5nguyên lý máy , chương 5 cơ cấu phẳng toàn khớp thấp

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN
KHOA CƠ KHÍ

NGUYÊN LÝ MÁY
CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG
TOÀN KHỚP THẤP
Ths. Vũ Thế Truyền


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.1. Đại cương
- ĐN: là cơ cấu phẳng trong đó khớp động giữa các khâu là khớp thấp (khớp tịnh tiến
lọai 5 hay khớp bản lề)
- Được sử dụng nhiều trong thực tế kỹ thuật
+ Cơ cấu culit dùng trong máy bào
+ Cơ cấu tay quay – con trượt dùng trong động cơ nổ, máy ép thủy lực…
+ Cơ cấu 4 khâu bản lề dung trong hệ thống giảm chấn của xe đạp …


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.1. Đại cương
- Ưu điểm
+ 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 cơng khớp thấp
tương đối hịan hảo  chế tạo và lắp ráp dễ đạt độ
chính xác cao
+ Khơng cần các biện pháp bảo tòan như ở khớp cao
+ Dễ dàng thay đổi kích thước động của cơ cấu bằng
cách điều chỉnh khỏang cách giữa các bản lề. Việc này

khó thực hiện ở các cơ cấu với khớp cao
- Nhược điểm
+ 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


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể
1. Cơ cấu bốn khâu bản lề (four bar linkage)
* Cơ cấu có 4 khâu nối với nhau bằng 4 khớp bản lề
+ khâu 4 cố định: giá (frame)
+ khâu 2 đối diện với giá: thanh truyền (coupler)
+ 2 khâu còn lại
Quay được tồn vịng: tay quay (crank)
Khơng quay được tồn vịng: cần lắc (rocker)

Crank-rocker

Rocker-rocker

Drag-link


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể
2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề
 cơ cấu tay quay - con trượt

Cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm

Cơ cấu 4 khâu bản lề
Cơ cấu tay quay con trượt chính tâm


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể
2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề
Cơ cấu culit

 Cơ cấu tang


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.3.Đặc điểm động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
1. Tỉ số truyền
- Trong cơ cấu 4 khâu bản lề
+ Khâu dẫn 1 quay đều với vận tốc góc

1

+ Khâu 2 chuyển động song phẳng với vận tốc góc 2
+ Khâu bị dẫn 3 quay với vận tốc góc

3
- Tỉ số truyền giữa hai khâu tùy
ý của một cơ cấu là tỉ số vận
tốc góc giữa hai khâu đó

1

2
i13 � , i23 �
3
3
- Tỉ số truyền của cơ cấu là tỉ số truyền
giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn của cơ cấu

1
i13 �
3


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.3.Đặc điểm động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
1. Tỉ số truyền
- 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

VP13

1 l AP13 lDP13
i13 


3 VP13 l AP13
lDB13
Định lý Định lý Willis:
Trong cơ cấu 4 khâu bản lề,
đường thanh truyền chia đường

giá ra làm hai phần tỉ lệ nghịch với
vận tốc góc của hai khâu nối giá


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.3.Đặc điểm động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
1. Tỉ số truyền
- 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

P13
P13

i13 

lDP13
l AP13

chia ngịai đọan AD 

i13  0 : 1

cùng chiều

chia trong đọan AD 

i13  0 : 1

ngược chiều

1

3

3
3


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.3.Đặc điểm động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
1. Tỉ số truyền
- Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề
+ Khi tay quay AB và thanh truyền BC duỗi thẳng hay dập nhau, tức P 13 =A,
khâu 3 đang ở vị trí biên và chuẩn bị đổi chiều quay

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

1
P13 � �� i13 
1
3

 khâu dẫn và khâu bị dẫn quay cùng chiều và cùng vận tốc


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.3.Đặc điểm động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
2. Hệ số năng suất
- 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

t
k � lv
tck


chu _ ky _ lam _ viec

v / 1 v 180  


d / 1 d 180  

Tron
g đó:

d

Góc ứng với hành trình đi

v

Góc ứng với hành trình về
Thơng thường

d �v

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

- Hệ số năng suất phụ thuộc + kết cấu của cơ cấu
+ chiều quay của khâu dẫn

1

+ chiều công nghệ của khâu bị dẫn


CHƯƠNG 5. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
5.3.Đặc điểm động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
3. Điều kiện quay tòan vòng của khâu nối giá
- Điều kiện quay tòan vòng của khâu 1
+ Tháo khớp B  xét quỹ tích B1 và B2

+ Khâu 1 quay tịan vịng

�  B1 � B2 
�
�l2  l3 �l4  l1
��
l2  l3 �l4  l1
�
 Điều kiện quay tòan vòng của khâu nối giá: khâu nối giá quay được tòan vịng khi và chỉ khi
quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền kề của nó
-Điều kiện quay tòan vòng của khâu 3  tương tự ?????


§BÀI TẬP
1: Cho cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng
ABCD, DA là đường giá. Biết AB = 3cm,

BC = x (x > 0), CD = 5cm, DA = 6cm. Hãy
xác định điều kiện của x để khâu AB quay
tồn vịng.
Bài giải

4  x  8 (cm)

Điều kiện để AB quay tồn vịng:
|BC-CD| ≤ |AD-AB|

|x-5| ≤ |6-3|

|x-5| ≤ 3

BC+CD ≥ AD+AB

x+5 ≥ 6+3

x+5 ≥ 9

-3 ≤ x-5 ≤ 3
x+5 ≥ 9

2≤x≤8
x≥4

4≤x≤8


§BÀI TẬP

2. Cho cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng ABCD
với AD là đường giá. Biết AB = 3cm, BC =
6cm, CD = 5cm, DA = x cm (x > 0). Hãy xác
định điều kiện của x để khâu AB quay tồn
vịng.
0 < x  2 (cm) hoặc 4  x  8 (cm)


§BÀI TẬP
3. Cho cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng ABCD với
DA là đường giá. Biết AB = 2cm, BC = 5cm, DA =
4cm, CD = x cm (x > 0). Hãy xác định điều kiện
của x để khâu AB quay tồn vịng.

3  x  7 (cm)


§BÀI TẬP
4. Xét cơ cấu 4 khâu bản lề có lược đồ

b

như hình vẽ. Biết a = 80mm; b = 150mm;
c = 120mm. Giả sử chiều dài (d) của khâu

c

cố định (giá) là đại lượng biến đổi. Xác
định miền giá trị (d) để cơ cấu:
a - Có 1 tay quay, 1 cần lắc.

b - Có 2 cần lắc.

a
d?