I. Tổng hợp cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
Bài toán tổng hợp cơ cấu phẳng toàn khớp thấp bao gồm ba bài toán cơ bản: tạo chuyển động theo hàm (function generation), tạo chuyển động theo quỹ đạo (path generation), và tạo chuyển động theo vị trí (rigid body guidance). Cơ cấu tay quay - con trượt (slider-crank mechanism) là một trong những cơ cấu phổ biến nhất trong lĩnh vực cơ khí. Cơ cấu tay quay con trượt chính tâm (in-line slider-crank mechanism) có phương trượt đi qua tâm quay của khâu dẫn. Khoảng trượt được định nghĩa là khoảng cách giữa hai vị trí gần nhất và xa nhất của con trượt trên phương trượt. Hệ số năng suất của cơ cấu tay quay con trượt chính tâm là 1. Điều này cho thấy rằng, khi thiết kế cơ cấu, chiều dài thanh truyền nên chọn lớn nhất có thể, thường chọn tỷ lệ lớn hơn 3 lần chiều dài của tay quay. Cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm (offset slider-crank mechanism) có độ lệch tâm là khoảng cách từ tâm quay đến phương trượt. Quỹ đạo chuyển động của cơ cấu không đối xứng như ở cơ cấu tay quay con trượt chính tâm. Góc quay của tay quay không bằng nhau ở hành trình đi và về của con trượt, do đó, khoảng chạy lớn hơn so với cơ cấu tay quay con trượt chính tâm.
1.1. Cơ cấu tay quay con trượt chính tâm
Cơ cấu tay quay con trượt chính tâm có phương trượt đi qua tâm quay của khâu dẫn. Khoảng trượt được định nghĩa là khoảng cách giữa hai vị trí gần nhất và xa nhất của con trượt trên phương trượt. Hệ số năng suất của cơ cấu tay quay con trượt chính tâm là 1. Điều này cho thấy rằng, khi thiết kế cơ cấu, chiều dài thanh truyền nên chọn lớn nhất có thể, thường chọn tỷ lệ lớn hơn 3 lần chiều dài của tay quay.
1.2. Cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm
Cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm có độ lệch tâm là khoảng cách từ tâm quay đến phương trượt. Quỹ đạo chuyển động của cơ cấu không đối xứng như ở cơ cấu tay quay con trượt chính tâm. Góc quay của tay quay không bằng nhau ở hành trình đi và về của con trượt, do đó, khoảng chạy lớn hơn so với cơ cấu tay quay con trượt chính tâm.
II. Mô phỏng bài toán nguyên lý máy
Mô phỏng bài toán nguyên lý máy là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu và thiết kế cơ cấu. Cơ cấu bốn khâu bản lề (crank-rocker mechanism) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần có chuyển động lắc. Thiết kế cơ cấu bốn khâu bản lề là xác định kích thước các khâu nhằm đảm bảo góc lắc và góc lệch giữa hai vị trí dưới thẳng, gập nhau của tay quay và con trượt. Các bước tổng hợp cơ cấu bao gồm việc chọn chiều dài khâu có giá trị bất kỳ, vẽ hai vị trí biên của khâu ứng với góc lắc, và xác định tâm quay của khâu dẫn. Điều này giúp đảm bảo rằng cơ cấu hoạt động hiệu quả và đạt được các yêu cầu kỹ thuật đề ra.
2.1. Cơ cấu bốn khâu bản lề
Cơ cấu bốn khâu bản lề là một trong những cơ cấu phổ biến trong cơ khí. Việc xác định kích thước các khâu là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động của cơ cấu. Các bước tổng hợp cơ cấu bao gồm việc chọn chiều dài khâu có giá trị bất kỳ, vẽ hai vị trí biên của khâu ứng với góc lắc, và xác định tâm quay của khâu dẫn.
2.2. Bài toán vị trí và vận tốc
Bài toán vị trí và vận tốc trong cơ cấu bốn khâu bản lề là rất quan trọng. Việc xác định góc quay và vận tốc góc của các khâu giúp đảm bảo rằng cơ cấu hoạt động hiệu quả. Các phương trình vector được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa các khâu và xác định các thông số cần thiết cho thiết kế.
