Đồ án Dàn máy 2 tay quay

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tương đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo các kiến thức này cũng như các kiến thức đã học ở trường để giải quyết các vấn đề thường gặp ở thực tế. Đồ án môn học nguyên lý máy đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá rình đào tạo để trỏ thành một người kỹ sư. Qua quá trình làm đồ án môn học giúp cho Sv hiểu rõ hơn về các kiến thức cơ sở,nguyên lý làm việc về các loại máy gia công cơ khí và nhiều các loại máy khác và qua làm đồ án môn học giúp cho Sv tiếp tục hiêủ biết hơn trong các môn học tiếp theo đồng thời nâng cao khả năng vận dụng những kiến thức này vào để làm đồ án cũng như công tác sau này Là một SV ngành cơ khí chế tạo trong thời gian làm đồ án môn học em được nhận đề tài thiết kế máy bào hai tay quay đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học cũng không tránh khỏi các bỡ gỡ nhờ có sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Phan Quang Thế em đã hoàn thành đồ án môn học. Trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót cũng do trình độ hiểu biết còn hạn chế và cũng do bản thiết kế của em là lý thuyết nhưng trong thực tế còn nhiều hạn chế. Vởy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy,cô giáo và các bạn để em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng như làm đồ án môn học tiếp theo. Em xin chân thành cám ơn thầy giáo Phan Quang thế đã tận tình hướng dẫn những vẫn đề thắc mắc của em để em có thể hoàn thành đồ án môn học này Giáo viên hướng dẫn Người thực hiện Phan Quang Thế Đào Đức Đôn Phần I Phân tích động học cơ cấu chính I). Tổng hợp động học cơ cấu chính. Lược đồ cơ cấu máy bào hai tay quay ở vị trí như hình vẽ. 4 O A B C D 1 2 3 5 3 0,05H H Đồ thị lực cản đầu bào. Từ lược đồ cơ cấu cho ta thấy cơ cấu gồm 5 khâu động nối với nhau bằng khớp thấp là khớp bản lề và khớp trượt. Khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề, khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp trượt, khâu 3 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề và khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề. Cộng dụng của máy bào hai tay quay là biến chuyển động của bộ phận (Thường là động cơ điện ) thành chuyển động tịnh tiến thẳng của bộ phận công tác( đầu bào). Trên đầu bào có lắp dao để bào các dạng chi tiết khác nhau Nguyên lý làm việc : Gọi khâu 1 làm khâu dẫn và khâu 1 quay đều xung quanh trục cố định O với vận tốc góc là w1 = const. Khâu 1 quay tròn toàn vòng và chuyền chuyển động cho con trượt 2 ( Khâu 2 chuyển động song phẳng) con trượt 2 truyền chuyển động cho khâu 3 làm khâu 3 chuyển động xung quanh trục cố định B. Khâu 3 chuyển động toàn vòng và truyền chuyển động cho khâu 4 nhờ khớp bản lề, thanh truyền 4 chuyển động song phẳng truyền chuyển động cho khâu 5 ( Đầu bào). Đầu bào chuyển động tịnh tiến khứ hồi trên đầu có lắp dao để bào các dạng chi tiết khác nhau b. Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu. Cơ cấu máy bào hai tay quay gồm 5 khâu động 7 khớp thấp đó là khớp bản lề và khớp trượt không có khớp loại cao. Do đó P5 = 7 không có khớp cao P4= 0 không có rằng buộc thừa Do đó số bậc tự do của co cấu được áp dụng theo công thức W= 3n-(2P5+P4)-S+Rt trong đó n: Là số khâu động. P5 : Số khớp thấp. P4: Số khớp cao. Rt S : Số rằng buộc thừa và số bậc tự do thừa Ta thay vào công thức ta có W= 3.5-(2.7-0) = 1. Số bặc tự do của cơ cấu bằng 1 c. Xếp loại cơ cấu. Vì số bậc tự do bằng số khâu dẫn nên ta chon khâu 1 là khâu dẫn ta tách được hai nhóm Axua loại hai ( Nhóm Axua là nhóm có hai khâu 3 khớp).Vậy cơ câu máy bào hai tay quay là cơ cấu loại hai 2 3 A B C O 1 w1 A C 5 4 D 0,05H H Đồ thị lực cản đầu bào. w1 A1 A8 jLV jLCK D8 D1 II). Vẽ hoạ đồ vị trí a. Xác định kích thước. Theo đề bài ra ta có H=370(mm).(hành trình của đầu bào ) l= e= ABC = 900. Trong đó OA=R( bán kính tay quay). CD=L( độ dài của thanh truyền ) OB = e(khoảng cách giữa hai khâu ) Giả sử chiều quay thuận của tay quay OA có chiều cùng với chiều kim đồng hồ (hay là khâu dẫn). Xét hai vị trí của máy khi chuyển động tới vị trí như hình vẽ và theo bài toán thì khâu 1 là khâu quay toàn vòng với vận tốc góc là w1 = const theo chiều thuận chiều kim đồng hồ thì truyền chuyển động cho khâu 2 nhờ khớp bản lề. Khâu 2 chuyển động song phẳng và truyền chuyển động cho khâu 3 nhờ khớp trượt và khâu 3 chuyển động quay toàn vòng và truyền chuyển động cho khâu 4 nhờ khớp bản lề khâu 4 chuyển động song phẳng và truyền chuyển động cho khâu 5 nhờ khớp bản lề lúc này khâu 5 chuyển động khứ hồi. Trong quá trình chuyển động tại thời điểm t bất kỳ ba điểm BCD nằm trên một đường thẳng hay khâu 3,4&5 nằm trên một đường thẳng thì lúc này ta được vị trí xa nhất của hành trình H. Gọi là điểm D1 lúc này AB vuông góc với khâu 5 mà (ABC =900) và khi BC quay đi một góc 1800 lúc này ta lại có khâu 3,4&5 nằm trên cùng một đường thẳng ta được vị trí gần nhất của hành trình H gọi D2 khoảng cách D1D2 = H tương ứng ta có. 2OA=2BC=H hay 2R=2BC=H ® R=BC= Mà l= ® L= CD = 2,6.R= 481(mm)= 0,481(m) e= e= OB = Hệ số làm việc của máy bào hai tay quay jck ( hệ số chạy không ). jlv (hệ số làm việc ). Cosjck= jck= 2 arccos2 arccos(0,25) jck= 151,0440=15102'41" jlv = 3600-jck= 3600- 15102'41"=208,9550 Hệ số làm việc là jlv jck k= = Vẽ hoạ đồ vị trí Chọn đoạn biểu diễn tay quay OA=100(mm) ta có tỷ lệ xích chiều dài là Độ dài biểu diễn(mm) Độ dài thật (m) ml = = OA= 80(mm). BC=OA=80(mm). CD=L= OB=e= OB+BC+CD=20+80+208=308(mm) H= Độ dài thực D1=0,05H=0,05.160=8(mm) D2=0,05H=0,05.160=8(mm) Cách dựng hoạ đồ vị trí. Trước tiên ta vẽ hai vòng tròn R= 80(mm) với hai tâm là O và B cách nhau một khoảng e=OB=20(mm) nối hai điểm O và B và kéo dài ta được phương trượt của khâu 5. Sau khi xác định được phương trượt của khâu 5 ta xác định hai điểm chết của cơ cấu máy. Từ vị trí chết D1 ta xác định được A1 từ A1 nối A1với O ta được vị trí 1 kéo dài OA1 ta đươc một vị trí nữa. Do ta đã tính toán được điểm chết thứ hai D2 từ A2 nối A2với O ta được vị trí 2 kéo dài OA2 ta đươc một vị trí nữa . như vậy ta có bốn vị trí chết từ vị trí chết thứ nhất ta chia cung tròn OA thành 8 phần bằng nhau(hay mỗi phần là môt góc 450). ta có 9 vị trí. xét hai vị trí trong khoảng hành trình H (hay hai vị trí 0,05H) ta có 11 vị trí và sau đó ta tiến hành đánh số thứ tự cho từng vị trí như hình vẽ. Ta có bảng bảng kích thước biểu diễn và kích thước của hoạ đồ tại từng vị trí như sau Bảng 1 III). Vẽ hoạ đồ vận tốc. Vẽ hoạ đồ vận tốc. Xác định w1: Ta có w1=.n1 =.n1 theo đề bài ra ta có v=.n1 ®n1= n1= w1= Giả sử vẽ hoạ đồ vận tốc và gia tốc của cơ cấu như vị trí như hình vẽ O A B C D 1 2 3 5 3 a). Phương trình véc tơ vận tốc. Chọn khâu 1 làm khâu dẫn khi đó khâu 1 quay xung quanh trục cố định O với vận tốc góc không đổi w1=const. ta có a1 a1phương vuông góc OA chiều thuận chiều w1 va1= w1.lOA. vì khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề nên ta có P a3 c3,4 d4,5 a1,2 a1 = a2 khâu 2 trượt tương đối so với khâu 3 nên ta có. a3 = a2 + a2/a3 trong đó a3 có phương vuông góc với AB trị số chưa xác định va3=(pa3). mv a2 đã xác định hoàn toàn a2/a3 có phương song song với AB trị số chưa xác định Như vậy pt trên còn hai ẩn là a3&a2/a3 chưa xác định nên ta giải bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ vận tốc. Vận tốc của c3 được xác định theo định lý đồng dạng thuận vận tốc rvuông ABC đồng dạng rvuông a3b3c3. trị số v3= pc3. mv vì khâu 4 nối với khâu 3 bằng khớp bản lề nên ta có . c3= c4 Mặt khác D4= C4+D4/C4 c4 đã xác định hoàn toàn D4/C4 phương vuông góc với CD giá trị chưa xác định vD4/C4=c 4d4. mv khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề nên ta có D4=D5 D5 có phương song song với phương trượt của khâu 5 giá trị chưa xác định vD5=pd5. mv từ hai phương trình trên ta có D5=C4+D4/C4 phương trình trên còn hai ẩn chưa xác định nên ta giải bằng phương pháp hoạ đồ véc tơ vận tốc B). Cách vẽ chọn một tỷ lệ xích mv= w1. ml= 0,0023125.12,3189=0,0284 () trước tiên ta chọn một điểm p bất kỳ làm gốc hoạ đồ từ p vẽ đoạn pa1 biểu diễn đoạn a1 = a2 (pa1 pháp tuyến với OA) từ mút véc tơ pa1vẽ đường thẳng r chỉ phương của a2/a3( rsong song AB ). từ p ta vẽ r' của a3 (r' vuông góc) khi đường thẳng rxrº a3 biểu thị vận tốc của a3 vận tốc của c3 được xác định theo định lý đồng dạng. rvuông ABC đồng dạng rvuông a3b3c3. nên từ pºb3 ta vẽ đường thẳng vuông góc với AC trên hoạ đồ vị trí. hai đường thẳng này cắt nhau tại c3®pc3 biểu thị vận tốc c3= c4 từ c3º c4 kẻ đường thẳng r1 chỉ phương của D4/C4(r1 vuông góc CD ) từ p kẻ đường chỉ phương r1' của (r1' song song OB ) khi đó r1 ´r1'=d4 º d5 biểu thị vận tốc của D4=D5 hoạ đồ ở 8 vị trí vẽ tương tự như trên B, Vận tốc các điểm thuộc cơ cấu, vận tốc trọng tâm và vận tóc góc. Ta có VA3=pa3mv Vc3=pc3 mv VD5= VD4=pd5mv VA3/A2=a2a3mv VD4C4=c4d4. mv Trọng tâm các khâu đặt tại trung điểm kích thước các khâu nên ta xác định được vận tốc trọng tâm theo định lý đồng dạng hoạ đồ vận tốc Ta có VS4=ps4. mv VS3=ps3mv VS3'=ps'3mv VS5=ps5mv Xác định vận tốc góc các khâu. VA3 lAB VC3 lBC Ta đã xác định được w1=12,3189(rad/s). chiều của w1 giả thiết theo chiều quay của kim đồng hồ,vì khâu 2 nối với khâu 3 bằng khớp trượt tịnh tiến nên ta có pa3. mv lAB pc3. mv lBC w2=w3= = ®w2=w3= = c4d4. mv VD4C4 LDC lCD chiều của w3 theo chiều kim đồng hồ w4= = Chiều w1ngược chiều kim đồng hồ Vận tốc các điểm trên khâu, vận tốc trọng tâm và vận tốc góc được biểu diễn trong bảng sau 2. Vẽ hoạ đồ gia tốc. Chọn khâu 1 là khâu dẫn khi đó khâu 1 quay xung quanh trục cố định O với vận tốc góc không đổi là w1= const. Ta vẽ hoạ đồ gia tốc của cơ cấu tại một vị trí bất kỳ ( Xét tại vị trí như đề bài ra ). Các vị trí 2 và 7 vẽ tương tự. a. Phương trình véc tơ gia tốc Ta có A1= A1n +A1t Vì khâu dẫn 1 quay đều xung quanh trục cố định O với vận tốc góc không đổi w1= const nên e1= o. Do vậyA1t = 0. A1= A1n * A1n hướng từ A®O * Độ lớn A1n= w12lOA =()=(m/s2) Vì khâu 1 nối với khâu 2 bằng khớp bản lề nên ta có . A2 = A1 Mà khâu 2 trượt tương đối nên khâu 3 nên ta có . A3= A2+A3/A2k+A3/A2r (*) Trong phương trình trên thì aA2 đã xác định hoàn toàn. A3/A2r Phương song song với AB Giá trị chưa xác định A3/A2k Gia tốc góc Côriôlít có chiều thuận theo chiều vA3/A2 quay đi 900 theo chiều w3 và có giá trị được xác định A3/A2k = 2w3 . vA3/A2 Vì khâu 3 chuyển động xung quanh trục cố định B nên ta có A3= A3n +A3t (**) A3n Phương hướng từ A®B.(Pháp tuyến với AB) Giá trị chưa xác định A3n = w32.lAB A3t Chiều cùng chiều w3. ( Tiếp tuyến với AB ) Giá trị chưa xác định A3t= e3.lAB Kết hợp phương trình (*) và (**) ta có phương trình A3n +A3t = A2+A3/A2k+A3/A2r như vậy phương trình trên còn hai ẩn là giá trị A3/A2r và A3t nên xác định hoàn toàn trên hoạ đồ gia tốc. Gia tốc c3 được xác định bằng định lý đồng dạmg thuận hoạ đồ gia tốc D ABC ~Da3b3c3. Vì khâu 3 nối với khâu 4 bằng khớp bản lề ta có c3= c4 ta có D4= c4 + nD4C4 + tD4C4 (***) trong phương trình trên thì c4 đã xác định hoàn toàn nD4C4 hướng từ D®C giá trị nD4C4= w42.lCD tuy nhiên cũng xác định theo phương pháp vẽ tD4C4 có phương vuông góc với DC giá trị chưa xác định tD4C4 =e4.lCD vì khâu 4 nối với khâu 5 bằng khớp bản lề nên ta cũng có D4=D5 (****) vì khâu 5 chuyển động là tịnh tiến khứ hồi nên có phương song song với phương trượt. Kết hợp phương trình (***)và (****) ta có D5=c4 + nD4C4 + tD4C4 như vậy phương trình trên còn hai ẩn là giá trị tD4C4và D5 chưa biết nhờ phương pháp hoạ đồ gia tốc để xác định Cách vẽ hoạ đồ gia tốc chọn khâu dẫn như ở hoạ đồ vận tốc chọn tỷ lệ xích ma= w12 .ml ma= (12,3189)2.0,0023125=0,351(m/s2mm). ta tính các đoạn biểu diễn A3n, nD4C4, A3/A2k. lOA1 OA1 a1' là đoạn biểu diễn véctơ gia tốc A1. Ta có aA1= a1'. ma =a1'.w12 .ml=a1'.w12. OA1 lOA1 Mặt khác aA1=w12.lOA1 ®a1'.w12 .ml=a1'.w12. =w12.lOA1w12.lOA1® a1'=OA1. Tính đoạn a'2k. tacó akA3/A2=2w3.vA3/A2=2. Mặt khác như vậy a'2k được xác định theo định lý tam giác đồng dạng.Cách xác định ta xác định kích thước AB trên hoạ đồ vị trí. Vì ta vẽ hoạ đồ gia tốc cho hai vị trí 2 và 7 nên đo kích thước tại hai vị trí 2 và 7 nên ta đo kích thước tại hai vị trí này. Sau đó xác định đoạn pa3 và a2a3 trên hoạ đồ vận tốc ứng với hai vị trí vẽ gia tốc Kẻ đoạn AB từ A kéo dài lấy đoạn AM= 2. a2a3. Vì pa3 vuông góc nên từ A kẻ đường thẳng vuông góc với AB lấy đoạn AN=pa3 kéo dài AN nối N với B ta được tam giác vuông ABN. Từ M kẻ đường thẳng song song với BN cắt đường thẳng kéo dài kéo dài AN tại E khi đó ta có D ABN~DAME Vậy đoạn thẳng a'2k=AE E B A M N E B A M N Vậy ta xác định được a'2k=AE ở hai vị trí là 2 a'2k =30.7923 7 a'2k =34.9684 Tính đoạn anA3 Ta có Mặt khác ta lại có như vậy anA3 được xác định theo tam giác đồng dạng cách xác định từ AB trên hoạ đồ vị trí ta vẽ được vòng tròn đường kính AB. Từ A vẽ cung tròn bán kính pa3. cung tròn này cắt vòng tròn đường kính AB tại điểm F từ F ta hạ đường vuông góc với AB cắt AB tại I khi đó ta có AI= panA3 Ta có tam giác đồng dạng DABF đồng dạmg DAFI A I F B A F I B Vậy ta xác định được anA3=AI ở hai vị trí là: 2 panA3=68,77 7 panA3=70,99 Tính toán đoạn d'4c'4. Ta có Mặt khác ta có Như vậy đoạn d'4c'4 cũng được xác định theo tam giác đồng dạng H C G D C H G D d'4c'4=CH Vậy ta xác định được d'4c'4 ở các vị trí là:2 d'4c'4=17.71 7 d'4c'4=22.47 PHẦN IV CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY Xác định momen quán tính bánh đà. 1). Yêu cầu của việc làm đều chuyển động của máy. Như ta đã biết để nghiên cứu chuyển động thực của máy ta đưa về nghiên cứu chuyển của khâu dẫn trong đó trên thực tế thì vận tốc góc của khâu dãn không phải là một hằng số mà có sự thây đổi trong một phạm vi nào đó đây là điều mà ta không thể tránh khỏi. Tuy vậy ta càng không thể cho phép vận tốc góc dao động với một biên độ vượt quá một giới hạn nào đó thì khi đó những điều kiện làm việc và yêu cầu công nghệ không được đảm bảo nữa dẫn tới độ chính xác của máy bị giảm. ứng với từng loại máy người ta khống chế sự dao động của vận tốc góc khâu dẫn ở một giới hạn nhất định. Để thực hiện được điều này người ta phải lắp thêm bánh đà mục đích tạo cho máy chuyển động với một vận tốc góc không đổi. Có nhiều phương pháp xác định chuyển động thực của máy, ở đây chúnh ta sử dụng phương pháp đồ thị đường cong vít ten bao 2). Xác định momen cản thay thế (Mctt). Để xác định momen cản thay thế tại các vị trí ta áp dụng công thức Mctt = với là lực và momen cản của khâu thứ k Mctt = m2l.(G1.h1+ G3.h3+ G4.h4+ Pc.hc) Chiều của Mctt được xác định như sau Các lực gây mômen chống lại chiều xoay hoạ đồ vận tốc lấy dấu dương Các lực gây mômen cùng chiều xoay hoạ đồ vận tốc lấy dấu âm -Cách làm: Dùng phương pháp Ducôpski quay hoạ đồ vận tốc đi 900 theo chiều quay của w1 đặt các lực vào các điểm tương ứng và lấy mômen với gốc họa đồ theo phương phap đã nói ở trên. Tại hai vị trí 2 và 7 ta xét hai trường hợp là có Pc và không có Pc các vị trí 2 tới 7 có Pc các vị trí còn lại không có Pc -Biểu diễn biểu đồ mômen cản thay thế : Lập hệ trục toạ độ vuông góc trục tung biểu diễn Mctt với tỷ lệ xích m M = và trục hoành biểu diễn góc quay với tỷ lệ xích m j= 3). Đồ thị Ac và Ađ Tích phân đồ thị mômen cản thay thế với cực tích phân H = 60(mm) ta có mA=H. m M. m j Vì sau một chu kỳ thì công động bằng công cản ta lại giả thiết Mđ=const vậy ta xác định được công động là đường bậc nhất nối điểm đầu với điểm cuối của Ac 4). Đồ thị DE(j) cộng hai đồ thị Ac và Ađ ta được đồ thị DE(j) mE = mA 4). Vẽ biễu đồ mômen quán tính thay thế(Jtt). Mômen quán tính thay thế được xác định theo công thức Jtt= Jtt =J1+ml2.(m1.vS12+ m3.vS32+ m4.vS42+ m5.vS52+J3.w32+ J4.w42) =J1+ml2.(m1.ps12+ m3.ps32+ m4.ps42+ m5.pd52+J3.()2+ J4.()2) Các điểm khác được tính toán trong bảng. Vẽ đồ thị Jtt =Jtt(j). Lập hệ trục toạ độ với tỷ lệ xích Đồ thị Jtt được thể hiện như trên hình vẽ Từ đồ thị DE(j)và đồ thi Jtt(j) khử thông số j bằng cách gióng các điểm tương ứng trên đồ thị Jtt theo phương thẳng đứng và đồ thị DE theo phương nằm ngang ta được tập hợp các điểm. Nối các điểm này với nhau ta được đường cong vít ten bao với trục tung biểu diễn Jtt và trục hoành biểu diễn DE PHẦN VI THIẾT KẾ BÁNH RĂNG Số liệu cho như sau Z1 =16 Z2= 47 m=9(mm) Ta có tỷ số truyền của cặp bánh răng trên là Tra bảng theo ta có g = 0,21 x1= 0,98 x2=0,6452 Hệ số dịch dao xC = x1+ x2= 0,98 + 0,6452 =1.6252 Tổng số răng của hai bánh răng ZC=Z1+ Z2=47+16=63 Hệ số phân ly. l = xC- g = 1,6252 - 0,21 =1,4152 Góc ăn khớp . = Với Bán kính vòng chia. Bán kính vòng cơ sở. Bán kính vòng lăn. Khoảng cách trục. Bán kính vòng chân. Chiều cao của răng. Bước răng trên vòng chia. Bán kính vòng đỉnh răng. Chiều cao đỉnh răng. Chiều dày răng trên vòng chia. Chọn tỷ lệ xích. Cách vẽ: +Chọn một điểm P làm tâm ăn khớp, ta đặt các bán kính RL1 và RL2vẽ hai vòng tròn đó + Vẽ các vòng tròn cơ sở R01và R02 sau đó vẽ đường tiếp tuyến chung N1 N2 cắt O1 O2 tại tâm ăn khớp P + Vẽ vòng tròn đỉnh răng Re1 Re2 + Vẽ các vòng tròn chân răng Ri1 Ri2 + Cách vẽ biên dạng răng. Chia đoạn N1 P thành 4 phần bằng nhau ta được các điểm 1, 2, 3, 4 lần lựơt từ N1 đến P Quay cung tròn bán kính R=24 cắt vòng chia tại một điểm đó là 4' sau đó ta chia cung 14' thành 4 phần bằng nhau 1' º1, 2', 3', 4' Vẽ các đoạn thẳng tiếp tuyến với vòng tròn chia tại các điểm 1', 2', 3', 4' với các độ dài tương ứng là 2P, 3P, 4P ta được các điểm 2", 3", 4" f