TRUONG CAO DANG KY THUAT LY TU TRONG KHOA CO KHi GIAO TRINH NGUYEN LY - CHI TIET MAY 1 (Dùng cho sinh viên hệ Cao đẳng Công nghệ kỹ thuật Cơ khí và Ôtô) Chỉnh sửa lần 2 Lưu hành nội bộ am CHUONGI Bai 1 Bai2 CHUONG ff Bai 3 Bài 4 CHƯƠNG II Bài 5 Bai 6 CHUONG IV Bài 7 Bai 8 Bài 9 Bài 10 MỤC LỤC NỘI DUNG MỞ ĐÀU Các khái niệm cơ bản và định nghĩa Bậc tự do của cơ cấu CƠ CÁU BÓN KHÂU BẢN LẺ Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của cơ cấu phẳng toàn khớp thấp (bến khâu bản lễ). Phân tích động học cơ cấu bến khâu bản lễ CƠ CÁU CAM Đại cương cơ cấu cam Phân tích động học cơ cấu cam CƠ CÁU BÁNH RẰNG Cơ cấu bánh răng Hệ bánh răng Ma sát Cân bằng máy TRANG 12 19 19 25 30 30 34 36 36 45 50 57 Chương ï MO BAU Bài 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH NGHĨA Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm về tiết máy, khâu, khớp, chuỗi động, cơ cấu và máy -_ Vẽ được các lược đồ khớp, khâu, cơ cấu và đọc được một số sơ đồ động thường gặp. Chỉ tiễt máy và khâu 1.
Chỉ tiết máy (tiết máy): Máy hay cơ cấu có thể tháo rời ra thành nhiều bộ phận khác nhau; bộ] phận: không thể tháo rời ra được nữa gọi gọi là chỉ tiết máy. - - Vi dụ: trục khuýu, pifston, xilanh, bulông, đai é ốc v. Khâu: một tiết t máy động hay một số tiết máy nối cứng với nhau thành một vật thé động (tức là có chuyển động tương đối so với vật thể khác) gọi là khâu động. Khâu có thể là một vật rắn không biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc có dạng dây dẻo.
Ở đây, ta chỉ xem xét khâu như là một vật rắn không biến dạng (vật rắn tuyệt đối). Để hiểu rõ khái niệm khâu động, ta xét ví dụ sau. i Pistông 3 AM Hình 1.1 Cơ cấu tay quay con trượt Ví dụ : xét cơ cấu tay quay con trượt OAB (Hình 1.1) có 4 khâu: Trục khuyu (1), thanh truyén (2), pitténg (3) va xi lanh 1 (4) gắn liền với vỏ máy. Trong hệ quy chiếu gắn liền với khâu (4) (vỏ máy, xi lanh), mỗi khâu có chuyển động riêng biệt: Khâu (1) quay xung quanh tâm O, khâu (2) chuyển động song phẳng, khâu (3) chuyển động tịnh tiến, khâu (4) cô định.
Trục khuỷu là một chỉ tiết máy độc lập. Thanh truyền gồm nhiều chỉ tiết máy như thân, bạc lót, đầu to, bu lông, đai ốc v. ghép cứng lại với nhau nhưng cả hai đều là một khâu. Tat ca những tiết máy cố định hợp thành một hệ thống cứng và cố định gọi là khâu cố định hay giá.
Ví dụ: Thân động cơ, ô trục khuỷu v. Trong bất kỳ cơ cấu hay máy nào đều chỉ có một khâu cố định và một hay nhiều khâu động. I, Noi động, thành phầm khóp động và khóp động 1, Bậc tự do tương đối giữa hai khâu + Số bậc tự do tương đối giữa hai khâu là số khả năng chuyển động độc lập tương đối của khâu này đối với khâu kia (tức là số khả năng chuyên động độc lập của khâu này trong một hệ quy chiếu gắn liền với khâu kia). + Khi để rời hai khâu trong không gian, giữa chúng sẽ có 6 bậc tự do tương đối.
Trong hệ tọa độ vuông góc Oxyz gắn liền với khâu (1), thì khâu (2) có 6 khả năng chuyển động: Tx ,Ty ,Tz (3 chuyên động tịnh tiến đọc theo cdc truc Ox, Oy, Oz) va Qy, Qy;Qz @ chuyển động quấy xung quanh các iruc Ox, Oy, Oz). Sau khả năng này hoàn toàn độc lập với nhau (hình1.2 Bac tự do tương đối giữa hai khâu + Tuy nhiên, khi để rời hai khâu trong mặt phẳng, số bậc tự do tương đối giữa chúng chỉ còn lại là 3: chuyển động quay Qz xung quanh trục Oz vuông góc với mặt phăng Oxy của hai khâu và hai chuyền động tịnh tiễn Tx ,Ty (hình 1. + Ngoài ra, số bậc tự do tương đối giữa hai khâu cũng chính là số thông số vị trí độc lập cần cho trước để xác định hoàn toàn vị trí của khâu này trong một hệ quy chiếu gắn liền với khâu kia.2 Giữa hai khâu trong mặt phẳng — 3 btd: Tx, Ty, Qz (hình b) Giữa hai khâu trong không gian — 6 btd: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz (hinh a) 2. Sự nối động Để tạo thành cơ cấu, các khâu không thể để rời nhau mà phải được liên kết với nhau theo một quy cách xác định nào đó sao cho sau khi nối nhau các khâu vẫn còn có khả năng chuyển động tương đối gọi là sự nối động các khâu.
Nối động hai khâu làm hạn chế bớt số bậc tự do tương đối giữa chúng.2b Nối động giữa hai khâu 3. Thành phần khớp động, khớp động + Khi nếi động, các khâu sẽ có thành phần tiếp xúc nhau theo điểm, đường, mặt. Toàn bộ chỗ tiếp xúc giữa hai khâu gọi là một thành phần khớp động. + Tập hợp hai thành phần khớp động trong một phép nối động hai khâu hình thành nên một khớp động.
Phân loại khớp động và lược đề khóp 1. Phân loại khớp động a. Theo đặc điểm tiếp xúc của hai khâu (thành phần khớp động) - Khớp cao: nếu thành phần khớp động là các điểm hay các đường. - Khóp thấp: nếu thành phần khớp động là các mặt.
Theo số bậc tự do tương đối bị hạn chế (số ràng buộc của khớp) - Ta có khớp loại 1, loại 2, loại 3, loại 4, loại 5 lần lượt hạn chế 1, 2, 3, 4, 5 bậc tự do tương đối. - Không có khớp loại 6, vì khớp này bạn chế 6 bậc tự do tương đối giữa hai khâu, khi đó hai khâu là ghép cứng với nhau. Không có khớp loại 0, vì khi đó hai ' khâu đê rời hoàn toàn trong không gian (liên kết tự do). Khớp loại 1 khớp loại 4 Khỏp loại 5 Khớp loại 5 Khép loại thấp có ưu điểm: khả năng chuyển tải lớn, lâu mòn, chịu lực lớn hơn so với loại khớp cao.
Khớp loại cao thực hiện được những chuyển động phức tạp hơn so với khớp loại thấp. Ví dụ về khớp động ® i Chất 2 a - h wer? Rani 4 Hình 1.4 Khớp cầu ˆ HN { by Hinh 1.5 Khóp cầu có chốt A { 1 1 1 i e7” Hinh 1.6 Khép trot Hinh 1. Ví dụ ¡: Cho hình trụ tròn xoay (khâu 1) tiếp xúc với tắm phẳng (khâu 2) theo một đường sinh, ta được một khớp động (hình 1. Số bậc tự do tương đối bị hạn chế đi là 2 (Qy ,1z) => khớp động này là khớp loại 2.
Thành phần khớp động là các đường nên khớp động này là một khớp cao. Ví dụ2: Hai hình cầu tiếp xúc với nhau (hình 1.4) cho ta một khớp động. Số bậc tự do tương đối bị hạn chế đi là 3 (Tx ,Tvy ,Tz ds nên đây là một khớp câu loại 3. Thành phần khớp động là các mặt cầu, do vậy khớp cầu nói trên là một khớp thấp.
Vi du 3: Khop cầu có chốt (hình 1.5): Khác với khớp cầu loại 3 trên đây, trên. khâu 2 của khớp cầu này có gắn thêm chốt 3, trên khâu 1 có xẻ rãnh 4, Khí đó, khâu hai chỉ còn hai khả năng chuyển động tương đối so với khau 1: chuyển động quay Qx xung quanh trục x và chuyển động quay Qy xung quanh trục y. Khớp này hạn chế 4 bậc tự do tương đối, do vậy là khớp loại 4. Thành phần khớp động là các mặt cầu nên đây là một khớp thấp.
Ví dụ 4: Khớp tịnh tiến (khớp trượt - hình 1.6): số bậc tự do tương đối bị hạn chế đi là 5 (chỉ để lại chuyển. tian Ty ) nên khớp trượt là khớp loại 5. Thành phần khớp động là các mặt phẳng, nên khớp trượt là một khớp thấp. Ví dụ 5: Khớp quay (khớp bản lề — hình 1.7): số bậc tự đo tương đối bị hạn chế đi là 5 (chỉ để lại chuyển động quay Qx ) nên khớp quay là một khớp loại 5.
Thành phần khớp động là các mặt trụ tròn xoay A va cdc phan AZ mặt phẳng B, nên đây là một khớp thấp. Ví dụ 6: Khớp vít (ví dụ vít me-đai ốc — hình 1.8): khâu 1 có hai khả năng chuyến động tương đối so với khâu 2, đó là hai chuyển động T; và Q;. Tuy nhiên hai khả năng chuyển động này phụ thuộc lẫn nhau (khi giữ vít me cổ định và xoay dai ốc một góc nào đó quanh trục Oz thì đai ốc sẽ vã tinh tiến một khoảng xác định đọc theo trục O2). Si i eee Do vậy khớp vít là khớp loại 5.
Thành phần khớp Vit me 1 Bai oc 2 động là các mặt ren vit nên đây là một khớp thấp. Lược đồ khớp Trên thực tế, kết cấu khâu và khớp rất phức tạp. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu các bài toán về cơ cấu, người ta biểu diễn các khớp động khác nhau bằng các lược đồ quy ước. Xuược đồ một số khớp thông dụng khớp câu (khớp thấp, loại 3) (Khớp thấp, loại 4) khớp cầu có chốt oT aS Khép tinh tién — †krớp thấp; Toại 5j : _ Coy - ro Khép ban 1é (khớp thấp.
loại 5} : ưng lên w | Khép vit. (khớp thấp, loại 3) NS feces Khép cao phang ( khớp bánh răng phẳng, khớp cam phẳng. Lược đồ khâu - Các khâu cũng được thể hiện qua các lược đồ đơn giản gọi là lược đồ khâu. - Trên lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ các khớp động, các kích thước có ảnh hưởng đến chuyển động của khâu và chuyên động của cơ cấu.
Chuỗi động và cơ cầu 1, Chuỗi động - Chuỗi động là tập hợp các khâu được nếi với nhau bằng các khớp động. - Dựa trên cầu trúc chuỗi động, ta phân chuỗi động thành hai loại: chuỗi động hở và chuỗi động kín. + Chuỗi động hở: là chuỗi động trong đó các khâu chỉ được nối với một khâu khác. + Chuỗi động kín là chuỗi động trong đó mỗi khâu được nối ít nhất với hai khâu khác (các khâu tạo thành các chu vi khép kín, mỗi khâu tham gia ít nhất hai khớp động).
- Dựa trên tính chất chuyển động, ta phân biệt chuỗi động không gian và chuỗi động phẳng. - Chuỗi động không gian có các khâu chuyển động trên các mặt phẳng không song song với nhau, còn trong chuỗi động phẳng, tất cả các khâu chuyển động trên những mặt phẳng song song với nhau. Ví dụ: chuỗi động trên hình 1.