Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước theo chủ nghĩa xã hội. Trong đó ngành công nghiệp đóng một vai trò hết sức quan trọng. Các hệ thống máy móc ngày càng trở nên phổ biến, hiện đại và dần dần thay thế sức lao động của con người. Để tạo ra và làm chủ các loại máy móc như thế ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao đồng thời phải đáp ứng được yêu cầu của công nghệ sản xuất tiên tiến.

Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng em là sinh viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên trường ĐHKT nói chung luôn cố gắng học tập và rèn luyện để sau khi ra trường với những kiến thức đã được học chúng em có thể góp một phần sức lực, trí tuệ của mình vào công cuộc đổi mới đất nước.

Môn học nguyên lý máy là một trong những môn học cơ sở không thể thiếu được đối với các ngành kỹ thuật, vì thế làm bài tập lớn nguyên lý máy là công việc rất quan trọng và cần thiết để chúng em hiểu sâu, hiểu rộng những kiến thức đã được học ở cả lý thuyết lẫn thực tiễn, tạo tiền đề cho những môn học sau này.

Bài tập lớn của em được thầy giáo, PGS.TS.Phan Quang Thế giao cho là MÁY BÀO LOẠI 3- phương án 3. Với những kiến thức đã học cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, sự đóng góp, trao đổi của bạn bè em đã hoàn thành bài tập lớn này. Nhưng do đây là lần đầu tiên làm bài tập lớn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để bài tập lớn của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là thầy giáo Phan Quang Thế.

Sinh viên

Phan Thị Phương Thảo

I. Tính bậc tự do- Xếp loại cơ cấu chính:

1.1. Bậc tự do:

Áp dụng công thức: W= 3n – (2P5+P4) + r + r’ – S

Trong cơ cấu này:

n: Số khâu động, n=5

P5: Số khớp loại 5, P5=7

P4: Số khớp loại 4, P4=0

r: Số ràng buộc trùng, r=0

r’: Số ràng buộc thừa, r’=0

S: Số bậc tự do thừa, S=0

Þ W= 3.5 – 2.7 = 1

Vậy cơ cấu có bậc tự do bằng 1.

1.2. Xếp loại cơ cấu:

Chọn khâu 1 làm khâu dẫn ta tách cơ cấu thành hai nhóm atxua loại 2: (4,5) và (2,3) (Hình 1). Do đó cơ cấu là cơ cấu loại 2.

Hình 1: Tách nhóm atxua và xếp loại cơ cấu.

II. Tổng hợp động học cơ cấu chính:

2.1. Yêu cầu:

Xác định kích thước động của các khâu dựa trên lược đồ động của cơ cấu và dữ liệu của phương án 3.

2.2. Tính toán:

Từ công thức hệ số về nhanh: k=

Ta có

Từ O₂ kẻ O₂x và O₂x’ hợp với O₁O₂ một góc . Từ O₁O₂ vẽ đường tròn tiếp xúc với O₂x và O₂x’ Þ hai vị trí chết của cơ cấu.

Xét cơ cấu tại vị trí này:

0,05H=0,05.560=28(mm)=0,028(m)

III. Phân tích động học cơ cấu chính:

3.1. Yêu cầu:

Từ kết quả tổng hợp động học cơ cấu chính vẽ họa đồ vị trí, họa đồ vận tốc, họa đồ gia tốc để xác định các đặc trưng động học của các khâu bị dẫn.

3.2. Họa đồ vị trí:

Chọn tỷ lệ xích chiều dài µ_L:

là chiều dài thật của khâu 1 (m)

O₁A là chiều dài biểu diễn của khâu 1 (mm)

Xác định độ dài biểu diễn cho các khâu bị dẫn:

Lấy điểm O₂bất kỳ, lập hệ trục xO₂y. Trên O₂y lấy O₁O₂= 184(mm). Tại O₁vẽ đường tròn bán kính O₁A = 60,8(mm). Từ O₂vẽ hai tiếp tuyến với đường tròn vừa vẽ được ta xác định được hai vị trí biên (hai vị trí chết). Từ O₂vẽ đường tròn bán kính O₂B=336(mm)

Tiến hành vẽ họa đồ vị trí. Chọn A₁ (vị trí biên thứ nhất) tương ứng với vị trí bắt đầu của φ_đ chia đường tròn (O₁, O₁A) thành 8 phần bằng nhau ta được 8 vị trí. Ba vị trí đặc biệt: vị trí biên thứ 2, hai vị trí ứng với 0,05H. Đánh số thứ tự các vị trí theo chiều quay của kim đồng hồ.

Họa đồ vị trí được thể hiện trên hình 2.

3.3. Đồ thị lực cản:

Theo đầu bài ta có: P_c=1400(N)

Chọn đoạn biểu diễn P_c:

Vậy ta có:

Đồ thị lực cản vẽ trên hình 2.

Hành trình đi: Đoạn 0,05H là khi đầu bào chuẩn bị bào vào chi tiết, khi đó giá trị của P_cngay lập tức từ 0 lên tới 1400N, giá trị này giữ nguyên trong suốt quá trình bào.

Hành trình về: Khi ra khỏi chi tiết giá trị của P_ctừ 1400N lập tức giảm ngay về 0 vì không còn lực cản P_cnữa, đầu bào dịch chuyển một lượng tương ứng với vị trí bào kế tiếp rồi chạy không về vị trí ban đầu.

Hình 2: Họa đồ chuyển vị và đồ thị lực cản

3.4. Họa đồ vận tốc:

3.4.1. Phương trình vecto vận tốc:

Xác định vận tốc của các điểm A, B, C:

: ^ O₁A, chiều w₁ (3-1)

(3-2)

(3-3)

| || |

xác định bằng định lý đồng dạng thuận họa đồ vận tốc ()

(3-4)

(3-5)

| || |

: Phương ^ CS (3-6)

Giải hệ (3-5, 3-6) tìm được

3.4.2. Vẽ họa đồ vận tốc:

Tại các vị trí khác nhau của khâu dẫn các phương trình vecto vận tốc viết hoàn toàn giống nhau, cách vẽ cũng như nhau nên ở đây chỉ minh họa cách vẽ cho một vị trí (vị trí số 4).

Tỷ lệ xích

Chọn điểm P₄ bất kỳ làm gốc họa đồ vẽ vecto biểu diễn vận tốc của với P₄a₁=O₁A và ^ O₁A theo chiều w₁.

Từ (3-2) Þ a₂ºa₁

Theo phương trình (3-3) từ đầu mút vecto vẽ đường thẳng song song với O₂A, từ P₄ vẽ đường thẳng vuông góc với O₂A Þ a₃.

Dựng DAO₂B µ thuận Da₃o₂b₃ Þ b₃.

Từ (3-4) ta có b₄ºb₃.

Từ (3-5) và (3-6), tại mút vẽ đường thẳng vuông góc CS, từ P₄ vẽ đường thẳng song song với CS Þ c₄ºc₅ºb₅.

Vẽ các mút vecto tương ứng ta được họa đồ vận tốc tại vị trí thứ 4.

Tương tự vẽ họa đồ vận tốc tại 10 vị trí còn lại. Từ họa đồ vận tốc xác định vận tốc các điểm và vận tốc góc của khâu quay.

Hình 3: Họa đồ vận tốc cơ cấu tại vị trí số 4.

3.4.3. Tính vận tốc các điểm và vận tốc góc các khâu quay:

3.4.3.1. Vận tốc góc các khâu:

Do khâu 2 và khâu 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên:

(3-7)

Chiều xác định bằng cách đặt P₄a₃ vào điểm A và so sánh với O₂.

Do khâu 5 chuyển động tịnh tiến và khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp trượt nên ta có: w₅=w₄=0. (3-8)

3.4.3.2. Vận tốc điểm trên khâu:

Bảng tính vận tốc các điểm và vận tốc góc các khâu quay

Giá trị

A₁ºA₂

A₃

B₃ºB₄

C₄ºC₅ºB₅

w₃

(rad/s)

Biểu diễn

(mm)

60,8

58,9

81,6

81,32

8,9

Thực

(m/s)

5.57

5,39

7,47

7,45

3.5. Họa đồ gia tốc:

3.5.1. Phương trình vecto gia tốc:

Xác định gia tốc các điểm A, B, C:

: Phương A®O₁ (3-9)

(3-10)

(3-11)

|| || |

(3-12)

|| |

Từ (3-11) và (3-12) Þ

được xác định bằng định lý đồng dạng thuận họa đồ gia tốc ()

(3-13)

(3-14)

|| || |

(3-15)

Từ (3-14) và (3-15) Þ

3.5.2. Vẽ họa đồ gia tốc:

Tại các vị trí trên khâu dẫn các phương trình vecto gia tốc viết hoàn toàn giống nhau, cách vẽ cũng hoàn toàn giống nhau nên ở đây chỉ minh họa cho vị trí số 4.

Chọn tỷ lệ xích:

Chọn điểm P bất kỳ làm gốc họa đồ, vẽ vecto biểu diễn vecto gia tốc với Pa’₁ = = O₁A và có phương chiều O₁®A.

Từ (3-10) Þ

Trước khi giải hệ (3-11) và (3-12) ta phải xác định vecto biểu diễn gia tốc là và là .

* xác định bằng họa đồ cơ cấu và vận tốc tại vị trí số 4 như sau:

mà

Vậy Þ (3-16)

Có thể dựng đoạn biểu diễn k ngay trên họa đồ cơ cấu theo tỷ lệ của (3-16).

Chiều của được xác định bằng cách quay vecto đi một góc 90° theo chiều w₃.

* được xác định bằng họa đồ cơ cấu và vận tốc tại vị trí số 4 như sau:

(3-17)

Có thể dựng đoạn biểu diễn ngay trên họa đồ cơ cấu theo tỷ lệ (3-17).

Chiều của đi từ A ® O₂.

Để giải hệ phương trình (3-11) và (3-12), từ mút vecto dựng vecto , từ mút của kẻ đường thẳng song song với O₂A. Từ Õ dựng vecto , từ mút của kẻ đường thẳng vuông góc với O₂A. Giao của hai đường thẳng này cho ta .

Dựng DAO₂B µ thuận Þ .

Từ mút kẻ đường thẳng vuông góc với CS, từ Õ kẻ đường thẳng song song với CS. Giao điểm của hai đường thẳng này chính là điểm ºº.

Hình 4: Họa đồ gia tốc tại vị trí số 4

3.5.3. Tính gia tốc các điểm và gia tốc góc các khâu quay:

3.5.3.1. Gia tốc điểm trên khâu:

trong đó i nhận giá trị từ 1 tới 11.

3.5.3.2. Gia tốc góc các khâu:

Do khâu 2 và 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên ta có:

Chiều xác định bằng cách đặt vecto vào điểm A và so với O₂.

Do khâu 4 và khâu 5 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên ta có

Bảng tính gia tốc các điểm và gia tốc góc các khâu quay:

Giá trị

A₁ºA₂

A₃

B₃ºB₄

B₅ºC₅ºC₄

e₃ (rad/s²)

Biểu diễn (mm)

60,8

16,37

22,7

12,78

90,7

Thực (m/s²)

203,98

54,92

76,16

42,87

IV. Phân tích lực học cơ cấu chính:

4.1. Yêu cầu:

Xác định áp lực lên các khớp động và tính momen cân bằng trên khâu dẫn bằng hai phương pháp lực và di chuyển khả dĩ.

4.2. Phân tích áp lực khớp động:

4.2.1. Tính trọng lượng và khối lượng các khâu:

* Tính trọng lượng các khâu:

Chọn g=10 m/s²Þ q=400 (KG/m).10 m/s²= 4000 (N/m)

Áp dụng công thức tính trọng lượng các khâu: G=q.L

G: Trọng lượng khâu

q: Trọng lượng phân bố theo chiều dài khâu

L: Chiều dài khâu

Trọng lượng khâu 1:

Trọng lượng khâu 2: G₂=0

Trọng lượng khâu 3:

Trọng lượng khâu 4: G₄=g.m₄=10.10=100(N)

Trọng lượng khâu 5: G₅=8G₄=8.100=800(N)

* Khối lượng các khâu:

m₂=0

m₄=10(kg)

4.2.2. Xác định lực quán tính của các khâu:

* Khâu 5:

Khâu 5 chuyển động tịnh tiến, lực quán tính có điểm đặt tại trọng tâm của khâu (), có phương ngang và ngược chiều với , giá trị:

* Khâu 4:

Khâu 4 chuyển động tịnh tiến, lực quán tính có điểm đặt tại trọng tâm của khâu (S₄ºB₄), cùng phương, ngược chiều với , có giá trị:

* Khâu 3:

Chuyển động quay quanh trục cố định không qua trọng tâm

– Điểm đặt: Xác định tâm va đập K:

– Ngược chiều với

– Giá trị:

– Momen quán tính tác dụng lên khâu 3:

(N.m) (Q)

4.2.3. Áp lực tại các khớp động:

4.2.3.1. Giải bài toán lực cho nhóm Atxua (4-5)

* Tách nhóm (4-5)

Đặt lực tác dụng lên nhóm. Viết phương trình cân bằng lực cho cả nhóm:

|| || | || || ||

Phương trình còn 3 ẩn chưa giải được.

Hình 5: Tách (4-5)

* Tách khâu 5: (tìm )

Pt cân bằng lực:

|| || | || |

điểm đặt tại S5:

Chọn

Þ và (chiều đúng như chiều đã giả thiết)

Hình 6: Tách khâu 5

* Tách khâu 4:

Pt cân bằng lực:

|| || ||

Ta có (lấy momen tại điểm B, ta thấy điểm đặt của tại trọng tâm khâu 4)

Hình 7: Tách khâu 4

*Tách nhóm Atxua (2-3)

Đặt các lực tác dụng lên nhóm, viết pt cân bằng:

|| || ||

Phương trình còn 4 ẩn chưa giải được.

Hình 8: Tách nhóm (2-3)

* Tách khâu 2: (Tìm )

Pt cân bằng:

Tìm bằng cách viết ptcb momen tại O₂:

SM_O2= R₄₃.O₂B – R₁₂.O₂A + F_qt3.h_qt3 + G₃.h_G3 = 0

=> R₁₂ = (R₄₃.O₂B + P_qt3.h_qt3 + G₃.h_G3)/O₂A

= (3866,8.336+1279,46.110,29+3360.13,87)/242,22=6138(N)

Þ R₀₃= 72,76.m_p=72,76.40=2910,4(N)

Chiều , đúng như chiều đã giả thiết.

Hình 9: Tách khâu 2

4.3. Tính momen cân bằng trên khâu dẫn:

4.3.1. Phương pháp lực: Phương trình cân bằng lực:

Đặt M_cb lên khâu dẫn, giả sử chiều như hình vẽ.

Viết pt cân bằng momen đối với khâu 1:

Hình 10: Tính M_cb bằng phương pháp lực

4.3.2. Phương pháp di chuyển khả dĩ:

Xoay họa đồ tại vị trí 4 đi một góc 90° thuận chiều n₁ và đặt tất cả các lực đã biết vào mút vecto vận tốc điểm đặt tương ứng của chúng trên họa đồ vận tốc bao gồm

Hình 11: Tính Mcb bằng phương pháp di chuyển khả dĩ

M_cb cùng chiều với n₁ (P)

Sai số giữa 2 phương pháp là:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyên lý máy- Lê Phước Ninh- Nhà xuất bản Giao thông Vận tải.
Bài tập nguyên lý máy- Lê Phước Ninh- Nhà xuất bản Giao thông Vận tải.
Hướng dẫn thiết kế đồ án môn học Nguyên lý máy- Trần Văn Lầm, Trịnh Quang Vinh, Phạm Dương- Trường đại học Kỹ thuật Công Nghiệp.
Nguyên lý máy- Đinh Gia Tưởng, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến- Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp.