Cơ khí, chế tạo máy - Chương 2: Phân tích động học

NGUYÊN LÝ MÁY GV: ThS. TRƯɆNG QUANG TRƯỜNG KHOA CɆ KHÍ – CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI H͌C NÔNG LÂM TP.HCM Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 2 - Nguyên Lý Máy Chương 2 PHÂN TÍCH ĐӜNG HỌC Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 3 - I. Nӝi dung và Ý nghĩa 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. 1. Nӝi dung - Bài toán vị trí - Bài toán vận tốc - Bài toán gia tốc 2. Ý nghĩa - Xác định vị trí  phối hợp và sử dụng chuyển động của các cơ cấu để hoàn thành nhiệm vụ của các máy đặt ra, bố trí không gian, vỏ máy - Vận tốc và gia tốc là những thông số cần thiết phản ánh chất lѭợng làm việc của máy Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 4 - Phương pháp Tùy theo nội dung, yêu cầu của từng bài toán, ta có thể sử dụng các phѭơng pháp khác nhau: giải tích, đồ thị, họa đồ vector Phưѫng pháp đồ thӏ, phưѫng pháp họa đồ vector. Ѭu điểm + Đơn giản, cụ thể, dễ nhận biết và kiểm tra. Nhѭợc điểm + Thiếu chính xác do sai số dựng hình, sai số đọc + Phѭơng pháp đồ thị, kết quả cho quan hệ giữa một đại lѭợng động học theo một thông số nhất định thѭờng là khâu dẫn. + Phѭơng pháp họa đồ vector, kết quả không liên tục, chỉ ở các điểm rời rạc.  Phưѫng pháp giҧi tích Ѭu điểm + Cho mối quan hệ giữa các đại lѭợng bằng biểu thức giải tích, dễ dàng cho việc khảo sát dùng máy tính. + Độ chính xác cao Nhѭợc điểm + Đối với một số cơ cấu, công thức giải tích rất phức tạp và khó kiểm tra Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 5 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) l ( m )K .( mm ) Chieàu daøi thöïc Chieàu daøi ñoaïn bieåu dieãn Tỉ lệ xích (TLX): K = Giá trӏ thực Chiều dài đoạn biểu diễn (mm) Các giá trӏ nên chọn cӫa TLX: 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 Tỉ lệ xích chiều dài: Kl Tỉ lệ xích vận tốc: Kv Bv v V ( m / s )K p b ( mm ) Tỉ lệ xích gia tốc: Ka 2 B a a a ( m / s )K p b' ( mm ) Tỉ lệ xích thời gian, góc quay, vận tốc góc, gia tốc góc,. pv c  VC = pvc.Kv II. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH Vӎ TRÍ CӪA CѪ CҨU Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 6 - B5B4 B3B2B1 M 0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) II. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH Vӎ TRÍ CӪA CѪ CҨU - Chọn TLX Kl - Vẽ vòng tròn (O, OA) - Chia vòng tròn đó ra nhiều phần bằng nhau, VD: A1, A2, Ai A8 - Lҩy Ai lƠm tơm, vẽ vòng tròn (Ai, AB), cắt phưѫng ngang tại Bi - Tұp hợp điểm Bi lƠ quỹ đạo điểm B Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường  Lѭu ý cách xác định vị trí 1 điểm  VD: Cho cơ cấu tay quay – con trѭợt ABCD. Biết lAB = 1m, lBC = 2,5m, lCD = 2m; lAD = 3m và song song phѭơng ngang. Cho góc quay khâu dẫn AB là 1 = 45o. Vẽ lѭợc đồ cơ cấu? - 7 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) II. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH Vӎ TRÍ CӪA CѪ CҨU Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường Lý thuyết vectơ - 8 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC 1. Cộng vectѫ Vectѫ tổng: Gӕc = gӕc vectѫ đầu tiên Ngọn = ngọn vectѫ cuӕi cùng A B C ur ur ur Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường Lý thuyết vectơ - 9 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC 2. Hệ phưѫng trình vectѫ A B C A D E      ur ur ur ur ur ur Với: A: vectѫ cần tìm B, D: vectѫ đã biết C, E: vectѫ chӍ biết phưѫng Vectѫ cần tìm: Gӕc = gӕc vectѫ đầu tiên Ngọn = điểm giao cӫa hai phưѫng vectѫ cuӕi cùng Cn Cn-1C2 C1 A Bn Bn-1B2 B1 p Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 10 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học - Định lý liên hệ vận tốc + Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng BAB Av v v  r r r + Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tѭơng đối đối với nhau 2 1 2 1A A A Av v v  r r r Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 11 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học - Định lý liên hệ gia tốc + Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng + Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tѭơng đối đối với nhau 2 2 1 2 11 k r A A A A A Aa a a a  r r r r 2 12 1 2 1 0 1 1 / / _ _ 90 _ _ 2 k A A A A A A v quay theo a v   r ur r   Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 12 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học a) Khâu chuyển động tӏnh tiến Vận tốc của tất cả các điểm trên khâu bằng nhau và tiếp tuyến với quỹ đạo, các vectơ gia tốc có cùng độ lớn và song song với nhau Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 13 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học b) Khâu quay quanh 1 trөc cӕ đӏnh - Vұn tӕc: + Độ lớn: + Phѭơng:  OA + Chiều: theo chiều tác dụng của AO AOV .l  AO AOV .l   AOV Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 14 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học b) Khâu quay quanh 1 trөc cӕ đӏnh - Gia tӕc: + Gia tốc pháp: Độ lớn: Phѭơng: OA Chiều: A  O + Gia tốc tiếp: Độ lớn: Phѭơng:  OA Chiều: theo chiều tác dụng của  n t AO AOAOa a a  t AO AOa .l  2 2n A AO AO AO V a .l l    t AO AOa .l  t AOa r n AOa r Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 15 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học b) Khâu quay quanh 1 trөc cӕ đӏnh Đặc biệt: Nếu là khâu dẫn  Khâu quay đều   = const   = ’ = 0 atAO = 0  aA = anAO = 2.lAO Aa r Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 16 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học c) Khâu chuyển động song phẳng B A BA n t B A BA BA V V V a a a a      uur uur uuur uuur uuuruur uur Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 17 - (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC Lý thuyết động học d) Trùng điểm 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 A A A A K r A A A A A A V V V a a a a      uuur uur uuuuur uuuuur uuuuuruuur uuur  Nếu là khớp quay: (không làm thay đổi vұn tӕc, gia tӕc) 2 1 2 1 A A A A V V a a   uuur uur uuur uuur  Nếu là khớp trượt: - Vận tốc trѭợt VA2A1 và gia tốc trѭợt arA2A1 có phѭơng // phѭơng trѭợt. - Gia tốc Coriolic aKA2A1 tính theo lý thuyết. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 18 - III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) 1 . Ví dụ 1: Cho cơ cấu 4 khâu bản lề tại vị trí nhѭ hình vẽ. Tay quay 1 quay đều với vận tốc góc 1= 10rad/s. Kích thѭớc các khâu lAB = 0,1m, lBC = 0,25m, lCD = 0,2m; lAD = 0,3m. Góc quay khâu dẫn 1 = 90o. Xác đӏnh vұn tӕc, gia tӕc điểm C vƠ vұn tӕc góc, gia tӕc góc khơu 2, 3. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 19 - III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) Đӏnh lỦ đồng dạng 1 . pv C pa C' nBC b a b' d 3 B a'd' ABn C A O D 2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 20 - III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) 1 . Ví dụ 2: Cho cơ cấu tay quay – con trѭợt tại vị trí nhѭ hình vẽ. Tay quay 1 quay đều với vận tốc góc 1= const. Kích thѭớc các khâu lAB = , lBC =. Góc quay khâu dẫn 1 = o. Xác đӏnh vұn tӕc, gia tӕc điểm C vƠ gia tӕc góc khơu 2. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 21 - Ví dụ 3: cho cơ cấu culit tại vị trí nhѭ hình vẽ. Khâu 1 quay đều với vận tốc góc 1. Xác định 2; 3; 2; 3. III. BÀI TOÁN XÁC ĐӎNH VҰN TӔC, GIA TӔC (Phân tíƠh động h͍Ơ Ơɇ Ơấu phẳng bằng h͍a đồ veƠtɇ) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 22 - IV. Phân tíƠh động h͍Ơ bằng gỌảỌ tíƠh 1 Xét cơ cấu tay quay – con trѭợt lệch tâm có vị trí đang xét nhѭ hình vẽ Cho: lAB, lBC, 1 là hằng số và độ lệch tâm e Xác định: xC, C, aC 1 1 2 2os osCx l c l c   1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 ( ) ; ( ) ( ) l sin sin sin arcsin t t t f el e l l                      1 1( )C C Cx x x t   1 1 1 1 2 22 1 2 1 1 1 1 3 2 2 2 ( ) (sin os tan ) os( + ) os( ) os os C C C C v v t l c c l c a a t l c l c                       với  với Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 23 - V. Phân tíƠh động h͍Ơ bằng đồ thị 1Xét cơ cấu 4 khâu bản lề có vị trí đang xét nhѭ hình vẽ Cho: lAB, lBC, lDA, 1 là hằng số Xác định: 3, 3, 3 Xác định giá trị 3 từ phѭơng pháp vẽ, đo và lập bảng Xơy dựng đồ thӏ  3 3 1   Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 24 - V. Phân tíƠh động h͍Ơ bằng đồ thị 1Xét cơ cấu tay quay – con trѭợt có vị trí đang xét nhѭ hình vẽ Cho: lOA, lAB, 1 là hằng số Xác định: sB, vB, aB Xác định giá trị 3 từ phѭơng pháp vẽ, đo và lập bảng a) d) c) b) 0 7654321 0 7654321 0 7654321    s s A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 0 B1 B2