Bài giảng Nguyên lý máy - Chương III: Phân tích lực cơ cấu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Khoa Cơ Khí-Bộ môn Kỹ thuật máy
----------&&&&&---------
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU
10/01/2011
1
3.1. Mục đích, nội dung và phương pháp
Mục đích:
Xác định quy luật chuyển động thực của máy,
Tính toán kích thước, độ bền các khâu,
Quy định hợp lý chế độ bôi trơn các khớp động,
Xác định công suất máy…
Nội dung
Xác định phản lực trong các khớp động.
Xác định lực hoặc mômen cân bằng cần đặt lên khâu dẫn để cân
bằng các ngoại lực khác tác dụng lên cơ cấu.
10/01/2011
2
3.1. Mục đích, nội dung và phương pháp
Phương pháp:
Phương pháp đồ giải,
Phương pháp giải tích.
Chú ý:
Ngoi lc t lên các khâu, các tham sng hc, các tham số
quán tính và quy luật chuyển động của cơ cấu xem như đã biết.
Bỏ qua lực quán tính khi vận tốc thấp hay khối lượng khâu nhỏ .
Nguyên lý Đalambe: Nếu ngoài những lực tác động lên một cơ
hệ, ta thêm vào đó lực quán tính và coi chúng như những ngoại lực
thì cơ hệ được coi ở trạng thái cân bằng.
⇒ dùng phương pháp tĩnh học để giải bài toán
10/01/2011
3
3.2. Các loại lực tác dụng lên cơ cấu
Ngoại lực
Lực cản kỹ thuật: Lực từ đối tượng công nghệ và lực cản do ma
sát, môi trường
Trọng lượng của các khâu,
Lực phát động,
Lực quán tính
Xuất hiện khi các khâu chuyển động có gia tốc,
,
Nội lực
Nội lực là phản lực trong các khớp động,
Gồm 2 thành phần: ⊥ và ⁄ ⁄ với phương chuyển động tương đối
10/01/2011
4
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu chuyển động tính tiến
ε = 0 → Mqt = 0
B
Do
aB
Khâu chỉ có lực quán tính đi
qua trọng tâm S:
C
P
qt
aC
S
uur
r
P = −mas
qt
aS
A
aA
10/01/2011
5
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu quay quanh trục cố định đi qua trọng tâm
a. Khi khâu quay đều
uur
qt
r
r
r
r
S = = −s =
b. Khi khâu quay không đều
ε
Mqt
uur
aS = 0 → P = −mas = 0
r
r
r
r
qt
10/01/2011
6
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu quay quanh trục không đi qua trọng tâm
P
qt
S
a. Khi khâu quay đều
aS
uur
qt
O
r r
r
r
ω = const
S Sn = −s = −Sn
b. Khi khâu quay không đều
r r r
aS = aSn + aSt = lAS ω4 +ε2
uur
r
→ P = −mas = −mlAS ω4 +ε2
qt
10/01/2011
7
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu chuyển động song phẳng
π
aA
a
aS
aSA
aB
s
aSB
uur
qt
r
r
r
as ≠ 0 → P = −mas
b
P
qt
B
Mqt
S
ε
A
ω
aS
10/01/2011
8
3.4. Điều kiện tĩnh định của chuỗi động
Điều kiện tĩnh định: Để giải bài toán áp lực khớp động
thì số phương trình cân bằng lực phải bằng số ẩn chứa
trong phương trình đó.
Xét 1 chuỗi động n khâu và pk khớp loại k
Số phương trình lc 6n phươ
Số ẩn chứa trong chuỗi động phụ thuộc vào số lượng và loại
khớp động, khớp loại k chứa k ẩn,
5
5
6n = k.p hay 6n − k.p = 0
∑
∑
k
k
k=1
k=1
Đối với cơ cấu phẳng
3n − 2.p5 − p4 = 0
10/01/2011
9
3.4. Điều kiện tĩnh định của chuỗi động
Số ẩn cần xác định của các loại khớp động
Khớp loại 1
Khớp loại 2
Khớp loại 3
10/01/2011
10
3.4. Điều kiện tĩnh định của chuỗi động
Số ẩn cần xác định của các loại khớp động
Khớp loại 4
Khớp loại 5
10/01/2011
11
3.4. Điều kiện tĩnh định của chuỗi động
Số ẩn cần xác định của các loại khớp động
Khớp loại 4 (phẳng)
Khớp loại 5 (phẳng)
10/01/2011
12
3.5. Phân tích lực cơ cấu
Các bước phân tích lực
Xác định lực quán tính và đặt các ngoại lực tác dụng lên cơ cấu,
Xác định khâu dẫn,
Tách cơ cấu thành các nhóm tĩnh định (nếu có khớp cao thì thay
bằng khớp thấp tương đương),
Bắt đầu tính lực đối với nhóm tĩnh định xa khâu dẫn nhất cho
đến khâu dẫn.
10/01/2011
13
3.5. Phân tích lực cơ cấu
Xác định áp lực khớp động
Tách các nhóm tĩnh định ra khỏi cơ cấu. Các ngoại lực lúc này
gồm có: lực cản kỹ thuật, trọng lực các khâu, lực quán tính và
các áp lực khớp chờ,
Tách các khâu trong nhóm tĩnh định, đặt các áp lực khớp động
và các ngoại lực lên khâu,
Viết phương trình cân bằng lực cho từng khâu,
Giải các phương trình viết cho các khâu thuộc 1 nhóm tĩnh
định. Giải cho các nhóm ở xa khâu dẫn trước.
Chú ý: Với cơ cấu phẳng, 1 khâu có thể viết được 3 phương trình:
r
r
y
F = 0;
F = 0;
M = 0
∑ ∑
∑
x
0z
10/01/2011
14
3.5. Phân tích lực cơ cấu
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Xét cơ cấu tay quay - con trượt như hình vẽ (a). Giả sử đã xác
định được các lực và các mômen là những ngoại lực bao gồm
lực cản kỹ thuật, lực quán tính, trọng lượng các khâu.
Xác định các áp lực ở các khớp A, B, O?
A
M2
2
1
M3
P
2
O
4
3
B
3
(a)
10/01/2011
15
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Tách nhóm tĩnh định 2-3 ra khỏi cơ cấu
như hình (b)
R12 chưa biết phương nên ta
phân tích thành 2 thành phần
trình cân bằng lực:
A
M2
R1n2
R1t2
2
M3
r
r r r
r
r
P + P + Rn + Rt + R43 = 0
P
R12
2
2
3
12
12
t
t
B
P
R43
3
(b)
Các áp lực R12 và R43 trở thành những ngoại lực.
Ta có phương trình cân bằng lực cho nhóm 2-3:
r
r r r
r
43
2
3
12
10/01/2011
16
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
r
Rt
Tính
12
Viết phương trình cân bằng mômen cho khâu 2 đối với B:
∑M(B) = Rt l + P h − M2 = 0
12 AB
2 2
M2
R1n2
M2 − P h
→ Rt =
2 2
R1t2
12
h2
2
AB
P
R12
2
B
Nếu kết quả >0 thì chiều
R32
10/01/2011
17
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Tính các lực còn lại
Xếp lại phương trình cân bằng lực nhóm 2-3 và biều diễn bằng các
A
đoạn biểu diễn:
M2
R1n2
r
r
r r r
r
R1t2
Rt + P + P + R43 + Rn = 0
2
M3
12
2
3
uur uur uur uur uur12
r
P
R12
tt
2
3
ab +bc +cd + de+ ea = 0
Giải phương trình trên bằng
phương pháp họa đồ, ta có:
t
t
B
e
P
R43
3
AB
R1n2
uur
R = μ .de
r
r43
P uur
a
R12
R1t2
Rn = μ .ea
uur uurP uur
uur
12
R23
R43
b
r
P
2
eb = ea + ab → R = μ.eb
c
P
3
d
10/01/2011
18
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Xác định vị trí đặt lực R43
Giả sử điểm đặt lực R43 cách B một khoảng x. Viết phương trình cân
bằng mômen của khâu 3 với điểm B:
xR43 −h3P3 − M3 = 0
M3 + h3P3
x
R23
R43
h2
M3
3
B
P
R43
3
x
10/01/2011
19
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Xác lực R32 = -R23
Viết phương trình cân bằng lực cho khâu 2:
r
r
12
r r
2
M2
R1n2
R + P + R32 = 0
R1t2
h2
Từ họa đồ lực ở bước trước, ta có:
2
R12
2
uur
r
R32 = μP.ce
tt
B
e
AB
R1n2
R32
a
R12
R1t2
R23
R43
b
P
2
c
P
3
d
10/01/2011
20
Tải về để xem bản đầy đủ
24 trang
21040
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương III: Phân tích lực cơ cấu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nguyen_ly_may_chuong_iii_phan_tich_luc_co_cau.pdf
