Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ A : Cho cơ cấu động cơ chữ V như hình vẽ với các thông số (bỏ qua khối lượng các khâu. ĐỀ B : Cho cơ cấu máy bào ngang tại vị trí có sơ đồ như hình vẽ (bỏ qua khối lượng các khâu) ĐỀ C :
Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 4Hớng dẫn bàI TậP LớN Nguyên lý máy - bài tập số I nội dung : Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng ****** Tài liệu tham khảo [1] Nguyên lý máy. Đinh Gia Tờng, Trần Doãn Tiến, Nguyễn Xuân Lạc. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nhgiệp, Hà nội 1970. [2] Bài tập Nguyên lý máy. Phan Văn Đồng, Tạ Ngọc Hải. Nxb Khoa học và Kĩ thuật 2002. [3] Bài giảng Nguyên lý máy, Lê Cung, Khoa S phạm Kỹ thuật, Trờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Lu hành nội bộ, 2008 CÂU I : XáC Định các kích thớc còn lại của cơ cấu Cơ cấu máy bào ngang là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp, gồm 6 khâu, 7 khớp thấp, bậc tự do của cơ cấu W = 1. Việc xác định các kích thớc còn lại của cơ cấu là một bài toán dựng hình đơn giản. Trình tự tiến hành : Phơng án A : Từ biểu thức của hệ số về nhanh : 00180180K+= Góc lắc của khâu 3 (góc giữa hai vị trí biên của cơ cấu culít. Từ , dựng hai vị trí biên của khâu 3. Đặt hành trình H vào kích thớc lCD, b và c 2bca+= 2ACal = lDE =0.25.lCD. Cách xác định lAB : Từ A hạ ,AB và ,,AB vuông góc với hai vị trí biên của khâu 3 ,,ABAB ABll l== Phơng án B : Từ 00180180k+= Góc lắc của khâu 3. Từ , dựng 2 vị trí biên của khâu 3. Đặt H vào lCD, b và c 2bca+= 2ACal =. Các xác định lAB tơng tự nh phơng án A. Phơng án C : Từ 00180180k+= Góc lắc của khâu 3. Từ dựng hai vị trí biên của khâu 3. Đặt hành trình H vào a 2ACal =. Các xác định lAB tơng tự nh phơng án A. Ghi chú : Khi dựng hình, ta dùng tỷ xích là :Là= (đoạn biển diễn hành trình H/hành trình H). Các kích thớc lCD, b, c, lAB đợc xác định bằng cách đo các kích thớc này trên bản vẽ và sau đó nhân với tỷ xích Là). CÂU II : Vẽ HOạ Đồ VậN TốC Và GIA TốC của cơ cấu Trình tự tiến hành : 1) Dựng hoạ đồ cơ cấu : Hoạ đồ cơ cấu là hình vẽ biểu diễn vị trí tơng đối của các khâu ứng với một vị trí của khâu dẫn AB. Dựng hoạ đồ cơ cấu ứng với vị trí đã cho của khâu dẫn AB. Họa đồ cơ cấu đợc vẽ với tỉ xích : []ABLlm/mmABà= 2) Bài toán vận tốc : Phơng trình vận tốc nh sau : Phơng án A : 3232BBBBVVV=+GGG (1) EDEDVVV=+G GG (2) Với 21BBVV AB=GG; 211BB ABVV l==; 32//BBVCDG; 3BVCDG; EDVDEG; EVG nằm ngang Từ phơng trình (1), vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc 3BVG DVG bằng định lý đồng dạng thuận : 3DBVCDCBV=GG Từ phơng trình (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc EVG Phơng án B : 3232BBBBVVV=+GGG (1) 5454D DDDVVV=+G GG (2) Với 21BBVV AB=GG; 211BB ABVV l==; 32//BBVCDG; 3BVCDG; 54D DVG thẳng đứng; EVG nằm ngang Từ phơng trình (1), vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc 3BVG 43D DVV=G G bằng định lý đồng dạng thuận 33DBVCDCBV=GG Từ phơng trình (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc EVG Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 5Phơng án C : 3232BBBBVVV=+GGG (1) 54343D DDDDVVVV==+G GGG (2) Với 21BBVV AB=GG; 211BB ABVV l==; 32//BBVCDG; 3BVCDG;43//DDVCDG; 5DVG nằm ngang Từ phơng trình (1), vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc 3BVG 3EVG bằng định lý đồng dạng thuận : 33DBVCDCBV=GG Từ phơng trình (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc EVG Tỉ xích của hoạ đồ vận tốc: []ABVVm/s.mmpbà= b2kB3B2 nB3 b3 dned e Hoạ đồ gia tốc - Phơng án A Hoạ đồ cơ cấu - Phơng án A C A B D E 12 3 4 5 B B H p b1= b2 b3 d e Hoạ đồ vận tốc - Phơng án A Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 6 2) Bài toán gia tốc : Phơng trình gia tốc nh sau : Phơng án A : 3 3 3 2 32 32tn r kBB B BBBBBaaaaa a+==+ +GG G GG G (1) ntEDEDEDaaa a=+ +GGG G (2) Với : 21BBaa=GG; 2211BB ABaa l==; 1BaG hớng từ B về A; 32//rBBaCDG; 32 3 322.kBB BBaV=, 33BCBVl=; chiều của 32kBBaG là chiều của 32BBVG quay 900 theo chiều 3; chiều của 3 suy từ chiều của 3BVG; 233nBBCDVal=; 3nBaG hớng từ B về C; 3tBaCBG; EaG nằm ngang. Từ (1), vẽ hoạ đồ gia tốc, suy đợc 3BaG DaG bằng định lý đồng dạng thuận : 3DBaCDaCB=GG Từ (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ gia tốc, suy đợc EaG 421 5 C B D H A 3 x xHa c cu Phng ỏn B pb1= b2 b3 d3= d4 d5 Ha vn tc Phng ỏn B Ha gia tc Phng ỏn B b1= b2 kB3B2 nB3 b3 d3 d4 = d5 Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 7 Họa đồ cơ cấu : Phơng án C CB BA B D 54 3 2 1 H Họa đồ gia tốc : Phơng án C b1= b2 kB3B2b3nB3d3kD4D3pb1= b2 b3 d3 d4 = d5 Họa đồ vận tốc : Phơng án C Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 8 Phơng án B : 3 3 3 2 32 32tn r kBB B BBBBBaaaaa a+==+ +GG G GG G (1) 5 4 54 54rkD DDDDDaaa a=+ +GGG G (2) Với : 21BBaa=GG; 2211BB ABaa l==; 1BaG hớng từ B về A; 32//rBBaCDG; 32 3 322.kBB BBaV=, 33BCBVl=; chiều của 32kBBaG là chiều của 32BBVG quay 900 theo chiều 3; chiều của 3 suy từ chiều của 3BVG; 43D Daa=GG; 540kDDa =G; 54rD DaG thẳng đứng; 5DaGnằm ngang. Từ (1), vẽ hoạ đồ gia tốc, suy đợc 3BaG 43D Daa=GG bằng định lý đồng dạng thuận : 33DBaCDaCB=GG Từ (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ gia tốc, suy đợc 5DaG Phơng án C : 3 2 32 32rkB B BB BBaaa a=+ +GGG G (1) 5434343rkD DDDDDDaaaa a==+ +GGGG G Với : 21BBaa=GG; 2211BB ABaa l==; 1BaG hớng từ B về A; 32//rBBaCDG; 32 3 322.kBB BBaV=; 33BCBVl=; chiều của 32kBBaG là chiều của 32BBVG quay 900 theo chiều 3; chiều của3 suy từ chiều của 3BVG; 43//rDDaCDG; 43 3 432.kD DDDaV=; chiều của 43kD DaG là chiều của 43D DVG quay 900 theo chiều của 3; 54D Daa=GG nằm ngang. Từ (1), vẽ hoạ đồ gia tốc, suy đợc 3BaG 3DaG bằng định lý đồng dạng thuận : 33DBaCDaCB=GG Từ (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ gia tốc, suy đợc 54D Daa=GG Tỉ xích của hoạ đồ gia tốc: 2Baam/s .mmb 'à= Lp bng kt qu tớnh toỏn : Phng ỏn A : Thụng s Giỏ tr o trờn bn v (mm) Giỏ tr thc (m/s hay m/s2) VB3 VD VE aB3 aD aE Phng ỏn B v C : Thụng s Giỏ tr o trờn bn v (mm) Giỏ tr thc (m/s hay m/s2) VB3 VD3 VE aB3 aD3 aE Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 9CÂU III : PHÂN Tích lực trên cơ cấu 1) Tách cơ cấu thành các nhóm tĩnh định và khâu dẫn nối giá. Cơ cấu máy bào ngang gồm hai nhóm tĩnh định : Phơng án A : Nhóm II : khâu 4, khâu 5, các khớp : khớp quay E, khớp quay D và khớp trợt nối khâu 5 với giá. Khớp chờ là khớp trợt nối khâu 5 với giá và khớp quay D. Nhóm I : khâu 2, khâu 3, các khớp : khớp quay B, khớp trợt B, khớp quay D. Khớp chờ là khớp quay B và khớp quay C (Hình 1). Phơng án B : Nhóm II : khâu 4, khâu 5, các khớp : khớp quay D nối khâu 3 và khâu 4, khớp trợt D nối khâu 4 và khâu 5, và khớp trợt nối khâu 5 với giá. Khớp chờ là khớp trợt nối khâu 5 với giá và khớp quay D. Nhóm I : khâu 2, khâu 3, các khớp : khớp quay B, khớp trợt B, khớp quay C. Khớp chờ là khớp quay B và khớp quay D (Hình 2). Phơng án C : Nhóm II : khâu 4, khâu 5, các khớp : khớp trợt E nối khâu 3 và khâu 4, khớp quay E nối khâu 4 và khâu 5, và khớp trợt nối khâu 5 với giá. Khớp chờ là khớp trợt nối khâu 5 với giá và khớp trt E. Nhóm I : khâu 2, khâu 3, các khớp : khớp quay B, khớp trợt B, khớp quay C. Khớp chờ là khớp quay B và khớp quay (Hình 3). Sau khi tách hai nhóm tĩnh định nói trên ra khới cơ cấu, còn lại là khâu dẫn nối giá bằng khớp quay A. 2) Tính các lực quán tính tác động lên các khâu của từng nhóm. Lực quán tính và momen lực quán tính tác động lên các khâu tính toán nh sau : * Khâu chuyển động tịnh tiến : .qSPma=GG + Phơng và chiều: song song và ngợc chiều với SaG + Giá trị: m.aS với SaG là gia tốc trọng tâm của khâu. + Điểm đặt: nằm tại trọng tâm của khâu. * Khâu quay quanh một trục cố định không đi qua trọng tâm: .qSPma=GG + Phơng và chiều: song song và ngợc chiều với SaG + Giá trị: m.aS với SaG là gia tốc trọng tâm của khâu. + Điểm đặt: nằm tại tâm va đập K của khâu. Trong các phơng án A, B, C, tâm va đập K đối với tâm quay C của khâu 3 đợc xác định nh sau : 2().CS SCKCSml Jlml Với : m là khối lợng của khâu, JS là momen quán tính đối với trục đi qua trọng tâm của khâu và vuông góc với mặt phẳng chuyển động 3) Đặt các ngoại lực, các áp lực khớp chờ, các lực quán tính tác động lên các nhóm (Hình 1, hình 2, hình 3). 4) Viết phơng trình cân bằng lực giải phơng trình cân bằng lực cho các nhóm tĩnh định Trc ht gii cho nhóm xa khâu dẫn (nhóm II), sau đó đến nhóm gần khâu dẫn (nhóm I). Phơng trình cân bằng lực nh sau : Phơng án A : * Nhóm II : 05 5 5 340qRGPPR++ ++ =GGGGG (1) (B qua khi lng và lực quán tính khâu 4). Trong đó : 05RG vuông góc với phơng trợt của khâu 5, 34RG đi qua điểm D. Để giảm ẩn số của phơng trình (1), ta phân lực 34RGthành hai thành phần : 34tRG vuông góc với DE và 34nRG song song với DE. Ly momen i vi im E của tất cả các lực tác dụng lên khâu 4, suy c : 34tR. Gii phng trình (1) bng phng pháp vẽ, suy ra 34nRG và 34RG. * Nhóm I : 43 12 3 3 030qRRGPR++++=GGG GG (2) S K C Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 10(B qua khi lng và lực quán tính khâu 2). Lc 12RG đi qua điểm B và vuông góc với CD (Vì sao ? Sinh viên tự suy luận). Lực 03RG đi qua điểm C. Lấy momen đối với điểm C của tất cả các lực tác động lên nhóm I, suy đợc 12RG. Giải phơng trình (2) bằng phơng pháp vẽ, suy ra : 03RG. Phơng án B : * Nhóm II : 05 5 5 340qRGPPR++ ++ =GGGGG (3) (B qua khi lng và lực quán tính khâu 4). Trong đó : 05RG vuông góc với phơng trợt của khâu 5, 34RG đi qua điểm D và vuông góc với phơng trợt của con trợt D, tức là 34RG nằm ngang (Vì sao ? Sinh viên tự suy luận). Gii phng trình (3) bng phng pháp vẽ, suy ra 34RG. * Nhóm I : 43 12 3 3 030qRRGPR++++=GGG GG (4) (B qua khi lng và lực quán tính khâu 2). Lc 12RG đi qua điểm B và vuông góc với CD (Vì sao ? Sinh viên tự suy luận). Lực 03RG đi qua điểm C. Lấy momen đối với điểm C của tất cả các lự c tác động lên nhóm I, suy đợc 12RG. Giải phơng trình (4) bằng phơng pháp vẽ, suy ra : 03RG. Phơng án C : * Nhóm II : 05 5 5 340qRGPPR++ ++ =GGGGG (5) (B qua khi lng và lực quán tính khâu 4). Trong đó : 05RG vuông góc với phơng trợt của khâu 5, 34RG đi qua điểm E và vuông góc với phơng trợt CE của con trợt E (Vì sao ? Sinh viên tự suy luận). Gii phng trình (5) bng phng pháp vẽ, suy ra 34RG. * Nhóm I : 43 12 3 3 030qRRGPR++++=GGG GG (6) (B qua khi lng và lực quán tính khâu 2). Lc 12RG đi qua điểm B và vuông góc với CD (Vì sao ? Sinh viên tự suy luận) Lực 03RG đi qua điểm C. Lấy momen đối với điểm C của tất cả các lự c tác động lên nhóm I, suy đợc 12RG. Giải phơng trình (6) bằng phơng pháp vẽ, suy ra : 03RG. Lp bng kt qu tớnh toỏn : Thụng s Giỏ tr o trờn bn v (mm) Giỏ tr thc (N) R34 R12 R03 R05 5) Tính momen cân bằng trên khâu dẫn : a) Phơng pháp phân tích áp lực : Trên hình 1c, 2c và 3c, nếu lấy momen của các lực đối với điểm A, suy đợc Mcb. b) Phơng pháp di chuyển khả dĩ : 55 33311 .cb E q E E S q KM GV P V PV GV P V= + + + +GGGGGGG G GG Trong đó : EVG là vận tốc đầu bào (khâu 5). Để tính các tính vô hớng, ví dụ tích 3.qKPVGG nh sau : 333 /qK q q KPV PchieuP V=GG G G Trong đó : 3/qKchieuP VGG là giá trị đại số của hình chiếu của lực 3qPG vectơ KVG. Nếu Mcb > 0 thì Mcb cùng chiều với 1. Nếu Mcb < 0 thì Mcb ngợc chiều với 1. Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 11Lp bng kt qu tớnh toỏn Momen cõn bng theo phng phỏp di chuyn kh d : G5 VE Chiu G5/VE Pq5 Chiu Pq5/VE P Chiu P/VE G3 Chiu Pq3/VE Mcb (Nm) Hình 1a : Nhóm II Phơng án Aw1McbR21ABHình 1b : Nhóm I Phơng án AHình 1c : Khâu dẫn Phơng án A G5EDR05R34PPq5R03CG3R12BPqt3R43DS3KNmmà =20PR03R12R34G3Pqt3Pqt5G5PR05 Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 12 w1McbR21ABHình 2c : Họa đồ lực Phơng án BHình 2d : Khâu dẫn Phơng án BHình 2b : Nhóm I Phơng án B5GmmPqt3G3[pà=15qt5PN]34RR03R12PR05Hình 2a : Nhóm II Phơng án BPR05PR5qt534PR03 CG3SBR12Pqt3DR34K Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 13 1 McbR21 A B Hình 3b : Nhóm II Phơng án C Hình 3c : Khâu dẫn Phơng án CHình 3d : Họa đồ lực Phơng án CHình 3a : Nhóm II Phơng án C34R05R5PqtG5PPqt5R05PG543RR033G12Rqt3PR43Pqt3EKBCR1203RS33G . Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 - Phân tích động học và phân tích lực cơ cấu phẳng 4Hớng dẫn bàI TậP LớN Nguyên lý máy - bài tập. lý đồng dạng thuận 33DBVCDCBV=GG Từ phơng trình (2), tiếp tục vẽ hoạ đồ vận tốc, suy đợc EVG Hớng dẫn giải bài tập lớn Nguyên lý máy - Bài tập số 1 -