Bài giảng nguyên lý máy - chương 9 docx

CHƯƠNG 9.
CHƯƠNG 9.
CƠ CẤU CAM
CƠ CẤU CAM
NGUYÊN LÝ MÁY
NGUYÊN LÝ MÁY
Đ I H C CÔNG NGHI P TP.H CHÍ MINHẠ Ọ Ệ Ồ
Đ I H C CÔNG NGHI P TP.H CHÍ MINHẠ Ọ Ệ Ồ
TRUNG TÂM CÔNG NGH CÕ KHÍỆ
TRUNG TÂM CÔNG NGH CÕ KHÍỆ




§1. Đ i c ngạ ươ
§1. Đ i c ngạ ươ
I. Nội dung
Cơ cấu cam là cơ cấu cơ khớp lọai cao, thực hiện chuyển động qua lại của
khâu bị dẫn nhờ vào đặc tính hình học của thành phần khớp cao trên khâu
dẫn




§1. Đ i c ngạ ươ
§1. Đ i c ngạ ươ
II. Phân lọai

- Cơ cấu cam phẳng: các khâu chuyển động của một mặt phẳng hay trong
các mặt phẳng song song nhau
+ Theo chuyển động của cam: cam quay, cam tịnh tiến
+ Theo chuyển động của cần lắc: lắc, tịnh tiến, chuyển động song phẳng
+ Theo dạng đáy của cần: bằng, nhọn, con lăn, biên dạng bất kỳ




§1. Đ i c ngạ ươ
§1. Đ i c ngạ ươ
II. Phân lọai
-
Cơ cấu cam không gian: các khâu chuyển động trong các mặt phẳng không song
song nhau




§1. Đ i c ngạ ươ
§1. Đ i c ngạ ươ
III. Nội dung nghiên cứu
- Hai bài tóan cơ bản về cơ cấu cam
+ Bài tóan phân tích: cho trước cơ cấu cam
 xác định quy luật chuyển động của cần
+ Bài tóan tổng hợp: cho trước quy luật chuyển động của cần
 xác định hình dạng, kích thước … của cam

§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
I. Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn
1. Đồ thị chuyển vị
a.Phương pháp chuyển động thực




§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
I. Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn
1. Đồ thị chuyển vị
b. Phương pháp đổi giá




§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
I. Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn
1. Đồ thị chuyển vị
c. Các giai đọan chuyển động




§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ

I. Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn
2. Vận tốc
( )
( )
1
s s
ds d ds ds
v
dt dt d d
t
ϕ
ϕ
ω
ϕ ϕ
ϕ ϕ
=


⇒ = = =

=


3. Gia tốc
2
2
1
2
dv d s
a

dt d
ω
ϕ
= =




§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
II. Cơ cấu cam cần lắc đáy nhọn




§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
§2. Phân tích đ ng h c c c u camộ ọ ơ ấ
II. Cơ cấu cam cần lắc đáy nhọn




§3. Phân tích l c c c u camự ơ ấ
§3. Phân tích l c c c u camự ơ ấ
P N F
= +
ur uur ur
'
'R N F
= +

uur
ur uur
0Q R P
+ + =
ur ur ur
( )
( )
os '
cos + + '
sin ' sin '
2 2
Q P P c
Q
ϕ
π π
α ϕ ϕ
α ϕ ϕ ϕ
= ⇒ =
   
− + + +
 ÷
 
   
ϕ
'
ϕ
-
Mục đích xác định khả năng làm việc của cơ
cấu cam dưới tác dụng của tải trọng
-

Lực tác dụng lên cần cam
+ Tải trọng Q theo phương chuyển vị của cần
+ Phản lực P từ cam tác dụng lên cần
+ Phản lực R từ giá tác dụng lên cần
-
Điều kiện cân bằng lực
Từ đa
giác lực
: góc ma sát giữa cam và cần : góc ma sát giữa giá và cần




§3. Phân tích l c c c u camự ơ ấ
§3. Phân tích l c c c u camự ơ ấ
α
α
'
2
π
α ϕ ϕ
+ + =
P
Q
→ ∞
α
α
[ ]
max
α α

→ ≤
[ ]
0 0
ax
35 38
m
α
= ÷
[ ]
0 0
ax
40 45
m
α
= ÷
Góc áp lực : góc giữa phương
tác dụng lực và vận tốc điểm đặt lực
Khi đạt giá trị sao cho
đây là trường hợp tự hãm của cơ cấu cam
 góc áp lực không được lớn quá 1
giá trị giới hạn cho phép
-
Góc áp lực tỉ lệ nghịch với kt cam
nhưng phải đủ lớn để đảm
bảo kích thước cam nhỏ gọn
- Với cam cần lắc
-
Với cam cần đẩy

§3. Phân tích l c c c u camự ơ ấ
§3. Phân tích l c c c u camự ơ ấ
Tổng hợp cơ cấu cam là thiết kế cơ cấu thõa mãn các điều kiện
-
Làm việc được, tức là
[ ]
axm
α α
≤
-
Đảm bảo qui luật chuyển động cho trước của cần
-
Kích thước của cam nhỏ gọn nhất có thể
Như vậy bài tóan tổng hợp cơ cấu cam bao gồm hai phần
-
Xác định vị trí tâm cam
-
Xác định biên dạng cam




§4. T ng h p c c u camổ ợ ơ ấ
§4. T ng h p c c u camổ ợ ơ ấ
1. Xác định tâm quay của cơ cấc cam (Bài tóan tổng hợp động lực học cơ cấu cam)
1.1 Cam cần lắc đáy nhọn
[ ]
axm

α α
≤
1
ω
BC
l
1
2
B
v
r
a. Bài tóan 1
Cho: góc áp lực
-
chiều quay của cam 1, chiều dài cần
-
vị trí CB
i
của cần lắc 2 và vận tốc
của đầu cần tại thời điểm đang xét
Yêu cầu: phải đặt tâm cam A ở đâu để thõa mãn các điều kiện cho trên?
[ ]
axm
α α
≤
xét cơ cấu cam thỏa
-
Quan hệ vận tốc
2 1 2 1
i i i

B B B B
v v v
= +
r r r
i
CB
⊥
?
// tt
2
i
B
v
r
? ?


1
i
b
1
1
1
1 1
i
i i i
i i
B
i
v

AB B b
v
B b
AB
µ
ω ω

⊥


= =


-
Ứng với mỗi vị trí của trên tt
 ta có một họa đồ vận tốc và một vị trí của tâm cam mà
1
i
b
//
i
nn
∆
i
B
i
x
( )
* *
1 1

i i i i
B AA B b b
∆ ∆
:
chạy trên tt  A chạy trên
và cách
một đọan
i i i
X CB
= ∆ ∩
i i i
x B X
=
- Gọi
, ta tính
1 2
i i i i i
B b b B AX
∆ ∆
:
2 1
i i i
i i i i
B X B A
B b B b
⇒ =
2 1
i
i i
B B

x r
v v
=
- Tam giác đồng dạng
hay
Chú ý
1 2
. ,
i
i i i
B B
d
v r v l l
d
ψ
ω ω
ϕ
 
= = Ω =
 ÷
 

i i i
d
x B X l
d
ψ
ϕ
 
= =

 ÷
 


i
∆
2
i
B
v
r
1
ω
-
Vậy quỹ tích của tâm cam A//nn và cắt cần cam tại điểm X
i
cách đầu cần
xoay 90
0
theo chiều
một đọan xi như trên, chiều BiXi là chiều vector
2
i
B
v
r
2
i
B
v

r
'
// ' '
i
n n
∆
- Góc áp lực có thể đặt bên phải / trái
-
Nếu góc áp lực đặt bên trái
quỹ tích của tâm cam A là đường thẳng
và đi qua X
i
như đã xđịnh
i
∆
'
i
∆
 Tâm cam có thể đặt tùy ý trên và

[ ]
axm
α α
=
[ ]
axm
α α
=
i
d

δ
i
v
δ
i
∆
'i
∆
- Nếu thay điều kiện bằng đk
và cho biết cam đang ở giai đọan
hoặc
giới hạn bởi và
xa hay về gần  tâm cam A có thể đặt
tùy ý trong hai miền


b. Bài tóan 2
[ ]
axm
α α
=
i
δ
Cho : Góc áp lực
Quy luật chuyển động của cần
Yêu cầu
-
Phải đặt tâm cam A ở đâu để thõa mãn các điều kiện cho trên?
-Cho quy luật của cần  tại mỗi thời điểm bài tóan trở về bài tóan 1 như đang xét,
ta xác định được miền tâm cam

tương ứng
-
Trường hợp
[ ] [ ]
ax ax
d v
m m
α α
=


θ
i
δ
i
Cb
i
Cb
i
θ
i
θ
-
Tâm cam là miền giao nhau của các miền
-
Để xác định miền tâm cam
+ vẽ các vị trí cần
+ với mỗi vị trí của , xác định
+ miền tâm cam là phần giao của các

1.2 Cam cần đẩy đáy nhọn
i i
B X
i
v
→ ∆
- Tương tự như trường hợp cần lắc đáy nhọn với các chú ý
+ quỹ đạo đầu cần là một đọan thẳng  có thể xem là quỹ đạo đầu cần lắc có
tâm quay ở vô cùng
+ các giá trị x
i
được tính theo công thức
+ các đọan
song song nhau song song nhau
[ ] [ ]
ax ax
d v
m m
α α
=
i
X
d
∆
'
d
∆
[ ]
axm

α α
=
δ
-
Khi , việc tìm
rồi nối
và
với đường cong trên
+ miền xác định bởi hai
+ tìm các điểm
+ kẻ hai tiếp tuyến
thỏa điều kiện
miền tâm cam như sau
thành đường cong trơn
tiếp tuyến trên là miền
tâm cam cần tìm


1.3 Cam cần đáy con lăn
- Cần đáy con lăn có thể là cần lắc hay cần đẩy
- Việc xác định tâm cam giống như trường hợp cần đáy nhọn đã
xét


1.4 Cam cần đẩy đáy bằng
onstc
α
=
[ ]
axm

α α
≤
- Cơ cấu cam cần đáy bằng,  điều kiện
- Đáy cần tiếp xúc với mọi điểm trên biên dạng cam  biên dạng cam phải lồi
, dễ dàng được thỏa
ρ
0
ρ
>
0
ρ
>
Bán kính cong tại một điểm trên
nếu đi dọc biên dạng cam theo chiều
kim đồng hồ mà tâm cong của biên
dạng cam nằm về phía tay phải
- Điều kiện lồi của biên dạng cam là
tại mọi điểm trên biên dạng cam, ta
phải có
biên dạng cam với quy ước:


1.5 Cam cần đẩy đáy bằng
Cho : quy luật chuyển động của cần
vị trí gần tâm cam nhất của cần
Yêu cầu : Xác định tâm cam sao cho
+ thõa mãn quy luật chuyển động
+ biên dạng cam lồi
+ kích thước cam nhỏ gọn nhất có thể
0

DB s r z
ρ
= = + +
s
0
r
z
Thay thế khớp cao tại B bằng 1 khâu và 2
khớp thấp
-
Ta có
,
với
: chuyển vị so với vị trí thấp nhất của
cần
: bán kính nhỏ nhất của cam
: đại lượng biến thiên


2 3 2 3 2 3
K r
B B B B B B
a a a a
= + +
r r r r
xx
⊥
//
D
a

// xx
D
a
r
1 3
2
//
D D D
AD
DA
a a a
l
ω

= = =


r r r
-
Vẽ họa đồ gia tốc tại điểm đang xét
? 0 ?
b DH
bd DHA
d DA
π
π
π
∆ ∆ ⇒ =
:
2

2
2
2
2
2 2
B
AD AD
D AD
d s
a
d s
d
z DH l l
a l d
ω
ϕ
ω ϕ
⇒ = = = =
2 2
0 0
2 2
0
d s d s
s r r s
d d
ρ
ϕ ϕ
 
= + + > ⇒ > − +
 ÷

 
2
0
2
d s
r s
d
δ
ϕ
 
> − + +
 ÷
 
-
Tam giác đồng dạng
do đó
hay


II. Tổng hợp động học cơ cấu cam
Là bài tóan vẽ biên dạng cam theo quy luật chuyển vị cho trước của cần sau khi
xác định tâm quay theo các điều kiện động học, động lực học đã cho
- Bài tóan này là bài tóan
ngược với việc phân tích
động học cơ cấu cam đã xét
- Nếu là cơ cấu cam cần lắc
đáy con lăn, biên dạng cam
cần tìm được là biên dạng lý
thuyết  xác định biên dạng
cam thật

+ lấy cấc điểm trên biên dạng
lý thuyết làm tâm, vẽ các
cung tròn bán kính bằng bán
kính con lăn
+ Hình bao của họ đường tròn
này là biên dạng thật của cam
cần tìm