Tài liệu Bài giảng : CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY pptx

Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
1

Lời nói đầu

Nguyên lý máy là một môn học cơ sở kỹ thuật nghiên cứu nguyên lý cấu tạo,
động học và động lực học cơ cấu và máy nhằm giải quyết hai bài toán cơ bản sau:
+ Phân tích động học và động lực học cơ cấu và máy.
+ Tổng hợp (hay thiết kế) các cơ cấu hay máy mới.

1. Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu:
Cơ cấu là tập hợp những vật thể chuyển động theo quy luật xác định có nhiệm vụ
biến đổi hay truyền chuyển động.
Máy là tập hợp một số những cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi hoặc sử dụng cơ năng
để làm ra công có ích.
- Điểm giống nhau căn bản giữa máy và cơ cấu là chuyển động của cơ cấu và máy
đều có quy luật xác định.
- Điểm khác nhau căn bản là cơ cấu chỉ biến đổi hoặc truyền chuyển động, còn
máy biến đổi hoặc sử dụng năng lượng.

2. Nội dung nghiên cứu:
- Nguyên lý máy không nghiên cứu tất cả các loại máy và tất cả các vấn đề về
máy mà chỉ nghiên cứu về nguyên lý cấu tạo, động học và động lực học của các cơ cấu
hợp thành máy và các vấn đề động lực học nói chung của máy.
- Mục đích của môn học này là nghiên cứu các phương pháp phân tích máy và cơ
cấu về các phương diện trên, và trên cơ sở đó nghiên cứu các nguyên tắc và phương pháp
thiết kế động học và động lực học các máy và cơ cấu mới.
- Ngoài ra môn học này còn nghiên cứu cả phương pháp làm tốt điều kiện làm

việc của máy.

3. Các phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp đồ thị: có ưu điểm là nhanh, gọn, tương đối chính xác thường làm
nổi bật ý nghĩa vật lý và kỹ thuật của bài toán.
- Phương pháp giải tích: chính xác hơn, cho phép thấy rõ quan hệ biến thiên giữa
các đại lượng, thông số nhưng phức tạp hơn và nhiều khi ý nghĩa vật lý ít rõ hơn.
Hiện nay người ta thường sử dụng cả hai phương pháp trên.
- Ngoài hai phương pháp trên do sự phát triển của kỹ thuật những dụng cụ đo
lường, ghi chép và thí nghiệm ngày càng chính xác do đó người ta còn dùng cả phương
pháp thực nghiệm để nghiên cứu nguyên lý máy.





PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
2



chương 1
cấu trúc và xếp loại cơ cấu

1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1. Chi tiết máy

- Máy và cơ cấu có thể tháo rời thành nhiều bộ phận, những bộ phận không thể
tháo rời được nữa thì được gọi là chi tiết máy (hay gọi tắt là tiết máy).
1.1.2. Khâu
1.1.2.1. Định nghĩa
- Khâu là một tiết máy độc lập hay một tập hợp cứng các tiết máy.
- Trong máy và cơ cấu có những bộ phận chuyển động tương đối với nhau được
gọi là các khâu. Khâu có thể do một hoặc nhiều chi tiết máy ghép cứng với nhau tạo
thành. Ví dụ bánh xe là một khâu được tạo thành bởi các chi tiết lốp, vành, lăn hoa, may
ơ... ghép với nhau.
- Mỗi khâu trong máy có thể được xem như là một vật rắn tuyệt đối nếu bỏ qua
tính chất đàn hồi của vật liệu. Ngoài các khâu rắn còn có những khâu đàn hồi như lò xo,
nhíp, các khâu được làm bằng vật liệu dẻo như cao su, cáp, đai, xích và các khâu hơi,
thuỷ, khí...
Khâu là đối tượng nghiên cứu của môn học nguyên lý máy và được xem là thành
phần cơ bản của cơ cấu. Các tính chất động học và động lực học của cơ cấu và máy hoàn
toàn phụ thuộc vào kích thước, khối lượng khâu.
1.1.2.2. Bậc tự do tương đối giữa hai khâu
Xét hai khâu A và B để rời trong không gian, giữa hai khâu này có sáu khả năng
chuyển động tương đối. Nếu gắn lên khâu A một hệ toạ độ Oxyz thì đối với hệ toạ độ
này khâu B có các chuyển động sau: T
x
, T
y
, T
z
, Q
x
, Q
y
, Q

z
.
Trong đó T
x
, T
y
, T
z
là các chuyển động tịnh tiến theo 3 trục Ox, Oy, Oz và Q
x
, Q
y
, Q
z
là
các chuyển động quay quanh các trục tương ứng Ox, Oy, Oz. Sáu khả năng chuyển động
T
x
, T
y
, T
z
, Q
x
, Q
y
, Q
z
là hoàn toàn độc lập với nhau và ta gọi mỗi khả năng chuyển động
này là một bậc tự do. Như vậy khâu B có 6 bậc tự do tương đối đối với khâu A khi chọn

khâu A làm chuẩn, ngược lại ta cũng có thể nói khâu A có 6 bậc tự do tương đối đối với
khâu B khi chọn khâu B làm chuẩn. Vậy giữa hai khâu để rời trong không gian có 6 bậc
tự do tương đối.










A
B
z
y
x
O
T
z
T
y

T
x

Q
z

Q
y

Q
x

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
3
Hình 1.1
Nếu xét 2 khâu để rời trong cùng một mặt phẳng thì số bậc tự do tương đối giữa 2
khâu là 3. các bậc tự do tương đối T
y
, Q
z
, Q
x
bị mất đi còn lại các bậc tự do tương đối là
T
x
, T
z
, Q
y
.

Hình 1.2
Ta hiểu 2 khâu để rời trong cùng một mặt phẳng là 2 khâu có tất cả các điểm
chuyển động trên cùng một mặt phẳng hay trên những mặt phẳng song song.
1.1.3. Khớp động
1.1.3.1. Nối động
Nếu cho hai vật rắn (2khâu) tiếp xúc với nhau theo một quy cách nào đó thì ta nói
2 vật rắn (2khâu) bị liên kết hay nối động. Mục đích của nối động là hạn chế bớt số bậc
tự do tương đối giữa 2 khâu. Khi bị nối động bậc tự do tương đối giữa chúng sẽ < 6.






Hình 1.3
Xét quả cầu B đặt trên vật phẳng A thì số bậc tự do tương đối giữa chúng 5 đó là:
T
x
, T
z
, Q

x
, Q
y
, Q
z
, còn một bậc tự do bị hạn chế là T
y
. Ta nói giữa A và B có một ràng
buộc.
Số bậc tự do bị hạn chế còn gọi là số ràng buộc nhiều hay ít đều do đặc điểm của
các thành phần tiếp trên hai khâu quyết định.











A
B
z
y
x
O
T
z

T
x

Q
y

A
B
A
B
3 ràng buộc

3 bậc tự do

A
B
2 ràng buộc

4 bậc tự do

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
4

Hình 1.4




1.1.3.2. Phân loại khớp động
Có 3 cách để phân loại khớp động:
a) Phân loại khớp động theo đặc điểm tiếp xúc: có 2 loại:
- Khớp loại thấp: có các thành phần tiếp xúc là các mặt.
- Khớp loại cao: có thành phần tiếp xúc là đường hay điểm.
b) Phân loại theo số bậc tự do bị hạn chế: theo cách nay có 5 loại khớp động:
- Khớp loại 1 hạn chế 1 bậc tự do.
- Khớp loại 2 hạn chế 2 bậc tự do.
- Khớp loại 3 hạn chế 3 bậc tự do.
- Khớp loại 4 hạn chế 4 bậc tự do.
- Khớp loại 5 hạn chế 5 bậc tự do.
c) Phân loại theo tính chất chuyển động tương đối, có 2 loại:
- Khớp động phẳng: hai khâu để rời nhau trong mặt phẳng thì số bậc tự do
tương đối giữa chúng chỉ còn 3, như vậy khi nối động giữa 2 khâu phẳng thì số bậc tự do
bị hạn chế tối đa là 2.
- Khớp động không gian: hai khâu trong không gian sau khi được nối động
bằng một khớp động mà chuyển động tương đối giữa chúng vẫn còn là 1 chuyển động
trong không gian thì gọi là khớp động không gian.
1.1.3.3. Lược đồ khớp và lược đồ khâu
a) Lược đồ khớp: để tiện cho việc nghiên cứu, các khớp động được biểu diễn trên
hình vẽ bằng các lược đồ quy ước đơn giản.

- Khớp cầu loại 3:

- Khớp cầu loại 4:

- Khớp trụ loại 4

- Khớp ren vít:

- Khớp bản lề (khớp quay):

- Khớp tịnh tiến:

- Khớp cao:

A
5 ràng buộc

1 bậc tự do

B
A
B
4 ràng buộc

2 bậc tự do

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
5

b) Lược đồ khâu:
Các khâu trong cơ cấu cũng được biểu diễn bằng lược đồ. Trên lược đồ khâu phải
biều diễn đầy đủ các khớp động và các kích thước quyết định tính chất chuyển động của
cơ cấu, những kích thước này gọi là kích thước động của khâu đó là những kích thước
xác định vị trí tương đối của các khớp động trên khâu.
1.1.4. Chuỗi động và phân loại
- Chuỗi động: nhiều khâu được nối động với nhau được gọi là một chuỗi động.
- Dựa vào tính chất chuyển động tương đối giữa các khâu người ta phân ra thành chuỗi
động không gian và chuỗi động phẳng.










Hình 1.5
Chuỗi động phẳng là chuỗi động có các điểm trên các khâu chuyển động trên cùng một
mặt phẳng hoặc trên những mặt phẳng song song. Chuỗi động không gian là chuỗi động
có các điểm trên các khâu chuyển động trên những mặt phẳng khác nhau.
- Dựa vào cấu tạo phân ra làm chuỗi động kín và chuỗi động hở.
( Chuỗi động kín là chuỗi động trong đó mỗi khâu tham gia ít nhất 2 khớp động,
còn chuỗi động hở có những khâu chỉ tham gia một khớp động ).

Hình 1.6

1.1.5. Cơ cấu và phân loại cơ cấu
- Một chuỗi động có một khâu cố định và các khâu khác chuyển động theo quy
luật xác định thì được gọi là một cơ cấu, khâu cố định của cơ cấu gọi là giá.


- Phân loại: gồm cơ cấu không gian và cơ cấu phẳng.





Chuỗi động hở

3
2
1
4
3
2
1
4
Chuỗi động kín

Chuỗi động phẳng

Chuỗi động không gian

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
6





Hình 1.7

1.1.6. Máy
Máy nói chung là tập hợp một số các cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi hoặc sử năng
lượng để làm ra công có ích.
1.2. Bậc tự do của cơ cấu
1.2.1. Định nghĩa
Xét cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng ABCD, gọi là góc giữa giá AD và khâu AB. Khi
cho một trị số nhất định (nói một cách khác là cho AB 1 vị trí nhất định) thì vị trí của
cơ cấu (tức vị trí của toàn bộ các khâu khác còn lại trong cơ cấu) hoàn toàn xác định
bằng phép dựng hình đơn giản. Ta nói cơ cấu này có 1 bậc tự do.
Như vậy bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để có thể xác định
hoàn toàn vị trí của cơ cấu.
1.2.2. Lập công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

Cho cơ cấu phẳng có n khâu động.
Gọi p

4
là số khớp loại 4 có trong cơ cấu.
Gọi p
5
là số khớp loại 5 có trong cơ cấu.

Hình 1.8
Nếu 1 khâu đặt trong mặt phẳng thì có 3 bậc tự do tương đối so với giá. có n khâu
động đặt trong mặt phẳng thì có 3n bậc tự do so với giá.
Một khớp loại 4 tạo ra 1 ràng buộc giữa hai khâu trong mặt phẳng, có p
4
khớp
loại 4 thì sẽ tạo ra p
4
ràng buộc giữa 2 khâu trong mặt phẳng.
Một khớp loại 5 tạo ra 2 ràng buộc giữa hai khâu trong mặt phẳng, có p
5
khớp
loại 5 thì sẽ tạo ra 2p
5
ràng buộc giữa 2 khâu trong mặt phẳng.
Như vậy bậc tự do của cơ cấu phẳng được tính:
W = W
0
- R = 3n - (2p
5
+ p
4
)
= 3n - (2t + c)

Trong đó: W là bậc tự do của cơ cấu
W
0
là tổng số bậc tự do của các khâu động
R là tổng số ràng buộc do các khớp động tạo ra
t = p
5
số khớp thấp có trong cơ cấu (loại 5)
c = p
4
số khớp cao có trong cơ cấu (loại 4)
VD. Tính bậc tự do cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng:
Ta có n = 3, p
5
= 4, p
4
= 0, W = 3.3 - (2.4 - 0) = 1
* Ràng buộc trùng
Xét cơ cấu chêm phẳng như hình vẽ, có n =2, p
5
=3 W = 3.2 - 2.3 = 0.


2
A

1
3
4
B

C

D



2
Cơ cấu phẳng

1
3
4
Cơ cấu không gian

3
2
1
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
7

Hình 1.8
Thực tế bậc tự do của cơ cấu bằng 1, có hiện tượng giảm bậc tự do là do bản thân 2 khớp
động A và C đã hạn chế chuyển động quay tương đối quanh trục Oz giữa hai khâu, hơn
nữa khớp động B cũng hạn chế chuyển động quay tương đối này nên đã gây nên một
ràng buộc trùng (Rtr) nên khi áp dụng ta phải loại bỏ 1 trong 2 ràng buộc trên.
W = 3n - (2p
5
+ p
4
- Rtr.)
* Ràng buộc thừa:
Xét ví dụ: tính bậc tự do cho cơ cấu elíp như hình vẽ, có AB = BC = BD
Theo cách tính như trên ta có: n = 4, p
5
= 6, p
4
= 0, Rtr = 0
W = 3n - (2p
5
+ p
4
- Rtr)
= 3.4 - (2.6 + 0 - 0) = 0
có nghĩa là cơ cấu không chuyển động được. Thực tế bậc tự do của cơ cấu bằng 1,
nguyên nhân là do trong cơ cấu có một ràng buộc thừa. Nếu ta bỏ qua khâu 1 và 2 khớp
A, B thì quỹ đạo của điểm B là vòng tròn (c) tâm A bán kính AB = BD = CB, còn khi ta
nối thêm khâu 1 và 2 khớp động A và B thì quỹ đạo của điểm B vẫn là vòng tròn (c).
Như vậy ràng buộc bởi khâu AB rõ ràng là ràng buộc thừa.

Hình 1.9
Mỗi ràng buộc thừa trong cơ cấu sẽ làm mất đi một bậc tự do, vì thế nếu có Rth
ràng buộc thừa trong cơ cấu thì khi tính ta phải cộng vào Rth bậc tự do.
W = 3n - (2p
5
+ p
4
- Rtr) + Rth
* Bậc tự do thừa:
Xét ví dụ : tính bậc tự do cho cơ cấu cam cần lắc đáy con lăn như hình vẽ
Có n = 3, p
5
= 3, p
4
= 1, Rtr = 0, Rth = 0
W = 3n - (2p
5
+ p

4
-Rtr) + Rth = 3.3 - (2.3 + 1) + 0 = 2


1

B
A
D
C
4

3
2

(c)
B
y
x
C
A
z
O
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
8

Hình 1.10
Như vậy để xác định hoàn toàn vị trí của cơ cấu thì cần có 2 thông số độc lập.
Thực tế ta chỉ cần 1 thông số là có thể xác định hoàn toàn vị trí của cơ cấu. Nghĩa là
bậc tự do của cơ cấu là 1. Sở dĩ như vậy là do trong cơ cấu có một bậc tự do thừa, đó là
chuyển động của con lăn 2 quanh trục của nó, chuyển động này không ảnh hưởng đến
quy luật của cần mà chỉ có tác dụng làm giảm ma sát giữa cam và cần.
Như vậy bậc tự do của cơ cấu phẳng được viết đầy đủ là:
W = 3n - (2p
5
+ p
4
- Rtr) + Rth - Wth
Wth là số bậc tự do thừa.
1.2.3. Bậc tự do của cơ cấu không gian
WthRthRtrjPjnW
j
=

=
)(6
5
1

Trong đó: n: số khâu động
P
j
: số khớp loại j
Rtr: số rầng buộc trùng
Rth: số ràng buộc thừa
Wth: số bậc tự do thừa
1.2.4. ý nghĩa bậc tự do của cơ cấu - khâu dẫn
Xét cơ cấu 4 khâu bẩn lề, bậc tự do của cơ cấu là W = 1. Nói một cách khác là
chỉ cần 1 thông số để xác định vị trí của cơ cấu. Thật vậy, khi cho trước góc , nghĩa là
xác định vị trí của khâu 1, vị trí điểm B khoảng các BD xác định, tam giác BCD có 3
cạnh cho trước cũng có vị trí hoàn toàn xác định.
Nếu cho khâu 1 chuyển động với 1 quy luật cho trước thì từng tại thời điểm có thể
xác định góc và do đó có thể xác định vị trí của tất cả các khâu trong cơ cấu tại từng
thời điểm, hay nói cách khác là xác định được quy luật chuyển động của các khâu này.
(Quy luật chuyển động của khâu 1 chính là quy luật biến thiên của theo thời gian).
- Khâu có quy luật chuyển động cho trước gọi là khâu dẫn, các khâu còn lại trong
cơ cấu gọi là khâu bị dẫn.
- Số khâu dẫn của cơ cấu phải bằng số bậc tự do của nó.
- Khâu dẫn được nối với giá cố định, ta quy ước đánh dấu khâu dẫn bằng mũi tên
chỉ chiều quay (hoặc chiều chuyển động).
1.3. Xếp loại cơ cấu phẳng
1.3.1. Nguyên lý tạo thành cơ cấu của Axua
Theo Axua, mỗi cơ cấu gồm 1 hay nhiều khâu dẫn nối với giá và với một số nhóm
có bậc tự do bằng 0. Nhóm có bậc tự do bằng 0 gọi là nhóm tĩnh định.
W = W + 0 + 0 + ... + 0

x
A
I

C
B
3
2
1

y
Số bậc tự do
của cơ cấu
Số khâu dẫn
Các nhóm tĩnh định
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
9


Như vậy, cứ nối thêm vào 1 cơ cấu và giá những nhóm có bậc tự do bằng 0 sẽ được
những cơ cấu mới phức tạp hơn và ngược lại nếu tách khỏi cơ cấu những nhóm có bậc
tự do bằng 0 thì sẽ được những cơ cấu đơn giản hơn, khi làm như vậy bậc tự do của cơ
cấu không đổi.
VD: cơ cấu bốn khâu bản lề gồm 1 khâu dẫn (1) và nhóm tĩnh định gồm 2 khâu
(2) , (3) và 3 khớp loại 5 là B, C, D. Nhóm này là nhóm có bậc tự do bằng 0.
Thật vây: W = 3n - 2p
5
= 3.2 - 2.3 = 0

Hình 1.11
1.3.2. Xếp loại nhóm axua - nhóm tĩnh định
* Nguyên tắc tạo thành nhóm axua: nhóm axua (nhóm tĩnh định) là 1 chuỗi động
thoả mãn điều kiện sau:
+ 3n - 2p
5
= 0: tức là nhóm chỉ có các khớp loại 5 (toàn khớp thấp)
p
5
= 3n/2 , nghĩa là số khâu n phải là số chẵn, vì số khớp p
5
là một số
nguyên.

n 2 4 6
p
5
3 6 9

+ Nhóm axua phải là nhóm tối giản, tức là từ nhóm axua này không thể
tách ra thành 2 hay nhiều nhóm khác. Nhóm axua tối giản nhất là nhóm gồm 2 khâu và
3 khớp động.

Hình 1.12

+ Khi cố định các khớp chờ của nhóm thì ta được 1 giàn tĩnh định. (khớp
chờ là những khớp trên đó chỉ có 1 thành phần khớp động).




Hình 1.13

* Xếp loại (hạng) nhóm axua
2
3
D
C
B
1
A
Không phải là nhóm tĩnh định vì
chưa phải là nhóm tối giản

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
10
Ta chia các nhóm tĩnh định thành hai tập hợp: tập hợp những nhóm không chứa
một chuỗi động kín nào và tập hợp những nhóm có chứa ít nhất một chuỗi động kín.
a) Tập hợp những nhóm không chứa một chuỗi động kín nào được xếp thành 2

loại:
- Nhóm loại 3 là nhóm gồm 2 khâu, 3 khớp.







Hình 1.14

- Nhóm axua loại 3 gồm các nhóm trong đó có những khâu gọi là khâu cơ sở
được nối với các khâu khác của nhóm bằng 3 khớp động.








Hình 1.15

b) Những nhóm có chứa ít nhất một chuỗi động kín được xếp loại theo số cạnh
của chuỗi động kín đơn nhiều cạnh nhất của nhóm. Những nhóm này đều thuộc loại cao
hơn loại 3.

Hình 1.16
1.3.3. Xếp loại cơ cấu phẳng.
Trong cơ cấu có thể có 1 hoặc 1 số nhóm axua, loại của cơ cấu là loại cao nhất
của nhóm axua chứa trong cơ cấu đó.
Riêng với cơ cấu gồm 1 khâu, 1 khớp loại 5 gọi là cơ cấu hạng 1, đây là những cơ
cấu như máy điện, tua bin, động cơ điện ...
Hình 1.17
* Nguyên tắc và trình tự xếp loại cơ cấu:
- Tính bậc tự do của cơ cấu
- Chọn khâu dẫn, số khâu dẫn được chọn phải bằng số bậc tự do của cơ cấu và
khâu dẫn được chọn thường là những khâu nối với giá cố định bằng những khớp quay.
Các nhóm loại 2 : n = 2, p
5
= 3
nhóm loại 3 : n = 4, p
5
= 6
nhóm loại 3 : n = 6, p
5
= 9
nhóm loại 4 : n = 4, p
5
= 6
nhóm loại 4 : n = 6, p
5
= 9
O
1

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
11
- Tách ra khỏi cơ cấu những nhóm axua sao cho sau khi tách ra khỏi cơ cấu 1
nhóm axua thì phần còn lại của cơ cấu phải là 1 cơ cấu hoàn chỉnh và có bậc tự do bằng
bậc tự do của cơ cấu ban đầu.
- Tìm loại cao nhất của những nhóm axua đã tách, khi đó loại cơ cấu chính là loại
của nhóm axua cao nhất.
+ Ví dụ1:
Xếp loại cho cơ cấu sau:




- Tính bậc tự do:
W = 3.5 - 7.2 = 1
- Chọn khâu dẫn: Hình 1.18
+ Trường hợp chọn khâu 1 làm khâu dẫn: ta tách được 1 nhóm axua loại 3
gồm 4 khâu 6 khớp.
Cơ cấu là cơ cấu loại 3

Hình 1.19
+ Trường hợp chọn khâu 4 (hoặc khâu 5) làm khâu dẫn: ta tách rao được 2
nhóm axua hạng 2 là nhóm gồm các khâu1, 2 và 3 khớp A, B, C và nhóm gồm các khâu
3, 5 (hoặc4) và 3 khớp D, F, G (hoặc E).
Cơ cấu là cơ cấu loại 2 khi chọn khâu dẫn là khâu 4 hoặc khâu 5.







Hình 1.20

+ Ví dụ 2: Xếp hạng cho cơ cấu sau:




Hình 1.21
- Tính bậc tự do của cơ cấu :
A
1
B
5
4
3
2
E

D
C
G
F
1
A
B
5
4
3
2
E
D
C
G
F
4
E
A
1
B
2
C
5
3
D
G
F
1
B

5
4
3
2
E
D
C
G
F
A
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
12
W = 3.5 - 2.7 = 1
- Chọn khâu dẫn:
Khi chọn khâu 1 làm khâu dẫn ta được cơ cấu loại 4.
Khi chọn khâu 5 làm khâu dẫn ta được cơ cấu loại 3.







Hình 1.22

1.3.4. Xếp loại cơ cấu có khớp cao.

Trường hợp cơ cấu có khớp cao ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp.
Xét ví dụ: Cho cơ cấu như hình vẽ. Đây là cơ cấu có khớp cao gồm 2 đĩa tròn mà
trục quay không trùng với tâm. Trong quá trình chuyển động 2 tâm A và B của 2 đĩa tròn
luôn cách nhau một khoảng cố định L = R
1
+ R
2
và đường AB là pháp tuyến chung của
thành phần khớp cao tại chỗ tiếp xúc E.







Hình 1.23

Nếu đặt vào A một khớp bản lề loại 5, đồng thời cũng đặt vào B một khớp bản lề
loại 5 và nối AB bằng thanh 3 có chiều dài L = R
1
+ R
2
lắp vào 2 chốt bản lề này thì cơ
cấu vẫn chuyển động như cũ.
Như vậy, khi ta đưa vào cơ cấu 1 khâu và 2 khớp loại 5 tức là đã đưa vào cơ cấu 1
ràng buộc thừa, vì là ràng buộc thừa nên ta phải phá bỏ 1 ràng buộc đi, đó chính là ràng
buộc tại khớp cao E. Ta tưởng tượng đập vỡ tại E khi đó cơ cấu trở thành cơ cấu 4 khâu
bản lề phẳng toàn khớp thấp.
* Chú ý: Việc thay thế có thể có tính chất tức thời (đối với mặt cong bất kỳ) trên

nguyên tắc sau:
- Qua điểm tiếp xúc dựng pháp tuyến chung
- Lấy tâm cong của thành khớp cao thứ nhất và tâm cong của thành phần khớp cao
thứ 2.
- Nối 2 tâm cong bằng 1 khâu và 2 khớp bản lề loại 5.
- Loại bỏ ràng buộc thừa tại điểm tiếp xúc bằng cách tưởng tượng đập bỏ khớp
cao được cơ cấu phẳng toàn khớp thấp.



1
A
B
5
4
3
2
E
D
C
G
F
1
B
4
3
2
E
D
C

G
A
5
F
3
2
1
A
B
C
D
R
2

R
1

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
13

Hình 1.24

Câu hỏi ôn tập và thi
1. Phát biểu định nghĩa: Khâu, khớp, nối động, chuỗi động, lược đồ động; bậc tự do của khâu, bậc
tự do của cơ cấu;
2. Định nghĩa nhóm tĩnh định, nhóm Atxua. Phân loại nhóm Atxua?
3. Pát biểu nguyên lý hình thành cơ cấu . Cho ví dụ?
4. Trình bày công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng và cơ cấu không gian?
5. Trình bày nguyên tắc xếp loại cơ cấu? í nghĩa của việc xếp loại cơ cấu>

B
C
B
A
B
B
C
A
B
E
C
B
A
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
14

Chương II
Phân tích động học cơ cấu phẳng

2.1. Mục đích và nội dung của việc phân tích động học cơ cấu.
2.1.1. Mục đích.
Mục đích của việc phân tích động học cơ cấu là nghiên cứu chuyển động của cơ

cấu khi đã cho trước lược đồ cơ cấu và quy luật chuyển động của khâu dẫn.
2.1.2. Nội dung.
a. Xác định vị trí của các khâu trong cơ cấu và quỹ đạo do các điểm trên khâu vẽ ra
trong quá trình chuyển động.
- ứng với nhiều vị trí của khâu dẫn ta xác định được vị trí tương ứng của các khâu
khác trong cơ cấu. Tập hợp các hình vẽ đó gọi là hoạ đồ chuyển vị hay hoạ đồ vị trí của
cơ cấu.
- Hoạ đồ chuyển vị là cơ sở để:
+ Giải bài toán vận tốc.
+ Xác định không gian cần thiết cho máy.
+ Xác định quỹ đạo của điểm bất kỳ trên khâu bất kỳ.
b. Xác định vận tốc của từng điểm trên khâu và vận tốc góc của các khâu trong cơ cấu.
- Cho phép phân tích chất lượng làm việc củ máy vì chất lượng đó phụ thuộc vào
sự biến thiên của bộ phận công tác.
- Là cơ sở để giải bài toán gia tốc và giải quyết một số vấn đề động lực học của
máy sau này.
c. Xác định gia tốc của từng điểm trên khâu và gia tốc góc của khâu. Nhằm mục đích
tìm lực quán tính và mô men của lực quán tính phát sinh trong qúa trình chuyển động
của cơ cấu để giải quyết các vấn đề thuộc phạm vi phân tích và tổng hợp động lực học cơ
cấu và máy.
2.2. Phân tích động học cơ cấu phẳng loại hai.
2.2.1. Bài toán chuyển vị họa đồ vị trí.
Khi khâu dẫn chuyển động vị trí của các khâu luôn luôn thay đổi nhưng tại từng thời
điểm vị trí cuả cơ cấu hoàn toàn xác định. Hình vẽ 2-1 biểu thị vị trí tương đối của các
khâu ứng với những vị trí xác định của khâu dẫn gọi là hoạ đồ chuyển vị của cơ cấu.
Trong hoạ đồ chuyển vị, mỗi lược đồ cơ cấu ứng với một vị trí của khâu dẫn được gọi là
một hoạ đồ cơ cấu. Việc giải một bài toán chuyển vị thực chất là việc dựng hoạ đồ vị trí
cơ cấu với những vị trí của khâu dẫn khác nhau. Mặt khác, ta biết rằng cơ cấu được tạo
thành bởi các khâu dẫn nối với giá một hoặc một số nhóm Axua. Vì vậy, nghiên cứu bài
toán chuyển vị hay bài toán dựng hoạ đồ cơ cấu, thực chất là dựng vị trí của các nhóm

Axua.
Những điều cần biết khi nghiên cứu bài toán chuyển vị là:
- Kích thước động học của tất cả các khâu.
- Vị trí của khâu làm giá và vị trí các khớp động được nối với giá.
- Khâu dẫn và các vị trí của nó.
- Cấu trúc của các nhóm Axua tạo thành cơ cấu.
Sau khi biết các giả thiết trên ta đưa bài toán chuyển vị về bài toán xác định vị trí các
nhóm Axua.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY


Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
15
* Trường hợp 1:
Xác định vị trí của nhóm Axua hạng 2 bậc 2. Nhóm gồm có 2 khâu và 3 khớp quay
xem hình (2-1). Với giả thiết ban đầu biết vị trí của 2 khớp chờ B và D và các độ dài
biểu diễn kích thước động học BC; DC.
Để xác định vị trí của nhóm ta chỉ cần tìm vị trí của khớp quay C. Muốn vậy ta làm
như sau: Từ B và D các vị trí đã biết làm tâm vẽ các vòng tròn có bán kính:
r
2
= BC và r
2
= CD
Giao của hai đường tròn cho ta các vị trí C. Thông thường bài toán có hai nghiệm,
nhưng chọn 1 dựa theo tính chất liên tục của bài toán chuyển vị.

Hình 2-1
* Trường hợp 2:








Hình 2-2
Xác định vị trí của nhóm A- xua hạng 2 bậc 2 trong đó khớp C được thay bằng một
khớp tịnh tiến như trên hình vẽ (2-2).
* Để xác định vị trí của nhóm ta làm như sau:
Lấy B làm tâm, vẽ một đường tròn có BH
B
là khoảng cách từ B hạ vuông góc tới
phương tịnh tiến của khớp C. Từ D kẻ một tiếp tuyến với đường tròn tâm B bán kính r =
BH
B
sau đó từ B dựng một góc H
B
BC bằng góc cho trước. Giao điểm của tia BC với
DH

B
cho ta vị trí của C. Bài toán thường có hai nghiệm nhưng ta chọn 1 dựa theo điều
kiện liên tục của bài toán.
*Trường hợp 3:
Xác định vị trí của nhóm A-xua hạn 2 bậc 2 trong đó khớp B hoặc D được thay bằng
một khớp tịnh tiến như trên hình vẽ (2-3).





A
B
D
C
D
D
H
c
d
D
H
B
C
d
c
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bi ging : C S THIT K MY

Ngô Văn Quyết Bộ môn Kỹ thuật Cơ sở- Đào tạo theo hệ thống tín chỉ
16
Hình 2-3


Trong trường hợp này vị trí khớp B phương tịnh tiến d-d và các kích thước động học
đã biết. Để xác định vị trí của nhóm ta làm như sau:
Từ B làm tâm vẽ đường tròn có bán kính r=BC, tìm DH
C
bằng cách tính CH
C
=
DC.sin.
Sau đó kẻ đường thẳng c-c song song với d-d và cách d-d một đoạn CH
C
về cả hai
phía. Giao của đường thẳng với đường tròn kẻ trên cho ta vị trí của C.
Bài toán thường có 4 nghiệm, ta chọn một trong số đó tuỳ theo điều kiện liên tục của
bài toán chuyển vị.
* Trường hợp 4:
Xác định vị trí của nhóm A-xua hạng 2 bậc 2 ở dạng thứ 4 nghĩa là khớp C là khớp
tịnh tiến còn khớp B là hai khớp quay. Giả thiết xem như biết vị trí hai khớp B và C cũng
như các khoảng cách BH
B
; DH
D
trên hình 6-2. Để dựng được vị trí của nhóm ta làm như
sau:
Từ B và D làm tâm vẽ các đường tròn có bán kính:
R

1
= BH
B
; r
2
= DH
D

Sau đó kẻ tiếp tuyến chung với hai đường tròn trên và lại từ B làm tâm vẽ đường tròn
có bán kính BC.







Hình 2-4
Giao của hai đường tròn với các tiếp tuyến nói trên cho ta vị trí của C. Bài toán
thường có 4 nghiệm nhưng ta chọn 1 dựa theo tính liên tục của bài toán chuyển vị.
* Trường hợp 5

Hình 2-5
Xác định vị trí của nhóm Axua hạng 2 bậc 2 ở dạng thứ 5 khi 2 khớp B và D là các
khớp tịnh tiến. Giả thiết biết hai phương tịnh tiến của hai khớp B và D là b-b, d-d có
khoảng cách CH
B
, CH
D
.
B
C
A
B
C
D
H
D
H
C
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com