Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 5: Động lực học máy - Trương Quang Trường

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 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 2 - 
Nguyên Lý Máy 
Chương 5 
ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 3 - 
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. 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
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 nĕng khâu thay thế bằng động nĕng 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 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 5 - 
2. Các đại lương thay thế 
a. Khối lượng thay thế 
2 2 2
1
. . .
2 2
n
t i si si i
i
m V m V J

 
2 2
1
. .
n
si i
t i si
i
V
m m J
V V
              
 
 Các giá trị (Vsi/V) và (i/V) xác định dựa vào họa đồ vận tốc 
I. KHÂU THAY THẾ - CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ 
 Cân bằng động nĕng: 
b. Momen quán tính thay thế 
2 2 2
1
. . .
2 2
n
t 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 nĕng: 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 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 
I. KHÂU THAY THẾ - CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ 
 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

    
 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 7 - 1
k

1
kV

II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 
1. Phương trình động nĕng 
d cA A E  
2 2
1 1
2 2
2 2 1 1. .
. .
2 2
t t
td tc
J JM d M d   
 
 
   
Trong đó: 
+ E: độ biến thiên động nĕng của cơ cấu. E = E2 – E1, với E1, E2 là động nĕng 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. 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
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 nĕng 
+ 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 nĕng âm  động nĕng giảm dần 
 Khâu thay thế chuyển động chậm dần 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 
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 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
II. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY 
2. Phương trình chuyển động của máy viết dưới dạng momen 
2 2
2 2
t t
d c t
J . dJd dM M M . J .
d d dt
          
(phương trình dạng này ít được sử dụng) 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
 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 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
Dựa vào phương trình chuyển động của máy, xác định vận 
tốc góc khâu dẫn: 
- 12 - 
III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 
2
1
2
o 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. 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 13 - 
III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 
1. Phương pháp số 
     
   2
1
2
1 1
1 1
1
2
2
i
i td tc
i
J M M d
J



      


    
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
2
i i
i
E E
J 
      
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 14 - 
III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 
1. Phương pháp số 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 15 - 
III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 
2. Phương pháp đồ thị 
     , ,c dJ 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 
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 16 - 
III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 
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
2
13
4
5
6
7
8
Ji
Ei
i min
max
i
a)
b)
c)
d)
e)
Mc()
Md()
Ac()
Ad()
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ 
Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường 
- 17 - 
III. CHUYỂN ĐỘNG THẬT CỦA MÁY 
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 nĕng 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 kk
Ek 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