Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Cấu tạo cơ cấu - Bùi Trọng Hiếu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
Chöông 1
CAÁU TAÏO CÔ CAÁU
1.1. ÑÒNH NGHÓA NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
1. KHAÂU VAØ TIEÁT MAÙY
a. Tieát maùy: Maùy hay cô caáu coù theå thaùo rôøi ra thaønh nhieàu boä phaän khaùc nhau. Boä phaän
khoâng theå thaùo rôøi ra ñöôïc nöõa goïi laø chi tieát maùy (goïi taét laø tieát maùy).
Ví duï: bu loâng, ñai oác, nieàn xe ñaïp, caêm xe ñaïp, …
b. Khaâu: Trong cô caáu vaø maùy, toaøn boä boä phaän coù chuyeån ñoäng töông ñoái so vôùi boä phaän
khaùc goïi laø khaâu. Moät khaâu coù theå goàm moät tieát maùy ñoäc laäp hay nhieàu tieát maùy noái cöùng
vôùi nhau taïo thaønh. (Hai tieát maùy ñöôïc goïi laø noái ñoäng vôùi nhau khi giöõa chuùng coù chuyeån
ñoäng töông ñoái, noái cöùng vôùi nhau khi giöõa chuùng khoâng coù chuyeån ñoäng töông ñoái). Moät
khaâu coù nhieàu tieát maùy noái cöùng vôùi nhau chæ ñeå deã daøng cho vieäc cheá taïo, laép raùp, thay
theá vaø vaän chuyeån, ...
Ví duï:
a
b
c
d
e
Hình 1.1
Hình 1.2
Cô caáu ñoäng cô noå treân hình 1.1 goàm piston 3 chuyeån ñoäng trong xylanh 4, thanh truyeàn
2 quay töông ñoái vôùi piston 3 vaø quay töông ñoái vôùi tay quay 1, tay quay 1 quay töông ñoái
vôùi thaân maùy. Nhö vaäy, ôû ñaây coù 4 khaâu ñöôïc kí hieäu laø 1, 2, 3, 4; thaân maùy vaø xylanh laø
moät khaâu vì khoâng coù chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi nhau. Thanh truyeàn bao goàm nhieàu chi
tieát nhö thaân a, buloâng b, naép c, ñai oác d vaø baïc loùt e noái cöùng vôùi nhau nhö treân hình 1.2.
Khi nghieân cöùu Nguyeân lyù maùy, khaâu ñöôïc xem laø thaønh phaàn cô baûn. Khaâu ñöôïc xem
laø vaät raén tuyeät ñoái.
- 4 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
2. THAØNH PHAÀN KHÔÙP ÑOÄNG - KHÔÙP ÑOÄNG
a. Baäc töï do cuûa khaâu:
Hình 1.3
Moät khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäc laäp cuûa moät vaät ñoái vôùi moät heä qui chieáu goïi laø moät
baäc töï do.
Giöõa hai khaâu ñeå rôøi trong khoâng gian coù 6 khaû naêng chuyeån ñoäng töông ñoái, ñoäc laäp
ñoái vôùi nhau
chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa khaâu
coù 6 baäc töï do. Xeùt hai vaät raén (hai khaâu)
ñoái vôùi khaâu laø:
A vaø B nhö hình 1.3,
B
A
- Tònh tieán theo ba truïc Ox, Oy, Oz
:
Tx
,
Ty
,
Tz
Qz
- Quay quanh ba truïc Ox, Oy, Oz
:
Qx
,
Qy
,
Giöõa hai khaâu ñeå rôøi trong maët phaúng coù 3 baäc töï do:
- Tònh tieán theo hai truïc Ox, Oy
- Quay quanh truïc Oz
:
:
Tx
, Ty
Qz
b. Noái ñoäng:
Ñeå taïo thaønh cô caáu, caùc khaâu khoâng theå ñeå rôøi nhau maø phaûi ñöôïc lieân keát vôùi nhau
theo moät qui caùch xaùc ñònh naøo ñoù sao cho sau khi noái vôùi nhau caùc khaâu vaãn coù khaû
naêng chuyeån ñoäng töông ñoái ñoái vôùi nhau
noái ñoäng caùc khaâu.
c. Thaønh phaàn khôùp ñoäng - Khôùp ñoäng - Raøng buoäc:
Khi noái ñoäng, caùc khaâu seõ coù thaønh phaàn tieáp xuùc vôùi nhau. Toaøn boä choã tieáp xuùc
giöõa hai khaâu treân moãi moät khaâu ñöôïc goïi laø moät thaønh phaàn khôùp ñoäng.
Hai thaønh phaàn khôùp ñoäng trong moät pheùp noái ñoäng hai khaâu hình thaønh neân moät
khôùp ñoäng (goïi taét laø khôùp). Taùc duïng cuûa khôùp ñoäng laø haïn cheá bôùt khaû naêng
chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa hai khaâu noái vôùi nhau, töùc laø laøm giaûm ñi soá baäc töï do.
Soá baäc töï do bò khôùp ñoäng laøm maát ñi ñöôïc goïi laø soá raøng buoäc.
- 5 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
3. PHAÂN LOAÏI KHÔÙP ÑOÄNG
Coù hai caùch phaân loaïi khôùp ñoäng:
a. Phaân loaïi khôùp ñoäng theo soá raøng buoäc:
Ta goïi khôùp ñoäng loaïi
k
khi noù coù
k
k
raøng buoäc (haïn cheá baäc töï do).
y
y
y
B
O
A
O
A
B
x
x
O
x
A
z
z
z
Khôùp loaïi 3
Khôùp loaïi 1
Khôùp loaïi 2
a)
b)
c)
y
y
y
O
A
O
x
x
O
A
B
x
A
B
z
z
z
Khôùp loaïi 5
Khôùp loaïi 4
Khôùp loaïi 5
d)
e)
f)
Hình 1.4
- Khôùp treân H.1.4a laø khôùp loaïi 1 vì haïn cheá 1 chuyeån ñoäng: Ty
- Khôùp treân H.1.4b laø khôùp loaïi 2 vì haïn cheá 2 chuyeån ñoäng: Ty
.
,
Qx
.
- Khôùp treân H.1.4c laø khôùp caàu loaïi 3 vì haïn cheá 3 chuyeån ñoäng: Tx
- Khôùp treân H.1.4d laø khôùp truï loaïi 4 vì haïn cheá 4 chuyeån ñoäng: Ty
,
Ty
,
Tz
Qy
,
.
,
Tz
,
,
Qz
.
- Khôùp treân H.1.4e laø khôùp baûn leà loaïi 5 vì haïn cheá 5 chuyeån ñoäng: Tx
- Khôùp treân H.1.4f laø khôùp vít cho pheùp 2 chuyeån ñoäng Tx
,
Ty
Tz
,
Qx
, Qy .
,
Qx , nhöng 2 chuyeån ñoäng naøy
khoâng ñoäc laäp vôùi nhau, töùc laø chæ coøn 1 chuyeån ñoäng ñoäc laäp (hoaëc Tx hoaëc Qx ), neân
khôùp vít laø khôùp loaïi 5.
b. Phaân loaïi khôùp ñoäng theo ñaëc ñieåm tieáp xuùc:
Khôùp loaïi cao (khôùp cao) : laø khôùp coù thaønh phaàn tieáp xuùc laø ñieåm hay ñöôøng.
Ví duï: caùc khôùp treân hình 1.4 (a), (b).
Khôùp loaïi thaáp (khôùp thaáp): laø khôùp coù thaønh phaàn tieáp xuùc laø maët.
Ví duï: caùc khôùp treân hình 1.4 (c), (d), (e), (f).
- 6 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
4. LÖÔÏC ÑOÀ ÑOÄNG
a. Löôïc ñoà ñoäng cuûa khôùp:
Ñeå thuaän tieän cho vieäc nghieân cöùu cô caáu vaø maùy, caùc khôùp ñoäng ñöôïc bieåu dieãn baèng
caùc hình veõ qui öôùc goïi laø löôïc ñoà ñoäng cuûa khôùp, goïi taét laø löôïc ñoà khôùp.
Ví duï:
Hình 1.5
b. Löôïc ñoà ñoäng cuûa khaâu:
Caùc khaâu cuõng ñöôïc bieåu dieãn baèng caùc hình veõ qui öôùc goïi laø löôïc ñoà ñoäng cuûa khaâu,
goïi taét laø löôïc ñoà khaâu. Treân löôïc ñoà khaâu phaûi theå hieän ñaày ñuû caùc thaønh phaàn khôùp ñoäng,
caùc kích thöôùc coù aûnh höôûng ñeán tính chaát ñoäng hoïc cuûa khaâu vaø cuûa cô caáu. Caùc kích thöôùc
naøy ñöôïc goïi laø caùc kích thöôùc ñoäng. Kích thöôùc ñoäng thoâng thöôøng laø khoaûng caùch taâm caùc
thaønh phaàn khôùp ñoäng treân khaâu Löôïc ñoà ñoäng cuûa bieân.
Töø löôïc ñoà cuûa khôùp vaø löôïc ñoà cuûa khaâu, ta coù theå bieåu dieãn cô caáu baèng löôïc ñoà.
Ví duï:
Hình 1.6
- 7 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
5. CHUOÃI ÑOÄNG - CÔ CAÁU
a. Chuoãi ñoäng - Phaân loaïi chuoãi ñoäng:
Chuoãi ñoäng: Nhieàu khaâu noái vôùi nhau taïo thaønh moät chuoãi ñoäng.
Phaân loaïi chuoãi ñoäng:
Chuoãi ñoäng coù theå chia thaønh chuoãi ñoäng phaúng vaø chuoãi ñoäng khoâng gian:
Chuoãi ñoäng phaúng: laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu chuyeån ñoäng trong cuøng
moät maët phaúng hay nhieàu maët phaúng song song vôùi nhau (hình 1.7).
Chuoãi ñoäng khoâng gian: laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu chuyeån ñoäng trong
nhöõng maët phaúng khoâng song song vôùi nhau (hình 1.8).
2
C
1
3
B
4
3
1
A
D
a)
b)
Hình 1.7
a)
b)
Hình 1.8
Veà phöông dieän khaùc, chuoãi ñoäng coù theå chia thaønh chuoãi ñoäng kín vaø chuoãi ñoäng hôû:
Chuoãi ñoäng kín: laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu noái vôùi nhau taïo thaønh moät hay
nhieàu chu vi kheùp kín. Nhö vaäy, trong chuoãi ñoäng kín, moãi khaâu phaûi tham gia ít
nhaát hai khôùp ñoäng (hình 1.9).
Chuoãi ñoäng hôû: laø chuoãi ñoäng trong ñoù caùc khaâu khoâng taïo thaønh chu vi kheùp
kín. Roõ raøng, trong chuoãi ñoäng hôû, coù nhöõng khaâu chæ tham gia moät khôùp ñoäng
(hình 1.10).
- 8 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
3
1
B
A
C
2
C
1
3
1
4
B
2
4
3
1
A
D
a)
b)
Hình 1.9
2
C
1
3
B
1
A
Hình 1.10
b. Cô caáu - Phaân loaïi cô caáu:
Ñònh nghóa khaùc veà cô caáu: Cô caáu laø moät chuoãi ñoäng coù moät khaâu coá ñònh vaø chuyeån
ñoäng theo qui luaät xaùc ñònh. Khaâu coá ñònh ñöôïc goïi laø giaù.
Phaân loïai cô caáu: Cô caáu cuõng ñöôïc chia thaønh cô caáu phaúng (hình 1.11) vaø cô caáu
khoâng gian (hình 1.12).
3
1
B
A
C
1
4
2
Hình 1.11
- 9 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
3
1
1
2
3
O
2
a)
b)
Hình 1.12
1.2. BAÄC TÖÏ DO CUÛA CÔ CAÁU
1. ÑÒNH NGHÓA
Baäc töï do cuûa cô caáu laø soá thoâng soá ñoäc laäp, caàn thieát ñeå xaùc ñònh hoaøn toaøn vò trí cuûa cô
caáu; ñoàng thôøi baäc töï do cuõng chính laø soá khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäc laäp cuûa cô caáu ñoù.
2. TÍNH BAÄC TÖÏ DO CUÛA CÔ CAÁU KHOÂNG GIAN (TRÖÔØNG HÔÏP TOÅNG QUAÙT)
Goïi W0 laøø soá baäc töï do töông ñoái toång coäng cuûa
n
khaâu ñoäng neáu ñeå rôøi so vôùi giaù,
R
laø soá raøng buoäc cuûa cô caáu. Baäc töï do cuûa cô caáu ñöôïc tính nhö sau:
W W0 R
(1.1)
a. Tính soá baäc töï do töông ñoái:
Moät khaâu ñeå rôøi trong khoâng gian coù 6 baäc töï do töông ñoái so vôùi giaù, do ñoù soá baäc töï do
cuûa khaâu ñoäng ñeå rôøi so vôùi giaù laø:
n
W0 6n
(a)
b. Tính soá raøng buoäc cuûa cô caáu:
Raøng buoäc tröïc tieáp - Raøng buoäc giaùn tieáp - Raøng buoäc truøng:
- Raøng buoäc giöõa hai khaâu do khôùp noái tröïc tieáp giöõa hai khaâu ñoù ñöôïc goïi laø raøng buoäc
tröïc tieáp.
- Raøng buoäc giöõa hai khaâu khoâng phaûi do taùc duïng tröïc tieáp cuûa khôùp noái giöõa hai khaâu
ñoù ñöôïc goïi laø raøng buoäc giaùn tieáp.
- Khi duøng moät khôùp ñeå noái ñoäng hai khaâu ñaõ bò raøng buoäc giaùn tieáp, thì ôû khôùp ñoùng kín
ñoù seõ xaûy ra caùc raøng buoäc truøng laép goïi laø raøng buoäc truøng (hay raøng buoäc chung).
- 10 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
Ví duï: Xeùt cô caáu 4 khaâu baûn leà nhö hình 1.13a
y
y
2
B
1
2
C
C
1
3
B
3
A2
4
4
A
D
1
D
O
A
O
x
x
z
z
a)
b)
Hình 1.13
* Raøng buoäc tröïc tieáp:
- Raøng buoäc giöõa khaâu 1 vaø khaâu 2 do khôùp
- Raøng buoäc giöõa khaâu 2 vaø khaâu 3 do khôùp
- Raøng buoäc giöõa khaâu 3 vaø khaâu 4 do khôùp
- Raøng buoäc giöõa khaâu 4 vaø khaâu 1 do khôùp
B
C
D
A
.
.
.
.
* Raøng buoäc giaùn tieáp:
Neáu thaùo khôùp
Tuy nhieân giöõa khaâu 1 vaø khaâu 4 coù nhöõng raøng buoäc sau:
(1) Khoâng theå tònh tieán theo phöông Oz
A (hình 1.13b), giöõa khaâu 1 vaø khaâu 4 khoâng coù raøng buoäc tröïc tieáp.
.
(2) Khoâng theå quay quanh truïc Ox
(3) Khoâng theå quay quanh truïc Oy
.
.
Caùc raøng buoäc naøy khoâng phaûi do noái ñoäng tröïc tieáp baèng khôùp
A
maø do khaâu 1 vaø 4
ñaõ ñöôïc lieân keát vôùi nhau thoâng qua caùc khôùp B,C,D . Do ñoù nhöõng raøng buoäc naøy
ñöôïc goïi laø raøng buoäc giaùn tieáp.
* Raøng buoäc truøng:
Khi noái khaâu 1 vaø khaâu 4 baèng khôùp
A
, giöõa hai khaâu naøy coù nhöõng raøng buoäc sau:
(1) Khoâng theå tònh tieán theo phöông Oz
.
(2) Khoâng theå quay quanh truïc Ox
(3) Khoâng theå quay quanh truïc Oy
.
.
(4) Khoâng theå tònh tieán theo phöông Ox
(5) Khoâng theå tònh tieán theo phöông Oy
.
.
- 11 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
ÔÛ ñaây, caùc raøng buoäc (1), (2), (3) truøng vôùi caùc raøng buoäc giaùn tieáp (1), (2), (3) ôû treân,
nhöõng raøng buoäc naøy goïi laø raøng buoäc truøng, soá raøng buoäc truøng ôû ñaây laø 3. Raøng buoäc
truøng chæ xaûy ra ôû caùc khôùp ñoùng kín cuûa cô caáu.
Tính soá raøng buoäc cuûa cô caáu khoâng gian:
Vôùi caùch phaân loaïi khôùp ñoäng theo soá baäc töï do bò haïn cheá thì khôùp loaïi
k
haïn cheá
k
baäc töï do. Neáu goïi
pk laø soá khôùp loaïi
k
chöùa trong cô caáu thì toång caùc raøng buoäc
do pk khôùp loaïi gaây neân seõ laø k pk . Soá raøng buoäc trong cô caáu baèng toång caùc raøng
k
buoäc ôû taát caû caùc khôùp tröø ñi soá raøng buoäc truøng R0 ôû caùc khôùp kheùp kín, nghóa laø:
5
(b)
R kp R
k
0
k 1
c. Coâng thöùc tính baäc töï do cuûa cô caáu khoâng gian
Thay (a) vaø (b) vaøo (1.1) ta coù coâng thöùc tính baäc töï do cuûa cô caáu khoâng gian nhö sau:
5
W 6n
kp R
(1.2)
k
k 1
0
Ví duï 1: Tính baäc töï do cuûa cô caáu 4 khaâu baûn leà nhö hình 1.13a.
Ta thaáy: Soá khaâu ñoäng:
Soá khôùp loaïi 5 (k 5): p5 4
Soá raøng buoäc truøng:
R0 3
n 3
Vaäy baäc töï do cuûa cô caáu tính theo coâng thöùc (1.2) baèng: W 63(54 3) 1
.
3. TÍNH BAÄC TÖÏ DO CUÛA CÔ CAÁU PHAÚNG
a. Tính soá baäc töï do töông ñoái:
Trong cô caáu phaúng, moät khaâu ñeå rôøi coù 3 baäc töï do töông ñoái so vôùi giaù, do ñoù soá baäc töï do
töông ñoái cuûa
n
khaâu ñoäng so vôùi giaù laøø:
W0 3n
(c)
b. Tính soá raøng buoäc cuûa cô caáu:
- Cô caáu phaúng chæ chöùa khôùp loaïi 4 vaø khôùp loaïi 5. Moãi khôùp loaïi 4 trong maët phaúng chæ coù
theâm 1 raøng buoäc neân soá raøng buoäc cuûa p4 khôùp loaïi 4 laø 1p4 . Moãi khôùp loaïi 5 trong maët
- 12 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
phaúng coù theâm 2 raøng buoäc neân soá raøng buoäc cuûa p5 khôùp loaïi 5 laø 2p5 . Do ñoù toång soá
raøng buoäc cuûa caùc khôùp trong cô caáu phaúng laø ( p4 2p5 ).
- Trong taát caû caùc cô caáu phaúng, chæ coù duy nhaát cô caáu cheâm (hình 1.14) laø coù raøng buoäc
truøng ( R0 1), neân trong cô caáu phaúng (tröø cô caáu cheâm) toång soá raøng buoäc cuûa caùc khôùp
cuõng chính laø soá raøng buoäc cuûa cô caáu:
R p4 2p5
(d)
c. Coâng thöùc tính baäc töï do cuûa cô caáu phaúng (tröø cô caáu cheâm)
Thay (c) vaø (d) vaøo (1.1) ta coù coâng thöùc tính baäc töï do cuûa cô caáu phaúng nhö sau:
W 3n (p4 2p5)
(1.3)
Chuù yù: p5 cuõng chính laø soá khôùp thaáp trong cô caáu phaúng,
p4 cuõng chính laø soá khôùp cao trong cô caáu phaúng.
Ví duï 2: Tính soá raøng buoäc truøng ôû cô caáu cheâm nhö hình 1.14.
y
y
1
1
A
A
2
2
C
C
O
O
x
x
B
B
z
z
a)
b)
Hình 1.14
p 3
- Cô caáu cheâm coù 2 khaâu vaø 3 khôùp loaïi 5: n 2
,
. Ñeå xaùc ñònh soá raøng buoäc truøng, ta
5
choïn heä qui chieáu gaén vôùi giaù nhö hình 1.14ù.
- Khi chöa ñoùng khôùp
A
(hình 1.14a), khaâu 1 coù caùc khaû naêng chuyeån ñoäng töông ñoái sau:
(1) Tònh tieán theo phöông Ox
(2) Tònh tieán theo phöông Oy
.
.
(3) Khoâng theå quay quanh truïc Oz
raøng buoäc.
- 13 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
- Sau khi ñoùng khôùp
A
(hình 1.14b), khaâu 1 coù caùc khaû naêng chuyeån ñoäng töông ñoái sau:
(1) Khoâng theå tònh tieán theo phöông Ox
(2) Tònh tieán theo phöông
raøng buoäc.
.
Oy
(3) Khoâng theå quay quanh truïc Oz
haïn cheá 2 khaû naêng chuyeån ñoäng (1) vaø (3). Tuy nhieân chuyeån ñoäng (3) ñaõ bò haïn
cheá tröôùc khi ñoùng khôùp . Nhö vaäy, cô caáu cheâm coù 1 raøng buoäc truøng ( R0 1). Do ñoù,
baäc töï do cuûa cô caáu cheâm laø: W 32 (231) 1
raøng buoäc.
- Khôùp
A
A
.
Ví duï 2: Tính baäc töï do cuûa cô caáu 4 khaâu baûn leà nhö hình 1.13a.
Ta thaáy: Soá khaâu ñoäng:
n 3
Soá khôùp loaïi 5 (k 5): p5 4
Vaäy baäc töï do cuûa cô caáu tính theo coâng thöùc (1.3) baèng: W 33(24) 1
.
Keát quaû naøy phuø hôïp vôùi keát quaû tính theo coâng thöùc toång quaùt (1.2) trong Ví duï 1.
Ví duï 3: Tính baäc töï do cuûa cô caáu hình bình haønh nhö hình 1.15, trong ñoù:
lAB lCD lEF
;
lBE lAF
;
lCE lDF
3
2
E
C
B
1
5
1
3
A
D
F
4
Hình 1.15
- Trong quaù trình chuyeån ñoäng caùc hình ABCD vaø ABEF luoân luoân laø hình bình haønh.
- Cô caáu toaøn khôùp loaïi 5 vôùi: n 4 p5 6 . Baäc töï do cuûa cô caáu laø:
k 5
,
,
W 34 (26) 0
khoâng coù khaû naêng chuyeån ñoäng? Thöïc teá cô caáu naøy chuyeån ñoäng
ñöôïc vaø ñöôïc söû duïng ôû ñaàu maùy xe löûa, ôû cô caáu ñoùng môû cöûa soå, …
Nhaän xeùt:
- Neáu boû ñi khaâu 5 (cuøng hai khôùp E, F ) thì chuyeån ñoäng cuûa cô caáu khoâng thay ñoåi, cô caáu
trôû thaønh cô caáu 4 khaâu baûn leà nhö ñaõ xeùt ôû treân vôùi baäc töï do baèng 1. Nghóa laø veà phöông
dieän khaû naêng chuyeån ñoäng thì vieäc theâm khaâu 5 (cuøng hai khôùp E, F ) laø thöøa. Vieäc theâm
- 14 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
khaâu 5 (cuøng hai khôùp E, F ) laøm cho baäc töï do taêng theâm. Khi theâm khaâu 5 (cuøng hai khôùp
E, F ) vaøo thì:
* thöøa khaâu 5
* thöøa hai khôùp loaïi 5
thöøa 3 baäc töï do
thöøa 4 raøng buoäc
töùc laø thöøa 1 raøng buoäc. Ta goïi raøng buoäc naøy laø raøng buoäc thöøa.
- Do ñoù khi tính baäc töï do cuûa cô caáu, ta phaûi boû caùc raøng buoäc thöøa. Goïi
r
laø soá raøng buoäc
thöøa coù trong cô caáu, baäc töï do cuûa cô caáu phaúng ñöôïc tính theo coâng thöùc sau:
W 3n (2p5 p4 r)
(1.4)
Cô caáu hình bình haønh ôû treân coù r 1, neân baäc töï do tính theo (1.4) baèng:
W 34(2601) 1 : phuø hôïp vôùi thöïc teá.
Ví duï 4: Tính baäc töï do cuûa cô caáu cam caàn ñaåy ñaùy con laên nhö hình 1.16.
D
3
2
C
1
B
1
A
Hình 1.16
Ñaây laø cô caáu phaúng coù:
Soá khaâu ñoäng
:
:
:
n 3
p4 1 (khôùp
p5 3 (caùc khôùp A,C,D
Soá khôùp loaïi 4
B )
Soá khôùp loaïi 5
)
Soá raøng buoäc thöøa : r 0
Baäc töï do cuûa cô caáu tính theo (1.4) laø: W 33(2310) 2
.
- 15 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
Thöïc teá cô caáu treân coù 1 baäc töï do vì chuyeån ñoäng laên cuûa con laên 2 quanh khôùp
C
khoâng
aûnh höôûng ñeán chuyeån ñoäng cuûa cô caáu neân khoâng ñöôïc keå vaøo baäc töï do cuûa cô caáu. Baäc töï
do theâm vaøo maø khoâng aûnh höôûng ñeán chuyeån ñoäng cuûa cô caáu goïi laø baäc töï do thöøa, kí hieäu
laø
s
. Vaäy baäc töï do cuûa cô caáu cam laø:
W 33(2310) 11
Chuù yù: Muoán xeùt baäc töï do thöøa ta phaûi xeùt aûnh höôûng cuûa chuyeån ñoäng töøng khaâu ñeán
chuyeån ñoäng cuûa cô caáu. Baäc töï do thöøa thöôøng coù ôû nhöõng khaâu coù thaønh phaàn khôùp ñoäng ñoái
xöùng qua taâm khôùp ñoäng.
Toùm laïi, coâng thöùc tính baäc töï do nhö sau:
Ñoái vôùi cô caáu khoâng gian:
5
W 6n
kp R r s
(1.5)
(1.6)
k
0
k 1
Ñoái vôùi cô caáu phaúng (tröø cô caáu cheâm):
W 3n(2p5 p4 r) s
trong ñoù,
n
k
: soá khaâu ñoäng
: loaïi khôùp ñoäng
pk : soá khôùp loaïi
k
p4 : soá khôùp loaïi 4 (cuõng laø soá khôùp loaïi cao trong cô caáu phaúng)
p5 : soá khôùp loaïi 5 (cuõng laø soá khôùp loaïi thaáp) trong cô caáu phaúng)
R0 : soá raøng buoäc truøng
r
s
: raøng buoäc thöøa
: baäc töï do thöøa
4. YÙ NGHÓA BAÄC TÖÏ DO - KHAÂU DAÃN VAØ KHAÂU BÒ DAÃN
a. YÙ nghóa baäc töï do
Xeùt cô caáu boán khaâu baûn leà vaø cô caáu naêm khaâu baûn leà nhö hình 1.17a,b.
2
2
3
C
C
B
B
1
1
3
D
4
4
5
4
1
1
A
D
A
E
a)
b)
Hình 1.17
- 16 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
- Cô caáu boán khaâu baûn leà coù 1 baäc töï do (W 33 24 1) neân:
Chæ caàn 1 thoâng soá ñoäc laäp (giaû söû laø goùc 1 cuûa khaâu 1) ñeå xaùc ñònh hoaøn toaøn vò
trí cuûa cô caáu.
Cô caáu chæ coù 1 khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäc laäp (khaâu 1 quay quanh
A
), neáu döøng
chuyeån ñoäng naøy thì cô caáu seõ coá ñònh.
Neáu cho tröôùc qui luaät thay ñoåi cuûa 1 (theo thôøi gian) thì qui luaät thay ñoåi vò trí cô
caáu (theo thôøi gian) hoaøn toaøn xaùc ñònh, nghóa laø neáu cho tröôùc moät qui luaät chuyeån
ñoäng cuûa moät khaâu naøo ñoù thì qui luaät chuyeån ñoäng cuûa cô caáu hoaøn toaøn xaùc ñònh.
- Cô caáu naêm khaâu baûn leà coù 2 baäc töï do (W 34(25) 2 ) neân:
Caàn 2 thoâng soá ñoäc laäp (giaû söû laø goùc 1 cuûa khaâu 1 vaø goùc 4 cuûa khaâu 4) ñeå xaùc
ñònh hoaøn toaøn vò trí cuûa cô caáu.
Cô caáu coù 2 khaû naêng chuyeån ñoäng ñoäc laäp (khaâu 1 quay quanh
A
vaø khaâu 4 quay
quanh ), neân khi caû 2 chuyeån ñoäng naøy ñeàu döøng thì cô caáu seõ coá ñònh.
E
Neáu cho tröôùc qui luaät thay ñoåi cuûa 1 vaø 4 (theo thôøi gian) thì qui luaät thay ñoåi
vò trí cô caáu (theo thôøi gian) hoaøn toaøn xaùc ñònh, nghóa laø neáu cho tröôùc 2 qui luaät
chuyeån ñoäng cuûa hai khaâu naøo ñoù thì qui luaät chuyeån ñoäng cuûa cô caáu hoaøn toaøn xaùc
ñònh.
- Nhö vaäy, ñeå cô caáu coù chuyeån ñoäng xaùc ñònh thì soá qui luaät chuyeån ñoäng ñoäc laäp caàn bieát
tröôùc phaûi baèng soá baäc töï do cuûa cô caáu ñoù.
b. Khaâu daãn vaø khaâu bò daãn
Khaâu coù qui luaät chuyeån ñoäng cho tröôùc goïi laø khaâu daãn, caùc khaâu ñoäng coøn laïi goïi laø
khaâu bò daãn. Thoâng thöôøng khaâu daãn laø khaâu ñöôïc noái vôùi giaù baèng moät khôùp baûn leà, neân
moãi khaâu daãn chæ öùng vôùi moät qui luaät chuyeån ñoäng cho tröôùc. Do ñoù, ñeå cô caáu coù chuyeån
ñoäng xaùc ñònh thì soá khaâu daãn phaûi baèng soá baäc töï do.
1.3. NHOÙM TÓNH ÑÒNH
1. NHOÙM TÓNH ÑÒNH
- Cô caáu coù
W
W
baäc töï do bao goàm khaâu daãn vaø nhöõng nhoùm coù baäc töï do baèng khoâng.
W
W
0 0
khaâu daãn nhoùm coù btd=0
- Nhoùm tónh ñònh laø nhöõng nhoùm coù baäc töï do baèng khoâng vaø phaûi toái giaûn (töùc laø khoâng theå
chia thaønh nhöõng nhoùm nhoû hôn ñöôïc nöõa).
- Ñoái vôùi cô caáu phaúng chæ chöùa toaøn khôùp thaáp, ñieàu kieän thoûa maõn nhoùm tónh ñònh laø:
- 17 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
Wnhom 3n 2p5 0
(1.7)
n
2
3
4
6
6
9
p5
Nhöõng nhoùm tónh ñònh toaøn khôùp thaáp (coøn goïi laø nhoùm A-xua) laø nhöõng nhoùm: 2 khaâu 3
khôùp, 4 khaâu 6 khôùp, 6 khaâu 9 khôùp, …
2. NGUYEÂN TAÉC TAÙCH NHOÙM
Khi taùch nhoùm tónh ñònh, ta phaûi tuaân theo caùc nguyeân taéc sau:
Khi taùch, phaûi bieát tröôùc khaâu daãn. Khaâu daãn vaø giaù khoâng phuï thuoäc caùc nhoùm.
Nhöõng khaâu vaø khôùp trong moät nhoùm phaûi thoûa maõn ñieàu kieän (1.7); khôùp bò taùch ra
ñöôïc coi laø ôû nhoùm vöøa taùch ra.
Sau khi taùch nhoùm ra khoûi cô caáu, phaàn coøn laïi phaûi laø cô caáu hoaøn chænh hoaëc laø coøn
laïi khaâu daãn noái vôùi giaù. Nhö vaäy, phaûi taùch nhöõng nhoùm ôû xa khaâu daãn tröôùc roài daàn
ñeán nhöõng nhoùm ôû gaàn khaâu daãn.
Khi taùch nhoùm, thöû taùch nhoùm ñôn giaûn tröôùc, neáu khoâng ñöôïc (vi phaïm caùc nguyeân
taéc treân) môùi taùch nhoùm phöùc taïp hôn.
Ví duï 5: Taùch nhoùm tónh ñònh cô caáu bôm oxy nhö hình 1.18.
Ta coù theå taùch nhoùm nhö sau: cô caáu goàm giaù, 1 khaâu daãn vaø 1 nhoùm tónh ñònh:
- Nhoùm goàm boán khaâu (5, 4, 3, 2) vaø saùu khôùp (G, F, E, D, C, B ).
- Khaâu daãn laø khaâu 1.
2
2
C
C
B
A
B
1
1
3
4
3
4
1
1
G
G
A
F
F
5
5
D
D
E
E
Hình 1.18
Ta khoâng theå taùch nhoùm nhö hình 1.19 vaø hình 1.20:
- 18 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
2
2
C
C
B
B
A
1
1
3
4
3
4
1
1
G
G
A
F
F
5
5
D
D
E
E
Hình 1.19
2
2
C
C
B
B
1
1
3
4
3
4
1
1
G
G
A
A
F
F
5
5
D
D
E
E
Hình 1.20
Ví duï 6: Taùch nhoùm tónh ñònh cô caáu ñoäng cô Diezel nhö hình 1.21.
Ta coù theå taùch nhoùm nhö sau: cô caáu goàm giaù, 1 khaâu daãn vaø 3 nhoùm tónh ñònh:
- Nhoùm 1 goàm hai khaâu (7, 6) vaø ba khôùp ( J, I, H ).
- Nhoùm 2 goàm hai khaâu (5, 4) vaø ba khôùp (G, F, E ).
- Nhoùm 3 goàm hai khaâu (3, 2) vaø ba khôùp ( D, C, B ).
- Khaâu daãn laø khaâu 1.
3
D
4
5
3
D
4
5
C
C
E
E
G
G
H
H
F
A
F
A
2
1
2
1
6
7
6
7
B
B
I
I
1
1
J
J
3
2
D
3
D
4
5
C
C
E
G
F
2
1
1
B
B
A
A
1
1
Hình 1.21
- 19 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
3. XEÁP LOAÏI NHOÙM
- Nhoùm chöùa 2 khaâu 3 khôùp thaáp ñöôïc goïi laø nhoùm loaïi 2.
Ví duï: Caùc nhoùm loaïi 2 nhö hình 1.22.
2
1
2
B
1
C
B
A
C
A
a)
b)
Hình 1.22
- Nhoùm trong ñoù coù nhöõng khaâu (goïi laø khaâu cô sôû) noái vôùi caùc khaâu khaùc trong nhoùm baèng 3
khôùp ñoäng ñöôïc goïi laø nhoùm loaïi 3.
Ví duï: Nhoùm loaïi 3 trong cô caáu bôm oâxy (hình 1.18) vôùi khaâu 3 laø khaâu cô sôû. Nhoùm
goàm 6 khaâu 9 khôùp (khaâu 2, khaâu 4 laø nhöõng khaâu cô sôû) treân hình 1.23 laø nhoùm loaïi 3.
1
4
5
2
6
3
Hình 1.23
- Nhöõng nhoùm coù ít nhaát moät chuoãi ñoäng kín thì loaïi nhoùm laø soá caïnh cuûa chuoãi ñoäng kín ñôn
cao nhaát trong nhoùm ñoù. Chuoãi ñoäng kín ñôn laø chuoãi ñoäng kín khoâng chöùa chuoãi ñoäng naøo
khaùc trong noù.
Ví duï: Nhoùm treân hình 1.24a laø nhöõng nhoùm loaïi 4 vì soá caïnh cuûa chuoãi ñoäng kín ñôn laø 4.
Nhoùm treân hình 1.24b laø nhoùm loaïi 5.
a)
b)
Hình 1.24
- 20 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
4. XEÁP LOAÏI CÔ CAÁU
- Cô caáu loaïi 1 laø cô caáu chæ goàm khaâu daãn noái vôùi giaù baèng khôùp baûn leà nhö maùy ñieän, tua-
bin, maùy bôm, … Nhö vaäy cô caáu loaïi 1 khoâng chöùa moät nhoùm tónh ñònh naøo caû.
- Cô caáu coù chöùa nhoùm tónh ñònh thì loaïi (hay haïng) cuûa cô caáu laø loaïi cao nhaát cuûa caùc nhoùm
coù trong cô caáu ñoù.
Ví duï: Caùc cô caáu treân hình 1.17a, hình 1.17b, hình 1.21 laø caùc cô caáu loaïi 2. Cô caáu treân
hình 1.18 laø cô caáu loaïi 3.
1.4. THAY THEÁ KHÔÙP CAO BAÈNG KHÔÙP THAÁP
- Trong cô caáu phaúng thöôøng coù khôùp cao loaïi 4, ñeå taùch thaønh nhöõng nhoùm tónh ñònh nhö
nhöõng cô caáu phaúng toaøn khôùp thaáp ta phaûi thay theá khôùp cao naøy baèng nhöõng khôùp thaáp,
nhöng vaãn ñaûm baûo ñöôïc chuyeån ñoäng cuûa cô caáu.
3
1
A
2
B
1
O22
O
1
a)
b)
Hình 1.25
- Xeùt cô caáu coù khôùp cao nhö hình 1.25a. Cô caáu goàm ñóa 1 coù laø taâm
r
A , baùn kính vaø ñóa 2
1
coù taâm laø , baùn kính r2 . Ñóa 1 quay quanh O1 ñaåy ñóa 2 quay quanh O2 nhôø söï tieáp xuùc
B
giöõa 1 vaø 2 ôû khôùp cao
tính chaát sau:
C
A B
. Trong quaù trình cô caáu chuyeån ñoäng, hai taâm vaø coù caùc
. Hai taâm
A B
vaø luoân caùch nhau moät khoaûng coá ñònh l r r .
1
2
. Chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa
laïi chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa
A
so vôùi
so vôùi
B
laø chuyeån ñoäng quay quanh
laø chuyeån ñoäng quay quanh .
B
vaø ngöôïc
A
B
A
. Ñöôøng AB luoân laø phaùp tuyeán chung cuûa 2 thaønh phaàn khôùp cao taïi choã tieáp xuùc
C .
- Neáu ta ñaët taïi hai taâm
A B
vaø hai khôùp baûn leà vaø noái chuùng laïi vôùi nhau baèng moät khaâu 3
coù chieàu daøi baèng l r r thì cô caáu vaãn chuyeån ñoäng nhö tröôùc.
1
2
- Nhö vaäy, tính chaát chuyeån ñoäng cuûa cô caáu khoâng thay ñoåi khi theâm moät khaâu vôùi hai khôùp
thaáp töùc laø khi theâm moät raøng buoäc cô caáu coù theâm moät raøng buoäc thöøa. Luùc naøy, ñeå
- 21 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY
Chöông 1: Caáu taïo cô caáu
baäc töï do cuûa cô caáu khoâng ñoåi, ta phaûi boû ñi khôùp cao ôû
C
vaø nhaän ñöôïc cô caáu boán khaâu
baûn leà O ABO2 (chöùa toaøn khôùp thaáp) nhö hình 1.25b.
1
- Baäc töï do cuûa cô caáu tröôùc khi thay theá:
W 32 (1 22) 1
vaø sau khi thay theá:
W 33(24) 1
- Khi thay theá khôùp cao baèng khôùp thaáp, phaûi ñaûm baûo 2 ñieàu kieän:
Baäc töï do cuûa cô caáu khoâng thay ñoåi.
Qui luaät chuyeån ñoäng khoâng ñoåi.
Nguyeân taéc laø duøng moät khaâu vôùi hai khôùp baûn leà, ñaët caùc baûn leà taïi taâm cong cuûa caùc
thaønh phaàn khôùp cao.
- Tröôøng hôïp toång quaùt, neáu ñóa 1 vaø ñóa 2 khoâng troøn maø cong baát kyø thì taïi vò trí ñang xeùt, coù
theå thay ñöôøng cong baèng ñöôøng troøn maät tieáp. Do ñoù, vieäc thay theá khôùp cao coù theå aùp duïng
cho baát kyø khôùp cao naøo vaø cô caáu thay theá coù giaù trò töùc thôøi, töùc laø kích thöôùc ñoäng cuûa cô
caáu öùng vôùi töøng vò trí nhaát ñònh cuûa cô caáu (coù khôùp cao) ñöôïc thay theá.
Ví duï 7: Treân hình 1.26a laø cô caáu cam coù khôùp cao taïi
hình 1.26b. Khôùp cao taïi ñöôïc thay baèng khaâu 3 vôùi khôùp baûn leà taïi
laø taâm cong cuûa bieân daïng cam taïi ñieåm tieáp xuùc . Bieân daïng cuûa caàn 2 taïi ñieåm tieáp
C
ñöôïc thay baèng khôùp thaáp nhö
C
A
vaø khôùp tröôït
B
.
A
C
xuùc
C
laø thaúng neân taâm cong
B
ôû voâ cuøng, töùc laø khôùp quay
B
ôû voâ cuøng chính laø khôùp
tònh tieán
B
(ôû gaàn).
B
3
B
1
2
C
1
2
A
1
1
O
O2
O
O2
1
1
a)
b)
Hình 1.26
- Söï thay theá khôùp cao baèng khôùp thaáp khoâng phaûi chæ ñeå xem xeùt nhoùm tónh ñònh maø vieäc
phaân tích ñoäng hoïc cô caáu thay theá cho bieát caû veà ñònh tính cuõng nhö ñònh löôïng cuûa cô caáu
thay theá taïi vò trí ñang xem xeùt.
- 22 -
Bm. Thieát keá maùy
PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu
19 trang
22700
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Cấu tạo cơ cấu - Bùi Trọng Hiếu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nguyen_ly_may_chuong_1_cau_tao_co_cau.pdf
