Đồ án Nguyên lý máy máy bào loại 3

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN NGUYÊN LÝ MÁY MÁY BÀO LOẠI 3 Thuyết minh đồ án gồm 7 phần: Phần I – Phân tích cơ cấu chính. Phần II – Tổng hợp cơ cấu chính – Hoạ đồ vị trí. Phần III – Hoạ đồ vận tốc. Phần IV – Hoạ đồ gia tốc. .Phần V – Phân tích áp lực. Phần VI – Chuyển động thực của máy, momen quán tính bánh đà. Phần VII –Thiết kế bánh răng. Tài liệu tham khảo: Hướng dẫn thiết kế đồ án Nguyên Lý Máy Nguyên lý Máy - Nhà xuất bản Khoa Học LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển như vũ bão, mang lại những lợi ích cho con người về tất cả nhữnh lĩnh vực tinh thần và vật chất. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hoà nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới. Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu trong những năm tới là nước công nghiệp hoá hiện đại hoá. Muốn thực hiện được điều đó một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí chế tạo máy vì ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân. Để thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao, đồng thời phải đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hoá theo dây truyền trong sản xuất . Nhằm thực hiện mục tiêu đó, chúng Em là sinh viên trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên nói riêng và những sinh viên của các trường kỹ thuật nói chung trong cả nước luôn cố gắng phấn đấu trong học tập và rèn luyện, trau dồi những kiến thức đã được dạy trong trường để sau khi ra trường có thể đóng góp một phần trí tuệ và sức lực của mình vào công cuộc đổi mới của đất nước trong thế kỷ mới . Qua đồ án này Em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn, giúp Em hiểu rõ hơn những công việc của một kỹ sư tương lai. Song với những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của Em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn Nguyên Lý Máy – Chi Tiết Máy và các Thầy Cô giáo trong khoa để đồ án của Em được hoàn thiện hơn . Cuối cùng Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các Thầy Cô trong khoa và bộ môn Nguyên Lý Máy – Chi Tiết Máy trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo : Phần I PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CHÍNH Phân tích chuyển động: Lược đồ động cơ cấu máy bào loại 3 ở vị trí như hình vẽ Từ lược đồ cơ cấu chính của bào loại 3 ta thấy cơ cấu được tổ hợp từ cơ cấu culits: Gồm 5 khâu động được nối với nhau bằng các khớp trượt và khớp quay nhưng là khớp thấp. Công dụng của máy bào là biến chuyển động quay của bộ phận dẫn động (thường là động cơ) thành chuyển động tịnh tiến thẳng của bộ phận công tác ( đầu bào) trên đầu bào ta lắp dao bào để bào các dạng chi tiết khác nhau. Đặc điểm chuyển động của các khâu: Khâu dẫn 1 ta giả thiết là quay đều với vận tốc góc w1 truyền chuyển động cho con trượt 2 ( Khâu 2 chuyển động song phẳng) .Con trượt 2 truyền động cho culits 3 có chuyển động quay không toàn vòng lắc qua lắc lại truyền động cho con trượt 4 là chuyển động tịnh tiến và truyền chuyển động cho đầu bào 5 là chuyển động tịnh tiến thẳng theo phương ngang. 2. Tính bậc tự do: Cơ cấu máy bào gồm 5 khâu động vậy n = 5 (số khâu động) nối với nhau bằng 7 khớp thấp: p5 = 7 (số khớp thấp) không có khớp cao: p4 = 0 (số khớp cao) không có ràng buộc thừa và bậc tự do thừa. Do đó để tính bậc tự do của cơ cấu ta áp dụng công thức sau: W = 3n - ( 2P5 + P4 ) - S + Rt = 3.5 - ( 2.7 + 0 ) - 0 + 0 = 1 Vậy số bậc tự do của cơ cấu là 1: Xếp loại cơ cấu: Ta chọn khâu 1 làm khâu dẫn ta tách được 2 nhóm axua loại 2 ( nhóm có 2 khâu 3 khớp là nhóm 4-5 và nhóm 2-3). Do cơ cấu có 2 nhóm đều là nhóm loại hai vậy cơ cấu là cơ cấu loại 2.(hình vẽ) Phần II TỔNG HỢP CƠ CẤU CHÍNH – HOẠ ĐỒ VỊ TRÍ Từ các số liệu đầu bài đã cho ta xác định được các thông số cần thiết Từ các số liệu đầu bài đã cho ta xác định được các thông số cần thiết để xây dựng cơ cấu : Góc lắc Y: Ta có .. Biết được góc lắc Y và khoảng cách Lo1o2 . Từ O2 ta kẻ 2 tia x và x’ hợp với đường nối giá O1O2 một góc 180 . Từ O1 ta vẽ vòng tròn tiếp xúc với hai tia O2X và O2X’ ta sẽ xác định được 2 vị trí chết của cơ cấu. Xét cơ cấu tại hai vị trí này ta dễ dàng tính được: R = LO1A = Lo1o2 Sin = 0.218(mm) Vì qũy tích điểm B thuộc culits 3 và bằng hành trình H cho nên ta có Sin = H / (2L02B ) => L02B = H/2 Sin=0.62/2.Sin(44,150/2)=0,825 (m) => LO2B = 0,825 (m)Tóm lại ta có độ dài thực của các khâu là : LO1A = 0,218(m) LO2B = 0,825(m) Để dựng được hoạ đồ vị trí ta chọn tỷ lệ xích chiều dài mL : mL = LO1A / O1 A ta chọn O1A = 87,2 (m) vậy mL = 0,218 / 87,2 = 0,0025 (m/mm). Vậy các đoạn biểu của cơ cấu là O1O2 = LO1O2/mL = 0,58/ 0,0025 = 232 (mm) O2B = L02B / mL = 330(mm)Vẽ họa đồ vị trí : Từ vị trí chết bên trái ta chia vòng tròn tâm O1 bán kính O1A thành 8 phần bằng nhau. Vậy ta đã có 8 vị trí chia đều cộng với 3 vị trí đặc biệt ( đó là vị trí biên phải và hai vị trí 0,05H tổng cộng ta có được 11 vị trí .Họa đồ vị trí được vẽ như trên hình vẽ. Phần III HOẠ ĐỒ VẬN TỐC TA LẦN LƯỢC VẼ HOẠ ĐỒ VẬN TỐC CHO 11 VỊ TRÍ VỚI TỶ LỆ XÍCH: mV = mL w1 = pn1 mL/30 = 3,14.390.0,0025/30=0,102 (m/mms).Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc và gia tốc tại vị trí bất kỳ. Phương trình véctơ vận tốc : Chọn khâu 1 là khâu dẫn quay đều quanh trục cố định qua O1 với vận tốc góc w1 = const nên VA1 có phương vuông góc với O1A chiều thuận theo chiều w1 có độ lớn : VA1 = LO1A. w1 . vì khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề nên ta có : VA1 = VA2 , khâu 2 trượt tương đối so với khâu 3 nên ta có : Trong đó VA3 có phương vuông góc với O2B trị số chưa xác định : VA3 = Pa3 . mV , VA2 đã xác định hoàn toàn , VA3/A2 có phương song song với O2B trị số chưa xác định . Như vậy phương trình trên còn hai ẩn nên giải được bằng phương pháp hoạ đồ véctơ . Vận tốc của điểm VB3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận ,trị số VB3 = pb3.mV vì khâu 4 nối với khâu 3 nhờ khớp bản lề nên ta có VB3 = VB4 . Do khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp tịnh tiến nên ta có : .Trong đó VB4 =VB3đã xác định hoàn toàn và VB5/B4 có phương theo phương thẳng đứng giá trị chưa xác định ,khâu 5 chuyển độnh tịnh tiến theo phương ngang ,giá trị chưa xác định : VB5 = pb5.mV .Phương trình này còn hai ẩn nên giải được bằng cách vẽ hoạ đồ véctơ. Hình vẽ: Ta chọn một điểm P bất kỳ làm gốc hoạ đồ, từ P vẽ đoạn Pa1 (Pa1//O1A) biểu diễn vận tốc : VA1 = VA2 .Từ mút véctơ pa1 vẽ đường chỉ phương D của VA3/A2 ( D//O2B) từ P vẽ đường chỉ phương D’ của VA3 (D’ ^ O2B) khi đó ta thấy D cắt D’ tại a3 biểu thị vận tốc VA3 , dùng tỷ số đồng dạng ta xác định được Pb3 biểu thị vận tốc của VB3 = VB4 từ b3 = b4 kẻ đường chỉ phương D’1 của VB5/B4 theo phương thẳng đứng. Từ P vẽ D’2 theo phương ngang cắt D’1 tại b5 vậy Pb5 biểu diễn vận tốc của VB5. Vận tốc các điểm thuộc cơ cấu, vận tốc trọng tâm, vận tốc góc: VA12 = Pa1,2.mV ; VA3 = Pa3.mV ; VA3/A2 = a2a3.mV ; VB3,4 = Pb3,4.mV ; VB5 = Pb5 . mV; VB5/B4 = b4b5. mV ; Trọng tâm các khâu đặt tại trung điểm các khâu nên ta xác định được vận tốc trọng tâm theo định lý đồng dạng. VS3 =VB3/2 = Ps3. mV ; VS4 =VB4= Ps4. mV ; VS5 =VB5= Ps5 . mV; +Vận tốc góc các khâu. VA3 = Pa3. mV = O2A.mL. w3 => w3=w2 = Pa3. mV / O2A.mL w5=w4 = 0 vì khâu4, 5 chuyển động tịnh tiến. Vận tốc các điểm, các trọng tâm, vận tốc góc được biểu diễn trong bảng 1. *Tính LO1A ở các vị trí chia đều : Xét một vị trí bát kì : Trong tam giác O1AO2 có b=90-Y/2=900-44,150/2=67,90 Ta có : L2O2A= L2O1A+ L2O1O2-2 LO1A. LO1O2.cos(b+450). Vậy *Tính ở vị trí 2 và vị trí 7. Sinj =H(0,5-0,05)/LO2A=0,62.0,45/0,825=0,3382 => j =19,770 Theo đinh lí cos: a2=b2 +c2-2.b.c.cosj mà ta có : c2-2.b.c.cosj +( b2 -a2) = 0 c2-2.0,58.c.cos19,77 +( 0,582 –0,2182) = 0 GiảI phương trình bậc hai ẩn là c với (LO2A< c <LO1O2 +LO1A) c2-1,09.c +0,289 = 0 c = 0,64 LO2A = 0,64 (m) Bảng 1: Trị số các đoạn biểu diễn vận tốc các đIún trên các khâu với tỉ xích mV. VT 1-8 2 3 4 5 6 7 9 10 11 g ±67,9 83,2 112,9 157,9 202,9 247,9 276,8 292,9 337,9 382,9 Pa1,2 87,2 87,2 87,2 87,2 87,2 87,2 87,2 87,2 87,2 87,2 Pa3 0 38 55,7 83,8 83,5 56 38 1,29 71,4 71 a2a3 0 74,48 67 24 24,6 67,7 78,5 87,1 49,2 51 Pb5 0 46 36,4 84,4 87,2 62,6 46 1,85 150,2 147 O2A 215 256,3 277,8 314,5 314,4 276,8 256,3 213,7 154,7 155,4 PS3 0 24,5 33,5 41,9 43,8 31,5 24,5 1 76,8 73 Pb4 0 49,2 66,2 84,8 87,7 65,5 49 2 153,6 150 Bảng 2: Biểu diễn giá trị thật vận tốc các điểm, vận tốc trọng tâm, vận tốc góc các khâu. VT 1-8 2 3 4 5 6 7 9 10 11 VA12(m/s) 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 8,9 VA3(m/s) 0 3,88 5,68 8,55 8,5 5,7 3,9 0,13 7,28 7,24 VA3/A2(m/s) 0 7,6 6,83 2,45 2,5 6,9 8 8,88 5 5,2 VB3(m/s) 0 5 6,75 8,65 8,95 6,68 5 0,21 15,67 15,3 VB5(m/s) 0 4,7 6,47 8,6 8,9 6,39 4,7 0,19 15,32 15 VS3(m/s) 0 2,5 3,42 4,27 4,47 3,21 2,5 0,102 7,83 7,45 w3(Rad/s) 0 6,06 8,18 10,48 10,85 8,01 6,06 0,25 19 18,55 PHẦN IV HOẠ ĐỒ GIA TỐC TA VẼ HOẠ ĐỒ GIA TỐC CHO HAI VỊ TRÍ SỐ 3 VÀ SỐ 10. a, Phương trình véctơ gia tốc Ta có véc tơ aA1 (do khâu 1 quay đều quanh trục cố định nên nó có phương theo đường thẳng AO1, chiều hướng từ Atới O1, và có độ lớn là: w12. LO1A ) vì khâu 1 nối với khâ2 bằng khớp bản lề ta có aA1 = aA2 mặt khác khâu 2 trượt tương đối so với khâu 3 nên: Trong đó aA2 đã xác định hoàn toàn. arA3/A2 có phương // O2A, giá trị chưa biết, akA3/A2 có chiều thuận theo chiều VA3/A2 quay đi 900 theo chiều w3 giá trị: akA3/A2 = 2.w3 .VA3/A2 . Tuy nhiên nó cũng được xác định theo phương pháp hình học. Vì khâu 3 quay quanh trục cố định nên : `Trong đó anA3 chiều từ A về O2 phương // O2A, giá trị : anA3 = w32. LO2A ; atA3 có phương vuông góc với O2A giá trị chưa xác định. Vậy ta có : Phương trình 4 còn 2 ẩn nên giải được bằng phương pháp hoạ đồ véctơ gia tốc. Giá trị aB3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận . O2A/O2B = Pa’3/Pb’3 =>Pb’3 =O2B. Pa’3/O2A Vì khâu 3 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề nên : aB3 = aB4 . Mặt khác vì khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp tịnh tiến nên ta có : Trong đó aB4 đã xác định hoàn toàn , arB5/B4 có phương theo phương thẳng đứng giá trị chưa xác định , akB5/B4 = 0 (do w4 = 0) .Khâu 5 chuyển động tịnh tiến theo phương ngang . Phương trình này còn hai ẩn nên giải được bằng hoạ đồ gia tốc. b, Cách vẽ hoạ đồ gia tốc: Ta chọn tỷ lệ xích gia tốc ma = w12. mL =(40,82)2. 0,0025 = 4,166 ( m/mms2) . Tính các đoạn biểu diễn: pa’1,2 là đoạn biểu diễn véctơ gia tốc aA1,2 nên : pa’1,2 =.O1A ; a’k là đoạn biểu diễn akA3/A2 nên : a’k = 2w3.a2a3 ; pn’ là đoạn biểu diễn của anA3 nên : pn’ = w32 .LO2A /ma . Đoạn pb’4 là đoạn biểu diễn của aB4 có giá trị bằng với aB3 .Đoạn pb’5 là đoạn biểu diễn của a B5. Chọn p làm gốc hoạ đồ, từ p vẽ pa’1,2 biểu thị véctơ gia tốc aA1,2 (pa’1,2// O1A) từ a’2 vẽ phương chiều akA3/A2 , từ mút k vẽ đường chỉ phương D của arA3/A2 ( D // O2A ), từ p vẽ pk’ biểu thị anA3 (pk’ // O2A ), từ mút pk’ vẽ đường chỉ phương D’ của atA3 (D’ ^ O2A ) khi đó D’cắt D tại a’3 nối pa’3 biểu thị aA3. Gia tốc aB3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận của hoạ đồ gia tốc. Ta có b’4 º b’3.Từ b4’ kẻ đường thẳng d theo phương thẳng đứng cắt đường thẳng d’ theo phương ngang tạI b4’ đường thẳng pb5’ biểu thị gia tốc aB5 . *, Xác định gia tốc trọng tâm các khâu: Gia tốc trọng tâm S3 : ta có S3 là trọng tâm của khâu 3 nên : ps’3 = pa’3 / 2 Gia tốc trọng tâm S4 : ta có khâu 4 chuyển động tịnh tiến nên : ps’4 = pb’4 Gia tốc trọng tâm S5 : vì khâu 5 chuyển động tịnh tiến nên : ps’5 = pb’5 *, Xác định gia tốc góc các khâu: Ta có : w1 = const nên e1 = 0. Khâu 2 nối với 3 bằng khớp trượt nên e2 = e3 ta có e3 = atA3 / LO2A và Khâu 5,4 chuyển động tịnh tiến nên : e5 = e4 = 0. Phần VPHÂN TÍCH ĐỘNG TĨNH HỌC Phương pháp chung để vẽ hoạ đồ : Cơ sở để giải là nguyên lý Đalămbe :Khi ta thêm vào các lực quán tính ta sẽ lập được phương trình cân bằng lực của các khâu,các cơ cấu và máy.Dựa vào các phương trình cân bằng lực này,bằng phương pháp vẽ đa giác lực ta giải ra được các lực chưa biết,đó là áp lực tại các khớp động . Cuối cùng còn lại khâu dẫn ta sẽ tính được mômen cân bằng. Ngoại lực tác dụg lên cơ cấu gồm : Lực cản kỹ thuật PC (có ích) đặt tại khâu 5. - Trọng lượng các khâu G1,G3 ,G4 ,G5 đặt tại trọng tâm các khâu ( riêng khâu 5 thì G5 đạt tại S5 với LCS5 = 300 (mm) Lực quán tính các khâu : +) Lực quán tính của Culits 3 có trị số : Pqt3= m3 . as’3 đặt tại tâm va đập K3 , K3 được xác định theo cách tính sau LO2K3 = LO2S3 + LS3K3 = LO2B / 2 + LO2B / 6 = LO2B LS3K3 = JS3/(m3.LO2S3) = (2.m3. L2O2B)/ (12.m3. L2O2B) = LO2B / 6 = 137,5 (mm) Những phản lực cần xác định là :phản lực R05 tại khớp trượt ; phản lực R45 (hoặc R54) ,R23 tạI B ,R12 (R21) tại khớp quay A,phản lực R01 tại khớp quay O . Cơ cấu đang xét có 1 bậc tự do và gồm 2 nhóm loại 2:là ( 4-5) , (2-3) , khâu dẫn 1. PC = 1900 N ; G1 = q.LO1A = 400 .0,218 = 87,2 N G2 = 0 N; G3 = q.LO2B = 400 .0,825 = 330 N; G4 = m4.g = 10.9,81 = 981 N; G5 = 8G4 = 784.8 N; m2 = 0 (kg); m3 = = 33,64 (kg); m4 = 10 (kg); m5 = 8m4 = 80 (kg). a)Phân tích lực tại vị trí số 3: Tính lực quán tính và mômen lực quán tính: Pqt5 = -m5aS5 = -80.223,5 = -17880 N Pqt4 = -m4aS4 = -10.223,71 = -2237,1 N Pqt3 = -m3aS3 = -33,64.110,51 = -3717,56 N Đặt lực : Lực cản kỹ thuật đặt tại khâu 5 . Trọng lượng các khâu G3 , G4 , G5 đặt tại trọng tâm các khâu, đặt mômen quán tính tạI trọng tâm S của các khâu. tách cơ cấu thành các nhóm át xua : (4-5) , (2-3) và bắt đầu từ nhóm (4-5). Tách nhóm Axua 4-5 , đặt các lực Pc ,G5, Pq5,G4, Pq4,kẻ phương R05 ,áp lực khớp động Vậy phương trình lực của nhóm 4-5 là : Phương trình có 3 ẩn chưa giảI được ta phảI khử ẩn bằng cách tách riêng khâu 5 : Ta có phương trình lực cho khâu 5: Phương trình lực còn hai ẩn ta giảI được bằng phương pháp vẽ. Chọn tỉ lệ mP = 80 (N/mm).Vẽ hoạ đồ lực và ta xác định được R05 ,R45 . R05 = ed. mP = G5 =784,8 (N/mm). R45 = de. mP = 247,25.80 =19780 (N/mm). Để xác định R34 ta dựa vào phương trình cân bằng lực riêng của khâu 4. Phương trình lực còn hai ẩn ta giảI được bằng phương pháp vẽ. Chọn tỉ lệ mP = 80 (N/mm).Vẽ hoạ đồ lực và ta xác định được R34 . R34 = da. mP = 275.80 = 22000 (N) Tiếp tục tách nhóm Axua 2-3 . Các lực tác động vào các khâu của nhóm gồm : R12 , R03 ,R43 ,G3 ,Pq3 . Ta viết được phương trình lực của khâu 2-3 Ta cóR12 , R03 chưa biết cả trị số và phương nên Phương trình lực còn 4 ẩn .Ta khử ẩn số bằng cách tách con trượt 2 ra , con trượt 2 chịu tác dụng của lực R12 và R32 đã biết phương nên ta xác định được phương của R12 là vuông góc với O2A đi qua A . R12 được xác định từ phương trình cân bằng mômen của khâu 2-3 : R43.H2 + R12.O2A + Pq3.H1 + G3.H = 0 R12=-=-=27995,28N Vẽ đa giác lực ta suy được R03 . R03 = ea. mP Cuối cùng còn lại khâu dẫn o1A chịu tác dụng của lực R21=-R12 đặt tại A và một mô men cân bằng . Lấy tổng mô men đối với điểm O1 ta có: MCB= R21.h1mL = 27995,28.55,73 .0,0025 = 3900,442 Nm Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phương pháp đòn jucopki: Cách làm xoay hoạ đồ vận tốc đi 1 góc 900 đặt các lực vào các điểm tương ứng trên hoạ đồ vận tốc lấy mô men với gốc P . Những lực nào chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc sẽ mang dấu dương . sau đó nhân với -mv/w1 ta được mô men cân bằng . MCB= =-mv/w1 .(-G3.h1 –G4.h2 –Pc . h5 - Pq3 h4- Pq4 .h3 – Pq5.h5) =-0,0025.(- 330.8 - 98,1.19,14 - 1900.63,37 – 3717,56.42,8 – 2237,1.64,19 – 17880.63,37) = 3901,71 Nm b. Phân tích lực tại vị trí số 10: Ta cũng tiến hành như ở vị trí số 3 . TạI vị trí 10 máy chạy không nên không có PC : Tính lực quán tính và mômen lực quán tính: Pqt5 = -m5aS5 = -33,64.447,93 = -15068,37 N Pqt4 = -m4aS4 = -10.895,85 = -8958,5 N Pqt3 = -m3aS3 = -33,64.888,13 = -71050,4 N Đặt lực : Lực cản kỹ thuật đặt tại khâu 5 . Trọng lượng các khâu G3 , G4 , G5 đặt tại trọng tâm các khâu, đặt mômen quán tính tại trọng tâm S của các khâu. Tách cơ cấu thành các nhóm át xua : (4-5) , (2-3) và bắt đầu từ nhóm (4-5). Tách nhóm Axua 4-5 , đặt các lực G5, Pq5,G4, Pq4,kẻ phương R05 ,áp lực khớp động Vậy phương trình lực của nhóm 4-5 là : Phương trình có 3 ẩn chưa giảI được ta phảI khử ẩn bằng cách tách riêng khâu 5 : Ta có phương trình lực cho khâu 5: Phương trình lực còn hai ẩn ta giảI được bằng phương pháp vẽ. Chọn tỉ lệ mP = 200 (N/mm).Vẽ hoạ đồ lực và ta xác định được R05 ,R45 . R05 = 784,8 (N/mm). R45 =71050,4 (N/mm). Để xác định R34 ta dựa vào phương trình cân bằng lực riêng của khâu 4. Phương trình lực còn hai ẩn ta giảI được bằng phương pháp vẽ .Vẽ hoạ đồ lực và ta xác định được R34 . R34 = 79932,66(N) Tiếp tục tách nhóm Axua 2-3 . Các lực tác động vào các khâu của nhóm gồm : R12 , R03 ,R43 ,G3 ,Pq3 . Ta viết được phương trình lực của khâu 2-3 Phương trình cân bằng mômen của khâu 2-3 : R43.H2 + R12.O2A + Pq3.H1 + G3.H = 0 R12 = 185756,54 N Vẽ đa giác lực ta suy được R03 . Cuối cùng còn lại khâu dẫn O1A chịu tác dụng của lực R21=-R12 đặt tại A và một mô men cân bằng . Lấy tổng mô men đối với điểm O1 ta có: MCB= R21.h1mL = 185756,54.72.0,0025 = 33436,18 Nm Tính mô men cân bằng trên khâu dẫn bằng phương pháp đòn jucopki: MCB= = - mv/w1 .(-G3.h1 –G4.h2 - Pq3 h3- Pq4 .h4 – Pq5.h5) =-0,0025.(- 330.16,27 - 98,1.32,55 – 15068,37.91,88 – 8958,5.144,59 –71050,4.150,14) = 33389,65 Nm Nhận xét : tính mô men cân bằng theo hai phương pháp thì không chênh lệch nhau nhiều lắm Vị trí 3 sai lệch là 0,032% Vị trí 10 sai lệch là 0,14% Phần VII TÍNH TOÁN 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). = (PC.h3 + G4.h2 + G3.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 1 góc 90o , sau đó đặt trọng lực của các khâu G3, G4,G5 vào trọng tâm các đoạn trên hoạ đồ vận tốc ,đặt lực cản kỹ thuật Pc tại b5 sau đó lấy mô men vơi 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 chết ta tính mômen cản cho hai trường hợp là có lực cản PC và không có PC . Ta có bảng trị số mô men cản thay thế: VT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 h1 0 8,28 9,57 4,42 4,74 9,56 8,28 0 0,37 16,28 16,46 11,76 11,76 h2 0 16,55 19,14 8,84 9,48 19,11 16,55 0 0,75 32,55 32,91 23,53 23,53 h3 0 46,04 63,32 84,37 87,18 62,63 46 0 0 0 0 0 0 MCtt 0 229,56 313,38 406,56 407,85 284,92 207,61 0 0,492 21,4 -21,65 -15,96 15,96 Trị số mômen cản thay thế của 2 vị trí đối với trường hợp có PC và không có PC : Vị trí 2 7 Có PC 229,56 207,61 Không có PC 10,89 -10,89 Vẽ đồ thị MCtt ,từ các giá trị ta tìm được Trục tung biểu thị MCtt với tỷ lệ xích mM = 4 () Vị trí 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 đoạn bd(MCtt) 0 57,39 78,35 101,64 102 71,23 51,9 0 0,123 5,35 -5,41 -3,99 3,99 Vị trí 2 8 đoạn bd(MCtt) không có PC 2,72 -2,72 Trục hoành biểu thị góc quay với tỷ lệ xích mj = 0,0349 Bảng giá trị các vị trí: VT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 j(Rad) 0 0,488 0,785 1,57 2,36 3,14 3,42 3,9 3,93 4,7 5,5 4,33 5,86 j(mm) 0 14 22,5 45 67,5 90 98 112 112,5 135 157,5 124 168 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=70 (mm) mA = mM . mj . H = 4. 0,0349.70 = 9,772 () Phương pháp tích phân: Trên trục hoành của đồ thị Mctt chia làm 16 đoạn bằng nhau . tại các trung điểm của các đoạn dóng song song với trục tung cắt đường cong tại các điểm a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8, a9,a10,a11,a12,a13,a14,a15,a16 trên đường cong Mctt . Lấy một điểm H trên trục 0j cách 0 một khoảng 70 (mm) gọi là cực tích phân ,từ các điểm là a1,a2 a3,a4,a5,a6,a7,a8, a9,a10,a11,a12,a13,a14,a15,a16 ta dóng song song trục hoành cắt trục tung tại các vị trí tương ứng b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8 b9,b10,b11,b12,b13,b14,b15,b16 nối các vị trí tương ứng này với đầu mút P ta được các đường thẳng có độ nghiêng khác nhau . Trên biểu đồ 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 16 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 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 đồ thị DE = f(j): DE = DA = Ađ - Ac . Bằng cách trừ các đồ thị chú ý rằng nếu Ađ >Ac thì DE dương và nếu Ađ <Ac thì DE âm . Xây dựng đồ thị DE = f(j) với tỷ lệ xích mE = mA = 9,772 () DE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 đbd 0 6,88 2,9 -3,88 -12,64 -22,2 -31,8 -40,5 -46,6 -49,3 -42 -27,9 -27,9 -21,3 -13,6 -6,55 2) Vẽ biểu đồ mô men quán tính thay thế :Jtt a)Vẽ đồ thị Jtt Xác định độ lớn của mô men quán tính thay thế đối với tất cả các vị trí của nó Theo công thức : Jtt = [ mk.()2 + JSK.()2] Jtt = ( m5.vs52 + m4.vs42 +m3.vs32+ JS3.w32 ) Jtt = ( m5.PS2 5 + m4.PS42 +m3.PS23 + Js3.Pb23/L2O2B).m2L Jtt = ( m5. PS2 5 + m4.PS42 +m3.PS23 + m3.4.PS23/12).m2L Jtt = ( m5. PS2 5 + m4.PS42 +m3.PS23 + m3.PS23/3). m2L Jtt = ( m5. PS2 5 + m4.PS42 + 4.m3.PS23/3).m2L 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 mJ = 0.175 (kg.m2/mm) mj = 0,0349 (rad/mm) Bảng Kết Quả Tính Toán Mômen Quán Tính Thay Thế . VT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Pb5 0 46,06 63,32 84,37 87,18 62,63 46,05 0 1,852 150,15 147 PS4 0 48,92 66,2 84,83 87,69 65,48 48,93 0 2 153,64 150,63 PS3 0 24,46 33,1 42,42 43,85 32,74 24,47 0 1 76,82 75,32 Jtt (m2/kg) 0 1,377 2,59 4,51 4,82 2,53 1,38 0 0,002 14,4 13,81 Jtt (mm) 0 7,95 14,85 25,7 27,46 7,28 7,96 0 0,015 82,36 79 Các vị trí biên VT 12 13 Pb5 65,45 65,45 PS4 69,55 69,55 PS3 38 38 Jtt (m2/kg) 2,85 2,85 Jtt (mm) 16,3 16,3 b) Vẽ đường cong vittenbao Xây dựng đồ thị khối năng 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. [] = Ta tính vận tốc góc cho phép lớn nhất và nhỏ nhất của khâu một [ w1max] = w1[ 1+ ] = 40,82 [1+]= 41,986 ( rad/s ) [w1min] = w1[ 1-]= 40,82[1 - ] = 39,654(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+[]) =(40,82)2.(1+) = 15,34 ymax=86.3o tg( ymin) = wtb2.(1-[]) =(40,82)2.(1- ) = 14,5 => ymin = 860 Dựa vào các góc đó , ta kẻ các tiếp tuyến tương ứng với đường cong DE = f(Jtt) tới cắt trục DEvà đo đoạn giới hạn bởi hai giao điểm của 2 tiếp tuyến với trục tung (DE):= 1376,2 mm Cuối cùng ta tính được mômen quán tính của vô lăng : Jd = = = 286,7(kg.m2) Chọn đường kính bánh đà là D = 0,8 (m) khối lượng của bánh đà là: M = = = 1791,9-(kg) PHẦN VIII THIẾT KẾ BÁNH RĂNG PHẲNG I. Tính toán các thông số của bánh răng phẳng Theo bài ra ta có : Z1 = 14 ; Z2 = 55 ; m = 5,5. Tính tỷ số truyền: i12 = ; i21 = Không có yêu cầu gì về khoảng cách trục nên ta chọn cặp bánh răng dịch chỉnh dương, là cặp bánh răng có nhiều ưu điểm. Tra bảng để chọn hệ số dịch dao. x1 = 0,86 ; x2 = 0,732 ; g = 0,19 . Vậy ta tính được xC = x1 + x2 = 0,86 + 0,732 = 1,592 . ZC = Z1 + Z2 = 14 + 55 = 69 . Ta có l là hệ số phân ly tính theo công thức : l = xC - g = 1,592 – 0,19 = 1,402 , ta có xmin = ; so sánh : x2 = 0,732 > xmin = 0,1765 Þ cặp bánh răng thiết kế không bị cắt chân răng. *. Tính toán các thông số : Góc ăn khớp dựa vào phương trình ăn khớp : invaL = invaL = ; aL = 25026’42’’ Bán kính vòng chia: R1 = ; R2 = Bán kính vòng cơ sở : RO1 = R1. cosa = 38,5 . cos200 = 36,178 (mm) ; RO2 = R2. cos200 = 91.cos200 = 142,13 (mm) ; Bán kính vòng lăn : RL1 = R1(1 + ; RL2 = R2(1 + ; Khoảng cách tâm : A = RL1 + RL2 = 40,06 + 157,4 =197,46 . Bán kính vòng chân : Ri1 = R1 – m ( f’’ - x1 ) = 38,5 – 5,5 ( 1,25 – 0,86 ) = 36,355 (mm); Ri2 = R2 – m ( f’’ - x2 ) = 151,25 – 5,5 ( 1,25 – 0,732 ) = 148,4 (mm); Chiều cao răng : h = m ( f’ + f’’ - g ) = 5,5 ( 1,25 + 1 – 0,19 ) = 11,33 ( mm ) ; Bán kính vòng đỉnh ; Re1 = Ri1 + h = 36,355 + 11,33 = 47,685 (mm); Re2 = Ri2 + h = 148,4 + 11,33 = 159,73 (mm); Bước răng : t = m. p = 5,5. 3,14 = 17,279 (mm); Chiều dày răng trên vòng chia : S1 = m ( S2 = m ( Tính hệ số trùng khớp : thay số ta được : Ta có e = 1,375thoả mãn điều kiện e ³ 1,1. - Góc áp lực trên vòng đỉnh: cosae1 = ; cosae2 = ; ae1 = 40037’26’’; ae2 = 2703’ ; tra bảng ta có inv ae1 = 0,148825 ; inv ae2 = 0,038477 ; Chiều dày vòng đỉnh: Se1 = 2Re1( 2,18989 (mm) Se2 = 2Re2( 2.159,73(11,57/2.151,25 + 0,014904-0,038477) =4,688(mm) Ta có Se3 = 0,3.m = 0,3.5.5 =1,65; So sánh Se2 > Se1 > Se3 ; Vậy với :x1 ; x2 đã chọn thì cặp bánh răng thiết kế không bị nhọn răng. -Kết luận : Cặp bánh răng thiết kế thoả mãn các điều kiện . + Ăn khớp đều vì các cặp biên dạng đối tiếp của hai bánh răng liên tục kế tiếp nhau vào ăn khớp trên đường ăn khớp N1N2 + Ăn khớp trùng vì e = 1,375 >1,1 nên luôn có ít nhất hai đôi răng vào ăn khớp trên đoạn ăn khớp thực ab. + Cặp bánh răng thiết kế có tỷ số truyền không đổi , không nhọn chân răng vì Se2 > Se1 > 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 mh = . Bảng thông số cặp bánh răng Thông số Kí hiệu Giá trị thật Giá trị biểu diễn Bước răng trên vòng chia t 17,279 91,47 Khoảng cách tâm A 197,46 1045,32 Bán kính vòng chia R1 38,5 203,81 R2 151,25 800,69 Bán kính vòng cơ sở R01 36,178 191,52 R02 142,128 752,4 Bán kính vòng lăn RL1 40,06 212,07 RL2 157,4 833,25 Bán kính vòng chân Ri1 36,355 192,46 Ri2 148,4 785,6 Bán kính vòng đỉnh Re1 47,69 252,44 Re2 159,73 845,58 Chiều cao răng h 11,33 60 Chiều dày trên vòng chia S1 12,08 63,95 S2 11,57 61,25 Góc ăn khớp aL 25026’42’’ 25026’42’’ Chiều dày trên vòng đỉnh Se1 2,18989 11,59 Se2 4,688 24,81 II. Vẽ bánh răng: 1. Vẽ biên dạng răng: Từ điểm ăn khớp P ta vẽ 2 vòng tròn lăn bán kính RL1 , RL2 , vẽ 2vòng 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, 56,67 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’= 6’7’. Từ các điểm 1’,2’,3’,4’,5’,6’7’ 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 đỉnh 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. 2. 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. 3. 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 = 0,25m = 0,25. 5,5 = 1,375 (đoạn biểu diễn là : 7,28)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. 4. 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: k = 5. Xác định chỉ tiêu chất lượng ăn khớp: + Đồ thị đường cong trượt : Khi hai bánh răng làm việc các cặp biên dạng đối tiếp vừa lăn vừa trượt voí 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 : m1 =1 – i21 ; m2 =1 – i12 , trong đó N1K là khoảng cách từ điểm N1 đến điểm ăn khớp. N2K là khoảng cách từ điểm N2 đến điểm ăn khớp. Khi K tại N1 thì : m1 = -¥ ; m2 = 1; Khi K tại N2 thì : m1 = 1; m2 =- ¥ Khi K tại P thì : m1 =m2 = 0 Khi K taị a thì : m1(a) = 1 – 0,255 . = - 0,7 m2(a) = 1 – 3,93. Khi K tại b thì : m1(b) = 1 – 0,255. m2(b) = 1 – 3,93.; chọn mU = 1/ 30 (m/mm) ; Vậy ta có các đoạn biểu diễn là: Vị trí N1 N2 a b P m1 -¥ 30 -21 16,77 0 m2 30 12,3 -38,1 0 Nối các điểm này với nhau ta được đường cong biểu thị sự trượt biên dạng của 2 bánh răng. Nhận xét : Đỉnh răng hệ số trượt mang dấu dương, chân răng hệ số trượt mang dấu âm, tại P thì hệ số trượt = 0. Đường cong ở chân răng dốc hơn đường cong ở đỉnh răng, ta thấy bánh 1 có đường cong m1 dốc hơn m2 nên sự trượt của bánh 1 lớn hơn bánh 2 . 6. Xác định hệ số góc áp lực : Hệ số góc áp lực có ý nghĩa trong việc tính sức bền răng của bánh răng :g = trong đó m là Modun, r là bán kính cong tương đương tại điểm ăn khớp : ta có r1 + r2 = N1N2 Hệ số góc áp lực tại tâm ăn khớp P có ý nghĩa rất quan trọng khi tính sức bền răng của bánh răng: Ta có gr = ta thấy tại N1 có r1 = 0 nên r = 0 vậy g = m/ r Nên g = ¥ tương tự tại N2 ta cũng có g = ¥ ; g đạt cực tiểu tại trung điểm đoạn N1N2 khi đó ta vẽ được đường cong g , tại tâm ăn khớp P ta có gP =