Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 5: Chuyển động thực

CHƢƠNG 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

Yêu cầu:

1. Xác định các đại lƣợng thay thế (mômen thay thế ngoại lực

M_ttvà mômen quán tính thay thế J_tt) và lập phƣơng trình chuyển

động thực của máy.

2. Biết cách xác định chuyển động thực của máy và các chế độ

chuyển động của máy.

3. Biết cách làm đều chuyển động bình ổn của máy.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

Mục đích

Khi phân tích động học và lực của cơ cấu phẳng, ta giả thiết là

khâu dẫn chuyển động đều. Tuy nhiên trong quá trình làm việc,

khâu dẫn chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau nên vận tốc của

khâu dẫn không thể là hằng số

 lý do vì sao phải nghiên cứu về chuyển động thực của máy.

Phƣơng pháp

• Do máy là một cơ hệ bao gồm nhiều khâu với các thông số cấu

tạo (khối lƣợng m_i, mômen quán tính J_Si) và các ngoại lực tác động

(lực P_i, mômen M_i) khác nhau nên khi nghiên cứu, ngƣời ta thƣờng

tìm cách thay thế cả cơ hệ bằng một khâu thay thế với những

nguyên tắc về động, lực học để đảm bảo chuyển động thực của

máy.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

Phƣơng pháp

• Quy luật chuyển động của các khâu trong cơ cấu phụ thuộc quy

luật chuyển động của khâu dẫn nên trong quá trình tính toán ta

thƣờng chọn khâu dẫn làm khâu thay thế.

• Để nghiên cứu chuyển động thực của máy ta sẽ dùng định lý biến

thiên động năng:

“Tổng công của tất cả các lực tác động lên cơ hệ trong một

khoảng thời gian bằng biến thiên động năng của cơ hệ trong khoảng

thời gian đó.”

E - E₀= E = A_đ+ A_c

A_đ

A_c

- công động (công của lực phát động), A_đluôn dƣơng.

- công cản (công của các lực cản), A_ccó thể âm hay dƣơng.

E - biến thiên động năng.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.1. Công động A_đvà mômen động M_đ

Phƣơng pháp

• Giả sử mômen của lực phát động M_đđặt lên khâu dẫn quay với

vận tốc góc ω₁. Công suất tức thời của lực phát động đƣợc tính

bằng công thức:



N_d M_d.₁

Do 2 véctơ và luôn cùng phƣơng, chiều (?) nên ta có thể viết:

N_đ= M_đ.ω₁

Công động A_đtrong khoảng thời gian (t₀,t):



t

^{N dt }^{M  dt }^{M d}

A_đ=

d

1

d

t₀

₀

₀,  là vị trí tƣơng ứng của khâu dẫn tại t₀, t.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.2. Động năng E và mômen quán tính thay thế J_tt

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.2. Động năng E và mômen quán tính thay thế J_tt

Chú ý

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.3. Mô men thay thế của các lực M_tt

Thiết lập công thức

• Xét máy có n khâu động. Giả sử trên khâu i có các ngoại lực sau

tác động: lực P_ivới vận tốc điểm đặt lực là V_i; mômen M_ivà vận tốc

góc của khâu là ω_i.

Công suất tức thời của các lực cản trên các khâu là:

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.3. Công cản A_cvà mômen cản thay thế M_tt

Chú ý

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.4. Phương trình chuyển động thực của máy & khâu thay thế

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.1. Các đại lượng thay thế & pt chuyển động thực của máy

5.1.4. Phương trình chuyển động thực của máy & khâu thay thế

Nhƣ đã trình bày ở trên, do máy thƣờng là cơ hệ có một bậc tự do,

với các khâu bị dẫn có chuyển động phụ thuộc vào sự biến thiên

vận tốc của khâu dẫn nên ta thƣờng chọn khâu dẫn làm khâu thay

thế.

Kết luận:

• Từ việc nghiên cứu chuyển động thực của toàn máy, bằng khái

niệm mômen cản thay thế M_ttvà mômen quán tính thay thế J_tt, bài

toán chuyển thành nghiên cứu chỉ một khâu giả định, có cấu tạo

biểu thị bằng mômen quán tính thay thế J_tt, trên khâu đó có chế độ

lực tác động biểu thị bằng mômen động M_đvà mômen cản thay thế

M_tt.

• Khâu giả định đó đƣợc gọi là khâu thay thế.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.2. Các chế độ chuyển động của máy

Căn cứ vào sự biến thiên của vận tốc khâu dẫn ₁(), ta có thể

phân loại chuyển động của máy thành:

+ Chuyển động không bình ổn: là chuyển động trong đó vận tốc

góc khâu dẫn biến thiên không có chu kì.

+ Chuyển động bình ổn: là chuyển động trong đó vận tốc góc

khâu dẫn biến thiên có chu kì.

chuyển động của máy

trải qua 3 giai đoạn:

. mở máy

. làm việc

. tắt máy.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.2. Các chế độ chuyển động của máy

• Trong giai đoạn mở máy, chế độ làm việc là không bình ổn, tổng

công (A_đ+A_c) > 0.

• Trong giai đoạn làm việc, chế độ làm việc là bình ổn. Cứ sau mỗi

khoảng thời gian nhất định, năng lƣợng cung cấp cho máy phải

bằng năng lƣợng máy tiêu thụ. Góc quay của khâu dẫn ứng với

khoảng thời gian đƣợc gọi là chu kỳ công _A.

• Chu kỳ công _Alà góc quay của khâu dẫn để cho tổng công của

các lực trên toàn máy bằng không.

• Trong giai đoạn tắt máy, chế độ làm việc là không bình ổn, tổng

công (A_đ+A_c) < 0.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.2. Các chế độ chuyển động của máy

• Từ (5.2) chuyển động thực của máy phụ thuộc vào hai yếu tố là

chế độ lực tác động (M_tt, M_đ) và mômen quán tính thay thế J_tt. Trong

đó J_ttluôn biến thiên theo chu kì động học .

• Nếu muốn vận tốc góc ₁biến thiên tuần hoàn thì cả thành phần

thứ hai = A_đ+A_ccũng phải biến thiên với chu kì công _A. Khi đó

₁() sẽ biến thiên với chu kì động lực học _là bội số chung nhỏ

nhất của  và _A.

Chu kỳ động lực học _là góc quay của khâu dẫn để cho vận tốc

góc khâu dẫn trở về giá trị ban đầu.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.3. Xác định chuyển động thực của máy

5.3.1 Nguyên tắc

Giả thiết: M_đ, M_ttvà J_ttlà các hàm của góc quay  của khâu dẫn.

Thấy rằng nếu lập đƣợc đồ thị quan hệ E(J) sẽ xác định đƣợc vận

tốc góc theo công thức:

2E 

 

  

₁ 

J 

_tt 

Đồ thị quan hệ E(J) - đồ thị Wittenbauer

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.3. Xác định chuyển động thực của máy

5.3.1 Nguyên tắc

Giả sử cần xác định vận tốc thực khâu dẫn tại thời điểm nào đó, ví

dụ tại vị trí _kcùng các trị số E_k, J_kứng với điểm K trên đồ thị:

2E_k

2._E.E_k

_J.J_k

2

_J

    

₁ 



^E.tg_k

k

1k

J_k

Từ đó ta cũng có thể xác

định giá trị lớn nhất và bé

nhất của vận tốc góc khâu

dẫn:

2_E

_J

2_E

_J

_1max



tg_max; _1min

tg_min

_maxvà _minlà các góc hợp

bởi tiếp tuyến trên và dƣới của

đồ thị E(J) với trục hoành.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.3. Xác định chuyển động thực của máy

5.3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J)

Xét trong một chu kỳ công _Akhi máy đang chuyển động bình ổn.

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.3. Xác định chuyển động thực của máy

5.3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J)

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.3. Xác định chuyển động thực của máy

5.3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J)

Chương 5

CHUYỂN ĐỘNG THỰC

5.3. Xác định chuyển động thực của máy

5.3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J)

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 5: Chuyển động thực - Nguyễn Chí Hưng