Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 3: Phân tích lực - Trương Quang Trường

Nội dung text: Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 3: Phân tích lực - Trương Quang Trường

1. NGUYÊN LÝ MÁY GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
2. Nguyên Lý Máy Chương 3 PHÂN TÍCH LC Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
3. I. ĐẠI CƯƠNG Mục đích của phân tích lực là xác định được áp lực khớp động, mômen hay lực cân bằng để: - Xác định công suất máy (cơ cấu). - Thiết kế khớp động và mặt cắt ngang các khâu. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
4. I. ĐẠI CƯƠNG 1. Ngoại lực - Lực cản kỹ thuật - Trọng lượng các khâu - Lực phát động - Lực quán tính Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
5. I. ĐẠI CƯƠNG 2. Lực quán tính - Cơ cấu là một hệ thống chuyển động có gia tốc, tức ngoại lực tác động lên cơ cấu không triệt tiêu nhau không thể dùng phương pháp tĩnh học để giải - Để giải quyết bài toán hệ lực không cân bằng dùng nguyên lý D’Alambert “Nếu ngoài nhng lc tác dụng lên một cơ hệ chuyển động, ta thêm vào đó nhng lc quán tính và xem chúng như nhng ngoại lc thì cơ hệ được xem là ở trạng thái cân bằng, khi đó có thể dùng phương pháp tĩnh học để phân tích cơ hệ này” ur uur ur uur F m.ass F m.a 0 uur uur Pqt P m.a S qt s uur r ur r Mqt aS MJ.FJ. ss   0  uuur r MJ.  qt s Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
6. I. ĐẠI CƯƠNG 3. Nội lực - Lực tác dụng lẫn nhau giữa các khâu trong cơ cấu (phản lực liên kết) - Tại mỗi tiếp điểm của thành phần khớp động, phản lực này gồm hai phần + Thành phần áp lực: vuông góc với phương chuyển động tương đối Tổng các thành phần áp lực trong một khớp áp lực khớp động uuur PLLK ALKD Fms + Thành phần ma sát: song song với phương chuyển động tương đối Tổng các thành phần ma sát trong một khớp lực ma sát Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
7. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 1. Điều kiện tĩnh định - Muốn giải các bài toán áp lực khớp động: Số phương trình lập được = số ẩn chứa trong các phương trình Đây là điều kiện tĩnh định của bài toán - Giả sử tách từ cơ cấu ra một chuỗi động n khâu, pk khớp loại k + Số phương trình lập được: 6n phương trình + Số ẩn chứa trong chuỗi động: phụ thuộc vào số lượng và loại khớp động Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 7 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
8. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 1. Điều kiện tĩnh định Không gian: Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM - 8 -
9. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 1. Điều kiện tĩnh định Không gian: 5 Như vậy, khớp loại k chứa k ẩn tổng số ẩn trong chuỗi là  kPk k 1 - Để tính phản lực khớp động tách cơ cấu thành các chuỗi động hở, trên đó phản lực ở các khớp chờ là ngoại lực và viết các phương trình lực cho chuỗi - Điều kiện để giải được bài toán: Số phương trình lực lập được = số ẩn chứa trong các phương trình 5 hay 5 6n  kPk k 1 60n  kPk k 1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 9 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
10. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 1. Điều kiện tĩnh định Mặt phẳng: Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 10 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
11. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 1. Điều kiện tĩnh định Đối với cơ cấu phẳng: - Số phương trình: 3n - Số ẩn số: R + Điểm đặt ? + Phương  phương trượt 2 ẩn số a) Khớp tịnh tiến + Độ lớn ? R + Điểm đặt: tại tâm khớp b) Khớp quay + Phương ? 2 ẩn số + Độ lớn ? R + Điểm đặt: điểm tiếp xúc c) Khớp cao + Phương pháp tuyến 1 ẩn số + Độ lớn ? Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
12. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 1. Điều kiện tĩnh định -Đối với cơ cấu phẳng điều kiện để giải được bài toán: 3n – (2p5 + p4) = 0 -Các nhóm tĩnh định thỏa điều kiện trên Để xác định các phản lực khớp động, ta phải tách cơ cấu thành những nhóm tĩnh định và viết phương trình lực cho từng nhóm này Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 12 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
13. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG 2. Xác định áp lực khớp động - Các bước xác định áp lực khớp động + Tách nhóm tĩnh định + Tách các khâu trong nhóm tĩnh định Đặt các áp lực khớp động và các ngọai lực lên khâu + Viết các phương trình cân bằng lực cho từng khâu + Giải các phương trình viết cho các khâu thuộc một nhóm tĩnh định Giải cho các nhóm ở xa khâu dẫn trước (ngược lại với bài toán động học) Với cơ cấu phẳng, một khâu viết được 3 phương trình ur  F X 0 ur ur  F 0  FY 0_ hay M OZ 0 M 0   OZ - Các phương trình lực trên có thể được giải bằng các phương phápKhoa Cơ đã Khí biết:– Công Nghệphương Ths.pháp Trương giải Quang tích Trường vector, phương pháp họa đồ- 13 vector - (đa giác lực) Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
14. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG Ví dụ 1: h2 P2 C P2 C B 2 2 3 B h3 3 n R12 P3 P3 t 1 R12 D t D A R03 CD n n R03 R03 n R12 BC O P3 t t 12 R P2 R03 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
15. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG Ví dụ 2: - Tách nhóm tĩnh định, tách các khâu trong nhóm, đặt lực lên khâu Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
16. II. ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG - Viết phương trình lực cho từng khâu trong cùng một nhóm ur ur ur ur  PPRR 3 03 23 0 M M R x P hur 0  C 3 03 3 P13 ur ur ur ur  PPRR 2 12 32 0  M M R l P hur 0  B2 32 BC 2 P2 - Giải các phương trình lực của cùng một nhóm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 16 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
17. III. LỰC CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 1. Phương pháp phân tích lực Lực cân bằng: (Quy ước) - Đặt tại trung điểm khâu dẫn; - Phương  khâu dẫn. M P cb cb l l l AB 2  MA R21 h 21 Ph 1 1 P cb.0 l M 1 1 P () R h Ph M cb l 21 21 1 1 1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 17 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
18. III. LỰC CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 1. Phương pháp phân tích lực Momen cân bằng: M P cb cb l l l AB 2 MA R21 h 21 Ph 1 1 M cb M 1 0 Mcb R21 h 21 Ph 1 1 M 1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 18 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
19. III. LỰC CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 2. Phương pháp di chuyển khả dĩ - Môment (lực) cân bằng trên khâu dẫn là moment (lực) cân bằng tất cả các lực (kể cả lực quán tính) tác dụng lên cơ cấu tổng công suất tức thời của tất cả các lực tác dụng lên cơ cấu bằng không - Theo nguyên lý di chuyển khả dĩ N công suất của lực Pi NN 0 Pi PMiiN Mi công suất của môment Mi ur k V i ur ur k vận tốc của điểm đặt lực Pi - Công P NPV i i suất của lực i Pi uur ur k - Công suất của moment M NMuur i i i M i ur k i vận tốc của khâu chịu tác dụng của moment Mi Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 19 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
20. III. LỰC CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 2. Phương pháp di chuyển khả dĩ - Môment (lực) cân bằng trên khâu dẫn uur ur ur urk uur ur uur MPVMMcb1  iii i 0 cb ur ur ur urk uur ur ur PVPVMPcb1  iii i 0 cb Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 20 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
21. III. LỰC CÂN BẰNG TRÊN KHÂU DẪN 2. Phương pháp di chuyển khả dĩ Pcb pv c B s'1 s1 h2 s2 Pcb P2 P2 b Vs2 s'2 C P3 A  P3 Pcb.hcb + P2h2 – P3h3 = 0 Tổng quát: Pcb.hcb + P1h1 + P2h2 + + Pnhn = 0 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 21 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM