Bài giảng nguyên lý máy - Chương 8 pot

Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 115 -
Chương 8

CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP

8.1. ĐẠI CƯƠNG
- Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp là cơ cấu phẳng trong đó tất cả các khớp động giữa các khâu
là khớp loại thấp (khớp tònh tiến loại 5 hay khớp bản lề).
- Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp được sử dụng rộng rãi trong thực tế kỹ thuật. Ví dụ: cơ cấu
bốn khâu bản lề trong máy dệt, cơ cấu tay quay-con trượt trong động cơ nổ, cơ cấu Culit nối
với cơ cấu tay quay-con trượt trong máy bào ngang, Các cơ cấu khác có thể coi là dạng suy
biến của cơ cấu bốn khâu bản lề.

1. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biếân thể của nó
a. Cơ cấu bốn khâu bản lề
1
2
3
4
3
ω
1
ω
A
B
C

D

Hình 8.1

- Cơ cấu bốn khâu bản lề là dạng cơ bản nhất của các cơ cấu phẳng toàn khớp thấp, có lược
đồ như hình 8.1:
• Cơ cấu có 4 khâu nối với nhau bằng 4 khớp bản lề.
• Khâu 4 cố đònh gọi là giá. Đường thẳng
AD
gọi là đường giá hay đường nối tâm.
• Khâu 1, 3 gọi là khâu nối giá. Khâu nối giá được gọi là cần lắc nếu nó không quay được
toàn vòng (chỉ lắc qua lại) hoặc gọi là tay quay nếu nó quay được toàn vòng.
• Khâu 2 gọi là thanh truyền hay biên. Đường thẳng
BC
gọi là đường thanh truyền hay
đường tác dụng.

- Cơ cấu bốn khâu bản lề có thể có hai tay quay, hai cần lắc hoặc một tay quay, một cần lắc.
Tay quay hay cần lắc quay quanh một điểm cố đònh còn thanh truyền có chuyển động song
phẳng. Như vậy, cơ cấu bốn khâu bản lề có thể biến chuyển động quay (toàn vòng) thành
chuyển động quay (toàn vòng) hay thành chuyển động lắc hoặc ngược lại có thể biến chuyển
động lắc thành chuyển động quay (toàn vòng) hay thành chuyển động lắc.
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 116 -
- Cơ cấu bốn khâu bản lề được dùng nhiều trong thực tế. Ví dụ:
• Khâu 1 quay, khâu 3 quay: cơ cấu hình bình hành dẫn động bánh xe lửa.

• 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 xếp vải.

b. Các cơ cấu biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề
Xét cơ cấu bốn khâu bản lề như hình 8.2: khâu 1 quay, khâu 3 lắc. Khi khớp
D
lùi ra
xa
∞
)(
∞
→
CD
l , khâu 3 sẽ chuyển động tònh tiến qua lại theo phương
yy
. Về mặt cấu tạo,
ta có thể thay khâu 3 bằng con trượt 3 và nhận được cơ cấu mới gọi là cơ cấu tay quay-con
trượt như hình 8.3 và 8.4.

Vì chuyển động tương đối giữa các khâu không thay đổi khi đổi giá, nên:

 Từ cơ cấu tay quay-con trượt chính tâm như hình 8.4:
- Nếu lấy khâu 2 làm giá ta có cơ cấu Culit lắc (hay cơ cấu xy lanh quay) như hình 8.5.

1
2
3
4
A

C
B

1
ω
D

Hình 8.5
e
≠
0 → Cơ cấu tay quay-con trượt lệch tâm
A
B
C
y
y
e
1
ω
1
2
3
D
A
B
C
3
ω
D
y

y
1
ω
1
2
3
Hình 8.2
⇒
Hình 8.3
A
B
C
y
y
1
ω
1
2
3
D
e = 0 → Cơ cấu tay quay-con trượt chính tâm
Hình 8.4
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 117 -
- Nếu lấy khâu 1 làm giá ta có cơ cấu Culit như hình 8.6.

1
2
3
4
A
C
B

1
ω
D

Hình 8.6

 Từ cơ cấu Culit như hình 8.6:
- Nếu cho khớp
B
lùi ra
∞
theo phương của giá 1, ta được cơ cấu Tang như hình 8.7.

A
C
B
∞
↑
ϕ
1
2
3

4

Hình 8.7

- Nếu cho khớp
C
lùi ra
∞
theo phương của giá 1, ta được cơ cấu Sin như hình 8.8.
A
B
C
↓
∞
4
3
2
1
B
C
ϕ
A
↓
∞
1
2
3
4
hay

(a) (b)
Hình 8.8

 Từ cơ cấu Sin như hình 8.8b:
- Nếu lấy khâu 4 làm giá, ta có cơ cấu Elip như hình 8.9.
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 118 -
A
B
C
↓
∞
4
3
2
1
A
B
C
↓
∞
4
3
2
1

Hình 8.9

- Nếu lấy khâu 2 làm giá ta có cơ cấu Oldham như hình 8.10.
B
C
B
C
A
B
C
↓
∞
4
3
2
1
hay
4
1
23 2
1
3
4

Hình 8.10

2. Ưu điểm của cơ cấu phẳng tồn khớp thấp
- Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp có các ưu điểm sau:
 Tiếp xúc theo mặt nên vững chắc, chịu bền mòn tốt và có khả năng truyền lực lớn.
 Chế tạo đơn giản và công nghệ chế tạo các loại khớp thấp tương đối hoàn thiện nên

dễ đảm bảo việc chế tạo, lắp ráp chính xác.
 Không cần các biện pháp bảo toàn khớp như ở các khớp cao. Ví dụ cơ cấu cam ở hình
8.11 cần phải có lò xo để giữ cho cần luôn tiếp xúc với cam.
 Có thể dễ dàng thay đổi các kích thước động của cơ cấu phẳng tồn khớp thấp bằng
cách điều chỉnh khoảng cách giữa tâm các bản lề. Điều này khơng thể thực hiện được
đối với các cơ cấu có khớp cao như cơ cấu cam, cơ cấu bánh răng.
1
2
3

Hình 8.11
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 119 -
- Nhược điểm của cơ cấu phẳng tồn khớp thấp: rất khó thiết kế loại cơ cấu này để thực hiện
qui luật chuyển động cho trước một cách chính xác.

8.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ
1. Tỉ số truyền
Cơ cấu bốn khâu bản lề như hình 8.12 biến chuyển động quay đều của khâu dẫn 1 với vận
tốc góc
1
ω
thành chuyển động quay của khâu bò dẫn 3 với vận tốc góc
3
ω
.

Một thông số
quan trọng đặc trưng cho cơ cấu đó là tỉ số truyền:

3
1
13
ω
ω
=i


Tỉ số này có thể xác đònh bằng nhiều phương pháp. Ở đây, ta dùng phương pháp tâm vận
tức thời để xác đònh nó.
A
B
C
D
1 2 3
4
P
I

1
ω
3
ω

Hình 8.12

a. Đònh lý Kennedy:
Trong chuyển động tương đối của khâu 3 so với khâu 1, vận tốc của điểm
C
và
D
lần
lượt vuông góc với
BC
và
AD
. Vì vậy tức thời có thể xem chuyển động tương đối của 3 so
với 1 là chuyển động quay quanh
P
là giao điểm của
BC
với
AD
(
P
được gọi là tâm
quay tức thời). Tương tự, ta có tâm quay tức thời trong chuyển động tương đối của khâu 4 so
với khâu 2 là giao điểm
I
của
AB
với
CD
. Từ đó ta có đònh lý Kennedy: “Trong cơ cấu
bốn khâu bản lề, tâm quay tức thời trong chuyển động tương đối giữa hai khâu đối diện là giao
điểm hai đường tâm của hai khâu còn lại”.

b. Đònh lý Willis:
Theo khái niệm tâm quay tức thời ta có điểm
1
P
thuộc khâu 1 và điểm
3
P
thuộc khâu 3
hiện đang trùng nhau tại
P
mà
PDPA
PP
llVV
31
31
ωω
=⇔=
, nên:
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 120 -
PA
PD
l
l

i
PA
PD
===
3
1
13
ω
ω
(8.1)

Công thức trên được phát biểu dưới dạng đònh lý Willis như sau: Trong cơ cấu bốn khâu
bản lề, đường thanh truyền BC chia đường giá AD thành hai đoạn tỉ lệ nghòch với vận tốc góc
của hai khâu nối giá.

Từ (8.1), ta có nhận xét:
- Khi cơ cấu chuyển động thì điểm
P
thay đổi (do
BC
thay đổi) nên tỉ số
PA
PD
i =
13
thay
đổi. Do đó cơ cấu biến chuyển động quay đều (
const
=
1

ω
) thành chuyển động quay không
đều (
const
i
≠=
13
1
3
ω
ω
).
- Ở cơ cấu bốn khâu bản lề, nếu
CDAB
=
và
BCAD
=
thì ta có cơ cấu hình bình hành.
Trường hợp này tâm quay tức thời
P
ở xa vô tận nên
1
3
1
13
≡=
ω
ω
i

,
tức là cơ cấu biến
chuyển động quay đều thành chuyển động đều cùng vận tốc góc.

- Khi điểm
P
ở ngoài đoạn
AD
(hình 8.13a)
⇒

3
ω
cùng chiều với
1
ω
nên
0
13
>
i
.
- Khi điểm
P
ở trong đoạn
AD
(hình 8.13b)
⇒

3

ω
ngược chiều
1
ω
nên
0
13
<
i
.

A
B
C
D
1
ω
3
ω
P
A
B
C
D
1
ω
3
ω
P

(a) (b)

Hình 8.13

- Khi tay quay
AB
và thanh truyền
BC
duỗi thẳng ra hoặc chập lại, tức là
A
P
≡
như
hình 8.14, thì:

0
3
3
1
13
=
⇒
∞→==
ω
ω
ω
PA
PD
i

(8.2)

lúc này khâu 3 dừng tức thời vò trí này. Hai vò trí này của khâu 3 (cũng như vò trí cả cơ cấu tại
những vò trí này) được gọi là vò trí biên hay vò trí chết.
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 121 -
A
2
C
θ
1
C
lam viec
D
lv
ϕ
ck
ϕ
1
ω
chay khong
1
B
2
B

Hình 8.14

2. Hệ số năng suất
- Trong những cơ cấu mà khâu bò dẫn có chuyển động hai chiều: đi và về như hình 8.14 thì
thông thường một chiều làm việc, một chiều chạy không. Tỉ số giữa thời gian làm việc và
thời gian chạy không trong một chu kỳ làm việc của máy được gọi là hệ số năng suất (hay hệ
số về nhanh):
ck
lv
t
t
k
=
(8.3)

- Chọn chiều làm việc, chiều chạy không và chiều quay
1
ω
của khâu dẫn như hình vẽ, ta có:


1
ω
ϕ
lv
lv
t
=
(8.4)
1

ω
ϕ
ck
ck
t
=
(8.5)
với
lv
ϕ
,
ck
ϕ

là góc quay của khâu dẫn ứng với thời gian làm việc và thời gian chạy không.
- Do đó:
ck
lv
ck
lv
t
t
k
ϕ
ϕ
==
(8.6)

- Gọi
21

ACC
=
θ
là góc nhọn tạo bỡi hai vò trí của khâu dẫn ứng với hai vò trí biên của cơ
cấu, ta có:
00
180
θϕ
+=
lv

00
180
θϕ
−=
ck


- Suy ra:
00
00
180
180
θ
θ
−
+
=k
(8.7)
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp

Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 122 -
3. Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá
Xét cơ cấu bốn khâu bản lề như hình 8.15 , trong đó
4321
,,, llll
lần lượt là kích thước các
khâu 1, 2, 3, 4. Xét điều kiện quay toàn vòng của khâu 1.

A
B
C
D
1
ω
1
l
||
32
llr −=
32
llR +=
1
2
3
4

Hình 8.15

- Khâu 1 quay toàn vòng có nghóa là q đạo điểm
B
trên cơ cấu là cả vòng tròn. Điểm
B

trên cơ cấu là vò trí nối động điểm
B
trên khâu 1 (
1
B
) và điểm
B
trên khâu 2 (
2
B
). Như
vậy, điểm
B
trên cơ cấu đến vò trí nào thì điểm
1
B
và điểm
2
B
phải đến được vò trí đó.
Khi tháo khớp
B
, ta có:

+ Q tích của điểm
1
B
,
{
}
1
B
, là đường tròn tâm
A
, bán kính
1
l
.
+ Q tích của điểm
2
B
,
{
}
2
B
, là miền vành khăn tâm
D
với bán kính nhỏ nhất là
32
llr
−=
và bán kính lớ
n

nhất là
32
llR
+
=
. Miền vành khăn này gọi là miền với tới
của điểm
2
B
.
- Như vậy, khâu 1 quay toàn vòng được khi và chỉ khi q tích của điểm
1
B
phải nằm trong
miền với của điểm
2
B
. Muốn vậy kích thước các khâu phải thỏa mãn:
3214
3241
llll
llll
−≥−
+
≤
+
(8.8)
- Tương tự như trên ta có thể tưởng tượng tháo khớp
C
và xét điều kiện quay toàn vòng của

khâu 3 (sinh viên tự viết).
Tổng quát, đònh lý về điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá: Một khâu nối giá quay
toàn vòng khi và chỉ khi q tích của một điểm trên khâu nối giá nằm trong miền với của điểm
trên thanh truyền nối với điểm đóù.
Đònh lý này hoàn toàn đúng cho cả cơ cấu không gian và cả cơ cấu nhiều bậc tự do.
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 123 -
8.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG HỌC CÁC CƠ CẤU BIẾN THỂ
1. Cơ cấu tay quay-con trượt
a. Quan hệ động học:
A
B
C
x
P
e
1
l
2
l
1
ω
1
2
3
x

∞
D
D

Hình 8.16

Ở cơ cấu tay quay-con trượt lệch tâm như hình 8.16, vì tâm quay
D
ở xa vô tận nên
đường giá
xxAD
⊥
và đi qua
A
. Tâm vận tốc tức thời
P
trong chuyển động tương đối
của khâu 3 so với khâu 1 là giao điểm của
BC
và
AD
. Ta có:

31
PP
VV =
(8.9)
Hay
CPA
Vl

=
1
ω
(8.10)

với
C
V

là vận tốc của con trượt.
b. Hệ số năng suất:
Các khái niệm, công thức và cách suy diễn giống như hệ số năng suất của cơ cấu bốn
khâu bản lề nhưng ứng với hình 8.17. Ở đây,
21
CCC
lH
=
được gọi là hành trình của điểm
C
.
A
θ
1
C
lam viec
lv
ϕ
ck
ϕ
1

ω
chay khong
2
B
2
C
1
B
C
H
e

Hình 8.17
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 124 -
Hệ số năng suất:
θ
θ
−
+
=
0
0
180
180
k

(8.11)

Đối với cơ cấu tay quay-con trượt chính tâm (
0
=
e
) thì vì
0
0
=
θ
nên hệ số năng suất
1
=
k
và
ABC
lH
2
=
.

c. Điều kiện quay toàn vòng:

A
B
C
x
e
1

l
2
l
1
ω
1
2
3
x
2
l
2
l

Hình 8.18

Vì
CD
l
lớn đến vô cùng nên miền vành khăn ở cơ cấu bốn khâu bản lề trở thành miền
giới hạn bởi hai đường thẳng song song và cách phương trượt
xx
một đoạn bằng
2
l
. Để
khâu 1 quay toàn vòng, tức là vòng tròn tâm
A
, bán kính
1

l
phải nằm trong miền với của
điểm
2
B
thì ta phải có:
21
lel
≤
+
(8.12)


Đối với tay quay-con trượt chính tâm
)0(
=
e
thì điều kiện quay toàn vòng của khâu 1 là:

21
ll
≤
(8.13)
2. Cơ cấu Culit
a. Quan hệ động học:
Ở cơ cấu Culit như hình 8.19, đường thanh truyền
BDBC
⊥
và đi qua
B

. Tâm vận tốc
tức thời
P
trong chuyển động tương đối của khâu 3 so với khâu 1 là giao điểm của
BC

và
AD
.
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 125 -

A
D
B
1
ω
2
ω
∞
C
P

Hình 8.19
Ta có:

31
PP
VV =
(8.14)
Hay
PDPA
ll
31
ω
ω
=
(8.15)
Do đó tỉ số truyền:
PA
PD
l
l
i
PA
PD
===
3
1
13
ω
ω
(8.16)

Trường hợp đặc biệt
ABAD

ll
=
thì:
2
3
1
13
≡=
ω
ω
i
(8.17)
tức là cơ cấu biến chuyển động quay đều thành chuyển động quay đều.

b. Hệ số năng suất:
Các khái niệm, công thức và cách suy diễn giống như hệ số năng suất của cơ cấu bốn
khâu bản lề nhưng ứng với hình 8.20. Ở đây, hai vò trí biên của cơ cấu là vò trí tay quay
AB
vuông góc với culit 3, do đó góc
θ
cũng chính là góc lắc của culit 3.
c
h
a
y

k
h
o
n

g
A
D
θ
2
B
1
B
ck
ϕ
lv
ϕ
1
ω
θ
l
a
m

v
i
e
c

Hình 8.20
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 126 -
c. Điều kiện quay toàn vòng:

A
D
B
1
ω

Hình 8.21

Tưởng tượng tháo khớp ở
B
, ta thấy:
- Q tích của
∈
1
B
khâu 1 là vòng tròn tâm
A
, bán kính
1
l
.
- Q tích của
∈
2
B
khâu 2 là toàn mặt phẳng (vì
2

B
trượt trên thanh
Dx
mà
Dx

quay quanh
D
).
Do đó khâu 1 (khâu đối diện với culit) luôn quay được toàn vòng.
Culit 3 quay toàn vòng khi điểm
B
trên cơ cấu đến được vò trí trên phương
AD
và ở
ngoài
AD
về phía
D
, tức là khâu 3 quay toàn vòng khi:

ADAB
ll
≥

(8.18)

3. Cơ cấu sin
a. Quan hệ động học:

A
B
P
∞
C
ϕ
x
∞
D
D
C
y
1
ω
x

Hình 8.22
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 127 -
Cơ cấu sin như hình 8.22 được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tònh
tiến qua lại hoặc ngược lại. Trong quá trình cơ cấu chuyển động, vò trí
x
của thanh trượt 3
phụ thuộc vào góc quay
ϕ
theo quan hệ

ϕ
sin
1
lx
=
, nên cơ cấu được mang tên là cơ cấu sin.

Vận tốc tònh tiến của khâu 3 được xác đònh bỡi:

ϕω
cos
113
l
dt
dx
V ==
(8.19)

Đường nối tâm là đường thẳng qua
A
và vuông góc với phương trượt
Ax
. Đường thanh
truyền là đường thẳng qua
B
và vuông góc với phương trượt
Ay
. Giao điểm
P
của hai

đường này chính là tâm vận tốc tức thời trong chuyển động tương đối của khâu 3 so với
khâu 1. Ta có:

31
PP
VV =
(8.20)
Hay
ϕ
ω
ω
cos
1113
llV
PA
=
=
(8.21)

b. Điều kiện quay toàn vòng: khâu 1 bao giờ cũng quay được toàn vòng vì miền với tới của
2
B
là cả mặt phẳng.

4. Cơ cấu tang
a. Quan hệ động học:
A
C
D
1

ϕ
P
B
∞
B
x
a
1
ω

Hình 8.23


Cơ cấu tang như hình 8.23 được dùng để biến chuyển động lắc qua lại thành chuyển động
tònh tiến qua lại hoặc ngược lại. Trong quá trình chuyển động, vò trí thanh trượt phụ thuộc
vào góc lắc
ϕ
của khâu 1 theo quan hệ
ϕ
tg
a
x
=
, nên cơ cấu được mang tên là cơ cấu tang.
Tâm vận tốc tức thời
P
trong chuyển động tương đối của khâu 1 so với khâu 2 là giao
của đường thẳng qua
A
, vuông góc với phương trượt của khâu 2 và đường thẳng qua

C
,
vuông góc với
AC
, nên:
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 128 -
31
PP
VV =
(8.22)
hay
31
Vl
PA
=
ω
(8.23)
Ta có:
ϕϕ
2
coscos
al
l
AB
PA

==
(8.24)
Do đó:
ϕ
ω
2
13
cos
a
V =
(8.25)

b. Điều kiện quay toàn vòng: Trong cơ cấu tang không có khâu quay toàn vòng vì miền với
tới của
2
B
chỉ là một đường thẳng.

5. Cơ cấu elip
A
B
∞
A
∞
D
P
M
M
x
M

y
a
b
C
O
y
x
D
ϕ

Hình 8.24

Cơ cấu elip như hình 8.24 được dùng để vẽ đường elip hoặc để truyền chuyển động tònh
tiến qua lại giữa hai phương vuông góc với nhau. Trong quá trình cơ cấu chuyển động, q
đạo của điểm bất kỳ
M
nào nằm trên thanh truyền 2 đều là đường elip, nên cơ cấu được
mang tên là cơ cấu elip.
Chứng minh:
Chọn hệ trục tọa độ
y
x
,
trùng với hai phương trượt của hai khâu tònh tiến như hình
8.26.
M
là điểm bấy kỳ trên thanh truyền 2. Đặt
bMCaMB
=
=

,
;
ϕ
là góc giữa
phương
BC
và trục
x
. Ta có:

ϕ
ϕ
sin
cos
by
ax
M
M
=
=
(8.26)
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 129 -
Suy ra:
1
22

=






+






b
y
a
x
MM
(8.27)
Đây chính là phương trình của đường elip.

Giao điểm
P
của đường thẳng qua
B
, vuông góc với trục
y
và đường thẳng qua
C

,
vuông góc với trục
x
chính là tâm quay tức thời trong chuyển động của khâu 2, nên:

PC
C
PB
B
l
V
l
V
==
ω
(8.28)
Do đó:
PC
PB
l
l
V
V
PC
PB
C
B
==
(8.29)

6. Cơ cấu Oldham
B
C
4
1
23
A
D


Hình 8.25

Ở cơ cấu Oldham như hình 8.25, hai khâu nối giá 1 và 3 đều quay toàn vòng vì tưởng
tượng tháo khớp
B
(hay
C
) thì miền với tới của điểm
2
B
(hay
2
C
) là cả mặt phẳng.
Trong quá trình chuyển động, khâu 1 và khâu 3 đều không quay tương đối so với khâu 2, tức
là khâu 1 và khâu 3 không quay tương đối với nhau, nên
31
ω
ω
=

.
Cơ cấu Oldham làm nhiệm vụ như một khớp nối trục nên còn được gọi là khớp nối trục
Oldham. Khớp nối trục Oldham có ưu điểm hơn so với khớp nối trục cứng là trong quá trình
chuyển động cho phép có sự sai khác giữa hai tâm quay
A
và
D
.

8.4. GÓC ÁP LỰC
Về phương diện động lực học, một chỉ tiêu quan trọng trong cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
là góc áp lực.

1. Đònh nghóa:
Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 130 -
- Góc áp lực là góc hợp bởi vector lực tác dụng và vector vận tốc của điểm đặt lực.
- Ở cơ cấu bốn khâu bản lề, tay quay-con trượt, … nếu bỏ qua trọng lượng các khâu và ma sát
ở các khớp thì lực
P
truyền từ khâu dẫn sang khâu bò dẫn nằm dọc theo thanh truyền, vận
tốc
C
V
của điểm đặt lực và góc áp lực
α

như hình 8.26:
1
ω
A
B
C
D
α
P
C
V


Hình 8.26
2. Ý nghóa:
Công suất của lực tác dụng
P
là:


α
cos
CCP
VPVPN ==
(8.30)

Góc áp lực
α
phản ánh tác dụng gây ra chuyển động của lực
P

(phản ánh mức độ sinh
công). Góc áp lực càng lớn thì công suất càng nhỏ và khi
0
90=
α
thì công suất bằng không.
Trong cơ cấu tay quay-con trượt, cơ cấu bốn khâu bản lề, khi tay quay và thanh truyền duỗi
thẳng ra hay chập lại thì
0
90=
α
. Ở vò trí này, lực tác dụng truyền từ khâu dẫn sang khâu bò
dẫn không có tác dụng làm cho khâu bò dẫn chuyển động. Đây chính là vò trí biên (hay vò trí
chết). Cơ cấu tiếp tục chuyển động nhờ lực quán tính và khi vượt qua vò trí chết thì
0
90≠
α
,
lực tác dụng lại tiếp tục gây ra chuyển động.

8.5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Ví dụ:
1. Dùng để truyền chuyển động quay giữa:
•
Hai trục nối tiếp nhau: cơ cấu Oldham,
•
Hai trục song song nhau: cơ cấu hình bình hành,
2. Dùng để biến đổi chuyển động:
•
Cơ cấu bốn khâu bản lề:

 Biến chuyển động quay toàn vòng thành chuyển động lắc: cơ cấu ba-tăng trong
máy dệt,

Bài giảng NGUYÊN LÝ MÁY Chương 8: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp


Bm. Thiết kế máy TS. Bùi Trọng Hiếu

- 131 -
A
B
C
1
ω
D
321

Hình 8.27

 Biến chuyển động lắc thành chuyển động quay toàn vòng: máy may đạp chân, xe
lắc tay dùng cho người tàn tật, …
•
Cơ cấu tay quay-con trượt:
 Biến chuyển động tònh tiến thành chuyển động quay: cơ cấu tay quay-con trượt
trong động cơ nổ.

A
B
C
1

ω
1 2 3

Hình 8.28

 Biến chuyển động quay thành chuyển động tònh tiến: dùng cơ cấu Culit nối với cơ
cấu tay quay-con trượt trong máy bào ngang, máy cưa, máy dập, máy sàng lắc, …

1
ω
1
2
3
4 5
c
F
r
A
C
B
D
E
F

Hình 8.29

3. Dùng để tạo q đạo chuyển động nhất đònh: cơ cấu elip, cơ cấu cần cẩu,