Đồ án Nguyên lý máy_động cơ đốt trong kiểu chữ v (pa 3)

Phần I: TỔNG HỢP CƠ CẤU Cấu trúc và nguyên lý làm việc của cơ cấu. Cấu trúc. 1 : Tay quay OA. 2: Thanh truyền chính AB. 3: Con trượt B. 4: Thanh truyền phụ CD. 5: Con trượt D. α : Góc giữa hành trình của pittông B và D β: Góc giữa AB và CD. Hình 1. Họa đồ cơ cấu. Nguyên lý làm việc. Dưới tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén pittong B và D chuyển động, chuyển động này được truyền tới trục quay OA qua các thanh truyền AB và CD. Tay quay OA chuyển động có tác dụng truyền lực ra ngoài để máy làm việc. Ở mỗi xilanh có chu kỳ làm việc là 2 vòng quay của OA. + Vòng quay đầu từ 0à 2π ứng với quá trình hút và nén nhiên liệu. + Vòng tiếp theo từ 2πà 4π ứng với quá trình nổ và xả nhiên liệu ra ngoài. Nghiên cứu các thông số động học, động lực học và các quan hệ giữa chúng. Lập bảng các thông số cho trước. 1 Hµnh tr×nh cña pitt«ng B,H1 H1 220 mm 2 §­êng kÝnh cña xi lanh,D D 180 mm 3 HÖ sè c¬ cÊu thanh 3 4 Tû sè chiÒu dµi cña hai thanh AB vµ AC, lAB/lAC 3 5 Tû sè chiÒu dµi cña hai thanh AS2 vµ AB, lAS2/lAB 0.35 6 Tû sè chiÒu dµi cña hai thanh CS4vµ CD, lCS4/lCD 0.4 7 ChiÒu dµi thanh CD, lCD 270 mm 8 Gãc gi÷a hµnh tr×nh pitt«ng B vµ D, α 55 ®é 9 Gãc gi÷a AC vµ AB, β 60 ®é 10 Khèi l­îng pitt«ng B, m3 10,5 kg 11 Khèi l­îng pitt«ng D, m5 10,5 kg 12 Khèi l­îng tay quay OA, m1 8 kg 13 Khèi l­îng kh©u 2, m2 7 kg 14 Khèi l­îng kh©u 4, m4 3 kg 15 M« men qu¸n tÝnh cña thanh truyÒn AB, Js2 0.13 kgm2 16 M« men qu¸n tÝnh cña thanh truyÒn CD, Js4 0.04 kgm2 17 Gãc truyÒn ®éng γ 75 ®é 18 M« men qu¸n tÝnh cña kh©u 1 víi trôc quay, Jo1 0.09 kgm2 19 Sè vßng quay cña kh©u 1 n vßng/phót 2400 vßng/phut 20 M« ®un hÖ b¸nh r¨ng bªn ph¶i mI 3 mm 21 M« ®un hÖ b¸nh r¨ng bªn tr¸i mII 4,5 mm 22 Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng kh©u dÉn ®éng 13 răng 23 Sè r¨ng cña b¾nh r¨ng 26 răng Phân tích cấu trúc cơ cấu: Số bậc tự do. Số khâu động n= 5 Số khớp thấp P5 =7 Số khớp cao P4 =0 Số ràng buộc trùng R =0. Số ràng buộc thừa R’ =0. Số bậc tự do thừa S= 0. Số bậc tự do của cơ cấu phẳng là. W = 3n –( P4 + P5)+R+R’-S = 1 (btd) Xếp hạng cơ cấu. Chọn khâu nối giá là khâu dẫn. Cơ cấu có hạng 2. Xây dựng các thông số hình học chưa biết. Xác định các thông số còn lại. Hành trình của píttông B: H1 = 220 (mm) Chiều dài của tay quay OA: lOA = H1/2 =220/2 = 110(mm) Hệ số cơ cấu của thanh: l =lAB/lOA à lAB = lOA l =1103 =330(mm). Chiều dài của thanh: lAC =lAB/3=330/3=110(mm) Chiều dài của đoạn: lAS2 =lAB0,35 =3300,35 =115,5(mm). Chiều dài của thanh CD: lCD = 270 (mm) Xây dựng họa đồ cơ cấu và họa đồ chuyển vị ứng với một tỷ xích xác định. Thu gọn theo tỷ xích Chọn tỷ xích ml = 1/300(mmm) tính được. + OA=lOA/ml = 33 (mm). + AB=lAB/ml= 99 (mm). + AC=lAC/ml = 33 (mm). + AS2=lAS2/ml= 34,65 (mm). + CS4=lCS4/ml= 32,4 (mm). + CD=lCD/ml= 81 (mm). + α = 550 , b = 600 Xác định các vị trí cần thể hiện trên họa đồ chuyển vị. 14 vị trí. Vẽ đường tròn C có tâm O đường kính OA =33(mm) là quỹ đạo chuyển động của A Từ O vẽ 2 tia Ox,Oy( là đường chuyển động của 2 píttông B, D) tạo với nhau góc α= 550. Ox kéo dài cắt C tại A7 và A1. Từ A1 theo chiều thuận kim đồng hồ lấy các điểm A(1 ÷ 12) hay là chia đường tròn C thành 12 phần bằng nhau. Vẽ các đường tròn có tâm làAi bán kính AB= 99(mm) cắt Ox lần lượt tại Bi (i=1 ÷ 12). Theo như hình vẽ ta thấy tại A7 píttông B chuyển động tới điểm chết trên, tại A1 píttông B chuyển động tới điểm chết dưới. Từ Ai dựng đường thẳng Ai Ci =33cm hợp với Ai Bi một góc β= 600. Ta dựng được quỹ đạo của điểm C bằng cách nối các điểm Ci bằng một đường cong trơn Xác định vị trí của Di thông qua việc lấy giao điểm của đường tròn (Ci ; CD=81mm) và đường thẳng Oy. Trên họa đồ vị trí ta thấy A13 và A14 ứng với vị trí điểm chết trên, điểm chết dưới của píttông D theo họa đồ ta có thể lấy A13≡ A5; A14≡ A11 (do vị trí của A13và A5; A14 và A11 lệch nhau không đáng kể nên ta có thể lấy trùng nhau tạo thuận lợi trong quá trình khảo sát.) Vị trí A1 , A7 tương ứng với vị trí điểm chết dưới, chết trên của píttông B Phần II: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU A : BÀI TOÁN VẬN TỐC. Theo họa đồ cơ cấu ta có. vA1=vA2, vB2=vB3 vC2=vC4, vD4=vD5 , Vận tốc góc của khâu OA ω1= πn30 =2400.π30 =251.2(s-1) Phương trình mô tả quan hệ vận tốc của các điểm đặc biệt. Xét cơ cấu khi điểm A≡A6. Xét 2 điểm A,B trên khâu 2. v B3 = VA2 + VB3 A2 (1) // OB ^ OA ^ AB ------- w1.OA w2.AB ? 27,65 (m/s) ? Vẽ họa đồ vận tốc cho (1) theo tỷ xích m = 1/300(m/mm) ( thu gọn khi vẽ trên CAD) và mV = 1/2(m/mms)(thu gọn kích thước của vận tốc. Chọn điểm P là điểm cực họa đồ vận tốc . Xuất phát từ P ta vẽ Pa2 vuông góc với OA biểu diễn VA2 với Pa2=55.3(mm) Qua a2 vẽ đường d1 vuông góc với AB biểu diễn phương của VB3 A2 Từ P vẽ đường d2 song song với OB biểu biểu diễn phương của v B3 . Khi đó d1 d2 b, véc tơ Pb ó B3 , véc tơ ab ó B3A2. Dựa vào định lý tam giác đồng dạng thuận với khâu 2, ta có abc đồng dạng thuận với ABC từ đó ta xác định được điểm c2 trên họa đồ. Xét 2 điểm C,D trên khâu 4. VD5 = VC 2 + VD5 C2 // OD xác định ^ CD ---- w4.CD ? (m/s) ? Qua c2 vẽ đường thẳng d3 vuông với CD biểu diễn phương của VD5 C2 . Từ P vẽ đường thẳng d4 song song với OD biểu diễn phương của VD5 . Khi đó d3 d4d, véc tơ Pd ó D5 , véc tơ cd ó D5C2. Dựa vào định lý đồng dạng thuận ta có: as2/ab =AS2/ABàas2=abAS2/AB , từ đó ta xác định được s2 trên họa đồ , tương tự ta cơ cs4=cdCS4/CD, ta đó xác định được s4 trên họa đồ,véc tơ Ps2 ó S2, véc tơ Ps4 ó S4. Xác định vận tốc của các điểm cần thiết. Đo chiều dài các véc tơ trên họa đồ ta được vận tốc cần tính: V3= VB3 =Pb3mv = 35.73 0.5= 17,86(m/s) V5= VD5 =Pd5mv =38.87 0,5=19.43( m/s) VS2=Ps2mv = 43.59 0,5=21.79(m/s) VS4=Ps4mv =40.57 0.5=20.28(m/s) w2= VB3A2/lAB = abmv /ABml = 48.51 0,5/0,33=73.54(1/s) w4=VD5C2/lCD = cdmv /CDml =30.99 0,5/0,33=46.95(1/s) Lập bảng các kết quả tính toán tại 14 vị trí. (lập bảng tính trong bài toán gia tốc.) Xây dựng đồ thị mô tả sự thay đổi của vận tốc dài của các điểm thuộc các khâu chuyển động tịnh tiến và các khâu chuyển động quay theo vị trí của cơ cấu. B: BÀI TOÁN GIA TỐC. Phương trình mô tả quan hệ gia tốc của các điểm đặc biệt. Ta có w1= n/30 = 2400/30 = 251,2 (s-1) Lấy ml = 1/300(mmm) Xét 2 điểm A,B trên khâu 2,ta có. Gia tốc pháp của điểm A a nA2 = w21lOA =251,22 × 0,033=2082.34(m/s2) a B3 = a A2 + a B3 A2 a B3 = a nA2 + a τA2 + a nB3A2 + a τB3A2 (1) //OB A" O ^ OA B" A ^ AB ------- w21lOA e1 lOA w22lAB e2 lAB ? 2313.72(m/s2) 0 561.34 ? Vẽ họa đồ vận tốc cho (1) theo tỷ xích ml= 1/300(m/mm); ma =80 (m/mms2) - Chọn Q là điểm cực của họa đồ gia tốc. - Từ Q vẽ Qa2 có độ dài a nA2/ma/ml = 77.78 mm chiều từ A -> O biểu diễn a nA2 - Từ a2 vẽ a2nBA hướng từ B" A biểu diễn véc tơ a nB3A2 có độ dài là 21.05mm - Từ vẽ đường thẳng d1 vuông góc với AB biểu diễn véc tơ - Từ Q vẽ đường thẳng d2 song song với OB biểu diễn véc tơ . Khi đó Khi ®ã b3=l1l2 . vÐc t¬ Qb3 ó a B3 , vÐc t¬ nB3A2 b3ó a τB3A2 - Dùa vµo ®Þnh lý tam gi¸c ®ång d¹ng thuËn víi kh©u2 ,abc ®ång d¹ng thuËn víi ABC, ta x¸c ®Þnh được ®iÓm c2 trªn ho¹ ®å. Xét 2 điểm C,D ta có : aD5 = aC 2 + a nD5C2 + a τD5C2 //OD xác định DàC ^ DC ----- | | w24lCD e4 lDC ? (m/s2) | | 178.55 ? Vẽ họa đồ vận tốc cho (2) theo tỷ xích ml= 1/300(m/mm); ma =80 (m/mms2) Qua c2 vẽ đường thẳng c2 nD5C2 có chiều từ DàC độ dài là 6.70 mm biểu diễn a nD5C2. Từ nD5C2 vẽ l3 ^ DC biểu diễn chiều a τD5C2 . Từ Q vẽ l4 // OD biểu diễn chiều của aD5 .Lấy giao l3 ,l4 ta được d5 Khi đó Qd5 ó aD5 , nD5C2 d5 ó a τD5C2 Dựa vào định lý đồng dạng thuận trong tam giác ta xác định được s2 và s4 tương tự như trong bài toán vận tốc. Xác định gia tốc dài của các điểm cần thiết, gia tốc góc khâu dẫn. Đo chiều dài của các véc tơ trên họa đồ ta được các giá trị gia tốc cần tính. a3 = ab3 = Qb3ma = 6487,35 (ms-2). a5 = ad5 = Qd5ma = 6378.41(ms-2). aS2= Qs2ma = 6117,67(ms-2). aS4= Qs4ma = 6585,58(ms-2). e2 = atB3A2/lAB = nB3A2 b3ma / ABml = 2623,67(s-2). e4 = atD5C2/lCD = nD5C2 d5ma / CDml = 3871,47(s-2) Bảng các giá trị vận tốc,gia tốc của 12 vị trí. ĐL VT w2(s-1) w4(s-1) v3 (m/s) v5( m/s) vS2( m/s) vS4( m/s) 1 25,19 8,03 0 21,62 17,96 22,73 2 22.07 - 6,77 9,77 29,14 19,89 28,00 3 13,12 - 18,98 19,77 28,96 24,27 27,83 4 0 - 25,12 27,64 18,86 27,64 21,810 5-13 - 13,12 - 25,62 28,10 0 26,93 13,85 6 - 73,54 - 46,95 17,86 - 19,43 21,79 - 20,28 7 - 25,12 - 7,86 0 - 25,55 - 17,96 - 24,62 8 - 22,07 6,275 - 17,87 - 27,85 - 21,77 - 29,06 9 -13,12 18,36 - 28,10 - 23,22 - 26,93 - 25,58 10 0 25,21 -27,64 - 14,38 - 27,64 - 20,43 11-14 13,12 25,66 - 19,16 0 - 24,20 - 13,85 12 22,07 20,46 - 9,77 9,52 - 19,89 16,49 ĐL VT e2(s-2) e4 (s-2) a3(ms-2) a5(ms-2) aS2(ms-2) aS4(ms-2) 1 0.00 6019,54 6223,91 +5409,55 6223,93 5281,85 2 2623,67 6110,197 4293,35 2039,52 5399,79 3245,06 3 4957,55 4119,52 +4149,36 -2311,87 4933,60 -3316,43 4 -9915.82 -2262.26 +1090.74 -3026.42 2041.31 2600.14 5-13 -8199.93 +2178.94 -1029.98 -3813.24 2207.73 3335.42 6 2623,67 3871,47 6487,35 63678,41 6117,66 6585,58 7 -4334.22 +6418.27 -3215.78 -3156.54 3032.70 3258.54 8 0.00 +9598.95 -4089.36 -1406.32 3436.57 2360.33 9 +4334.22 +9841.19 -3215.78 +351.57 3032.707 1532.15 10 +8199.93 +6945.34 -1029.98 +1520.80 2207.73 1924.96 11-14 +9915.82 +2697.37 +1090.74 +2178.61 2041.31 2698.54 12 +8199.93 -1850.25 +2055.10 +2494.47 2445.60 3011.27 ω< 0 nếu ngược chiểu ω1 v>0 nếu ra xa tâm O v< 0 nếu hướng tâm O. Xây dựng đồ thị mô tả sự thay đổi của gia tốc dài của các điểm thuộc các khâu chuyển động tịnh tiến và các khâu chuyển động quay theo vị trí của cơ cấu. Phần III: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU Việc phân tích lực cơ cấu có ý nghĩa quan trọng trong tính toán độ bền của khớp nối, chọn chế độ bôi trơn, chọn kích thước khớp phù hợp, xác định mômen cân bằng khâu dẫn, lực tác động lên các thanh truyền, giá. Các bộ phận chi tiếp trong hệ thống máy. Tính toán lực cơ cấu thông qua phương pháp vẽ họa đồ lực và phương trình cân bằng mômen. Tách các nhóm Axua đặt các lực xác định được ngay vào cơ cấu Trọng lượng các khâu. Lực phát động hoặc lực cản kỹ thuật. Lực vào mô men quán tính tại các khâu Phản lực tại khớp động. Phân tích phản lực tại các khớp cần thiết Xác định áp lực thực tế P của píttông. Lực công nghệ P=pi.F F: là diện tích mặt cắt ngang của xilanh. F= π .D24 = π .4 . 0.182= 0.0254( m2) pi là áp suất chỉ thị: pi=pi . μp (bar) pi =y : tung độ của biểu đồ công đo được từ đường áp suất khí quyển đến đường cong áp suất trong xilanh. μp tỷ xích của đồ thị công μp =3,5(bar/mm). Với 1 bar = 105 (N/m2) ta có: P3 = pi . F =pi . μp.105.F (N) P5= pi .F =pi . μp.105 .F (N) Bảng giá trị lực tại 14 vị trí như sau. Ta nghiên cứu bài toán lực trong một vòng quay của khâu dẫn ( OA quay 3600) Với píttông B Vi trÝ 9 10 11 12 1 2 (mm) 1 1 1 1 3 7 P3(N) 3.955 3.955 3.955 3.955 11.865 27.685 Hµnh tr×nh NÐn NÐn NÐn NÐn NÐn NÐn Vi trÝ 3 4 5 6 7 8 (mm) 24 23 12 6 3 2 P3(N) 94.920 90.965 47.460 23.730 11.865 7.910 Hµnh tr×nh NÐn_Næ Næ Næ Næ Næ Næ Với píttông D Vi trÝ 9 10 11 12 1 2 (mm) 3 2 1 0 0 0 P5(N) 11.865 7.910 3.955 0 0 0 Hµnh tr×nh Næ Næ Næ-X¶ X¶ X¶ X¶ Vi trÝ 3 4 5 6 7 8 (mm) 0 0 0 0 0 0 P5(N) 0 0 0 0 0 0 Hµnh tr×nh X¶ X¶ X¶ Hót Hót Hót Chiều của áp lực khí nén khi nhiên liệu nổ hướng dọc trục píttông về tâm O. Lấy gia tốc trọng trường g=10 (m/s2) Trọng lượng của các khâu. Khâu 2:G2 = m2.g = 7.10 = 70 (N) Khâu 3:G3 = m3.g = 10,5.10 = 105 (N) Khâu 4:G4 = m4.g = 3.10 = 30 (N) Khâu 5:G5 = m5.g = 10,5.10 = 105 (N) Xác định các hợp lực quán tính. Lực quán tính sinh ra do sự chuyển động không đều của các khâu. Lực quán tính thay đổi cả độ lớn và phương chiều theo chu kỳ động học. Lực quán tính của khâu 2.(thanh AB) Vì thanh AB chuyển động song phẳng nên ta có + Lực quán tính ngược chiều chuyển động của gia tốc aS2 của khâu 2 Độ lớn , Điểm đặt tại S2 +Mô men quán tính Mqt2 ngược chiều quay của ε4 , Độ lớn Mqt2=-J2 . e2 (dấu - ngược chiều) Lực quán tính của khâu 3.(con trượt B) Khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên có L ực quán tính. ngược chiều gia tốc a3 của khâu 3. P3qt = - m3 . a3 Lực quán tính của khâu 4.(thanh CD) V× thanh CD chuyÓn ®éng song ph¼ng do vËy ta x¸c ®Þnh ®iÓm ®Æt lùc qu¸n tÝnh vµ m« men qu¸n tÝnh nh­ sau. Lực quán tính ngược chiều chuyển động của gia tốc aS2 của khâu 2 Độ lớn Điểm đặt tại S2 Mô men quán tính Mqt4 ngược chiều quay của ε4 , Độ lớn Mqt4=-J4 . ε4 (dấu - ngược chiều) Lực quán tính của khâu 5.(con trượt D) Khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên có L ực quán tính. ngược chiều gia tốc a5 của khâu 5. P5qt = - m5 . a5 Các giá trị được tính trong bảng. §¹i l­ợng P5qt(KN) P4qt(KN) M4qt(Nm) P2qt (KN) M2qt(N.m) P3qt (KN) VÞ TrÝ 1 28,33 13,25 308,8 28,61 1.313,24 -19,68 2 12,25 10,57 613,46 37,26 694,11 -57,96 3 - 17,11 14,93 648,09 41,68 0 -78,60 4 - 52,39 20,94 456,51 37,26 -694,16 -61,44 5 -71,06 22,38 179,13 28,61 -1.313,27 -19,68 6 -56.80 -19,76 -101,92 -42,82 -1.588,07 -68,12 7 -29,69 12,26 -383,32 31,01 -1.313,16 39,27 8 12,24 10,57 -613,41 33,55 -694,16 40,66 9 41,84 15,43 -648,11 34,10 0 39,30 10 49,70 19,23 -456,41 33,54 694,16 40,63 11 46,76 20,34 -179,01 31,01 1.313,16 39,27 12 40,13 18,28 101,92 26,83 1.588,07 20,84 DÊu ©m cña nÕu cã chiÒu h­íng ra xa O, dÊu ©m cña nÕu cã chiÒu quay cïng chiÒu kim ®ång hå. Xét cân bằng nhóm Axua 4-5. C¬ cÊu chuyÓn ®éng trªn mÆt ph¼ng n»m ngang nªn ta bá qua t¸c dông cña G1,G2. X¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m« men ®èi víi ®iÓm D2 Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc c¶ nhãm lµ:  (1) VÏ ho¹ ®å theo (1) với μp theo tõng vÞ trÝ =>vµ => X¸c ®Þnh ph¶n lùc kh©u 4 t¸c dông lªn kh©u 5: XÐt c©n b»ng lùc con tr­ît D: (2) VÏ ho¹ ®å theo (2) => Xét cân bằng nhóm Axua 2-3. Ta x¸c ®Þnh lùc lùc b»ng ph­¬ng tr×nh m« men c©n b»ng t¹i ®iÓm B: Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc c¶ nhãm: (3) VÏ ho¹ ®å theo (3) => , => XÐt c©n b»ng lùc kh©u B: (4) VÏ ho¹ ®å theo (4) => Xác định Mcb trên khâu dẫn. §¨t Mcb trªn kh©u OA,chiÒu nh­ h×nh vÏ. Xét ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m«men lùc t¹i O: Smo(Pi) = R21.lOAsin(R21,OA) - Mcb = 0 X¸c ®Þnh ph¶n lùc t¹i khíp ®éng R01. XÐt ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc cho kh©u dÉn ta cã : +=0 .Gi¸ trÞ :R21=R01, R12 R01 chÝnh lµ ph¶n lùc khíp O. C¸c gi¸ trÞ tÝnh ®­îc cho trong b¶ng sau: ĐLg Vị trí R24 (N) R05 (N) R45 (N) R23 (N) R03 (N) R12 (N) R01 (N) M cb (N.m) 1 42.53 8.74 29.64 13.85 7.30 62.21 62.21 671 2 20.23 4.77 13.14 32.55 11.96 74.57 74.57 1.38 3 27.54 8.10 19.04 79.75 13.51 141.07 141.07 8.06 4 72.47 18.17 55.70 29.93 5.00 82.12 82.12 3.66 5 93.26 1.10 71.07 27.83 1.83 107.16 107.18 1.13 6 43.98 3.51 62.07 48.50 19.19 76.03 76.03 5.64 7 39.46 9.02 30.915 52.42 11.51 90.16 90.16 966 8 19.17 4.07 12.88 59.47 34.31 59.45 59.45 1.38 9 72.48 21.95 58.01 45.41 13.84 148.09 148.09 0 10 79.4 17.93 60.33 49.36 21.17 160.17 160.17 101 11 71.48 6.65 51.15 49.72 24.51 149.95 149.95 3.15 12 58.37 971 40.14 28.72 14.49 108,24 108.24 4.14 Xác định Mcb bằng phương pháp chuyển vị khả dĩ. Cơ cấu chuyển động trong mặt phẳng nên phương trình cân bằng công suất không có sự tham gia trọng lượng các khâu. Ph­ơng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cña c¬ cÊu lµ: (*) Ta chän vÞ trÝ 4 ®Ó tÝnh Mcb: §¹i l­ợng P5qt(KN) P4qt(KN) M4qt(Nm) P2qt (KN) M2qt(N.m) P3qt (KN) Vị trí 6 -56.80 -19,76 -101,92 -42,82 -1.588,07 -68,12 Ph­¬ng tr×nh (*) t­¬ng ®­¬ng víi. Mcb.ω1 +P2qt.VS2.cos(P2qt,VS2) +M2qt. ω2- P3qt. V3 - P3. VS3+ P4qt. VS4.cos(P4qt,VS4) -M4qt. ω4- P5qt. V5 - P5.V5 = 0 Thay sè ta ®­îc: M cb . 251.2 - 42820 . 21,79 . (-0,15) -1588,07 . 73,5 +68120 . 17,865 – 23730 . 25,133 -19760 . 20,285 . (-0,586) - 101,92 . 46,95 + 56800 . 11,051 – 0 . 11,051=0 Mcb =4870.66 (N.m). Phần IV: ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU. X¸c ®Þnh m« men ph¸t ®éng vµ m« men qu¸n tÝnh khèi l­îng thu gän - M« men ph¸t ®éng: MD= = (*) M« men qu¸n tÝnh khèi l­îng thu gän. = =(**) Thay sè vµo (* vµ **)ta cã b¶ng kÕt qu¶. Vị trí 1 2 3 4 5 6 MD(Nm) -904 -1342 0 4409 3619 1779 JT(Kg.m2) 0,102 0,087 0,065 0,058 0,071 0,087 Vị trí 7 8 9 10 11 12 MD(Nm) 636 210 716 332 197 297 JT(Kg.m2) 0,094 0,081 0,06 0,046 0,027 0,056 Tính vận tốc gần đúng của khâu dẫn bằng phương pháp đồ thị Writtenbauer. Lập biểu đồ ∆E(𝛗) VÏ biÓu ®å M víi 100(N.m/mm) , μφ 3(®é/mm) = 0,052 (rad/mm). TÝch ph©n ®å thÞ Mđ (víi cù ly gèc H=30 mm )ta ®­îc ®å thÞ A® víi tû lÖ xích μA = μM. ΜV . H= 156 (Nm/mm). Nèi O vµ C b»ng mét ®o¹n th¼ng ta ®ược ®å thÞ (V× lµ h»ng sè nªn tû lÖ thuËn víi gãc chuyÓn vÞ ). LÊy biÓu ®å A®(φ) trõ biÓu ®å ta ®­îc biÓu ®å ∆E(φ) khi ®ã Dùa vµo ®å thÞ ta tÝnh theo c«ng thøc : ω(φ)= 2∆Eφ+Jt φ0 . ω2( φ0) Jt( φ0) Trong ®ã: Jt(φ0) . ω2(φ0) = Bảng giá trị 𝛚 (𝛗) Vị trí 1 2 3 4 5 6 335,10 325,65 331,91 415,03 433,942 418,90 Vị trí 7 8 9 10 11 12 405,34 427,12 488,07 550,38 698,16 472,08 Đå thÞ biÓu diÔn trªn h×nh vÏ TÝnh gÇn ®óng hÖ sè kh«ng ®Òu cña kh©u thay thÕ. Theo kÕt qu¶ ë trªn ta cã : ωmax =698,163 (1/s) ωmin =325,653 (1/s) => ωtb = ωmax+ ωmin2 = 511.908 (1/s) HÖ sè kh«ng ®Òu tÝnh theo c«ng thøc: δ = = ωmax- ωminωtb = 0,728 Xác định mô men quán tính khối lượng của bánh đà làm đều chuyÓn ®éng Sử dụng phương pháp đồ thị Writlenbauer. VÏ biÓu ®å DE(J) b»ng c¸ch khö th«ng sè j cña ®­êng cong ta tiÕn hµnh nh­ sau: Tõ ®iÓm E trªn trôc tung cña biÓu ®å Jt(j).c¸ch trôc hoµnh j mét kho¶ng lín h¬n tung ®é cña biÓu ®å nµy, ta kÎ ®­êng th¼ng EF lµm víi trôc j mét gãc 45 ®é. KÎ c¸c ®­êng th¼ng tõ tung ®é cña Jt(j) song song víi trôc hoµnh, c¸c ®­¬ng th¼ng nµy c¾t EF, tõ c¸c giao ®iÓm nµy ta dãng c¸c ®­êng th¼ng song song víi trôc tung vµ c¾t c¸c ®­êng th¼ng kÎ tõ c¸c tung ®é cña ∆E(φ) còng song song với trục hoµnh. Nèi c¸c giao ®iÓm nµy ta ®­îc ®å thÞ DE(J). VÏ hai tiÕp tuyÕn AB vµ CD víi ®­êng cong ().C¸c tiÕp tuyÕn nµy lÇn l­ît lµm víi trôc Jt 1 gãc vµ ,cho c¾t trªn trôc OE mét ®o¹n BD. §o¹n nµy biÓu diÔn víi tû lÖ xÝch φE lµ biÕn thiªn cùc ®¹i cña ®éng n¨ng b¸nh ®µ. Đồ thị có và . Theo hÖ sè chuyÓn ®éng kh«ng ®Òu cña m¸y vµ vËn tèc gãc trung b×nh ωtb = 511.92 (rad/s) ta x¸c ®Þnh φmax , φmin theo c¸c ®¼ng thøc sau: Do vËy ta ®­îc : = arctg(2,903) = 70,99 = arctg(0,457) =24,56 Di chuyển song song hai đường tiếp tuyến có góc này cho tới khi tiếp xúc với đường cong ∆E(JT) các tiếp tuyến này cắt trục tung tại hai điểm BD = 3,52 (mm) Mômen quán tính của vô lăng được tính: MÆt kh¸c ta cã ∎ Phần V: THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM. Góc quay của cam trong các giai đoạn chuyển động. Góc φD φX φV φG Giá trị (độ) 51 24 51 234 Giả sử cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng cần thiết kế có sơ đồ động học như hình vẽ, trong đó cam quay cung chiều kim đồng hồ, đồng thời đường dịch chuyển của cần tạo với phương vuông góc với đáy góc α= 00 như đầu bài đã cho. I: Xây dựng các đồ thị động học Do chuyển đổi của cần trong cơ cấu cam đã cho là chuyển động tịnh tiến nên chuyển vị của nó được ký hiệu bằng chữ S Vì quy luật chuyển động của cần là quy luật gia tốc cosin nên chúng ta sử dụng công thức sau để vẽ các đồ thị động học. S“ = Fmax2 (πφD)2 cos (πφφD) S’ = Fmax2 (πφD) sin (πφφD) S= Fmax2 [1- cos (πφφD] Thay các dữ liệu đã biết. Fmax = h =10 mm φD = 510 = 17π60 φX = 240 = 2π15 φV = 510 = 17π60 φG = 2340 = 13π10 Vào các biểu thức nói trên, ta nhận được quy luật chuyển động của cần trong bốn giai đoạn chuyển động như sau. Giai đoạn đi xa (0 ≤ φ≤φD =17π60 ) S= h2 1- cosπ(φφD) = 5.[1- cos(πt)] (mm) S’ = dSdφ = h2∙πφD sin π(φφD) = 30017 (sin πt) (mm) S” = d2Sdφ2 = h2(πφD)2 cos π (φφD) = 62.2837 cos(πt) (mm) Trong đó đặt t =φφD (0≤t ≤1). Giai đoạn đứng xa. ( 0≤ φ≤φX=2π15 ) S ≡ h=10mm , S’≡ 0 , S” ≡ 0 Giai đoạn về gần.( 0≤ φ≤ φV=17π60) S= h2 1+ cosπ(φφV) = 5.[1+ cos(πt)] (mm) S’ = dSdφ = - h2∙πφV sin π(φφV) = -30017 (sin πt) (mm) S” = d2Sdφ2 = -h2(πφD)2 cos π (φφD) = - 62.2837cos(πt) (mm) Trong đó đặt t =φφV (0≤t ≤1). Giai đoạn đứng gần. .( 0≤ φ≤ φG = 13π10) S ≡ 0 , S’≡ 0 , S” ≡ 0 Bảng sau đây trình bày giá trị của hàm số d2S/dφ2, dS/dφ và S=S(φ) tại những vị trí khác nhau trong một chu kỳ chuyển động (3600) của cơ cấu cam đã cho. Kết quả tính toán theo các công thức nêu trên với sự hỗ trợ của bảng tính Excel. Giá trị của hàm d2S/dφ2, dS/dφ và S(φ) GIAI ĐOẠN φ(độ) t S” S’ S S+S” ĐI XA 0 0 62.28374 0 0 62.28374 3 0.05882 61.22343 3.242352 0.085119 61.30855 6 0.11764 58.0786 6.374309 0.337579 58.41618 9 0.17646 52.95633 9.289235 0.748784 53.70511 12 0.23528 46.03101 11.88788 1.304733 47.33575 15 0.2941 37.53845 14.08178 1.986497 39.52495 18 0.35292 27.76778 15.79622 2.770864 30.53865 21 0.41174 17.05169 16.97283 3.631128 20.68282 24 0.47056 5.755024 17.57156 4.538 10.29302 27 0.52938 -5.73759 17.57202 5.460601 -0.27699 30 0.5882 -17.0348 16.97419 6.36752 -10.6673 33 0.64702 -27.7521 15.79843 7.227878 -20.5242 36 0.70584 -37.5245 14.08477 8.012381 -29.5121 39 0.76466 -46.0192 11.89155 8.69432 -37.3249 42 0.82348 -52.9471 9.293453 9.250476 -43.6966 45 0.8823 -58.0723 6.378935 9.661913 -48.4104 48 0.94112 -61.2202 3.247228 9.914622 -51.3056 51 1 -62.2837 0.001635 10 -52.2837 ĐỨNG XA 0÷24 ---- 0.00000 0.00000 10 10 VỀ GẦN 0 0 -62.2837 0 10 -52.2837 3 0.05882 -61.2234 -3.24235 9.914881 -51.3085 6 0.11764 -58.0786 -6.37431 9.662421 -48.4161 9 0.17646 -52.9563 -9.28923 9.251216 -43.7051 12 0.23528 -46.031 -11.8879 8.695267 -37.3357 15 0.2941 -37.5384 -14.0818 8.013503 -29.5249 18 0.35292 -27.7678 -15.7962 7.229136 -20.5386 21 0.41174 -17.0517 -16.9728 6.368872 -10.6828 24 0.47056 -5.75502 -17.5716 5.462 -0.29302 27 0.52938 5.737584 -17.572 4.539399 10.27698 30 0.5882 17.03484 -16.9742 3.63248 20.66732 33 0.64702 27.75209 -15.7984 2.772122 30.52421 36 0.70584 37.52445 -14.0848 1.987619 39.51207 39 0.76466 46.01919 -11.8916 1.30568 47.32487 42 0.82348 52.94708 -9.29345 0.749524 53.6966 45 0.8823 58.07224 -6.37893 0.338087 58.41032 48 0.94112 61.22017 -3.24723 0.085378 61.30555 51 1 62.2837 -0.00164 0 62.2837 ĐỨNG GẦN 0÷234 --- 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 Dựa vào bảng ta vẽ được các đồ thụ động học như sau D + D D + X+ V X D D II. Xác định bán kính nhỏ nhất của biên dạng cam Đối với các cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng bán kính nhỏ nhất r0 của biên dạng cam được xác định dựa theo điều kiện lồi của biên dạng cam. Ta xác định r0 theo trình tự sau. Bước 1. Cộng giá trị thực của hai hàm số S” (φ) và S(φ). Trong bài toán đang xét, tổng giá trị thực của hàm số này được thể hiện ở cột cuối cùng của bảng Excel. Bước 2. Tìm giá trị âm nhỏ nhất của tổng nói trên : min {S”+S}. Với bài toán đang xét tổng cho min {S”+S} =52.2837mm Bước 3.Xác định bán kính nhỏ nhất của cam theo công thức r0 = min{(S”+S)} +δ trong đó δ = (2÷3)mm tương ứng với tuổi thọ của cam. Với trương hợp đang xét (min{(S”+S)}= 52.2837mm ta nhận được r0 = (54.2837÷55.2837)mm Lấy r0 =55mm Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của tổng (S”+S) theo góc quay φ của cam cũng được thể hiện trên hình trong đó tỷ lệ xích tung độ được chọn bằng 1mm/mm. III. Vẽ biên dạng cam Đối với cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng, biên dạng cam lý thuyết cũng chính là biên dạng cam thực. Dữ liệu cần thiết để vẽ biên dạng cam gồm: Bán kính nhỏ nhất của biên dạng cam (r0= 55mm) Bảng giá trị Sn= Sn (φ) thể hiện chuyển vị của cần theo phương vuông góc với đáy cần. Chuyển vị này được xác định bởi: Sn =Sn(φ) = S(φ). cosα (α= 00) Công thức trên cho thấy: chuyển vị của cần trên phương vuông góc với đáy cần tỷ lệ với chuyển vị thức sự của nó theo hệ số không đổi cosα =1 Do đó ta có thể vẽ biên dạng cam mà không cần lập bảng giá trị mới Sn =Sn(φ) ta vẫn sử dụng bảng giá trị S=S(φ) trong bảng giá trị và chọn trong một tỷ xích chiều dài μL thích hợp. Khi đó tỷ xích thực sụ của hình vẽ ( thể hiện cách vẽ biên dạng cam sẽ là (μL .cos α) chứ không phải là μL. Các bước cụ thể vẽ biên dạng cam. Bước 1. Chọn tỷ xích thích hợp μL để vẽ biên dạng cam. Cụ thể ở đây chọn: μL =1mm/mm Bước 2. Vẽ đường tròn tâm A, bán kính tương ứng r0. Bước 3. Sử dụng các tia đi qua tâm A chia góc đầy đỉnh A thành 4 góc φD =510 , φX=240, φV=510 và φG= 2340 theo chiều ngược chiều quay của cam ( trong trường hợp đang xét , cam quay cùng chiều kim đồng hồ) Bước 4. Sử dụng các tia At0, At1, At2…. Atk… để chia các góc φD , φX, φV, φG thành những phần bằng nhau theo chiều ngược chiều quay của cam tương ứng với số điểm tính toán trong bảng, cũng là số điểm nút dùng để vẽ đường cong (T). các tia At0, At1, At2 cắt đường tròn tâm A tại bán kính r0 tại các điểm tương ứng. C0, C1, C2… Ck CkÂC0 = φk Bước 5. Từ các điểm Ck (k= 0, 1, 2…) lần lượt vẽ các đường thẳng ∆k ( biểu diễn phương đáy cần) thỏa mãn các điều kiện sau. + ∆k vuông góc với tia Atk tương ứng +∆k cách điểm tương ứng một khoảng bằng S(φk) theo tỷ xích μL đã chọn Kết quả nhận được sau 5 bước này chính là đường thẳng ∆k. Bước 6. Vẽ đường cong trơn khép kín là hình bao của tất cả các đường thẳng ∆k đã được vẽ trên , ta sẽ nhận được biên dạng cam. S( G V X D t k t 0 C 0 C k A 18 19 21 23 25 27 29 31 33 35 17 16 14 12 0 8 6 4 2 0 t 4 t 6 t 8 t 10 t 12 t 14 t 16 t 17 t 2 t 18 t 19 t 21 t 23 t 25 t 27 t 29 t 31 t 33 t 35 A C 0 t 0 D X V G ∎