Giáo trình Nguyên lý máy Chương 7

Chơng 7: Phân tích lực học cơ cấu phẳng
1. Đặt vấn đề

Phân tích lực học cơ cấu nhằm xác định phản lực (áp lực)
tại các khớp động và mô men cân bằng trên khâu dẫn.

Cơ sở để giải bài toán PTLH cơ cấu là nguyên lý Đa lăm be.

Giới hạn phân tích áp lực và nghiên cứu cơ cấu phẳng.
2. Lực tác dụng lên cơ cấu
2.1. Ngoại lực

Lực cản Kỹ thuật

Trọng lợng các khâu động

Lực phát động
2.2. Lực quán tính

Ngoại lực tác dụng lên cơ hệ + lực quán tính (coi nh ngoại
lực ) cơ hệ đợc coi là cân bằng và có thể áp dụng các
phơng trình cân bằng tĩnh học.

Xác định hợp lực quán tính của khâu

Thu hệ lực quán tính về khối tâm S của khâu CĐSF
và

Với khâu chuyển động tịnh tiến hệ lực quán tính tơng đ
ơng với hợp lực đặt tại khối tâm và:

Với khâu chuyển động quay quanh trục cố định qua S hệ
lực quán tính tơng đơng với một ngẫu và:
sqt
amF


=

.
sqt
JM =
sqt
amFR


==

.
sqt
JM =
S

sqt
JM =
sqt
amF


=

s
a




Khâu chuyển động quay quanh trục
cố định không đi qua khối tâm S

Biết , J
s
, m, l
AS.
Tìm hợp lực quán tính


Thu hệ lực quán tính về khối tâm S ta
đợc:

Hệ này tơng đơng với
đặt tại K cách S một
khoảng:
Với
Vậy: hay
s
a

qt
F

sqt
amF


=

.
sqt
JM =
sqt
amF


=

sin
h
l
K
S
=
AS
S
ASs
sS
s
S
qt
qt
ml

J
lma
aJ
ma
J
F
M
h

sinsin
====
AS
S
SK
ml
J
l =
SA
A
AK
ml
J
l =
A
S
s
a

qt
F

h
qt
F

K
qt
M

S
a



Khâu chuyển động song phẳng

Biết , ,m, J
S
.

Tìm hợp lực
quán tính

CĐ song phẳng = CĐ tịnh tiến
cùng A và quay quanh trục qua
A tơng ứng với các lực quán
tính và

Phơng của và cắt

nhau tại T.

T gọi là điểm đặt lực quán tính
của khâu chuyển động song
phẳng.
A
a

SA
a

qt
F

qt
F'

qt
F ''

qt
F'

qt
F ''

A
S
K
B

qt
F'

SA
a

A
a

qt
F ''

T
( )
SAAqtqtqt
aamFFF


+=+=
'''
Sqt
amF


=

2.3. Nội lực

Nội lực là phản lực tại các khớp động

Trong mỗi khớp động luôn tồn tại một cặp phản lực giữa
hai thành phần khớp động nên chỉ có phản lực ở
các khớp chờ mới có mặt trong các phơng trình cân bằng.

Vì các khớp động đợc bôi trơn tốt nên thành phần ma sát
có thể bỏ qua so với thành phần áp lực bài toán phân
tích áp lực khớp động.

Điều kiện tĩnh định số phơng trình cân bằng = số ẩn
phản lực (khớp loại 4 = 1, khớp loại 5 = 2)

Tách ra khỏi cơ cấu một nhóm có n khâu, p
5
khớp loại 5, p
4

khớp loại 4.
Số phơng trình cân bằng: 3n
Số ẩn phản lực (áp lực): 2p
5
+ p
4
Vậy: 3n = (2p
5
+ p
4
) hay 3n (2p
5
+ p
4

) = 0 khi p
4
= 0 ta có
điều kiện của nhóm Atxua.
ms
FNR

+=
0'
=+
RR



Để giải bài toán phân tích lực trên cơ cấu phẳng ta phải
tách ra khỏi cơ cấu các nhóm Atxua và giải bài toán lực
cho các nhóm này từ xa về gần khâu dẫn.
3. Phân tích áp lực khớp động

Nhóm Atxua loại càng cao giải bài toán phân tích lực
càng phức tạp. Chơng này giới hạn nghiên cứu bài toán
phân tích lực cho cơ cấu phẳng loại 2.

Trình tự giải bài toán lực cho nhóm Atxua
-
Đặt lực
-
Viết phơng trình cân bằng lực dạng véc tơ
-
Giải phơng trình véc tơ lực

4. Tính lực trên khâu dẫn
4.1. Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phơng pháp
lực
4.2. Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phơng pháp
di chuyển khả dĩ

Nguyên lý

Trong một hệ lực cân bằng, tổng công suất tức thời của
tất cả các lực bằng 0 trong mọi di chuyển khả dĩ.

Tính tổng công suất các lực

Tính tổng công suất các mô men (trừ M
cb
)

Tính M
cb
(giả sử Mcb cùng chiều
1
)


=+ 0
kk
MP
NN

==

kkkkk
k
P
VPVPN

cos

vkkkvkkkk
dPpkPVP
àà
== cos)(cos
( )

==
k
AB
v
k
kkkk
l
ab
MMN
à

( )
0
1
=
k
AB

v
k
kvkkcb
l
ab
MdPM
à
à
( )








=
k
AB
k
kkk
v
cb
l
ab
MdPM
1

à

p
P
k
k
k
P
k
d
k

k

k
Chiều xoay
Hoạ đồ
vận tốc

P
k
d
k
lấy dấu + nếu P
k
chống lại chiều
xoay hoạ đồ vận tốc
P
k
d
k

lấy dấu - nếu P
k
cùng chiều xoay
hoạ đồ vận tốc
Phơng pháp di chuyển khả dĩPhơng pháp lực
Tính M
cb
A
h
1
R
12
B
M
cb
M
cb
= R
12
.h
1

Ví dụ phân tích lực cơ cấu TQCT
Tách nhóm Atxua (2-3), đặt lực
Phơng trình cân bằng véc tơ
Tách khâu 2, phân tích R
12
. Tính
R

12

Giải phơng trình véc tơ bằng
phơng pháp vẽ
Tìm điểm đặt của R
o3
Tìm M
cb
trên khâu dẫn
A
B
P
2
C
P
3
C
P
3
P
2
C
P
2
P
3
B
R
12
R

12
R
32
1
2
3h
3
R
o3
R
o3
x
C
B
R
n
12
R

12
P
3
P
2
R

12
R
n
12

R
o3
A
1
R
21
B
h
1
M
cb
0
33212
=+++
o
RPPR

0
3321212
=++++
o
n
RPPRR