Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 13: Cơ cấu đặc biệt

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

Chöông 13

CÔ CAÁU ÑAËC BIEÄT

13.1. CÔ CAÁU CAÙC-ÑAÊNG

Cô caáu Caùc-ñaêng hay khôùp noái truïc Caùc-ñaêng laø cô caáu duøng ñeå truyeàn chuyeån ñoäng quay

giöõa hai truïc giao nhau moät goùc

caáu ñang hoaït ñoäng.



khoâng lôùn laém nhöng coù theå thay ñoåi ñöôïc trong khi cô

1. Nguyên lý cấu tạo

1



A

3

₁



B

y

I

x



B

O

2

1

A

₂



O₂

4

y

II

C

Hình 13.1

- Cô caáu Caùc-ñaêng (hình 13.1) goàm:

 Truïc I mang chaïc 1 coù theå quay quanh ñöôøng taâm xx

 Truïc II mang chaïc 2 coù theå quay quanh ñöôøng taâm yy

 Hai ñöôøng taâm xx vaø yy giao nhau moät goùc

.



.

 Hai chaïc 1 vaø 2 cuøng noái vôùi khaâu chöõ thaäp 3 baèng hai khôùp baûn leà ôû A A^'vaø ôû

B  B^'vôùi caùc ñieàu kieän:

o

AA^' xx

BB^' yy

.

xx vaø yy giao nhau ôû

OA  OA  OB  OB^' R

O

cuõng chính laø ñieåm giao nhau cuûa AA^'vôùi BB^'

.

'

o

.

- Ñeå thay ñoåi goùc



, khaâu 4 noái vôùi truïc II baèng khôùp baûn leà ôû O₂vaø noái vôùi giaù baèng khôùp

nhö treân hình veõ 13.1. Trong

baûn leà ôû ñeå khaâu 4 coù theå quay quanh ñöôøng taâm ñi qua

C

O

thöïc teá ta thöôøng gaëp cô caáu Caùc-ñaêng coù goùc

nhö hình 13.2b.



coá ñònh nhö treân hình 13.2a vaø cô caáu thöïc

- 217 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

3

1

y



A

3



B



A

₁

2



B

y

O

1

x

I

x

O

x



B

O

2

B



1

O₂

A

₂



O₂

y

II

(a)

(b)

Hình 13.2

- Coù theå hieåu nguyeân lyù truyeàn chuyeån ñoäng cuûa cô caáu Caùc-ñaêng qua vieäc xeùt ñieàu kieän

quay toaøn voøng cuûa caùc khaâu noái giaù 1, 2. Giaû söû, xeùt khaâu 2, thaùo rôøi khôùp ôû B,B^'. Khi khaâu

chöõ thaäp 3 quay quanh AA^', ñoàng thôøi AA^'quay quanh xx thì:

- Quó tích cuûa caùc ñieåm B,B^'thuoäc khaâu 3 laø maët caàu taâm

O

, baùn kính

R

.

- Quó tích cuûa caùc ñieåm B,B^'treân chaïc 2 laø maët caàu taâm

O

, baùn kính

R

.

Quó tích caùc ñieåm B,B^'thuoäc chaïc 2 naèm trong mieàn vôùi cuûa thanh truyeàn keà vôùi noù (quó

tích cuûa caùc ñieåm B,B^'treân khaâu 3) neân khaâu 2 quay toaøn voøng.

2. Tỉ số truyền

M

1



A

3

₁



B

y

x

₁

₂

x

I

₃₂

_O

B



F

O

2

1

31

₃

A

₂

E

O₂



y

M

II

Hình 13.23

- Khi truïc I quay, AA^'chuyeån ñoäng trong maët phaúng vuoâng goùc vôùi xx vaø ñi qua taâm

neân vò trí AA^'thay ñoåi. Goïi MM laø giao tuyeán cuûa maët phaúng chöùa caùc ñöôøng taâm quay

xx

yy vaø maët phaúng chöùa quó tích cuûa A, A^'. Vò trí AA^'ñöôïc ñaëc tröng baèng thoâng soá:

  AOM

O

,

.

- 218 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

- Goïi: ₁, ₂, ₃laàn löôït laø vector vaän toác goùc cuûa khaâu 1, 2, 3.

₃₁, ₃₂laàn löôït laø vector vaän toác goùc cuûa khaâu 3 trong chuyeån ñoäng töông ñoái so

vôùi khaâu 1 vaø khaâu 2.

- Theo ñònh lyù hôïp vaän toác, ta coù:

- Ñoàng thôøi ta cuõng coù:

- Do ñoù:

₃₁ ₃₁

₃₂ ₃₂

(13.1)

(13.2)

(13.3)

₁ ₃₁₂ ₃₂

- Chieáu phöông trình (13.3) leân phöông cuûa ₂ta coù:

₁cos  ₃₁cos  ₂ ₃₂cos90⁰

laø goùc giöõa ₃₁vaø ₂(goùc giöõa phöông AA^'vôùi phöông yy ).

- Chieáu phöông trình (13.3) leân phöông cuûa ₃₁, ta coù:

₁cos90⁰ ₃₁₂cos   ₃₂cos90⁰

(13.4)

(13.5)

trong ñoù



- Thay (13.5) vaøo (13.4), ta ñöôïc:

- Suy ra:

₁cos  ₂cos² ₂

₁1 cos²

(13.6)

(13.7)

i_i2



₂

cos

- Xaùc ñònh cos  : Töø

A E

haï AE  MM . Töø haï EF  yy . Theo ñònh lyù ba ñöôøng vuoâng

goùc ta coù AF  yy . Theo hình 13.3, ta coù:

OF OF OE

cos   cos AOF 



.

 cos(90⁰).cos  sin.cos

(13.8)

OA OE OA

- 219 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

- Thay (13.8) vaøo (13.7) ta coù:

₁1sin².cos²

i_i2



(13.9)

₂

cos

- Töø (13.9) ta nhaän thaáy, khi cô caáu chuyeån ñoäng:

 goùc





thay ñoåi töø: 0  2 .

cos² thay ñoåi töø: 0 1

.

1



i₁₂thay ñoåi töø:

 cos

.

cos

Neân khi ₁ const thì ₂seõ thay ñoåi töø:

₁

cos

_2min ₁cos  _2max



(13.10)

(13.11)

- Ñoä khoâng ñeàu cuûa truïc bò daãn:

_2max_2min

 

 tg.sin

₁

Töø (13.11) ta nhaän thaáy: goùc giao nhau



giöõa hai truïc caøng lôùn thí ñoä khoâng ñeàu caøng

lôùn, nghóa laø truïc bò daãn caøng bò dao ñoäng xoaén trong quaù trình truyeàn ñoäng daãn ñeán khaû naêng

beàn cuûa truïc giaûm nhieàu. Do ñoù, goùc giao nhau giöõa hai truïc trong cô caáu Caùc-ñaêng khoâng

ñöôïc lôùn.

3. Cơ cấu Caùc-ñaêng kép

- Hai cô caáu Caùc-ñaêng maéc lieân tieáp ñöôïc goïi laø cô caáu Caùc-ñaêng keùp. Cô caáu Caùc-ñaêng keùp

duøng ñeå truyeàn chuyeån ñoäng quay giöõa:

a) Hai truïc coù ñöôøng taâm truøng nhau (hình 13.4)

Töôûng töôïng duøng moät göông phaúng ñaët vuoâng goùc vôùi truïc II cuûa cô caáu Caùc-ñaêng. Trong

göông ta nhaän ñöôïc aûnh (phaàn beân phaûi) cuûa cô caáu Caùc-ñaêng. AÛnh hoaøn toaøn gioáng vôùi cô

caáu thöïc veà hình daùng vaø chuyeån ñoäng ñeán möùc coù theå noái hai ñaàu truïc taïi maët göông vaø nhaän

ñöôïc cô caáu truyeàn chuyeån ñoäng töø truïc I ñeáùn truïc II roài ñeán truïc III. Ñaây chính laø cô caáu Caùc-

ñaêng keùp.

- 220 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

göông phaúng

II



I

III

Hình 13.4

b) Hai truïc song song nhau (hình 13.5)

Coù theå töôûng töôïng cô caáu naøy laø söï noái cô caáu Caùc-ñaêng vôùi aûnh cuûa noù qua hai göông

phaúng: göông thöù nhaát ñaët vuoâng goùc vôùi truïc II, göông thöù hai ñaët truøng vôùi truïc II.

III

göông phaúng 1

göông phaúng 2



II



I

Hình 13.5

_I

- Tæ soá truyeàn trong hai tröôøng hôïp treân laø i_IIII



1. Nhö vaäy hai cô caáu Caùc-ñaêng keùp

_III

treân ñaây bieán chuyeån ñoäng quay ñeàu thaønh chuyeån ñoäng quay ñeàu cuøng vaän toác goùc. Tuy vaäy,

goùc cuõng khoâng ñöôïc lôùn laém vì truïc trung gian II vaãn bò dao ñoäng xoaén.

- Tröôøng hôïp toång quaùt, khi Caùc-ñaêng keùp ñöôïc taïo thaønh töø hai Caùc-ñaêng ñôn khoâng ñoái



xöùng qua göông phaúng, nghóa laø hai goùc



khaùc nhau, hai goùc



khaùc nhau, ta coù theå aùp

_I

_II

_III

duïng coâng thöùc (13.3) hai laàn ñeå tính caùc tæ soá truyeàn i_III



vaø i_{II III}



roài tính

_I

_III

i_IIII



. Tæ soá truyeàn naøy phuï thuoäc vaøo giaù trò hai goùc



vaø hai goùc .



- 221 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

13.2. CÔ CAÁU MAN

Cô caáu Man laø cô caáu duøng ñeå bieán chuyeån ñoäng quay lieân tuïc thaønh chuyeån ñoäng quay

giaùn ñoaïn (coù luùc döøng) nhôø treân khaâu daãn coù choát vaø treân khaâu bò daãn coù nhöõng raõnh tieáp xuùc

khoâng lieân tuïc.

1. Nguyên lý cấu tạo

1

2

B

O

2₁

1

O₂

2₂

₁

E

D

G

C

H

F

A

3

4

Hình 13.6

- Cô caáu Man nhö hình 13.6 goàm:

+ Khaâu daãn 1 mang choát 3 quay quanh taâm O₁

+ Khaâu bò daãn 2 laø ñóa mang nhöõng raõnh 4 quay quanh taâm O₂

- Khi khaâu 1 quay lieân tuïc, seõ coù luùc choát 3 loït vaøo raõnh 4 cuûa ñóa 2 ôû vò trí

quay quanh O₂moät goùc ñeán khi choát ra khoûi raõnh ôû vò trí thì ñóa 2 seõ ngöøng quay, cung

,

.

A

vaø gaït ñóa naøy

B

troøn CDE treân ñóa 1 tieáp xuùc vôùi cung troøn FGH treân ñóa 2. Luùc naøy raõnh keá tieáp treân ñóa

2 ôû vò trí chôø choát 3 vaøo ñeå truyeàn ñoäng vaø quaù trình truyeàn ñoäng xaûy ra tieáp tuïc.

- Ñeå khoâng xaûy ra va ñaäp khi choát vaøo vaø ra khoûi raõnh, ôû vò trí naøy choát phaûi chuyeån ñoäng

theo phöông cuûa raõnh, nghóa laø raõnh phaûi naèm theo phöông tieáp tuyeán quó ñaïo cuûa choát. Muoán

vaäy phaûi thoûa maõn: O₂AO  O₂BO  90⁰

.

1

2. Động học cơ cấu Man

Tuøy theo yeâu caàu truyeàn ñoäng maø treân khaâu 1 coù theå coù moät hay nhieàu choát, treân ñóa 2 coù

nhieàu raõnh.

- Goïi t₁laø thôøi gian quay moät voøng cuûa ñóa 1, t₂laø thôøi gian quay moät laàn cuûa ñóa 2. Ta coù

heä soá truyeàn ñoäng cuûa cô caáu Man nhö sau:

t₂

k 

(13.12)

t₁

- 222 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

- Goïi goùc quay cuûa ñóa 1 öùng vôùi moät laàn chuyeån ñoäng cuûa ñóa 2 laø 2₁vaø khaâu daãn 1 quay

ñeàu, ta coù:

t₂2₁

t₁2

k 



(13.13)

2

Z

- Goïi

coù:

Z

laø soá raõnh treân ñóa 2, ta coù goùc giöõa hai raõnh keá tieáp laø 2₂

vaø treân hình veõ ta

2

2₁   2₂  

Z

(13.14)

(13.15)

- Vaäy (13.13) coù daïng:

2

Z

2

 

Z  2

2Z

k 

khoâng theå aâm neân suy ra: Z  3.



Vì

k

- Neáu treân khaâu 1 coù

m

choát thì thôøi gian quay cuûa ñóa 2 öùng vôùi moät voøng quay cuûa khaâu 1

laø m t₂vaø heä soá chuyeån ñoäng cuûa cô caáu Man laø:

mt₂m(Z  2)

k 



(13.16)

(13.17)

t₁

2Z

Vì

k

khoâng theå lôùn hôn 1 neân suy ra:

2Z

m 

Z  2

Ñaây laø coâng thöùc duøng ñeå xaùc ñònh soá choát toái ña treân cô caáu Man.

- Trong quaù trình choát ôû trong raõnh vaø truyeàn chuyeån ñoäng cho nhau, quan heä ñoäng hoïc trong

cô caáu Man hoaøn toaøn gioáng nhö quan heä ñoäng hoïc trong cô caáu Culit (hình 13.7), nghóa laø khi

cho tröôùc cô caáu Man vaø qui luaät chuyeån ñoäng cuûa khaâu daãn 1, ta hoaøn toaøn coù theå xaùc ñònh

caùc thoâng soá ñoäng hoïc cuûa khaâu 2 nhö xaùc ñònh ñoäng hoïc treân cô caáu Culit.

O

1

2

₁

A

1

O₂

Hình 13.7

- 223 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

13.3. CÔ CAÁU BAÙNH COÙC

- Cô caáu baùnh coùc laø cô caáu duøng ñeå bieán chuyeån ñoäng qua laïi thaønh chuyeån ñoäng moät chieàu

giaùn ñoaïn thoâng qua con coùc vaø baùnh coùc.

- Hình 13.8 moâ taû cô caáu baùnh coùc:

+ Thanh laéc 1, laéc qua laéc laïi quanh taâm

O

.

+ Con coùc 2 gaén treân thanh laéc 1 vaø ñöôïc giöõ baèng loø xo 3.

+ Khi thanh laéc 1 laéc cuøng chieàu kim ñoàng hoà, con coùc 2 seõ tröôït treân raêng cuûa baùnh coùc

4. Khi thanh laéc 1 laéc ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà, con coùc 2 seõ ñaåy baùnh coùc 4 quay

quanh taâm

O

. Do ñoù baùnh coùc chuyeån ñoäng quay giaùn ñoaïn moät chieàu.

+ Con coùc 6 gaén treân giaù 5 vaø ñöôïc giöõ baèng loø xo 7, duøng ñeå haõm chuyeån ñoäng cuûa baùnh

coùc theo chieàu ngöôïc laïi (khi khoâng nhaän truyeàn ñoäng töø con coùc 2).

₁

1

2

3

4

₂

5

O

6

7

Hình 13.8

- Chuyeån ñoäng qua laïi coù theå laø:

 Chuyeån ñoäng laéc quanh taâm baùnh coùc (taïo ra töø cô caáu 4 khaâu baûn leà, …).

 Chuyeån ñoäng tònh tieán (taïo ra töø cô caáu tay quay-con tröôït, ...).

- Chuyeån ñoäng moät chieàu giaùn ñoaïn coù theå laø chuyeån ñoäng tònh tieán (tröôøng hôïp baùnh coùc coù

baùn kính lôùn ñeán voâ cuøng).

- Cô caáu baùnh coùc ñöôïc söû duïng nhieàu ñeå thöïc hieän nhöõng chuyeån ñoäng giaùn ñoaïn nhö cô caáu

dòch vaät baøo ôû maùy baøo, … Hình 3.19 moâ taû moät soá loaïi cô caáu baùnh coùc.

- 224 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Baøi giaûng NGUYEÂN LYÙ MAÙY

Chöông 13: Cô caáu ñaëc bieät

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

i)

h)

Hình 13.9

- 225 -

Bm. Thieát keá maùy

PGS. TS. Buøi Troïng Hieáu

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 13: Cơ cấu đặc biệt - Bùi Trọng Hiếu