Bài giảng Nguyên lý máy - Bài 2: Phân tích động học cơ cấu phẳng toàn khớp thấp - Phạm Minh Hải

1Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 0 Bài giảng Nguyên lý máy TS. Phạm Minh Hải Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot Email: hai.phamminh1@hust.edu.vn Google site : tsphamminhhaibkhn Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 1 Bài 2 Phân tích động học cơ cấu phẳng toàn khớp thấp Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 2 Nội dung • Phân tích động học cơ cấu phẳng toàn khớp thấp • Tổng hợp cơ cấu 4 khâu 2 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 3 2.1 Phân tích động học a) Bài toán vị trí • Biến thiên vị trí của các khâu bị dẫn • Quỹ đạo của điểm làm việc • Không gian hoạt động của cơ cấu -> thiết kế vỏ máy b) Bài toán vận tốc • Biến thiên vận tốc của các khâu bị dẫn • Vận tốc của điểm làm việc c) Bài toán gia tốc • Biến thiên gia tốc của các khâu bị dẫn • Gia tốc của điểm làm việc Dữ kiện: - Lược đồ và kích thước động học của cơ cấu - Quy luật chuyển động của các khâu dẫn 2Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 4 2.1 Phân tích động học 2.1.1 Bài toán vị trí a) Một số khái niệm – Họa đồ cơ cấu là hình biểu diễn vị trí của cơ cấu ứng với một vị trí xác định của khâu dẫn – Họa đồ chuyển vị là tập hợp của họa đồ cơ cấu ứng với các vị trí khác nhau của khâu dẫn – Chu kỳ động học là góc quay nhỏ nhất của khâu dẫn để cơ cấu trở về vị trí ban đầu Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 5 2.1 Phân tích động học 2.1.1 Bài toán vị trí b) Ví du: Cơ cấu 4 khâu bản lề – Phương pháp giải tích – Phương pháp họa đồ (vẽ) (tự đọc sách)
 cos +
 cos=
 cos  +
cos
 sin  +
sin  =
 sin  +
sin  và  là các ẩn số Hệ phương trình đại số phi tuyến A B C D ϕ1 ϕ2 ϕ3 l1 l2 l3 l4 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 6 2.1 Phân tích động học 2.1.1 Bài toán vị trí b) Phương pháp tính toán – Phương pháp giải tích
 cos +
 cos=
 cos  +
cos
 sin  +
sin  =
 sin  +
sin  và  là các ẩn số Hệ phương trình đại số phi tuyến Pp gần đúng(*): - Cung chia đôi - Dây cung - Tiếp tuyến (Newton-Raphson) Pp chính xác cho cc Hạng 2 (**) Lệnh “fzero” trong Matlab sử dụng kết hợp 2 phương pháp Cung chia đôi và Dây cung (*) Đinh văn Phong, Phương pháp số trong cơ học, 1999. (**) Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm, Nguyên lý máy, 2000. Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 7 2.1 Phân tích động học 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc a) Phương pháp tính toán – Phương pháp giải tích – Phương pháp họa đồ véc tơ (vẽ) – Phương pháp Tâm quay (vận tốc) tức thời 3Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 8 2.1 Phân tích động học 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc b) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp giải tích
 cos +
 cos=
 cos  +
cos
 sin  +
sin  =
 sin  +
sin −
 sin 
 sin
 cos −
 cos  = 
 sin  −cos Phương trình vị trí Phương trình vận tốc −
 sin
 sin 
 cos  −
 cos  = 
 sin −cos  +  
 cossin  + 
 cos sin −  
 cossin  Phương trình gia tốc Đạo hàm Phương trình vị trí theo thời gian: Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 9 2.1 Phân tích động học 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ P  đã biết  đã biết  + = +  =   chỉ biết PHƯƠNG  chỉ biết PHƯƠNG  Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 10 • Hai điểm A, B thuộc cùng một khâu B A BAv v v= + r r r BAv r là vận tốc tương đối của B đối với A BAv r ⊥ BA, chiều thuận theo ω BA ABv lω= là gia tốc tương đối của B đối với A gia tốc tương đối pháp tuyến, hướng B -> A; BAa r n BAa r 2n BA ABa lω= ⋅ n t B A BA A BA BAa a a a a a= + = + + r r r r r r gia tốc tương đối tiếp tuyến, tBAa r t BA ABa lε= ⊥ BA, chiều thuận theo ε 2.1 Phân tích động học 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 11 i k B Bi k r B Bv v v= + r r r vận tốc tương đối của Bi đối với Bk; // với phương c/đ tương đối B Bi k rv r i k i k i k k r B B B B B Ba a a a= + + r r r r gia tốc Cô-ri-ô-lít trong chuyển động tương đối của Bk và Bi gia tốc trong chuyển động tương đối của Bk và Bi 2 i k i k k B B B Ba vω= × rr r i k r B Ba r i k k B Ba r • Hai điểm B1 và B2 thuộc 2 khâu khác nhau 2.1 Phân tích động học 2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ 4Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 12 Một số vấn đề chính • Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá • Hệ số về nhanh • Góc truyền động • Thiết kế quỹ đạo 12 2.2 Tổng động học cơ cấu 4 khâu phẳng Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 13 • Xét cơ cấu 4 khâu bản lề: Tìm điều kiện để khâu 1 có thể quay toàn vòng 1 2 3 4A C B D 1 2 3 4A C B D Miền với tới của B2 (nhóm k2,k3) 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng 2.2.1 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá 
 −
≥
 −

 +
≤
 +
 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 14 • Định lý Grashof: nếu min max il l l+ ≤∑ min 1 2 4 3 maxl l l l l l= < < < = khâu 1 quay toàn vòng Khâu 3 là cần lắc khâu 1 quay toàn vòng Khâu 2, 4 là cần lắc Khâu 2, 4 quay toàn vòng 1 2 3 4A C B D 1 2 3 4A C B D 1 2 3 4A C B D 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng 2.2.1 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá sẽ tồn tại khâu quay toàn vòng (i: các khâu còn lại) Ví dụ: Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 15 • Góc lắc của khâu 3: 1 2 3 4A Cd B D Bd Bv Cv ϕd Ψ ω1 o360d vϕ ϕ+ = 180 180 o d o v K ϕ ϕ +Ψ = = −Ψ v dC DCβ = ∠ 1 2 2 1 d v AC l l AC l l = + = − • Hệ số về nhanh 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng 2.2.2 Hệ số về nhanh 5Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 16 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng 2.2.3 Thiết kế quỹ đạo Cơ cấu WATT (James Watt) được dùng trong ô-tô Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 17 2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng 2.2.4 Góc truyền động Góc truyền động càng lớn, hiệu suất truyền động càng cao A B C D ϕ1 ϕ2 ϕ3 l1 l2 l3 l4