›
›

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 6: Chuyển động thực & điều chỉnh chuyển động máy - Bùi Trọng Hiếu

Download
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
Chöông 6  
CHUYEÅN ÑOÄNG THÖÏC VAØ ÑIEÀU CHÆNH  
CHUYEÅN ÑOÄNG MAÙY  
6.1. ÑAÏI CÖÔNG  
- Khi maùy laøm vieäc döôùi taùc duïng cuûa caùc löïc, maùy coù moät chuyeån ñoäng nhaát ñònh goïi laø  
chuyeån ñoäng thöïc cuûa maùy. Vieäc xaùc ñònh chuyeån ñoäng thöïc cuûa maùy döôùi taùc duïng cuûa caùc  
löïc laø moät vaán ñeà cô baûn cuûa ñoäng löïc hoïc maùy. Caàn phaûi xaùc ñònh vaän toác thöïc cuûa maùy taïi  
moät thôøi ñieåm baát kyø.  
- Chuyeån ñoäng cuûa caùc khaâu trong maùy hoaøn toaøn xaùc ñònh khi bieát chuyeån ñoäng cuûa khaâu  
daãn. Do ñoù ñeå bieát chuyeån ñoäng thöïc cuûa maùy, ta chæ caàn xeùt chuyeån ñoäng thöïc cuûa khaâu daãn.  
- Vaän toác thöïc cuûa khaâu daãn phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö löïc taùc duïng, khoái löôïng, vò trí  
khoái taâm, … neân chaéc chaén seõ thay ñoåi so vôùi yù muoán ban ñaàu. Vì vaäy ta phaûi xaùc ñònh vaän  
toác thöïc 1 cuûa khaâu daãn ñieàu chænh noù theo yeâu caàu laøm vieäc cuûa maùy.  
- Ñieàu chænh chuyeån ñoäng thöïc cuûa maùy bao goàm 2 noäi dung:  
Laøm ñeàu chuyeån ñoäng maùy: laøm giaûm bieân ñoä dao ñoäng cuûa vaän toác thöïc 1 , töùc laø  
1 thay ñoåi ít quanh giaù trò trung bình tb  
.
Tieát cheá chuyeån ñoäng maùy: laøm cho vaän toác maùy thay ñoåi coù chu kỳ (duy trì tb ), töùc  
laø duy trì söï caân baèng giöõa coâng caùc löïc phaùt ñoäng vaø coâng caùc löïc caûn ñeå maùy  
chuyeån ñoäng bình oån.  
6.2. PHÖÔNG TRÌNH CHUYEÅN ÑOÄNG MAÙY  
1. Phöông trình ñoäng naêng  
- Phöông trình ñoäng naêng cuûa moät cô heä coù daïng:  
A  E  
(6.1)  
.
trong ñoù,  
A
: coâng cuûa taát caû caùc löïc taùc duïng leân cô caáu trong khoaûng thôøi gian (t0 ,t )  
E : ñoä bieán thieân ñoäng naêng cuûa cô heä trong khoaûng thôøi gian (t0 ,t )  
.
- Löïc taùc duïng leân maùy ñöôïc chia laøm hai loaïi:  
Löïc phaùt ñoäng: löïc phaùt ñoäng cuûa ñoäng cô.  
Löïc caûn: löïc caûn kyõ thuaät, löïc ma saùt, troïng löôïng caùc khaâu, …  
- 90 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
- Löïc phaùt ñoäng taïo neân coâng ñoäng Añ 0. Löïc caûn taïo neân coâng caûn Ac 0. Neân toång  
coâng taùc duïng leân maùy seõ laø A Añ Ac . Do ñoù phöông trình ñoäng naêng seõ laø:  
Añ Ac  E  
(6.2)  
- Caùc thoâng soá Añ , Ac , E ñöôïc xaùc ñònh theo caùc thoâng soá ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô  
caáu hay maùy nhö kích thöôùc, khoái löôïng, löïc taùc duïng, vaän toác, moment quaùn tính caùc khaâu.  
a. Tính coâng cuûa löïc phaùt ñoäng:  
- Moment löïc phaùt ñoäng Md taùc duïng leân khaâu daãn chuyeån ñoäng vôùi vaän toác goùc 1 seõ  
gaây ra coâng suaát:  
dAd  
Nd   
Md 1 Md 1  
(6.3)  
dt  
- Coâng cuûa löïc phaùt ñoäng trong khoaûng thôøi gian (t0 ,t )  
:
t
t
(6.4)  
A N dt M dt M d  
d
d
d
1
d
to  
to  
o  
trong ñoù, 0 (t0 ) : vò trí cuûa khaâu daãn öùng vôùi thôøi ñieåm t0  
(t): vò trí cuûa khaâu daãn öùng vôùi thôøi ñieåm  
d1 dt : goùc quay cuûa khaâu daãn trong khoaûng thôøi gian dt  
,
t
,
.
b. Tính coâng cuûa caùc löïc caûn:  
- Xeùt maùy coù khaâu, khaâu thöù  
laø vaän toác ñieåm ñaët löïc vaø k laø vaän toác goùc khaâu  
suaát töùc thôøi cuûa caùc löïc caûn treân khaâu laø:  
Nk P vk Mk k  
n
k
chòu taùc duïng löïc caûn  
P
vaø moment caûn Mk . Goïi vk  
k
P
k
. Taïi thôøi ñieåm ñang xeùt, coâng  
k
k
(6.5)  
k
- Coâng suaát töùc thôøi cuûa taát caû caùc löïc caûn treân taát caû caùc khaâu laø:  
n
n
   
N N   
P v M   
(6.6)  
c
k
k
k
k
k
k1  
k1  
- Coâng cuûa taát caû caùc löïc caûn trong khoaûng thôøi gian (t0 ,t ) laø:  
t
t
n
  
P v M   
dt  
(6.7)  
A N dt   
c
c
k
k
k
k
k1  
to  
to  
- 91 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
c. Tính ñoä bieán thieân ñoäng naêng:  
- Goïi mk  
k
Jk laø khoái löôïng vaø moment quaùn tính ñoái vôùi khoái taâm cuûa khaâu thöù vS  
, ; ,  
k
k laø vaän toác khoái taâm vaø vaän toác goùc khaâu thöù  
k k  
. Ñoäng naêng khaâu thöù laø:  
1
Ek   
mk vS2 Jk k2  
(6.8)  
k
2
- Toång ñoäng naêng toaøn maùy:  
n
n
1
E E   
2   
m v2 J 2  
(6.9)  
k
k
Sk  
k
k
k1  
k1  
- Bieán thieân ñoäng naêng trong khoaûng thôøi gian (t0 ,t )  
:
t
n
n
1
1
E E E  
t0  
m v2 J 2  
m v2 J 2   
2   
(6.10)  
2   
k
Sk  
k
k
k
Sk  
k
k
t
k1  
k1  
to  
o  
d. Phöông trình ñoäng naêng  
Thay caùc phöông trình (6.4), (6.7) vaø (6.10) vaøo (6.2) ta ñöôïc phöông trình ñoäng naêng cho  
toaøn maùy:  
m v2 J 2   
(6.11)  
t
n
n
1
  
2   
Md d  
P v M   
dt   
k
k
k
k
k
Sk  
k
k
k1  
k1  
o  
to  
o  
Trong phöông trình (6.11),  
P
,
Mk  
,
mk , Jk laø nhöõng ñaïi löôïng cho tröôùc, coøn vk , vS ,  
k
k
k laø nhöõng ñaïi löôïng phuï thuoäc vaøo vaän toác khaâu daãn 1 vaø vò trí  
cuûa cô caáu, töùc laø:  
vk vk (1,)  
vS vS (1,)  
(6.12)  
k
k
k k (1,)  
Thay quan heä (6.12) vaøo (6.11) ta ñöôïc phöông trình bieåu dieãn quan heä vaän toác goùc 1  
cuûa khaâu daãn vôùi vò trí cuûa cô caáu:  
1 1()  
Trong thöïc teá, caùc bieåu thöùc (6.12) khaù phöùc taïp neân caùch giaûi quyeát treân gaëp khoù khaên. Ñeå  
traùnh khoù khaên naøy, ta seõ bieán ñoåi vaø ñöa ra nhöõng khaùi nieäm môùi.  
- 92 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
2. Ñaïi löôïng thay theá – Khaâu thay theá  
a. Moment thay theá caùc löïc caûn:  
- Coâng cuûa caùc löïc caûn (6.7) coù theå vieát döôùi daïng:  
t
n
P  
vk  
k  
1  
A   
Mk  
1 dt  
c
k
1  
k1  
to  
n
vk  
k  
1  
P  
Mk  
d  
(6.13)  
(6.14)  
(6.15)  
k 1  
k1  
o  
- Bieåu thöùc döôùi daáu tích phaân ñoùng vai troø moät moment neân ta ñaët:  
n
vk  
k  
1  
M   
P
Mk  
  
c
k 1  
k1  
Mc ñöôïc goïi laø moment caûn thay theá caùc löïc caûn. Phöông trình (6.13) trôû thaønh:  
A M d  
c
c
o  
- Ñònh nghóa: Moment thay theá caùc löïc caûn laø moät moment ñaët treân khaâu thay theá (ôû ñaây laø  
khaâu daãn) maø taùc duïng cuûa noù (veà phöông dieän gaây ra chuyeån ñoäng) thay theá cho taùc duïng  
cuûa caùc löïc caûn  
P
vaø caùc moment caûn Mk ñaët treân taát caû caùc khaâu. Mc hoaøn toaøn xaùc  
k
vk  
k  
ñònh theo (6.14) vì caùc tæ soá  
vaø  
khoâng phuï thuoäc vaøo giaù trò 1  
.
Mc coù giaù trò  
1  
1  
döông thì Mc cuøng chieàu vôùi 1 vaø töông öùng ngöôïc laïi.  
- Töø (6.14) ta coù:  
n
  
M   
P v M   
(6.16)  
c
1
k
k
k
k
k1  
Bieåu thöùc (6.16) noùi leân ñieàu kieän thay theá cuûa Mc laø baûo toaøn coâng suaát, töùc laø coâng suaát  
cuûa moment thay theá caùc löïc caûn baèng toång coâng suaát cuûa caùc löïc caûn  
P
vaø coâng suaát cuûa  
k
caùc moment caûn Mk ñöôïc noù thay theá.  
- 93 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
b. Moment quaùn tính thay theá:  
- Bieán thieân ñoäng naêng (6.10) coù theå vieát döôùi daïng:  
vS2  
12  
1
k2  
12  
n
2
k
mk  
E   
Jk  
1  
(6.17)  
(6.18)  
2 k1  
o  
- Bieåu thöùc trong ngoaëc ñoùng vai troø moät moment quaùn tính neân ta ñaët:  
vS2  
12  
k2  
12  
n
k
J   
mk  
Jk  
  
k1  
J
goïi laø moment quaùn tính thay theá caùc khoái löôïng mk vaø moment quaùn tính Jk . Phöông  
trình (6.17) trôû thaønh:  
1
E J12  
(6.19)  
2
o  
- Ñònh nghóa: Moment quaùn tính thay theá laø moät moment quaùn tính ñaët treân khaâu daãn maø taùc  
duïng cuûa noù (veà phöông dieän quaùn tính) thay theá cho taùc duïng cuûa caùc khoái löôïng mk vaø  
moment quaùn tính Jk ñaët treân taát caû caùc khaâu.  
bieát giaù trò 1  
- Töø (6.18) ta coù:  
J
hoaøn toaøn xaùc ñònh theo (6.18) khi chöa  
.
n
1
2
1
J12   
m v2 J 2  
(6.20)  
k
Sk  
k
k
2 k1  
Bieåu thöùc (6.20) noùi leân ñieàu kieän thay theá cuûa  
J laø baûo toaøn ñoäng naêng, töùc laø ñoäng naêng  
cuûa moment quaùn tính thay theá baèng toång ñoäng naêng cuûa caùc khoái löôïng mk vaø moment  
quaùn tính Jk maø noù thay theá.  
c. Khaâu thay theá:  
- Phöông trình ñoäng naêng cuûa maùy coù theå vieát döôùi daïng:  
1
Md dMc dJ12  
(6.21)  
2
o  
o  
o  
- 94 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
Ñaây laø phöông trình ñoäng naêng vieát cho moät khaâu chòu taùc duïng cuûa moment ñoäng Md  
,
moment thay theá caùc löïc caûn Mc , coù moment quaùn tính baèng moment quaùn tính thay theá  
vaø chuyeån ñoäng vôùi vaän toác goùc 1 . Khaâu naøy ñöôïc goïi laø khaâu thay theá cuûa maùy.  
J
- Ñeå xaùc ñònh chuyeån ñoäng thöïc cuûa maùy (ñoái vôùi maùy coù 1 baäc töï do), ta chæ caàn xaùc ñònh  
chuyeån ñoäng thöïc cuûa khaâu thay theá baèng caùch thu goïn caùc ñaïi löôïng: löïc caûn, moment quaùn  
tính cuûa taát caû caùc khaâu veà ñaët treân khaâu thay theá vaø vieát phöông trình ñoäng naêng cuûa khaâu  
thay theá vôùi caùc ñaïi löôïng thay theá naøy.  
- Coù theå thay theá caùc löïc phaùt ñoäng, löïc caûn, khoái löôïng, moment quaùn tính cuûa taát caû caùc  
khaâu baèng caùc ñaïi löôïng thay theá ñaët treân moät khaâu baát kyø (khaâu thay theá). Thoâng thöôøng,  
khaâu daãn ñöôïc choïn laøm khaâu thay theá. Töø chuyeån ñoäng thöïc cuûa khaâu daãn, ta seõ xaùc ñònh  
chuyeån ñoäng thöïc cuûa maùy.  
6.3. CHUYEÅN ÑOÄNG THÖÏC CUÛA MAÙY  
1. Cheá ñoä chuyeån ñoäng cuûa maùy  
- Khi maùy hoaït ñoäng, vaän toác maùy noùi chung bieán thieân, ta phaân bieät caùc cheá ñoä chuyeån ñoäng  
sau:  
. Chuyeån ñoäng bình oån: vaän toác goùc cuûa khaâu daãn bieán thieân coù chu kyø.  
. Chuyeån ñoäng khoâng bình oån: vaän toác goùc cuûa khaâu daãn bieán thieân khoâng coù chu kyø.  
1  
tb  
O
l a ø m v i e ä c  
(b ì n h) o å n  
t a é t m a ù y  
k h ô û i ñ o ä n g  
(t a ê n g ) d a à n  
(g i a û m ) d a à n  
Hình 6.1  
- Trong giai ñoaïn maùy chuyeån ñoäng bình oån, sau moät thôøi gian  
T hay sau moät goùc quay   
cuûa khaâu daãn, vaän toác cuûa maùy laïi trôû veà trò soá ban ñaàu.  
cuûa maùy.  
T
vaø  
goïi laø chu kyø ñoäng löïc hoïc  
- 95 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
- Ñoái vôùi caùc maùy noùi chung, giai ñoaïn chuyeån ñoäng bình oån chính laø giai ñoaïn maùy laøm vieäc,  
(trong giai ñoaïn naøy 1 bieán thieân coù chu kyø vaø dao ñoäng quanh tb ), coøn giai ñoaïn khoâng  
bình oån öùng vôùi luùc khôûi ñoäng maùy (1 taêng daàn) vaø luùc taét maùy (1 giaûm daàn) nhö hình 6.1.  
a. Cheá ñoä chuyeån ñoäng bình oån  
- Từ phương trình động năng (6.21), ta suy ra:  
J(o )  
J()  
2
1()   
12 (o )   
(Md Mc )d  
(6.22)  
J()   
o
- Nếu  
J
là hằng số và tổng công động với công cản luôn luôn bằng không, tức laø:  
J(o )  
J()  
1  
J const  
(Md Mc )d0  
  
  
(6.23)  
  
(Md Mc )d0  
o  
  
o
thì 1() 1(o ) , nghóa là maùy chuyeån ñoäng đều (bình oån) vôùi vaän toác ñeàu 1 const  
- Nếu khác hằng số và tổng công động với công cản khác không, tức laø:  
.
J
J const  
(Md Mc )d0  
  
(6.24)  
  
o  
thì 1() 1(o ) , nghĩa là máy chuyển động không đều, nhưng nếu sau những thời gian nhất  
định đồng thời tồn tại:  
J(o )  
J()  
J trôû laïi giaùtrò cuõ:  
1  
(6.25)  
là chu  
(Md Mc )d0  
o  
thì máy chuyển động bình ổn, tức là vận tốc góc khâu dẫn biến thiên có chu kỳ.  
Điều kiện đầu được thỏa mãn vì là đại lượng biến thiên có chu kỳ. Chu kỳ của  
kỳ động học , tức là:  
J
J
J(o ) J(o n)  
(n 1,2,3,)  
- 96 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
Yêu cầu phải có Ađ A triệt tiêu có chu kỳ, tức là các lực tác dụng lên máy biến thiên có  
c
chu kỳ. Gọi chu kỳ triệt tiêu Ađ A là  
A , tức là:  
c
mA  
(Md Mc )d0 (m 1,2,3,)  
o  
Như vậy sau chu kỳ (là bội số chung nhỏ nhất của  
là những số nguyên), ta có:  
và A  
:
p.q.A với p,q  
J(o ) J(o p) J(o )  
(6.26)  
  
qA  
(Md Mc )d(Md Mc )d0  
o  
o  
Thay (6.26) vào (6.22), ta có:  
1(o ) 1(o )  
nghĩa là vận tốc góc khâu dẫn biến thiên có chu kỳ. Chu kỳ của vận tốc góc khâu dẫn chính là  
và được gọi là chu kỳ động lực học.  
* Chu kỳ động lực học không những phụ thuộc vào chu kỳ động học  
vào chu kỳ lực tác dụng A  
mà còn phụ thuộc  
.
b. Cheá ñoä chuyeån ñoäng không bình oån  
Xét trong một chu kỳ động học  
:
o   
J(o )  
J(o )  
2
1(o )   
12 (o )   
(Md Mc )d  
J(o )  
o  
(6.27)  
o   
2
12 (o )   
(Md Mc )d  
J(o )  
o  
- Nếu A A 0 thì khi  
J
trở lại giá trị cũ vận tốc góc khâu dẫn tăng lên:  
d
c
o  
(Md Mc )d0 1(o ) 1(o )  
o  
tức là vận tốc góc khâu dẫn tăng lên sau mỗi chu kỳ động học. Nếu  
góc khâu dẫn luôn luôn tăng.  
J
là hằng số thì vận tốc  
- 97 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
- Nếu A A 0 thì khi  
J
trở lại giá trị cũ vận tốc góc khâu dẫn giảm xuống:  
d
c
o  
(Md Mc )d0 1(o ) 1(o )  
o  
tức là vận tốc góc khâu dẫn giảm xuống sau mỗi chu kỳ động học. Nếu  
góc khâu dẫn luôn luôn giảm.  
J
là hằng số thì vận tốc  
2. Xác định chuyển động thực của máy:  
- Phương trình động năng (6.22) có thể viết lại dưới dạng:  
12 (o )  
2
(M M )d  
1()   
J(o )  
(6.28)  
d
c
J()  
2
o  
E()  
J()  
1() 2  
trong đó:  
E() E(o ) E(o )  
1
E(o ) J(o )12 (o )  
: động năng ở vị trí o ,  
2
cngn)d: biến thiên động năng giữa hai vị trí  
và o .  
E() (M M  
o
o  
- Nếu các hàm Md ()  
,
Mc () và J() cho ở dạng giải tích thì ta thay vào (6.28) và giải  
bằng giải tích.  
- Nếu các hàm Md ()  
, Mc () và J() cho ở dạng bảng số hay dạng đồ thị thì ta có thể xác  
định vận tốc góc khâu dẫn bằng phương pháp số hoặc phương pháp đồ thị.  
a. Phương pháp số:  
M Md Mc  
b
M(i1  
)
O
a
P
Mtb  
M(i )  
Q
i1  
N
i  
Hình 6.2  
- 98 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
- Phương trình (6.28) có thể viết lại dưới dạng:  
i1  
12 (i )  
2
(M M )d  
1(i1)   
1(i1)  
J(i )  
d
c
J(i1)  
2
i  
2
[E(i )  E(i )]  
(6.29)  
J(i1)  
trong đó i và i1 là hai vị trí kề nhau và khoảng i1 i đủ nhỏ (Hình 6.2).  
Trình tự tiến hành phương pháp số:  
Vẽ họa đồ vận tốc của cơ cấu với nhiều vị trí  
 
cho cả một chu kỳ động học . Sử  
dụng các công thức (6.14) và (6.18) để tính moment thay thế các lực cản Mc và  
moment quán tính thay thế  
bảng.  
J
ứng với các vị trí . Số liệu tính được có thể lập thành  
Tính giá trị Mđ ứng với từng vị trí  
.
Tính giá trị M Mc Mđ ứng với từng vị trí  
.
Vì khoảng i1 i đủ nhỏ nên có thể coi gần đúng  
M
là hằng và có giá trị là giá trị  
trung bình cộng của hai giá trị ở biên, tức là:  
1
M [M(i1) M(i )](i1 i )  
2
nghĩa là trong khoảng i1 i ta đã thay đường cong  
M
từ đoạn cong ab bằng  
i1  
đoạn thẳng OP . Như vậy M dđược biểu diễn bằng diện tích hình ONQP như hình.  
i  
i1  
1
E(i ) M d[M(i1) M(i )](i1 i )  
(6.30)  
2
i  
Đầu tiên chọn vị trí i là vị trí đã biết 1(i ) nên tính được E(i ) . Thay giá trị  
E(i )  
,
J (i1)  
,
E(i ) đã tính được ở bảng số vào công thức (6.20) ta có được  
1(i3) , …  
1(i1) . Tiếp tục như trên ta có được 1(i2 )  
,
- 99 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
Vò trí cô caáu  
m 1 A  
Jm  
n 1   
J1  
1  
2  
n 1   
Jn J1  
Mcn  
Ñaïi löôïng  
Moment quaùn tính thay theá  
J
J1  
J2  
Moment thay theá caùc luïc caûn Mc Mc1 Mc2  
Mc1  
Mc1  
Moment ñoäng  
Toång moment  
Md Md1 Md 2  
Md1  
Md1  
Mdn  
M = Md + Mc  
M1  
E1  
E1  
M2  
E2  
E2  
Mn  
M1  
M1  
Bieán thieân ñoäng naêng  
Ñoäng naêng  
E  
En  
Em  
E1  
Em  
E1  
E
En  
1 1(1) 1(2 )  
1(m)  
1(1)  
Vaän toác goùc khaâu daãn  
1(n)  
b. Phương pháp đồ thị:  
Các bước tiến hành:  
Từ số liệu 3 dòng đầu của bảng số liệu ta xây dựng các đồ thị J()  
Cộng đồ thị Mc () với Md () ta được đồ thị M()  
, Mc () và Md ().  
.
Tích phân đồ thị M() → Đồ thị E()  
Cộng đồ thị E() với động năng ban đầu E(0 ) ta được đồ thị E() . Thông  
thường, chọn vị trí ban đầu là vị trí bắt đầu chuyển động 1(0 ) 0 nên E(0 ) 0  
Do đó, đồ thị E() cũng chính là đồ thị E()  
.
.
.
Xây dựng đồ thị E(J) từ hai đồ thị J() và E() : với cùng một giá trị i như  
nhau, hai đồ thị E() và J() cho ta hai giá trị Ei và  
điểm trên hệ tọa độ EOJ  
J
i , nghĩa là xác định một  
.
Toàn bộ quá trình xây dựng các đồ thị như hình 6.3.  
- 100 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
M (M  
)
Mc ()  
Md ()  
M ()  
0
3
5
6
7
8
9
10  
13 15 16 17 18 19  
14  
1
2
4
11 12  
E (E  
)
E (E  
)
13  
5 9  
4
17  
18  
8
12  
6
2
1014  
3
71115  
16  
max  
1
0
3
5
6
7
8
9
10  
13  
15 16 17 18 19  
19  
J (J )  
1
2
4
11 12  
14  
min 0  
Khởi động  
Bình ổn  
Tắt máy  
Hình 6.3  
- Vì động năng  
E(J) là một đường cong kín, gọi là đường cong Wittenbauer. Sử dụng đường cong kín này để  
tính vận tốc góc khâu dẫn 1  
E
J
và moment quán tính thay thế là những đại lượng có chu kỳ nên đồ thị  
.
()  
E
E
K
yK  
max  
K  
min  
O
xK  
()  
J
J
Hình 6.4  
Trên đường cong E(J) lấy một điểm  
trong đó:  
K
bất kỳ. Theo hình 6.4, ta có:  
yK  
tgK  
(6.31)  
xK  
E(K )  
yK   
E  
(6.32)  
J(K )  
xK   
J  
- 101 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
với E(K )  
J(K ) : động năng và moment quán tính ứng với trạng thái của máy tại điểm K  
, ,  
E  
,
J  
: tỉ lệ xích các trục E, J  
.
Từ công thức (6.31) và (6.32) ta suy ra:  
E(K )   
E  
J  
J(K )tgK  
(6.33)  
(6.34)  
Thay (6.33) vào (6.29) ta có:  
E  
1(K ) 2  
tgK  
J  
Với nhiều vị trí của điểm  
K
trên cả đường cong E(J) ta có nhiều giá trị K và xác định giá  
trị 1(K ) theo (6.33) cho cả một chu kỳ làm việc bình ổn của máy.  
6.4 LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG MÁY  
1. Hệ số không đều:  
- Phöông trình chuyeån ñoäng của maùy döôùi daïng vi phaân:  
1
dJ  
d1  
dt  
Md Mc 12  
J  
(6.35)  
(6.36)  
2
d  
Gia tốc góc của khâu dẫn là:  
1
dJ  
Md Mc 12  
d1  
2
d  
1   
dt  
J
- Ñeå maùy chuyeån ñoäng ñeàu thì:  
1
dJ  
1 0 Md Mc 12  
0  
(6.37)  
2
d  
- Nói chung, đieàu kieän treân khoâng theå thoûa vì Md , Mc và  
J
thay đổi trong quá trình làm  
việc 1 0 , nên trong giai ñoaïn chuyeån ñoäng bình oån, vaän toác maùy dao ñoäng trong khoaûng  
1min 1max  
.
- 102 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
- Ñeå ñaùnh giaù tính chuyeån ñoäng khoâng ñeàu cuûa vận tốc góc khâu dẫn, người ta đưa ra đại lượng  
gọi là heä soá khoâng ñeàu:  
1max 1min  
tb  
  
(6.38)  
1max 1min  
tb   
(6.39)  
2
- Máy được xem là chuyển động đều khi hệ số không đều nhỏ hơn một giá trị cho phép [] gọi  
là hệ số không đều cho phép. [] ñöôïc quy ñònh tieâu chuaån cho töøng loaïi maùy. Ví dụ:  
1
1
maùy cắt kim loại: []   
,
20 50  
1
1
maùy bôm  
:
[]    
5 30  
,
1
1
động cơ đốt trong: []   
, …  
80 150  
- Như vậy để đảm bảo yêu cầu làm việc, máy phải chuyển động với vận tốc góc trung bình tb  
và hệ số không đều cho phép [], nghĩa là vận tốc góc của khâu dẫn chỉ thay đổi từ giá trị nhỏ  
nhất cho phép đến giá trị lớn nhất cho phép (xác định theo tb và []).  
[1max ][1min  
]
]
[]   
(6.40)  
tb  
[1max ][1min  
tb   
(6.41)  
(6.42)  
2
[]  
2
[max ] 1  
tb   
1min  
2. Làm đều chuyển động máy:  
a. Biện pháp làm đều:  
- Moment quán tính  
J laø moät bieåu thöùc phuï thuoäc vào cô caáu: J J0 J(), với J0 là  
phaàn moment quaùn tính coá ñònh, và J() là phaàn moment quaùn tính thay ñoåi theo  
Như vậy:  
.  
1
Md Mc 12  
2
dJ()  
d  
dJ  
d
dJ()  
d  
[Jo J()]   
1   
(6.43)  
dd  
Jo J()  
- 103 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
- Ñeå laøm ñeàu chuyeån ñoäng maùy, tức là laøm giaûm gia toác 1 , ta coù theå taêng moment quaùn tính  
coá ñònh J0 baèng caùch laép moät khoái löôïng phuï goïi laø baùnh ñaø (hay voâ laêng) leân khaâu daãn.  
Baùnh ñaø coù taùc duïng tích tröõ naêng löôïng khi Ad A vaø giaûi phoùng naêng löôïng khi Ad A  
,
c
c
nghóa laø baùnh ñaø laøm nhieäm vuï phaân phoái naêng löôïng trong caùc giai ñoaïn chuyeån ñoäng cuûa  
moät chu kyø laøm vieäc oån ñònh ñeå vaän toác goùc ñeàu hôn.  
- Goïi Jd laø moment quaùn tính cuûa baùnh ñaø laép treân khaâu thay theá (thöôøng choïn khaâu daãn).  
Sau khi laép baùnh ñaø, moment quaùn tính thay theá cuûa heä seõ laø:  
J Jo J()Jd  
(6.44)  
- Neáu baùnh ñaø laép treân moät khaâu naøo ñoù coù vaän toác goùc x thì sau khi laép baùnh ñaø, moment  
quaùn tính thay theá cuûa heä seõ laø:  
2  
1  
Jo J() Jd'  
(6.45)  
x   
J Jo J() Jd  
2  
1  
trong ñoù Jd' Jd  
laø moment quaùn tính thay theá cuûa baùnh ñaø treân khaâu thay theá.  
x   
Chuù yù: Baùnh ñaø laép treân khaâu quay caøng nhanh caøng toát, töùc laø khaû naêng tích luõy (hay giaûi  
phoùng) naêng löôïng caøng lôùn.  
b. Xác định moment quán tính cần thiết của bánh đà: (dùng phương pháp Wittenbauer)  
Baøi toaùn: Cho tröôùc caùc haøm Md ()  
moment quaùn tính caàn thieát cuûa baùnh ñaø Jd ñeå ñaûm baûo cho maùy laøm vieäc vôùi vaän toác goùc  
tb vaø heä soá khoâng ñeàu cho pheùp []  
, Mc () vaø J() döôùi daïng ñoà thò. Xaùc ñònh  
.
t2  
E (E )  
E (E )  
t1  
max  
min  
a
b
max  
J (J )  
O
min  
O
P
J (J )  
Jd  
Hình 6.5  
- 104 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
. Sau khi laép baùnh ñaø, J() vaø E() taêng leân moät löôïng E và J . Ta coù theå chöùng  
minh caùc ñaïi löôïng E và J laø haèng soá, khoâng phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa cô caáu.  
Nghóa laø daïng ñöôøng cong E E(J) khoâng thay ñoåi, chæ coù heä truïc toïa ñoä chuyeån dòch  
moät ñoaïn E và J Jd . Goác  
O
dòch veà goác O' maø khoaûng caùch töø O' ñeán truïc  
E
bieåu dieãn cho giaù trò Jd cuûa baùnh ñaø.  
. Giaû söû ñaõ xaùc ñònh ñöôïc ñieåm O'. Töø O' keû hai tieáp tuyeán t1, t2 laàn löôït tieáp xuùc vôùi  
phía döôùi vaø phía treân cuûa ñöôøng cong E(J) , ta coù caùc goùc max  
.
min  
Theo (6.34), ta tính ñöôïc:  
E  
J  
tgmax  
min  
max 2  
(6.46)  
1min  
Neáu baùnh ñaø ñaõ thoûa maõn yeâu caàu laøm vieäc cuûa maùy, töùc laø giaù trò vaän toác goùc khaâu daãn  
sau khi laép baùnh ñaø baèng giaù trò vaän toác goùc cho pheùp:  
max  
max  
(6.47)  
1min  
1min  
[]2  
4
Thay (6.42), (6.46) vaøo (6.47) vaø boû ñi voâ cuøng beù baäc cao  
ta nhaän ñöôïc:  
J  
2E  
t2b  
1[]  
(6.48)  
tgmax  
min  
. Moment quaùn tính caàn thieát cuûa baùnh ñaø ñöôïc xaùc ñònh theo caùc böôùc sau:  
- Xaây döïng ñoà thò E(J) töø caùc ñoà thò Md () Mc () vaø J()  
,
.
- Xaùc ñònh caùc goùc max theo coâng thöùc (6.48).  
min  
- Veõ caùc tieáp tuyeán t1, t2 laàn löôït tieáp xuùc vôùi phía döôùi, phía treân cuûa ñöôøng cong  
J nhöõng goùc max .  
min  
E(J) vaø taïo vôùi truïc  
- Hai tieáp tuyeán t1, t2 giao nhau cho ta ñieåm O'. Khoaûng caùch töø O' ñeán truïc  
bieåu dieãn cho giaù trò Jd cuûa baùnh ñaø:  
E
ab  
Jd JO P J  
(6.49)  
tgmax tgmin  
- 105 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
trong ñoù a, b laø giao ñieåm cuûa hai tieáp tuyeán t1, t2 vôùi truïc  
E
nhö hình veõ 6.5  
Pa O Ptgmax  
vaø  
(6.50)  
Pb O Ptgmin  
* Tröôøng hôïp moment quaùn tính thay theá cuûa cô caáu laø haèng soá  
á
ø
ï
ù
á
û
á
ø
è
i  
1  
(tröôøng hôïp naøy ñuùng cho caùc maùy chæ coù caùc khaâu quay vôùi caùc tæ soá truyeàn  
=const)  
ø
ï
ø
ù
ù
ù
ù
ù
â
ù
ù
á
à
- Bieán thieân ñoäng naêng lôùn nhaát sau khi laép baùnh ñaø:  
1
1
2
]
Emax (Jo Jd )[1max ]2 (Jo Jd )[1min  
(6.51)  
2
2
Thay (6.42) vào (6.51), ta được:  
Emax  
Jd   
Jo  
(6.52)  
t2b[]  
- Coâng thöùc treân duøng ñeå xaùc ñònh baùnh ñaø ñaûm baûo yeâu caàu laøm vieäc cuûa maùy hay kieåm  
nghieäm ñieàu kieän laøm vieäc cuûa maùy khi choïn tröôùc baùnh ñaø. Goïi max , min là vò trí khaâu  
thay theá khi ñaït vaän toác max , min , ta coù:  
max  
Emax (Md Mc )d  
(6.53)  
min  
coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng dieän tích lôùn nhaát (phaàn chaám chaám) giôùi haïn bôõi hai ñöôøng ñoà thò  
Md ()  
,
Mc () trong moät chu kyø laøm vieäc bình oån cuûa maùy nhö hình 6.6.  
M (M )  
M d ()  
Mc ()  
min  
max  
moät chu kyø laøm vieäc  
Hình 6.6  
Ví duï: (sinh vieân töï ñoïc trong taøi lieäu [1])  
- 106 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
6.5 TIẾT CHẾ CHUYỂN ĐỘNG MÁY  
1. KHÁI NIỆM  
- Vieäc laøm ñeàu chuyeån ñoäng maùy nhö ñaõ xeùt chæ coù yù nghóa khi cheá ñoä chuyeån ñoäng cuûa maùy oån  
ñònh, töùc coâng lực phát ñoäng Ad vaø coâng các lực caûn Ac phaûi baèng nhau sau moãi chu kỳ làm việc.  
- Khi maùy laøm vieäc, cheá ñoä taûi troïng cuûa maùy thay ñoåi, töùc coù söï maát caân baèng giöõa Ad vaø  
Ac . Ñeå ñaûm baûo maùy chuyeån ñoäng bình oån, caàn phaûi hieäu chænh Ad moãi khi coù söï thay ñoåi  
cuûa Ac . Công việc này được gọi là tieát cheá chuyeån ñoäng maùy. Nhö vaäy, tieát cheá chuyeån ñoäng  
maùy laø duy trì söï caân baèng giöõa Ad vaø Ac ñeå maùy chuyeån ñoäng bình oån.  
- Ñeå tieát cheá chuyeån ñoäng maùy, ta duøng cô caáu tieát cheá. Cô caáu tieát cheá coù nhieäm vuï:  
* Phaùt hieän kịp thời söï thay ñoåi cuûa taûi troïng (sự chênh lệch giữa Ad vaø Ac ).  
* Điều chænh ngay Ad để cân bằng với Ac (phuø hôïp vôùi cheá ñoä taûi troïng môùi).  
- Coù nhieàu loaïi cô caáu tieát chế làm việc theo nhiều nguyên tắc khác nhau như: cô khí, ñieän, ñieän  
töû, …. ÔÛ ñaây ta xeùt loaïi cô caáu tieát cheá cô khí laøm vieäc döôùi taùc duïng cuûa löïc quaùn tính ly taâm.  
2. CƠ CẤU TIẾT CHẾ LY TÂM  
a. Cô cấu tiết chế ly tâm kiểu trực tiếp:  
Lược đồ cơ cấu tiết chế ly tâm kiểu trực tiếp như trên hình 6.7. ABC là cơ cấu tay quay-con  
trượt kép bố trí đối xứng qua trục thẳng đứng OO và quay quanh OO với vận tốc góc  
nhất định nào đó được truyền từ vận tốc góc khâu thu gọn của máy 1 cần tiết chế chuyển động  
qua cặp bánh răng nón 2. Trên tay quay AB có gắn quả cầu 3. Trên con trượt  
ngậm đầu của đòn 4.  
C
có xẻ rãnh để  
O
A
A
7
7
B
B
3
3
C
P
P
lt  
lt  
P
P
4
5
6
2
1
ch?t sinh công  
O
- 107 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
Hình 6.7  
. Nguyeân lyù laøm vieäc:  
- Khi máy cần tiết chế làm việc bình ổn thì vận tốc góc  
định, nên quả cầu 3 có lực quán tính ly tâm xác định:  
của cơ cấu tiết chế có giá trị nhất  
P mr2  
(6.54)  
lt  
trong đó,  
- Lực  
m
là khối lượng quả cầu và  
r
là khoảng cách từ tâm quả cầu đến tâm quay OO  
.
P
sẽ cân bằng với các lực: trọng lượng quả cầu  
P
, lực phục hồi của lò xo 7, trọng  
lt  
lượng con trượt, … Cho nên quả cầu, con trượt và đòn 4 có vị trí nhất định.  
- Khi tải trọng thay đổi, ví dụ Ac tăng (lớn hơn Ad ) thì máy sẽ chạy chậm lại.  
giảm  
làm cho  
P
của quả cầu giảm. Quả cầu sẽ hạ xuống kéo theo con trượt  
C
đi xuống. Đầu  
lt  
của đòn 4 trong rãnh con trượt  
C
đi xuống và qua hệ thống đòn 4, 5 mở van 6 để chất sinh  
công vào cung cấp cho máy tăng, tức là Ad tăng. Quá trình xảy ra cho đến khi Ad cân  
bằng với Ac thì máy trở lại chuyển động bình ổn.  
. Nhöôïc ñieåm:  
- Không nhạy: coâng phaùt sinh do söï bieán thieân cuûa  
P   
khi thay ñoåi vöøa ñöôïc duøng ñeå  
lt  
naâng haï quaû caàu 3, vöøa ñöôïc duøng ñeå ñoùng môû van 6. Khi tải trọng thay đổi ít thì quá trình  
mở (hay đóng) van không thể xảy ra được.  
- ÖÙng vôùi moãi giaù trò cuûa taûi troïng,  
coù moät giaù trò nhaát ñònh, nên sau khi maùy trở laïi chế  
độ chuyeån ñoäng bình oån, vaän toác maùy khoâng trôû laïi giá trị ban ñaàu  
mà có giá trị mới  
, do ñoù toàn taïi sai số:  
  
(6.55)  
b. Cô cấu tiết chế ly tâm kiểu gián tiếp:  
Lược đồ cơ cấu tiết chế ly tâm kiểu gián tiếp như trên hình 6.8. Tương tự như cơ cấu tiết chế  
ly tâm trực tiếp, nhưng ở đây đòn 5 nối với piston kép 8 có thể trượt trong xilanh 9. Bên trái bố  
trí piston 10 trượt trong xilanh 11. Các ống a, b nối hai xilanh với nhau. Một động cơ trợ động  
bơm chất lỏng vào xilanh 9 qua hai ống c, d và đi ra theo ống f.  
- 108 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY  
Chöông 6: Chuyeån ñoäng thöïc & ñieàu chænh chuyeån ñoäng maùy  
O
A
A
7
7
B
B
3
3
C
P
P
lt  
lt  
P
P
4
2
5
1
O
c
f
d
11  
9
a
b
10  
8
6
ch?t sinh công  
Hình 6.8  
. Nguyeân lyù laøm vieäc:  
- Khi máy chuyển động bình ổn, các quả cầu 3, con trượt  
kép 8 ở vị trí nhất định. Đó là vị trí piston kép 8 đóng ống a và b lại. Lúc này piston 10 đứng  
yên nên van 6 ở vị trí nhất định ứng với giá trị nhất định của Ad  
- Khi tải trọng thay đổi, ví dụ Ac tăng (lớn hơn Ad ) thì máy sẽ chạy chậm lại.  
làm cho của quả cầu giảm. Quả cầu sẽ hạ xuống kéo theo con trượt đi xuống. Lúc  
C có vị trí nhất định nên piston  
.
giảm  
P
C
lt  
này piston 8 đi xuống, ống a thông với ống c, ống b thông với ống f, nên chất lỏng đi vào ở  
phía trên và đi ra ở phía dưới của piston 10 nên piston 10 đi xuống, hệ thống đòn sẽ mở van 6  
để tăng  
Ad . Vận tốc bớt giảm rồi từ từ tăng kéo theo piston 8 đi lên; đến khi nào trở  
- 109 -  
Bm. Thieát keá maùy  
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 21 trang baolam 24100 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 6: Chuyển động thực & điều chỉnh chuyển động máy - Bùi Trọng Hiếu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_nguyen_ly_may_chuong_6_chuyen_dong_thuc_dieu_chinh.pdf