ƯỜ Ô Ậ ẢTR NG ĐẠI HỌC GIAO TH NG V N T I
Khoa Cơ Khí-Bộ môn Kỹ thuật máy
----------&&&&&---------
NGUYÊN LÝ MÁY
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU
10/01/2011 1
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.1. Mục đích, nội dung và phương pháp
Mục đích:
Xác định quy luật chuyển động thực của máy,
í h á kí h h ớ độ bề á khâ T n to n c t ư c, n c c u,
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 môme
24 trang |
Chia sẻ: Tài Huệ | Ngày: 21/02/2024 | Lượt xem: 41 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Bài giảng Nguyên lý máy - Chương III: Phân tích lực cơ cấu - Trường Đại học Giao thông vận tải, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n cân bằng cần đặt lên khâu dẫn để cân
bằng các ngoại lực khác tác dụng lên cơ cấu.
10/01/2011 2
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.1. Mục đích, nội dung và phương pháp
Phương pháp:
Phương pháp đồ giải,
h há iải í h P ương p p g t c .
Chú ý:
Ngoại lực đặt lên các khâu, các tham số động học, 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: Nế ngoài những lực tác động lên một cơu
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.
dù h há tĩ h h để iải bài t á
10/01/2011 3
⇒ ng p ương p p n ọc g o n
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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,
Lực quán tính gây nên áp lực động phụ và lực ma sát phụ,
Nội lực
Nội lực là phản lực trong các khớp động,
10/01/2011 4
Gồm 2 thành phần: ⊥ và ⁄ ⁄ với phương chuyển động tương đối
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu chuyển động tính tiến
B uuurr r
Ba
P
C
Do 0 0qtMε = → =r
Khâu chỉ có lực quán tính đi
qua trọng tâm S:qt
Ca
a
S
qt sP ma= −
uur r
A
S
a
10/01/2011 5
A
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu quay quanh trục cố định đi qua trọng tâm
Khi khâ đề
S
a. u quay u
0 0Sa P ma= → = − =
uurr rr r
Mqt
ε
qt s
b. Khi khâu quay không đều
0 0S qt sa P ma= → = − =
uurr rr r
10/01/2011 6
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu quay quanh trục không đi qua trọng tâm
Khi khâ đềS
qtP
a. u quay u
n n
S S Sa a P ma ma= → = − = −
uurr r r rO ω = const
Sa
qt s
b. Khi khâu quay không đều
4 2
4 2
n t
S S S AS
qt s AS
a a a l
P ma ml
ω ε
ω ε
= + = +
→ = − = − +
r r r
uur r
10/01/2011 7
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.3. Cách xác định lực quán tính
Khâu chuyển động song phẳng
π
a
Sa aSA
A
Ba s
a
0s qt sa P ma≠ → = −
uurrr rSBa
b
Pqt
Mqt
εA
B
S
10/01/2011 8
ω
Sa
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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
t h t ì h đórong p ương r n .
Xét 1 chuỗi động n khâu và pk khớp loại k
Số phương trình lập được 6n phương trình,
Số ẩn chứa trong chuỗi động phụ thuộc vào số lượng và loại
khớp động, khớp loại k chứa k ẩn,
Theo điều kiện tĩnh định ta có:
ối ới ấ hẳ
5 5
1 1
6 . 6 . 0k k
k k
n k p hay n k p
= =
= − =∑ ∑
10/01/2011 9
Đ v cơ c u p ng 5 43 2. 0n p p− − =
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.4. Điều kiện tĩnh định của chuỗi động
Số ẩn cần xác định của các loại khớp động
Khớ l i 4 ( hẳ ) Khớ l i 5 ( hẳ )p oạ p ng p oạ p ng
10/01/2011 12
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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,
á đị h khâ dẫ X c n u n,
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 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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
đị h Giải h á hó ở khâ dẫ ớn . c o c c n m xa u n trư c.
Chú ý: Với cơ cấu phẳng, 1 khâu có thể viết được 3 phương trình:
0; 0; 0F F M= = =∑ ∑ ∑r r
10/01/2011 14
0x y z
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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
1
2
2M
P
M 3
O
3
2
3P
4 B
10/01/2011 15
(a)
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Tách nhóm tĩnh định 2-3 ra khỏi cơ cấu
như hình (b)
MA
R12 chưa biết phương nên ta
phân tích thành 2 thành phần
như hình vẽ Viết lại phương
3
M 32
2
2P
12R n
R12t
R12
.
trình cân bằng lực:
2 3 12 12 43 0
n tP P R R R+ + + + = rr r r r r
P
B
3
t t
R43(b)
Cá á l R à R t ở thà h hữ i lc p ực 12 v 43 r n n ng ngoạ ực.
Ta có phương trình cân bằng lực cho nhóm 2-3:
0P P R R+ + + = rr r r r
10/01/2011 16
2 3 12 43
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Tính
Viết phương trình cân bằng mômen cho khâu 2 đối với B:
12
tR
r
( ) 12 2 2 2
2 2 2
12
0tB AB
t
AB
M R l P h M
M PhR
l
∑ = + − =
−→ = R
R
t
12
n
12
2M
2 2h
12R P2
BNếu kết quả >0 thì chiều
đúng với chiều giả thiết
32R
(c)
10/01/2011 17
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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
ể ễđoạn bi u di n:
12 2 3 43 12 0
0
t nR P P R R
b b d d
+ + + + =
+ + + +
rr r r r r
uur uur uur uur uur r
tR12
12R P2
n
12
A
R
2
2M
3M
3a c c e ea =
Giải phương trình trên bằng
phương pháp họa đồ, ta có: eAB
tt
R n12
t
3
B
P
43R
t
R d
uurr
43R 23R
12R
c
P2
R t12
b
a43
12
12
.
.
.
P
n
P
P
e
R ea
eb ea ab R eb
μ
μ
μ
=
=
= + → =
uurr
uur uur uur uurr
10/01/2011 18
P
d
3
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
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
ằ ểb ng mômen của khâu 3 với đi m B:
43 3 3 3
3 3 3
0xR h P M
M h Px
− − =
+→ =
43R M 3
3
2h23
R
B
P3 43R
x
10/01/2011 19
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
Phân tích lực cơ cấu tay quay - con trượt
Xác lực R32 = -R23
Viết phương trình cân bằng lực cho khâu 2:
12 2 32 0R P R+ + =
rr r r
R
R
R
t
12
P2
n
12
2M
2 2hTừ họa đồ lực ở bước trước, ta có:
a
e
12
nR
AB
tt
12
B
32R
32 .PR ceμ=
uurr
b
c 2
P
12
tR12R
R23R43
10/01/2011 20
d
P3
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.6. Tính lực cân bằng
Phương pháp phân tích áp lực
Với phương pháp này cần giải bải toán phân tích áp lực khớp
động như ở phần trước,
Tính áp lực khớp động ở khớp nối với khâu dẫn
Đặt vào khâu dẫn mômen hoặc lực cân bằng
Viết phương trình cân bằng mômen hoặc lực đối với khâu dẫn
để xác định mômen hoặc lực cân bằng.
10/01/2011 21
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.6. Tính lực cân bằng
Phương pháp phân tích áp lực
VD: Tính lực cân bằng đặt trên khâu dẫn của cơ cấu tay quay –
con trượt
21R
Đặt các lực và mô men cân bằng
lên khâu dẫn như hình vẽ. Viết
phương trình cân bằng mô men đối
h21
B
cbM với điểm A, ta có:
1 1 1 21 21 0cbM M Ph R h+ + − =
A l
1P
h1
PcbM1 21 21 1 1 1
/
cb
cb cb
M R h M Ph
P M l
→ = − −
→ =
10/01/2011 22
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.6. Tính lực cân bằng
Phương pháp công suất
Tính trực tiếp lực cân bằng từ ngoại lực và lực quán tính mà
không cần tính áp lực khớp động.
Nguyên lý di chuyển khả dĩ: Trong một hệ lực cân bằng, tổng
công suất tức thời của tất cả các lực bằng 0 trong mọi di chuyển
khả dĩ.
0
0
i iP M
N N
hay P v M ω
+ =
+ =
∑ ∑
∑ ∑
r r
r r rr
Trong đó: vi là vận tốc các điểm đặt lực Pi
ωi là vận tốc góc khâu i có mômenMi bao gồm cảMcb
. .i i i i
10/01/2011 23
3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU.
3.6. Tính lực cân bằng
Phương pháp công suất
VD: Cho cơ cấu culit như hình vẽ.
Giả thiết kích thước hình học của ωA 1
2
B
các khâu đã biết, S3B=S3C, S2
trùng với B. Khối lượng khâu
dẫn 1 coi như không đáng kể
4 1
3
2S
P2M,
khối lượng và mômen quán tính
của khâu 2 và 3 lần lượt là m2,
JS2 và m3, JS3 .P2 và P3 là trọng
S 3
3
30°
lượng của khâu 2 và khâu 3. Xác
định mômen cân bằng đặt trên
khâu dẫn bằng phương pháp
ấ
C
=
4 2
ω ω3
3P
10/01/2011 24
công su t.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_nguyen_ly_may_chuong_iii_phan_tich_luc_co_cau_truo.pdf