CƠ HỌC ỨNG DỤNG - PHẦN 2 ĐỘNG HỌC - CHƯƠNG 5 CƠ CẤU PHẲNG docx

Chương 5: CƠ CẤU PHẲNG
1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ CẤU
1.1. Bậc tự do của khâu
- Chi tiết máy (tiết máy) là phần tử cấu tạo hoàn chỉnh của
máy được chế tạo ra không kèm theo một nguyên công lắp
ráp nào.
- Trong máy và cơ cấu có những bộ phận chuyển động
tương đối đối với nhau gọi là khâu. Khâu có thể gồm một
hoặc nhiều tiết máy ghép cứng với nhau tạo thành.
- Mô hình khâu là mô hình vật rắn tuyệt đối.
- Kích thước của khâu không có giới hạn trong không gian.
Xét hai khâu A và B để rời nhau trong không gian.
- Chọn B làm hệ quy chiếu và gắn vào 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 làm 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 tương đối so với A.
- Hai khâu để rời trong mặt phẳng tồn tại 3 bậc tự do tương
đối.
1.2. Khớp động
- Các khâu để rời trong không gian hoặc mặt phẳng sẽ có khả
năng chuyển động hoàn toàn độc lập đối với nhau  không
thể tạo thành cơ cấu máy. Vì thế người ta phải giảm bớt số
bậc tự do tương đối giữa chúng bằng cách cho chúng tiếp
xúc với nhau theo một quy cách nhất định. Nối động giữa
hai khâu là giữ cho hai khâu tiếp xúc với nhau theo một quy
cách nào đó.
A
B

0
x
y
z
T
x
T
z
T
y
Q
x
Q
z
Q
y
PHÂN LOẠI KHỚP ĐỘNG
1.3. Chuỗi động và cơ cấu
- Nhiều khâu nối động với nhau tạo thành một chuỗi động.
- Chuỗi động  phẳng và không gian.
- Một chuỗi động có một khâu cố định còn các khâu khác
chuyển động theo quy luật xác định gọi là cơ cấu. Thường
cơ cấu là một chuỗi động kín.
- Khâu cố định trong cơ cấu gọi là giá.
A
B
A
B
B
A

A
B
Khớp
tịnh tiến loại 5
Khớp bản lề loại 5
K
A
B
Khớp cao loại 4
1.4.
B
ậ
c
t
ự
do
cơ
c
ấ
u
ph
ẳ
ng
- Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết
để xác định hoàn toàn vị trí của cơ cấu.
- Ví dụ:
- Cho trước lược đồ cơ cấu, số khâu,
khớp, loại khớp.
Tính số bậc tự do của cơ cấu W.
W = W

o
- R
W
o
là tổng số bậc tự do của các khâu để rời so với giá.
R là tổng số ràng buộc gây ra bởi các khớp động có
trong cơ cấu.
Wo = 3n n là tổng số khâu động
R = 2p
5
+ P
4
P
5
và P
4
là tổng số khớp loại 5 và
4 có trong cơ cấu
W = 3n – (2P
5
+ P
4
)
 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 và với
một số nhóm tĩnh định (nhóm có bậc tự do bằng 0)
- Xét cơ cấu toàn khớp thấp
Nhóm tĩnh định
- Có số khâu khớp thoả mãn: 3n – 2P5 = 0
- Nhóm tối giản
- Khi cố định các khớp chờ của nhóm  1 dàn tĩnh định
Xếp loại nhóm
Tập hợp các nhóm không chứa một chuỗi động kín nào
- Nhóm loại 2 (2 khâu 3 khớp) ABC
- Nhóm loại 3 (nhóm có khâu cơ sở – khâu có 3 thành phần
khớp động)
Xếp loại cơ cấu
- Cơ cấu không chứa một nhóm tĩnh định nào là cơ cấu loại
1.
- Cơ cấu có chứa từ một nhóm tĩnh định trở lên, loại cơ cấu
l
à
lo
ạ
i
c
ủ

a
nh
ó
m
t
ĩ
nh
đ
ị
nh
cao
nh
ấ
t
c
ó
trong
cơ
c
ấ
u
.
- Nhóm Atxua loại 2 và loại 3
- Ví dụ xếp loại cơ cấu phẳng
A
B
C
A
B
C

1
O
D
2
3
4
5
Nhóm loại 2:
(4-5), (2-3)
Khâu dẫn 1
A
B
C
1
O
D
2
3
4
5
2. CƠ CẤU BỐN KHÂU PHẲNG
2.1. Khái niệm
- Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp có 4 khâu gọi là cơ cấu 4
khâu phẳng. Nếu các khớp đều là khớp bản lề loại 5 thì cơ
cấu gọi là cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng.
- Trong cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng: khâu đối diện với giá gọi
là thanh truyền, hai khâu nối giá còn lại nếu quay được toàn
vòng gọi là tay quay, nếu không gọi là thanh lắc.
- Tỷ số truyền giữa hai khâu động trong cơ cấu j và k là:
i

jk
= 
j
/
k
.
- Tỷ số truyền của cơ cấu là tỷ số truyền giữa khâu dẫn và
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 bài toán
- Bài toán chuyển vị
- Bài toán vận tốc
- Bài toán gia tốc
HOẠ ĐỒ CHUYỂN VỊ CỦA CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ PHẲNG
HOẠ ĐỒ VẬN
TỐC
D
A
B
C
E
2
3

1

1
1
P

b
1
b
2
c
3
c
2
e
2
BC
EC
EB
HOẠ ĐỒ GIA TỐC

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 phương pháp tâm quay tức thời
2.2.2.1. Định lý Kennedy
- Trong chuỗi động 4 khâu bản lề phẳng, tâm vận tốc tức thời
giữa hai khâu không kề nhau là giao điểm giữa đường tâm
của hai khâu còn lại.
Chứng minh:
- KS chuyển động tương đối
giữa khâu 2 và 4.
P
24
là tâm vận tốc tức thời…
Đổi khâu 3 làm giá tương tự
P
13
là tâm vận tốc tức thời…
2.2.2.2. Định lý Williss
- Trong cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng, đường tâm thanh truyền

chia đường tâm giá làm hai đoạn thẳng tỷ lệ nghịch với vận
tốc góc của hai khâu nôi giá.
ABVV
BB

21


CDVV
CC

23


 Các đặc điểm truyền động
- i
13
là đại lượng biến thiên phụ thuộc vị trí khâu dẫn;
- i
13
> 0 nếu P chia ngoài đoạn AD và ngược lại;
- Góc lắc  hay hành trình của thanh lắc;
- Hệ số về nhanh của cơ cấu:
- Ở cơ cấu hình bình hành K = 1.
1
180
180











v
d
K
2.3. Một số dạng biến thể của cơ cấu 4 khâu phẳng
2.3.1. Cơ cấu tay quay con trượt
2.3.2. Cơ cấu Cu lit
- Tâm vận tốc tức thời P
13
.
- Tỷ số truyền
- Hệ số về nhanh:
- Điều kiện quay toàn vòng: Khâu 1 luôn quay toàn vòng,
khâu 3 quay toàn vòng khi l
AB
 l
AD
PA
PD
i 
3

1
13










180
180
v
d
k
3. CƠ CẤU BÁNH RĂNG
3.1. Các khái niệm cơ bản

Đ
ị
nh
ngh
ĩ
a
- Cơ cấu bánh răng là 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 được phân làm 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.
-Ngoài ra cơ cấu bánh răng còn được phân loại theo đường
cong làm biên dạng răng, đặc điểm ăn khớp trong, ngoài vv
 Các thông số cơ bản của bánh răng thân khai
- Bánh răng có biên dạng răng là đường thân khai vòng tròn.
- Cho một đường thẳng lăn không trượt trên một đường tròn,
quỹ tích của một điểm K trên đường thẳng sẽ vạch nên
đường thân khai của vòng tròn. Vòng tròn này gọi là vòng
tròn cơ sở của đường thân khai.
 Các tính chất:
-
Đư
ờ
ng
thân
khai
không
c
ó
đi
ể
m
n
à
o

n
ằ
m
trong
vòng
cơ
s
ở
.
- Pháp tuyến của đường thân khai là tiếp tuyến của vòng tròn
cơ sở và ngược lại.
- Các đường thân khai của cùng một vòng tròn cơ sở là
những đường cong cách đều và KKi = cung MMi;
- Tâm cong của đường thân khai tại K nằm trên vòng tròn cơ
sở và 
K
= NK.
CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG
- 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
.
- Bước răng trên vòng tròn bán kính R
x
; vòng tròn chia R.
- Chiều dày răng S

x
, chiều rộng rãnh răng S
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 đường nối tâm tại
một điểm cố định.
P gọi là tâm ăn khớp; 
L
gọi là góc ăn khớp; vòng tròn bán
kính O
1
P và O
2
P là 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