Đồ án môn học Nguyên lý máy động cơ đốt trong kiểu chữ V

1.

Phần I: TỔNG HỢP CƠ CẤU
Cấu trúc và nguyên lý làm việc của cơ cấu.
1.1.
Cấu trúc.
1 : Tay quay OA.
2: Thanh truyền chính AB.
3: Con trượt B.
4: Thanh truyền phụ CD.
5: Con trượt D.
α : Góc giữa hành trình của pittơng B và D
β: Góc giữa AB và CD.

Hình 1. Họa đồ cơ cấu.

Nguyên lý làm việc.
Dưới tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén pittong B và D chuyển động,
chuyển động này được truyền tới trục quay OA qua các thanh truyền AB và CD.
- Tay quay OA chuyển động có tác dụng truyền lực ra ngồi để máy làm việc.
- Ở mỗi xilanh có chu kỳ làm việc là 2 vòng quay của OA.
+ Vòng quay đầu từ 0 2π ứng với quá trình hút và nén nhiên liệu.
1.2.

-

1


2.

+ Vòng tiếp theo từ 2π 4π ứng với quá trình nổ và xả nhiên liệu ra
ngồi.
Nghiên cứu các thơng số động học, động lực học và các quan hệ gia chỳng.
Lp bng cỏc thụng s cho trc.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
2.1.

b.

Hành trình của pittông B,H1
Đờng kính của xi lanh,D
Hệ số cơ cấu thanh
Tỷ sè chiỊu dµi cđa hai thanh AB vµ AC,
Tû sè chiỊu dµi cđa hai thanh AS2 vµ AB,
Tû sè chiỊu dài của hai thanh CS4và CD,
Chiều dài thanh CD,
Góc giữa hành trình pittông B và D,
Góc giữa AC và AB,
Khối lợng pittông B,
Khối lợng pittông D,
Khối lợng tay quay OA,
Khối lợng khâu 2,
Khối lợng khâu 4,
Mô men quán tính của thanh truyền AB,
Mô men quán tính của thanh truyền CD,
Góc truyền động
Mô men quán tính của khâu 1 với trục quay,
Số vòng quay của khâu 1 n vòng/phút
Mô đun hệ bánh răng bên phải
Mô đun hệ bánh răng bên trái
Số răng của bánh răng khâu dẫn động
Số răng của bắnh răng
Phõn tớch cu trỳc c cu:
a.
S bc t do.
- S khâu động n= 5
- Số khớp thấp P5 =7
- Số khớp cao P4 =0

- Số ràng buộc trùng R =0.
- Số ràng buộc thừa R’ =0.
- Số bậc tự do thừa S= 0.
- Số bậc tự do của cơ cấu phẳng là.
W = 3n –( P4 + P5)+R+R’-S = 1 (btd)
Xp hng c cu.
Chn khõu ni giỏ l khõu dn.

2

H1
D


lAB/lAC
lAS2/lAB
lCS4/lCD
lCD


m3
m5
m1
m2
m4
Js2
Js4

Jo1
mI

mII

220
180
3
3
0.35
0.4
270
55
60
10,5
10,5
8
7
3
0.13
0.04
75
0.09
2400
3
4,5
13
26

mm
mm

mm

độ
độ
kg
kg
kg
kg
kg
kgm2
kgm2
độ
kgm2
vòng/phu
t
mm
mm
rng
rng


Cơ cấu có hạng 2.
Xây dựng các thơng số hình học chưa biết.
3.1.
Xác định các thơng số cịn lại.
- Hành trình của píttơng B:
H1 = 220 (mm)
- Chiều dài của tay quay OA:
lOA = H1/2 =220/2 = 110(mm)
×
×
- Hệ số cơ cấu của thanh:

λ =lAB/lOA  lAB = lOA λ =110 3 =330(mm).
- Chiều dài của thanh:
lAC =lAB/3=330/3=110(mm)
×
×
- Chiều dài của đoạn:
lAS2 =lAB 0,35 =330 0,35 =115,5(mm).
- Chiều dài của thanh CD:
lCD = 270 (mm)
Xây dựng họa đồ cơ cấu và họa đồ chuyển vị ứng với một tỷ xích xác định.
4.1.
Thu gọn theo tỷ xích
Chọn tỷ xích µl = 1/300() tính được.
+
OA=lOA/µl = 33 (mm).
+
AB=lAB/µl= 99 (mm).
+
AC=lAC/µl = 33 (mm).
+
AS2=lAS2/µl= 34,65 (mm).
+
CS4=lCS4/µl= 32,4 (mm).
+
CD=lCD/µl= 81 (mm).
+
α = 550 , β = 600
4.2.
Xác định các vị trí cần thể hiện trên họa đồ chuyển vị.


3.

4.

3


14 vị trí.
Vẽ đường trịn C có tâm O đường kính OA =33(mm) là quỹ đạo chuyển động của
A
Từ O vẽ 2 tia Ox,Oy( là đường chuyển động của 2 píttơng B, D) tạo với nhau góc
α= 550. Ox kéo dài cắt C tại A7 và A1.
Từ A1 theo chiều thuận kim đồng hồ lấy các điểm A(1 ÷ 12) hay là chia đường
tròn C thành 12 phần bằng nhau.
- Vẽ các đường trịn có tâm làAi bán kính AB= 99(mm) cắt Ox lần lượt
tại Bi (i=1 ÷ 12). Theo như hình vẽ ta thấy tại A7 píttơng B chuyển
động tới điểm chết trên, tại A1 píttơng B chuyển động tới điểm chết
dưới.
0
- Từ Ai dựng đường thẳng Ai Ci =33cm hợp với Ai Bi một góc β= 60 . Ta
dựng được quỹ đạo của điểm C bằng cách nối các điểm C i bằng một
đường cong trơn
- Xác định vị trí của Di thơng qua việc lấy giao điểm của đường tròn (C i ;
CD=81mm) và đường thẳng Oy.
- Trên họa đồ vị trí ta thấy A13 và A14 ứng với vị trí điểm chết trên, điểm
chết dưới của píttơng D theo họa đồ ta có thể lấy A13≡ A5; A14≡ A11 (do
vị trí của A13và A5; A14 và A11 lệch nhau khơng đáng kể nên ta có thể lấy
trùng nhau tạo thuận lợi trong quá trình khảo sát.)
- Vị trí A1 , A7 tương ứng với vị trí điểm chết dưới, chết trên của píttơng B

a.
-

1.

Phần II: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU
A : BÀI TỐN VẬN TỐC.
Theo họa đồ cơ cấu ta có.
vA1=vA2, vB2=vB3
vC2=vC4,
vD4=vD5 ,
Vận tốc góc của khâu OA ω1= = =251.2(s-1)
Phương trình mơ tả quan hệ vận tốc của các điểm đặc biệt.
Xét cơ cấu khi điểm A≡A6.
• Xét 2 điểm A,B trên khâu 2.
=
+
(1)
B3
A2
B3 A2
// OB
⊥ OA
⊥ AB
------ω1.OA
ω2.AB
?
27,65 (m/s)
?

Vẽ họa đồ vận tốc cho (1) theo tỷ xích µ = 1/300(m/mm) ( thu gọn khi vẽ trên CAD)
và µV = 1/2(m/mms)(thu gọn kích thước của vận tốc.
Chọn điểm P là điểm cực họa đồ vận tốc .
Xuất phát từ P ta vẽ Pa2 vuông góc với OA biểu diễn A2 với Pa2=55.3(mm)
Qua a2 vẽ đường d1 vng góc với AB biểu diễn phương của B3 A2
Từ P vẽ đường d2 song song với OB
biểu biểu diễn phương
của B3 .
u
v
u
v
-

Khi đó d1

∩

d2

≡

b, véc tơ Pb 

V

B3

4

, véc tơ ab 

V

B3A2.


-

Dựa vào định lý tam giác đồng dạng thuận với khâu 2, ta có
thuận với

∆

abc đồng dạng

∆

ABC từ đó ta xác định được điểm c2 trên họa đồ.
• Xét 2 điểm C,D trên khâu 4.
=
+
D5
C2
D5 C2
// OD
xác định
⊥ CD
---ω4.CD
?

(m/s)
?
Qua c2 vẽ đường thẳng d3 vuông với CD biểu diễn phương của D5 C2 . Từ P vẽ đường
thẳng d4 song song với OD biểu diễn phương của D5 . Khi đó d3
D5

, véc tơ cd 

u
v
V

D5C2

∩

d4

≡

d, véc tơ Pd 

.

u
v
V

×

Dựa vào định lý đồng dạng thuận ta có: as 2/ab =AS2/ABas2=ab AS2/AB , từ đó
×

ta xác định được s2 trên họa đồ , tương tự ta cơ cs 4=cd CS4/CD, ta đó xác định được s4
uv

trên họa đồ,véc tơ Ps2 
2.

uv

V

S2

, véc tơ Ps4 

V

S4.

Xác định vận tốc của các điểm cần thiết.
- Đo chiều dài các véc tơ trên họa đồ ta được vận tốc cần tính:
×

×

V3= VB3 =Pb3 µv = 35.73 0.5= 17,86(m/s)
×

×

V5= VD5 =Pd5 µv =38.87 0,5=19.43( m/s)
ì

VS2=Ps2 àv = 43.59
ì

VS4=Ps4 àv =40.57

ì

ì

ì

0,5=21.79(m/s)
0.5=20.28(m/s)
ì

ì

2= VB3A2/lAB = ab àv /AB àl = 48.51 0,5/0,33=73.54(1/s)
ì

-

ì

ì

4=VD5C2/lCD = cd àv /CD àl =30.99 0,5/0,33=46.95(1/s)
Lập bảng các kết quả tính tốn tại 14 vị trí. (lập bảng tính trong bài tốn gia tốc.)
Xây dựng đồ thị mô tả sự thay đổi của vận tốc dài của các điểm thuộc các khâu
chuyển động tịnh tiến và các khâu chuyển động quay theo vị trí của cơ cấu.
B: BÀI TỐN GIA TỐC.

1.

Phương trình mơ tả quan hệ gia tốc của các điểm đặc biệt.

π

×

×

π

Ta có 1=
n/30 = 2400
/30 = 251,2 (s-1)
Ly àl = 1/300()
ã
Xột 2 điểm A,B trên khâu 2,ta có.
×
Gia tốc pháp của điểm A nA2 = ω21 lOA =251,22 × 0,033=2082.34(m/s2)
5

B3
B3

=
=

+
+

A2
n

//OB

A2

B3 A2
τ

+

A2

⊥ OA

A O
×

×

------ω21 lOA
ε1 lOA
2
?
2313.72(m/s ) 0

n

+
⊥ AB

B3A2

B A
×

τ

B3A2

(1)

×

ω22 lAB
ε2 lAB
561.34
?

Vẽ họa đồ vận tốc cho (1) theo tỷ xích µl= 1/300(m/mm); µa =80 (m/mms2)

- Chọn Q là điểm cực của họa đồ gia tốc.
- Từ Q vẽ Qa2 có độ dài nA2/µa/µl = 77.78 mm chiều từ A -> O biểu diễn nA2
- Từ a2 vẽ a2nBA hướng từ B A biểu diễn véc tơ nB3A2 có độ dài là 21.05mm
- Từ vẽ đường thẳng d1 vng góc với AB biểu diễn véc tơ
- Từ Q vẽ đường thẳng d 2 song song với OB biểu diễn véc t . Khi ú Khi đó
b3=l1



l2 . véc tơ Qb3

B3

, véc tơ nB3A2 b3



B3A2

- Dựa vào định lý tam giác đồng dạng thuận với khâu2 ,




abc đồng dạng thuận với

ABC, ta xác định c điểm c2 trên hoạ đồ.
ã
Xột 2 điểm C,D ta có :
=

D5

C2

+

n
D5C2

+

τ

D5C2

//OD
xác định
DC
⊥ DC
×
×
----| |
ω24 lCD
ε4 lDC
? (m/s2)
| |
178.55
?
Vẽ họa đồ vận tốc cho (2) theo tỷ xích µl= 1/300(m/mm); µa =80 (m/mms2)

n
n
- Qua c2 vẽ đường thẳng c2 D5C2 có chiều từ DC độ dài là 6.70 mm biểu diễn D5C2.
Từ nD5C2 vẽ l3 ⊥ DC biểu diễn chiều τD5C2 . Từ Q vẽ l4 // OD biểu diễn chiều của
D5 .Lấy giao l3 ,l4 ta được d5
n
τ
- Khi đó Qd5  D5 , D5C2 d5  D5C2
- Dựa vào định lý đồng dạng thuận trong tam giác ta xác định được s 2 và s4 tương
tự như trong bài toán vận tốc.
2.

Xác định gia tốc dài của các điểm cần thiết, gia tốc góc khâu dẫn.
Đo chiều dài của các véc tơ trên họa đồ ta được các giá trị gia tốc cần tính.
a3 = ab3
a5 = ad5
aS2=
aS4=

ì

= Qb3 àa = 6487,35 (ms-2).
ì
= Qd5 µa = 6378.41(ms-2).
×
Qs2 µa = 6117,67(ms-2).
×
Qs4 µa = 6585,58(ms-2).
6

×

×

ε2 = aτB3A2/lAB = nB3A2 b3 µa / AB µl = 2623,67(s-2).
ì
ì
4 = aD5C2/lCD = nD5C2 d5 àa / CD µl = 3871,47(s-2)
3.

Bảng các giá trị vận tốc,gia tốc của 12 vị trí.

ĐL
VT
1
2
3
4
5-13
6
7
8
9
10
11-14
12
ĐL
VT
1

2
3
4
5-13
6
7
8
9
10
11-14
12

4.

ω 2(s-1)

ω 4(s-1)

v3 (m/s)

v5( m/s)

vS2( m/s)

vS4( m/s)

25,19
22.07
13,12
0

- 13,12
- 73,54
- 25,12
- 22,07
-13,12
0
13,12
22,07

8,03
- 6,77
- 18,98
- 25,12
- 25,62
- 46,95
- 7,86
6,275
18,36
25,21
25,66
20,46

0
9,77
19,77
27,64
28,10
17,86
0
- 17,87

- 28,10
-27,64
- 19,16
- 9,77

21,62
29,14
28,96
18,86
0
- 19,43
- 25,55
- 27,85
- 23,22
- 14,38
0
9,52

17,96
19,89
24,27
27,64
26,93
21,79
- 17,96
- 21,77
- 26,93
- 27,64
- 24,20
- 19,89

22,73
28,00
27,83
21,810
13,85
- 20,28
- 24,62
- 29,06
- 25,58
- 20,43
- 13,85
16,49

ε 2(s-2)

ε 4 (s-2)

a3(ms-2)

a5(ms-2)

aS2(ms-2)

aS4(ms-2)

0.00
2623,67
4957,55
-9915.82

-8199.93
2623,67
-4334.22
0.00
+4334.22
+8199.93
+9915.82
+8199.93

6019,54
6110,197
4119,52
-2262.26
+2178.94
3871,47
+6418.27
+9598.95
+9841.19
+6945.34
+2697.37
-1850.25

6223,91
4293,35
+4149,36
+1090.74
-1029.98
6487,35
-3215.78
-4089.36

-3215.78
-1029.98
+1090.74
+2055.10

+5409,55
2039,52
-2311,87
-3026.42
-3813.24
63678,41
-3156.54
-1406.32
+351.57
+1520.80
+2178.61
+2494.47

6223,93
5399,79
4933,60
2041.31
2207.73
6117,66
3032.70
3436.57
3032.707
2207.73
2041.31
2445.60

5281,85
3245,06
-3316,43
2600.14
3335.42
6585,58
3258.54
2360.33
1532.15
1924.96
2698.54
3011.27

ω< 0 nếu ngược chiểu ω1
v>0 nếu ra xa tâm O
v< 0 nếu hướng tâm O.
Xây dựng đồ thị mô tả sự thay đổi của gia tốc dài của các điểm thuộc các
khâu chuyển động tịnh tiến và các khâu chuyển động quay theo vị trí của cơ
cấu.
7


Phần III: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU
Việc phân tích lực cơ cấu có ý nghĩa quan trọng trong tính tốn độ bền của khớp
nối, chọn chế độ bôi trơn, chọn kích thước khớp phù hợp, xác định mơmen cân bằng
khâu dẫn, lực tác động lên các thanh truyền, giá. Các bộ phận chi tiếp trong hệ thống
máy.
Tính tốn lực cơ cấu thông qua phương pháp vẽ họa đồ lực và phương trình cân
bằng mơmen.

1.
Tách các nhóm Axua đặt các lực xác định được ngay vào cơ cấu
- Trọng lượng các khâu.
- Lực phát động hoặc lực cản kỹ thuật.
- Lực vào mơ men qn tính tại các khâu
- Phản lực tại khớp động.
2.
Phân tích phản lực tại các khớp cần thiết
2.1.
Xác định áp lực thực tế P của píttơng.
Lực cơng nghệ P=pi.F
F=

F: là diện tích mặt cắt ngang của xilanh.

= . 0.182= 0.0254( m2)

pi là áp suất chỉ thị: pi=i . μp (bar)
i =y : tung độ của biểu đồ cơng đo được từ đường áp suất khí quyển đến đường
cong áp suất trong xilanh.
μp tỷ xích của đồ thị cơng μp =3,5(bar/mm).
Với 1 bar = 105 (N/m2) ta có:
P3 = pi . F =i . μp.105.F (N)
P5= pi .F =i . μp.105 .F (N)
Bảng giá trị lực tại 14 vị trí như sau.
Ta nghiên cứu bài tốn lực trong một vòng quay của khâu dẫn ( OA quay 360 0)


Vi trí
pi 3

(mm)
P3(N)
Hành trình

Vi pớttụng B
9

10

11

12

1

2

1

1

1

1

3

7

3.955
Nén

3.955
Nén

3.955
Nén

3.955
Nén

11.865
Nén

27.685
Nén

8


Vi trí
pi 3

(mm)
P3(N)
Hành trình

3

4

5

6

7

8

24

23

12

6

3

2

94.920
Nén_Nổ

90.965
Nổ

47.460
Nổ

23.730
Nổ

11.865
Nổ

7.910
Nổ

9

10

11

12

1

2

Vi pớttụng D



Vi trí
pi 5

(mm)

P5(N)
Hành trình

3

2

1

0

0

0

11.865
Nổ

7.910
Nổ

3.955
Nổ-Xả

0
Xả

0
Xả

0
Xả

Vi trí

3

4

5

6

7

8

0

0

0

0

0

0

0

Xả

0
Xả

0
Xả

0
Hút

0
Hút

0
Hút

pi 5

(mm)
P5(N)
Hành trình

Chiu ca ỏp lc khớ nộn khi nhiờn liu nổ hướng dọc trục píttơng về tâm O.
Lấy gia tốc trọng trường g=10 (m/s2)
Trọng lượng của các khâu.
Khâu 2:G2 = m2.g = 7.10 = 70 (N)
Khâu 3:G3 = m3.g = 10,5.10 = 105 (N)
Khâu 4:G4 = m4.g = 3.10 = 30 (N)
Khâu 5:G5 = m5.g = 10,5.10 = 105 (N)

Xác định các hợp lực quán tính.
Lực quán tính sinh ra do sự chuyển động không đều của các khâu. Lực quán tính
thay đổi cả độ lớn và phương chiều theo chu kỳ động học.
• Lực qn tính của khâu 2.(thanh AB)
Vì thanh AB chuyển động song phẳng nên ta có
+ Lực quán tính

P2qt

ngược chiều chuyển động của gia tốc aS2 ca khõu 2

P2qt = m2 ì a S 2

ã

ln
,
im đặt tại S2
qt
+Mơ men qn tính M 2 ngược chiều quay của ε4 ,
Độ lớn Mqt2=-J2 . ε2 (dấu - ngược chiều)
Lực quán tính của khâu 3.(con trượt B)
Khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên có

9


P3qt

L ực quán tính.

ngược chiều gia tốc a3 của khâu 3.
= - m3 .
• Lực qn tính của khâu 4.(thanh CD)
Vì thanh CD chuyển động song phẳng do vậy ta xác định điểm đặt lực quán tính và
mô men quán tÝnh nh sau.
-

Lực quán tính

P4qt

ngược chiều chuyển động của gia tốc aS2 của khâu 2
P4qt = −m4 × aS 4

-

Độ lớn
Điểm đặt tại S2
qt
Mơ men qn tính M 4 ngược chiều quay của ε4 ,
Độ lớn Mqt4=-J4 . ε4 (dấu - ngược chiều)
• Lực qn tính của khâu 5.(con trượt D)
Khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên có

P5qt

L ực quán tính.
ngược chiều gia tốc a5 của khâu 5.
= - m5 .
Cỏc giỏ tr c tớnh trong bng.

Đại lng
Vị Trí
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

(KN)

(KN)

28,33
12,25
- 17,11
- 52,39
-71,06
-56.80
-29,69
12,24
41,84
49,70
46,76

40,13

13,25
10,57
14,93
20,94
22,38
-19,76
12,26
10,57
15,43
19,23
20,34
18,28

(Nm)
308,8
613,46
648,09
456,51
179,13
-101,92
-383,32
-613,41
-648,11
-456,41
-179,01
101,92

(KN)

(N.m)

(KN)

28,61
37,26
41,68
37,26
28,61
-42,82
31,01
33,55
34,10
33,54
31,01
26,83

1.313,24
694,11
0
-694,16
-1.313,27
-1.588,07
-1.313,16
-694,16
0
694,16
1.313,16
1.588,07

-19,68
-57,96
-78,60
-61,44
-19,68
-68,12
39,27
40,66
39,30
40,63
39,27
20,84

P5qt , P3qt

M 2qt , M 4qt

DÊu ©m cđa
nÕu cã chiỊu híng ra xa O, dÊu ©m cđa
nÕu cã
chiỊu quay cùng chiều kim đồng hồ.
1.
Xột cõn bng nhúm Axua 4-5.
Cơ cấu chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang nên ta bỏ qua tác dụng của G1,G2.
-

Xác định

m

D

t
R24

bằng phơng trình cân bằng mô men đối với điểm D2

t
( F ) = − P4 qt .lDS .sin(P4 qt , DS ) − M qt 4 + R24
.lCD = 0

10


P4qt .lDS .sin( P4qt , DS ) + M 4qt
⇒R =
lCD
t
24

-

Phơng trình cân bằng lực cả nhóm là:

ur
R05 + P5 + P5qt + P4qt + R24t + R24n = 0

VÏ hoạ đồ theo (1) vi p theo từng vị trí =>

=>

và

R05

R24 = R24t + R24 n

Xác định phản lực khâu 4 tác dụng lên khâu 5:

-

R24n

(1)

Xét cân bằng lực con trợt D:

R45

R05 + P5qt + R45 = 0

(2)

R45

Vẽ hoạ đồ theo (2) =>
Xột cõn bng nhúm Axua 2-3.

2.

-

Ta xác định lực lực

m

B

R12t

bằng phơng trình mô men cân bằng tại điểm B:

( F ) = R .l AB − M 2qt − R42 .lCB . sin(R42 , CB) − P2qt .l BS . sin( P2qt , AB) = 0
t
12

M 2qt + R42 .lCB .sin( R42 , CB ) + P2qt .lBS .sin( P2qt , AB)
R =
l AB
t
12


-

Phơng trình cân bằng lực c¶ nhãm:

R03 + P3 + P3qt + R42 + P2qt + R12t + R12n = 0
R12n R03

Vẽ hoạ đồ theo (3) =>

,

R12 = R12t + R12 n

-

=>
XÐt c©n b»ng lùc kh©u B:

R03 + P3 + P3qt + R23 = 0
11

(4)

(3)


Vẽ hoạ đồ theo (4) =>
3.

R23

Xỏc nh Mcb trờn khõu dn.
- Đăt Mcb trên khâu OA,chiều nh hình vẽ. Xột phơng trình cân bằng mômen lực tại O:
M cb =R 21.lOAsin(R 21 ,OA)
Σmo(Pi) = R21.lOAsin(R21,OA) - Mcb = 0
- Xác định phản lực tại khớp động R01.

Xét phơng trình c©n b»ng lùc cho kh©u dÉn ta cã :
R01

R21

⇒ R01 = R21

+
=0
.Giá trị :R21=R01, R12 R01 chính là phản lực khớp O.
Các giá trị tính đợc cho trong bảng sau:
R24

R05

R45

R23

1

(N)
42.53

(N)
8.74

(N)
29.64

(N)
13.85

2

20.23

4.77

13.14

3

27.54

8.10

4

72.47

5

ĐLg
Vị trí

R03 (N)

R12

7.30

(N)
62.21

32.55

11.96

19.04

79.75

18.17

55.70

93.26

1.10

6

43.98

7

M cb
R01 (N) (N.m)
62.21

671

74.57

74.57

1.38

13.51

141.07

141.07

8.06

29.93

5.00

82.12

82.12

3.66

71.07

27.83

1.83

107.16

107.18

1.13

3.51

62.07

48.50

19.19

76.03

76.03

5.64

39.46

9.02

30.915

52.42

11.51

90.16

90.16

966

8

19.17

4.07

12.88

59.47

34.31

59.45

59.45

1.38

9

72.48

21.95

58.01

45.41

13.84

148.09

148.09

0

10

79.4

17.93

60.33

49.36

21.17

160.17

160.17

101

11

71.48

6.65

51.15

49.72

24.51

149.95

149.95

3.15

12

58.37

971

40.14

28.72

14.49

108,24

108.24

4.14

Xác định Mcb bằng phương pháp chuyển vị khả dĩ.
Cơ cấu chuyển động trong mặt phẳng nên phương trình cân bằng cơng suất
khơng có sự tham gia trng lng cỏc khõu.
Phng trình cân bằng công suất của cơ cấu là:
4.

M cb . 1 + P2qt .Vs 2 + M 2qt .ϖ 2 + P3qt .Vs 3 + P3 .Vs 3 + P4qt .Vs 4 + M 4qt .ϖ 4 + P5qt .Vs 5 + P5 .Vs 5 = 0
12

(*)


Ta chọn vị trí 4 để tính Mcb:
Đại lng
(KN)
(KN)
-56.80
-19,76
V trớ 6

(Nm)

-101,92

(KN)
-42,82

(N.m)
-1.588,07

(KN)
-68,12

Phơng trình (*) tơng đơng với.
Mcb.1 +..cos(,) +. 2- . - P3.+ ..cos(,)
-. ω4- . - P5.V5 = 0
Thay sè ta đợc:
M cb . 251.2 - 42820 . 21,79 . (-0,15) -1588,07 . 73,5 +68120 . 17,865 – 23730 .
25,133 -19760 . 20,285 . (-0,586) - 101,92 . 46,95 + 56800 . 11,051 – 0 . 11,051=0
⇒
Mcb =4870.66 (N.m).
Phần IV: NG LC HC C CU.
1.

Xác định mô men phát động và mô men quán tính khối lợng thu gọn
- Mô men phát động:
5
5
j
Vsi
1
P

.(
)
+
M
.(
)
( P3 .V3 + P5 .V5 )


i
j
1
1
1
i =1
j =1
MD =
=
(*)
- Mô men quán tính khối lợng thu gọn.
5

V
ω
J T =  ∑ mk .( sk ) 2 + J sk .( sk ) 2 
ω1
ω1 
 k =1
=
[( J s1 + m2 .(

=
-

2.

Vs 2 2
V
V
V
ω
ω
) + J s 2 .( 2 ) 2 + m3 .( s 3 ) 2 + m4 .( s 4 ) 2 + J s 4 .( 4 ) 2 + m5 .( s 5 ) 2 ]
ω1
ω1
ω1
ω1
ω1
ω1

Thay sè vµo (* vµ **)ta cã b¶ng kÕt qu¶.
Vị trí
1
2
3
MD(Nm)
-904
-1342
0
2

JT(Kg.m
0,102
0,087
0,065
)
Vị trí
7
8
9
MD(Nm)
636
210
716
2
JT(Kg.m
0,094
0,081
0,06
)

4
4409

5
3619

6
1779

0,058

0,071

0,087

10
332

11
197

12
297

0,046

0,027

0,056

(**)

Tính vận tốc gần đúng của khâu dẫn bằng phương pháp đồ thị
Writtenbauer.
2.1. Lập biểu đồ ∆E(�)
13


( )

-

Vẽ biểu đồ M

với

-

Tích phân đồ thị M

àM =

( )

xích μA = μM. ΜV . H=

100(N.m/mm) , μφ 3(®é/mm) = 0,052 (rad/mm).

(với cự ly gốc H=30 mm )ta đợc đồ thị Ađ

( )

với tỷ lệ

100 ì 0, 052 ì 30 =

-

156 (Nm/mm).
Ac (ϕ )

Ac
Nèi O vµ C b»ng mét đoạn thẳng ta đc đồ thị
(Vì là hằng số nên
tỷ

lệ thuận với góc chuyển vị ).
Ac ( )
àE = à A
Lấy biểu đồ Ađ() trừ biểu đồ
ta đợc biểu đồ E() khi đó

-

Dựa vào đồ thị

-

Trong đó:

E ( )

ta tính

( )

theo công thức :

()=
Jt(0) . 2(0) =

0,102 ì 335,1032 = 11.454( kg.m 2 / s 2 )

Bảng giá trị � (�)

2.2.

Vị trí

1

2

3

4

5

6

ω (ϕ )

335,10

325,65

331,91

415,03

433,942

418,90

Vị trí

7

8

9

10

11

12

ω (ϕ )

405,34

427,12

488,07

550,38

698,16

472,08

Đå thÞ biĨu diễn trên hình vẽ
3.
Tính gần đúng hệ số không đều của khâu thay thế.
Theo kết quả ở trên ta có : ωmax =698,163 (1/s)

ωmin =325,653 (1/s)
=> ωtb = = 511.908 (1/s)
Hệ số không đều tính theo công thức: = = =

698,163 − 325,653
=
511,908

0,728

Xác định mơ men qn tính khối lượng của bánh đà làm đều chun ®éng
Sử dụng phương phỏp th Writlenbauer.

4.

t

-

Vẽ biểu đồ E(J ) bằng cách khử thông số của đờng cong
14

ta tiến hành nh sau:


Từ điểm E trên trục tung của biểu đồ Jt().cách trục hoành một khoảng lớn hơn
tung độ của biểu đồ này, ta kẻ đờng thẳng EF làm với trục một góc 45 độ.
Kẻ các đờng thẳng từ tung độ của Jt() song song với trục hoành, các đơng thẳng
này cắt EF, từ các giao điểm này ta dóng các đờng thẳng song song với trục tung và
cắt các đờng thẳng kẻ từ các tung độ của E() cũng song song vi trc hoành.

-

t

Nối các giao điểm này ta đợc đồ thị E(J ).
Vẽ hai tiếp tuyến AB và CD víi ®êng cong (

-

trơc Jt 1 gãc

ψ max

víi tû lệ xích

và

min

E

,cho cắt trên trục O




).Các tiếp tuyến này lần lợt làm với
E một đoạn BD. Đoạn này biểu diễn

là biến thiên cực đại của động năng bánh ®µ. Đồ thị có

µ E = µ A = 156( Nm / mm)

và

µ J = 0.002( Nm / mm)
.

δ = 0.728

Theo hệ số chuyển động không đều của máy
và vận tốc góc trung bình
tb = 511.92 (rad/s) ta xác định max , min theo các đẳng thức sau:
à
0, 002
tg max = J ωtb2 (1 + δ ) =
× 511,9082 (1 + 0, 728) = 2,903
2à E
2 ì156

à
0, 002
tg min = J ωtb2 (1 − δ ) =
× 511,9082 (1 − 0, 728) = 0, 457
2à E
2 ì156

-

Do vậy ta đợc :

ψ max

= arctg(2,903) = 70,99

ψ min

= arctg(0,457) =24,56

-

Di chuyển song song hai đường tiếp tuyến có góc này cho tới khi tiếp xúc với
đường cong ∆E(JT) các tiếp tuyến này cắt trục tung tại hai điểm BD = 3,52 (mm)

-

Mômen quỏn tớnh ca vụ lng c tớnh:
Jv =

BD ì à E

3, 52 × 156
=
≈ 0, 003( Kgm 2 )
2
2
ωtb × δ
511, 908 × 0, 728

4j
D2
4 × 0, 003
Jv = m
=> m = 2v =
= 0,3( Kg )
4
D
0, 22
Mặt khác ta cã

∎
Phần V: THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM.
15


Góc quay của cam trong các giai đoạn chuyển động.
Góc
Giá trị (độ)

51

24

51

234

Giả sử cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng
cần thiết kế có sơ đồ động học như hình vẽ,
trong đó cam quay cung chiều kim đồng hồ,
đồng thời đường dịch chuyển của cần tạo
với phương vng góc với đáy góc α= 00
như đầu bài đã cho.

I: Xây dựng các đồ thị động học
Do chuyển đổi của cần trong cơ cấu cam đã cho là chuyển động tịnh tiến nên
chuyển vị của nó được ký hiệu bằng chữ S
Vì quy luật chuyển động của cần là quy luật gia tốc cosin nên chúng ta sử dụng
công thức sau để vẽ các đồ thị động học.

S“ = ()2 cos ()
S’ = () sin ()
S= [ cos (
Thay các dữ liệu đã biết.
Fmax = h =10 mm
= 510 =
φX = 240 =
= 510 =
φG = 2340 =
Vào các biểu thức nói trên, ta nhận được quy luật chuyển động của cần trong bốn giai
đoạn chuyển động như sau.

a) Giai đoạn đi xa (0 )
S= = 5.[1- cos()] (mm)

S’ == sin = (sin t) (mm)
S” = = )2 cos π () = 62.2837 cos() (mm)

b)

Trong đó đặt t = (0≤t ≤1).
Giai đoạn đứng xa. ( 0≤ φ≤ )
S ≡ h=10mm , S’≡ 0 , S” ≡ 0
16


Giai đoạn về gần.( 0≤ φ≤)
S= = 5.[1+ cos()] (mm)
S’ == - sin = (sin t) (mm)
S” = = )2 cos π () = - 62.2837cos() (mm)
Trong đó đặt t = (0≤t ≤1).
d) Giai đoạn đứng gần. .( 0≤ φ≤ φG = )
S ≡ 0 , S’≡ 0 , S” ≡ 0
Bảng sau đây trình bày giá trị của hàm số d 2S/dφ2, dS/dφ và S=S(φ) tại những vị trí
khác nhau trong một chu kỳ chuyển động (360 0) của cơ cấu cam đã cho. Kết quả tính
tốn theo các công thức nêu trên với sự hỗ trợ của bảng tính Excel.
c)

Giá trị của hàm d2S/dφ2, dS/dφ và S(φ)
GIAI
ĐOẠN

ĐI XA

ĐỨNG XA
VỀ GẦN

φ(đợ)

t

S”

S’

S

S+S”

0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36

39
42
45
48
51
0÷24
0
3
6
9
12
15
18
21
24

0
0.05882
0.11764
0.17646
0.23528
0.2941
0.35292
0.41174
0.47056
0.52938
0.5882
0.64702
0.70584
0.76466

0.82348
0.8823
0.94112
1
---0
0.05882
0.11764
0.17646
0.23528
0.2941
0.35292
0.41174
0.47056

62.28374
61.22343
58.0786
52.95633
46.03101
37.53845
27.76778
17.05169
5.755024
-5.73759
-17.0348
-27.7521
-37.5245
-46.0192
-52.9471
-58.0723

-61.2202
-62.2837
0.00000
-62.2837
-61.2234
-58.0786
-52.9563
-46.031
-37.5384
-27.7678
-17.0517
-5.75502

0
3.242352
6.374309
9.289235
11.88788
14.08178
15.79622
16.97283
17.57156
17.57202
16.97419
15.79843
14.08477
11.89155
9.293453
6.378935
3.247228

0.001635
0.00000
0
-3.24235
-6.37431
-9.28923
-11.8879
-14.0818
-15.7962
-16.9728
-17.5716

0
0.085119
0.337579
0.748784
1.304733
1.986497
2.770864
3.631128
4.538
5.460601
6.36752
7.227878
8.012381
8.69432
9.250476
9.661913
9.914622
10

10
10
9.914881
9.662421
9.251216
8.695267
8.013503
7.229136
6.368872
5.462

62.28374
61.30855
58.41618
53.70511
47.33575
39.52495
30.53865
20.68282
10.29302
-0.27699
-10.6673
-20.5242
-29.5121
-37.3249
-43.6966
-48.4104
-51.3056
-52.2837
10

-52.2837
-51.3085
-48.4161
-43.7051
-37.3357
-29.5249
-20.5386
-10.6828
-0.29302

17


ĐỨNG
GẦN

27
30
33
36
39
42
45
48
51

0.52938
0.5882
0.64702
0.70584

0.76466
0.82348
0.8823
0.94112
1

5.737584
17.03484
27.75209
37.52445
46.01919
52.94708
58.07224
61.22017
62.2837

-17.572
-16.9742
-15.7984
-14.0848
-11.8916
-9.29345
-6.37893
-3.24723
-0.00164

4.539399
3.63248
2.772122
1.987619

1.30568
0.749524
0.338087
0.085378
0

10.27698
20.66732
30.52421
39.51207
47.32487
53.6966
58.41032
61.30555
62.2837

0÷234

---

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

Dựa vào bảng ta vẽ được các đồ thụ động học như sau

D

D

D

18

D+

X

D

+

X+

V


II. Xác định bán kính nhỏ nhất của biên dạng cam
Đối với các cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng bán kính nhỏ nhất r 0 của biên dạng cam
được xác định dựa theo điều kiện lồi của biên dạng cam. Ta xác định r 0 theo trình tự
sau.
Bước 1. Cộng giá trị thực của hai hàm số S ” (φ) và S(φ). Trong bài toán đang xét,
tổng giá trị thực của hàm số này được thể hiện ở cột cuối cùng của bảng Excel.
Bước 2. Tìm giá trị âm nhỏ nhất của tổng nói trên : min {S”+S}. Với bài toán đang
xét tổng cho min {S”+S} =52.2837mm
Bước 3.Xác định bán kính nhỏ nhất của cam theo cơng thức

r0 = min{(S”+S)} +δ
trong đó δ = (2÷3)mm tương ứng với tuổi thọ của cam. Với trương hợp đang xét
(min{(S”+S)}= 52.2837mm ta nhận được r0 = (54.2837÷55.2837)mm
Lấy r0 =55mm
Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của tổng (S”+S) theo góc quay φ của cam cũng được thể
hiện trên hình trong đó tỷ lệ xích tung độ được chọn bằng 1mm/mm.
III. Vẽ biên dạng cam
Đối với cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng, biên dạng cam lý thuyết cũng chính là biên
dạng cam thực. Dữ liệu cần thiết để vẽ biên dạng cam gồm:
1. Bán kính nhỏ nhất của biên dạng cam (r 0= 55mm)
2. Bảng giá trị Sn= Sn (φ) thể hiện chuyển vị của cần theo phương vng góc với đáy
cần. Chuyển vị này được xác định bởi:
Sn =Sn(φ) = S(φ). cosα (α= 00)
Công thức trên cho thấy: chuyển vị của cần trên phương vng góc với đáy cần tỷ lệ
với chuyển vị thức sự của nó theo hệ số khơng đổi cosα =1
Do đó ta có thể vẽ biên dạng cam mà không cần lập bảng giá trị mới S n =Sn(φ) ta
vẫn sử dụng bảng giá trị S=S(φ) trong bảng giá trị và chọn trong một tỷ xích chiều dài
μL thích hợp. Khi đó tỷ xích thực sụ của hình vẽ ( thể hiện cách vẽ biên dạng cam sẽ là
(μL .cos α) chứ không phải là μL.
Các bước cụ thể vẽ biên dạng cam.
Bước 1. Chọn tỷ xích thích hợp μL để vẽ biên dạng cam. Cụ thể ở đây chọn:
μL =1mm/mm
Bước 2. Vẽ đường tròn tâm A, bán kính tương ứng r0.
Bước 3. Sử dụng các tia đi qua tâm A chia góc đầy đỉnh A thành 4 góc φD =510 ,
φX=240, φV=510 và φG= 2340 theo chiều ngược chiều quay của cam ( trong trường
hợp đang xét , cam quay cùng chiều kim đồng hồ)
Bước 4. Sử dụng các tia At0, At1, At2…. Atk… để chia các góc φD , φX, φV, φG thành
những phần bằng nhau theo chiều ngược chiều quay của cam tương ứng với số điểm tính
tốn trong bảng, cũng là số điểm nút dùng để vẽ đường cong (T). các tia At 0, At1, At2 cắt
đường tròn tâm A tại bán kính r0 tại các điểm tương ứng. C0, C1, C2… Ck CkÂC0 = φk

19


Bước 5. Từ các điểm Ck (k= 0, 1, 2…) lần lượt vẽ các đường thẳng k ( biểu diễn phương
đáy cần) thỏa mãn các điều kiện sau.
+ k vuông góc với tia Atk tương ứng
+k cách điểm tương ứng mợt khoảng bằng S(φk) theo tỷ xích μL đã chọn
Kết quả nhận được sau 5 bước này chính là đường thẳng k.
Bước 6. Vẽ đường cong trơn khép kín là hình bao của tất cả các đường thẳng k đã được
vẽ trên , ta sẽ nhận được biên dạng cam.
V
X

D

t

k

Ck

t

S(

A

0

C0

G

∎

t35

t33

t27 t25 t23 t21 t19 t18
t
29
t31

t17

18

t16

19
21

t14

23
25
27

V

X

29
31

D

33
35

A

C0

12
0
8
6
4

G

20

t12
t10
t8
t6
t4

17
t2
16
14
t0

0

2