Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng - Nguyễn Chí Hưng
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU
PHẲNG
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
Yêu cầu:
1. Hiểu tác dụng các loại lực tác dụng trên cơ cấu
2. Nắm được nguyên lý Đalămbe và nguyên lý tính
lực quán tính
3. Nắm được điều kiện tính định và nguyên tắc tính
áp lực khớp động, vẽ được họa đồ lực.
4. Nắm ý nghĩa của nguyên lý di chuyển khả dĩ, mô
men cân bằt
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.1. Các loại lực tác dụng lên cơ cấu
3.1.1. Ngoại lực
Là những lực từ ngoài cơ cấu tác động vào cơ cấu
1. Lực phát động Mđ
Là lực từ động cơ tác động vào khâu dẫn để khắc phục các lực
khác trên cơ cấu tạo nên công động Ađ cân bằng với công các lực
trên cơ cấu. Do đó thường tính lực phát động Mđ từ lực cân bằng
khâu dẫn MC
2. Lực cản kỹ thuật (lực cản có ích Pci)
Là lực từ đối tượng công nghệ tác động vào bộ phận làm việc
của cơ cấu và máy (lực cắt do phôi tác động lên dao cắt) tạo nên
công cản AC
3. Trọng lượng các khâu chuyển động G
Khi trọng tâm các khâu tiến lên nó có tác dụng như lực cản và
ngược lại.
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.1. Các loại lực tác dụng lên cơ cấu
3.1.2. Nội lực
Là lực tác dụng tương hỗ các khâu trong cơ cấu, chính là
phản lực trong các khớp động.
Ri
j
N
Tại mỗi điểm của khớp động thì
phản lực khớp động gồm hai thành
phần:
j
i
j
P
Rij N F
V
- Áp lực khớp động
Nij
i
Fms
Fms
j
i
- Lực ma sát
Ta có: Rij R
Rj
Bỏ qua ma sát trong các khớp động:
i
hay phản lực khớp động chính là áp lực khớp động.
Rij Nij
Cần xác định hai loại lực này để tính sức bền các khâu và khớp, chọn
chế độ bôi trơn khớp động, tính hiệu suất cho cơ cấu và máy…
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.2. Lực quán tính
- Tồn tại ở những khâu chuyển động có gia tốc, tác dụng từ khâu
được gia tốc lên khâu gây gia tốc.
- Vì cơ cấu là một cơ hệ chuyển động có gia tốc nên theo
Nguyên lý Đalămbe ta phải coi lực quán tính như ngoại lực thì cơ
hệ mới cân bằng và có thể dùng phương pháp tĩnh học để giải bài
toán lực.
- Vấn đề xác định lực quán tính còn cần để cân bằng máy, để
gây rung cho các loại máy rung…
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.2. Lực quán tính
Xét một khâu có khối lượng m(kg), mô men quán tính đối với
2
2
a
trọng tâm JS (kgm ) chuyển động với gia tốc của trọng tâm (m/s )
S
và gia tốc góc (rad/s2), ta có:
Pq ma
S
M q J
Các trường hợp
1. Khâu chuyển động tịnh tiến
m
P
q
as
P ma
S
M q 0
S
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.2. Lực quán tính
2. Khâu quay quanh một điểm cố định trùng với trọng tâm
q
M
Pq 0
S
M q J
S
3. Khâu quay quanh một điểm cố định KHÔNG trùng với trọng tâm
P,
Mq
JS . JS .aS .sin JS .sin
q
h
P m.aS
m.aS .lAS
m.lAS
K
S
ast
q
JS
h
h
P
lSK
q
sin ml
2
lAS
as
là b.kính q.tính
của khâu
hay
lSK
asn
Pq
>0
Vị trí của K chỉ phụ thuộc vào cấu
tạo của khâu do đó nó gọi là tâm
dao động của khâu.
q
M
M q
>0
A
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.1. Các giả thiết gần đúng và dữ liệu của bài
tính
1. Các giả thiết gần đúng
- Coi các khâu là tuyệt đối rắn
- Bỏ qua ma sát trong các khớp động, khi đó phản lực khớp động là
áp lực khớp động
- Coi khâu dẫn chuyển động đều
2. Các dữ liệu và yêu cầu của bài tính
- Các ngoại lực đặt lên cơ cấu
- Các thông số động học của cơ cấu
+ Kích thước động các khâu
+ Vị trí và vận tốc góc của khâu dẫn
- Các thông
+ Khối lượng mi và vị trí trọng tâm Si của mỗi khâu
+ Mô men quán tính của các khâu có chuyển động quay
- Đã giải xong bài tính vận tốc và gia tốc
• Yêu cầu: Phân tích áp lực tại các khớp động của cơ cấu và tính
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.2. Nguyên tắc
• Phản lực khớp động là nội lực trong khớp động
• Để xuất hiện các phản lực này trong các công thức tính toán ta phải
tách khớp động ra và ở mỗi thành phần khớp động được tách ra ta đặt
các phản lực tương ứng.
tách cơ cấu n lực khớp động
ở các thành phần khớp động tách dời (khớp chờ) chở thành ngoại lực
đối với chuỗi động hở.
• Theo nguyên lý Đalămbe, ta có thể viết phuơng trình cân bằng cho
hệ lực gồm: Nc) và nội lực để
tìm ra phản lực.
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.3. Điều kiện của bài tính
• Điều kiện tĩnh định của bài toán là điều kiện mà số khâu và số khớp
tách ra từ cơ cấu phải đảm bảo số phương trình bằng số ẩn số.
• Giả sử tách ra khỏi cơ cấu phẳng một chuỗi động gồm n khâu, T
khớp thấp và C khớp cao thì:
1.Số ẩn trong kạo của khớp
a. Khớp thấp gồm khớp quay và khớp tịnh tiến
Nij
p
t
Nij
n
p
i
j
i
p
t
j
Nij
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.3. Điều kiện của bài tính
• Khớp quay: áp suất đều hướng tâm nên áp lực cùng hướng tâm
(hợp lực đồng quy) và điểm đặt xác định ở tâm khớp => 2 ẩn là trị số
và phương.
• Khớp tịnh tiến, áp suất song song và thẳng góc với phương trượt,
nên áp lực cũng vuông góc với phưong trượt (hợp lực song song), =>
2 ẩn là trị số và điểm đặt.
Vậy một khớp thấp có 2 ẩn số cần phải xác định.
b. Khớp cao: điểm đặt xác định tại điểm tiếp xúc, phương là phương
pháp tuyến nn cỉ
Kết hợp lại, số ẩn của nhóm tách ra là:
2T C
2. Số phương trình cân bằng lực của một khâu phẳng là 3 (2
phương trình lực và một phương trình mô men). Với nhóm tách ra có
n khâsuốnđpêộhnnưgơng
trình3nsẽ là
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.3. Điều kiện của bài tính
• Vậy điều kiện tĩnh định của bài toán sẽ là:
3n = 2T+C hay 3n – (2T+C) = 0
Tức là nhóm tách ra phải có số khâu động, số khớp và loại khớp C,
T sao cho bậc tự do của nhóm phải bằng không. Nếu nhóm tách ra
toàn khớp loại 5 thì điều kiện tĩnh định sẽ là :
3n – 2T = 0
Bao gồm những nhóm có:
Số khâu động
2
4
6
….
….
Số khớp độ
Những nhóm này gọi là những nhóm tĩnh định (nhóm Át xua)
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.4. Trình tự giải bài tính
• Giả sử đã giải xong bài tính gia tốc và tính được các lực quán tính
của các khâu trong cơ cấu. Đặt các lực quán tính lên cơ cấu và coi
như các ngoại lực.
• Tách cơ cấu thành khâu dẫn và các nhóm tĩnh định làm xuất hiện áp
lực cần tìm.
• Áp dụng nguyên lý Đalămbe viết phương trình cân bằng lực và cân
bằng mô men cho các nhóm tĩnh định.
• Sử dụng họa đồ véc tơ giải phương trình cân bằng lực tìm ra các ẩn
cần tìm.
• Chú ý:
Ta phải giải cho các nhóm theo trình tự từ xa khâu dẫn về gần khâu
dẫn.
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.5. Một số ví dụ minh họa
Phân tích lực cơ cấu 4 khâu bản lề
• Cho cơ cấu bốn khâu bản lề có lược đồ (giả sử họa đồ được lập
với tỷ xích µl = 1 )
P
2
Cho biết:
• Góc vị trí của khâu dẫn là φ1 .
2
C
B
• Các lực P2,
lực cản kỹ thuật, trọng
lượng các khâu, lực quán
tính của các khâu. P2 đặt tại
trung điểm của BC
3
1
M3
D
A
4
Yêu cầu: xá
trong các khớp động
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.5. Một số ví dụ minh họa
Lời giải: 1. Tách nhóm tĩnh định
Vì trong cơ cấu trên không có khớp cao nên điều kiện tĩnh định là 3n
= 2T. Với cơ cấu này, ta tách cơ cấu thành hai phần:
- Nhóm tĩnh định gồm 2 khâu 2, 3 và 3 khớp B, C, D. Có các lực:
+ Ngoại lực: P2, M3
+ Tại khớp B có lực liên kết Nlà lực từ khâu 1 tác dụng lên khâu 2
+ Tại khớp D có lực liên kết N43 là lực từ khâu 4 tác dụng lên khâu 3
- Khâu dẫn 1 và giá: tại B có lực N21 trực đối với N12.
N12
N32
P
2
2
C
B
B
N23
?
1
1
M3
N12
f 1
N43
A
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.5. Một số ví dụ minh họa
2. Viết phương trình cân bằng lực cho nhóm tĩnh định và giải bằng
họa đồ lực
t
N12
N12
-Phương trình cân bằng lực
P
2
cho nhóm hai khâu 2, 3 và 3
C
khớp :
2
(1)
n
P2 N43 N12 0
B
n
Đặt
3
N12 N12 N12 , N43 N43 N43
M3
N4n3
N43
N4t3
-Phương trình cân bằng mômen
của khâu 2 đối với điểm C:
t
D
P
2
P M N12 0
N
2
-Phương trình cân bằng mômen của khâu 3 đối với điểm C:
t
N 43
M3
M M N43 0
C
3
CD.l
• Chú ý: nếu > 0 thì chiều chọn là đúng, nếu < 0 thì chiều thực tế
ngược với chiều đã chọn.
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.5. Một số ví dụ minh họa
3. Gải phương trình cân bằng lực
Viết lại phương trình (1):
t t n n
N12 P2 N43 N43 N12 0
n
n
và là chưa biết độ lớn.
trong phương trình này chỉ còn hai lực
N 43
N
Do vậy có thể giải bằng cách vẽ họa đồ lực12như hình vẽ.
b
P
2
N12
N4t3
c
N1t2
N23
M3
N4n3
N43
N43
N1n2
'
?
e
a
?
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.3. Phân tích áp lực khớp động
3.3.5. Một số ví dụ minh họa
N
P
Trên họa đồ lực ta chọn tỉ lệ xích họa đồ
véc tơ như sau:
, ta giải phương trình
mm
t t
- Từ a lần lượt vẽ các véc tơ ab, bc, cd biểu diễn cho N12 , P3, N 43
n
- Từ d kẻ biểu diễn cho phương của
, từ a kẻ biểu diễn cho
N 43
phương của đó ta có véc tơ
n
N
12
N 43
N
và ea biểu diễn cho .
de biểu diễn cho
12
N1n2 P.ea; N4n3 P.de
- Ta có:
Cũng trên họa đồ lực này, ta xác định được áp lực N23 và N32 tại
khớp C dựa vào
N12 P2 N32 0
hoặc cho khâu 3:
N23 N32 0
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.4. Tính lực trên khâu dẫn
3.4.1. Tính lực cân bằng
Muốn cân bằng và phù hợp tĩnh định trên khâu dẫn, phải có 1 ngoại
lực cân bằng mà số yếu tố cần xác định là 1. Đó là trị số của mô men
cân bằng hoặc lực cân bằng (điểm đặt đã xác định ở khâu dẫn). Phải
xác định mômen cân bằng trên khâu dẫn, sau đó tính nốt áp lực N41 .
Để khâu dẫn quay với vận tốc góc bằng
hằng, thì tổng mômen của các lực tác dụng
lên khâu dẫn
phải đặt lên khâu dẫn một mômen cân bằng
MCB hoặc một lực cân bằng PCB .
B
MCB
PCB
Nếu trên khâu dẫn đặt lực cân bằng PCB
(cơ cấu có cơ cấu thanh hoặc bánh răng) thì
chọn trước đ
I
1
h
vuông góc với AB đặt tại I, thì trị số xác định
N21.h21
A
từ phương trình:
P
CB
lAI
Trong đó mômen cân bằng MCB = N21.h21 ngược chiều với mômen
của N21
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
3.4. Tính lực trên khâu dẫn
3.4.2. Tính mômen cân bằng
Nếu trên khâu dẫn chỉ có mômen cân bằng MCB thì
MCB N21.h21
MCB
l
P
và lực cân bằng có thể tính theo mômen cân bằng:
với l và phương của lực tùy chọn.
CB
• Chú ý: Nếu trên cơ cấu có ngoại lực thì phải kể đến các ngoại lực
này khi tính MC
Tải về để xem bản đầy đủ
30 trang
15/04/2022
3500
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 3: Phân tích lực cơ cấu phẳng - Nguyễn Chí Hưng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nguyen_ly_may_chuong_3_phan_tich_luc_co_cau_phang.pdf
