Bài giảng Nguyên lý máy: Chương 3 - Nguyễn Tân Tiến

Theory of Machine

3.01

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

3. PHÂN TÍCH LỰC
CƠ CẤU

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Theory of Machine

3.02

Nguyen Tan Tien

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§1. Phân loạ
loại l ực
1. Ngoạ
Ngoại l ực
- Lực cản kỹ thuậ
thuật
- Trọ
Trọng lượ
lượng các khâu
- Lực phá

phát động
2. Lực quá
quán tính
- Cơ cấu là một cơ hệ chuyể
chuyển động có gia tốc, tức ngoạ
ngoại l ực tác dụng lên cơ
cấu không triệ
triệt tiêu nhau → không thể
thể dùng phương phá
pháp t ĩnh học để giả
giải
- Để giả
giải quyế
quyết bài tố
tốn hệ l ực khơng cân bằng → dùng nguyên lý D’Alambert
Nếu ngoà
ngoài nhữ
những l ực tác dụng lên một cơ hệ chuyể
chuyển động,
ng, ta thêm vào
đó nhữ
những l ực quá
quán tính và xem chú
chúng như nhữ
những ngoạ
ngoại l ực thì
thì cơ hệ
đượ
được xem là ở trạ
trạng thá

thái cân bằng,
ng, khi đó có thể
thể dùng phương phá
pháp t ĩnh
học để phân tích l ực cơ hệ này

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Nguyen Tan Tien


Theory of Machine

3.03

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§1. Phân loạ
loại l ực
3. Nội l ực
- Lực tác dụng lẫn nhau giữ
giữa các khâu trong cơ cấu (phả
phản lực liên kết)
- Tại mỗi tiế
tiếp điể
điểm của thà
thành phầ
phần khớ
khớp động,

ng, phả
phản l ực này gồm hai phầ
phần
+ Thà
Thành phầ
phần áp l ực: vuông góc v ới phương chuyể
chuyển động tương đối
Tổng các thà
thành phầ
phần áp lực trong một khớ
khớp → áp l ực khớ
khớp động









r
v









+ Thà
Thành phầ
phần ma sát: song song v ới phương chuyể
chuyển động tương đối
Tổng các thà
thành phầ
phần ma sát trong một khớ
khớp → lực ma sát

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Theory of Machine

3.04

Nguyen Tan Tien

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§2. Điề
Điều kiệ
kiện t ĩnh định
- Để tính phả
phản lực khớ
khớp động → tách cơ cấu thà
thành các chuỗ
chuỗi động hở, trên đó
phả

phản l ực ở các khớ
khớp chờ
chờ là ngoạ
ngoại l ực: viế
viết các phương trì
trình l ực cho chuỗ
chuỗi
- Muố
Muốn giả
giải các bài toá
toán áp lực khớ
khớp động
số phương trì
trình lực lập đượ
đượ c = số ẩn chứ
chứa trong các phương trì
trình
Đây là điề
ề
u
kiệ
ệ
n
t
ĩ
nh
đ
ị
nh
c

ủ
a
b
à
i
tố
á
n
đi ki
to
- Giả
Giả s ử tách từ cơ cấu ra một chuỗ
chuỗi động n khâu,
khâu, pk khớ
khớp loạ
loại k
+ Số phương trì
trình lập đượ
được: 6n phương trì
trình
+ Số ẩn chứ
chứa trong chuỗ
chuỗi động:
ng: phụ
phụ thuộ
thuộc vào số lượ
lượ ng và loạ
loại khớ
khớp động
z

z
z
R
xR
y
y
y
x
x
x

r
| R|?

r
| R | ? x Rr ?

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

r

α ? β ?| R | ?
Nguyen Tan Tien


Theory of Machine

3.05

Force Analysis of Mechanisms

Mechanisms

§2. Điề
Điều kiệ
kiện t ĩnh định
z

z

Rz x
R

z

y

y

x

r
r
| R y | ? | Rz | ? x Rr ? x Rr ?
y

y

x

r

| R |, x ?

r
R

r
r
r
| R y | ? | Rz | ? | Rx | ? x Rr ? x Rr ?
y
y
r
r
R
R

α

C

C

rM
R
r
| R |, M ?

y

Ry

x

y

Rx
xR

x
r
|R|?

r
| R |,α ?

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Theory of Machine

Nguyen Tan Tien

3.06

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§2. Điề
Điều kiệ
kiện t ĩnh định
Như vậy, khớ

khớp loạ
loại k chứ
chứa k ẩn → tổng số ẩn trong chuỗ
chuỗi là

5

∑k P

k =1

k

- Để tính phả
phản lực khớ
khớp động → tách cơ cấu thà
thành các chuỗ
chuỗi động hở, trên đó
phả
phản l ực ở các khớ
khớp chờ
chờ là ngoạ
ngoại l ực và viế
viết các phương trì
trình l ực cho chuỗ
chuỗi
- Điề
Điều kiệ
kiện để giả
giải đư ợc bài tố

tốn
số phương trì
trình lực lập đượ
đượ c = số ẩn chứ
chứa trong các phương trì
trình
5

6n =

∑k P

k

k =1
5

hay

6 n − ∑k Pk = 0
k =1

- Đối v ớ i cơ cấu phẳ
phẳng điều kiệ
kiện để giả
giải đư ợc bài toá
toán: 3 n − 2 p5 − p4 = 0
- Các nhó
nhóm tĩnh định thỏ
thỏa điề

điều kiệ
kiện trên
→ Để xác định các phả
phản lực khớ
khớp động,
ng, ta phả
phải tách cơ cấu thà
thành nhữ
những nhó
nhóm
tĩnh định và viế
viết phương trì
trình l ực cho t ừng nhó
nhóm này

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Nguyen Tan Tien


Theory of Machine

3.07

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§3. Xác định áp l ực khớ
khớp động
- Các bướ

ớ
c
x
á
c
đ
ịnh áp l ực khớ
bư
khớp động
+ Tách nhó
nhóm tĩnh định
+ Tách các khâu trong nhó
nhóm tĩnh định
Đặt các áp l ực khớ
khớp động và các ngoạ
ngoại l ực lên khâu
+ Viế
Viết các phương trì
trình cân bằng l ực cho t ừng khâu
+ Giả
Giải các phương trì
trình viế
viết cho các khâu thuộ
thuộc một nhó
nhóm tĩnh định
Giả
Giải cho các nhó
nhóm ở xa khâu dẫn trướ
trước (ngượ
ngược lại v ớ i bài toá

toán động học)
- V ớ i cơ cấu phẳ
phẳng,
ng, một khâu viế
viết đượ
được 3 phương trì
trình

r
 ∑ FX = 0
r
 ∑ P = 0
r

 ∑ FY = 0 hay 

∑ M OZ = 0
∑ M OZ = 0
- Các phương trì
trình l ực trên có thể
thể đượ
được giả
giải bằng các phương phá
pháp đã biế
biết:
phương phá
pháp giả
giải tích vector, phương phá
pháp hoạ
hoạ đồ vector (đa

(đa giá
giác l ực), …
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Theory of Machine

Nguyen Tan Tien

3.08

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§3. Xác định áp l ực khớ
khớp động
Ví dụ

1

3

2
B

C
e

A

- Tách nhó

nhóm tĩnh định , tách các khâu trong nhó
nhóm, đặt lực lên khâu

R21
B
1

R12

R12

B

R12n

hP

2

R32

M2
C
P2

A

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

h P3

R32

C

M3 P
3

R32n
x
R23

R03

Nguyen Tan Tien


Theory of Machine

3.09

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§3. Xác định áp l ực khớ
khớp động
- Viế
ế
t
phương

trì
ì
nh
lực cho từng khâu trong cùng một nhó
Vi
tr
nhóm

r r r
r
 ∑ P = P3 + R03 + R23 = 0

∑ M C = M 3 + R03 x − P3 hPr13 = 0

C

r r r
r
∑ P = P2 + R12 + R32 = 0

τ
∑ M B = − M 2 + R32lBC − P2 hPr2 = 0

B

C

- Giả
Giải các phương trì
trình lực của cùng một nhó

nhóm
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Theory of Machine

Nguyen Tan Tien

3.10

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§4. Tính l ực trên khâu dẫn
I. Phương phá
pháp phân tích lực

r
R21
B

r
M cb

r
M 1r
P1

h1

h2

A

∑M

A

l

r
Pcb

= R21h21 − P1h1 + M cb − M 1 = 0 ⇒ M cb = − R21h21 + P1h1 + M 1

Pcb =

M cb
l

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Nguyen Tan Tien


Theory of Machine

3.11

Force Analysis of Mechanisms
Mechanisms

§4. Tính l ực trên khâu dẫn
2. Phương phá
pháp di chuyể
chuyển khả
khả d ĩ
- Moment (l
(lực) cân bằng trên khâu dẫn là moment (l
(lực) cân bằng tất cả các
lực (kể cả lực quá
quán tínnh)
nnh) tác dụng lên cơ cấu → tổng công suấ
suất tức thờ
thời của
tất cả các lực tác dụng lên cơ cấu bằng không
- Theo nguyên lý di chuyể
chuyển khả
khả dĩ
N Pi công suấ
suất của l ực Pi
∑NPi + ∑NMi = 0
c
ông
suấ
suất của moment Mi
N Mi
- Công suấ
suất của l ực Pi

rr
NPri = Pi Vi k

r
Vi k

vận tốc của điể
điểm đặt lực Pi

- Công suấ
suất của moment Mi

r rk
NMri = Miω i

r

ωik

- Moment (l
(lực) cân bằng trên khâu dẫn

vận tốc góc của khâu chị
chịu tác dụng
của moment Mi

r r
r r
r r
r
M cb ω1 + ∑ ( Pi Vi k + M iωi ) = 0 ⇒ M cb
r r

r r
r r
r
Pcb V1 + ∑ ( Pi Vi k + M iωi ) = 0 ⇒ Pcb

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department

Nguyen Tan Tien