Bài giảng nguyên lý máy
Chương 5: Cân Bằng Máy và Hiệu Suất 1
Chương 5
CÂN BẰNG MÁY VÀ HIỆU SUẤT
Phần A – CÂN BẰNG MÁY
5.1 Mục đích và nội dung cân bằng máy
5.1.1 Mục đích của cân bằng máy
_ Khi cơ cấu và máy làm việc tạo ra gia tốc do đó làm xuất hiện lực quán tính.
_ Lưc quán tính thay đồi tùy theo chu kỳ làm việc của máy và phụ thuôc vào vị trí của
cơ cấu => áp lực trên các khớp phụ thuộc vào lực quán tính và thay đổi có chu kỳ
_ Áp lực này được gọi là phản lực động phụ (để phân biệt với phản lực không đổi do
tải trọng tĩnh gây nên). Phản lực động phụ là nguyên nhân gây ra các hiện tượng có
hại như tăng thêm ma sát trong khớp động, giảm hiệu suất của máy, tăng độ mòn của
các thành phần khớp.
_ Lực quán tính gây ra rung động trên máy và móng máy làm giảm độ chính xác, chất
lượng làm việc của máy, giảm tuổi thọ của máy, làm hư hại thiết bị, nhà xưởng …
=> Phải khử lực quán tính, loại trừ nguồn gốc gây nên rung động.
_ Đây chính là mục đích của việc cân bằng máy
5.1.2 Nội dung của cân bằng máy
_ Để giảm rung động cho máy và nền móng, đảm bảo biên độ rung không vượt quá
giới hạn cho phép đồng thời giảm ma sát trong khớp động, nhờ đó tăng độ bền mòn
của các thành phần khớp và tăng hiệu suất máy, cần phải khử hoàn toàn hay một phần
lực quán tính bằng cách thay đổi hoặc phân bố lại khối lượng các khâu sao cho các lực
quán tính tác dụng lên cơ cấu cân bằng lẫn nhau, không truyền lên khớp động hay
truyền lên móng máy. Đây chính là nội dung của cân bằng máy.
_ Cân bằng máy là một vấn đề rất phức tạp, ở đây ta chỉ khảo sát hai vấn đề cơ bản:
+ Cân bằng vật quay: nghĩa là phân phối lại khối lượng vật quay để khử lực quán tính
ly tâm và moment quán tính của các vật quay.
+ Cân bằng cơ cấu: phân phối lại khối lượng các khâu trong cơ cấu để khi cơ cấu làm
việc, tổng các lực quán tính trên toàn bộ cơ cấu triệt tiêu và không tạo nên áp lực động
trên nền.

:
i
i
qi
rmP
2
ω=
_ Trọng tâm của vật quay:
0≠=
∑
∑
i
i
i
G
m
rm
r
=> không trùng tâm quay.
_ Để cân bằng cần thêm vào một khối lượng m
đ
tại bán kính r
đ
sao cho lực quán tính
ly tâm do nó gây ra,
cb
cb
cb
rmP
2

Giải phương trình trên bằng đa giác lực => xác định được vị trí
cb
r

và lượng cân bằng
cb
cb
rm cần thêm vào.
_ Khi phương trình trên thỏa,
trọng tâm chung của vật lúc
này trùng với tâm quay: + khối lượng thêm vào m
cb
được gọi là đối trọng
+ tổng
i
i
mr
∑
r
gọi là lượng mất cân bằng.
+ có thể thay thế việc thêm vào một đối trọng m
cb
ở vị trí
cb
r
bằng cách lấy đi
một khối lượng m


Hình5.2
_ Nguyên tắc cân bằng: vật quay dày hoàn toàn được cân bằng khi phân phối lại khối
lượng trên hai mặt phẳng tùy ý và vuông góc với trục quay.
_ Xét vật quay dày có n khối lượng m
i
phân bố trên các mặt phẳng (1), (2), , (i), ,
(n) song song với nhau và vuông góc với trục quay. Vị trí của khối lượng m
i
trên mặt
phẳng (i) được xác định bằng bán kính vectơ r
i
.
_ Cho trục quay đều với vận tốc góc
ω
. Mỗi khối lượng m
i
gây ra một lực quán tính
bằng:
2
.
qii
i
Pmr
ω
=
urr

_ Gọi (I) và (II) là hai mặt phẳng tùy ý gắn liền với vật quay và vuông góc với trục
quay. Chia mỗi lực quán tính

urr
do nó gây ra cân
bằng với các lực
)(Iqi
P :
∑
=+ 0
)()( IqiIcb
PP
=> 0
)(
)(
)(
)(
=+
∑
Ii
Ii
Icb
Icb
rmrm
Bài giảng nguyên lý máy
Chương 5: Cân Bằng Máy và Hiệu Suất 4
_ Tương tự, trên mặt phẳng (II), ta đặt một đối trọng m
cb( II )
tại vị trí xác định bằng
bán kính vectơ
)(IIcb
r để cân bằng hệ lực gồm các lực đồng quy
)(IIqi

IIcb
IIcb
rm cần thêm vào.
_ Mặt phẳng (I) và (II) được gọi là các mặt phẳng căn bằng. Các lượng
∑
)(
)(
Ii
Ii
rm và
∑
)(
)(
IIi
IIi
rm được gọi là các lượng mất cân bằng của vật quay dày.

Phần B – HIỆU SUẤT

1. Đại cương về hiệu suất
_ Khi máy chuyển động bình ổn, sau một chu kỳ động lực học của máy, công phát
động cung cấp cho máy và công cản mà máy tiêu hao phải cân bằng nhau:
A
đ
= |-A
c
|

ci
= A
đ
- A
ms

đ
ms
A
A
−=1η
_ Hệ số tổn thất năng lượng:
đ
ms
A
A
=ν =>
ν
η
−
=
1
_ Công ma sát luôn luôn khác không (A
ms

≠
0): => 10
<
<
η

1
==η
_ Xét khớp động thứ 2:
1
2
2
2
2
A
A
A
A
đ
==η
_ Xét khớp động thứ 3:
2
3
3
3
3
A
A
A
A
đ
==η

_ Khớp động thứ n:
1−
==

đ
ci
A
A

=>
∏
=
=
n
i
i
1
ηη
2.2 Chuỗi động ghép song song
_ Xét một chuỗi gồm n khớp động ghép song song
_ Gọi
i
η là hiệu suất của khớp động thứ i. Hình 1.2 Chuỗi động ghép song song

Ta có :
∑
=
=
n
i
điđ

2
η

3
η

n
η
A
đ

A
1

A
2

A
ci

A
3

A
n
-
1

1

A
ci

A
đ
1

A
đ
2

A
đ
(n
-
1)

A
đ
n

Bài giảng nguyên lý máy
Chương 5: Cân Bằng Máy và Hiệu Suất 6
_ Hiệu suất của chuỗi :
∑
∑
∑
∑