Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Cấu tạo cơ cấu - Nguyễn Tân Tiến
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.01
Structure of Mechanism
1. CẤU TẠO CƠ CẤU
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.02
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
1. Chi tiết máy và khâu
Chi 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 là chi tiết máy
g
n
ă
m
-
c
h
é
n
x
a
l
y
x
c
ắ
c
ạ
n
o
t
b
n
ề
y
s
i
u
r
y
p
ủ
t
h
h
k
c
n
m
a
ệ
ụ
r
h
y
t
đ
t
á
n
g
m
â
n
t
h
ò
t
ố
v
c
c
ạ
b
p
i
l
c
r
i
c
g
n
ô
l
u
b
n
ề
y
y
ủ
u
r
t
h
k
c
h
n
ụ
r
t
a
h
c
t
ạ
p
b
ắ
n
c
ố
i
a
đ
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
1
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.03
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
Khâurong cơ cấu và máy, toàn bộ những bộ phận có chuyển động tương đối
đối so với các bộ phận khác gọi là khâu
n
ề
y
u
r
t
h
n
a
h
n
t
o
t
u
s
i
â
p
h
k
u
â
h
k
)
y
y
á
ủ
h
m
k
ỏ
c
v
(
ụ
r
t
á
i
u
g
â
h
k
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.04
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
2. Thành phần khớp động và khớp động
Bậc tự do (btd) của khâu
+ Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ quy chiếu một btd
+ Giữa hai khâu trong mặt phẳng 3 btdTQz
+ Giữa hai khâu trong không gian 6 btdTTTQQQz
z
z
x
y
x
y
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
2
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.05
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
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 đố nối động các khâu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.06
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
Thành phần khớp động, khớp động
+ Khi nối động, các khâu sẽ có thành phần tiếp xúc nhau. Toàn bộ chổ tiếp
xúc giữa hai khâu gọi là một thành phần khớp động
+ Hai thành phần khớp động trong một phép nối động hai khâu hình thành
nên một khớp động
Thành phần khớp động trên bản lề phải
Thành phần khớp động trên bản lề trái
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
3
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.07
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
3. Phân loại khớp động
Theo số btd bị hạn chế: Khớp động loạk hạn chế k btd hay có k ràng buộc
z
z
z
O
O
O
x
y
x
y
x
y
Khớp loạ2
Khớp loạ3
Khớp loạ1
z
z
z
x
y
x
y
x
y
Khớp loạ4
Khớp loạ5
Khớp loạ?
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.08
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
Theo đặc điểm tiếp xúc
+ Khớp cao: thành phần khớp động là điểm hay đường
z
z
O
O
x
y
x
y
+ Khớp thấp: thành phần khớp động là mặt
z
z
z
O
x
y
x
y
x
y
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
4
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.09
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
4. Lược đồ
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, các khớp được biểu diễn trên những hình
vẽ bằng những lược đồ quy ước
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.10
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
Các khâu cũng được thể hiện qua các lược đồ đơn giản gọi là lược đồ khâu
C
B
A
Trên lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ các khớp động, các kích thước có ảnh
hưởng đến chuyển động của khâu và chuyển động của cơ cấu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
5
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.11
Structure of Mechanism
1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
Chuỗi động: nhiều khâu nối với nhau tạo thành một chuỗi động
Phân loại chuỗi động
o Chuỗi động kín
o Chuỗi động hở
o Chuỗi động không gian
o Chuỗi động phẳng
Oy
1
2
3
4
5
1
2
3
4
E
F
C
D
B
B
C
D
1
A
A
Ox
Oz
Cơ cấu: cơ cấu là một chuỗi động có một khâu cố định và chuyển động theo
quy luật xác định. Khâu cố định được gọi là giá
Phân loại cơ cấu: tương tự như đối với chuỗi động
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.12
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
I. Định nghĩa
Bậc tự do (btd) của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để xác định hoàn
toàn vị trí của cơ cấu, nó cũng là số khả năng chuyển động tương đối độc lập
của cơ cấu đó
II. Tính bậc tự do của cơ cấu không gian (trường hợp tổng quát)
Wo bậc tự do tổng cộng của các khâu động nếu để rời
W W0 R
R
số ràng buộc của tất cả khớp động trong cơ cấu
W bậc tự do của cơ cấu
1. Số bậc tự do trong cơ cấu
1 khâu để rời trong không gian có 6 btd btd tổng cộng của n khâu động là
W0 6n
2. Số ràng buộc chứa trong cơ cấu
Khớp loạk hạn chế k bậc tự do. Nếu gọplà số khớp loạk chứa trong cơ
cấu tổng các ràng buộc do pkhớp loạk gây nên là p. Do đó
5
Trong thực tế, số ràng buộc thường nhỏ hơn giá trị trên
vì trong cơ cấu tồn tại các ràng buộc trùng
R
p k
k
k1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
6
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.13
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
Ví dụ: Xét cơ cấu 4 khâu bản lề
Oy
Oy
B
1
2
3
4
1
2
3
4
C
C
B
A
1
D
D
A
A4
Ox
Ox
Oz
Oz
+ Ràng buộc trực tiế: ràng buộc giữa hai khâu do khớp nối trực tiếp giữa 2
khâu đó được gọi là ràng buộc trực tiếp
+ Ràng buộc gián tiế: nếu tháo khớp , giữa khâu 1 và 4 có ràng buộc gián tiếp
(1) TOz
(2) QOx (3) QOy
+ Ràng buộc trùn: nối khâu 1 và 4 bằng khớp , giữa chúng có ràng buộc trực
tiếp sau
(1) TOz
(2) QOx (3) QOy (4) TOx
(5) TOy
3 ràng buộc trùnRàng buộc trùng chỉ xảy ra ở khớp đóng kín của cơ cấu
5
R kp R
Gọi R0 là số ràng buộc trùng tổng số ràng buộc trong cơ cấu:
k
0
k1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.14
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
5
W 6n kp R
3. Công thức tính bậc tự do của cơ cấu không gian:
k
k1
0
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu 4 khâu bản lề
Oy
1
2
3
4
Số khâu động
n = 3
p5 = 4
= 3
C
B
Số khớp loại 5
Số ràng buộc trùng
Bậc tự do của cơ cấu
D
A
Ox
´ ´
W
6 3 (5 4 3) 1btd
Oz
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu bàn tay máy
1
2
3
4
5
E
F
D
Số khâu động n = 5
Số khớp loại 5 p5 = 5
B
C
Bậc tự do của cơ cấu
A
´ ´
6 5 (5 5) 5 btd
W
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
7
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.15
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
III. Tính bậc tự do của cơ cấu phẳng
1. Số bậc tự do trong cơ cấu
1 khâu để rời có 3 btd số btd tổng cộng của n khâu động:
W
3n
0
2. Số ràng buộc chứa trong cơ cấu
khớp loạ4 chứa 1 ràng buộc
khớp loạ5 chứa 2 ràng buộc
Cơ cấu phẳng có 2 lọai khớp
+
R 1p4 2p5 R
0
tổng số ràng buộc trong cơ cấu:
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu chêm như hình vẽ
Oy
1
2
A
O
Ox
C
B
Oz
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.16
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
Cơ cấu toàn khớp lọai 5 vớn = p= 3
Chọn hệ quy chiếu gắn với giá
Oy
Oy
1
2
1
2
A
A
O
O
Ox
Ox
C
C
B
B
Oz
Oz
(1) TOx
(1) TOx
(2) TOy
(2) TOy
(3) QOz
(3) QOz
Chưa đóng khớp , khâu 1 có khả năng:
Đóng khớp , khâu 1 có khả năng:
Bậc tự do của cơ cấu
´ ´
W
3 2 (2 3 1) 1btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
8
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.17
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu hình bình hành
1
2
3
B
E
C
1
3
5
4
A
F
D
Cơ cấu toàn khớp loại 5 vớin=k=p=6
Bậc tự do của cơ cấu là
´
´
W
3 4 (2 6) 0 btd
Trên thực tế, cơ cấu này làm việc được điều này có gì mâu thuẫn không ?
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.18
1
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
1
2
3
2
3
B
E
C
B
C
E
1
1
3
3
5
4
4
5
A
F
D
A
D
F
W=?
W=1
W=-1
Chú ý khâu 5 không có tác dụng gì trong chuyển động của cơ cấu ABCD
Nếu bỏ khâu 5 ra, cơ cấu trở thành cơ cấu 4 khâu bản lề với btd bằng 1
Khi thêm khâu 5 và 2 khớp F vào
+ thêm khâu 5 EF )
thêm 3 bậc tự do
thêm 1 ràng buộc
+ thêm 2 khớp loại 5 F ) thêm 4 ràng buộc
Gọr là số ràng buộc thừa có trong cơ cấu, btd của cơ cấu phẳng
+
3n (2p p4 r)
5
W
´ ´
Trong cơ cấu hình bình hành ở trênr = , và
W
3 4 (2 6 1) 1btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
9
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.19
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu cam cần đẩy đáy con lăn
D
3
n = 3
2
k = 4, 5
C
1
p= 1
B
p= 3
W = 3 x 3 – 2 x 3 + = 2 btd
1
A
Kết quả này có đúng không ?
Trong thực tế, cơ cấu bên chỉ có 1 btd vì chuyển động lăn của con lăn 2 quanh
khớp B không ành hưởng đến chuyển động có ích của cơ cấu nên không được
kể vào bậc tự do của cơ cấu
Btd thêm vào mà không làm ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu gọi là btd
thừa, ký hiệu là s
´ ´ +
W 3 3 (2 3 1 0) 1 1btd
Trở lại cơ cấu cam ở trên
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.20
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
Tóm lại, công thức tính btd
đối với cơ cấu không gian
5
kp R
k
W
6n
0
k
1
đối với cơ cấu phẳng trừ cơ cấu chêm
+
W
3n (2p5 p4 r) s
với
n : số khâu động
k : loại khớp động
p: số khớp loạk
R: số ràng buộc trùng : số ràng buộc thừa s : số btd thừa
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
10
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.21
Structure of Mechanism
2. Bậc tự do của cơ cấu
IV. Ý nghĩa bậc tự do – Khâu dẫn và khâu bị dẫn
C
C
B
B
D
1
1
4
A
D
A
D
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.22
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
I. Nguyên lý tạo thành cơ cấu
Một cơ cấu có W btd là cơ cấu được tạo thành bởW khâu dẫn và những nhóm
có btd bằng zero
+
+
+
0
L
W
W
0
14243
khaâu daãn nhoùm coù btd=0
123
II. Nhóm tĩnh định
Nhóm tĩnh định là những nhóm cân bằng hay chuyển động, có bậc tự do bằng
zero và phải tối giản (tức là không thể chia thành những nhóm nhỏ hơn được
nữa)
Đối với nhóm tĩnh định toàn khớp thấp
3n 2p 0
5
W
n
2
3
4
6
6
9
L
L
Þ
p
5
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
11
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.23
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
Khi tách nhóm tĩnh định phải theo nguyên tắc sau
+ Chọn trước khâu dẫn và giá
+ Sau khi tách nhóm, phần còn lại phải là 1 cơ cấu hoàn chỉnh hoặc khâu dẫn
+ Tách những nhóm ở xa khâu dẫn trước rồi dần đến những nhóm ở gần hơn
+ Khi tách nhóm, thử tách những nhóm đơn giản trước, nhóm phức tạp sau
Ví dụ: Tách nhóm tĩnh định cơ cấu động cơ diezen, cơ cấu bơm oxy
3
D
4
5
2
C
C
B
A
1
3
4
E
G
H
1
F
A
2
1
G
6
7
B
I
F
5
D
1
J
E
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.24
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
3
D
4
5
C
E
G
H
F
A
2
1
6
7
B
I
1
J
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
12
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.24
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
3
D
4
5
3
D
4
5
C
C
E
E
G
G
H
H
H
F
A
F
A
2
1
2
1
6
7
6
B
B
I
I
7
1
1
J
J
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.24
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
3
D
4
5
3
D
4
5
C
C
E
E
G
G
H
H
H
F
A
F
A
2
1
2
1
6
7
6
B
B
I
I
7
1
1
J
J
3
D
4
5
C
E
E
G
H
F
2
1
B
A
1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
13
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.24
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
3
D
4
5
3
D
4
5
C
C
E
E
G
G
H
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
E
C
E
E
G
H
F
2
1
1
B
B
B
A
A
1
1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.25
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
2
C
B
1
3
4
1
G
A
F
5
D
E
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
14
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.25
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
2
2
C
C
C
B
B
A
1
3
4
1
3
4
1
1
G
G
A
F
F
5
5
D
D
D
E
E
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.25
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
2
2
C
C
C
B
B
A
1
3
4
1
3
4
1
1
G
G
A
F
F
5
5
D
D
D
E
E
2
C
C
B
A
1
3
5
4
1
G
F
F
D
E
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
15
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.25
Structure of Mechanism
3. Nhóm tĩnh định
III. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định
2
2
C
C
C
B
B
A
1
3
4
1
3
4
1
1
G
G
A
F
F
5
5
D
B
D
D
E
E
2
2
C
C
C
B
A
1
3
4
1
3
5
4
1
1
G
G
A
F
F
F
5
D
D
E
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
E
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.26
Structure of Mechanism
4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp
Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những nhóm
tĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp phải thay thế các khớp
cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu
W 3´2(1+2´2) 1btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
16
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.27
Structure of Mechanism
4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp
Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những nhóm
tĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp phải thay thế các khớp
cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.28
Structure of Mechanism
4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp
Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những nhóm
tĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp phải thay thế các khớp
cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
17
CIMEC lab
10/11/2009
Theory of Machine
1.29
Structure of Mechanism
4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp
Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những nhóm
tĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp phải thay thế các khớp
cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu
W 3´3(2´4) 1btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.31
Structure of Mechanism
4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp
Thay thế khớp cao bằng khớp thấp phải đảm bảo hai điều kiện
+ bậc tự do của cơ cấu không đổi
+ quy luật chuyển động không đổi
Nguyên tắcdùng 1 khâu hai khớp bản lề và đặt các bản lề tại tâm cong của các
thành phần khớp cao tại điểm tiếp xúc
Ví dụ: Thay thế khớp cao bằng khớp thấp ở cơ cấu cam cần lắc đáy bằng
B
1
2
1
2
3
C
A
1
1
O1
O2
O1
O2
Sự thay thế khớp cao bằng khớp thấp không phải chỉ để xem xét nhóm tĩnh định
mà việc phân tích động học cơ cấu thay thế cho biết cả về định tính cũng như
định lượng của cơ cấu thay thế tại vị trí đang xem xét
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
18
18 trang
27140
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Cấu tạo cơ cấu - Nguyễn Tân Tiến", 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_nguyen_tan_t.pdf
