Nguyên lí máy phát điện

NGUYÊN LÝ MÁY
ME3060
GV : Nguyễn Tuấn Khoa
Bộ môn Cơ sở thiết kế máy & Robot
Địa chỉ: Phòng D3-304 Trường ĐH BKHN
Email:

Mục đích và Nội dung chính
 Môn học Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề chuyển động và tính toán
chuyển động của cơ cấu và máy.
 Ba vấn đề chung:
• Bài toán cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của cơ
cấu và khả năng chuyển động của cơ cấu tùy theo cấu trúc của nó.
• Bài toán động học nhằm xác định chuyển động của các khâu trong
cơ cấu, khi không xét đến ảnh hưởng của các lực mà chỉ căn cứ vào
quan hệ hình học của các khâu.
• Bài toán động lực học nhằm xác định lực tác động lên cơ cấu và
quan hệ giữa các lực này với chuyển động của cơ cấu.

1


Cấu tạo học phần
45 tiết (LT+BT)
 Chương 1: CẤU TRÚC CƠ CẤU

 Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG
 Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG
 Chương 4: CÂN BẰNG MÁY
 Chương 5: CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY
 Chương 6: CƠ CẤU CAM

 Chương 7: CƠ CẤU BÁNH RĂNG
 Chương 8: HỆ THỐNG BÁNH RĂNG

Nhiệm vụ người học
 HỌC
• Đi học đầy đủ, đúng giờ
• Thái độ học tập nghiêm túc, có ý thức xây dựng bài
• Không gây mất trật tự ảnh hưởng đến lớp
 THI: Trắc nghiệm
• GK, CK: 30 câu, 40 phút (4 đáp án chọn 1)
• Chỉ tính câu làm đúng (sai ko trừ điểm)

2


Tài liệu học tập
• SGK: Nguyên lý máy – Đinh Gia Tường, Tạ
Khánh Lâm
• BT: BTNLM – Tạ Ngọc Hải
• Giáo trình trên lớp

Chương 1
CẤU TRÚC CƠ CẤU
GV : Nguyễn Tuấn Khoa
Bộ môn Cơ sở thiết kế máy & Robot

3


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU

Động cơ đốt trong

Tay kẹp robot

Hộp số sàn

Robot PUMA

4


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.1. Khâu và chi tiết máy

Chi tiết máy ?

Máy có thể tháo rời ra thành nhiều bộ phận khác nhau, bộ
phận không thể tháo rời ra được nữa gọi là chi tiết máy

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.1. Khâu và chi tiết máy

Khâu ?

Trong cơ cấu và máy, toàn bộ những bộ phận có chuyển động

tương đối so với các bộ phận khác gọi là khâu

5


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động

Bậc tự do ?

• Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ quy chiếu
 một bậc tự do
• Giữa hai khâu trong mặt phẳng tối đa 3 btd: Tx, Ty, Qz
• Giữa hai khâu trong không gian tối đa 6 btd: Tx, Ty, Tz, Qx,
Qy, Qz

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động

Nối động ?

Để tạo thành cơ cấu, các khâu không thể để rời nhau mà phải
được liên kết với nhau theo một quy cách xác định nào đó sao
cho sau khi nối nhau các khâu vẫn còn có khả năng chuyển
động tương đối  nối động các khâu

6

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động

Thành phần khớp động, khớp động ?

Chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu gọi là thành phần khớp động. Tập
hợp hai thành phần khớp động của hai khâu là một khớp động

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.3. Phân loại khớp động

Theo số btd bị hạn chế

khớp loại i  hạn chế i btd

7


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.3. Phân loại khớp động

Theo đặc điểm tiếp xúc
• Khớp cao: thành phần khớp động là điểm hay đường

• Khớp thấp: thành phần khớp động là mặt

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.4. Lược đồ

Lược đồ khớp

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, các khớp được biểu diễn
trên những hình vẽ bằng những lược đồ quy ước

8


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy

Chuỗi động tạo thành do nhiều khâu nối với nhau.
Cơ cấu là một chuỗi động có một khâu cố định và chuyển
động theo quy luật xác định.
Khâu cố định được gọi là giá

Máy là một hay nhiều cơ cấu kết hợp lại để truyền hay biến
đổi năng lượng.
cố định

Chuỗi động

tập hợp

Cơ cấu

Máy

1 khâu

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.5. Chuỗi động, cơ cấu, máy

B

2
1

2

1

B

A

CC Tay quay con trượt

3

A
4

CC Culit

3

4

B
C

1

2
B

A

C

C

2

3
E
4

3

1

D

A

4

D

C

F
5

CC hỗn hợp bốn khâu bản lề - tay quay con trượt

CC Bốn khâu bản lề

9


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy
5


PE

Động cơ đốt trong
(V)

4

3


PC
C

E

2
D





1

B


1

A

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.1. Khái niệm
1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy

Máy bào
E
D

B
ω1

A

10


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.1. Công thức tổng quát

Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để
xác định hoàn toàn vị trí của cơ cấu, cũng là số khả năng
chuyển động tương đối độc lập của cơ cấu đó.

Công thức tính
5

W  6n – ( jp j – R tr – R th ) – Wth
1

n : số khâu động của cc
pj : số khớp loại j trong cc
Rtr : số ràng buộc trùng của cc
Rth : số ràng buộc thừa của cc

W th : số bậc tự do thừa của cc

btd?

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng

Công thức tính
W  3n – (2T  C – R tr – R th ) – Wth
n : số khâu động của cc phẳng
T(p5) : số khớp thấp trong cc
phẳng
C(p4) : số khớp cao trong cc
phẳng
Rtr : số ràng buộc trùng
Rth : số ràng buộc thừa
W th : số bậc tự do thừa

11


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng
Q z2

Ràng buộc trùng

Giả sử lấy khớp B làm khớp đóng kín. Khi nối khâu 1- khâu 3, khâu 2 - khâu 3

bằng các khớp A và C, khâu 2 không thể quay tương đối so với khâu 1 quanh
trục Oz, tức là có một ràng buộc gián tiếp Qz giữa khâu 1 và khâu 2. Khi nối trực
tiếp khâu 1 và khâu 2 bằng khớp đóng kín B, khớp B lại tạo thêm ràng buộc Qz.
Như vậy, ở đây có một ràng buộc trùng:
Rtrùng = 1
Bậc tự do của cơ cấu ( n = 2, T = 2, C = 0) : W = 3x2 – ( 2x3 – 1 ) = 1 btd

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng

Ràng buộc thừa
a)

b)

Hình a) n = 4, T = 6, btd của hệ: W=3n-(2T+C) =3.4-(2.6+0) = 0 (khung tĩnh định)
Hình b) lAB = lCD = lEF; lAF = lBE; lBC = lAD thì hệ sẽ chuyển động được ( btd > 0)
Vì sao? Chưa nối khâu 2 và khâu 4 bằng khâu 5 và hai khớp quay E, F thì hệ là một
cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng có bậc tự do W = 1. Do đặc điểm hình học của cơ cấu,
khoảng cách giữa hai điểm E của khâu 2 và điểm F của khâu 4 với lAF = lBE không đổi
khi cơ cấu chuyển động. Việc nối điểm E của khâu 2 và điểm F của khâu 4 bằng khâu 5
và hai khớp quay E, F chỉ để giữ cho hai điểm E, F cách nhau một khoảng không đổi
=> ràng buộc thừa.
Khi thêm khâu 5 và hai khớp quay E, F vào cơ cấu sẽ tạo thêm cho cơ cấu một bậc tự
do bằng (n = 1, p5 = 2): W=3.n-(2T+C)=3.1-(2.2)= -1. Số ràng buộc thừa: Rthừa = 1 .

12

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng

Bậc tự do thừa
Cơ cấu cam:
a) n = 2, T = 2, C = 1,
W = 3.2–(2.2+1) = 1 btd
b) n = 3, T =3, C = 1,
W = 3.3–(2.3+1) = 2 btd ?
Chuyển động lăn của con lăn 2
quanh khớp B không làm ảnh
hưởng đến chuyển động của cơ
cấu nên không được tính là bậc tự
do của cơ cấu => btd thừa.
Vậy W = 3.3–(2.3+1) – 1 = 1 btd

a)

b)

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.3. Ý nghĩa của bậc tự do

Ý nghĩa btd

Tính bậc tự do của hai cơ cấu trên?

E

• Số bậc tự do của cơ cấu bằng số thông số vị trí cần cho
trước để vị trí của toàn bộ cơ cấu hoàn toàn xác định.
• Số bậc tự do của cơ cấu bằng số quy luật chuyển động
cần cho trước, để quy luật chuyển động của cơ cấu hoàn
toàn xác định (hay số động cơ dẫn động cần thiết)

13


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.3. Nhóm Atxua và xếp hạng cơ cấu
1.3.1. Nhóm Atxua ~Nhóm tĩnh định

Cơ cấu 4 khâu bản lề

Tách khỏi cơ cấu khâu dẫn 1 và giá 4, sẽ còn lại một nhóm gồm hai khâu 2
và 3 nối với nhau bằng khớp quay C. Ngoài ra trên mỗi khâu còn một thành
khớp và được gọi là khớp chờ: khớp chờ B và khớp chờ C. Như vậy
nhóm còn lại gồm có hai khâu (n = 2) và ba khớp quay (p5 = 3), bậc tự do của
nhóm: W = 3.2 – 2.3 = 0.
Đây là một nhóm tĩnh định vì khi cho trước vị trí của các khớp chờ thì vị
trí của khớp trong C hoàn toàn xác định.
Nhóm tĩnh định là nhóm có bậc tự do bằng 0 và không thể tách thành các
nhóm nhỏ hơn có bậc tự do bằng 0.

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.3. Nhóm Atxua và xếp hạng cơ cấu
1.3.1. Nhóm Atxua ~Nhóm tĩnh định

Nhóm Atxua hạng 2
Nhóm tĩnh định chỉ có hai khâu và ba khớp được gọi là nhóm Atxua hạng 2

Năm loại nhóm Atxua hạng 2

Nhóm Atxua có hạng cao hơn 2
Nếu các khớp trong của một nhóm tĩnh định tạo thành một đa giác thì
hạng của nhóm Atxua được lấy bằng số đỉnh của đa giác, nếu tạo thành
nhiều đa giác thì hạng của nhóm lấy bằng số đỉnh của đa giác nhiều đỉnh
nhất.

14


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.3. Nhóm Atxua và xếp hạng cơ cấu
1.3.1. Nhóm Atxua ~Nhóm tĩnh định

Nhóm Atxua có hạng cao hơn 2
Ví dụ cơ cấu trên hình có thể tách thành khâu dẫn 1 nối giá bằng khớp và
một nhóm tĩnh định BCDEG . Các khớp chờ là khớp B, E, G. Các khớp
trong là C, D, E. Nhóm này có một đa giác khép kín là CDF có ba đỉnh nên
là nhóm hạng 3.

Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.3. Nhóm Atxua và xếp hạng cơ cấu
1.3.2. Xếp hạng cơ cấu

Hạng của cơ cấu
+ Cơ cấu hạng 1 là cơ cấu có một khâu động nối với giá bằng khớp quay, ví

dụ cơ cấu roto máy điện.
+ Cơ cấu có số khâu động lớn hơn 1 có thể coi là tổ hợp của một hay nhiều
cơ cấu hạng 1 với một số nhóm Atxua. Nếu cơ cấu chỉ có một nhóm Atxua
thì hạng của cơ cấu là hạng của nhóm. Nếu cơ cấu có nhiều nhóm Atxua
thì hạng của cơ cấu lấy bằng hạng của nhóm Atxua có hạng cao nhất.

Xếp hạng các cơ cấu sau?

15


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU
1.3. Nhóm Atxua và xếp hạng cơ cấu
1.3.2. Xếp hạng cơ cấu
Hình 1. Số khâu động: n = 5. Số khớp loại 5 (khớp thấp): (5 khớp quay A, B, C, D,
E và 2 khớp trượt C,E). Số khớp loại 4 (khớp cao): p5 = 7, p4 = 0
⇒ W=3n−(2p5 +p4)=3.5−(2.7+1.0) =1
Hạng của cơ cấu : 3
Hình 2. Số khâu động: n = 7 Số khớp loại 5 (khớp thấp): 10 khớp quay: tại A có 2
khớp quay vì có 3 khâu nối động với nhau, tại B có 2 khớp quay, tại C có 1 khớp
quay, tại D có 2 khớp quay, tại E có 2 khớp quay, tại F có 1 khớp quay).
p5 = 10, p4 = 0 ⇒ W=3n−(2p5 +p4)=3.7−(2.10+1.0) =1
Hạng của cơ cấu : 4

• Cơ cấu = Các nhóm Atxua + Các khâu dẫn

16


Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU

1.3. Nhóm Atxua và xếp hạng cơ cấu
1.3.3. Thay thế khớp cao về khớp thấp
Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những
nhóm tĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp phải thay thế các
khớp cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động
của cơ cấu.
Thay thế khớp cao bằng khớp thấp phải đảm bảo hai điều kiện:
+ bậc tự do của cơ cấu không đổi
+ quy luật chuyển động không đổi
- Nguyên tắc: dùng 1 khâu hai khớp bản lề và đặt các bản lề tại tâm cong
của các thành phần khớp cao tại điểm tiếp xúc
- Ví dụ: Thay thế khớp cao bằng khớp thấp ở cơ cấu cam cần lắc đáy bằng

17