Nguyên lý máy - Bài 2: Phân tích động học cơ cấu

Bài 2 Phân tích động học cơ cấu Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 4 Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang Đầu bào chuyển động tịnh tiến qua lại Bàn gá phôi Dao Phôi Động cơ Yêu cầu  Hành trình H  Hệ số năng suất  Lực cắt tác dụng lên dao  Số chu trình/đơn vị thời gian Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 6 Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang Lựa chọn cấu trúc cơ cấu truyền động Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 7 Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang Hình dung về chuyển động của cơ cấu với cấu trúc được chọn Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 8 Vấn đề đặt ra  Hành trình đầu dao bào?  Không gian làm việc của các khâu => thiết kế vỏ máy?  Vận tốc cắt của đầu dao?  Khâu nối với động cơ có quay được toàn vòng?  Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 9 Tại sao phải phân tích động học?  Bài toán vị trí: Tính quỹ đạo của điểm làm việc Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 10 Tại sao phải phân tích động học?  Bài toán vị trí: Xét ví dụ máy xúc Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 11 Tại sao phải phân tích động học?  Bài toán vị trí: Xét ví dụ robot công nghiệp Kuka Không gian làm việc của robot Kuka 6 BTD Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 12 Chọn LOẠI cơ cấu, kích thước động học Phân tích động học, lực, động lực học Thiết kế chi tiết máy Vật liệu Nguyên lý làm việc Công nghệ chế tạo Thiết kế nguyên lý máy Ví dụ: Thiết kế cơ cấu máy bào ngang Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 13 Phân tích động học  Cơ cấu (cấu trúc/kích thước)  Quy luật chuyển động (mong muốn) của khâu dẫn Đặc điểm chuyển động của các khâu bị dẫn Phân tích lực Phân tích động lực học Thiết kế kết cấu các chi tiết máy (khớp, khâu) Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 14 Nội dung của phân tích động học 1. 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 Dữ kiện:  Cấu trúc động học + kích thước động học  biến thiên vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu dẫn 2. Bài toán vận tốc • Biến thiên vận tốc của các khâu bị dẫn • Vận tốc của điểm làm việc 3. Bài toán gia tốc • Biến thiên gia tốc của các khâu bị dẫn • Gia tốc của điểm làm việc Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 19 1. Bài toán vị trí 1.2. 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 20 1. Bài toán vị trí 1.3. Họa đồ cơ cấu  Lấy ví dụ máy bào ngang  Cho trước  Lược đồ cơ cấu  Kích thước các khâu (đã tính được ở bước trước)  Một vị trí xác định của khâu dẫn j1  Tìm  Họa đồ cơ cấu Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 21 1. Bài toán vị trí 1.3. Họa đồ cơ cấu  Lưu ý: Bài toán dựng hình cần dùng một tỷ lệ xích 𝜇𝑙 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚 𝑚𝑚  Các bước thực hiện  Dựng phương xx, từ kích thước a xác định vị trí giá AC  Từ lAB và j1 xác định vị trí khâu dẫn AB và thanh lắc CD  Từ lDE vị trí D tìm vị trí E:  Dựng đầu bào (khâu 6)     ,E D DE xx Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 22 1. Bài toán vị trí 1.4. Họa đồ chuyển vị Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 25 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.1. Quan hệ vận tốc và gia tốc giữa các điểm  Hai điểm A, B thuộc cùng một khâu B A BAv v v  BAv là vận tốc tương đối của B quanh A BAv  BA, chiều thuận theo  BA ABv l là gia tốc tương đối của B đối với A gia tốc tương đối pháp tuyến, hướng B -> A; BAa n BAa 2n BA ABa l  n t B A BA A BA BAa a a a a a     gia tốc tương đối tiếp tuyến, t BAa t BA ABa l  BA, chiều thuận theo  Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 26 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.1. Quan hệ vận tốc và gia tốc giữa các điểm  Hai điểm B1, B2 thuộc cùng hai khâu trùng nhau tức thời i k B Bi k r B Bv v v  vận tốc tương đối của Bi đối với Bk; // với phương trượt tương đối B Bi k rv i k i k i k k r B B B B B Ba a a a   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 v  i k r B Ba i k k B Ba Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 27 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa  Cho cơ cấu máy bào ngang tại vị trí đang xét có  Vị trí khâu dẫn j1 = 0 (nằm ngang)  Vận tốc góc khâu dẫn 1 = const  Kích thước động các khâu: lAC, lAB, lBC, lCD, lDE  Yêu cầu  Tính vận tốc của B3 và vận tốc góc khâu 3: 3  Tính gia tốc của B3 và gia tốc góc khâu 3: 3  Tính vận tốc và gia tốc cho điểm D, E và vận tốc góc khâu 5 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 28 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc  Phương trình liên hệ vận tốc (A1 ← B1 ← B2 ← B3 → C3) 3 3 3 2 3 2C B C BB B vv vv   1 1 1; B ABv l AB        ? CB    0 ? / /CB    3 2 3 2 ;B B B Bv v v  3 3 3 3 ;B C B Cv v v 2 1 ;B Bv v 𝜇𝑣 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚/𝑠 𝑚𝑚 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 29 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc  Vận tốc góc khâu 3: →  Để tính vận tốc cho điểm E và vận tốc góc khâu 5 ta viết phương trình liên hệ vận tốc: (F4 ← F6 ← E6 ← E5 → D5) 𝜇𝑣 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚/𝑠 𝑚𝑚 3 3 3 B C BC v l   3D CDv l Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 30 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc  PT liên hệ vận tốc (F4 ← F6 ← E6 ← E5 → D5) 4 6 4 5 5 5F F F D E D v v v v   ? / / EF    0 ? DE    5 5 5 5 ;E D E Dv v v 5 6 6 4 6 4 ;E E F F F Fv v v v v    𝜇𝑣 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚/𝑠 𝑚𝑚 Đã biết Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 31 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính vận tốc  Vận tốc góc khâu 5:  Chiều quay? 𝜇𝑣 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚/𝑠 𝑚𝑚 5 5 5 E D DE v l   Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 32  Phương trình liên hệ gia tốc: (A1 ← B1 ← B2 ← B3 → C3) 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính gia tốc 23 3 3 3 3 2 3 23 n t C B C B B k r B B B BC aa a aa a    2 1 / / ABl AB B A      2 3 / / CBl CB B C      0 3 2 3 2 3 3 2     B B B B v CB v   ? / /    CB ? CB    Theo và 𝜇𝑎 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚/𝑠2 𝑚𝑚 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 33 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Ví dụ minh họa – Tính gia tốc  Gia tốc góc khâu 3:  Chiều quay?  Tính gia tốc điểm E và gia tốc góc khâu 5, cách làm tương tự! 3 3 3  B C t BC a l  𝜇𝑎 = 𝐺𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ℎậ𝑡 Đ𝑜ạ𝑛 𝑏𝑖ể𝑢 𝑑𝑖ễ𝑛 𝑚/𝑠2 𝑚𝑚 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 34 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Nguyên tắc  Chia cơ cấu thành khâu dẫn và các nhóm Át-xua  Giải cho các nhóm từ gần khâu dẫn đến xa khâu dẫn. Vì sao?  Viết phương trình liên hệ vận tốc, gia tốc của điểm cần tính với điểm đã biết vận tốc gia tốc  Điểm thuộc khâu dẫn  Điểm thuộc giá  Điểm đã tính được ở bước trước Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 35 2. Bài toán vận tốc và gia tốc 2.2. Nguyên tắc – Ví dụ tiếp  Trình tự tính toán vận tốc và gia tốc cho các điểm B, C, E, F? Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 36 Bài tập Cho cơ cấu có lược đồ như hình vẽ, có lAB = lBC = 0,1 (m), khâu dẫn quay đều với 1=10 (rad/s). Tại vị trí đang xét j1=60 0. Vẽ hoạ đồ vận tốc, gia tốc. Tính 𝜔3, 3? Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 37 Bài tập Cho cơ cấu có lược đồ như hình vẽ với lBC = 2lAB = 2lCD = 0,2 (m) , lAD=0,1 (m) , S2B = S2C , S3C = S3D, 1 = 10 (1/s). Tại thời điểm đang xét j1 = 120 0. Vẽ hoạ đồ vận tốc và gia tốc. Tính 𝜔2, 𝜀3 và vận tốc, gia tốc các điểm 𝑆2, 𝑆3? Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 38 3. Điều kiện quay toàn vòng, hệ số về nhanh  Xét cơ cấu 4 khâu bản lề 1 2 3 4A C B D 1 2 3 4A C B D 1 4 2 3 1 4 2 3 l l l l l l l l       Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 39 3. Điều kiện quay toàn vòng, hệ số về nhanh  Định lý Grashof: Nếu (i: các khâu còn lại) thì sẽ tồn tại khâu quay toàn vòng  Ví dụ 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 Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 40 3. Điều kiện quay toàn vòng, hệ số về nhanh 1 2 3 4A Cv B D Bv Bd Cd jd  1  Góc lắc khâu 3  Hệ số về nhanh o360d vj j  180 180 o d o v K j j     v dC DC   1 2 2 1 d v AC l l AC l l     Bài 2: Phân tích động học cơ cấu 41  Cơ cấu culit trong máy bào  Tách khớp quay tại B  Khâu 1 luôn quay toàn vòng  Khâu 3 quay toàn vòng khi  Hệ số về nhanh 1 4l l 3. Điều kiện quay toàn vòng, hệ số về nhanh 180 180 o d o v K j j     Hết bài 2