Bài giảng Nguyên lý máy: Chương 1 - Nguyễn Tân Tiến
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (916 KB, 14 trang )
Theory of Machine
1.01
Structure of Mechanism
1. CẤU TẠO CƠ CẤU
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.02
Structure of Mechanism
Piston
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
1. Chi tiế
tiết máy và khâu
- Chi tiế
tiết máy (tiế
tiết máy): máy hay cơ cấu có thể
thể thá
tháo rời ra thà
thành nhiề
nhiều bộ phậ
phận
khá
khác nhau,
nhau, bộ phậ
phận không thể
thể thá
tháo rời ra đượ
được nữa gọi là chi tiế
tiết máy
ta
Re
Linkage
ing
Ring
Bolt
ar
Be
in
Pla
g
Rin
Cylindre
Pin
ng
ini
ank
Cr
W
in
Pla
ng
ari
Be
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
er
ash
ng
ari
Be
t
Nu
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.03
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
- Khâu:
Khâu: trong cơ cấu và máy, toà
toàn bộ nhữ
những bộ phậ
phận có chuyể
chuyển động tương đối
đối so với các bộ phậ
phận khá
khác gọi là khâu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.04
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
2. Thà
Thành phầ
phần khớ
khớp động và khớ
khớp động
- Bậc tự do (btd
(btd)) của khâu
+ Một khả
khả năng chuyể
chuyển động độc lập đối với một hệ quy chiế
chiếu → một btd
+ Giữ
Giữa hai khâu trong mặt phẳ
phẳng → 3 btd:
btd: Tx,
Tx, Ty, Qz
+ Giữ
Giữa hai khâu trong không gian → 6 btd:
btd: Tx,
Tx, Ty,
Ty, Tz,
Tz, Qx,
Qx, Qy,
Qy, Qz
z
z
x
x
y
y
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.05
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
- Nối động:
ng: để tạo thà
thành cơ cấu, các khâu không thể
thể để rời nhau mà phả
phải đượ
được
liên kết với nhau theo một quy cách xác định nào đó sao cho sau khi nối nhau
các khâu vẫn cịn có khả
khả năng chuyể
chuyển động tương đối → nối động các khâu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
1.06
Nguyen Tan Tien
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
- Thà
Thành phầ
phần khớ
khớp động,
ng, khớ
khớp động
+ Khi nối động,
ng, các khâu sẽ có thà
thành phầ
phần tiế
tiếp xúc nhau.
nhau. Tồ
Tồn bộ chổ
chổ tiế
tiếp
xúc giữ
giữa hai khâu gọi là một thà
thành phầ
phần khớ
khớp động
+ Hai thà
thành phầ
phần khớ
khớp động trong một phé
phép nối động hai khâu hình thà
thành
nên một khớ
khớp động
Thành phần khớp động trên bản lề phải
Thành phần khớp động trên bản lề trái
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.07
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
3. Phân loạ
loại khớ
khớp động
- Theo số btd bị hạn chế
chế: Khớ
Khớp động loạ
loại k hạn chế
chế k btd hay có k ràng buộ
buộc
z
z
z
x
x
y
x
y
y
Khớp loại 2
Khớp loại 1
z
Khớp loại 3
z
x
y
x
Khớp loại 4
y
Khớp loại 5
Khớp loại ?
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.08
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
- Theo đặc điể
điểm tiế
tiếp xúc
+ Khớ
Khớp cao:
cao: thà
thành phầ
phần khớ
khớp động là điể
điểm hay đườ
đường
z
z
x
x
y
y
+ Khớ
Khớp thấ
thấp: thà
thành phầ
phần khớ
khớp động là mặt
z
x
z
y
x
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
z
y
x
y
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.09
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
4. Lượ
Lược đồ
- Để thuậ
thuận tiệ
tiện cho việ
việc nghiên cứu, các khớ
khớp đượ
được biể
biểu diễ
diễn trên nhữ
những hình
vẽ bằng nhữ
ữ
ng
lượ
ợ
c
đ
ồ
quy
ư
ớ
c
nh
lư
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.10
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
- Các khâu cũng đượ
được thể
thể hiệ
hiện qua các lượ
lược đồ đơn giả
giản gọi là lượ
lược đồ khâu
C
B
A
- Trên lượ
lược đồ khâu phả
phải thể
thể hiệ
hiện đầy đủ các khớ
khớp động,
ng, các kích thướ
thước có ảnh
hưở
hưởng đến chuyể
chuyển động của khâu và chuyể
chuyển động của cơ cấu
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.11
Structure of Mechanism
§1. Định nghĩ
nghĩa và khá
khái niệ
niệm cơ bản
- Chuỗ
Chuỗi động:
ng: nhiề
nhiều khâu nối với nhau tạo thà
thành một chuỗ
chuỗi động
- Phân loạ
ạ
i
chuỗ
ỗ
i
đ
ộ
ng
lo chu
o Chuỗ
o Chuỗ
Chuỗi động kín
Chuỗi động hở
Chuỗi động khơng gian
o Chuỗ
Chuỗi động phẳ
phẳng o Chuỗ
Oy
2
1
1
3
2
3
B
4
D
C
5
E
F
4
B
A
C
D
ω1
A
Ox
Oz
- Cơ cấu: cơ cấu là một chuỗ
chuỗi động có một khâu cố định và chuyể
chuyển động theo
quy luậ
luật xác định.
nh. Khâu cố định đượ
được gọi là giá
giá
- Phân loạ
loại cơ cấu: tương tự như đối với chuỗ
chuỗi động
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
1.12
Nguyen Tan Tien
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
I. Định nghĩ
nghĩa
- Bậc tự do (btd
(btd)) của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiế
thiết để xác định hoà
hoàn
toà
toàn vị trí
trí của cơ cấu, nó cũng là số khả
khả năng chuyể
chuyển động tương đối độc lập
của cơ cấu đó
II. Tính bậc tự do của cơ cấu không gian (trườ
trường hợp tổng quá
quát)
W = W0 − R
Wo bậc tự do tổng cộng của các khâu động nếu để rời
R số ràng buộc của tất cả khớp động trong cơ cấu
W bậc tự do của cơ cấu
1. Số bậc tự do trong cơ cấu
1 khâu để rời trong khơng gian có 6 btd → btd tổng cộng của n khâu động là
W0 = 6n
2. Số ràng buộ
buộc chứ
chứa trong cơ cấu
Khớ
Khớp loạ
loại k hạn chế
chế k bậc tự do. Nếu gọi pk là số khớ
khớp loạ
loại k chứ
chứa trong cơ
cấu → tổng các ràng buộ
buộc do pk khớ
khớp loạ
loại k gây nên là k.pk. Do đó
5
R = ∑ pk k
k =1
Trong thực tế, số ràng buộc thường nhỏ hơn giá
giá trị trên
vì trong cơ cấu tồn tại các ràng buộc trù
trùng
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.13
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
Ví dụ: Xét cơ cấu 4 khâu bản lề
Oy
Oy
2
1
3
B
1
2
3
C
C
B
4
4
A2
D
A
D
A1
Ox
Ox
Oz
Oz
+ Ràng buộ
buộc trự
trực tiế
tiếp: ràng buộ
buộc giữ
giữa hai khâu do khớ
khớp nối trự
trực tiế
tiếp giữ
giữa 2 khâu
đó đượ
được gọi là ràng buộ
buộc trự
trực tiế
tiếp
+ Ràng buộ
buộc giá
gián tiế
tiếp: nếu thá
tháo khớ
khớp A, giữ
giữa khâu 1 và 4 có ràng buộ
buộc giá
gián tiế
tiếp
+ Ràng buộ
buộc trù
trùng:
ng: nối khâu 1 và 4 bằng khớ
khớp A, giữ
giữa chú
chúng có ràng buộ
buộc trự
trực
tiế
tiếp sau
→ 3 ràng buộ
buộc trù
trùng.
ng. Ràng buộ
buộc trù
trùng chỉ
chỉ xảy ra ở khớ
khớp đóng kín của cơ cấu
5
Gọi R0 là số ràng buộc trùng → tổng số ràng buộc trong cơ cấu: R = ∑ kpk − R0
k =1
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.14
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
5
3. Cơng thứ
thức tính bậc tự do của cơ cấu không gian:
gian: W = 6n − ∑ kpk − R0
k =1
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu 4 khâu bản lề
Oy
2
1
Số khâu động
Số khớ
khớp loạ
loại 5
3
C
B
4
Số ràng buộ
buộc trù
trùng
D
A
n =3
p5 = 4
R0 = 3
→ Bậc tự do của cơ cấu
W = 6 ×3 − (5 × 4 −3) =1 btd
Ox
Oz
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu bàn tay máy
1
2
3
4
5
E
D
B
C
F
Số khâu động n = 5
Số khớ
khớp loạ
loại 5 p5 = 5
→ Bậc tự do của cơ cấu
A
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
W = 6 ×5 − (5 ×5) = 5 btd
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.15
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
III. Tính bậc tự do của cơ cấu phẳ
phẳng
1. Số bậc tự do trong cơ cấu
1 khâu để rời có 3 btd → số btd tổng cộng của n khâu động:
ng: W0 = 3n
2. Số ràng buộ
buộc chứ
chứa trong cơ cấu
- khớ
khớp loạ
loại 4 chứ
chứa 1 ràng buộ
buộc
Cơ cấu phẳ
phẳng có 2 lọai khớ
khớp
- khớ
khớp loạ
loại 5 chứ
chứa 2 ràng buộ
buộc
→ tổng số ràng buộ
buộc trong cơ cấu: R =1 p4 + 2 p5 − R0
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu chêm như hình vẽ
{
Oy
1
A
2
O
Ox
C
B
Oz
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.16
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
- Cơ cấu tồ
tồn khớ
khớp lọai 5 với n = 2,
2, p5 = 3
- Chọ
Chọn hệ quy chiế
chiếu gắn với giá
giá
Oy
Oy
1
1
A
2
A
2
O
O
Ox
Ox
C
C
B
B
Oz
Oz
- Chưa đóng khớ
khớp A, khâu 1 có khả
khả năng:
năng:
- Đóng khớ
khớp A, khâu 1 có khả
khả năng:
năng:
→ Bậc tự do của cơ cấu
W = 3 ×2 − (2 ×3 −1) =1 btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.17
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu hình bình hành
1
2
B
E
3
C
ω1
ω3
5
A
F
4 D
- Cơ cấu tồ
tồn khớ
khớp loạ
loại 5 với: n=4, k=5, pk=6
- Bậc tự do của cơ cấu là
W = 3 ×4 − (2 ×6) = 0 btd
- Trên thự
thực tế, cơ cấu này làm việ
việc đượ
được → điề
điều này có gì mâu thuẫ
thuẫn khơng ?
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.18
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
1
2
B
E
3
ω1
A
1
C
F
4 D
2
3
ω1
ω3
5
B
A
E
C
ω3
4 D
5
F
- Chú
Chú ý khâu 5 khơng có tác dụng gì trong chuyể
chuyển động của cơ cấu ABCD
- Nếu bỏ khâu 5 ra,
ra, cơ cấu trở
trở thà
thành cơ cấu 4 khâu bản lề với btd bằng 1
- Khi thêm khâu 5 và 2 khớ
khớp E, F vào
}
+ thêm khâu 5 ( EF )
→ thêm 3 bậc tự do
→ thêm 1 ràng buộ
buộc
+ thêm 2 khớ
khớp loạ
loại 5 ( E, F ) → thêm 4 ràng buộ
buộc
- Gọi r là số ràng buộ
buộc thừ
thừa có trong cơ cấu, btd của cơ cấu phẳ
phẳng
W = 3n − (2 p5 + p4 − r )
- Trong cơ cấu hình bình hành ở trên,
trên, r = 1, và
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
W = 3 ×4 − ( 2 ×6 −1) =1 btd
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.19
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu cam cần đẩy đáy con lăn
D
3
2
C
1
B
ω1
A
n
k
p4
p5
W
=3
= 4, 5
=1
=3
= 3 x 3 – (2 x 3 + 1)
1) = 2 btd
→ Kết quả
quả này có đúng khơng ?
- Trong thự
thực tế, cơ cấu bên chỉ
chỉ có 1 btd vì chuyể
chuyển động lăn của con lăn 2 quanh
khớ
khớp B không ành hưở
hưởng đến chuyể
chuyển động có ích của cơ cấu nên khơng đượ
được
kể vào bậc tự do của cơ cấu
- Btd thêm vào mà không làm ảnh hưở
hưởng đến chuyể
chuyển động của cơ cấu gọi là btd
thừ
thừa, ký hiệ
hiệu là s
- Trở
Trở lại cơ cấu cam ở trên W = 3 ×3 − ( 2 ×3 +1 − 0) −1 =1 btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
1.20
Nguyen Tan Tien
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
Tóm lại, cơng thứ
thức tính btd
- đối với cơ cấu khơng gian
5
W = 6n − ∑kpk − R0
k =1
- đối với cơ cấu phẳ
phẳng trừ
trừ cơ cấu chêm
W = 3n − (2 p5 + p4 − r ) − s
với
n : số khâu động
k : loạ
pk : số khớ
loại khớ
khớp động
khớp loạ
loại k
R0 : số ràng buộ
buộc trù
trùng r : số ràng buộ
buộc thừ
thừa s : số btd thừ
thừa
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.21
Structure of Mechanism
§2. Bậc tự do của cơ cấu
IV. Ý nghĩ
nghĩa bậc tự do – Khâu dẫn và khâu bị dẫn
C
B
C
B
D
ϕ1
ϕ4
ϕ1
A
D
A
D
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.22
Structure of Mechanism
§3. Nhó
Nhóm tĩnh định
I. Ngun lý tạo thà
thành cơ cấu
Một cơ cấu có W btd là cơ cấu đượ
được tạo thà
thành bởi W khâu dẫn và nhữ
những nhó
nhóm
có btd bằng zero
W =
+ 014
+2
+3
W
0
L4
123
khâu dẫn nhóm có btd=0
II. Nhó
Nhóm tĩnh định
Nhó
Nhóm tĩnh định là nhữ
những nhó
nhóm cân bằng hay chuyể
chuyển động,
ng, có bậc tự do bằng
zero và phả
phải tối giả
giản (tức là không thể
thể chia thà
thành nhữ
những nhó
nhóm nhỏ
nhỏ hơn đượ
được
nữa)
Đối với nhó
nhóm tĩnh định tồ
tồn khớ
khớp thấ
thấp
W = 3n − 2 p5 = 0
⇒
n
2
4
6
L
p5
3
6
9
L
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.23
Structure of Mechanism
§3. Nhó
Nhóm tĩnh định
III. Ngun tắc tách nhó
nhóm tĩnh định
Khi tách nhó
ó
m
t
ĩ
nh
đ
ịnh phả
nh
phải theo nguyên tắc sau
+ Chọ
Chọn trướ
trước khâu dẫn và giá
giá
+ Sau khi tách nhó
nhóm, phầ
phần cịn lại phả
phải là 1 cơ cấu hồ
hồn chỉ
chỉnh hoặ
hoặc khâu dẫn
+ Tách nhữ
những nhó
nhóm ở xa khâu dẫn trướ
trước rồi dần đến nhữ
những nhó
nhóm ở gần hơn
+ Khi tách nhó
nhóm, thử
thử tách nhữ
những nhó
nhóm đơn giả
giản trướ
trước, nhó
nhóm phứ
phức tạp sau
Ví dụ: Tách nhó
nhóm tĩnh định cơ cấu động cơ diezen,
diezen, cơ cấu bơm oxy
D 4
3
5
2
C
1
E
G
3
H
4
ω1
F
2
1
C
B
6
B
ω1
A
I
G
A
7
F
D
5
E
J
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
Nguyen Tan Tien
1.24
Structure of Mechanism
§3. Nhó
Nhóm tĩnh định
III. Ngun tắc tách nhó
nhóm tĩnh định
5
D 4
3
D 4
3
C
E
E
G
2
1
G
H
F
2
1
6
B
A
5
C
I
ω1
6
I
ω1
J
3
H
B
A
7
H
F
3
D
4
D
C
C
E
E
5
E
G
2
A
B
ω1
H
F
2
1
1
B
7
J
A
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
B
ω1
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.25
Structure of Mechanism
§3. Nhó
Nhóm tĩnh định
III. Ngun tắc tách nhó
nhóm tĩnh định
2
1
2
C
B
1
3
C
C
B
3
4
4
ω1
ω1
G
A
F
D
5
5
D
E
F
D
E
2
2
C
B
1
G
A
1
3
C
C
B
3
4
ω1
4
ω1
G
A
F
D
G
A
5
F
D
E
F
5
E
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Theory of Machine
1.26
Nguyen Tan Tien
Structure of Mechanism
§4. Thay thế
thế khớ
khớp cao bằng khớ
khớp thấ
thấp
- Trong cơ cấu phẳ
phẳng,
ng, thườ
thường có khớ
khớp cao loạ
loại 4, để tách thà
thành nhữ
những nhó
nhóm
tĩnh định như nhữ
những cơ cấu phẳ
phẳng toà
toàn khớ
khớp thấ
thấp → phả
phải thay thế
thế các khớ
khớp
cao thà
thành nhữ
những khớ
khớp thấ
thấp nhưng vẫn đảm bảo đượ
được chuyể
chuyển động của cơ cấu
W = 3 × 2 − (1 + 2 × 2) = 1 btd
W = 3 × 3 − (2 × 4) = 1 btd
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
Theory of Machine
1.27
Structure of Mechanism
§4. Thay thế
thế khớ
khớp cao bằng khớ
khớp thấ
thấp
- Thay thế
thế khớ
khớp cao bằng khớ
khớp thấ
thấp phả
phải đảm bảo hai điề
điều kiệ
kiện
+ bậc tự do của cơ cấu không đổi
+ quy luậ
luật chuyể
chuyển động không đổi
- Nguyên tắc: dùng 1 khâu hai khớ
khớp bản lề và đặt các bản lề tại tâm cong của các
thà
thành phầ
phần khớ
khớp cao tại điể
điểm tiế
tiếp xúc
- Ví dụ: Thay thế
thế khớ
khớp cao bằng khớ
khớp thấ
thấp ở cơ cấu cam cần lắc đáy bằng
B
1
C
2
1
3
2
A
ω1
ω1
O1
O2
O1
O2
- Sự thay thế
thế khớ
khớp cao bằng khớ
khớp thấ
thấp khơng phả
phải chỉ
chỉ để xem xét nhó
nhóm tĩnh định
mà việ
việc phân tích động học cơ cấu thay thế
thế cho biế
biết cả về định tính cũng như
định lượ
lượng của cơ cấu thay thế
thế tại vị trí
trí đang xem xét
HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department
Nguyen Tan Tien
