Chương 5: Động lực học máy

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường

NGUYÊN LÝ MÁY

GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM


Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 2 -

Nguyên Lý Máy

Chương 5 ĐỘNG LỰC HỌC MÁY



ĐẠI CƯƠNG -Việc xác định chuyển động của

máy dưới tác dụng của các lực là

một vấn đề cơ bản của động lực

học máy

- Nhiệm vụ quan trọng của động

lực học là xác định hàm số

chuyển động của các khâu, có

tính đến các lực và mômen quán

tính, khối lượng, tính chất đàn hồi của các vật liệu, lực cản của môi

trường chuyển động của máy…,

cân bằng lực quán tính, bảo đảm

máy làm việc bình ổn….



I. KHÂU THAY THẾ - CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ

1. Khâu thay thế

- 4 -

- Chuyển động của các khâu trong máy phụ thuộc vào chuyển

động của khâu dẫn

Để biết chuyển động thực của máy ta chỉ cần biết chuyển

động thực của khâu dẫn

Chọn khâu dẫn làm khâu thay thế

Yêu cầu: - Động năng khâu thay thế bằng động năng của toàn bộ cơ cấu

khi chuyển động:

Et = Ei

- Công suất các lực tác động lên cơ cấu bằng công suất của lực

tác động lên khâu thay thế:

Nt = Ni


Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 5 - - 5 -

2. Các đại lương thay thế

a. Khối lượng thay thế 2 2 2

1

. . .

2 2

nt i si si i

i

m V m V J

2 2

1

. .n

si i

t i si

i

Vm m J

V V

Các giá trị (Vsi/V) và (i/V) xác định dựa vào họa đồ vận tốc


Cân bằng động năng:

b. Momen quán tính thay thế 2 2 2

1

. . .

2 2

nt i si si i

i

J m V J

2 2

1

. .n

si i

t i si

i

VJ m J

Các giá trị (Vsi/) và (i/) xác định dựa vào họa đồ vận tốc

Cân bằng động năng:


Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 6 - - 6 - - 6 -

2. Các đại lương thay thế

c. Lực thay thế

1

. . .cos .n

t i i i i i

i

P V P V M

1

. .cos .n

i i

t i i i

i

VP P M

V V

Các giá trị (Vi/V) và (i/V) xác định dựa vào họa đồ vận tốc


Cân bằng công suất:

d. Momen thay thế

Các giá trị (Vi/) và (i/) xác định dựa vào họa đồ vận tốc

Cân bằng công suất: 1

. . .cos .n

t i i i i i

i

M P V M

1

. .cos .n

i i

t i i i

i

VM P M



1

k

1

kV

II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY

1. Phương trình động năng

d cA A E

2 2

1 1

2 2

2 2 1 1. .. .

2 2

t ttd tc

J JM d M d

Trong đó: + E: độ biến thiên động năng của cơ cấu. E = E2 – E1, với E1, E2

là động năng của khâu thay thế tại thời điểm t1 và t2.

+ Mtđ, Mtc: mômen thay thế của các lực phát động và lực cản. + Ađ, Ac: công của lực phát động và công của lực cản trong khoảng thời gian từ thời điểm t1 đến t2, tương ứng với góc quay của khâu thay thế là 1 và 2.

+ 1, 2: vận tốc góc của khâu thay thế tại thời điểm t1 và t2.



II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY Đặc điểm động lực học trong các thời kỳ chuyển động của máy

+ Thời kỳ chuyển động mở máy:

Bắt đầu mở máy 1 = 0 1 = 0

Ađ – Ac = E > 0

Công động > Công cản Máy sẽ chuyển động nhanh dần,

công thừa biến thành động năng

+ Thời kỳ chuyển động bình ổn:

1 = 2

Ađ – Ac = E = 0

Công động = Công cản Chuyển động của khâu thay thế là

chuyển động đều

+ Thời kỳ chuyển động tắt máy:

Khi tắt máy 2 = 0 2 = 0

Ađ – Ac = E < 0

Biến thiên động năng âm động năng giảm dần

Khâu thay thế chuyển động chậm dần




Đặc điểm động lực học trong các thời kỳ chuyển động của máy

t

0

Mở máy Chuyển động bình ổn

Tắt máy

Các thời kỳ chuyển động của máy




2. Phương trình chuyển động của máy viết dưới dạng momen

2 2

2 2

t td c t

J . dJd dM M M . J .

d d dt

(phương trình dạng này ít được sử dụng)



Trong khi giải bài toán phân tích động học cơ cấu, ta giả sử là khâu

dẫn quay đều. Thực tế, các lực tác động lên máy luôn thay đổi, vị trí cơ

cấu luôn luôn thay đổi. Vì vậy chuyển động thật của khâu dẫn là không

đều. Xác định chuyển động thật của máy, tức là xác định vận tốc của

khâu dẫn tại từng vị trí của cơ cấu.

Xét khâu thay thế là khâu quay, có mômen quán tính là Jt, chịu tác

động của các mômen thay thế là Mtđ và Mtc.

Trong thực tế, đại lượng Mt này có thể là hàm của , của hoặc của t;

hoặc có thể là hàm của các thông số , , t.

Ví dụ:

Động cơ điện: Mđ = Mđ().

Động cơ đốt trong: Mđ = Mđ(,).

Máy bơm, quạy ly tâm: Mc = Mc().

Máy ép: Mc = Mc()…

- 11 -

III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY



Dựa vào phương trình chuyển động của máy, xác định vận tốc góc khâu dẫn:

- 12 -


2

1

2o đ c

t

[ E ( M M )d ]J

Thay thế các đại lượng = () Bài toán đã giải xong

Thực tế, các hàm Mđ, Mc, Jt đều cho trước và thường ở dạng

bảng số hay đồ thị. Giải bài toán bằng phương pháp số hay

phương pháp đồ thị.




1. Phương pháp số

2

1

2

1 1

1 1

1

2

2

i

i td tc

i

J M M dJ

Trong đó

1

2

1

1 1

1

2

1

2

i

i

i i i

i d c

i i i i

E J

E M M d

M M

;

- Biểu thức vận tốc trên có thể viết lại dưới dạng

Hay 1

1

2i i

i

E EJ




1. Phương pháp số




2. Phương pháp đồ thị

, ,c d

J M M

d cM M M

M E E

E J E

J

- Xây dựng đồ thị

- Cộng đồ thị

- Tích phân đồ thị đồ thị đồ thị

- Xây dựng đồ thị (đường cong Wittenbauer) từ đồ thị

và đồ thị




2. Phương pháp

đồ thị

M

A

E

E

Eo

Jt

0

E

Jt

1 2 3 4 5 6 7 8

0

0

1 2 3 4 5 6 7 80

1 2 3 4 5 6 7 80

1

2

3

4

5

6

7

8

i

213

4

56

78

Ji

Ei

i min

max

i

a)

b)

c)

d)

e)

Mc()

Md()

Ac()

Ad()



- 17 -


2. Phương pháp đồ thị Từ đường cong Wittenbauer xác định vận tốc 1 như sau:

k k

k k

E E

J J

+ Tại = k, động năng và momen quán tính

của máy có giá trị:

Xác định bởi điểm K trên đường cong

+ Gọi OJ,OKk , ta có

k

/tan

OJ /

k kkEk J

k k

EJ

E EOE

J J

+ Do đó

1tan 2 2 tan

k k

k k kE E

k k

J J

E E

J J

Trường hợp tổng quát, đường cong E(J) gồm ba giai đoạn: Khởi động, chuyển động bình ổn và tắt máy. Trong giai đoạn bình ổn, biến thiên giữa max và min Vận tốc máy biến thiên trong khoảng 1min 1max

biến thiên giữa

Documents

Chương 5: Động lực học máy