I TÊN MÔN HỌC: Nguyên lý máy II NHIỆM VỤ: “Thiết kế cấu động nén khí” Chương 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH (Bản vẽ A0) Phân tích cấu trúc cấu (Giải thích công dụng máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự xếp loại cấu) Tổng hợp cấu (xác định thông số kích thước cách vẽ lược đồ cấu chính) Họa đồ chuyển vị, họa đồ vận tốc họa đồ gia tốc cấu vị trí vị trí bắt đầu xuất kết thúc lực cản Lưu ý: Khi vẽ họa đồ chuyển vị, góc quay khâu dẫn chia thành phần Vị trí xuất phát (ký hiệu vị trí 1) thời điểm cấu bắt đầu hành trình làm việc (vị trí biên hay vị trí chết) *Trong thuyết minh trình bày cho vị trí Vị trí = (PA – k.8), vị trí khác trình bày kết đạt Chương 2: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CHÍNH (Bản vẽ A1) Tại vị trí: + Vị trí thứ = (PA – k.8) + Vị trí thứ = (PA – k.8) + 1 Xác định áp lực khớp động cấu Xác định mômen cân tác dụng lên khâu dẫn hai phương pháp: phương pháp tích phân lực phương pháp di chuyển Đánh giá kết Xác định lực tác dụng giá khâu dẫn Chương XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC VÀ LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG MÁY (Bản vẽ A1) Xác định phương truyền chuyển động máy Xác định chuyển động thực máy Làm chuyển động máy biện pháp lắp bánh đà Chương THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM (Bản vẽ A1) Cơ cấu cam cần đẩy đáy lăn Đồ thị chuyển vị, đồ thị vận tốc, đồ thị gia tốc cần Tổng hợp động lực học (Xác định tâm cam) Tổng hợp động học (Xác định biên dạng cam) NHIỆM VỤ CỤ THỂ (phương án số 42) Cho cấu động nén khí hình vẽ với thông số sau: Bảng1 Vị trí góc φ vị trí Vị trí (điểm chết trên) φ1=00 Vị trí φ2=450 Vị trí φ3=900 Vị trí φ4=1350 vị trí (điểm chết dưới) φ5=1800 Vị trí φ6=2250 Vị trí φ7=2700 Vị trí φ8=3050 Hình 0.1 Cơ cấu động nén khí * Trên khâu có: - Khối lượng: + m1 = 12 kg + m2 = 15 kg + m4 = kg + m5 = 10 kg + m7 = 13 kg - Trọng tâm khâu nằm khâu - Mômen quán tính trọng tâm + m3 = 20 kg + m6 = kg + JS1 = 0,16 kg/m + JS2 = 0,8 kg/m + JS4 = 0,6 kg/m + JS5 = 1,1 kg/m + JS6 = 1,3 kg/m * Các thông số cấu: + P1 lực tác dụng lên piston động + P2 lực tác dụng lên piston phận nén khí + H1 = 605 mm động trình piston động + n1 = 800 vg/ph số vòng quay khâu + s hành trình đẩy cần cấu cam + e tõm sai cấu cam + [α max ] = 39 góc áp lực cực đại cho phép cấu cam ϕ X ,ϕV + φđ , góc định kì cấu cam + Quy luật gia tốc theo hình cosin quy luật động + [δ] = 1/91 hệ số không cho phép III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/9/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Ngày tháng năm 2014 Giáo viên hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đường công nghiệp hóa, đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xã hội Trong ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng Các hệ thống máy móc ngày trở nên phổ biến, đại thay sức lao động người Để tạo làm chủ loại máy móc ngành khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao đồng thời phải đáp ứng yêu cầu công nghệ sản xuất tiên tiến Môn học nguyên lý máy môn học sở thiếu ngành kỹ thuật, làm tập lớn nguyên lý máy công việc quan trọng cần thiết để hiểu sâu, hiểu rộng kiến thức học lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho môn học sau Đối với thân tôi, trải qua thời gian thực đồ án giúp hiểu biết thêm nhiều điều có ích để bổ sung vào vốn kiến thức Trong trình làm đồ án môn học, hướng dẫn giúp đỡ giáo viên đặc biệt thầy thuộc khoa kỹ thuật sở Trong có bảo tận tình chu đáo thầy Bộ môn Nguyên lý thuộc khoa đồng chí đồng đội lớp, đơn vị Tuy nhiên lần làm Đồ án nên không tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý thầy để đồ án môn học hoàn thiện Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2014 Học viên thực hiện: MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH 1.1 Phân tích cấu trúc cấu .6 1.1.1 Cấu tạo cấu .6 1.1.2 Nguyên lý hoạt động công dụng cấu 1.1.3 Tính bậc tự xếp loại cấu .8 1.2 Tổng hợp cấu 1.3 Họa đồ chuyển vị, họa đồ vận tốc họa đồ gia tốc 11 1.3.1 Họa đồ chuyển vị .11 1.3.2 Họa đồ vận tốc, gia tốc cấu vị trí 12 1.4 Bài toán vận tốc 12 1.5 Bài toán gia tốc .17 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH 1.1 Phân tích cấu trúc cấu (Giải thích công dụng máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự xếp loại cấu) 1.1.1 Cấu tạo cấu Cơ cấu cho bao gồm: Các khâu: - Khâu dẫn – Tay quay OA - Khâu – Thanh truyền AB - Khâu – Con trượt động - Khâu – Thanh CD - Khâu – Thanh ED - Khâu – Thanh truyền phụ EF - Khâu – Con trượt bơm dầu Các khớp: - Hình 1.1 Cơ cấu động nén khí Hình 1.1 Cơ cấu động nén Khớp lề O Khớp lề A Khớp lề B Khớp lề C Khớp lề D Khớp lề O1 Khớp lề E Khớp lè F Khớp trượt B Khớp trượt F 1.1.2 Nguyên lý hoạt động công dụng cấu 1.1.2.1 Nguyên lý hoạt động Khi tay quay OA (1) xoay quanh trục O với vận tốc gốc ω1, truyền AB (2) truyền chuyển động cho trượt (3), trượt (3) di chuyển theo trục thẳng đứng Song CD (4) liên kết với truyển AB (2) khớp lề, truyền AB (2) truyền chuyển động cho CD (4), CD (4) chuyển truyển động cho ED (5), ED (5) truyền chuyển động cho truyền phụ EF (6), truyền EF (6) truyền chuyển động làm trượt (7) chuyển động lên xuống theo trục đứng hình 1.2 Hình 1.2.Lược đồ động cấu động nén khí 1.1.2.2 Công dụng cấu Cơ cấu động máy bơm khí nén hình thành từ cấu tay quay trượt hình 1.2 Công dụng cấu biến chuyển động quay phận dẫn động (thường loại động cơ) thành chuyển động tịnh tuyến dọc trục phận công tác (con trượt 1,2) Trên trượt 1,2 ta lắp piston để thực bơm nén khí 1.1.3 Tính bậc tự xếp loại cấu 1.1.3.1 Bậc tự - Số khâu động: n=7 bao gồm khâu: khâu 1,2,3,4,5,6,7 - Số khớp loại 5: p = 10 bao gồm khớp: khớp xoay: O,O 1, A, B, C, D, F khớp trượt B,F - Số khớp loại 4: p =0; - Số ràng buộc thừa: R th =0; - Số ràng buộc trùng: R tr=0; - Số bậc tự thừa: W th=0; - Áp dụng công thức tính bậc o W= 3n – (2p5 + 2p – – Rtr) – Wth Như cấu có bậc do: W=3.5 – (2.10 + – 0) – = Cơ cấu có bậc tự E, tự Rth tự – Hình 1.3 Xếp loại cấu 1.1.3.2 Xếp loại cấu Chia cấu làm nhóm hình 1.3,ta nhóm loại bao gồm: Nhóm 1: gồm khâu 2,3 khớp xoay A, B khớp trượt B Nhóm 2: gồm khâu 4,5 khớp xoay C, O 1, E Nhóm 3: gồm khâu 6,7 khớp xoay E, F khớp trượt F Như xếp loại cấu cấu loại 1.2 Tổng hợp cấu 1.2.1 Xác định thông số kích thước Từ giả thuyết ta có H 1=605 mm động trình piston, piston chuyển H 605 lOA = = = 302,5 mm 2 tịnh tiến dọc trục đứng tâm nên H 1=2.lOA Vậy Dựa vào bảng thông số cho: Bảng Số liệu phương án số 42 đề tài n1 (vg/pt) lAB lOA lAC l AB a (mm) b (mm) 800 4,1 0,7 360 310 lO1E (m m) 215 lO1D lO1E lCD lO1E l EF lO1E 2,1 1,10 4,0 Ta xác định thông số khâu lại sau: - lAB= 1240,25 mm); - lO1E=215 mm ; - lAC= 868,175 mm; - lO1D= 451,5 mm; - lCD= 496,65 mm; - lEF= 860 mm - lED = 666,5 mm Khoảng cách hai trục xoay O 1O là: a= 360 mm; b=310 mm Khoảng cách hai trục đứng xác định cho việc truyền lực tốt Nó đường thẳng nằm đường thẳng đứng mà điểm E di chuyển Như khoảng cách hai trục đứng 493,99 mm Các thống số khác: Góc φ xác định theo Bảng Vận tốc góc khâu dẫn: 2πn1 2π.800 ω1 = = ≈ 83,77 (rad/s) 60 60 1.2.2 Cách vẽ lược đồ cấu (Tại vị trí 2)  m  0,01  ÷  mm  Chọn tỉ lệ xích µL= - Đặt hệ trục Oxy vị trí O (Oy phương đứng, Ox phương ngang) Xác định trục đứng theo phương Oy theo tư liệu biết phần 1.2.1 - Từ số liệu biết ta xác định tay quay OA (1) hợp với phương thẳng đứng góc φ3=450 - Từ A vẽ đường tròn bán kính AB, đường tròn cắt trục đứng tâm thứ đâu xác định điểm B Vẽ AB - Tiêp tục xác định C trên AB theo kích thước biết Từ C vẽ đường tròn bán kính CD - Trên trục quay O vẽ đường tròn đường kính O 1D Đường tròn cắt đường tròn (C;CD) đầu xác định điểm D đó, từ vẽ O 1D CD - Vẽ đường tròn tâm O , bán kính O E Từ O 1D vẽ được, nối dài cắt đường tròn (O1,O1E) đâu xác định điểm E Vẽ O 1E - Từ điểm E, vẽ đường tròn tâm E, bán kính EF Đường tròn cắt trục đứng thứ hai đâu xác định điểm F Vẽ EF - Tiếp tục vẽ trượt (3) trượt (7) B F Như ta xác định cấu vị trí hình: 10 Hình 1.4 Cơ cấu động nén khí vị trí 1.3 Họa đồ chuyển vị, họa đồ vận tốc họa đồ gia tốc 1.3.1 Họa đồ chuyển vị (Bản vẽ A kèm theo) Hình 1.5 Họa đồ chuyển vị cấu vị trí 11 1.3.2 Họa đồ vận tốc, gia tốc cấu vị trí (thể vẽ A0 kèm theo) 1.4 Bài toán vận tốc (vị trí 2) Ta có: vOA = ω1.lOA = 83,77.0,3025 ≈ 25,34( m / s) Cần Xác định uu r uur uur uu r uur VB ,VC ,VD ,VE ,VF uur uu r uuu r uur ω2 , ω3 , ω5 ,ω6 Ta có phương trình vận tốc điểm B: r r VB = VA Phương,chiều: // Độ lớn: uuur BO, BO VB = µv pb uur pb + ur ⊥ OA, ω ? r VBA (1.1) ⊥ AB,? ω1.lOA =25,34(m/s) uur pa VTBD: ?, (ω2 l AB ) uur ab Vẽ họa đồ vận tốc theo phương trình (1.1): chọn điểm p làm gốc biểu diễn r VA đoạn pa=101,316 (mm) có phương vuông góc OA, chiều phù hợp chiều quay ω1 µv = Vậy tỉ lệ xích họa đồ vận tốc là: Từ a vẽ đường thẳng ∆1 VA 25,34  m  = = 0,25  ÷ pa 101,316  mm.s  vuông góc AB biểu diễn cho phương Từ p vẽ đường thẳng song song với OB biểu diễn cho phương 12 Giao điểm b ∆1 mút Trên họa đồ vận tốc (hình 1-6b), ta có: - biểu thị cho - biểu thị cho - biểu thị cho *: *: Xác định điểm C định lí tam giác đồng dạng thuận.Ta có tỉ số ac l AC = = 0,7 ⇒ ac = 0,7.ab = 0,7.72,731 = 50,912 ab l AB *: * Phương trình vận tốc điểm D: = Phương,chiều: + ⊥ O1D, ω5 Độ lớn: ⊥ DC ,? ?,(ω5 lO1D ) ?,(ω4 lDC ) VTBD: - Vẽ họa đồ vận tốc xác định : Từ c vẽ đường thẳng Từ p vẽ đường thẳng Giao điểm d ∆3 ∆3 ∆4 ⊥ CD biểu diễn cho phương ⊥ O1D biểu diễn cho phương ∆4 mút 13 Trên họa đồ vận tốc (hình 1-6b), ta có: - biểu thị cho - biểu thị cho *: *: Xác định điểm e định lí tam giác đồng dạng thuận.Ta có tỉ số: pd lO1D pd 73,327 = = 2,1 ⇒ pe = = ≈ 34,917(mm) pe lO1E 2,1 2,1 ⇒ Ta xác định điểm e *: * Phương trình vận tốc điểm F: Phương, chiều: Độ lớn: // OB, = uuu r OB ? + ⊥ FE,? (m/s) VTBD: - Vẽ họa đồ vận tốc xác định : Từ e vẽ đường thẳng Từ p vẽ đường thẳng Giao điểm f ∆5 ∆5 ∆6 ⊥ EF biểu diễn cho phương // O1B biểu diễn cho phương ∆6 véc tơ Trên họa đồ vận tốc (hình 1-6b), ta có: - biểu diễn cho 14 ? (ω6 lFE ) uur pf - biểu diễn cho *: *: Tương tự với cách tính toán ta có bảng giá trị vận tốc cấu vị trí (bảng 3) Bảng 3: Giá trị vận tốc cấu vị trí Vị tr í VA VB VC VD VE VF Họa đồ (mm) Thực tế (m/s) Họa đồ (mm) Thực tế (m/s) Họa đồ (mm) Thực tế (m/s) Họa đồ (mm) Thực tế (m/s) Họa đồ (mm) Thực tế (m/s) Họa đồ (mm) Thực tế (m/s) 101,31 25,32 0 30,385 7,599 1,179 0,295 0,56 0,14 0,422 0,105 101,31 25,32 84,185 21,04 83,218 20,80 73,327 18,33 35,16 8,792 30,14 7,536 101,31 25,32 101,31 25,32 101,31 25,32 97,020 24,25 46,2 11,5 45,77 11,444 101,31 25,32 59,098 14,77 66,433 16,60 92,193 23,04 43,90 10,97 40,32 10,081 101,31 25,32 0 30,395 7,60 3,098 0,775 1,475 0,369 1,132 0,283 101,31 25,32 59,098 14,77 66,433 16,60 72,147 18,03 33,49 8,373 29,56 7,390 101,31 25,32 101,31 25,32 101,31 25,32 101,63 25,40 48,39 12,09 48,72 12,107 101,31 25,32 84,185 21,12 83,056 20,76 90,060 22,51 42,88 10,72 48,63 12,159 15 (b) Họa đồ vận tốc với µV=0,25(m/s.mm) (a) Họa đồ cấu với µL=0,01(m/mm) (c) Họa đồ gia tốc với µa=26,54(m/mm) Hình 1-6 Họa đồ cấu, vận tốc, gia tốc động nén khí 1.5 Bài toán gia tốc (vị trí 2) Ta có: 16 = ω12 lOA = (83,77)2 0,3025 = 2122,77 (m/s2) uur uur uur uur uur aB , aC , aD , aE aF Cần xác định gia tốc * Phương trình gia tốc điểm B: = + = + Phương, chiều: //OB,? Độ lớn: ? uuuur p 'b ' + A O B A 2122,77 (m/s ) uuuur p 'a ' VTBD: (1.2) ⊥ BA 266,541(m/s ) uuuuur a ' nBA ? (ε l AB ) uuuuu r nBAb ' Để giải phương trình (1.2) ta sử dụng phương pháp họa đồ gia tốc: - Chọn làm gốc họa đồ Từ vẽ =80 (mm) phương // OA, chiều hướng từ A O biểu diễn cho = 2122,77 (m/s 2) Tỷ lệ xích họa đồ gia tốc là: µa = a A 2122,77 = = 26,54 p 'a ' 80 () Từ vẽ có phương // BA, chiều hướng từ B A biểu diễn cho biết có độ lớn 10,043 (mm) Từ vẽ đường thẳng x ⊥ BA biểu diễn cho phương Từ vẽ đường thẳng x2 // OA biểu diễn cho phương Giao điểm x x2 mút Trên họa đồ gia tốc (hình 1-6c), ta có: 17 uuur p 'b ' biểu thị cho biểu thị cho *: *: * Phương trình gia tốc điểm D: = = Phương, chiều: + + + ⊥ O1D D O1 Độ lớn 744,898 ? uuuuuu r ' p nDO1 VTBD: D C (ε lDO1 ) 478,967 uuuuuu r nDO1 d ' ? ⊥ CD (ε lCD ) uuuuur c ' nCD uuuuur nCD d ' Từ c’ ta vẽ =18,05 (mm) có chiều từ D C biểu diễn cho Qua ta vẽ đường thẳng x 3⊥ CD biểu diễn cho phương Từ p’ ta vẽ =28,067 (mm) có chiều từ D O1 biểu diễn cho Qua ta vẽ đường thẳng x 4⊥ DO1 biểu diễn cho phương Hai đường thẳng x x4 cắt điểm d’ Sử dụng định lý tam giác đồng dạng thuận gia tốc, ta có: p 'd' O1D p ' d ' 45,015 = = 2,1 ⇒ p ' e ' = = ≈ 21,436(mm) p 'e' O1E 2,1 2,1 điểm e’ 18 từ ta xác định * Phương trình gia tốc điểm F: a n FE (vFE ) (4,528) = = ≈ 23,84(m/ s ) lFE 0,86 = Phương, chiều: + uuuu r p 'e ' + F E ⊥ FE,? ? uuuur e'nFE uuuuur nFE f ' // BO,? 23,84(m/ s ) Độ lớn: ? uuuur p' f ' uuuu r p 'e ' VTBD: Vẽ họa đồ gia tốc xác định Từ e’ vẽ =0,898 (mm) có phương // EF, chiều từ F E biểu diễn cho Từ vẽ đường thẳng y ⊥ FE biểu diễn cho phương Từ vẽ đường thẳng y2 // AE biểu diễn cho phương uuuuur uuuur ' nFE f ' f p' f ' Giao điểm y1 y2 véc tơ Trên họa đồ gia tốc (hình 1-6c), ta có: biểu diễn cho *: Tương tự với cách giải ta có bảng giá trị gia tốc cấu vị trí sau: Bảng 4: Giá trị gia tốc cấu vị trí Vị trí aA Họa aB Thực Họa Thực tế aC Họa aD Thực tế 19 Họa Thực tế aE Họa Thực tế aF Họa Thực tế đồ (mm) tế (m/s ) đồ (mm) (m/s ) đồ (mm) (m/s ) đồ (mm) (m/s 2) đồ (m/s 2) đồ (m/s ) 80 2123,2 99,49 2640,52 93,64 2485,31 132,51 3516,68 63,10 1674,59 47,60 1263,20 80 2123,2 56,86 1562,14 59,24 1572,31 45,02 1194,70 21,43 568,88 20,36 540,30 80 2123,2 80 2123,2 80 2123,2 77,30 2051,44 1,73 46,02 1,38 36,76 80 2123,2 56,27 149,54 58,86 1562,22 66,57 1766,79 31,70 841,32 30,69 814,41 80 2123,2 60,51 1605,88 66,36 1761,09 99,07 2629,32 47,18 1252,10 35,20 934,15 80 2123,2 76,67 2034,85 72,68 1929,06 73,18 1942,30 34,85 924,92 35,53 942,99 80 2123,2 80 2123,2 80 2123,2 53,91 1430,90 25,67 681,39 0,262 6,593 80 2123,2 56,86 1562,20 59,26 1572,31 57,86 1535,58 27,55 731,23 24,721 656,09 20 21 22 ... truyền chuyển động làm trượt (7) chuyển động lên xuống theo trục đứng hình 1.2 Hình 1.2.Lược đồ động cấu động nén khí 1.1.2.2 Công dụng cấu Cơ cấu động máy bơm khí nén hình thành từ cấu tay quay... CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH 1.1 Phân tích cấu trúc cấu (Giải thích công dụng máy, cấu tạo, nguyên lí làm việc, tính bậc tự xếp loại cấu) 1.1.1 Cấu tạo cấu Cơ cấu cho bao gồm: Các... TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH 1.1 Phân tích cấu trúc cấu .6 1.1.1 Cấu tạo cấu .6 1.1.2 Nguyên lý hoạt động công dụng cấu 1.1.3 Tính bậc tự xếp loại cấu .8 1.2 Tổng hợp cấu