Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 7: Cơ cấu nhiều thanh

NGUYÊN LÝ MÁY

GV: ThS. TRꢀƠNG QUANG TRꢀỜNG

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

TRꢀỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Ths. Trương Quang Trường

Nguyên Lý Máy

Chưꢀng 7

Cꢁ CẤU NHIỀU THANH

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Ths. Trương Quang Trường

- 2 -

NỘI DUNG

I. ĐẠI CꢀꢁNG

II. Cꢁ CꢂU 4 KHỂU BꢃN Lꢄ VÀ CÁC BIꢅN THꢆ

III. ĐẶC ĐIꢆM ĐỘNG HỌC CꢇA Cꢁ CꢂU 4 KHỂU

BꢃN Lꢄ

IV. ĐẶC ĐIꢆM ĐỘNG HỌC CꢇA CÁC BIꢅN THꢆ

V. GÓC ÁP LỰC

VI. ꢈNG DꢉNG CꢇA Cꢁ CꢂU NHIꢄU THANH

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 3 -

I. ĐẠI CꢀƠNG

- So với các loại cơ cấu khác, cơ cấu nhiều thanh có những đặc điểm sau: lâu

mòn, tuổi thọ cao, khả năng truyền lực lớn; có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và lắp

ráp; dễ dàng thay đổi kích thước động; khó thiết kế cơ cấu theo 1 quy luật chuyển

động cho trước.

- Trong cơ cấu nhiều thanh, cꢊ cꢋu 4 khâu bꢌn lꢍ là cơ cấu thường gặp và điển

hình nhất. Cơ cấu 4 khâu bản lề là cơ cấu gồm có 4 khâu nối với nhau bằng các

khớp quay (còn gọi là khớp bản lề).

Trong đó:

+ Khâu cố định gọi là giá: khâu 4.

+ Khâu đối diện khâu cố định gọi là thanh

truyền có chuyển động song phẳng: khâu 2.

+ Hai khâu còn lại, nếu quay được toàn vòng

gọi là tay quay, nếu không quay được toàn

vòng gọi là cần lắc.

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 4 -

I. ĐẠI CꢀƠNG

- ꢀu điꢎm

+ Thành phần tiếp xúc là mặt nên áp suất tiếp

xúc nhỏ  bền mòn và khả năng truyền lực cao

+ Chế tạo đơn giản và công nghệ gia công

khớp thấp tương đối hoàn hảo  chế tạo và lắp

ráp dễ đạt độ chính xác cao

+ Không cần các biện pháp bảo toàn như ở

khớp cao

+ Dễ dàng thay đổi kích thước động của cơ cấu

bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các bản

lề. Việc này khó thực hiện ở các cơ cấu với khớp

cao

- Nhꢁꢂc điꢃm

+ Việc thiết kế các cơ cấu này theo những điều

kiện cho trước rất khó  khó thực hiện chính xác

bất kỳ qui luật chuyển động cho trước nào

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 5 -

II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THꢄ

1. Cꢊ cꢋu bốn khơu bꢌn lꢍ (four bar linkage)

- Được dùng nhiều trong thực tế

+ khâu 1 quay, khâu 3 quay: cơ cấu hình bình hành …

+ khâu 1 quay, khâu 3 lắc: cơ cấu ba-tăng máy dệt …

+ khâu 1 lắc, khâu 3 quay: cơ cấu bàn đạp máy may …

+ khâu 1 lắc, khâu 3 lắc: cơ cấu đo vải …

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Ths. Trương Quang Trường

- 6 -

II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THꢄ

2. Các biꢏn thꢎ cꢐa cꢊ cꢋu bốn khơu bꢌn lꢍ

- Xét cơ cấu 4 khâu bản lề, cho khớp D lùi ra  theo phương  AD

 cꢊ cꢋu tay quay - con trꢑꢒt

Cơ cấu tay quay - con trượt lệch tâm

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Cơ cấu tay quay - con trượt chính tâm

- 7 -

II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THꢄ

2. Các biꢏn thꢎ cꢐa cꢊ cꢋu bốn khơu bꢌn lꢍ

- Từ cơ cấu tay quay – con trượt chính tâm, đổi giá  cꢊ cꢋu cu-lic

- Đổi khâu 1 làm giá  cơ cấu cu-lic

Đổi khâu 2 làm giá  cơ_Kc_hấ_oau_Cơx_Ky_hí-_–l_Ca_ôn_ngh_Ngq_hệuay

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

(cu-lic lắc)

- 8 -

II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THꢄ

2. Các biꢏn thꢎ cꢐa cꢊ cꢋu bốn khơu bꢌn lꢍ

- Từ cơ cấu cu-lic, cho khớp B lùi ra  theo phương của giá 1

 cꢊ cꢋu tang

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Ths. Trương Quang Trường

- 9 -

II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THꢄ

2. Các biꢏn thꢎ cꢐa cꢊ cꢋu bốn khơu bꢌn lꢍ

 cꢊ cꢋu sin

- Từ cơ cấu cu-lic, cho khớp A lùi ra  theo phương của giá 1

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Ths. Trương Quang Trường

- 10 -

II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THꢄ

2. Các biꢏn thꢎ cꢐa cꢊ cꢋu bốn khơu bꢌn lꢍ

- Từ cơ cấu sin, đổi khâu 4 làm giá  cꢊ cꢋu ellipse

- Từ cơ cấu sin, đổi khâu 2 làm giá  cꢊ cꢋu Oldham

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Ths. Trương Quang Trường

- 11 -

III. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH

là tỉ số truyền giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn của cơ cấu

1. Tỉ số truyꢍn

₁

i₁₃

₃

- Định lý Kennedy: Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, tâm quay tức thời trong

chuyển động tương đối giữa hai khâu đối diện là giao điểm giữa hai đường tâm

của hai khâu còn lại

V_P

13

l_AP

l_DP

13

₁

i₁₃ 

₃

PD

PA

13

 

13

V_P

l_AP

13

l_DB

13

Công thức trên được phát biểu dưới

dạng định lý sau

Định lý Willis: Trong cơ cấu 4 khâu

bản lề, đường thanh truyền chia đường

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

giá ra làm hai phần tỉ lệ nghịch với

vận tốc góc của hai khâu nối giá

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 12 -

III. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH

1. Tỉ số truyꢍn

- Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề

+ Tỉ số truyền là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vị trí cơ cấu

₁PD

i₁₃ 

₃PA

P

cùng chiều

chia ngoài đọan AD 

₃

i  0:₁

13

i  0:₁

P

chia trong đọan AD 

ngược chiều

₃

13

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 13 -

III. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH

1. Tỉ số truyꢍn

- Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề

+ Khi tay quay AB và thanh truyền BC duỗi thẳng hay dập nhau, tức

khâu 3 đang ở vị trí biên và chuẩn bị đổi chiều quay

P  A

13

₁

₃

+ Nếu AB=CD, AD=BC: cơ cấu hình bình hành

P    i₁₃ 1

13

 khâu dẫn và khâu bị dẫn quay cùng chiều và cùng vận tố_Kc_{hoa Cơ Khí – Công Nghệ}

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 14 -

III. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH

2. Hệ số năng suꢋt

-Hệ số năng suất là tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian chạy không trong

một chu kỳ làm việc của cơ cấu

-Hệ số năng suất dùng đánh giá mức độ làm việc của cơ cấu

- Khâu dẫn có hai hành trình

_lv

_ck

+ hành trình đi ứng với góc

+ hành trình về ứng với góc

+ thông thường

_lv

_ck

- Xét cơ cấu 4 khâu bản lề như hình, nếu

chọn hành trình đi là hành trình làm việc,

hành trình về là hành trình chạy không

t_lv

_lv

_ck

/

₁_lv

 

₁_ck180

180 



k 



t_ck

chu _ky _lam_viec

- Hệ số năng suất phụ thuộc + kết cấu của cơ cấu

+ chiều quay của khâu dẫn_{Khoa Cơ Khí – Công Nghệ}

+ chiều công nghệ của khâ^Tu^rưb^ờnị^gd^Đẫ^Hn^{Nông Lâm TPHCM}

- 15 -

₁

Ths. Trương Quang Trường

III. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH

3. Điꢍu kiện quay toƠn vòng cꢐa khơu nối giá

- Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1

+ Tháo khớp B  xét quỹ tích

B₁và B₂

B  O A,l

   

1

B  O D,l l O D, l l

  

₃





1

2

3

+ Khâu 1 quay toàn vòng

 B  B

   

1

2



l l  l l



2

3

4

1





l l  l l

 ₂

3

4

1



 Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá: khâu nối giá quay được toàn vòng

khi và chỉ khi quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền kề của nó

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

-Điều kiện quay toàn vòng của khâu 3  tương tự ?????

- 16 -

IV. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THꢄ

1. Cꢊ cꢋu tay quay – con trꢑꢒt

- Tỷ số truyền

V_P/1V_P/3

P

B



₁l_PAV_c

2

a)

1

A

x

^

₁

V_cl_PA

1

3

C

 i₁₃ 

x

Hc

D

B

v

3

ck

b)

C

2

C

1

lv

- Hệ số năng suất

l

1

l

2

l

2

A

180⁰



e

C

lv



k 

B

1

180⁰

x

A

l

2

ck

c)

B

2

B  B

   

1

2

l e  l

 ₁

2

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ



 l₁ e  l₂

- Điều kiện khâu 1 quay toàn vòng

- 17 -



Ths. Trương Quang Trường

l  e  l

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM



1

2

IV. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THꢄ

- Tỉ số truyền;

2. Cꢊ cꢋu cu-lic

₁l_PD

₃l_PA

P

V_P/1V_P/3 ₁l_PA ₃l_PD i  



13

B

3

180⁰

180⁰



A

k 

1



- Hệ số năng suất



C

2

- Điều kiện quay toàn vòng

+ Khâu 1

 khâu 1 luôn quay được toàn vòng

+ Khâu 3  ?

Để khâu 3 quay toàn vòng,





D

l₁ l₄

lv

B

Khi

2

1



A

l₁ l₄

A









3

₁l_PD

 i₁₃   2  const

₃l_PA

ck

B

1

B

2

D



Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

D

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 18 -

IV. ĐẶC ĐIꢄM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THꢄ

3. Cꢊ cꢋu sin

- Tỉ số truyền: Tâm quay tức thời của khâu 1 và 3 là giao điểm của BC và AD

₁

₃l_PA

1

D    AD  xx





V_P/1V_P/3₁l_PAV₃V_c i  

13

- Hệ số năng suất: k = 1

- Điều kiện quay toàn vòng: Khâu 1 luôn quay được toàn vòng

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ

Ths. Trương Quang Trường

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 19 -

V. GÓC ÁP LỰC

Góc áp lực là góc hợp gởi vectơ lực tác dụng và vectơ vận

tốc của điểm đặt lực

P

C



B

V

C

2

1

B

3

C



V

C

A

1

^



4

A

3

D

P

N  P.V  P.V_C.cos

- Góc  phản ánh tác dụng gây ra chuyển động của lực

- Góc  càng lớn thì N_Pcàng nhỏ

P

-  = 90^o N_P= 0 (vị trí biên)

B2

V

C1

B¹

V

C1

2



O



B

1

B

2



2

1

C

2

P

C1

D



P



C

1

A

C2

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ



P

Ths. Trương Quang Trường

VC2

Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

- 20 -

V

C2

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 7: Cơ cấu nhiều thanh - Trương Quang Trường