Bài giảng Nguyên lý máy: Bài 1 - TS. Nguyễn Xuân Hạ

Nội dung học phần





Phần 1: Cấu trúc động học của cơ cấu
Phần 2: Những vấn đề cơ bản trong thiết kế nguyên lý máy
 Phân tích động học
 Phân tích lực
 Chuyển động thực
 Làm đều chuyển động
 Cân bằng máy
Phần 3: Lý thuyết về các cơ cấu có khớp cao
 Cơ cấu cam
 Cơ cấu bánh răng

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
0


Bài 1
Cấu trúc động học của
cơ cấu

CuuDuongThanCong.com

/>

Nội dung chính của bài






Mục tiêu: Phân tích và tổng hợp cơ cấu về mặt cấu trúc
động học
Những khái niệm cần nắm được
 CTM, khâu, khớp, chuỗi động, cơ cấu
 Bậc tự do của cơ cấu
 Nguyên lý hình thành cơ cấu, nhóm tĩnh định
Những vấn đề mấu chốt:
 Lập được lược đồ động học của một cơ cấu cho trước
 Xác định số bậc tự do của một cơ cấu cho trước
 Lập/lựa chọn cấu trúc cơ cấu khi cho trước một số đặc
điểm về chuyển động của khâu bị dẫn

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
2


Cấu tạo cơ bản của máy

Máy

= Nguồn năng lượng + Cơ cấu
Các khâu

Các CTM

Các khớp

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

Cơ cấu

/>
3


1. Định nghĩa và khái niệm
1.1. Khâu và chi tiết máy


CTM:

Các chi tiết máy trong cụm piston-thanh truyền (động cơ đốt trong)
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
4


1. Định nghĩa và khái niệm
1.1. Khâu và chi tiết máy


Khâu: Bộ phận có chuyển động tương đối với bộ phận
khác trong máy
Các khâu
▪ Trục khuỷu
▪ Thanh truyền
▪ Piston
▪ Xylanh
▪ Van (2x)
▪ Cam (2x)

Mơ hình động cơ đốt trong
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
5


1. Định nghĩa và khái niệm
1.1. Khâu và chi tiết máy



Mỗi khâu là một CTM hoặc do nhiều CTM ghép cứng lại với
nhau

Động cơ 4 xylanh
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

Trục khuỷu

Thanh truyền

/>
6


1. Định nghĩa và khái niệm
1.2. Bậc tự do của khâu, nối động


Hai khâu để rời trong khơng
gian có 6 khả năng chuyển
động tương đối độc lập, gọi là
6 bậc tự do

▪ Hai khâu để rời trong
chuyển động phẳng có 3
BTD tương đối

y
2
A

yA
1
O

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

xA

B


x

/>
7


1. Định nghĩa và khái niệm
1.2. Bậc tự do của khâu, nối động


Nối động: Cho hai khâu tiếp xúc với nhau theo một quy
cách xác định, nhằm

• Hạn chế bớt BTD tương đối
• Tạo chuyển động xác định giữa các khâu

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
8


1. Định nghĩa và khái niệm
1.2. Bậc tự do của khâu, nối động


Mỗi khớp động gồm 2 thành phần khớp động

Cầu – phẳng

Phẳng – phẳng
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

Trụ – phẳng

Cầu-cầu
/>
9

1. Định nghĩa và khái niệm
1.4. Phân loại khớp động




Theo tính chất tiếp xúc
 Khớp cao: hai thành phần khớp tiếp xúc nhau theo điểm
hoặc đường
 Khớp thấp: hai thành phần khớp tiếp xúc nhau theo mặt
Theo số BTD bị hạn chế (số ràng buộc)
 Khớp loại i: Hạn chế i BTD

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
10


1. Định nghĩa và khái niệm
1.4. Phân loại khớp động

Có khớp loại 6?
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
11


1. Định nghĩa và khái niệm
1.5. Lược đồ khâu, khớp




Mục đích: Đơn giản hóa, giữ lại những yếu tố ảnh hưởng
đến chuyển động => tiện cho việc nghiên cứu về các bài
tính Nguyên lý máy
Cách biểu diễn khớp động:

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
12


1. Định nghĩa và khái niệm
1.5. Lược đồ khâu, khớp

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
13


1. Định nghĩa và khái niệm
1.5. Lược đồ khâu, khớp


Lược đồ khâu :
 Biểu diễn các thành phần khớp động trên khâu và vị trí
tương quan giữa chúng (kích thước động)

Kích thước động = ?

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
14


1. Định nghĩa và khái niệm
1.5. Chuỗi động, cơ cấu


Chuỗi động: Gồm nhiều khâu nối động với nhau
 Chuỗi động kín / Chuỗi động hở

Mỗi khâu được nối với ít

nhất 2 khâu khác
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

Có khâu chỉ nối với 1 khâu
duy nhất
/>
15


1. Định nghĩa và khái niệm
1.5. Chuỗi động, cơ cấu


Cơ cấu: Chuỗi động có một khâu cố định (khâu được chọn
làm hệ quy chiếu) gọi là GIÁ
 Cơ cấu phẳng / Cơ cấu không gian

Cơ cấu 4 khâu bản lề
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

Cơ cấu tay quay-con trượt
/>
16


1. Định nghĩa và khái niệm

1.6. Lược đồ cơ cấu

Cơ cấu 4 khâu bản lề
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

Cơ cấu tay quay-con
trượt không gian
/>
17


2. Cơ cấu phẳng
2.1. Khái niệm


Cơ cấu cấu phẳng: Các khâu chuyển động trong cùng một
mặt phẳng hoặc các mặt phẳng song song với nhau

Cơ cấu Sin

Cơ cấu Culít
Cơ cấu hỗn
hợp: Tay quaycon trượt; Bánh
răng; Cam

Cơ cấu Cam
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu

CuuDuongThanCong.com

Cơ cấu Robot //
/>
18


2. Cơ cấu phẳng
2.1. Khái niệm

Khả năng chuyển động của cơ cấu
phụ thuộc vào tính chất và cấu trúc
của các khớp động như thế nào?

Tính bậc tự do của cơ cấu

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
19


2. Cơ cấu phẳng
2.2. Bậc tự do của cơ cấu










Số BTD = Tổng BTD của khâu động – Tổng ràng buộc do
các khớp tạo ra
W  W0 - R
Xét cơ cấu phẳng có
 n khâu động và giá
 T khớp loại thấp và C khớp loại cao
Tổng số BTD của n khâu động
Wo =3n
Tổng số ràng buộc do T khớp thấp và C khớp cao tạo ra
R = 2T+C
Vậy BTD của cơ cấu

W  W0  R  3n  ( 2T  C )
NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
21


2. Cơ cấu phẳng
2.2. Bậc tự do


Lược đồ hóa và tính BTD

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
22


2. Cơ cấu phẳng
2.2. Bậc tự do


Lược đồ hóa và tính BTD

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
23


2. Cơ cấu phẳng
2.2. Bậc tự do


BTD thừa Wth

 Xét cơ cấu cam quay cần lắc đáy con lăn

W  3n  ( 2T  C )  3.3  ( 2.3  1)  2



Thực tế chỉ có 1 BTD => có 1 BTD thừa
Tại sao? Chuyển động quay của con lăn có ảnh
hưởng gì?

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
24


2. Cơ cấu phẳng
2.2. Bậc tự do


Ràng buộc trùng Rtr
 Xét cơ cấu chêm

W  3n  ( 2T  C )  3.2  ( 2.3  0)  0



Thực tế cơ cấu vẫn chuyển động => có 1 BTD

Ràng buộc trùng?

NLM ME3060 - Bài 1: Cấu trúc
động học của cơ cấu
CuuDuongThanCong.com

/>
25