Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 2 - TS. Phạm Minh Hải

Bài 2

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

Phân tích động học
cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
0

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

1

2.1 Phân tích động học

Nội dung

D ki n:
- Lư c đ và kích thư c đ ng h c c a cơ c u
- Quy lu t chuy n đ ng c a các khâu d n

• Phân tích động học cơ cấu phẳng toàn khớp
thấp
• Tổng hợp cơ cấu 4 khâu

a) Bài toán v trí
• Bi n thiên v trí c a các khâu b d n
• Qu đ o c a đi m làm vi c
• Không gian ho t đ ng c a cơ c u -> thi t k v máy
b) Bài toán v n t c
• Bi n thiên v n t c c a các khâu b d n
• V n t c c a đi m làm vi c
c) Bài toán gia t c
• Bi n thiên gia t c c a các khâu b d n
• Gia t c c a đi m làm vi c

2
Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

2

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

3

1

2.1 Phân tích động học

2.1 Phân tích động học

2.1.1 Bài toán vị trí

2.1.1 Bài toán vị trí
b) Ví du: Cơ cấu 4 khâu bản lề

a) Một số khái niệm

– Phương pháp giải tích
– Phương pháp họa đồ (vẽ) (tự đọc sách)

– 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

l2

B

ϕ2

C

l3

l1
ϕ1

l4

A
݈ଵ cos ߮ଵ +݈ଶ cos ߮ଶ =݈ଷ cos ߮ଷ + ݈ସ cos ߮ସ
݈ଵ sin ߮ଵ + ݈ଶ sin ߮ଶ =݈ଷ sin ߮ଷ + ݈ସ sin ߮ସ

ϕ3
D
H phương trình
đ i s phi tuy n

߮ଶ và ߮ଷ là các n s
4

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

2.1 Phân tích động học

2.1 Phân tích động học

2.1.1 Bài toán vị trí

5

2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc

b) Phương pháp tính toán

a) Phương pháp tính toán

– Phương pháp giải tích

– Phương pháp giải tích
– Phương pháp họa đồ véc tơ (vẽ)
– Phương pháp Tâm quay (vận tốc) tức thời

H phương trình
đ i s phi tuy n
݈ଵ cos ߮ଵ +݈ଶ cos ߮ଶ =݈ଷ cos ߮ଷ + ݈ସ cos ߮ସ
݈ଵ sin ߮ଵ + ݈ଶ sin ߮ଶ =݈ଷ sin ߮ଷ + ݈ସ sin ߮ସ
߮ଶ và ߮ଷ là các n s

Pp g n đúng(*):
- Cung chia đôi
- Dây cung
- Ti p tuy n (Newton-Raphson)
Pp chính xác cho cc H ng 2 (**)

L nh “fzero” trong Matlab s d ng k t h p 2 phương pháp Cung chia đôi và Dây cung

(*) Đinh văn Phong, Phương pháp s trong cơ h c, 1999.
(**) Đinh Gia Tư ng, T Khánh Lâm, Nguyên lý máy, 2000.
Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

6

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

7

2

2.1 Phân tích động học

2.1 Phân tích động học

2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc

2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc
c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ

b) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp giải tích

෍ ݉௜ + ݉௎ = ෍ ݊௝ + ݊௏ = ‫ݔ‬
Ԧ

݈ଵ cos ߮ଵ +݈ଶ cos ߮ଶ =݈ଷ cos ߮ଷ + ݈ସ cos ߮ସ
݈ଵ sin ߮ଵ + ݈ଶ sin ߮ଶ =݈ଷ sin ߮ଷ + ݈ସ sin ߮ସ

Phương trình v trí
݉௜ đã bi t

Đ o hàm Phương trình v trí theo th i gian:
Phương trình v n t c

− ݈ଶ sin ߮ଶ
݈ଶ cos ߮ଶ

݈ଷ sin ߮ଷ
−݈ଷ cos ߮ଷ

Phương trình gia t c
− ݈ଶ sin ߮ଶ
݈ଶ cos ߮ଶ

݈ଷ sin ߮ଷ
−݈ଷ cos ߮ଷ

߱ଶ
sin ߮ଵ
߱ଷ = ߱ଵ ݈ଵ −cos ߮ଵ

cos ߮ଵ
ߝଶ
sin ߮ଵ
ଶ
ߝଷ = ߝଵ ݈ଵ −cos ߮ଵ + ߱ଵ ݈ଵ sin ߮ଵ
cos ߮ଶ
cos ߮ଷ
+ ߱ଶ ଶ ݈ଶ sin ߮ − ߱ଷ ଶ ݈ଷ sin ߮
ଶ
ଷ

݊௝ đã bi t
8

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

݉௎ ch bi t PHƯƠNG

‫ݔ‬
Ԧ

P

݊௏ ch bi t PHƯƠNG
9

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

2.1 Phân tích động học

2.1 Phân tích động học

2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc

2.1.2 Bài toán vận tốc/gia tốc

c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ
•

c) Ví dụ: cơ cấu 4 khâu bản lề / Phương pháp họa đồ véc-tơ
•

Hai điểm A, B thuộc cùng một khâu

r r r
vB = vA + vBA
r
vBA là v n t c tương đ i c a
B đ i v iA
r
vBA ⊥ BA, chi u thu n theo ω
vBA = ωl AB

r
r r
r r n rt
aB = a A + aBA = a A + aBA + aBA
r
aBA là gia t c tương đ i c a B đ
rn v i A
i
tuy
aBA gia t c tương đ n pháp 2 n,
hư ng B -> A; aBA = ω ⋅ l AB
rt
aBA gia t c tương đ i ti p tuy n,
⊥ BA, chi u thu n theo ε

i

Hai điểm B1 và B2 thuộc 2 khâu khác nhau

r
r
r
vBi = vBk + v Br B

i k

r
v Br B

i k

v n t c tương đ i c a
Bi đ i v i Bk; // v i
phương c/đ tương đ i

t
aBA = ε l AB
Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

10

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

r
r
rk
rr
aBi = aBk + aBi Bk + aBi Bk

rr
aBi Bk gia t c trong chuy n đ ng
tương đ i c a Bk và Bi

r k gia t c Cô-ri-ô-lít trong chuy n
aBi Bk
đ ng tương đ i c a Bk và Bi
r
rk
r
aBi Bk = 2ω × vBi Bk
11

3

2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng

2.2 Tổng động học cơ cấu 4 khâu phẳng

2.2.1 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá
• Xét cơ cấu 4 khâu bản lề:
Tìm điều kiện để khâu 1 có thể
quay toàn vòng

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

C
2

C
2
1

1
3

B

A

A

4

12

12

D

4

D

݈ − ݈ସ ≥ ݈ଶ − ݈ଷ
൜ ଵ
݈ଵ + ݈ସ ≤ ݈ଶ + ݈ଷ
Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

3

B

Mi n v i t i c a B2
(nhóm k2,k3)

13

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng

2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng

2.2.1 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá

2.2.2 Hệ số về nhanh

• Định lý Grashof: nếu

lmin + lmax ≤ ∑ li

• Góc lắc của khâu 3:

(i: các khâu còn l i)

s t n t i khâu quay toàn vòng

Cd

lmin = l1 < l2 < l4 < l3 = lmax

Ví d :
C

4

khâu 1 quay toàn vòng
Khâu 3 là c n l c

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

A

4

3

B
1

3

B
1
D

K=

2

2

3

B
1

• H s v nhanh

C

C

2

A

β = ∠Cv DCd

D

khâu 1 quay toàn vòng
Khâu 2, 4 là c n l c

A

ϕd 180o + Ψ
=
ϕv 180o − Ψ

ϕd

4

ϕd + ϕv = 360

D

Bd

Cv

Ψ

B
1

3

Bv
4

A
o

2

D

ω1

ACd = l1 + l2
Khâu 2, 4 quay toàn vòng

14

ACv = l2 − l1

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

15

4

2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng

2.2 Tổng hợp động học cơ cấu 4 khâu phẳng

2.2.3 Thiết kế quỹ đạo

2.2.4 Góc truyền động

Cơ c u WATT
(James Watt)
đư c dùng trong ô-tô
l2

B
l1

A

16

C

l3
ϕ1

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

ϕ2

Bài 2: Phân tích đ ng h c cơ c u

l4

Góc truy n đ ng càng
l n, hi u su t truy n
đ ng càng cao
ϕ3

D

17

5