Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Gia công kim loại bằng áp lực là một trong những phương pháp công nghệ nền tảng của ngành chế tạo cơ khí, cho phép tạo hình các chi tiết máy và sản phẩm kim loại nhằm thay thế phương pháp đúc hoặc gia công cắt gọt. Trong đó, công nghệ dập tấm (tiến hành ở trạng thái nguội, hay dập nguội đối với thép carbon có chiều dày không vượt quá 10 mm) giữ vai trò chủ đạo nhờ năng suất cao và tiết kiệm vật liệu. Hiện nay, các loại máy dập cơ khí trên thị trường chủ yếu sử dụng cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền hoặc trục lệch tâm tiêu chuẩn. Nhằm tìm kiếm giải pháp nâng cao hiệu quả truyền động và lực ép cho nguyên công dập lỗ, đồ án lựa chọn nghiên cứu cơ cấu đột dập của máy dập trục khuỷu dựa trên nguyên lý cơ cấu ba thanh thẳng hàng.
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về các chủng loại máy dập công nghiệp (máy dập trục khuỷu, máy dập thủy lực, máy dập ma sát trục vít) và phân tích các phương án kết cấu truyền động tịnh tiến đầu trượt.
- Đề xuất sơ đồ nguyên lý và xác định các kích thước động học cơ bản của cơ cấu máy đột dập nhiều khâu bản lề hoạt động theo nguyên tắc ba thanh thẳng hàng.
- Tính toán bậc tự do, xếp loại cấu trúc cơ cấu cơ khí theo phương pháp nhóm tĩnh định Assur.
- Lập họa đồ vị trí, phân tích động học (vận tốc, gia tốc) của các khâu và khớp động trên toàn bộ chu trình làm việc.
- Phân tích động lực học (lực học cơ cấu), xác định áp lực tại các khớp động và mômen cân bằng tác dụng lên khâu dẫn bằng hai phương pháp: phương pháp phân tích lực tĩnh học động (D'Alembert) và phương pháp di chuyển khả dĩ.
- Thiết lập phương trình chuyển động thực của máy, xác định mômen cản thay thế, mômen quán tính thay thế, tích phân đồ thị công và tính toán làm đều chuyển động máy bằng bánh đà.
- Ứng dụng phần mềm hình học động GeoGebra để mô phỏng và kiểm tra độ chính xác của bài toán phân tích động học cơ cấu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng máy: Cơ cấu đột dập của máy đột lỗ cỡ trung bình, phục vụ dập các vật liệu kim loại (thép carbon CT5, thép hợp kim mềm, đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, niken, thiếc, chì) và vật liệu phi kim (giấy carton, êbôníc, fip, amiăng, da).
- Phạm vi thông số kỹ thuật: Chiều dày tấm đột tối đa $S = 5\text{ mm}$, đường kính lỗ đột tối đa $d = 20\text{ mm}$, lực dập danh nghĩa của máy khoảng 16 tấn lực.
- Phạm vi kết cấu: Không gian máy có chiều cao từ 700 mm đến 800 mm, chiều rộng 420 mm, khoảng cách từ trục khâu dẫn đến bàn máy $D = 485\text{ mm}$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết môn học Nguyên lý máy và gia công áp lực, áp dụng các định luật và công thức cơ học giải tích kinh điển:
- Công thức cấu tạo và phân loại cơ cấu: Sử dụng công thức Chebychev – Artobolevsky để tính bậc tự do cơ cấu phẳng: $W = 3n - 2p_5 - p_4 - R_{th} - W_{th}$, trong đó $n$ là số khâu động, $p_5$ là số khớp loại 5, $p_4$ là số khớp loại 4, $R_{th}$ là số ràng buộc thừa, $W_{th}$ là số bậc tự do thừa. Phân chia cấu trúc cơ cấu thành khâu dẫn và các nhóm tĩnh định Assur để xếp loại cơ cấu.
- Lý thuyết tính lực cắt dập tấm: Công thức xác định lực cắt đột lỗ mặt cắt phẳng trong công nghệ kim loại: $P = K \cdot L \cdot S \cdot \tau_C$, với $K$ là hệ số không đều ($K = 1,1 - 1,3$, chọn $K = 1,2$), $L$ là chu vi đường cắt, $S$ là chiều dày tấm phôi, $\tau_C$ là ứng suất cắt của vật liệu (đối với thép carbon CT5 lấy $\tau_C = 45\text{ kG/mm}^2$).
- Phương pháp phân tích động học: Sử dụng phương pháp giải tích kết hợp phương pháp họa đồ véc-tơ để giải phương trình vận tốc và gia tốc tương đối giữa các điểm trên khâu theo từng vị trí của cơ cấu.
- Phương pháp phân tích lực học: Áp dụng nguyên lý D'Alembert đưa các lực quán tính vào phương trình cân bằng tĩnh học động cho từng nhóm tĩnh định và khâu dẫn; áp dụng nguyên lý di chuyển khả dĩ (nguyên lý công ảo) để kiểm chứng mômen cân bằng trên trục dẫn.
- Phương pháp động lực học máy: Thu gọn lực và khối lượng về khâu dẫn thông qua mômen thay thế $M_{ctt}$ và mômen quán tính thay thế $J_{tt}$; sử dụng phương pháp tích phân đồ thị (phương pháp tia cực tích phân) để xây dựng đồ thị công cản $A_c$ và xác định công động $A_đ$.
- Nguồn dữ liệu: Các số liệu tra cứu tiêu chuẩn vật liệu thép carbon CT45, công thức từ giáo trình Công nghệ kim loại, giáo trình Nguyên lý máy và kết quả tọa độ từ phần mềm GeoGebra.
Thiết kế và triển khai hệ thống cơ cấu
Cơ cấu đột dập đề xuất là hệ thống cơ cấu phẳng gồm 5 khâu động, truyền chuyển động quay toàn vòng từ động cơ thành chuyển động tịnh tiến khứ hồi của đầu trượt mang chày đột.
Nguyên lý hoạt động cơ cấu
Khâu 1 (tay quay dẫn) được lắp với trục bánh răng bằng khớp quay cố định $A$. Khi bánh răng quay quanh tâm $A$, khâu 1 truyền chuyển động song phẳng cho khâu 2 thông qua khớp bản lề $B$. Khâu 2 liên kết với khâu 3 và khâu 4 tại khớp bản lề $C$. Khâu 3 đóng vai trò cần lắc quay quanh khớp bản lề cố định $E$. Khâu 4 thực hiện chuyển động song phẳng, nối với đầu trượt (khâu 5) qua khớp bản lề $D$. Khâu 5 chuyển động tịnh tiến dọc theo máng trượt $H$ (phương thẳng đứng).
Tại vị trí điểm chết trên (đầu trượt ở vị trí cao nhất), hai khâu 1 và 2 cùng nằm trên một đường thẳng, khớp $A$ nằm giữa khớp $B$ và $C$. Tại vị trí điểm chết dưới (đầu trượt ở vị trí thấp nhất thực hiện hành trình đột), hai khâu 1 và 2 duỗi thẳng trên một đường thẳng với khớp $B$ nằm giữa khớp $A$ và $C$. Khi các khâu đạt vị trí thẳng hàng, cơ cấu tạo ra tỷ số truyền lực cơ học lớn tác dụng lên đầu trượt.
Thông số hình học và cơ tính các khâu
Hành trình tính toán sơ bộ của đầu trượt đạt $S = 41,32\text{ mm}$, tần số làm việc đạt $n = 52\text{ hành trình/phút}$. Tất cả các khâu thanh truyền và đầu trượt đều được chế tạo từ thép carbon CT45 có khối lượng riêng $d = 7,8\text{ kg/dm}^3$.
| Khâu | Chiều dài $l$ (mm) | Tiết diện $a \times b$ (mm) | Khối lượng $m$ (kg) | Mômen quán tính khối tâm $J_S$ ($\text{kg}\cdot\text{m}^2$) | Vật liệu |
|---|---|---|---|---|---|
| Khâu 1 (tay quay dẫn) | 60 | $30 \times 40$ | 0,56 | $1,68 \times 10^{-4}$ | Thép CT45 |
| Khâu 2 (thanh truyền BC) | 180 | $30 \times 40$ | 1,68 | $7,60 \times 10^{-3}$ | Thép CT45 |
| Khâu 3 (cần lắc CE) | 360 | $30 \times 40$ | 3,36 | $0,363$ | Thép CT45 |
| Khâu 4 (thanh truyền CD) | 150 | $30 \times 40$ | 1,40 | $2,625 \times 10^{-3}$ | Thép CT45 |
| Khâu 5 (đầu trượt/con trượt) | 348 | $100 \times 100$ | 27,00 | — | Thép CT45 |
Tọa độ gối đỡ cố định $E$ được bố trí tương ứng so với gối đỡ $A$ theo hệ trục vuông góc là $E(48; -72)\text{ mm}$ (trên hệ tọa độ quy chuẩn). Khối tâm $S$ của các khâu 1, 2, 3, 4 đặt tại trung điểm chiều dài hình học của mỗi thanh.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Ý tưởng thiết kế và đặt vấn đề kỹ thuật
Chương I trình bày cơ sở thực tiễn của công nghệ gia công áp lực nguội và lý do lựa chọn đề tài thiết kế cơ cấu máy dập trục khuỷu cỡ trung bình. Tác giả chỉ ra nhược điểm của các cơ cấu dập truyền thống và đề xuất phương án ứng dụng nguyên tắc ba thanh thẳng hàng vào cụm động học chính. Chương này xác định các chỉ tiêu kỹ thuật ban đầu: máy đột được thép tấm dày đến 5 mm, đường kính lỗ đột 20 mm, vật liệu mẫu thử nghiệm tính toán là thép CT5 có ứng suất cắt $\tau_C = 45\text{ kG/mm}^2$, lực dập danh nghĩa tương đương 16 tấn lực.
Chương II: Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu
Nội dung chương tập trung khảo sát định nghĩa, phạm vi ứng dụng và đặc tính kỹ thuật của các dòng máy dập công nghiệp:
- Máy dập trục khuỷu: Phạm vi lực ép từ 16 đến 10.000 tấn, chia thành máy hành trình cứng và hành trình mềm; thân máy dạng thân hở chữ C/E (áp dụng cho lực dập dưới 100 tấn, đưa phôi 3 phía) và thân kín (độ cứng vững cao, dập tải trọng lớn); cấu trúc một trục hoặc hai trục.
- Máy dập thủy lực: Sử dụng áp lực chất lỏng, hành trình êm, lực ép rất lớn nhưng hệ thống đường ống và trạm bơm phức tạp, bảo dưỡng khó.
- Máy dập ma sát trục vít: Dải lực ép từ 40 đến 630 tấn, tốc độ ép chậm, biến dạng kim loại triệt để, thích hợp cho sản xuất hàng loạt nhỏ.
- Đánh giá các cơ cấu truyền động tịnh tiến: So sánh 4 phương án tạo chuyển động con trượt gồm cơ cấu trục khuỷu 2 trụ, cơ cấu trục lệch tâm một trục, cơ cấu hình sin và cơ cấu hệ khâu bản lề. Tác giả chứng minh cơ cấu nhiều khâu bản lề có khả năng tạo lực ép lớn ở cuối hành trình, kết cấu đơn giản và dễ chế tạo.
Chương III: Thiết kế nguyên lý hoạt động cơ cấu
Chương III đi sâu vào tính toán xác định kích thước các khâu và bố trí không gian hình học của cơ cấu. Lực cắt cực đại $P$ khi đột lỗ đường kính 20 mm trên tấm thép CT5 dày 5 mm được tính toán với hệ số $K = 1,2$: $$P = 1,2 \times (\pi \times 20) \times 5 \times 45 = 16.964,6\text{ kG} \approx 166,4\text{ kN}$$ Dựa trên hành trình yêu cầu $S = 41,32\text{ mm}$ và khoảng cách từ tâm quay $A$ đến bàn máy $D = 485\text{ mm}$, tác giả áp dụng định lý hàm số cosin và định lý Pythagoras cho các tam giác hình học tại hai vị trí điểm chết để xác định chính xác chiều dài các khâu: $l_1 = 60\text{ mm}$, $l_2 = 180\text{ mm}$, $l_3 = 360\text{ mm}$, $l_4 = 150\text{ mm}$. Từ tiết diện thanh, tác giả xác định khối lượng và mômen quán tính đối với khối tâm của từng khâu làm cơ sở cho bài toán động lực học.
Chương IV: Phân tích và đánh giá cơ cấu
Chương IV là phần trọng tâm tính toán cơ học của đồ án:
- Bậc tự do và phân loại: Cơ cấu gồm $n = 5$ khâu động, $p_5 = 7$ khớp quay và khớp trượt ($A, B, C, C', D, E, H$), không có khớp loại 4 và bậc tự do thừa, suy ra bậc tự do $W = 3 \times 5 - 2 \times 7 = 1$. Cơ cấu được phân tích thành khâu dẫn 1 và hai nhóm tĩnh định loại 2: nhóm 1 gồm khâu 4, 5 (khớp $C, D, H$) và nhóm 2 gồm khâu 2, 3 (khớp $B, C, E$). Cơ cấu thuộc loại 2.
- Động học cơ cấu: Thiết lập họa đồ chuyển vị cho 8 vị trí làm việc của tay quay. Giải chi tiết bài toán vận tốc và gia tốc tại vị trí số 6 ($\varphi = 90^\circ$) và vị trí số 7.
- Tại vị trí số 7: Vận tốc điểm $C$ đạt $V_C = 0,364\text{ m/s}$, vận tốc tương đối $V_{BC} = 0,080\text{ m/s}$, vận tốc con trượt $V_D = 0,125\text{ m/s}$.
- Gia tốc các điểm được giải qua các thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến, làm rõ sự biến thiên gia tốc của đầu trượt khi tiếp cận điểm chết dưới.
- Lực học cơ cấu: Phân tích áp lực khớp động tại vị trí 6 và vị trí 7 chịu lực cản công nghệ $F_{kt} = 1000\text{ N}$. Tác giả xác định lực quán tính $P_{qt}$, trọng lực $G$ của từng khâu, thiết lập phương trình mômen và đa giác lực véc-tơ để tìm phản lực tại tất cả các khớp bản lề và khớp trượt.
| Thông số lực học | Vị trí số 6 | Vị trí số 7 |
|---|---|---|
| Lực quán tính đầu trượt $P_{qt5}$ | $10,53\text{ N}$ | $18,765\text{ N}$ |
| Lực quán tính khâu 4 $P_{qt4}$ | $0,69\text{ N}$ | $0,51\text{ N}$ |
| Lực quán tính khâu 3 $P_{qt3}$ | $1,70\text{ N}$ | $1,06\text{ N}$ |
| Lực quán tính khâu 2 $P_{qt2}$ | $2,32\text{ N}$ | $1,78\text{ N}$ |
| Phản lực khớp trượt $R_{05}$ | $325,22\text{ N}$ | $393,10\text{ N}$ |
| Áp lực khớp $C$ ($R_{24}$) | — | $800,41\text{ N}$ ($R^t_{24}=3,67\text{ N}; R^n_{24}=800,4\text{ N}$) |
| Áp lực khớp gối $E$ ($R_{03}$) | $368,46\text{ N}$ | $556,03\text{ N}$ ($R^t_{03}=3,77\text{ N}; R^n_{03}=556,02\text{ N}$) |
| Áp lực khớp $B$ ($R_{12}$) | $200,66\text{ N}$ | $297,60\text{ N}$ ($R^t_{12}=6,86\text{ N}; R^n_{12}=297,48\text{ N}$) |
| Áp lực khớp $C$ ($R_{23}$) | $61,81\text{ N}$ | $98,05\text{ N}$ |
| Phản lực khớp gối $A$ ($R_{01}$) | $200,18\text{ N}$ | — |
Tính toán mômen cân bằng $M_{cb}$ trên khâu dẫn tại các vị trí bằng hai cách: cách lập phương trình cân bằng mômen với tâm quay $A$ và cách dùng nguyên lý di chuyển khả dĩ. Độ lệch giữa hai phương pháp cho kết quả rất nhỏ, chứng minh tính tin cậy của thuật toán phân tích.
Chương V: Chuyển động thực và làm đều chuyển động máy
Chương V khảo sát động lực học máy trên toàn bộ chu kỳ quay của khâu dẫn ($360^\circ$, chia làm 8 vị trí tính toán):
- Xác định mômen cản thay thế $M_{ctt}$ đưa về trục khâu dẫn theo phương pháp cân bằng công suất: $$M_{ctt} = \sum_{k=1}^{n} \left[ \pm P_k \frac{v_k}{\omega_1} \cos(\widehat{P_k, v_k}) \pm M_k \frac{\omega_k}{\omega_1} \right]$$
- Bảng tổng hợp mômen cản thay thế tại 8 vị trí của trục dẫn:
| Vị trí góc quay | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vận tốc con trượt $V_{s5}$ (m/s) | 0 | 0,050 | 0,094 | 0,113 | 0,040 | 0 | 0,125 | 0,054 |
| Lực cản kỹ thuật $P_c$ (N) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1000 | 1000 |
| Mômen cản thay thế $M_{ctt}$ (N$\cdot$m) | 0,67 | -1,83 | -4,19 | -5,75 | -2,49 | -0,67 | -16,68 | -6,69 |
- Thực hiện tích phân đồ thị $M_{ctt}(\varphi)$ bằng phương pháp tia cực để vẽ đường cong công cản $A_c$. Nối điểm đầu và điểm cuối của đường cong công cản để dựng đường biểu diễn công phát động $A_đ$ (với giả thiết mômen động cơ thay thế là hằng số $M_{đtt} = \text{const}$).
- Xác định phương trình chuyển động thực của máy thông qua biến thiên động năng $\Delta E = A_đ + A_c$.
- Lập bảng mômen quán tính thay thế $J_{tt}(\varphi)$ tại 8 vị trí dựa trên vận tốc khối tâm $V_{sk}$ và vận tốc góc các khâu. Trên cơ sở đó, tác giả đưa ra phương pháp tính toán lắp bánh đà phụ trên trục khuỷu nhằm giảm hệ số không đều chuyển động $\delta$ của máy về mức cho phép.
Chương VI: Ứng dụng phần mềm GeoGebra vào kiểm tra bài toán phân tích động học cơ cấu
Chương này trình bày giải pháp ứng dụng công cụ phần mềm toán học hình học động GeoGebra để xây dựng mô hình ảo của cơ cấu đột dập. Tác giả thiết lập tọa độ các điểm cố định $A, E$, các phương trình ràng buộc quỹ đạo đường tròn và đường thẳng của các khâu $1, 2, 3, 4, 5$. Bằng cách cho tham số góc quay $\varphi_1$ chạy từ $0^\circ$ đến $360^\circ$, phần mềm tự động xuất tọa độ vị trí, đường truyền chuyển động của các khớp động và vận tốc tức thời của con trượt. Kết quả mô phỏng trên GeoGebra hoàn toàn trùng khớp với các giá trị đo vẽ thủ công trên họa đồ chuyển vị và họa đồ vận tốc trong Chương IV, qua đó khẳng định độ chính xác của phương pháp giải bằng họa đồ véc-tơ.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán động học và động lực học cho một cơ cấu cơ khí nhiều khâu bản lề phức tạp:
- Thiết kế hình học tối ưu: Xác định bộ thông số kích thước hoàn chỉnh cho cơ cấu 5 khâu động thỏa mãn hành trình làm việc $S = 41,32\text{ mm}$, tần số dập 52 lần/phút và khoảng cách lắp ráp trong khung máy cao 800 mm, rộng 420 mm.
- Dữ liệu động lực học tin cậy: Cung cấp bảng số liệu chi tiết về gia tốc, vận tốc, áp lực khớp động và mômen cản thay thế trên 8 vị trí chu kỳ. Phản lực lớn nhất xuất hiện tại khớp bản lề $C$ giữa khâu 2 và khâu 4 đạt $R_{24} = 800,41\text{ N}$, áp lực gối cố định cần lắc $E$ đạt $R_{03} = 556,03\text{ N}$ tại vị trí làm việc chịu tải $F_{kt} = 1000\text{ N}$.
- Kiểm chứng đa phương pháp: Kết quả tính mômen cân bằng khâu dẫn qua phương pháp giải tích lực và nguyên lý di chuyển khả dĩ đạt sự tương đồng cao, sai số tính toán không đáng kể.
- Đóng góp học thuật và kỹ thuật: Đồ án đề xuất phương án ứng dụng nguyên lý ba thanh thẳng hàng cho máy đột dập cỡ trung. Kết cấu này tận dụng hiện tượng tiếp cận điểm chết của hệ liên kết bản lề để nhân lực dập ở cuối hành trình công tác, giúp giảm nhẹ tải trọng yêu cầu đặt lên động cơ dẫn động so với cơ cấu tay quay con trượt truyền thống.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Mặc dù đã giải quyết trọn vẹn bài toán nguyên lý máy, đồ án vẫn còn một số điểm hạn chế do giới hạn phạm vi môn học:
- Tính toán tĩnh học động ở các vị trí rời rạc: Việc phân tích áp lực khớp động mới được giải chi tiết tại hai vị trí đại diện (vị trí 6 và vị trí 7), chưa tính toán liên tục toàn bộ 360 độ góc quay bằng thuật toán số giải tích.
- Bỏ qua ảnh hưởng của ma sát và biến dạng đàn hồi: Các khâu được giả thiết là vật rắn tuyệt đối, chưa tính đến ma sát trong các khớp xoay, rãnh trượt và khe hở lắp ghép cơ khí.
- Chưa đi sâu vào tính toán độ bền chi tiết máy: Đồ án dừng lại ở mức xác định tải trọng tác dụng (áp lực khớp động, mômen uốn, lực dọc trục), chưa tính nghiệm bền mỏi, độ võng của các thanh truyền và tuổi thọ ổ bi đỡ tại các khớp $A, B, C, D, E$.
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:
- Xây dựng chương trình tính toán tự động bằng ngôn ngữ lập trình (như MATLAB/Python) để giải tích liên tục động học và lực học cho toàn bộ chu trình với bước chia góc nhỏ ($1^\circ - 2^\circ$).
- Ứng dụng các phần mềm mô phỏng động lực học nhiều vật rắn (như SolidWorks Motion, Adams) và phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để đánh giá ứng suất, biến dạng của các khâu thép CT45 dưới tác dụng của tải trọng dập danh nghĩa 16 tấn.
- Thiết kế chi tiết kết cấu cụm thân máy, cụm ly hợp – phanh và chế tạo mô hình thực nghiệm để kiểm chứng độ rung động và tính ổn định khi làm việc ở tốc độ cao.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành phục vụ trực tiếp cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư cơ khí:
- Đối tượng tham khảo: Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học Nguyên lý máy, đồ án Thiết kế máy hoặc đồ án tốt nghiệp chuyên ngành máy gia công áp lực.
- Nội dung giá trị nhất:
- Quy trình mẫu chuẩn xác về phân tích cấu trúc, xếp loại nhóm Assur cho cơ cấu phẳng bậc cao (loại 2).
- Trình tự thiết lập họa đồ véc-tơ vận tốc, họa đồ gia tốc và họa đồ lực D'Alembert cho các khâu chuyển động song phẳng phức tạp có nhiều khớp bản lề đồng tâm ($C$).
- Phương pháp kiểm chứng kết quả mômen cân bằng giữa giải tích tĩnh học và nguyên lý di chuyển khả dĩ.
- Cách ứng dụng phần mềm GeoGebra để trực quan hóa và kiểm tra bài toán phân tích động học máy.
Câu hỏi thường gặp
1. Cơ cấu đột dập đề xuất trong đồ án có bậc tự do bằng bao nhiêu và thuộc loại mấy?
Cơ cấu có 1 bậc tự do ($W = 1$). Cấu trúc gồm 1 khâu dẫn (khâu 1 quay quanh trục cố định $A$) và 2 nhóm tĩnh định Assur loại 2: nhóm tĩnh định 1 gồm khâu 4, khâu 5 với các khớp $C, D, H$; nhóm tĩnh định 2 gồm khâu 2, khâu 3 với các khớp $B, C, E$. Do đó, cơ cấu được xếp vào cơ cấu loại 2.
2. Kích thước hình học và vật liệu chế tạo của các khâu trong cơ cấu được chọn như thế nào?
Tất cả các khâu đều làm từ thép carbon CT45 có khối lượng riêng $7,8\text{ kg/dm}^3$. Chiều dài các khâu lần lượt là: khâu dẫn $l_1 = 60\text{ mm}$, khâu 2 có $l_2 = 180\text{ mm}$, khâu 3 có $l_3 = 360\text{ mm}$, khâu 4 có $l_4 = 150\text{ mm}$. Đầu trượt (khâu 5) có kích thước tiết diện $100 \times 100\text{ mm}$, chiều dài $348\text{ mm}$, khối lượng $27\text{ kg}$.
3. Tại vị trí số 7, áp lực tác dụng lên khớp bản lề $C$ giữa khâu 2 và khâu 4 là bao nhiêu?
Tại vị trí số 7 (dưới tác dụng của lực cản công nghệ $F_{kt} = 1000\text{ N}$), áp lực tổng hợp tại khớp $C$ tác dụng từ khâu 2 lên khâu 4 đạt $R_{24} = 800,41\text{ N}$. Trong đó, thành phần pháp tuyến đạt $R^n_{24} = 800,4\text{ N}$ và thành phần tiếp tuyến đạt $R^t_{24} = 3,67\text{ N}$.
4. Mômen cản thay thế $M_{ctt}$ biến thiên như thế nào trên chu trình 8 vị trí tính toán?
Mômen cản thay thế đạt giá trị dương duy nhất tại vị trí 1 ($0,67\text{ N}\cdot\text{m}$) và mang giá trị âm ở 7 vị trí còn lại do máy sinh công cản. Trị số mômen cản lớn nhất xuất hiện tại vị trí số 7 (khi đầu trượt thực hiện dập và chịu tải lực cản kỹ thuật) với độ lớn $M_{ctt} = -16,68\text{ N}\cdot\text{m}$.
5. Mục đích của việc đưa phần mềm GeoGebra vào đồ án là gì?
GeoGebra được sử dụng làm công cụ kiểm chứng độc lập cho bài toán động học. Thay vì chỉ dựa vào đo vẽ thủ công trên giấy vẽ kỹ thuật dễ sai lệch tỉ lệ xích, phần mềm thiết lập mô hình động học chính xác để kiểm tra lại quỹ đạo, vận tốc và chuyển vị của các điểm nút cơ cấu.
Kết luận
Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán tính toán, thiết kế nguyên lý cho cơ cấu máy đột dập trục khuỷu cỡ trung bình ứng dụng nguyên tắc ba thanh thẳng hàng với lực dập danh nghĩa 16 tấn. Bằng việc kết hợp phương pháp họa đồ véc-tơ, nguyên lý D'Alembert và nguyên lý di chuyển khả dĩ, toàn bộ thông số động học, lực học và phương trình chuyển động thực của máy đã được xác định cụ thể và có độ tin cậy cao. Việc ứng dụng thành công phần mềm GeoGebra đã cung cấp thêm giải pháp số hóa hỗ trợ kiểm chứng trực quan cho các bài toán phân tích cơ cấu cơ khí truyền thống.