Tài liệu Cơ cấu phẳng docx

Chơng 1: Cơ cấu phẳng
1. Khái niệm cơ bản về cơ cấu
1.1. Bậc tự do của khâu
- Chi tiết máy (tiết máy) l phần tử cấu tạo hon chỉnh của
máy đợc chế tạo ra không kèm theo một nguyên công lắp
ráp no.
- Trong máy v cơ cấu có những bộ phận chuyển động
tơng đối đối với nhau gọi l khâu. Khâu có thể gồm một
hoặc nhiều tiết máy ghép cứng với nhau tạo thnh.
-Môhìnhkhâul mô hình vật rắn tuyệt đối.
-Kíchthớc của khâu không có giới hạn trong không gian.
Xét hai khâu A v B để rời nhau trong không gian.
- Chọn B lm hệ quy chiếu v gắn vo B một hệ trục toạ độ
0xyz thì A có 6 khả năng chuyển động độc lập so với B (Tx,
Ty, Tz, Qx, Qy, Qz). Ta nói A có 6 bậc tự do so với B.
- Chọn A lm hệ quy chiếu, B cũng có 6 khả năng chuyển
động độc lập so với A.
- Sơ đồ xác định bậc tự do khâu
- B có 6 bậc tự do tơng đối so với A.
- Hai khâu để rời trong mặt phẳng tồn tại 3 bậc tự do tơng
đối.
1.2. Khớp động
- Các khâu để rời trong không gian hoặc mặt phẳng sẽ có khả
năng chuyển động honton độc lập đối với nhau không
thể tạo thnh cơ cấu máy. Vì thế ngời ta phải giảm bớt số
bậc tự do tơng đối giữa chúng bằng cách cho chúng tiếp
xúc với nhau theo một quy cách nhất định. Nối động giữa
hai khâu l giữ cho hai khâu tiếp xúc với nhau theo một quy
c
á
ch

n

o
đ
ó
.
A
B
0
x
y
z
T
x
T
z
T
y
Q
x
Q
z
Q
y
Ph©n lo¹i khíp ®éng
1.3. Chuỗi động v cơ cấu
- Nhiều khâu nối động với nhau tạo thnh một chuỗi động.
- Chuỗi động phẳng v không gian.
- Một chuỗi động có một khâu cố định còn các khâu khác
chuyển động theo quy luật xác định gọi l cơ cấu. Thờng

cơ cấu l một chuỗi động kín.
- Khâu cố định trong cơ cấu gọi l giá.
A
B
A
A
B
B
A
B
Khớp
tịnh tiến loại 5
Khớp bản lề loại 5
K
A
B
Khớp cao loại 4
1.4. B
ậ
ctựdo cơcấuph
ẳ
ng
- Bậctựdo củacơcấul sốthôngsốđộclậpcầnthiết
để xác định hontonvịtrícủacơcấu.
- Ví dụ:
- Cho trớc lợc đồ cơ cấu, số khâu,
khớp, loại khớp.
Tính số bậc tự do của cơ cấu W.
W = W
o

-R
W
o
l tổng số bậc tự do của các khâu để rời so với giá.
R l tổng số rng buộc gây ra bởi các khớp động có
trong cơ cấu.
Wo = 3n n l tổng số khâu động
R = 2p5 + P4 P5 v P4 l tổng số khớp loại 5 v
4 có trong cơ cấu
W = 3n (2P5 + P4)
Ví dụ:
- Tính số bậc tự do của cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng trên hình.
n = ?; P
5
= ? P
4
= ?
A
B
C
D

1
1.5. Xếp loại cơ cấu
- Một cơ cấu gồm một hay nhiều khâu dẫn, nối với giá v với
một số nhóm tĩnh định (nhóm có bậc tự do bằng 0)
- Xét cơ cấu ton khớp thấp
Nhóm tĩnh định
-Cósốkhâukhâukhớpthoảmãn: 3n 2P5 = 0
- Nhóm tối giản

- Khi cố định các khớp chờ của nhóm 1 dn tĩnh định
Xếp loại nhóm
- Tập hợp các nhóm không chứa một chuỗi động kín no
- Nhóm loại 2 (2 khâu 3 khớp) ABC
- Nhóm loại 3 (nhóm có khâu cơ sở khâu có 3 thnh phần
khớp động)
Xếp loại cơ cấu
- Cơ cấu không chứa một nhóm tĩnh định nol cơ cấu loại 1.
- Cơ cấu có chứa từ một nhóm tĩnh định trở lên, loại cơ cấu l
loại của nhóm tĩnh định cao nhất có trong cơ cấu.
- Nhãm Atxua lo¹i 2 vμ lo¹i 3
- VÝ dô xÕp lo¹i c¬ cÊu ph¼ng
A
B
C
A
B
C
1
O
D
2
3
4
5
Nhãm lo¹i 2:
(4-5), (2-3)
Kh©u dÉn 1
2. Cơ cấu b
ố

nkh
â
uph
ẳ
ng
2.1. Khái niệm
- Cơ cấu phẳng ton khớp thấp có 4 khâu gọi l cơ cấu 4 khâu
phẳng. Nếu các khớp đều l khớp bản lề loại 5 thì cơ cấu gọi
l cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng.
- Trong cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng: khâu đối diện với giá gọi
l thanh truyền, hai khâu nối giá còn lại nếu quay đợc ton
vòng gọi l tay quay, nếu không gọi l thanh lắc.
- Tỷ số truyền giữa hai khâu động trong cơ cấu j v k l:
i
jk
=
j
/
k
.
- Tỷ số truyền của cơ cấu l tỷ số truyền giữa khâu dẫn v
khâu bị dẫn nối giá của cơ cấu đó (dấu).
2.2. Quan hệ động học giữa các khâu trong cơ cấu
2.2.1. Phân tích động học cơ cấu phẳng sử dụng pp vẽ
2.2.1.1. Nội dung bitoán
- Bi toán chuyển vị
- Bitoánvậntốc
- Bitoángiatốc
Ho¹ ®å chuyÓn vÞ cña c¬ cÊu 4 kh©u b¶n lÒ ph¼ng
Ho¹ ®å vËn tèc

D
A
B
C
E
2
3
ϕ
1
ω
1
1
P
b
1
≡b
2
c
3
≡c
2
e
2
⊥BC
⊥EC
⊥EB
Ho¹ ®å gia tèc
Π
b’
1

≡b’
2
c’
2
≡c’
3
e’
2
nc
3
nc
2
b
2
ne
2
b
2
ne
2
c
2
⊥BC
⊥EB
⊥EC
2.2.2. Xác định tỷ số truyền giữa các khâu trong cơ cấu sử
dụng phơng pháp tâm quay tức thời
2.2.2.2. Định lý Kennedy
- Trong chuỗi động 4 khâu bản lề phẳng, tâm vận tốc tức thời
giữa hai khâu không kề nhau l giao điểm giữa đờng tâm

của hai khâu còn lại.
Chứng minh:
- KS chuyển động tơng đối
giữa khâu 2 v 4.
P
24
l tâm vận tốc tức thời
Đổi khâu 3 lmgiátơng tự
P
13
l tâm vận tốc tức thời
2.2.2.3. Định lý Williss
- Trong cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng, đờngtâmthanhtruyền
chia đờng tâm giá lm hai đoạn thẳng tỷ lệ nghịch với vận
tốc góc của hai khâu nôi giá.
ABVV
BB
=
21
rr
CDVV
CC
=
23
r
r
Các đặc điểm truyền động
- i
13
l đại lợng biến thiên phụ thuộc vị trí khâu dẫn;

- i
13
> 0 nếu P chia ngoi đoạn AD v ngợc lại;
- Góc lắc hay hnh trình của thanh lắc;
- Hệ số về nhanh của cơ cấu:
- ở cơ cấu hình bình hnh K = 1.
1
180
180


+
==




o
o
v
d
K
2.3. Mét sè d¹ng biÕn thÓ cña c¬ cÊu 4 kh©u ph¼ng
2.3.1. C¬ cÊu tay quay con tr−ît
2.3.2. C¬ cÊu Cu lit
- T©m vËn tèc tøc thêi P
13
.
-TûsètruyÒn
- HÖ sè vÒ nhanh:

- §iÒu kiÖn quay toμn vßng: Kh©u 1 lu«n quay toμn vßng,
kh©u 3 quay toμn vßng khi l
AB
≥ l
AD
PA
PD
i ==
2
1
12
ω
ω
ψ
ψ
ϕ
ϕ
−°
+
°
==
180
180
v
d
k
3. C¬ cÊu b¸nh r
¨
ng
3.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n

Đ
ịnh ngh
ĩ
a
- Cơ cấu bánh răng l một cơ cấu có khớp cao dùng để truyền
chuyển động quay giữa hai trục với tỷ số truyền xác định.
Phân loại
- Cơ cấu bánh răng đợc phân lm hai loại:
- Phẳng: Dùng truyền chuyển động quay giữa hai trục song
song;
- Không gian: Dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục
cắt hoặc chéo nhau.
-Ngoi ra cơ cấu bánh răng còn đợc phân loại theo đờng
cong lm biên dạng răng, đặc điểm ăn khớp trong, ngoi vv
Các thông số cơ bản của bánh răng thân khai
- Bánh răng có biên dạng răng l đờng thân khai vòng tròn.
-Chomộtđờng thẳng lăn không trợt trên một đờng tròn,
quỹ tích của một điểm K trên đờng thẳng sẽ vạch nên đờng
thân khai của vòng tròn. Vòng tròn ny gọi l vòng tròn cơ sở
của đờng thân khai.
Các tính chất:
-Đờng thân khai không có điểm no nằm trong vòng cơ sở.
- Ph¸p tuyÕn cña ®−êng th©n khai lμ tiÕp tuyÕn cña vßng trßn
c¬ së vμ ng−îc l¹i.
-C¸c®−êng th©n khai cña cïng mét vßng trßn c¬ së lμ
nh÷ng ®−êng cong c¸ch ®Òu vμ KKi = cung MMi;
- T©m cong cña ®−êng th©n khai t¹i K n»m trªn vßng trßn c¬
së vμ ρ
K

= NK.
Các thông s
ố
cơ b
ả
ncủ
a
b
á
nh r
ă
ng
-
Số răng; mô đun m, góc áp lực trên vòng tròn chia.
- Bán kính vòng tròn chia R, vòng tròn đỉnh răng R
e
, chân
răng R
i
.
-Bớc răng trên vòng tròn bán kính R
x
; vòng tròn chia R.
-ChiềudyrăngS
x
, chiềurộngrãnhrăngS
W
.
- Chiều cao răng h = (f+ f)m.
3.2. Định lý ăn khớp

Để tỷ số truyền của cặp bánh răng không đổi, pháp tuyến
chung của cặp biên dạng đối tiếp phải cắt đờng nối tâm tại
một điểm cố định.
P gọi l tâm ăn khớp;
L
gọi l góc ăn khớp; vòng tròn bán
kính O
1
P v O
2
P l các vòng tròn lăn.

1

2
O
1
O
2
P
n
n
t
t
N
1
N
2
V
K1

V
K2
V
n
K

1

2
K
b
1
b
2

L
3.3. Cặp bánh răng thân khai phẳng
Khi b
1
v b
2
l các biên dạng thân khai. Theo tính chất của
đờng thân khai, pháp tuyến nn tại K sẽ tiếp tuyến với 2 vòng
tròn cơ sở bán kính R
01
= O
1
N
1
v R

02
= O
2
N
2
. Dễ dng thấy
pháp tuyến nn tại K sẽ cắt O
1
O
2
tại điểm P cố định.
-Đờng ăn khớp của cặp bánh răng thân khai l đờng thẳng
tiếp tuyến chung với hai vòng tròn cơ sở.
- Góc ăn khớp của cặp bánh răng thân khai
L
l hằng số.
O
1
O
2
N
1
N
2
n
n
t
t
K

L
P
b
1
b
2
3.4. Bánh răng trụ tròn răng thẳng, nghiêng
3.4.1. Cặp bánh răng trụ tròn răng thẳng
Khi kể đến chiều rộng b của bánh răng
ta có bánh răng trụ tròn răng thẳng. Đặc
điểm ăn khớp của cặp bánh răng trụ tròn
răng thẳng giống nh bánh răng phẳng
với sự thay thế các yếu tố điểm đờng
v đờng mặt.
Mặt răng của bánh răng trụ tròn răng
thẳng l mặt trụ thân khai do đờng
thẳng KK thuộc mặt phẳng tiếp diện
chung N của hai mặt trụ cơ sở v song
song với trục quay của chúng vạch nên
khi lần lợt lăn N không trợt trên các
mặt trụ cơ sở ny.
Đờng ăn khớp của cặp mặt răng song
song với trục quay của hai bánh răng.
3.4.2. Cặp bánh răng trụ tròn răng
nghiêng
Nếu đờng thẳng KK trong quá
trình hình thnh mặt răng nghiêng
với tiếp diện giữa N v mặt trụ cơ sở,
mặt răng đối tiếp sẽ l
mặt xoắn ốc

thân khai.
Tính chất:
- Tiếp diện của mặt trụ cơ sở l pháp
diện của mặt xoắn ốc thân khai v
ngợc lại;
- Giao tuyến giữa mặt phẳng vuông
góc với trục quay v mặt xoắn ốc
thân khai l đờng thân khai của
vòng tròn;
-Đòng răng trên mặt trụ cơ sở l
đờng xoắn ốc trụ tròn có góc
nghiêng (góc xoắn)
o
.
-Đờng răng trên các mặt trục đồng
trục l đờng xoắn ốc trụ tròn có
bớc xoắn bằng nhau v góc xoắn
khác nhau, trong đó: x = 90 - x
- Bánh răng sử dụng mặt xoắn ốc
thân khai lm mặt răng gọi l bánh
răng trụ tròn răng nghiêng .
3.5. Cặp bánh răng không gian
3.5.1. Cặp bánh răng nón (côn)
Cặp bánh răng nón dùng để truyền chuyển động quay giữa
hai trục cắt nhau thờng dới một góc 90.
Tỷ số truyền:
Chiều quay trên bánh bị dẫn đợc xác định nhờ xét dấu.
1
2
1

2
2
1
12
sin
sin
Z
Z
i ===




3.5.2. Cặp bánh trụ chéo
Cặp bánh răng trụ chéo
dùng để truyền chuyển
động quay giữa hai trục
chéo nhau.
Đặc điểm tiếp xúc của
cặp bánh răng trụ chéo l
tiếp xúc điểm.
Tỷ số truyền của cặp
bánh răng trục chéo:
1
2
1n
2n
11
1
s

222s
11
22
2
1
12
z
z
zm
zm
zm
zm
r
r
i ==


=


=


=
cos
cos
cos
cos
Khi = 90 ta có:
1

1
2
12
tg
r
r
i =
3.5.3. Cặp bánh vít trục vít trụ tròn
Tỷ số truyền:
Vìrenquấnnhiềuvòngnênsốrăngz
1
của bánh 1 thờng
rấtít(thờng gọi l số đầu mối), trong khi đó số răng z
2
của
bánh 2 có thể rất nhiều vì thế tỷ số truyền của cặp bánh vít
trục vít có thể rất lớn.
Cặpbánhvíttrụcvít
trụ tròn dùng để truyền
chuyển động quay giữa
hai trục chéo trực giao.
Cặpbánhvíttrụcvít
trụ tròn thực chất l cặp
bánh răng trụ chéo trực
giao với góc nghiêng
trên mặt trụ lăn
1
rất lớn
v
2

rất nhỏ.

==
tgr
r
tg
r
r
i
1
2
1
1
2
12