Đồ án Máy bào loại 2

LỜI NÓI ĐẦU Môn học nguyên lý máy là môn học cơ sở không thể thiếu được đối với ngành cơ khí, ngành chế tạo máy nói riêng và các ngành công nghiệp khác nói chung. Đây là môn học đầu tiên đặt nền móng cho những kiến thức về máy, là cơ sở cần thiết cho các môn học khác như chi tiết máy, máy cắt... Thiết kế đồ án môn học nguyên lý máy là một khâu rất quan trọng nhằm mục đích giúp cho sinh viên tổng kết lại những kiến thức đã được trình bày trong khi học lý thuyết, mặt khác thiết kế đồ án giúp cho sinh viên củng cố và mở rộng thêm kiến thức về lý thuyết và thực tiễn. Để làm quen với công việc thiết kế em đã được giao đề bài thiết kế “Máy bào ngang loại 2” phương án 2. Trong thời gian làm đồ án em đã được sự giúp đỡ của các thầy giáo hướng dẫn và sự tìm tòi học hỏi bạn bè. Em đã hoàn thành đồ án môn học nguyên lý máy. Lần đầu làm quen với công việc thiết kế nên em còn có nhiều sai sót, thiếu kinh nghiệm thực tiễn. Vậy nên em kính mong các thầy, cô giáo giúp đỡ và chỉ bảo thêm để em nắm vững và hiểu một cách thấu đáo hơn các kiến thức. Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Văn Lầm trong suốt quá trình hướng dẫn đồ án môn học này. Sinh viên thiết kế Trịnh văn vĩnh Phần I PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH Giới thiệu nguyên lý làm việc: Máy bào ngang loại 2 là một trong các loại máy cắt gọt thông dụng nhất, đây là loại máy công tác. Cơ cấu chính gồm 5 khâu 7 khớp, nguyên lý làm việc sơ bộ như sau: khi khâu dẫn (1) quay đều (dẫn động bằng động cơ điện) nhờ cơ cấu culít (3) chuyển động lắc qua lắc lại trong phạm vi góc lắc y nào đó. Qua khâu (4) chuyển động vừa quay quanh khớp B vừa chuyển động tịnh tiến. Khâu (5) mang đầu bào chuyển động qua lại nhờ khớp định vị C (khớp trượt) theo phương ngang. Hình vẽ : B. Phân tích động học cơ cấu: I. Tính bậc tự do của cơ cấu và xếp loại cơ cấu. 1. Tính bậc tự do của cơ cấu: Theo công thức : W=3n-(2p5+p4)-s-Wđ Trong đó: n =5 : số khâu động của cơ cấu. p4=0 : số khớp loại cao. p5=7 : số khớp loại thấp. s=0 : số ràng buộc thừa. Wđ=0 : số bậc tự do thừa. Vậy: W=3.5-2.7=1 => cơ cấu có một bậc tự do. 2. Xếp loại cơ cấu: Tách nhóm axua: gồm 2 nhóm loại 2, ở đây khâu (1) được chọn làm khâu dẫn. Nhóm 1: gồm khâu (4) và khâu (5) loại 2 khâu 3 khớp, nhóm loại 2. Nhóm 2: gồm khâu (2) và khâu (3) loại 2 khâu 3 khớp, nhóm loại 2. Vậy cơ cấu loại 2. Các nhóm được biểu diễn như hình vẽ. 1 2 3 5 4 II. Tính toán động học cơ cấu - vẽ hoạ đồ chuyển vị: Để vẽ được hoạ đồ chuyển vị theo các số liệu đã cho ta phải tính được các kích thước chưa biết. Từ công thức: => Tính chiều dài tay quay LO1A ,xét tam giác O2DB : Trong đó: DB=H/2=230 (mm). => O2B=DB/sin(y/2)=498,11 (mm) O2D=O2B.cos(y/2)=441,83 (mm). Xét hai tam giác vuông đồng dạng O1O2A và BO2D. Ta có góc: BDO2=O1AO2=900 và có chung góc: DO2B=y/2 => Trong đó: O1O2=DO2-1,2R O2B=498,11 DB=230 O1A=R => => Xét tam giác vuông O1AO2: Có : O1O2=R/sin(y/2)=131,274/sin(27,50)=284,297 (mm) * Vẽ hoạ đồ vị trí: Chọn đoạn biểu diễn tay quay: O1A=70(mm) Vậy ta có tỷ lệ xích: Nên ta có các đoạn biểu diễn: Vậy ta có thể dựng cơ cấu trên bản vẽ Ao. Đầu tiên lấy điểm O1 bất kỳ, lập hệ trục toạ độ O1xy với trục O1x nằm ngang, trục O1y thẳng đứng. Lấy điểm O2 sao cho O1O2=151,625 (mm). Tại tâm O1 quay một vòng tròn bán kính R=70 (mm), qua O2 kẻ 2 tiếp tuyến với vòng tròn O1 bán kính R. Từ hai tiếp điểm đó ta chia đường tròn thành 8 phần bằng nhau .Qua đó ta xác định được 8 vị trí ,cộng với hai vị trí 0,05H và một vị trí biên phải .Như vậy ta có 11 vị trí và ta vẽ hoạ đồ cho 11 vị trí đó .ta đánh số sao cho đầu tiên là điểm xuất phát của quá trình làm việc .Trên đường tiếp tuyến ta lấy đoạn O2B=265,658 (mm).Từ cách vẽ trên ta có cơ cấu máy bào ngang loại 2 hoàn toàn xác định với 11 vị trí . PHẦN II HOẠ ĐỒ VẬN TỐC. Từ hoạ đồ chuyển vị và từ các số liệu đã biết ta vẽ được hoạ đồ vận tốc ứng với 11 vị trí trên hoạ đồ chuyển vị. Giả thiết của bài toán này đã biết được vận tốc của các khâu tại từng thời điểm khâu dẫn quay đều cùng chiều kim đồng hồ w1=const. 1.phương trình véc tơ vận tốc : Với máy bào kiểu này cách vẽ ở các vị trí tương tự nhau nên ta chỉ nêu cách vẽ ở 1 vị trí . Xét vận tốc tại điểm A ,ta có : A1º A2 VA1=VA2 Trong đó có: - Phương vuông góc với O1A - Chiều cùng chiều với w1. - Trị số : VA1=VA2=w1LO1A=13,36.70 =935,2 (mm/s). Xác định vận tốc điểm A trên khâu (3) ,ta thấy khâu (3) trượt so với khâu (2) do đó ta có : (1) Trong đó có : - Phương vuông góc với O1A - Chiều cùng chiều với w1 có: - Phương vuông góc với O2B - Trị số chưa biết . có : - Phương song song với O2B Vậy ta có thể giải được phương trình (1) bằng phương pháp hoạ đồ . Xét vận tốc tại điểm B : Ta có: khâu (3) nối vơí khâu (4) bằng khớp trượt, khâu (4) nối với khâu (5) bằng khớp quay nên: VB4 = VB5 ` Trong đó có: - Phương trùng với phương trượt của đầu bào (phương ngang ) - Trị số chưa biết . Trên thanh O2B ta biết O2 có VO2=0 là điểm thứ 2 .Vậy để xác định vận tốc của điểm B ta áp dụng định lý đồng dạng thuận. Ta được: có -Phương chiều cùng với có - Phương song song với O2B - Trị số chưa biết Phương trình (2) còn 2 ẩn ta có thể giải được bằng phương pháp hoạ đồ. 2. Cách vẽ hoạ đồ : Ta chọn một tỷ lệ xích Chọn một điểm P bất kỳ làm gốc hoạ đồ .Từ P vẽ các véctơ biểu thị véctơ .Từ kẻ một đường thẳng song song với phương trượt . Từ P kẻ đường thẳng vuông góc với phương trượt .Hai đường thẳng đó cắt nhau tại .Khi đó biểu diễn vận tốc . Kéo dài với quan hệ vận tốc ta được biểu thị vận tốc . Qua kẻ một đường thẳng song song với phương trượt . Qua P kẻ đường thẳng song song với phương tịnh tiến của đầu bàocắt đường tại . Khi đó biểu thị vận tốc . HỌA ĐỒ VÂN TỐC 3. Tính vận tốc góc của các khâu quay Vì khâu 2 và 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên: Măt khác khâu 3và 4 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên Do đó ta có Chiều xác định bằng cách đặt vào điểm A và so với 02 Bằng hoạ đồ vận tốc ta xác định được vận tốc của tất cả các điểm thuộc các khâu, đồng thời ta cũng tính được vận tốc góc của các khâu. Sau khi vẽ hoạ đồ vận tốc ta xác định được Vận tốc các điểm trên các khâu,chúng được biểu diễn trong bảng 1, 2 . Bảng 1: Biểu diễn vận tốc các điểm trên các khâu. (mm) VT Pa1,2 Pa3 Pb3 Pb45 b3b4 a2a3 1 70 0 0 0 0 70 2 70 27,63 43,58 48,12 20,41 64,31 3 70 43,71 59,65 63,95 22,99 54,67 4 70 66,25 73,048 73,88 11,05 23,22 5 70 68,47 73,88 74,03 5,6 14,55 6 70 50,48 64,67 68,26 21,86 48,47 7 70 27,6 43,54 48,08 20,39 64,24 8 70 11,64 21,003 23,59 10,74 69,02 9 70 0 0 0 0 70 10 70 47,43 124,83 132,71 45,06 51,09 11 70 59,72 165,712 170,74 40,78 36,51 Bảng 2 : Giá trị thật vận tốc các điểm trên các khâu: mV = 0,01752 (m/mms). VT VA12 VA3 VB3 VB45 VB3B4 VA2A3 w3, rad/s 1 1,226 0 0 0 0 1,226 0 2 1,226 0,47 0,79 0,9 0,41 1,13 1,53 3 1,226 0,76 1,07 1,16 0,46 0,96 2,14 4 1,226 1,15 1,28 1,3 0,22 0,42 2,75 5 1,226 1,21 1,29 1,3 0,1 0,21 2,82 6 1,226 0,93 1,18 1,25 0,39 0,8 2,44 7 1,226 0,47 0,97 0,9 0,41 1,13 1,53 8 1,226 0,3 0,54 0,62 0,3 1,2 1,04 9 1,226 0 0 0 0 1,23 0 10 1,226 0,72 2,04 2,22 0,9 0,99 4,17 11 1,226 1,07 3,31 3,41 0,83 0,58 7,01 PHẦN III HOẠ ĐỒ GIA TỐC Giả thiết w1= const ta vẽ hoạ đồ cho hai vị trí là vị trí 6 và vị trí 11. Trong đó ở vị trí số 6 máy đang ở chế độ làm việc và vị trí số 11 ứng với hành trình chạy không. Để tiện tính toán và vẽ biểu đồ ta chọn tỷ lệ xích ma: ma= w12. mL=13,362.0,00284= 0,5069(m.s2) Phương trình quan hệ gia tốc trên các khâu: - Tại điểm A ta có: (do khâu 2 và khâu 1 nối với nhau nhờ 1 khớp quay) Û Trong đó: + , chiều hướng từ A®O1, phương vuông góc với O1A . + do khâu dẫn O1A quay đều. + có cùng phương, chiều và trị số với + có chiều là chiều của véc tơ vận tốc quay đi một góc 900 thuận theo chiều w2 trị số: + có phương song song O2B, trị số chưa biết. + có phương vuông góc O2A, trị số chưa biết. + chiều từ A ® O2, có trị số Vậy phương trình (4) còn hai ẩn là trị số của và nên có thể giải được bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ. - Tại điểm B ta có: (5) Trong đó : + Có chiều cùng chiều với Trị số + có phương ngang, trị số chưa biết. + có chiều là chiều của véc tơ vận tốc quay đi một góc 900 thuận theo chiều w3 . + có chiều song song với O2B, trị số chưa biết. Vậy phương trình (5) còn hai ẩn ta có thể giải được bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ. Gia tốc trọng tâm S3 cảu các khâu 3 xác định theo định lý đồng dạng như khi xác định vận tốc: 2. Xác định các đoạn biểu diễn Chọn tỷ xích gia tốc là ma. Chọn bằng đoạn biểu diễn trên hoạ đồ vị trí. Þ +Tính : : + Tính :: Mặt khác : => Vậy dựng được đoạn . Có thể dựng đoạn biểu diễn ngay trên hoạ đồ cơ cấu theo tỉ lệ cuả phương trình trên chỉ ra trên họa đồ vị trí Tính : Mà => Có thể dựng đoạn biểu diễn 3 ngay trên hoạ đồ cơ cấu theo tỉ lệ cuả phương trình trên chỉ ra trên họa đồ vị trí như trên +Tính : Mặt khác : => => = 3. Cách dựng họa đồ gia tốc Tại các vị trí khác nhau phương trình véctơ gia tốc hoàn toàn giống nhau và cách vẽ cũng giống nhau. Vì vậy ta chỉ vẽ hoạ đồ gia tốc ở một vị trí. Chọn p làm gốc dựng () từ mút dựng vuông góc với phương trượt . Từ gốc p dựng . Từ mút k kẻ phương và từ mút kẻ phương , giao của 2 đường này là điểm . Từ kéo dài với quan hệ ta được biểu thị gia tốc . Từ ta đặt đoạn biểu thị véc tơ . Từ một đường thẳng song song với phương trượt . Mặt khác, Từ kẻ một đường thẳng song song với phương ngang . Khi đó hai đường thẳng cắt nhau tại biểu thị vận tốc . HOẠ ĐỒ GIA TỐC 4.Gia tốc góc các khâu Vì khâu 2 và 3 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên: Măt khác khâu 3và 4 nối với nhau bằng khớp tịnh tiến nên Do đó ta có Chiều xác định bằng cách đặt vào điểm A và so với 02 Bảng 3: Biểu diễn gia tốc các điểm trên các khâu, gia tốc trọng tâm tại vị trí số 6 và số 11: ma = 0.14986(m/s2) Giá trị biểu diễn (mm) Giá trị thực(m/s2 Vị trí 06 11 Vị trí 06 11 pa’1,2 100 100 aA1,2 10,49 10,49 pa’3 24,46 107,28 aA3 3,66 16,07 pb’3 31,06 331,49 ab3 4,65 49,67 pb’4,5 11,86 222,34 ab3b4 1,77 33,31 ps’3 18,65 204,33 aS3 2,97 30,62 e(rad/s2) e(rad/s2) 9,65 105,09 PHẦN IV PHÂN TÍCH LỰC HỌC CƠ CẤU Nội dung của bài toán phân tích động học cơ cấu chính là đi xác định áp lực tại các khớp động và tính mô men cân bằng trên khâu dẫn. Cơ sở để giải là nguyên lý Đalambe. Khi ta thêm các lực quán tính ta sẽ lập được các phương trình cân bằng lực của các khâu, của cơ cấu và của máy. Dựa vào các phương trình cân bằng lực này, bằng phương pháp vẽ đa giác lực ta giải ra các lực chưa biết đó là áp lực tại các khớp động. Cuối cùng còn lại khâu dẫn ta sẽ tính được mô men cân bằng. Ta tiến hành phân tích áp lực khớp động cho cơ cấu tại 2 vị trí làm việc đó là vị trí 6 và vị trí chạy không 11. Đồng thời xác định mômen cân bằng đặt vào khâu dẫn. Việc tiến hành phân tích áp lực khớp động đối với 2 vị trí tương tự nhau nên ta chỉ tiến hành cho một vị trí 6 ( riêng vị trí 11 không có lực cản pc ). Lực cản có ích chỉ tác động trên khâu 5 ở các vị trí 2 ¸ 6 và ở tất cả vị trí đó đều bằng hằng số. Trị số của lực này bằng: Pci = Pc = 2900 N. - Đã cho: G=ql; q=30 (Kg/m); G2=G4=0; G5=4G3 ; jS =(m.L2)/12; Trọng tâm của khâu nằm ở trung điểm kích thước động . 1: Tính khối lượng và trọng lượng các khâu : Chọn g=10 m/s 2 q=300(N/m) Trong đó : G: Trọng lượng khâu L: Chiều dài khâu q: Trọng lương phân bố theo chiều dài Þ m1= 4,3029 (Kg) m2 = m4 = 0. Þ m3 =10 =17,49 (Kg) Þ m5 = 69,96 (Kg) 2:Xác định lực quán tính của các khâu * khâu 5 Do khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên bs Þ Fqt5 co phương ngang có chiều ngược chiều với chiều co giá trị Fqt5 =m5.a =m5. .a Vị trí số 6 : Fqt5 =69,96.11,86.0,14986 = 124,34 ( N ) Vị trí số 11 : Fqt5 =69,96.0,14986.222,34 = 2331,058 ( N ) * Khâu3 Do khâu 3chuyển động quay quanh trục cố định qua 0 nên lưc quán tính co điểm đặt tại tâm va đập k co phương chiều ngược chiều co giá trị Fqt3 =m5.a =m5. .a Vị trí số 6 : Fqt3 =17,49.0,14986.18,65 = 48,88 ( N ) Vị trí số 11 : Fqt3 =17,49.0,14986.204,33 = 535,55 ( N ) * Xác định trọng tâm khâu (3) : Trọng tâm khâu 3 đặt ở trung điểm của kích thước động của khâu 3 * Xác định tâm va đập K: Khoảng cách từ O2 đến K là: Với Thay số vào phương trình trên ta được: 3:Áp lực tại các khớp động * Tại vị trí số 6: Ta tách nhóm Axua (4- 5) và đặt lực vào nhóm là : ( ,,,) ~ 0. Phương trình cân bằng lực S=+ + + + = 0 (1) . Trong phương trình trên có : , đã xác định hoàn toàn , ta có có điểm đặt tại S5 chiều ngược p c phương vuông góc với phương trượt chưa xác định . Ta tách riêng khâu 4: Các lực tác dụng là : (,) ~ 0 . ta thấy rằng , có phương vuông góc với con trượt và ta có : + = 0 (2) .Vậy hệ phương trình (1) (2) giải được bằng phương pháp vẽ hoạ đồ lực và ta sẽ xác định được R34 và R05 nhờ vào hoạ đồ . Ta chọn tỷ lệ xích mP = 10 N/mm . Phân tích lực nhóm át xua 4-5 Vẽ hoạ đồ lực ta xác định được : Vị trí số 6: R05 = 1623,6 (N) Vị trí số 11: R05 = 116,2 (N) * xác định điểm đặt của R05 - Tách riêng khâu (5) đặt các lực Xác định các điểm đặt của lấy mô men đối với điểm D ta được Þ Vị trí số 6: 0,406 ( m ) Vị trí số 11: 0,076 (m) Để xác định R45 ta dựa vào phương trình (2) + = 0 Þ - = Þ = Tách nhóm axua (2-3) các lực đặt lên nhóm là : ( ,,,,) ~ 0 . Phương trình cân bằng lực : S =+ +++= 0. Trong phương trình trên có : = - đã xác định hoàn toàn , chưa xác định có điểm đặt tại K3, phương song song với pS’3 , chiều ngược lại. Tách riêng khâu 2, các lực đặt lên là : (,) ~ 0 . Do đó ,tạo thành hệ lực cân bằng nên chúng phải trực đối : = - , có phương vuông góc với phương trượt . Tách riêng khâu 3 và lấy Momen với điểm O2 ,ta có : SMO2() = R43.O2B - Pqt3.hqt3 - G3.hG3 – R12.O2A = 0 => Tại vị trí số 6: R12 = (R43.O2B - Pqt3.hqt3 - G3.h3)/O2A = 3656,28 (N) Vị trí số 11: R12=8710,9 (N) vậy bài toán còn lại 2 ẩn bằng phương pháp vẽ hoạ đồ lực ta xẽ xác định được các thành phần còn lại . Ta chọn tỷ lệ xích mP = 10 N/mm Phân tích lực nhóm át xua 2- 3 Các đoạn biểu diễn khác là: Vị trí số 6: R03 = 836 (N) và = =2925,5 (N) Vị trí số 11: R03 = 4869 (N) và = =1949,2 (N) 4. Xác định Mômen cân bằng khâu dẫn . Vị trí số 6 : a. phương pháp lực Xét khâu dẫn : Ta lấy Momen với điểm O1 ta được : MCB =( R21.h – G1.h1).mL thay số vào ta có : MCB = ( 3656,2.52,92–43,029.30,31 ) . 0,00205 = 393,972 (N.m) b, Xác định Mômen cân bằng khâu dẫn bằng phương pháp đòn Jucôpski Dựa vào phương pháp di chuyển khả dĩ { Trong 1 hệ lực cân bằng , tổng công suất tức thời của tất cả các lực =0 trong mọi di chuyển khả dĩ} Xoay hoạ đồ vận tốc đi 900 theo chiều 1 và đặt tất cả các lực tương ứng Mcb = [( -Pc + P5qt ) . h + P3qt . L3 +G1 .h1 + G3 . h3 ] . =-0,00205.[ (-2900+124,34).72,12+ 48,88.42,66 +43,02.30,31 +174,9.72,12]=398,65 Phần trăm sai số vị tri số 6 là .100%=1,18% .Đạt yêu cầu Vị trí số 6 : a. phương pháp lực Xét khâu dẫn : Ta lấy Momen với điểm O1 ta được : MCB =( R21.h + G1.h1).mL Thay số, ta có : MCB = ( 8710,9.57,7 + 43,02.9,6) . 0,00205 = 1031,21 (N.m) b, Xác định Mômen cân bằng khâu dẫn bằng phương pháp đòn Jucôpski Xoay hoạ đồ vận tốc đi 900 theo chiều 1 và đặt tất cả các lực tương ứng Mcb = [ P5qt . h + P3qt . L3- G1 .h1 + G3 . h3 ] . = 0,00205.[ 2331,058.194,9 +535,55.55,42 +174,9.27,46- 43,02.9,6 ] =1001,17 Phần trăm sai số vị tri số 6 là .100%=2,9 % .Đạt yêu cầu Bảng giá trị lực tại hai vị trí số 6 và 11: Vị trí 6 (Thực) 11 (Thực) Đơn vị 6 (Biểu diễn) 11 (Biểu diễn) Đơn vị PC 2900 0 N 290 0 N/mm Pqt5 124,34 1331,754 N 12,434 66,58 N/mm G1 43,029 43,029 N 34,3029 2,15 N/mm G5 699,6 699,6 N 69,96 34,98 N/mm Pqt3 48,88 535,55 N 48,88 26,77 N/mm G3 174,9 174,9 N 17,49 8,475 N/mm R05 1623,6 116,2 N 16,23 5,81 N/mm R45 2925,5 1949,2 N 292,55 97,46 N/mm R03 836 4869 N 83,6 243,45 N/mm R34 2925,5 1949,2 N 292,55 97,46 N/mm R12 3656,28 8710,9 N 365,628 435,545 N/mm PHẦN IV THIẾT KẾ BÁNH ĐÀ Như ta đã biết để nghiên cứu chuyển động của khâu dẫn, trong đó vận tốc góc của khâu dẫn thực tế không phải là hằng số mà có sự thay đổi trong một phạm vi nào đó? Đây là điều không thể tránh khỏi. Tuy nhiên ta không thể cho phép vận tốc dao động với một biên độ vượt quá giới hạn nào đó vì khi đó những điều kiện làm việc và yêu cầu công nghệ không được đảm bảo nữa dẫn tới độ chính xác của máy bị giảm, ứng với từng loại máy người ta khống chế sự dao động vận tốc góc ở một giới hạn nhất định, đặc trưng cho sự khống chế đó ta phải dùng hệ số không đều cho phép [d]. Khi đó thiết kế máy phải thiết kế sao cho máy đảm bảo có d £ [d]. Khi đó máy được gọi là máy có chuyển động đều. Để thực hiện được điều này người ta phải lắp thêm bánh đà. Ta dùng phương pháp đồ thị đường cong Vittenbao. 1) Vẽ biểu đồ mô men cản thay thế : a) Vẽ biểu đồ mô men thay thế : MCtt = (Pk.Vk + Mk .wk). = (PCi.hPC + G3.h3 + G1.h1).mL Tính mô men cản thay thế theo phương pháp đòn Jucopky . Cách làm như sau xoay 11 vị trí hoạ đồ vận tốc của cơ cấu theo chiều w1 một góc 90o , sau đó đặt trọng lựơng của các khâu G1, G3, G4,G5 vào trọng tâm các đoạn trên hoạ đồ vận tốc ,đặt lực cản kỹ thuật Pc tại C sau đó lấy mô men với gốc hoạ đồ P . Những lực nào gây ra mô men chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc ta lấy dấu (+), lực nào gây ra mômen cùng chiều xoay vận tốc ta lấy dấu (-). Chú ý : Tại hai vị trí 0,05H ta tính mômen cản cho hai trường hợp là có lực cản PC và không có PC Ta có G4 , G5 đi qua tâm hoạ đồ vận tốc nên Mttc = o. Gọi cánh tay đòn của lực cản là L , và cánh tay đòn của Gk là h thì mô men thay thế ở 11 vị trí được tính như sau. + Mttc 1 = - G1 .h1 . l =34,11.43,02.0.00205=-3 + Mttc2 = - ( G3.h3 + G1 .h1 ) .l = - 0,00205.( 43,02.34,88.+11,73.174,9) ) = -7,28 (N.m) vị trí này không có cản + Mttc 2 =- ( G3.h3 + Pc.L + G1 .h1 ) .l = - 0,00205.( 43,02.34,88.+11,73.174,9+2900.50,66) = -308,45 (N.m) Tương tự tại các vị trí khác ta có + Mttc 3 = - 0,00205 ( 2900. 66,3+ 43,029.33,81+174,9 .14,06 ) =- 402,17 (N.m) +Mttc 4 = - 0,00205 . ( 2900. 74,07 +43,02 .17,5 + 174,9.7,89) = - 444,71(N.m) +Mttc 5 = 0,00205 . ( -2900 . 74,03 +. 43,02 .9,02+174,9.4,09) = - 437,84 (N.m) +Mttc 6 = 0,00205. ( -2900 . 71,12 +43,02.30,31 +174,913,11 ) = - 415,43(N.m) +Mttc 7 = 0,00205.( -2900 . +43,02.13,5 +174,9) = - 208,44(N.m) + Mttc 7 = 0,00205. .( 43,02.34,88.+11,73.174,9 ) =7,28(N.m) vị trí không có cản + Mttc 8 = 0,00205.(43,02 . 33,81+8,39.174,9) = 5,98 (N.m) +Mttc 9 = 30,31.43,02.0.00205=2,48 +Mttc 10 = 0,00205. ( 17,5.43,02-27,34.174,9) =- 8,25 (N.m) +Mttc 11 = 0,00205. ( - 9,6.43,02+27,64.174,9) = 8,97 (N.m) Vẽ đồ thị Mctt ,từ các giá trị ta tìm được. Lập hệ trục vuông góc trong đó : Trục tung biểu thị Mctt với tỷ lệ xích : Trục hoành biểu thị góc quay với tỉ xích: . Ta có bảng trị số mô men cản thay thế: VT hPC hG1 hG3 Mctt(th) (Nm) Mctt(bd) (mm) j(bd) (mm) 1 0 34,11 0 -3 -1,5 0 2 50,66 34,88 11,73 - 7,28 - 308,45 3,64 -154,22 3 66,3 33,81 14,06 -402,17 -201,08 25,013 4 74,07 17,5 7,89 -444,71 -222,35 50,026 5 74,03 9,02 4,09 -437,84 -218,92 75,038 6 71,12 30,31 13,11 -415,83 -207,71 100,051 7 11,73 34,88 11,73 7,28 -208,44 3,64 -104,22 122,427 8 0 33,81 8,39 5,98 2,48 125,064 9 0 30,31 0 2,48 1,24 136,239 10 0 17,5 27,34 -8,35 -4,12 150,076 11 0 9,06 27,64 8,97 -4,48 175,089 1 0 34,11 0 -3 -1,5 200 Trên trục hoành tương ứng với điểm chia ( các vị trí ) ta vẽ các đoạn thẳng song song với trục tung và có giá trị bằng đoạn biểu diễn Mctt . Sau đó ta nối chúng bằng đường cong trơn ta sẽ được đồ thị đường cong Mctt.  b) Vẽ đồ thị công Ac , Ađ và mô men phát động Mđ : Tích phân đồ thị Mctt ta được đồ thị công cản , Chọn cực tích phân H=85 (mm) mA = mM . mj . H = 6,6895 Phương pháp tích phân : Trên trục hoành của đồ thị Mctt .Tương ứng với các đoạn chia , tại các trung điểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đường cong tại các điểm a1,a2, ... , trên đồ thị đường cong Mctt . Lấy một điểm H trên trục oj cách o một khoảng 50 (mm) gọi là cực tích phân , từ các điểm a1,a2, ... , ta dóng song song trục hoành cắt trục tung tại các vị trí tương ứng b1,b2, .. , nối các vị trí tương ứng này với đầu mút P ta được các đường thẳng có độ nghiêng khác nhau . Trên đồ thị vẽ Ac cũng chia trục hoành như biểu đồ Mctt. Từ diểm gốc 1 và trong phạm vi khoảng chia đầu tiên ta vẽ một đoạn 1C1 song song Hb1 cắt đường thẳng song song với trục tung kẻ từ 2 tại C1. sau đó từ C1 lại lặp lại cho hết 11 khoảng chia cuối cùng ta vẽ được Ac . Nối điểm đầu và điểm cuối của đồ thị công cản Ac=f(j) ta được đồ thị công phát động Ađ =f(j) vì rằng mô men động thay thế là hằng số : Mđ = const (chưa biết trị số mô men động ). Nhưng công của mô men không đổi và bằng Ađ = Mđ.j Nghĩa là công của lực phát động Ađ tỷ lệ với góc j và trên trục toạ độ Ađ góc j phải được biểu thị bằng đường thẳng . Ngoài ra , sau toàn bộ chu kỳ làm việc của máy , công động bằng công cản : Ađ=Ac . Vì vậy đường thẳng Ađ = f(j) sẽ nối điểm đầu và điểm cuối đường cong Ac = f(j) (ở đầu và ở cuối chu kỳ Ađ=Ac . Trị số của mô men phát động xác định bằng cách vi phân đồ thị : Ađ=f(j). Muốn thế ,từ điểm P của đồ thị M = f(j) ta kẻ tia song song với đường thẳng Ađ= f(j) tới cắt trục M . Tung độ sẽ biểu thị mô men phát động Mđ với tỷ lệ xích mM . c) Xây dựng đồ thị DE = f(j): DE = DA = Ađ + Ac . Bằng cách cộng đại số các đồ thị chú ý rằng nếu Ađ >Ac thì DE dương và nếu Ađ <Ac thì DE âm .Ta xây dựng được đồ thị DE = f(j) với tỷ lệ xích : mE = mA =6,6895 () 2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế Jtt : a) Vẽ đồ thị Jtt : Xác định mômen quán tính thay thế và vẽ biểu đồ Jtg Mômen quán tính xác định theo công thức : Jtt= ( mk.()2 + JSK.()2 +J01) = J01+ ( m5.vs52 + +m3.vs32+ + JS3.w32 ) = J01 + ( m5.ps2 + +m3.ps23+ Js3.pa23/L2O2A).m2L = J01 + Js3 +( m5 ps2 + m3.ps23 ).m2L Với : m1 =4,3 kg m3 = 17,49 kg m5 = 69,96 kg Trong đó : Ta có Jtt tại các vị trí nhứ sau Tại vị trí số 1: J = J01 =0,029 (Kg.m2) Tại vị trí số 2: Pa3= 27,08 Ps3=25,44 Ps5=50,66 J2tt=0,029+0,49. +(17,49.25,442 +69,96.50,662 ) .0,00205 =0,86 Tại vị trí số 3: Pa3= 43,24 Ps3 =35,75 Ps5=66,3 J3tt =0,029+0,49. +(17,49.35,752 +69,96.66,32 ) .0,002052 =1,47 Tại vị trí số 4: Pa3= 65,73 Ps3=45,89 Ps5=74,07 J4tt =0,029+0,49. +(17,49.45,892 +69,96.74,072 ) .0,002052 =1,9 Tại vị trí số 5: Pa3= 68,93 Ps3=47,03 Ps5=74,03 J5tt =0,029+0,49. +(17,49.47,032 +69,96.74,032 ) .0,002052 =1,91 Tại vị trí số 6: Pa3=52,92 Ps3=47,06 Ps5=71,12 J6tt =0,029+0,49. +(17,49.40,062 +69,96.71,122 ) .0,00205 =1,71 Tại vị trí số 7: Pa3= 27,08 Ps3=25,44 Ps5=50,66 J7tt=0,029+0,49. +(17,49.25,442 +69,96.50,662 ) .0,00205 =0,86 Tại vị trí số:8 Pa3= 16,96 Ps3=17,3 Ps5=35,48 J8tt =0,029+0,49. +(17,49.17,32 +69,96.35,482 ) .0,00205 =0,43 Tại vị trí số 9: J = J01 =0,029 (Kg.m2) Tại vị trí số 10: Pa3= 41,35 Ps3=67,77 Ps5=50,66 J10tt =0,029+0,49. +(17,49.67,772 +69,96.126,982 ) .0,00205 = 5,33 Tại vị trí số 11: Pa3= 61,19 Ps3=113,85 Ps5=194,9 J11tt =0,029+0,49. +(17,49.113,852 +69,96.194,92 ) .0,00205 = 12,79 Các kết quả tính toán đối với các thành phần của công thức và toàn bộ, nêu trong bảng . Dựa vào bảng số liệu xây dựng đồ thị Jtt= Jtt (j) . Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích : . Bảng Kết Quả Tính Toán Mômen Quán Tính Thay Thế : VT J Jtt (thực) (Kg.m2) Jtt (bd) (mm) 1 0,029 0,29 2 0,86 8,6 3 1,47 14,7 4 1,9 19 5 1,91 19,1 6 1,71 17,1 7 0,86 8,6 8 0,43 4,3 9 0,029 0.29 10 5,33 53,3 11 12,79 127,9 1 0,029 0,29 Xây dựng đồ thị DE = f(JH) : Bằng cách khử j của các đồ thị DE = f(j) và Jtt = f(j) Sau đó khi xác định các điểm ứng với các vị trí , ta nối các điểm đó bằng đường cong trơn . tỷ lệ xích mE và mJ của đường cong khối năng DE = f(Jtt) cũng là tỷ lệ xích mE của đường cong DE = f(j) và mJ của đồ thị Jtt = f(j). Đường cong trơn đó ta gọi là đường cong Vítten bao . c) Xác định mô men quán tính bánh đà : Theo đầu bài ra thì hệ số không đều cho phép là : [] = Ta tính vận tốc góc cho phép lớn nhất và nhỏ nhất của khâu một wtb = w1 = 8,55 (rad/s) w1max = wtb.[ 1+ ] = 8,55.[1+]= 8,69 ( rad/s ) w1min = wtb.[ 1-]=8,55.[1 - ] = 8,4 (rad/s) Tính các góc nghiêng ymax và ymin hợp với tiếp tuyến của đồ thị DE = f(Jtt) với trục Jtt : tg( ymax) = wtb2.(1+[]) = = 0,56 ymax= 29,51o tg( ymin) = wtb2.(1-[]) = = 0,52 ymin = 27,87o Dựa vào các góc đó , ta kẻ các tiếp tuyến tương ứng với đường cong DE = f(Jtt) với các góc ymax= 29,51o ; ymin = 27,87o tới cắt trục DE và đo đoạn giới hạn bởi hai giao điểm của 2 tiếp tuyến với trục tung (DE) ta được : = 150,455 ( mm) Cuối cùng ta tính được mômen quán tính của bánh đà : Chọn đường kính bánh đà là D = 0,7 (m) khối lượng của bánh đà là: Md= = = 206,69 (kg) PHẦN VI THIẾT KẾ BÁNH RĂNG Bộ truyền bánh răng là bộ truyền được dùng rộng rãi trong các lĩnh vự. Vì vậy việc thiết kế bộ truyền bánh răng đảm bảo các yêu cầu đề ra là rất cần thiết. Các yêu cầu đó là: Bộ truyền làm việc tin cậy khi chịu tác dụng của các ngoại lực và các mômen ngoại lực, làm việc cần đảm bảo các chỉ tiêu ăn khớp. Vì vậy ta có thể chia ra làm hai bước: Bước một là tính toán thiết kế sức bền bánh răng. Qua bước này ta có thể sơ bộ định ra kích thước bánh răng và các thông số kích thước như môđuyn, khoảng cách trục A, số răng Z1, Z2 ... Bước tiếp theo là căn cứ vào các thông số như tỷ số truyền, số răng môđuyn, khoảng cách trục ta tính toán và thiết kế bánh răng về mặt hình học (hay còn gọi là tổng hợp hình học) cặp bánh răng. Vậy nhiệm vụ của việc tổng hợp hình học cặp bánh răng là xác định các thông số kích thước và xác định các chỉ tiêu chất lượng của cặp bánh răng, vẽ cặp bánh răng đó. 1. Tính toán các thông số của bánh răng Từ số liệu đã cho: Z1 = 13; Z2 = 44; m = 10 bộ truyền bánh răng không có yêu cầu gì về khoảng cách trục. Nên ta chọn cặp bánh răng dịch chỉnh dương. + Tỉ số truyền của cặp bánh răng: 2 < i12 < 5 + Theo bảng 8.3 và 8.4 (HDTKNLM) g = 0,18 ; x1 = 0,8 ; x2 = 0,624 Vậy xc = x1 + x2 = 0,8 + 0,624 = 1,424 và l = xc - g = 1,424 – 018 = 1,244 Trong đó: l : hệ số phân ly. g : hệ số giảm đỉnh răng x1 : Hệ số giảm đỉnh răng bánh 1. x2 : Hệ số giảm đỉnh răng bánh 2. Zc = Z1 + Z2 = 13 + 44 = 57 + Xác định góc aL theo phương trình ăn khớp: Þ aL = 250 46’. + Bán kính vòng chia: + Bán kính vòng cơ sở: + Bán kính vòng lăn: + Khoảng cách tâm: A = R L1 + RL2 = 67,83 + 229,6 =297,43 (mm) + Chiều cao chân răng: + Chiều cao đỉnh răng: + Bán kính vòng chân: + Bán kính vòng đỉnh: + Chiều cao răng: + Bước răng: + Chiều dày răng trên vòng chia: + Chiều dày răng trên vòng lăn: + Cặp bánh răng thiết kế có tỷ số truyền không đổi , không nhọn chân răng vì: Se2 = 3,37; Se1 = 6,258; Se3 =0,3.m = 2,. Nên Se1 > Se2 > Se3. + Không cắt chân răng vì đoạn ăn khớp thực ab nằm trong đoạn ăn khớp lý thuyết N1N2 , từ đó ta có bảng biểu thị các thông số của cặp bánh răng sau: Chọn tỷ xích: BẢNG THÔNG SỐ CẶP BÁNH RĂNG Thông số Kí hiệu Giá trị thật( mm) Giá trị biểu diễn (mm ) Bước răng trên vòng chia t 31,4 75,84 Khoảng cách tâm A 297,44 718,45 Bán kính vòng chia R1 65 157157 R2 220 531,4 Bán kính vòng cơ sở R01 61,08 147,53 R02 206,73 499,34 Bán kính vòng lăn RL1 67,83 163,84 RL2 229,6 554,58 Bán kính vòng chân Ri1 60,5 146,13 Ri2 213,74 516,28 Bán kính vòng đỉnh Re1 81,2 196,13 Re2 234,44 566,28 Chiều cao đỉnh răng 16,2 39,13 14,44 34,78 Chiều cao chân răng 4,5 10,86 6,26 15,12 Chiều cao răng h 20,7 50 Chiều dày trên vòng chia S1 21,52 51,98 S2 20,24 48,88 Góc ăn khớp aL 250,46, 250,46, Chiều dày trên vòng lăn SL1 20 48,3 SL2 12,77 30,84 2. Vẽ bánh răng : a. Vẽ biên dạng răng : Từ điểm ăn khớp P ta vẽ 2 vòng tròn lăn bán kính RL1, RL2, vẽ 2 vòng tròn cơ sở R01, R02 xác định đoạn ăn khớp lý thuyết N1N2, từ N1 đặt một cung N1P’ trên vòng cơ sở R01 có chiều dài bằng đoạn N1P. Ta chia đoạn N1P thành bốn phần bằng nhau: P1 = 12 =23 =34. Sau đó qua N1 º 4 đặt thêm các đoạn 45, 56 có chiều dài bằng các đoạn trước, tương tự cũng chia cung N1P’ thành các phần bằng nhau: P’1’ = 1’2’ = 2’3’ = 3’4’ = 4’5’ = 5’6’. Từ các điểm 1’,2’,3’,4’,5’,6’ kẻ các tiếp tuyến với vòng cơ sở R01, trên tiếp tuyến đặt những đoạn 1’1’’; 2’2’’ ..... bằng đoạn 1P ; 2P ...... Nối các điểm P’ , 1’’,2’’ ......ta được biên dạng thân khai của bánh răng 1. Biên dạng còn lại của bánh răng 1 được xác định bằng cách xác định chiều dày răng trên vòng chia và trên vòng lăn rồi vẽ đối xứng với biên dạng răng trước. Khi đó ta vẽ được 1 răng. Ta tiến hành đo bước răng trên vòng chia rồi vẽ các răng tiếp theo. Làm tương tự ta cũng vẽ được biên dạng răng của bánh răng số 2. b. Vẽ vòng tròn đỉnh răng : Dựa vào bán kính Re1, Re2 ta vẽ được vòng tròn đỉnh răng, giao điểm của các vòng tròn này với đường thân khai xác định được điểm tận cùng của đỉnh răng. c. Vẽ vòng tròn chân răng : Từ bán kính Ri1, R12 ta vẽ được vòng tròn chân răng, ta có Ri1 , Ri2 > R01 ,R02 song dù thế nào thì dạng chân răng cũng gồm hai phần là phần thân khai và phần chuyển tiếp. Trong đó phần chuyển tiếp là phần thân khai với cung tròn chân răng bằng một cung tròn có bán kính r = 0,2 . m = 0,2 . 8 = 1,6 ta được đoạn chuyển tiếp chân răng. Sau khi vẽ được đoạn chuyển tiếp ta có một răng đầy đủ lấy làm mẫu để vẽ các răng tiếp theo. d. Vẽ đoạn ăn khớp thực và cung ăn khớp , cung làm việc : Dựa vào chiều quay của bánh răng chủ động ta xác định đoạn ăn khớp lý thuyết N1N2 , xác định đoạn ăn khớp thực ab (giao điểm của đường ăn khớp lý thuyết với vòng đỉnh của hai bánh sẽ là đoạn ăn khớp thực) . Cung ăn khớp là cung trên vòng tròn lăn của 2 bánh răng lăn không trượt với nhau trong thời gian ăn khớp của một đôi răng: a1b1 = a2b2, phần làm việc của cạnh răng là phần cạnh răng tiếp xúc nhau trong quá trình ăn khớp . Đoạn ăn khớp thực ab từ O1 vẽ vòng tròn tâm O1 bán kính R = O1a cắt cạnh răng của bánh một tại A1 tương tự vẽ cung O2b ta xác định được B2, các cung A1B1, A2B2 là phần làm việc của cạnh răng. * Xác định cung ăn khớp : Qua điểm A1,B1 của phần làm việc của bánh răng 1 ta vẽ các pháp tuyến A1a’1, B1b’1 tiếp xúc với vòng tròn cơ sở của bánh 1 các đường thẳng này cắt vòng tròn lăn bánh 1 tại a1và b1 cung a1b1 chính là cung ăn khớp trên bánh 1, tương tự ta cũng xác định được cung a2b2 cho bánh răng 2: Chiều dài cung ăn khớp là: 3. Xác định chỉ tiêu chất lượng ăn khớp : Hệ số trùng khớp : e = = ( +- 297,4.sin250 46, ) = =1,32 (mm) ® e = 1,3 cho ta biêt số căp rănh ăn khớp cùng một lúc . Hệ số trượt m : Khi hai bánh răng làm việc các cặp biên dạng đối tiếp vừa lăn vừa trượt với nhau trên đoạn làm việc của biên dạng răng, sự trượt tương đối này là hiện tượng trượt biên dạng. Để đánh giá sự trượt tại từng thời điểm trên biên dạng làm việc của cạnh răng người ta đưa ra hệ số trượt tương đối m1, m2 . Ta có thể tính m theo công thức sau: Trong đó N1K là khoảng cách từ điểm N1 đến điểm ăn khớp. N2K là khoảng cách từ điểm N2 đến điểm ăn khớp Trong đó : Vậy ta có bảng giá trị của va là: Vị trí k N1 N2 a B P m1 -¥ 1 - 0,73 0,58 0 m2 1 -¥ 0,43 - 1,38 0 Nối các điểm này với nhau ta được đường cong biểu thị sự trượt biên dạng của 2 bánh răng. b. Hệ số áp lực riêng : Hệ số áp lực riêng có ý nghĩa trong việc tính sức bền răng của bánh răng nó được xác định theo công thức: trong đó: m là Modun. là bán kính cong tương đương tại điểm ăn khớp K. Ta có : r1 + r2 = N1N2. Vậy Ứng với điểm ăn khớp K khác nhau ta có g khác nhau. Nên tại N1 g = ¥ tương tự tại N2 ta cũng có g = ¥ ; g đạt cực tiểu tại trung điểm đoạn N1N2. Còn tâm ăn khớp P ta có: TÀI LIỆU THAM KHẢO : Bài tập nguyên lý máy (Tạ Ngọc Hải xuất bản 1965 ) . Nguyên lý máy(giáo trình của ĐHBK xuất bản 1971) . Hướng dẫn thiết kế đồ án nguyên lý máy (Trường ĐHKTCN) . Và một số giáo trình nguyên lý máy khác.