thiết kế nguyên lý máy bào ngang - (kiểu i)

Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
I nhiệm vụ thiết kế: thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang
(kiểu 1)
Bảng số liệu:
1.Hệ số về nhanh: k = 1,7
Góc lắc
=
17,1
1807,1*180
1
180180
0000
+

=
+

k
k
= 46,67
0
2. Hành trình bào: H = 400 mm.
3.Vị trí phơng trợt:
a =
2
cb +
c =
mmgg
H
6,463)
2

67,46
(cot*
2
400
2
cot
2
==

b =
5056,463
2
400
2
2
2
2
2
=+






=+

c
H
mm
a =
mm3,484
2
6,463505
=
+
4.Khoảng cách AC: l
AC
=
2
a
=
mm15,242
2
3,484
=
5.Mômen quán tính khâu 3: J
S3
=
3
2
2
3
10*276
12

)505,0(*13
12
*

==
CD
lm
kgm
2
6.Khối lợng khâu 3: m
3
= 13 (kg).
7. Tỷ số chiều dài khâu 4 / khâu 3: l
DE
/l
CD
= 0,25
8.Khối lợng khâu 5: m
5
= 56 (kg).
9.Vị trí tay quay:
0
1
140=

10.Trị số lực cắt: P = 1400(N).
11.Vị trí lực cắt: y = 0,15*a = 0,15*484,3 = 72,645 (mm)
12.Vận tốc trung bình tay quay: n
)/(65,14
60

2140
140
11
srad
ph
v
=

==


Svth: Hà Văn Chờng
1
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
13.Góc lắc cần 6:
0
17=

14.Chiều dài cần 6: l
FG
= 130 (mm)
15.Qui luật gia tốc của cần 6 dạng:
16. Góc áp lực cực đại cho phép
max
= 38
0

17.Góc định kì:
đ
=

v
= 65
0
18. Góc địng kỳ:
x
= 10
0
II. Nội dung và yêu cầu bài tập lớn
1. Tính, vẽ hoạ đồ cơ cấu ở vị trí ứng với góc:
1

2. Tính, vẽ hoạ đồ vận tốc của cơ cấu.
3. Tính, vẽ hoạ đồ gia tốc của cơ cấu.
4. Tính áp lực các khớp động và mômen cân bằng về khâu dẫn.
5. Tính mômen thay thế các lực và mômen quán tính thay thế về khâu dẫn.
Bài làm
1. Hoạ đồ cơ cấu ứng với góc:
- Với
1

= 140
0
(Hình 1)
2.Họa đồ vận tốc: (Hình 2)
Ta có.
Svth: Hà Văn Chờng
2
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
321

=

Trong đó:
:
1

vân tốc góc khâu 1
2

:vận tốc góc khâu 2
3

:vận tốc góc khâu 3
21
BB
vv
=
Ta có:
1405)
2
67,46
sin(*15,242*65,14)
2
sin(***
11
1
==

==
ACBAv

B

(mm/s)
- Biểu diễn v
b2
trên hoạ đồ bằng 1 đoạn pb
2
= 140.5 mm
- Vậy tỷ xích của hoạ đồ:
à
v
=
01,0
5,140
405,1
1
==
pb
v
B
(m/s.mm)
- Vận tốc v
B3
của điểm B
3
xác định theo phơng trình:
2323
BBBB
vvv
+=

Trong đó :
CBvCBv
BBB
//,
2
3
3

-Từ b
2
vẽ trục // BC.
- Từ p vẽ trục CD
- Hai trục và cắt nhau tại b
3
- Từ hoạ đồ vận tốc ta có:
v
B3
= à*pc = 0,01*113,08 = 1,1308 (m/s)
v
B3
= 1130,8 (mm/s)
v
B3B2
= à*b
2
b
3
= 0,01*83,38 = 0,8338 (m/s)
v
B3B2

= 833,8 (mm/s)
Svth: Hà Văn Chờng
3
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)

32
BB
v
hớng từ B đến D.
Trên hoạ đồ đoạn pd biểu thị vận tốc
D
v
của điểm D trên khâu 3 đợc xác định
theo định lý đồng dạng:
CB
CD
pb
pd
=
3

7,182
56,312
08,113*505
==pd
(mm)
- Từ hoạ đồ vận tốc ta có:
v
D3
= à * pd = 0.01 * 182,7 = 1,82 (m/s)

v
D3
= 1820 (mm/s)
- Vận tốc điểm E đợc xác định theo phơng trình
EDDE
vvv +=
- Xác định điểm e : Vì E là một điểm trên khâu 5 (đầu bào) tịnh tiến, nên phơng của
E
v
song song với khâu 5. Véc tơ vậ tốc
DE
v
// CD.
Từ mút p và gốc d lần lợt kẻ đờng chỉ phơng của véctơ
E
v
và
DE
v
giao
điểm của 2 đờng thẳng này là mút e của đoạn pe biểu thị vận tốc
E
v
của điểm E
trên đầu bào khâu 5. (vì khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên
E
v
=
F
v

)
- Từ hoạ đồ vận tốc ta có:
v
E
= à * pe = 0.01 * 187,25 = 1,8725 (m/s)
v
E
= 1872,5 (mm/s)
v
ED
= à * de = 0.01 * 44,02 = 0,4402 (m/s)
v
DE
= 440,2 (mm/s)
3.Họa đồ gia tốc: (Hình 3)
Svth: Hà Văn Chờng
4
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
- Trên cơ cấu, mới chỉ biết gia tốc điểm B
1
và B
2
. Vì tay quay AB quay đều nên
n
B
n
BBB
aaaa
2121
===

Ta có:
25,20583)
2
67.46
sin(*15,242*65,14)
2
sin(***
22
1
2
1
21
=====


AClaa
AB
n
B
n
B

(mm/s
2
)
- Biểu diễn a
B1
trên hoạ đồ bằng 1 đoạn b = 205,8325 mm
- Vậy tỷ xích của hoạ đồ:

à
a
=
1,0
8325,205
58325,20
1
==
b
a
B

(m/s
2
.mm)
- Gia tốc
3
B
a
của điểm B
3
trên thanh CD đợc xác định theo phơng trình.
r
BB
k
BBBB
aaaa
232323
++=
t

B
n
B
aaa
B 3
3
3
+=

r
BB
k
BBB
t
B
n
aaaaa
B 232323
3
++=+
(*)
Trong đó:
+
n
B
a
3
: Gia tốc hớng tâm của điểm B
3
khi quay quanh điểm C, hớng từ B tới C.

08,4091
56,312
8,1130
2
2
3
3
===
CB
B
n
B
l
v
a
(mm/s
2
)
+
t
B
a
3
: Gia tốc tiếp tuyến của điểm B
3
theo phơng thẳng góc với CB (cha biết suất)
+
k
BB
a

23
: Gia tốc Coriolit, có suất bằng:
Svth: Hà Văn Chờng
5
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
23
3
232323
**2**2**2
32 BB
CB
B
BBBB
k
BB
v
l
v
vva ===


15,60338,833*
56,312
8,1130
*2
23
==
k
BB
a

(mm/s
2
)

k
BB
a
23
có chiều là chiều là chiều của
23
BB
v
xoay đi một góc 90
0
theo chiều của
khâu 3.
r
BB
a
23
: gia tốc trợt của khâu 2 và khâu 3, theo phơng song song với CD.
+ Phơng trình véc tơ (*) trên chỉ chứa 2 ẩn, suất của
t
B
a
3
và
r
BB
a

23
. Xác định
bằng hoạ đồ gia tốc.
+ Cách vẽ:
- Chọn điểm tuỳ ý làm gốc của hoạ đồ gia tốc, sau đó vẽ đoạn
2
b

biểu thị
2
B
a
( b
2
// BA) từ b
2
vẽ đoạn b
2
k biểu thị gia tốc Coriolit ( b
2
k CB) từ k vẽ đờng chỉ
phơng của gia tốc
r
BB
a
23
( // BD).
- Từ gốc vẽ đoạn
B
n

biểu thị gia tốc hớng tâm của
n
B
a
3
(
B
n

// BC ), từ
n
B
vẽ đờng chỉ phơng của
t
B
a
3
( n
B
)
- Hai đờng chỉ phơng vừa vẽ cắt nhau tại điểm b
3
, đó là mút của đoạn
2
b

biểu thị gia tốc toàn phần
3
B

a
của điểm B
3
.
Svth: Hà Văn Chờng
6
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
- Theo định lý đồng dạng có thể xác định đợc mút d của đoạn d biểu thị gia
tốc
D
a
của điểm D trên khâu 3.
CB
CD
b
d
=
3



77,119
56,312
13,74*505
==d

(mm)
+ Điểm E và D thuộc khâu 4 nên
t
ED

n
EDDE
aaaa
++=
(**)
+ Trong đó:
-
E
a
: Gia tốc tuyệt đối của điểm E (chính là gia tốc của đầu bào 5 và gia tốc tịnh
tiến của dao )
-
n
ED
a
: Gia tốc hớng tâm khi E quay quanh D, hớng từ E tới D.
86,1534
25,126
2,440
2
2
===
ED
ED
n
ED
l
v
a
(mm/s

2
)
-
t
ED
a
: Gia tốc tiếp tuyến (
t
ED
a
DE )
+ Phơng trình (**) chứa 2 ẩn.
Từ điểm d vẽ đoạn
E
dn
biểu thị
n
ED
a
( dn
E
// ED), từ n
E
vẽ đờng chỉ phơng của
t
ED
a
. Đờng này cắt đờng chỉ phơng của
E
a

tại điểm e,
e

là đoạn biểu thị gia tốc
E
a
và
F
a
của đầu bào và dao bào.
+ Từ hoạ đồ gia tốc ta có:
a
B3
= à * b
3
= 0,1 * 74,13 = 7,413 (m/s
2
)
a
B3
= 7413 (mm/s
2
)
a
B3B2
r
= à * kb
3
= 0,1 * 124,75 = 12,475 (m/s
2

)
Svth: Hà Văn Chờng
7
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
a
B3B2
r
= 12475 (mm/s
2
)
a
E
= à * e = 0,1 * 99,37 = 9,937 (m/s
2
)
a
E
= 9937 (mm/s
2
)
4. áp lực khớp động và mô men cân bằng về khâu dẫn:
a. Tách nhóm 3 (nhóm tĩnh định 4 , 5). (hình 4)
+ Các lực tác dụng:
5
05
534
,,,, GRFPR
qt

+ Phơng trình cân bằng:

0
5
05
534
=++++
GRFPR
qt

tn
RRR
3434
34
+=


0
05
5
3434
=++++ RFPRR
qt
tn

(*)
+ Xét mô men tại E
0*
34
==

ED

t
E
lRm

0
34
=
t
R

+ Trọng lợng khâu 5:
G
5
= m
5
* g = 56*10 = 560 (N)
+ Trị số lực cắt: F = 1400 (N)
+
55
5
*
S
qt
amp =
( dấu biểu thị chiều của
5qt
P
và chiều của
5S
a

là ngợc chiều
nhau )
P
qt5
= m
5
* a
s5
= 56 * 9,937 = 556,472 (N).
+ Phơng trình (*) có:
05
R
: phơng với đầu bào, cha biết trị số.
n
R
34
: phơng // với DE, cha biết trị số.
+ Vẽ hoạ đồ lực:
- Chọn 1 điểm a bất kỳ từ a lần lợt vẽ các đoạn ab (ab = 140 mm ) // khâu 5 biểu diễn
lực
F
Svth: Hà Văn Chờng
8
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
- Ta có tỷ lệ xích à =
10
140
1400
==
ab

F
(N/mm)
- Từ b vẽ đoạn bc ab biểu diễn trọng lực
5
G
.
- Từ c vẽ đoạn cd // ab biểu diễn lực
5qt
P
- Từ d vẽ đờng biểu diễn phơng của
05
R
.
- Từ a vẽ đờng biểu diễn ph ơng của
n
R
34
.
- Hai đờng và cắt nhau tại e. Ta đ ợc ae biểu diễn lực
n
R
34
, de biểu diễn lực
05
R

7,84447,84*10*
34
=== aeR
n

à
(N)
2,51662,51*10*
05
=== deR
à
(N)
b. Xét nhóm 2 (gồm khâu 2 và khâu 3) (hình 5).
+ Các phản lực tác dụng lên nhóm :
34
R
,
12
R
,
03
R
,
3
G
,
3qt
P
+ Phơng trình cân bằng lực.
0
0312433
3
=++++ RRRPG
qt
+ Trọng lợng khâu 3:

G
3
= m
3
* g = 13 * 10 = 130 (N).
+ Phơng trình cân bằng khâu 2.
0
3212
=+ RR

3212
RR =
Vậy
12
R
cùng phơng ngợc chiều với
32
R
hay
12
R
CD ( do
23
R
CD)
+ Xét phơng trình cân bằng mômen của khâu 3 đối với C.

=+++= 0*
2
**

123343 BC
CD
qtCDc
lR
l
GhPlRm
(***)
Ta có :
- R
43
= - R
34
= -844,7 (N) (dấu biểu thị
43
R
ngợc chiều
34
R
)
- l
CD
= 505 (mm).
Svth: Hà Văn Chờng
9
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
- l
BC
= 312,56 (mm).
- G
3

= 130 (N).
-
33
3
*
S
qt
amp =
( dấu biểu thị chiều của
5qt
P
và chiều của
5S
a
là ngợc
chiều nhau )
P
qt3
= m
3
* a
s3
= 13 * 7,413 = 96,369 (N).
-
CS
c
lm
J
h
*

3
=
Với J
c
= J
s
+ m
3
* (l
CS
)
2
(s là trọng tâm khâu 3).
Có
3
)(*
12
)(*
2
3
2
3 CSCD
S
lmlm
J ==

2
3
)(*
3

4
CSC
lmJ =


337,02525.0*
3
4
3
4
===
CS
lh
(m)
+ Từ (***)

69,1573
31256,0
2525,0*130337,0*369,96505,0*7,844
3343
12
=
++
=
++
=
BC
CSqtCD
l
lGhPlR

R
(N)
+ Cách vẽ hoạ đồ lực nhóm 2.
- Chọn điểm a, vẽ đoạn ab biểu diễn
43
R
(
43
R
có chiều ngợc với
34
R
)
- Chọn tỷ lệ xích à = 10 (N/mm)
- Từ b vẽ đoạn bc khâu 5 biểu diễn trọng lợng
3
G
- Từ c vẽ đoạn cd CD biểu diễn
23
R
.
- Từ d vẽ đoạn de //
3B
a
biểu diễn
3qt
P
- Nối ea ta đợc đoạn biểu diễn
03
R

+ Từ hoạ đồ ta có:
7,92997,92*10*
03
=== aeR
à
(N)
c. Mômen cân bằng về khâu dẫn (hình 6).
Svth: Hà Văn Chờng
10
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
+
21
R
cùng phơng với
12
R
nhng ngợc chiều.
+ Trên cơ cấu 1, từ A hạ đờng vuông góc và cắt
21
R
tại H. Ta có AH = 77,2 (mm).

49,1210772,0*69,1573*
21
=== hRM
cb
(N.m)
5. Mô men thay thế các lực và mô men quán tính thay thế về khâu
dẫn:
a. Mô men quán tính thay thế:

( )
:
1/tt
J

=








+=
n
i
i
i
Si
itt
J
v
mJ
1
2
1
2
1
1/

)(*)(*




2
1
3
3
2
1
5
5
2
1
3
31/
)(*)(*)(*



S
SS
tt
J
v
m
v
mJ ++=
Trong đó:

+
28,0
12
)505,0(*13
12
)(*
2
2
3
===
CD
S
lm
J
(kg.m
2
).
+
91,01308,1*
56,312
5,252
*
3
3
3
===
B
CB
CS
S

v
l
l
v
(m/s)
+
8725,1
5
==
ES
vv
(m/s)
+
62,3
31256,0
1308,1
3
3
===
CB
B
l
v

(rad/s)
Vậy :
98,0)
65,14
62,3
(*28,0)

65,14
8725,1
(*56)
65,14
91,0
(*13
222
1/
=++=
tt
J
(kg.m
2
)
b. Mô men thay thế các lực
( )
:
1/tt
M

=

+

=
n
i
iii
tt
MP
M
1
11
i
v



Svth: Hà Văn Chờng
11
Thiết kế nguyên lý cơ cấu máy bào ngang (kiểu 1)
Với
i
v
: vận tốc tại thời điểm t của điểm đặt lực
i
P

i

: vận tốc góc khâu i.

i
M
: mô men lực.

i
P
:các lực.

[ ]
55533
1
1/
***
1
SSS
tt
vPvGvGM
++=


)180cos*8725,1*140090cos*8725,1*56076cos*91,0*130(*
65,14
1
000
1/
++=
tt
M

99,176

1/
=
tt
M
(N.m)
Svth: Hà Văn Chờng
12