Bài giảng nguyên lý máy bài 1 ts phạm minh hải

Bài giảng Nguyên lý máy
TS. Phạm Minh Hải
Bộ môn Cơ sở Thiết kế máy và Robot
Email:
Google Site: tsphamminhhaibkhn

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

0


Bài 1 Cấu trúc động học của cơ cấu
• Mục tiêu: Phân tích và tổng hợp cơ cấu về mặt cấu trúc
động học
• Những khái niệm cần nắm được:
– CTM, khâu, khớp, chuỗi động, cơ cấu
– Bậc tự do của cơ cấu
– Ngun lý hình thành cơ cấu, nhóm tĩnh định
• Những vấn đề mấu chốt:
– Lập được lược đồ động học của một cơ cấu cho trước
– Xác định số bậc tự do của một cơ cấu cho trước
– Lập/lựa chọn cấu trúc cơ cấu khi cho trước một số đặc
điểm về chuyển động của khâu bị dẫn

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

1


Nội dung
 Các khái niệm cơ bản

Bậc tự do của cơ cấu
Cấu trúc cơ cấu – Nguyên lý hình thành cơ cấu
Một số loại cơ cấu điển hình

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

2


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.1 Khâu
• Khâu: Bộ phận có chuyển động tương
đối với bộ phận khác trong máy

Các bộ phận có chuyển động tương đối
đối với nhau:

Mơ hình động cơ đốt trong
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

1.

Thân động cơ

2.

Trục khuỷu - c/đ quay so với khâu (1)

3.

Thanh truyền – c/đ song phẳng

4.

Piston – c/đ tịnh tiến

5.

Van (2x) - c/đ tịnh tiến

6.

Cam (2x) - c/đ quay
Có 6 khâu
3


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.2 Chi tiết máy
• Mỗi khâu là một CTM hoặc do nhiều CTM ghép cứng lại với nhau

Khâu (2): 1 chi tiết

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

Khâu (3): nhiều chi tiết ghép lại

4

1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.2 Chi tiết máy
Ví dụ về cấu tạo củacụm piston-thanh truyền (động cơ đốt trong)

A, B, C: vịng xéc măng;
D: thân pít-tơng;
E, F: vít kẹp đầu nhỏ;
G, J, K: vít kẹp đầu to;
H: 2 nửa đầu to;
L: bạc lót ổ trục đầu to.
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

5


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.3. Cấu tạo của máy

– Các chi tiết máy/bộ phận máy liên kết với nhau tạo thành
máy.
– Trên 1 khâu, các chi tiết máy được liên kết cố định với nhau
– Trong một cơ cấu, các khâu được liên kết động (nối động) với
nhau

Nối động là gì?
Có những loại nối động nào?
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

6

6


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.4 Liên kết (nối) động giữa các khâu – Khớp động
a) Nối động:

 Hai khâu để rời trong khơng gian

có 6 khả năng chuyển động tương
đối độc lập, gọi là 6 bậc tự do

 Hai khâu để rời trong chuyển

y
2

động phẳng có 3 BTD tương
đối

A

yA
1
O

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

xA

B


x
7


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.4 Liên kết (nối) động giữa các khâu – Khớp động
a) Nối động:
• Một phép nối động được thực hiện bằng cách cho 2 khâu tiếp xúc với nhau theo
một quy cách nhất định, nhằm hạn chế bớt số BTD tương đối.

Ví dụ:

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

8


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.4 Liên kết (nối) động giữa các khâu – Khớp động
b) Khớp động là tập hợp các thành phần khớp động trong một phép nối động.
Chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu gọi là thành phần khớp động.

Mặt cầu – mặt phẳng

Mặt phẳng – mặt phẳng
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

Mặt trụ (tròn xoay) – mặt phẳng

Mặt cầu – mặt cầu
9


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.4 Liên kết (nối) động giữa các khâu – Khớp động
c) Phân loại khớp động:

• Theo tính chất tiếp xúc
– Khớp (loại) cao: hai thành phần khớp tiếp xúc nhau theo điểm / đường
– Khớp (loại) thấp: hai thành phần khớp tiếp xúc nhau theo mặt

• Theo số BTD tương đối bị hạn chế (số ràng buộc)
Khớp loại i hạn chế i BTD; i=1,2,3,4,5

Ví dụ:

Cao, loại 1
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

Cao, loại 2

Thấp, loại 3
10


1.1 Các khái niệm cơ bản

1.1.4 Liên kết (nối) động giữa các khâu – Khớp động
c) Phân loại khớp động (tiếp):

Thấp, loại 3

Thấp, loại 5

Thấp, loại 4

Thấp, loại 5

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

Thấp, loại 4

Thấp, loại 5
11


Nhận xét: các khâu
(gồm các chi tiết máy)
có hình dáng phức tạp
với nhiều kích thước. Để
nghiên cứu về chuyển
động, ta có thể biểu
diễn cơ cấu như thế nào
cho thuận tiện?
 Lược đồ cơ cấu

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

12

12


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.5 Lược đồ khâu, khớp, cơ cấu
Ví dụ về lược đồ khớp động:

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

13


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.5 Lược đồ khâu, khớp, cơ cấu
Ví dụ về lược đồ khớp động
(tiếp):

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

14


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.5 Lược đồ khâu, khớp, cơ cấu

• Lược đồ khâu: Biểu diễn các thành phần khớp động trên
khâu và vị trí tương quan giữa chúng (kích thước động)

Khâu thanh truyền

Lược đồ khâu

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

15


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.5 Lược đồ khâu, khớp, cơ cấu
• Chuỗi động/Cơ cấu: tập hợp các khâu nối với nhau bằng các khớp động

Chuỗi động
4 khâu, 4 khớp bản lề

Cơ cấu

Chọn làm hệ quy chiếu và gọi là GIÁ

Cơ cấu = GIÁ + các khâu động

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

16


1.1 Các khái niệm cơ bản
1.1.6 Phân loại chuỗi động - cơ cấu

Phân loại cơ cấu theo tính chất chuyển động:
• Cơ cấu cấu phẳng: Các khâu chuyển động trong cùng một mặt
phẳng hoặc những mặt phẳng song song với nhau.
• Cơ cấu cấu khơng gian: Các khâu chuyển động trên những mặt
phẳng không song song với nhau.

Phân loại chuỗi động:
• Chuỗi kín: mỗi khâu được nối động với ít nhất 2 khâu khác
• Chuỗi hở: có khâu chỉ nối động với 1 khâu khác
• Chuỗi hỗn hợp: gồm các chuỗi kín và chuỗi hở kết hợp lại

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

17


Nhận xét: Một máy có thể gồm nhiều hơn 1 cơ cấu thành phần

Cơ cấu 3 khâu 3 khớp:
thân máy, trục cam, van su-páp

Cơ cấu 4 khâu 4 khớp:
thân máy, trục khuỷu,
thanh truyền, pít-tơng
Mơ hình động cơ đốt trong

Số khâu, số khớp, loại khớp của một cơ cấu tuân theo quy tắc nào?
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

18

1.2 Bậc tự do của cơ cấu
1.2.1 Công thức cho cơ cấu phẳng
Xét cơ cấu phẳng có:
• n khâu động và giá
• T khớp loại thấp và C khớp loại cao
Tổng số BTD (so với Giá) của n khâu động khi tách rời là:
Wo =3n - Wth
Tổng số BTD mất đi do T khớp thấp và C khớp cao tạo ra là:
R = 2T + C – Rtr – Rth

Số BTD của cơ cấu:
W = Wo – R = 3n – (2T + C – Rtr – Rth) - Wth
Wth : số BTD thừa
Rtr: Số ràng buộc trùng
Rth: Số ràng buộc thừa
Ví dụ
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

19


1.2 Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2 Ví dụ (cơ cấu phẳng)
Ví dụ 1

Wth = 0
Rtr = 0
Rth = 0

W = 3n – (2T + C)
= 3.3 – (2.4 + 0)
=1

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

W = 3n – (2T + C)
= 3.4 – (2.5 + 0)
=2

20


1.2 Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2 Ví dụ
Ví dụ về bậc tự do thừa

Rtr = 0
Rth = 0

Xét cơ cấu cam quay cần lắc đáy con lăn

Thực tế chuyển động quay của con
lăn không ảnh hưởng tới quy luật
chuyển động của cần lắc
-> có 1 BTD thừa, Wth = 1
W = 3n – (2T + C) - Wth
= 3.3 – (2.3 + 1) -1
=1

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

21


1.2 Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2 Ví dụ
Ràng buộc trùng

Wth = 0
Rth = 0
Rtr = 1

W = 3n – (2T + C - Rtr)
= 3.2 – (2.3 + 0 - 1)
=1

Mô phỏng chuyển động

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

22


1.2 Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2 Ví dụ
Ràng buộc thừa

E

B

C

A

D

Wth = 0
Rtr = 0
Rth = 1
F
W = 3n – (2T + C - Rth)
= 3.4 – (2.6 + 0 - 1)
=1

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

23


1.2 Bậc tự do của cơ cấu
1.2.3 Ý nghĩa BTD của cơ cấu – Khâu dẫn – Khâu bị dẫn

• Số BTD = Số thơng số vị trí độc lập
cần cho trước để xác định hồn
tồn vị trí của cơ cấu

• Số BTD = Số quy luật chuyển động
cần cho trước để xác định hoàn

toàn quy luật chuyển động của cơ
cấu

1 BTD

2 BTD
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc động học của cơ cấu

24