác ñieåm A laø: a A pa a' = (mm) K a 9 Xaùc ñònh gia toác ñieåm B n t a B = a A + a BA + a BA n t a B = a C + a BC + a BC 2 2 n VBA ab 2 2 Trong đó: a BA = = .K v (m/s ); höôùng từ B → A, l AB l AB 2 2 n VBC bc 2 2 a BC = = .K v (m/s ); höôùng töø B → C, lBC lBC Trên họa đồ gia tốc, các vectơ biểu diễn các gia tốc pháp có chiều dài xác định theo công thức: n 2 2 n 2 2 aBA ab Kv aBC bc Kv nBA = = . ; nBC = = . (mm) K a lAB K a K a lBC K a t t a BA = ε2.lBA, phương a BA ⊥ BA; t t a BC = ε3.lBC, phương a BC ⊥ BC. Giáo trình Nguyên Lý Máy 20
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ ⇒ họa đồ gia tốc hình 2-4 ⇒ aB = pab’.Ka 9 Xaùc ñònh gia toác ñieåm D n t a D = a A + a DA + a DA n t a D = a B + a DB + a DB Gia tốc điểm D thể hiện trên họa đồ: ⇒ aD = pad’.Ka Nguyeân lyù ñoàng daïng veà gia toác: Hình noái caùc ñieåm truoäc cuøng moät khaâu ñoàng daïng thuaän vôùi hình noái caùc muùt veùctô gia toác (tuyeät ñoái) cuûa caùc ñieåm ñoù treân họa ñoà gia toác. 9 Xác định gia tốc góc: dựa vào các thành phần gia tốc tiếp. b) Tröôøng hôïp cô caáu coù khôùp tònh tieán (Cô caáu culít) A ω O B pa ≡ Ο ≡ b' phöông //A3B phöông ⊥ AB nΑ3Β a3 VA3A1 tΑ3Β a1 ≡ a2 phöông ⊥ OA a'3 RA3A2 pv ≡ Ο ≡ b KA3A2 a'1 ≡ a'2 Hình 2-5: cách vẽ họa đồ vận tốc & gia tốc của cơ cấu có khớp tịnh tiến Họa đồ vận tốc: + Tính VA: VA = ω1.lOA (m/s) + Điểm A gồm 3 điểm: trên khâu 1 là A1; trên khâu 2 là A2; trên khâu 3 là A3. + Khâu 1 và khâu 2 nối động với nhau bằng khớp quay: ⇒ V A1 = V A2 + Vận tốc điểm A trên khâu 3: V A3 = V A2 + V A3A2 V A3 = V B + V A3B V A3A2 có phương song song với phương trượt của khâu 2. Họa đồ vận tốc thể hiện ở hình 2-5. + Xác định các vận tốc góc và các vận tốc tương đối. Họa đồ gia tốc: 2 2 + Tính a A: aA = ω 1 .lOA (m/s ) Giáo trình Nguyên Lý Máy 21
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ + Khâu 1 và khâu 2 nối động với nhau bằng khớp quay: ⇒ a A1 = a A2 + Gia tốc điểm A trên khâu 3: K r a A3 = a A2 + a A3A2 + a A3A2 n t a A3 = a B + a A3B + a A3B K Với: a AA3 2 = 2ω3.VA3A2 = (2VA3B/lA3B).VA3A2 2 = 2.Kv .a3b.a3a2/lA3B K o Chiều của a A3A2 là chiều của V A3A2 quay đi 90 theo chiều tác dụng của ω 3. Họa đồ gia tốc thể hiện ở hình 2-5. + Xác định các gia tốc góc và gia tốc các điểm bất kỳ. 4. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH (Tham khảo PL 2.2) 5. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ (Tham khảo PL 2.2) 6.GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HOẠ ĐỒ PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU LOẠI 3 (Tham khảo PL 2.3) Giáo trình Nguyên Lý Máy 22
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Phần II: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU Chương 3: Phân tích lực cơ cấu 1. ĐẠI CƯƠNG Mục đích của phân tích lực là xác định được áp lực khớp động, mômen hay lực cân bằng để: - Xác định công suất máy (cơ cấu). - Thiết kế khớp động và mặt cắt ngang các khâu. Phaân loaïi caùc löïc taùc duïng: 1.1 Ngoaïi löïc • Löïc caûn kyõ thuaät: (lực cản có ích) laø löïc töø ñoái töôïng coâng taùc taùc duïng leân boä phaän coâng taùc cuûa maùy. (Xác định lực cản kỹ thuật là nhiệm vụ của các môn học chuyên môn, VD: ñaát → löôõi caøy; vaät gia coâng → duïng cuï caét). • Troïng löôïng caùc khaâu: phuï thuoäc vaøo vật liệu, hình daïng, và kích thöôùc cuûa töøng khaâu. Trong phân tích lực, trọng lượng các khâu coi như đã biết. trong trường hợp trọng lượng của các khâu nhỏ so với các lực khác thì có thể bỏ qua. • Löïc phaùt ñoäng: löïc töø nguoàn daãn ñoäng (ñoäng cô) taùc duïng leân khaâu daãn cuûa maùy. Khi maùy laøm vieäc, löïc phaùt ñoäng coù taùc duïng thaéng löïc caûn kyõ thuaät vaø taát caû caùc löïc khaùc taùc duïng leân maùy. Neáu muoán maùy chuyeån ñoäng theo toác ñoä yeâu caàu thì phải ñaët leân khaâu daãn moät löïc caân baèng vôùi taát caû caùc löïc taùc duïng leân maùy. Lực này gọi là löïc caân baèng đặt trên khâu dẫn. Lực phát động thường là mômen lực. 1.2 Noäi löïc Dưới tác dụng của ngoại lực và lực quán tính, trong các khớp động của cơ cấu xuất hiện các phản lực khớp động. Phản lực khớp động ( R ) laø nhöõng löïc do caùc khaâu trong cô caáu hay maùy taùc duïng laãn nhau. Caùc löïc naøy xuaát hieän ôû caùc khôùp ñoäng, goàm 2 thaønh phaàn: - Áp löïc khôùp ñoäng (ALKĐ N ): Thành phần không sinh công trong chuyển động tương đối giữa các thành phần khớp động. ALKĐ vuông góc với phương chuyển động tương đối. - Löïc ma saùt ( Fms ): thành phần sinh công cản trong chuyển động tương đối. Lực ma sát có phương song song với phương chuyển động tương đối (hoặc xu hướng chuyển động tương đối) của các khâu. Lực ma sát trong khớp động là một lực cản có hại, công của lực ma sát làm nóng và làm mòn các thành phần khớp (seõ xeùt ôû chöông sau). R = N + Fms (3-1) Trong nguyeân lyù maùy thường ta boû qua löïc ma sát ⇒ ALKĐ = PLKĐ. N goài ra trên các khâu còn có lực đàn hồi do biến dạng của các khâu gây ra. N hưng vì trong môn học này, các khâu được xem là vật rắn tuyệt đối nên ta không xét đến. 2. LỰC QUÁN TÍNH (Tham khảo PL 3) Giáo trình Nguyên Lý Máy 23
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 3. ÁP LỰC Ở CÁC KHỚP ĐỘNG 3.1. Điều kiện tĩnh định Để tính được các ALKĐ, phải tách khâu ra khỏi cơ cấu để ALKĐ trở thành ngoại lực đối với từng khâu. Khi đó trên từng khâu, ta đặt các ngoại lực (kể cả lực quán tính) và viết phương trình cân bằng lực. Muốn giải được các ALKĐ, thì số phương trình lập được phải bằng số Nn số có trong các phương trình đó. Đây là điều kiện tĩnh định của bài toán. Giả sử có chuổi động phẳng gồm n khâu, p5 khớp loại 5, p4 khớp loại 4, đang cân bằng dưới tác dụng của các lực. Số phương trình cân bằng tĩnh học lập được là 3.n ( ∑Px = 0, ∑ Py = 0, ∑ M =0). Số Nn số: - Khớp tịnh tiến: Nn số là giá trị và điểm đặt (phương ⊥ phương trượt). - Khớp quay: Nn số là giá trị và phương, chiều (đặt tại tâm khớp). - Khớp cao loại 4: Nn là giá trị (đặt tại vị trí tiếp xúc, phương theo phương pháp tuyến chung). R R R a) Khớp tịnh tiến b) Khớp quay c) Khớp cao Hình 3-4 Điều kiện giải được là: Số phương trình = Số Nn số ⇔ 3n = 2p5 + p4 ⇔ 3n – (2p5 + p4) = 0 (3-7) Vậy để xác định được các ALKĐ, phải giải trên các nhóm có bậc tự do bằng 0, đó chính là các nhóm Át-xua (nhóm tĩnh định). Tương tự như nhóm phẳng, để xác định các ALKĐ ở nhóm không gian ta phải giải các phưong trình viết cho các khâu thuộc nhóm có bậc tự do bằng 0. 3.2. Xác định ALKĐ a) Xác định ALKĐ trên cơ cấu loại 2 Xét cơ cấu bốn khâu bản lề ở vị trí như hình 3-5. Các ngoại lực (bao gồm lực cản kỹ thuật, lực quán tính, ) tác dụng lên khâu 2 là P 2, tác dụng lên khâu 3 là P 3. Hãy xác định các ALKĐ tại các khớp A, B, C, D để hệ cân bằng. Giáo trình Nguyên Lý Máy 24
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ h2 P2 C P2 C B 2 2 3 B 3 3 n h R12 P3 P3 t 1 R12 D t A R03 D CD n n R03 R03 n Hình 3-5:xác định R12 BC Áp lực khớp động O P3 t t R12 P2 R03 Giải - Tách nhóm Át-xua, thay các liên kết bằng các phản lực liên kết. n t t n - Hệ lực ( R 12 , R 12 , P 2, P 3, R 03 , R 03 ) ≈ 0 phải tạo thành một đa giác lực khép kín. Trong đó: Laáy moment ñoái vôùi ñieåm C t t P2 .h 2 Khâu 2: R12 . lBC - P2.h2 = 0 ⇒ R12 = lBC t P3 .h 3 Khâu 3: (töông töï) ⇒ R 03 = lCD - Choïn TLX Kp (kN/mm) vaø ñieåm cöïc O. - Veõ họa ñoà löïc (chú ý cách sắp xếp thứ tự lực). - Xaùc ñònh caùc thaønh phaàn löïc vaø löïc caàn tìm. b) Xác định ALKĐ trên cơ cấu loại 3 (Tham khảo PL 3.2) 4. XÁC ĐỊNH LỰC TRÊN KHÂU DẪN Theo giả thuyết, khâu dẫn là khâu có vận tốc góc bằng hằng số, do đó nó ở trạng thái cân bằng lực. Để đảm bảo điều kiện cân bằng này, phải đặt lên khâu dẫn một mômen lực (gọi là mômen cân bằng Mcb ) hay một lực (gọi là lực cân bằng Pcb ) để cân bằng với tác động của toàn bộ phần còn lại của cơ cấu lên khâu dẫn. Viết và giải các phương trình cân bằng lực cho khâu dẫn dưới tác dụng của mômen cân bằng (lực cân bằng) và các phản lực từ giá và từ khâu bị dẫn, ta sẽ xác định được mômen cân bằng (hay lực cân bằng) và phản lực từ giá tác dụng lên khâu dẫn. Giáo trình Nguyên Lý Máy 25
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 4.1. Tính lực cân bằng theo phương pháp phân tích lực (hình 3-7) R21 R21 B B h Mcb h Pcb M1 M1 A A P1 P1 hcb Hình 3-7: lực cân bằng & mô-men cân bằng trên khâu dẫn Nếu là mômen cân bằng Mômen cân bằng được xác định từ phương trình tổng mômen các lực đ/v điểm A: ∑m A = 0 ⇔ P1.h1 - R21.h21 + Mcb + M1 = 0 ⇒ Mcb = - P1.h1 + R21.h21 - M1 (3-8) Nếu là lực cân bằng Tổng mômen các lực đối với điểm A là: ∑m A = 0 ⇔ P1.h1 + Pcb.hcb - R21.h21 + M1 = 0 ⇒ Pcb = (-P1.h1 + R21.h21 - M1 )/hcb (3-9) Phản lực tại A được xác định từ : (Pcb , P 1, R 21, R 01) ≈ 0 (hay Pcb + P 1 + R 21 + R 01 = 0) Chú ý: + Quan hệ: Mcb = Pcb.hcb (3-10) + Trong các công thức trên muốn xác định lực hoặc mômen cân bằng, cần phải biết phản lực từ khâu 2 lên khâu 1 là R 21, có nghĩa là phải phân tích lực toàn bộ cơ cấu. N ên phương pháp xác định lực cân bằng như trên gọi là phương pháp phân tích lực. 4.2. Phương pháp sử dụng định lý Ju-cốp-ski (Tham khảo PL 3.3) Giáo trình Nguyên Lý Máy 26
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Chương 4: Ma sát trong khớp động 1. GIỚI THIỆU Ma saùt laø moät hieän töôïng töï nhieân phaùt sinh ôû nôi tieáp xuùc giöõa caùc khaâu coù chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi nhau. Ma saùt gaén lieàn vôùi vaán ñeà raát quan troïng trong kyõ thuaät, đó là söï hao moøn cuûa maùy moùc, thiết bị và tuoåi thoï cuûa chuùng. Thông thường, ma sát là lực cản có hại vì nó làm tiêu hao công suất, giảm hiệu suất của máy. Công của lực ma sát phần lớn biến thành nhiệt làm nóng các chi tiết máy; làm thay đổi cơ, lý tính của bề mặt tiếp xúc hoặc chất bôi trơn; làm mòn các chi tiết máy, độ chính xác giảm Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, nó là lực cản có ích, được dùng để truyền động, ví dụ trong cơ cấu bánh ma sát, cơ cấu đai, máy cán trong các thiết bị phanh hãm, cơ cấu kẹp chặt a) Cơ cấu đai b) Cơ cấu bánh ma sát c) Truyền động vô cấp Hình 4-1: Một số ứng dụng có ích của lực ma sát 1.1. Phaân loaïi - Theo tính chaát tieáp xuùc + Ma saùt öôùt (a) - Ma saùt khoâ (b) + Ma saùt nöûa öôùt - Ma saùt nöûa khô (c) a) b) c) Hình 4-2: mức độ tiếp xúc của 2 bề mặt - Theo tính chaát chuyeån ñoäng + Ma saùt tröôït: xuất hiện giữa hai mặt tiếp xúc nhau, trong đó vận tốc của chúng tại các điểm tiếp xúc khác nhau về giá trị và phương chiều. + Ma saùt laên: xuất hiện giữa hai mặt tiếp xúc có chuyển động tương đối với nhau, nhưng trong chuyển động này, vận tốc của chúng tại các điểm tiếp xúc bằng nhau. Hình 4-3: ma sát trượt & ma sát lăn Giáo trình Nguyên Lý Máy 27
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ + N goài ra người ta còn phân biệt: ma sát tĩnh - ma sát động. 1.2. Lực ma saùt tröôït khô. Giaû söû 2 vaät A, B tieáp xuùc nhau theo moät maët phaúng (H.4-4). R N Q ϕ P A Fms B a) b) Hình 4-4: lực ma sát-ma sát tĩnh-ma sát động Vaät A chòu 1 löïc thaúng ñöùng Q vuoâng goùc maët tieáp xuùc. Vaät B seõ taùc ñoäng vaøo A moät phaûn löïc N cuøng phöông ngược chieàu vaø coù giaù trò bằng lực Q . Taùc ñoäng vào A moät löïc P nhoû, naèm ngang trong maët phaúng tieáp xuùc. Tăng dần lực P từ giá trị 0. Lúc đầu, vật A đứng yên, chứng tỏ đã có lực tác dụng lên A cân bằng với lực P . Lực đó gọi là lực ma sát F. F = - P Lực F gọi là lực ma sát tĩnh. Tăng từ từ lực P ta thấy vật vẫn đứng yên – nghĩa là F đã tăng theo để luôn cân bằng với lực P . Tăng lực P đến một giá trị nào đó, vật A bắt đầu chuyển động. Lực ma sát tĩnh tăng đến giá trị Fmax . Khi vật A chuyển động thẳng đều, vật A chịu tác động của một lực ma sát động để cân bằng với lực P . Quan hệ giữa lực ma sát F và lực P được biểu thị trên hình 4-1b. Theo Culomb, lực ma sát được tính theo công thức: F = a + b.N Trong đó, hệ số a phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc. ⇒ F = (a/N + b).N ⇒ F = f.N (4-1) Trong đó, hệ số ma sát f = a/N + b là hệ số ma sát tĩnh khi 2 vật có xu hướng chuyển động tương đối với nhau, là hệ số ma sát động khi hai vật có chuyển động tương đối. Góc ma sát tĩnh và góc ma sát động được xác định theo công thức: tgϕt = Fmax/N = ft; tgϕđ = Fđ/N = fđ Sau đây, để thuận tiện, ta dùng ký hiệu F để chỉ cả lực ma sát tĩnh lẫn lực ma sát động và ký hiệu f để chỉ cả hệ số ma sát tĩnh và động. Chú ý: - Chieàu cuûa löïc ma saùt laø chieàu choáng laïi chuyeån ñoäng töông ñoái. - Heä soá ma saùt f phuï thuoäc vaøo vaät lieäu beà maët tieáp xuùc (trôn hay nhaùm) vaø thôøi gian tieáp xuùc. Giáo trình Nguyên Lý Máy 28
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ - Heä soá ma saùt khoâng phuï thuoäc vaøo dieän tích tieáp xuùc, aùp suaát treân beà maët tieáp xuùc vaø vaän toác töông ñoái giöõa hai beà maët tieáp xuùc. - Trong ña soá tröôøng hôïp, heä soá ma saùt tónh lôùn hôn heä soá ma saùt ñoäng. 1.3. Hieän töôïng töï haõm P Tác dụng lên A một lực P tạo với phương pháp tuyến một N góc α (Hình 4-5). α Phân tích lực P thành 2 thành phần: A Pn = P.sinα; Pđ = P.cosα. Fms + Thành phần nằm ngang P n đNy vật chuyển động Pn ngang. B + Thành phần thẳng đứng P đ ép 2 vật lại, tạo nên phản lực N tác động lên A. Pd P Lực ma sát giữa 2 vật là: F = f.N = f.P.cosα - Nếu lực P nằm trong góc ma sát, nghĩa là: Hình 4-5: nón ma sát α F, vật A chuyển động nhanh dần. - Nếu lực P nằm trên mép góc ma sát, tức là α = ϕ, lúc đó Pn = F, vật A chuyển động thẳng đều. - Cho góc ϕ quay quanh pháp tuyến, cạnh của góc ma sát sẽ vạch nên hình nón ma sát. Khi đó nếu lực P nằm trong hình nón ma sát, sẽ là hiện tượng tự hãm. 2. MA SÁT TRONG KHỚP TỊNH TIẾN 2.1. Daïng phaúng F = f.N Trong đó: f là hệ số ma sát; N là phản lực pháp tuyến. 2.2. Daïng raõnh tam giác Gọi f là hệ số ma sát trên cả 2 bề mặt tiếp xúc. Lực ma sát trên rãnh: F = F 1 + F 2 ⇒ F = f.N 1 + f.N 2 = f(N 1 + N 2) f Mà N = (N 1 + N 2)cosβ ⇒ F = .N = f’.N cosβ Trong đó: f’ là hệ số ma sát thay thế ở dạng rãnh tam giác, f f’ = = tgϕ’ (4-2) cosβ Góc ϕ’ gọi là góc ma sát thay thế. Giáo trình Nguyên Lý Máy 29
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Q N A N2 γ γ β N1 N2 β β Q B N1 a) b) Hình 4-6: dạng rãnh tam giác – phân tích lực 2.3. Dạng rãnh tròn 2.4. Ma sát trên mặt phẳng nghiêng 2.5. Ma saùt trong khôùp ren vít (Tham khảo PL 4.1) 3. MA SÁT TRONG KHỚP QUAY (Tham khảo PL 4.2) 4. MA SÁT LĂN TRONG KHỚP LOẠI 4 4.1. Ma saùt laên Xeùt moät hình truï ñaët treân moät maët phaúng. Döôùi taùc duïng cuûa löïc Q , 2 vaät tieáp xuùc seõ bò bieán daïng. Ứng suaát ôû beà maët tieáp xuùc phaân boá ñoái xöùng qua löïc Q . Neáu taùc ñoäng vaøo hình truï 1 löïc P , caùch maët phaúng 1 ñoaïn y. Giaû söû hình truï laên theo chieàu muõi teân. Dieän tích tieáp xuùc seõ ñöôïc chia laøm 2 phaàn, giôùi haïn bôûi cung AB vaø CD. Treân phaàn cung AB laøm 2 phaàn, giôùi haïn bôûi cung AB vaø BC. Treân phaàn cung AB maët tieáp xuùc bò bieán daïng , treân phaàn cung BC maët tieáp xuùc ñang phuïc hoài veà hình daïng cuõ. Q Q P N k C A Fms B a) b) c) Hình 4-15: hiện tượng đàn hồi trễ - mô-men ma sát lăn Trong lyù thuyeát ñaøn hoài, coù nghieân cöùu hieän töôïng ñaøn hoài treã cuûa vaät lieäu. Ñoà thò ôû treân bieåu thò moái quan heä giöõa biến dạng ε vaø ứng suất σ. Chieàu cuûa muõi teân laø höôùng thay ñoåi öùng suaát vaø bieán daïng. Vôùi bieán daïng ε nhö nhau, öùng suaát σ1 trong giai ñoaïn bieán daïng taêng seõ lôùn hôn öùng suaát σ2 luùc bieán daïng ñang giaûm. Vì vaäy, öùng suaát seõ phaân boá khoâng ñoái xöùng. Treân phaàn AB, öùng suaát seõ lôùn hôn treân phaàn BC. Giáo trình Nguyên Lý Máy 30
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Phaûn löïc N cuûa caùc aùp löïc treân maët tieáp xuùc seõ leäch so vôùi Q moät ñoaïn k; Q vaø N seõ hôïp thaønh 1 ngaãu löïc, caûn laïi chuyeån ñoäng laên, neân goïi laø ngaãu löïc ma saùt laên. Mmsl = k.Q (4-19) Vôùi k: heä soá ma saùt laên coù thöù nguyeân laø chieàu daøi. 4.2. Ñieàu kieän laên khoâng tröôït - Muoán hình truï coù theå laên, moâ men laên phaûi lôùn hôn moâ men ma saùt laên: k.Q P.y > Q.k ⇒ P > (1) y - Ñeå hình truï khoâng tröôït, lực keùo tröôït P phaûi nhoû hôn löïc ma saùt tröôït: P P > (4-20) y - Ñeå P coù theå chen giöõa 2 giaù trò naøy thì: k.Q k f.Q > ⇔ y > (3) y f - Nhaän xeùt: khoaûng caùch y caøng lôùn hôn k/f, ñieàu kieän (4-20) caøng deã thöïc hieän vì phaïm vi thay ñoåi cuûa P ñeå thoûa maõn (4-20) caøng lôùn. - Toùm laïi: muoán hình truï laên, khoâng tröôït, tröôùc tieân phaûi thoûa maõn (3), sau ñoù môùi ñeán ñieàu kieän (4-20). - Ñoái vôùi caùc xe coä, khoaûng caùch y chính laø baùn kính cuûa baùnh xe. Cho neân baùnh xe caøng lôùn, ñieàu kieän laên khoâng tröôït caøng deã thöïc hieän, ñaåy xe caøng nheï. 5. MA SÁT ƯỚT Trong caùc khôùp ñoäng, ñeå giaûm ñoä moøn, taêng tuoåi thoï maùy, duøng chaát boâi trôn ngaên caùch caùc maët tieáp xuùc cuûa chuùng. Chaát boâi trôn coù theå laø chaát khí, chaát raén döôùi daïng boät, nhöng thöôøng nhaát laø chaát loûng, daàu nhôøn. 5.1. Ñoä nhôùt cuûa daàu boâi trôn - Nhôùt laø tính chaát quan troïng vaø mang nhieàu ñaëc tính kyõ thuaät cuûa chaát loûng. Tính nhôùt laø laøm caûn trôû söï tröôït trong quaù trình coù söï chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa caùc lôùp chaát loûng. - Khaûo saùt moät lôùp chaát loûng chaûy treân 1 maët phaúng raén. Treân maët phaúng caùc phaàn töû chaát loûng seõ baùm chaéc vaøo töôøng vaø coù vaän toác baèng khoâng. Ở vò trí caùch maët phaúng 1 ñoaïn y, chaát loûng coù vaän toác laø u (H.4-16a). Nhö vaäy giöõa caùc lôùp moûng cuûa chaát loûng, ôû saùt maët phaúng coù söï caûn trôû chuyeån ñoäng, laøm cho vaän toác giöõa 2 lôùp chaát loûng caùch nhau 1 ñoaïn dy coù sai khaùc vaän toác du. Giáo trình Nguyên Lý Máy 31
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Q y v A r1 dy u+du u c c a a y x δ B a) b) Hình vẽ 4-16: gradient vận tốc – ma sát trong ổ trượt - Nguyeân nhaân cuûa hieän töôïng caûn trôû chuyeån ñoäng laø söï xuaát hieän öùng suaát tieáp giöõa caùc lôùp chaát loûng. Tyû soá du/dy bieåu thò möùc ñoä thay ñoåi cuûa vaän toác daàu theo chieàu cao, goïi laø gradien vaän toác. Naêm 1686, Newton ñöa ra giaû thuyeát , 1883 Peâtroâv kieåm tra laïi, öùng suaát tieáp gaây ra do ma saùt trong lôùp chaát loûng tyû leä vôùi gradien vaän toác: T = μ du/dy. - Heä soá μ phaûn aùnh khaû naêng caûn trôû chuyeån ñoäng giöõa 2 lôùp daàu, ñöôïc goïi laø ñoä nhôùt tuyeät ñoái hay ñoä nhôùt löïc. Ñôn vò cuûa ñoä nhôùt ñoäng löïc laø poadô, ñoù laø ñoä nhôùt cuûa chaát loûng coù öùng suaát tieáp laø 1 ñyn/cm2 giöõa 2 lôùp daàu caùch nhau 1 cm vaø vaän toác töông ñoái laø 1cm/s. - Ngöôøi ta coøn duøng ñoä nhôùt ñoäng hoïc: ν = μ /ρ vôùi ρ: khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng. Ñôn vò ño ñoä nhôùt ñoäng hoïc laø: m2/s; cm2/s. - Ñoä nhôùt phuï thuoäc nhieàu vaøo nhieät ñoä vaø neáu coù aùp suaát thay ñoåi lôùn, ñoä nhôùt cuõng thay ñoåi. 5.2. Ma saùt öôùt trong oå tröôït Trong oå tröôït coù ñoä hôû, treân truïc vaø taâm loå khoâng truøng nhau, taïo neân khe hôû hình cheâm cong (H.4-16b). Khi truïc quay, daàu bò keùo theo, taïo neân 1 doøng lieân tuïc, daàu bò doàn vaøo 1 khe hôû ngaøy caøng heïp. Trong cheâm daàu seõ xuaát hieän aùp suaát, taïo neân aùp löïc taùc ñoäng lieân tuïc, caân baèng vôùi taûi troïng Q. Áp suất phân bố như hình vẽ. tại a-a và cơ cấu, áp suất bằng không. Vôùi r: baùn kính ngoûng truïc; ω: vaän toác goùc cuûa truïc; δ: chieàu daøy khe hôû giöõa truïc vaø oå; ψ = δ/r: ñoä hôû töông ñoái. Tính ñöôïc : π.d2 .l μ. ω Mms = . (4-21) 2 ψ Trong ñoù: l: laø chieàu daøi ngoûng truïc; d: laø ñöôøng kính ngoûng truïc; μ: ñoä nhôùt ñoäng löïc; Giáo trình Nguyên Lý Máy 32
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 6. TRUYỀN ĐỘNG MA SÁT 6.1. Cơ cấu đai truyền Ñai truyeàn laø 1 cô caáu truyeàn ñoäng thöôøng gaëp trong thöïc teá (H.4-17). S2 01 02 α S1 Hình 4-17: góc ôm & lực căng đai Chuyeån ñoäng ñöôïc truyeàn töø khaâu 1 sang khaâu 2 nhôø löïc ma saùt giöõa daây ñai vaø baùnh ñai. Baùnh ñai nhoû thöôøng laø baùnh chuû ñoäng. Khi chöa chuyeån ñoäng, ñeå taïo löïc ma saùt giöõa daây ñai vaø baùnh ñai, phaûi taïo neân löïc caêng ban ñaàu So giöõa 2 nhaùnh ñai. α goïi laø goùc oâm. - Khi truyeàn ñoäng, löïc caêng giöõa hai nhaùnh thay ñoåi. ÔÛ nhaùnh caêng, löïc caêng laø S1; ôû nhaùnh chuøng löïc caêng laø S2. - Vì tröôùc vaø sau khi truyeàn ñoäng, chieàu daøi daây ñai khoâng thay ñoåi, neân ñoä giaûn cuûa nhaùnh caêng seõ baèng ñoä co cuûa nhaùnh chuøng. Vì ñoä co giaûn cuûa ñai tyû leä vôùi löïc caêng, neân coù theå vieát: S1 = S0 + ΔS ⇒ S + S = 2S S2 = S0 - ΔS 1 2 0 - Quan heä giöõa löïc S1 vaø S2: fα Coâng thöùc Ô-le (Euler, 1707 – 1783): S1 = S2.e efα − 1 Moâ men ma saùt : Mms = 2r . .S0 (4-22) efα + 1 - Nhaän xeùt : + Goùc oâm caøng lôùn, Mms caøng lôùn. + Löïc caêng ban ñaàu caøng lôùn, Mms caøng lôùn. + Heä soá ma saùt taêng, seõ laøm taêng moâ men ma saùt. 6.2. Cơ cấu bánh ma sát Trong kỹ thuật, lực ma sát cũng được dùng để truyền động giữa các trục song song hay cắt nhau. Hình 4-18 trình bày bộ truyền động ma sát con lăn hình trụ. Nếu trên khâu bị dẫn 2 có tác dụng một mômen cản M2. - Để bộ truyền làm việc được thì bánh 1 phải tác dụng lên bánh 2 một lực vòng: P12 = M2/r2. Giả sử, lực ép giữa 2 bánh là Q thì lực bám là F = f.Q; với f là hệ số ma sát giữa 2 bánh. - Để truyền động không bị trượt thì: P12 < F. Đặt F = k.P12; k được gọi là hệ số dự trữ độ bám. Vậy lực Q cần thiết để ép 2 bánh là: M Q = k. 2 (4-23) r.f 2 Giáo trình Nguyên Lý Máy 33
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ N hược điểm của bộ truyền này là cần có lực ép Q lớn khi mômen cản M2 lớn, do đó các ổ đỡ chóng bị mòn. Để khắc phục nhược điểm này có thể dùng các vật liệu có hệ số ma sát lớn, hoặc có thể dùng các bánh ma sát hình nêm. 2 Q 2 M2 N 2 N 1 r2 02 r2 ω2 P12 2δ 1 1 r1 r1 M1 01 ω1 Q Hình 4-18: bộ truyền bánh ma sát 6.3. Giới thiệu truyền động vô cấp (bộ biến tốc cơ khí) - Truyền động vô cấp (hay còn gọi là biến tốc cơ khí) là cơ cấu dùng để thay đổi đều đặn và liên tục tốc độ quay của trục bị dẫn, trong khi số vòng quay của trục dẫn là không đổi. - Thông số đặc trưng của truyền động vô cấp là pham vi điều chỉnh của trục bị dẫn D: D = n2max/n2min - Công suất truyền: P < 20kW, vận tốc v < 50m/s. - Ưu điểm: + Điều chỉnh đơn giản, thích hợp trong lĩnh vực tự động hoá và điều khiển để chọn chế độ làm việc tối ưu. + Làm việc không ồn khi vận tốc cao. + Kết cấu đơn giản so với bộ biến tốc điện, thuỷ lực. - N hược điểm: + Tỉ số truyền không ổn định. + Tải động tác động lên trục và ổ lớn. + Đĩa ma sát hay con lăn dễ bị mòn và mòn không đều do trượt trơn. a) Biến tốc đĩa con lăn - Hình 4-19a, b là loại một con lăn, một đĩa. Vị trí tiếp xúc giữa 2 bánh thay đổi được nhờ sự dịch chuyển của bánh 1 (H.4-19a), hoặc bánh 2 (H.4-19b). Cách tính phạm vi điều chỉnh như sau (lấy VD ở H.4-19a). Khi R2 thay đổi thì số vòng quay bánh thứ 2 thay đổi từ: n2min = n1.R1/R2max đến n2max = n1.R1/R2min ⇒ Phạm vi điều chỉnh: D = n2max/n2min = R2max/R2min - Hình 4-19c, d là cơ cấu có con lăn trung gian, sự thay đổi tốc độ của trục bị dẫn nhờ vào sự di chuyển của con lăn trung gian này. Cách tính pham vi điều chỉnh như sau: Khi con lăn trung gian di chuyển thì số vòng quay của trục bị dẫn thay đổi từ: R1min R R1max R n2min = n1. . đến n2max = n1. . R R 2max R R 2min Giáo trình Nguyên Lý Máy 34
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ n R .R Phạm vi điều chỉnh: D = 2max = 2max 1max n 2min R2min .R 1min n1 1max 2max R R n1 n2 R2 R1 1min 2min R R n2 a) b) n2 I n1 1 n3 2 3 II c) d) Hình 4-19: biến tốc đĩa con lăn b) Biến tốc đai 3 α 1 min max R 1 R R Bánh dẫn max R 2 2 min R R Bánh bị dẫn a) b) c) Hình 4-20: biến tốc đai - Hình 4-20a là bộ biến tốc đai, làm việc được nhờ vào sự ma sát giữa đai 3 và bánh đai dẫn 1, bánh bị dẫn 2. Tuỳ vào vị trí của đai 3 ta có các tỉ số truyền khác nhau. - Hình 4-20b,c được gọi là cơ cấu Heymau, có bánh đai dẫn và bị dẫn là 2 nữa hình côn ghép lại. Hai nữa của bánh đai dẫn ép vào dây đai và có khả năng chuyển dọc trục. Cơ cấu hình 4-20b điều chỉnh tỉ số truyền bằng cách di chuyển dọc trục nữa bánh dẫn và 2 nữa bánh Giáo trình Nguyên Lý Máy 35
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ đai bị dẫn ép vào nhau nhờ lò xo xoắn ốc. Cơ cấu hình 4-20c điều chỉnh tỉ số truyền bằng cách di chuyển dọc trục nữa bánh đai bị dẫn và nữa bánh đai dẫn ép chặt nhờ lò xo. - Ví dụ, trong cơ cấu hình 4-21, chuyển động được truyền từ trục I sang trục II nhờ vào đai thang 2 được tăng độ cứng bằng lớp vật liệu 3 trên bề mặt ngoài của đai. 1 2 3 I 1. Bánh đai dẫn 2. Đai thang 8 3. Lớp vật liệu tăng cứng 01 0 4. Tay đòn 4 5. Bánh đai bị dẫn 6. Vít II 7. Tay quay 7 8. Cơ cấu đai 65 Hình 4-21: một ứng dụng của biến tốc đai + N guyên lý làm việc: Tỷ số truyền được điều chỉnh bằng cách di chuyển dọc trục đồng thời các nữa bánh đai dẫn và bánh đai bị dẫn. Khi 2 nữa bánh dẫn 1 tiến lại gần nhau thì R1 tăng lên và R2 giảm xuống, khi đó số vòng quay của trục II tăng lên. Điều khiển sự dịch chuyển của bánh đai 1 và 5 nhờ vào tay đòn 4 quay chung quanh O và O1. Tay đòn 4 được điều khiển bởi tay quay 7 và vít 6 (vít 6 có 1 bên là ren trái và một bên là ren phải). n R .R + Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D = 2max = 2max 1max n 2min R2min .R 1min 2 ⎛ R 2max ⎞ Nếu 2 Puly hoặc đĩa ma sát côn giống nhau thì D = ⎜ ⎟ ⎝ R 2min ⎠ c) Một số dạng biến tốc khác (Tham khảo PL 4.3) Giáo trình Nguyên Lý Máy 36
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Chương 5: Động lực học máy (Tham khảo PL 5) Giáo trình Nguyên Lý Máy 37
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Chương 6: Các chỉ tiêu chất lượng của máy Caùc chæ tieâu chaát löôïng cô baûn: ñeàu, oån ñònh, caân baèng vaø hieäu suaát. 1. LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY. 1.1. Hệ số không đều: Khi maùy laøm vieäc, vaän toác goùc khaâu daãn ω1 noùi chung khoâng oån ñònh, (ngay caû trong giai ñoaïn chuyeån ñoäng bình oån) vaø thöôøng dao ñoäng trong moät phaïm vi naøo ñoù. ω ϕ 0 Hình 6-1: ba thời kỳ chuyển động của máy Coù theå giaûi thích hieän töôïng naøy. Theo phöông trình mômen: 2 ω1 dJ Mñ + Mc = + J.ε1 (6-1) 2 dϕ ω2 dJ MM+ − 1 d c 2 dϕ ⇔ ε1 = (6-2) J ε1 laø gia toác cuûa khaâu daãn. Muoán vaän toác goùc coá ñònh phaûi coù ε1 = 0 2 ω1 dJ hay Mñ + Mc - = 0 (6-3) 2 dϕ nhöng ñeàu naøy noùi chung khoâng theå thöïc hieän ñöôïc, bởi vì ta khoâng theå choïn ñöôïc ñoäng cô coù mômen Mñ hoaøn toaøn thích hôïp cho töøng maùy cuï theå, coù caáu taïo cuï theå (J) vaø cheá ñoä laøm vieäc cuï theå (Mc) ñöôïc. Nhö vaäy, khi maùy laøm vieäc bình oån, vaän toác goùc khaâu daãn dao ñoäng noùi chung laø moät ñieàu khoù traùnh khoûi. Tuy nhieân, ta khoâng theå cho pheùp vaän toác dao ñoäng vôùi moät bieân ñoä vöôït quaù moät giôùi haïn naøo ñoù, vì khi ñoù nhöõng ñieàu kieän laøm vieäc cuûa maùy vaø caùc yeâu caàu coâng ngheä seõ khoâng ñöôïc baûo ñaûm, ñoä chính xaùc cuûa maùy cuõng bò aûnh höôûng. Ñeå ñaùnh giaù tính khoâng ñeàu cuûa chuyeån ñoäng maùy, ngöôøi ta duøng moät chæ tieâu chaát löôïng goïi laø heä soá khoâng ñeàu, ñònh nghóa nhö sau: Giáo trình Nguyên Lý Máy 38
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ ω − ω δ = 1max 1min (6-4) ωtb trong ñoù ω1max, ω1min laø caùc cöïc trò cuûa ω1 trong moät chu kyø ñoäng löïc hoïc, coøn ωtb laø trò soá trung bình cuûa noù. ω1max+ ω 1min ωtb = (6-5) 2 Vôùi moãi loaïi maùy ngöôøi ta qui ñònh moät trò soá giôùi haïn cuûa δ, goïi laø heä soá khoâng ñeàu cho pheùp, kyù hieäu laø [δ]. Maùy seõ goïi laø chuyeån ñoäng ñeàu khi heä soá khoâng ñeàu của noù nhoû hôn heä soá khoâng ñeàu cho pheùp: δ < [δ] Khi ñoù, öùng vôùi moãi cheá ñoä vaän toác, vaän toác thöïc cuûa khaâu daãn seõ dao ñoäng giöõa hai cöïc trò cho pheùp [ω1max], [ω1min]. Caùc cöïc trò naøy coù theå tính nhö sau: []δ [ω1max] = ωtb.(1 + ) (6-6) 2 []δ [ω1min] = ωtb.(1 - ) (6-7) 2 Biện pháp kỹ thuật để sao cho δ < [δ] gọi là làm đều chuyển động của máy. Bảng 6.1: Giá trị hệ số không đều cho phép của một số máy thông dụng. Loại máy [δ] - Máy nông nghiệp 1/5 – 1/150 - Máy cắt kim loại 1/20 – 1/50 - Máy dệt 1/10 – 1/50 - Động cơ tàu thuỷ 1/20 – 1/150 - Động cơ đốt trong 1/80 – 1/150 - Máy phát điện một chiều 1/100 – 1/200 - Máy phát điện xoay chiều 1/200 – 1/300 1.2. Biện pháp làm đều chuyển động của máy: Làm đều chuyển động của máy là tìm cách làm giảm phạm vi thay đổi của vận tốc khâu dẫn, có nghĩa là giảm ωmax và tăng ωmin N hận xét: trên đồ thị biểu diễn (hình 6-2), nếu gốc 0 được dịch chuyển đến 0’ (nằm trong phần tư thứ ba) và đồ thị E(J) vẫn giữ nguyên thì ψmax sẽ giảm và ψmin sẽ tăng, nghĩa là hệ số không đều sẽ giảm. N hư vậy muốn làm đều chuyển động của máy, phải tìm cách xác định vị trí 0’, xuất phát từ trị số cho phép của hệ số không đều. Ta thấy rằng để chuyển gốc toạ độ từ 0 đến 0’ ta phải tăng động năng của máy. Để thực hiện điều này, trong kỹ thuật người ta tăng mômen quán tính thay thế của máy Jt, bằng cách lắp trên máy một chi tiết, gọi là bánh đà (bánh trớn, vô lăng). Khi có lắp bánh đà, mômen quán tính thay thế sẽ tăng một lượng là JM. Tương ứng, động năng sẽ tăng thêm một lượng là EM. Giáo trình Nguyên Lý Máy 39
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ a b P Hình 6-2: biện pháp làm đều Hình 6-3: mô-men quán tính bánh đà 1.3. Tính mômen quán tính của bánh đà. Chúng ta sẽ xác định trị số của mômen quán tính bánh đà, khi cho trước: hệ số không đều cho phép [δ], các thông số động học (v, a ), động lực học (Mđ(ϕ), Mc(ϕ), J(ϕ) ) cần thiết, chế độ làm việc của máy (ωtb, tải trọng ). Các bước tiến hành: + Với [δ], từ phương trình (6-6) và (6-7) xác định được [ωmax] và [ωmin], từ phương trình (5-10) sẽ xác định được [ψmax] và [ψmin]. K J 2 tgψ min ≈ ωtb (1∓ [ δ ]) max 2K E + Vẽ đồ thị E(Jt) trong thời gian chuyể n động bình ổn, với Jt là mômen quán tính thay thế của máy khi chưa lắp bánh đà, cách vẽ giống như khi xác định chuyể n động thực của máy, chỉ cần vẽ đồ thị ΔE(Jt), vì dạng của chúng hoàn toàn giống đồ thị E(Jt). + Vẽ các tiếp tuyến trên và dưới của đường biểu diễn ΔE(Jt), tạo với trục hoành một góc [ψmax] và [ψmin]. Các đường này cắt nhau tại O’. Điểm O’ là gốc hệ toạ độ của đồ thị ΔE(Jt) khi đã lắp bánh đà (H.6-3). Tính mômen quán tính của bánh đà: trên hình ta có O’P chính là mômen quán tính thay * thế của bánh đà với TLX K1. Gọi J M là giá trị thực: * ab JKOPKM =1.'. = 1 (6-8) tg[][]ψmax − tg ψ min Trên máy có nhiều trục quay với vận tốc góc khác nhau. N ên chọn trục nào để lắp bánh đà với mômen quán tính là nhỏ nhất. Giả sử trên trục x nào đó, sẽ lắp bánh đà. Để đảm bảo điều kiện động năng không đổi, động năng của bánh đà khi lắp trên trục x phải bằng động năng của nó khi lắp trên khâu thay thế. 2 2 * ω x ωx x * ω 2 JJM . = M . ⇒ JJM = M .( ) (6-9) 2 2 ωx x Trong đó J M là mômen quán tính của bánh đà nếu lắp trên trục x có vận tốc góc là ωx. Nhận xét: nên chọn trục để lắp bánh đà có vận tốc góc lớm vì lúc đó mômen quán tính bánh đà sẽ nhỏ, kích thước bánh đà sẽ gọn hơn. Giáo trình Nguyên Lý Máy 40
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Trong thực tế, trên các máy, các chi tiết máy quay với một tỉ số truyền là hằng số với khâu thay thế. Tăng mômen quán tính của các chi tiết máy, sẽ làm tăng mômen quán tính thay thế khi thu gọn về khâu dẫn. Có thể dùng các chi tiết máy này (puly, nối trục, bánh răng ) làm các bánh đà, nếu tăng khối lượng chúng lên thì mômen quán tính của chúng sẽ tăng lên, mà không cần dùng bánh đà riêng biệt cho máy. Ví dụ: Xác định mômen quán tính của bánh đà (thu về trục chính) của máy tiện. Cho o mômen động cơ Mđ là hằng số, máy tiện vật có bán kính r (tính bằng m) trong một góc từ 0 o o o đến 270 và từ 300 đến 330 với lực cắt F (tính bằng N ) là hằng số. Cho ωtb, [δ], mômen quán 2 tính (thay thế về trục chính) của máy là Jo (tính bằng kgm ). M Mc B C r A D Md ω ϕ F 0 270 30 30 độ 360 a) b) Hình 6-4: Sơ đồ lực cắt & mô-men động Theo sơ đồ lực cắt như trên H.6-4a ta có: F.r khi dao tiếp xúc với vật gia công trong góc o o o o Mcản = từ 0 đến 270 và từ 300 đến 330 . 0 khi dao tiếp xúc với vật gia công ngoài góc trên đây Đồ thị Mđ, Mc trong một chu kỳ làm việc được biểu diễn như trên H.6-4b. Trong một chu kỳ làm việc ta có: Fr(270+ 30)2π 5 Tổng công cản: A = = Fr 2. π (J) c 360 6 Tổng công động: Ađ = Mđ.2π (J) 5 Để máy làm việc bình ổn: Ađ = Ac ⇒ Mđ = Fr 6 Trên hình vẽ ta thấy ΔEmax được biểu diễn bằng diện tích hình ABCD nên ta có: ⎛ 5 ⎞ 3 1 ΔEmax =⎜ Fr − Fr ⎟ 2π= Fr π ⎝ 6 ⎠ 4 4 Mômen quán tính thay thế của bánh đà: * ΔEmax Frπ 2 J M = 2 −J o =2 − J o (kgm ) [δ ]. ωtb 4[δ ]. ωtb x Tất nhiên sau đó ta phải tính J M (mômen quán tính của bánh đà). 1.4. Ý nghĩa của bánh đà. Giả sử bánh đà được lắp trên khâu x, khi đó quán tính của khâu x sẽ tăng lên, sức ì của khâu tăng lên, làm trở ngại cho việc giảm tốc độ. Vì vậy máy sẽ làm việc đều hơn. Giáo trình Nguyên Lý Máy 41
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Giải thích sâu hơn, bánh đà sẽ tích tụ năng lượng khi công động lớn hơn công cản, và giải phóng năng lượng khi công cản lớn hơn công động. Như vậy, bánh đà có tác dụng phân phối năng lượng ở các giai đoạn khác nhau trong một chu kỳ động lực học của máy. Mômen quán tính bánh đà càng lớn, tác dụng làm đều chuyển động của máy càng mạnh. 2. ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỘNG MÁY Maùy chæ chuyeån ñoäng bình oån khi coù söï caân baèng giöõa coâng phaùt ñoäng vaø coâng caûn. Nhöng trong quaù trình laøm vieäc, taûi troïng cuûa maùy coù theå thay ñoåi baát thöôøng, khi ñoù coâng phaùt ñoäng vaø coâng caûn khoâng caân baèng nhau nöõa vaø chuyeån ñoäng cuûa maùy seõ maát bình oån. Ñeå ñaûm baûo maùy luoân chuyeån ñoäng bình oån maëc duø coù söï thay ñoåi thaát thöôøng cuûa taûi troïng, caàn phaûi ñieàu chænh coâng phaùt ñoäng moãi khi coù söï thay ñoåi naøy. Trong moät soá maùy, vieäc ñieàu chænh naøy do coâng nhaân thöïc hieän, nhöng trong nhieàu tröôøng hôïp, khi caàn ñieàu chænh kòp thôøi, phaûi duøng bieän phaùp ñieàu chænh töï ñoäng. Ñeå ñieàu chænh töï ñoäng chuyeån ñoäng cuûa maùy, thöôøng duøng caùc boä ñieàu chænh khaùc nhau, laøm vieäc theo caùc nguyeân lyù thuoäc veà ñieän, ñieän töû, thuûy löïc hay cô khí. Caùc khaùi nieäm veà lónh vöïc ñieàu chænh töï ñoäng chuyeån ñoäng cuûa maùy, caùc chæ tieâu laøm vieäc cuûa caùc boä ñieàu chænh ñöôïc trình baøy ôû caùc giaùo trình khaùc. Ở phaàn naøy chæ giôùi thieäu boä ñieàu chænh duøng caùc thieát bò cô khí, ñoù laø caùc boä ñieàu chænh vaän toác ly taâm. 2.1. Boä ñieàu chænh ly taâm tröïc tieáp: - Truïc OI ñöôïc noái tröïc tieáp vaøo truïc cuûa maùy. Khi maùy chuyeån ñoäng bình oån, truïc OI quay vôùi moät vaän toác goùc nhaát ñònh. (H.6-5) I R ω AA x D E F V 0 Hình 6-5: Bộ điều chỉnh ly tâm trực tiếp - Löïc ly taâm cuûa 2 quaû caàu A laø PA 2 PA = m.ω x (6-10) vôùi m : khoái löôïng quaû caàu; ω : vaän toác goùc cuûa OI & x : khoaûng caùch töø quaû caàu ñeán OI PA coù taùc duïng naâng quaû caàu leân, seõ caân baèng vôùi caùc löïc coù taùc duïng haï quaû caàu xuoáng laø: troïng löôïng quaù naëng vaø caùc khaâu, löïc keùo cuûa loø xo R. Giáo trình Nguyên Lý Máy 42
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ - Khi taûi troïng giaûm, coâng caûn Ac giaûm, maùy seõ quay nhanh hôn, ω taêng, laøm cho löïc ly taâm taêng, löïc naâng cuûa quaû caàu seõ lôùn hôn löïc haï. Quaû caàu naâng leân laøm cho con tröôït D ñi leân. Van V, qua heä thoáng tay ñoøn, seõ kheùp nhoû laïi, ñoùng bôùt cöûa naïp nhieân lieäu vaøo maùy, laøm cho Añ giaûm, ñeå baûo ñaûm Ac= Añ vaø cô caáu ñieàu chænh seõ chuyeån ñoäng bình oån vôùi giaù trò ω’. Ngöôïc laïi neáu Ac taêng, heä thoáng ñieàu chænh töï ñoäng naøy seõ laøm cho Añ taêng theo. ω ω ' 0 t Hình 6-6: Sự thay đổi vận tốc trong quá trình ổn định bằng bộ điều chỉnh ly tâm trực tiếp 2.2. Boä ñieàu chænh ly taâm giaùn tieáp: - So vôùi boä ñieàu chænh ly taâm tröïc tieáp, boä ñieàu chænh naøy coù theâm 2 xy lanh A,B vaø caùc oáng daãn, chuùng ñöôïc goïi laø ñoäng cô trôï ñoäng. I R ω AA x D E C F 0 a d e b c A B J G K H V Hình 6-7: Bộ điều chỉnh ly tâm gián tiếp Giáo trình Nguyên Lý Máy 43
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ - Nguyeân taéc laøm vieäc: + Caùc oáng a vaø b noái vôùi bôm daàu, daàu trong oáng seõ coù 1 aùp suaát nhaát ñònh, oáng C xaû daàu vaøo boä phaän chöùa, neáu aùp suaát daàu baèng aùp suaát khí quyeån. Ở vò trí caân baèng, chuyeån ñoäng bình oån, caùc loå d vaø e ôû xy lanh B bò pistoâng bòt kín. Pistoâng A ôû vò trí caân baèng, vì aùp suaát daàu 2 phía nhö nhau. Van V coù ñoä môû nhaát ñònh. + Khi taûi troïng taêng, Ac taêng, ω giaûm, 2 quaû caàu haï xuoáng. Con tröôït D ñi xuoáng. Loå d vaø e môû ra ôû xy lanh A, vì aùp suaát daàu phía treân (baèng aùp suaát bôm daàu) lôùn hôn aùp suaát daàu phía döôùi (baèng aùp suaát khí quyeån), neân pistoâng A ñi xuoáng. Qua heä thoáng tay ñoøn, cöûa van V seõ môû roäng, Añ taêng. Nhôø vaäy ω seõ bôùt giaûm vaø taêng daàn, löïc ly taâm cuûa 2 quaû caàu cuõng taêng daàn, vaø pistoâng B ñöôïc keùo veà vò trí cuõ. Vaø khi caùc loå d vaø e ñaõ ñöôïc bòt kín, pistoâng A ngöøng ñi xuoáng, van V ôû vò trí baûo ñaûm Añ = Ac, maùy trôû laïi thôøi kyø chuyeån ñoäng bình oån. 2.3. Öu nhöôïc ñieåm: cuûa boä ñieàu chænh ly taâm gían tieáp so vôùi boä ñieàu chænh ly taâm tröïc tieáp. a) Öu ñieåm: - Ñoä nhaïy cao: vôùi nhöõng thay ñoåi vaän toác nhoû, töùc laø nhöõng kích ñoäng nhoû, boä ñieàu chænh vaãn laøm vieäc. - Sai soá tónh cuûa vaän toác goùc baèng khoâng: vaän toác goùc cuûa maùy sau khi ñieàu chænh seõ trôû laïi vò trí ban ñaàu duø cheá ñoä taûi troïng thay ñoåi. Hình 6-8: Sự thay đổi vận tốc trong quá trình ổn định bằng bộ điều chỉnh ly tâm gián tiếp b) Nhöôïc ñieåm : - Chuyeån vò cuûa boä phaän chaáp haønh (heä thoáng tay ñoøn vaø van V) xaûy ra chaäm, vì theá noù chæ thích hôïp ñoái vôùi tröôøng hôïp taûi troïng thay ñoåi chaäm. - Coù theå xaûy ra quaù trình ñieàu chænh maát oån ñònh, vaän toác goùc ω coù theå dao ñoäng lieân tuïc. 2.4. Nhận xét về cấu trúc của một hệ điều chỉnh tự động (tham khảo PL 6.1). Giáo trình Nguyên Lý Máy 44
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ 3. CÂN BẰNG MÁY Trong khi maùy laøm vieäc, neáu caùc löïc taùc duïng leân maùy thay ñoåi, phaûn löïc ôû caùc khôùp ñoäng cuûa cô caáu seõ thay ñoåi. Caùc löïc taùc ñoäng thay ñoåi theo chu kyø, phaûn löïc cuõng thay ñoåi theo chu kyø, taïo neân hieän töôïng rung ñoäng treân maùy, laøm giaûm hieäu suaát cuûa maùy, taêng ñoä moøn cuûa caùc thaønh phaàn khôùp ñoäng, giaûm tuoåi thoï cuûa maùy, giaûm ñoä chính xaùc cuûa maùy. Trong caùc löïc taùc ñoäng leân maùy thay ñoåi ñoù, nhöõng rung ñoäng do löïc quaùn tính thay ñoåi gaây ra laø coù theå khaéc phuïc ñöôïc. Thöïc teá thaáy raèng löïc quaùn tính laø nguyeân nhaân chuû yeáu gaây neân hieän töôïng rung ñoäng treân maùy. Khi vaän toác cuûa maùy thay ñoåi caøng lôùn, löïc quaùn tính cuõng caøng lôùn. Coù khi löïc quaùn tính lôùn hôn raát nhieàu, so vôùi taûi troïng tónh ñaët leân maùy. Tìm caùch khöû hoaøn toaøn hoaëc 1 phaàn rung ñoäng do söï thay ñoåi coù chu kyø cuûa löïc quaùn tính gaây neân, laø nhieäm vuï heát söùc quan troïng. Ñoù laø noäi dung cuûa caân baèng maùy, töùc laø tìm caùch phaân boá hoaëc ñaët theâm, thaùo bôùt khoái löôïng cuûa caùc khaâu, sao cho coù theå, caùc löïc quaùn tính caân baèng laãn nhau. 3.1. Caân baèng khaâu quay : Khaâu quay thöôøng ñöôïc laép treân caùc truïc, ñaët treân caùc goái töïa. Nhöõng ví duï veà khaâu quay: baùnh xe, tuoác bin cuøng vôùi truïc, löôõi cưa laép treân truïc quay, roâ to cuûa ñoäng cô Ta seõ nghieân cöùu 2 kieåu khaâu quay : 3.1.1) Khaâu quay moûng (ñóa moûng) Vôùi vaät quay moûng, kích thöôùc chieàu truïc nhoû, so vôùi kích thöôùc ñöôøng kính. Troïng löôïng cuûa vaät quay moûng xem nhö chæ phaân boá treân 1 maët phaúng vuoâng goùc vôùi truïc quay. Caân baèng vaät quay moûng goïi laø caân baèng tónh Nguyeân taéc caân baèng : Xeùt 1 khaâu quay coù khoái löôïng phaân boá treân 1 maët phaúng, giaû söû caùc khoái löôïng taäp trung laø m1, m2, m3 tại các vị trí r1 , r2 , r3 . Pl1 Pl2 m2 r2 m3 r3 m1 m2 r1 r2 0 D rd r3 m3 md m1 r1 mđ rd Pl3 Hình 6-9: cách tính cân bằng khâu quay mỏng + Truïc quay vôùi vaän toác goùc ω. Löïc ly taâm do coù khoái löôïng gaây ra: 2 2 2 P l1 = m1. r 1. ω , P l2 = m2. r 2. ω , P l3 = m3. r 3. ω Giáo trình Nguyên Lý Máy 45
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ + Neáu toång caùc löïc quaùn tính ly taâm khoâng baèng khoâng, phöông chieàu cuûa löïc quaùn tính toång hôïp luoân luoân thay ñoåi, quay cuøng truïc. Phaûn löïc caùc goùc töïa seõ thay ñoåi vôùi chu kyø baèng chu kyø quay cuûa vaät quay, gaây rung ñoäng. + Muoán caùc löïc quaùn tính ly taâm trieät tieâu, phaûi laép theâm ñoái troïng, löïc quaùn tính ly taâm cuûa ñoái troïng P ñ phaûi trieät tieâu caùc löïc quaùn tính treân: Nghĩa là: P l1 + P l2 + P l3 + P ñ = 0 ⇔ m1 r 1 + m2 r 2 + m3 r 3 + mñ r ñ = 0 (6-11) Trong đó mñ, r ñ laø khoái löôïng , baùn kính veùc tô khoái taâm cuûa ñoái troïng. + Duøng hoïa ñoà veùc tô ta xaùc ñònh ñöôïc mñ. r ñ. Cho trò soá cuûa r ñ ta tính ñöôïc mñ caàn theâm vaøo, coù theå khoâng caàn theâm ñoái troïng mñ, maø bôùt ñi 1 khoái löôïng mñ ôû ñieåm xuyeân taâm. Thí nghieäm caân baèng tónh: ñeå xaùc ñònh löôïng maát caân baèng mi r i a. Phöông phaùp doø tröïc tieáp (H.6-10) 1: Chi tiết mất cân bằng 2: Trục quay 3: Thanh dao Hình 6-10: mô tả phương pháp dò trực tiếp Ñaët truïc chi tieát leân 2 löôõi dao naèm ngang song song. Neáu khoâng caân baèng, chi tieát seõ töï laên treân dao cho ñeán khi troïng taâm ôû vò trí thaáp nhaát treân ñöôøng thaúng ñöùng xuyeân taâm. Ñaép maùt-tít (hoaëc ñaát seùt) vaøo 1 ñieåm naøo ñoù treân baùn kính thaúng phía treân taâm quay. Theâm hoaëc bôùt maùt-tít cho ñeán khi vaät quay ôû traïng thaùi caân baèng phieám ñònh. Khoái löôïng vaø vò trí cuûa khoái maùt-tít laø keát quaû thí nghieäm. Öu ñieåm: thieát bò ñôn giaûn, dễ thực hiện. Khuyeát ñieåm: - Năng suất thấp vì tốn khá nhiều thời gian. - Thiếu chính xác do ảnh hưởng ma sát lăn giữa trục quay và dao. b. Phöông phaùp ñoøn caân: (Tham khảo phụ luc 6.2) c. Phương pháp đồ thị (phương pháp hiệu số mômen) (Tham khảo phụ luc 6.3) 3.1.2) Khaâu quay daøy: Vaät quay coù kích thöôùc chieàu truïc ñaùng keå so vôùi kích thöôùc ñöờng kính, goïi laø vaät quay daøy, vì theá khoâng theå xem toaøn boä troïng löôïng cuûa vaät quay phaân boá treân 1 maët phaúng vuoâng goùc vôùi truïc quay, cho neân 1 caùch toång quaùt löïc quaùn tính treân vaät quay daøy Giáo trình Nguyên Lý Máy 46
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ thu veà khoái taâm seõ ñöôïc 1 veùc tô löïc quaùn tính ( P qt ≠ 0) vaø 1 veùc tô moâmen löïc quaùn tính ( M qt ≠ 0). Nhö vaäy muoán caân baèng vaät quay, ta phaûi thoûa maõn 2 ñieàu kieän tổng caùc löïc quaùn tính baèng khoâng vaø toång moâmen caùc löïc quaùn tính baèng khoâng, goïi laø caân baèng ñoäng. Nguyeân taéc caân baèng: Nguyeân taéc caân baèng trong tröôøng hôïp naøy laø phaân phoái laïi khoái löôïng treân 2 maët phaúng tuøy yù choïn vuoâng goùc vôùi taâm quay, 2 maët phaúng naøy goïi laø 2 maët phaúng caân baèng. Xeùt 1 vaät quay nhö hình veõ, giaû söû vaät quay coù 3 khoái löôïng (maát caân baèng) taäp trung m1, m2, m3 trong maët phaúng 1,2,3 ñöôïc xaùc ñònh baèng baùn kính veùc tô r 1, r 2, r 3. + Khi vaät quay vôùi vaän toác goùc ω, seõ sinh ra caùc löïc quaùn tính P l1, P l2 vaø P l3 (hình 6.13). + Choïn 2 maët phaúng I, II tuøy yù vuoâng goùc vôùi truïc quay, phaûn löïc P l1, P l2, P l3 thaønh 2 thaønh phaàn töông öùng P ’l1, P ’’l1, P ’l2 P ’’l2, P ’l3, P ’’l3 naèm trong 2 maët phaúng I vaø II. Treân maët phaúng I, ñaët ñoái troïng ñeå taïo neân löïc quaùn tính ly taâm P ñ1, sao cho phöông trình sau ñöôïc thoûa maõn P ’l1 + P ’l2 + P ’l3 + P ñ1 = 0 (6-17) Caùch giaûi phöông trình naøy ñaõ ñöôïc trình baøy ôû phaàn tröôùc Moät caùch töông töï, seõ tìm ñöôïc khoái löôïng hoaëc vò trí ñoái troïng ñeå caân baèng caùc löïc ôû maët phaúng caân baèng II. Nhö vaäy, muoán caân baèng khaâu quay, caàn phaûi laép treân khaâu quay 2 ñoái troïng trong 2 maët phaúng khaùc nhau, vuoâng goùc vôùi truïc quay. Vò trí maët phaúng caân baèng ñöôïc choïn tuøy yù treân truïc, tuøy theo ñieàu kieän caáu taïo cuûa khaâu quay. Cuõng coù theå choïn maëp phaúng caân baèng truøng vôùi maët phaúng 1,2,3. Ñeå xaùc ñònh vò trí, cuõng nhö khoái löôïng cuûa ñoái troïng khi caân baèng 1 chi tieát ñaõ ñöôïc cheá taïo phaûi duøng caùc maùy caân baèng ñoäng. I II 1 2 3 P'l3 P''l3 Pl3 P'l2 Pl2 P''l2 Pl1 P'l1 P''l1 Hình 6-13: Cân bằng khâu quay dày. Giôùi thieäu veà maùy caân baèng ñoäng: Maùy caân baèng ñoäng coù nhieàu loaïi raát khaùc nhau, nhöng veà nguyeân lyù, loaïi ñôn giaûn coù caáu taïo nhö sô ñoà treân hình veõ. Giáo trình Nguyên Lý Máy 47
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ I II 5 2 O O 4 3 A 1 7 6 8 Hình 6-14: Sơ đồ máy cân bằng động. 1: Khung, 2: Chi tiết cần cân bằng, 3: Động cơ, 4: Bộ phận truyền động, 5: Khớp nối mềm, 6: Lò xo, 7: Giảm chấn, 8: Dụng cụ ghi, đo. Maùy bao goàm : + Khung 1 coù theå laéc quanh truïc qua A, khung mang vaät quay 2. + Vaät 2 quay quanh truïc OO nhôø ñoäng cô 3, qua boä phaän truyeàn ñoäng 4 vaø khôùp noái meàm 5. + Khôùp meàm 5 coù taùc duïng vöøa chuyeån ñoäng quay, vöøa cho pheùp vaät 2 treân khung 1 laéc quanh taâm ñi qua A. + Khung dao ñoäng 1 noái vôùi loø xo 6 ñeå taïo thaønh heä dao ñoäng. + Giaûm chaán 7 coù taùc duïng taét dao ñoäng töï do neáu coù trong heä. Khi vaät maát caân baèng 2 quay quanh OO, seõ sinh ra löïc quaùn tính, ñaây laø nguyeân nhaân gaây ra dao ñoäng cöôõng böùc cuûa khung 1, dao ñoäng naøy ñöôïc ño, ghi nhôø duïng cuï 8. Neáu ñieàu chænh vaät quay sao cho maët phaúng caân baèng I, chöùa taâm quay qua A thì löôïng maát caân baèng treân maët phaúng I khoâng aûnh höôûng tôùi dao ñoäng cuûa khung, khi ñoù dao ñoäng cöôõng böùc cuûa khung chæ do löôïng maát caân baèng treân maët phaúng II gaây ra. Khaûo saùt dao ñoäng cuûa khung 1, ta hoaøn toaøn coù theå xaùc ñònh löôïng vaø vò trí m2 r 2. Hoaøn toaøn töông töï, ta coù theå xaùc ñònh löôïng vaø vò trí cuûa m1 r 1 treân maët phaúng I khi cho maët phaúng II chöùa taâm quay qua A. 3.2. Caân baèng cô caáu : Sau ñaây, seõ nghieân cöùu caân baèng toaøn boä cô caáu, khi cô caáu ñöôïc laép treân moùng. Baøi toaùn caân baèng cô caáu laø 1 baøi toaùn khaù phöùc taïp. Ở ñaây chuùng ta chæ xeùt tröôøng hôïp cô caáu phaúng. Cô caáu laø 1 cô heä, coù khoái taâm di ñoäng. Neáu thu goïn toaøn boä löïc quaùn tính veà khoái taâm, seõ ñöôïc 1 löïc quaùn tính chính vaø 1 moâmen chính. Treân thöïc teá, caân baèng moâmen chính cuûa löïc quaùn tính raát phöùc taïp, thöôøng rất khoù thöïc hieän. Ở ñaây, ta haïn cheá chæ nghieân cöùu vieäc caân baèng löïc quaùn tính chính. P= − m. as vôùi m : khoái löôïng cuûa cô caáu. as : gia toác khoái taâm cuûa cô caáu. Giáo trình Nguyên Lý Máy 48
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Ñeå caân baèng löïc quaùn tính, caàn tìm bieän phaùp kyõ thuaät sao cho as = 0, nghóa laø khoái taâm cô caáu chuyeån ñoäng thaúng ñeàu hoaëc coá ñònh. Cô caáu chuyeån ñoäng coù chu kyø , neân S khoâng theå chuyeån ñoäng thaúng ñeàu ñöôïc. Cho neân ñeå caân baèng cô caáu , caàn tìm ñieàu kieän sao cho khoái taâm cuûa cô caáu luoân coá ñònh. Laáy cô caáu tay quay – con tröôït laøm ví duï. Caùc khaâu 1, 2, 3 coù khoái löôïng m1, m2, m3 vôùi caùc troïng taâm laø S1, S2, S3 ñöôïc xaùc ñònh bôûi r1 , r2 , r3 nhö hình veõ. Giaû söû khoái taâm S cuûa cô caáu ñöôïc xaùc ñònh baèng baùn kính veùctô r , ta coù : s 2 l2 l1 1 2 s r 1 r rS r3 Hình 6-15: xác định khối tâm S mr = m1 r1 + m2 r2 + m3 r3 mr = m1 S1 + m2 l1 + m2 S2 + m3 l1 + m3 l2 + m3 S3 m. S+ ( m + m ). l m . S+ m . l m . S ⇒ r = 11 2 31+ 22 32+ 33 (6-18) m m m Trong veá phaûi cuûa phöông trình chæ coù S3 laø khoâng ñoåi coøn S1 , l1 , S2 , l2 ñeàu coù phöông thay ñoåi, muoán r khoâng ñoåi, chæ coù caùch trieät tieâu 2 soá haïng ñaàu nghóa laø : ()m2+ m 3 m1 S1 + (m2 + m3) l1 = 0 S1 = − .l1 m1 (6-19) m3 m2 S2 + m3 l2 = 0 S2 = − .l2 m2 Ñaây laø ñieàu kieän caân baèng treân moùng cuûa cô caáu, daáu aâm trong coâng thöùc cho thaáy troïng taâm cuûa khaâu 1 phaûi naèm treân ñoaïn keùo daøi veà phía A cuûa ñoaïn AB vaø troïng taâm khaâu 2 phaûi naèm treân ñoaïn keùo daøi veà phía B cuûa ñoaïn BC. Boá trí khoái löôïng cuûa khaâu 1 vaø khaâu 2 thoûa maõn ñieàu kieän (6-19) thì khoái taâm S seõ naèm coá ñònh treân ñöôøng thaúng AC (H.6-16) s2 S s1 r Hình 6-16: một cách phân bố khối lượng Giáo trình Nguyên Lý Máy 49
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Veà lyù thuyeát ta hoaøn toaøn coù theå thöïc hieän ñieàu kieän (6-19), nhöng treân thöïc teá vieäc caân baèng treân moùng coù nhöõng phieàn phöùc nhaát ñònh. 4. HIỆU SUẤT Trong moãi chu kyø chuyeån ñoäng bình oån, coâng cuûa löïc phaùt ñoäng baèng coâng cuûa löïc caûn: Añ = Ac Coâng caûn Ac goàm coù 2 phaàn chính: coâng caûn coù ích Aci laø coâng cuûa caùc löïc caûn kyõ thuaät ñeå hoaøn thaønh nhieäm vuï coâng ngheä, vaø coâng caûn coù haïi laø coâng duøng ñeå thaéng caùc löïc caûn coù haïi (löïc ma saùt trong caùc khôùp ñoäng, löïc caûn cuûa moâi tröôøng chung quanh ) trong ñoù chuû yeáu laø coâng duøng ñeå thaéng löïc ma saùt Ams. Do ñoù: Añ = Aci + Ams Ñeå ñaùnh giaù hieäu quaû söû duïng naêng löôïng vaøo coâng vieäc coù ích cuûa maùy, duøng chæ tieâu ñöôïc goïi laø hieäu suaát cuûa maùy. η = Aci / Añ (6-20) (cuõng coù theå duøng chæ tieâu khaùc, goïi laø heä soá toån thaát naêng löôïng, kyù hieäu laø: ψ = Ams / Añ . Dó nhieân: η + ψ = 1) Nhö vaäy η = Aci / Añ = (Añ – Ams) / Añ = 1 – Ams / Añ Ñoái vôùi khôùp ñoäng, Añ chính laø naêng löôïng ñöôïc truyeàn vaøo khôùp, Aci laø naêng löôïng nhaän ñöôïc sau khi truyeàn qua khôùp ñoäng. Hieäu suaát cuûa khôùp ñoäng, cuûa cô caáu coù theå xaùc ñònh baèng tính toaùn, baèng thöïc nghieäm. Trong caùc soå tay kyõ thuaät, coù cho nhöõng giaù trò cuûa hieäu suaát caùc khôùp ñoäng hoaëc cô caáu thöôøng duøng, ví duï: hieäu suaát cuûa oå laên, oå tröôït, cô caáu baùnh raêng, xích, ñai truyeàn Cần phaûi tìm hieäu suaát cuûa 1 heä thoáng caùc khôùp ñoäng, cô caáu ñöôïc gheùp laïi vôùi nhau. 4.1. Heä thoáng khôùp ñoäng, cô caáu, maùy, laép noái tieáp. Giaû söû coù 1 heä thoáng bao goàm n khôùp ñoäng, cô caáu maùy, ñöôïc laép noái tieáp, coù sô ñoà truyeàn naêng löôïng nhö hình veõ. Ađ A1 A2 An η1 η2 η3 ηn Aci Hình 6-17: khớp động lắp nối tiếp Naêng löôïng ñöa vaøo heä thoáng laø Añ. Sau khi ra khoûi heä thoáng, ñeå khaéc phuïc löïc coù ích, naêng löôïng coøn laïi laø Aci. Hieäu suaát cuûa heä thoáng laø: η = Aci / Añ = An / Añ = (An / An-1) x (An-1 / An-2) x x (A2 / A1) x (A1 / Añ) Hay η = η1 x η2 x .x ηn (6-21) Trong ñoù η1, η2 , ηn laø hieäu suaát cuûa caùc khôùp ñoäng 1,2 n Giáo trình Nguyên Lý Máy 50
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Ví duï: tính hieäu suaát cuûa heä thoáng cuûa khôùp ñoäng vaø cô caáu nhö hình veõ. Naêng löôïng töø ñoäng cô truyeàn ñeán baêng taûi theo 1 heä thoáng ñaët noái tieáp nhö sau: 3 I 2 II 1 4 5 III Hình 6-18: một ví dụ Do ñoù, hieäu suaát cuûa traïm daãn ñoäng baêng taûi seõ baèng: 3 2 η = Aci / Añ = ηñai x η ổ x η br 4.2. Heä thoáng laép song song. Xeùt n khôùp ñoäng, cô caáu ñöôïc laép song song, vôùi sô ñoà truyeàn naêng löôïng nhö H.6- 19. Trong heä thoáng laép song song, naêng löôïng ñöôïc chia thaønh Añ1, Añ2, An ñeå truyeàn qua caùc cô caáu 1,2, n vôùi ñieàu kieän: Añ = Añ1 + Añ2 + + Añn Mặt khác: Añ1 = Aci1 / η1 ; Añ2 = Aci2 / η2 Vì vaäy hieäu suaát cuûa heä thoáng laép song song seõ laø: n ∑ Acii η = A / A = i=1 (6-22) ci ñ n A ∑ cii i=1 ηi Tröôøng hôïp ñaëc bieät, neáu hieäu suaát cuûa caùc cô caáu ñeàu baèng nhau: η1 = η2 = = ηn = ηc Thì hieäu suaát cuûa heä thoáng seõ baèng: n n A A ∑ ci ∑ ci n η =i=1 = i=1 . A =η (6-23) n A 1 ∑ ci c ∑ ci i=1 i=1 ηc ηc Giáo trình Nguyên Lý Máy 51
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Vì vaäy hieäu suaát cuûa heä thoáng cô caáu laép song song, trong ñoù hieäu suaát töøng cô caáu baèng nhau, baèng hieäu suaát cuûa 1 cô caáu trong heä. Động cơ Aci1 Aci2 Acin η1 Aci1 η2 Aci2 ĐC ηn Acin Hình 6-19: khớp động lắp song song 4.3. Heä thoáng hoån hôïp. Thoâng thöôøng trong caùc maùy, duøng caùc heä thoáng khôùp ñoäng, cô caáu vöøa laép song song, vöøa laép noái tieáp. Vôùi 1 heä thoáng laép hoån hôïp nhö vaäy, khoâng theå tìm ñöôïc coâng thöùc duy nhaát ñeå xaùc ñònh hieäu suaát cuûa noù. Caàn phaûi phaân tích chuùng thaønh nhöõng heä song song vaø noái tieáp rieâng, sau ñoù duøng caùc coâng thöùc (6-21) vaø (6-22) ñeå tính hieäu suaát cuûa heä thoáng, ví duï hình veõ treân laø 1 heä thoáng laép hoån hôïp. η’2 η’3 Aci1 ĐC η1 η”2 η’’3 Aci2 η’’’ η’’’ Aci3 Hình 6-20: khớp động lắp hổn hợp Giáo trình Nguyên Lý Máy 52
Trường Đại học Nông Lâm Tp. HCM Khoa Cơ khí - Công nghệ Phân tích hệ thống này, ta thấy từ động cơ đến nơi công tác Aci1, Aci2, Aci3, năng lượng được truyền theo 3 chuổi lắp nối tiếp, hiệu suất của từng chuổi được tính theo công thức lắp nối tiếp. ba chuổi này được lắp song song, nên hiệu suất của toàn hệ thống được tính theo công thức lắp song song, trong đo ηi là hiệu suất trên từng chuổi nối tiếp trên. Giáo trình Nguyên Lý Máy 53