Giáo trình Nguyên lý chi tiết máy - CĐ Giao thông Vận tải

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM
TRƯỜNG CĐ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
-----------------------

GIÁO TRÌNH

NGUN LÝ – CHI TIẾT MÁY
BIÊN SOẠN:
NGÔ THỊ KIM UYỂN

LƯU HÀNH NỘI BỘ- NĂM 2015
1


GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ – CHI TIẾT MÁY
GIỚI THIỆU VỀ MƠN HỌC
a. Vị trí, tính chất mơn học
Mơn học được bố trí vào học kỳ 2 của khóa học và sau khi học sinh học xong
các môn học, mô đun sau: Cơ kỹ thuật, vật liệu và công nghệ kim loại, vẽ kỹ thuật,
dung sai lắp ghép và KTĐL, nhiệt kỹ thuật...
b. Mục tiêu của môn học:
Kiến thức chuyên môn
- Môn học này cung cấp những kiến thức cơ bản nhất để sinh viên bước đầu đi
sâu tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cơ cấu, cụm cơ cấu cơ bản
trong cơ khí.
- Vận dụng các kiến thức để giải một số bài tập đơn giản.
- Củng cố kiến thức phần lý thuyết chuyên môn, vận dụng vào thực tế sản xuất.
Kỹ năng nghề
- Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức
công việc;
- Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thơng tin;

- Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin.
Thái độ lao động
- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện cơng
việc.
- Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng thú với công nghệ.
- Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trường, lớp
Các kỹ năng cần thiết khác
Bình tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm.
Nội dung mơn học.
Chương 1: Cấu tạo cơ cấu
Chương 2: Cơ cấu bốn khâu bản lề
Chương 3: Cơ cấu cam
Chương 4: Cơ cấu bánh răng
Chương 5: Các cơ cấu đặc biệt. Cơ sở bố trí truyền động các cơ cấu
Chương 6: Mối ghép
2


Chương 7: Truyền động đai
Chương 8: Truyền động bánh răng
Chương 9: Truyền động trục vít
Chương 10: Truyền động xích

3


LỜI NĨI ĐẦU
Trong vịng 20 năm trở lại đây, ngành công nghiệp ô tô đang phát triển rất
mạnh mẽ. Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ơ tơ sử dụng trong xã hội ngày càng
nhiều, đặc biệt là ô tô đời mới nên nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực, kỹ thuật viên để

phục vụ ngành công nghệ ô tô là rất lớn.
Để giúp cho cán bộ hướng dẫn, người học và thợ sửa chữa ô tô những kiến thức
về ô tô, kiến thức trong giáo trình được sắp xếp lôgic các chi tiết máy và cụm chi tiết
máy. Dựa vào đó, nhóm tác giả đã tiến hành biên soạn giáo trình.
Trong q trình biên soạn giáo trình này, nhóm tác giả đã kết hợp kinh nghiệm
giảng dạy và nguồn tài liệu của hãng TOYOTA Việt Nam. Do thời gian có hạn nên
khơng thể trình bày được các thơng số hay quy trình kiểm tra của nhiều hãng xe vào
giáo trình này, cho nên người dạy và người học có thể tham khảo thêm các tài liệu của
các dòng xe khác để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn. Khi biên soạn giáo trình,
chúng tơi đã cố gắng cập nhật những kiến thức thực tiễn có liên quan đến môn học và
phù hợp với đối tượng sử dụng để giáo trình có tính thực tiễn.
Nội dung của giáo trình: “Nguyên Lý – Chi Tiết Máy” được biên soạn với dung
lượng là 90 giờ lý thuyết, bao gồm các chương sau:
Chương 1: Cấu tạo cơ cấu
Chương 2: Cơ cấu bốn khâu bản lề
Chương 3: Cơ cấu cam
Chương 4: Cơ cấu bánh răng
Chương 5: Các cơ cấu đặc biệt. Cơ sở bố trí truyền động các cơ cấu
Chương 6: Mối ghép
Chương 7: Truyền động đai
Chương 8: Truyền động bánh răng
Chương 9: Truyền động trục vít
Chương 10: Truyền động xích
Mục tiêu cần đạt được về kiến thức và kỹ năng sau khi học:
- Về kiến thức: Được đánh giá qua bài kiểm tra viết, tự luận, trắc nghiệm đạt các yêu
cầu sau:
4


+ Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cơ cấu, cụm cơ cấu

cơ bản trong cơ khí.
+ Vận dụng các kiến thức để giải một số bài tập đơn giản.
- Về kỹ năng: Đánh giá được kỹ năng của sinh viên trong bài kiểm tra đạt các yêu cầu
sau:
+ Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức
cơng việc;
+ Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thơng tin;
+ Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin.
- Về thái độ: Cẩn thận, nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện cơng việc.
Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên Cao đẳng ngành Cơng
nghệ Ơ tơ và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN cũng như kỹ
thuật viên đang làm việc ở các hãng sửa chữa và garage ơ tơ.
Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ
Thuật Ơ tơ Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TpHCM đã đóng góp ý kiến và
kinh nghiệm để hồn thiện giáo trình này.
Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc khơng tránh khỏi khiếm khuyết. Nhóm tác giả
rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau giáo trình
được hồn chỉnh hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ơ tơ Trường
Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P. Trung Mỹ Tây
– Q12 – TpHCM.

Nhóm tác giả

5


PHẦN I : NGUYÊN LÝ MÁY
CHƯƠNG 1: CẤU TẠO CƠ CẤU
❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng
– Định nghĩa và phân tích cấu tạo dựa trên lượt đồ cơ cấu

– Ứng dụng hợp lý các cơ cấu trong truyền động cơ khí
– Áp dụng được cơng thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng để giải một số bài
tập cụ thể
❖ NỘI DUNG BÀI HỌC:

1.1. KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA
1.1.1 Máy: Trong nền sản xuất cơ khí, ta có thể hiểu định nghĩa về máy như sau: “Máy
là tập hợp nhân tạo các vật thể có chuyển động theo một qui luật nhất định nhằm biến
đổi hoặc sử dụng năng lượng để tạo ra cơng có ích”. Căn cứ vào chức năng, ta có thể
chia ra làm 3 loại như sau:
– Máy năng lượng: Dùng để truyền hay biến đổi năng lượng, gồm 2 giai đoạn:
– Máy cơng tác: có nhiệm vụ biến đổi về hình dạng, kích thước hay trạng thái của
vật thể (gọi là máy cơng nghệ) hoặc thay đổi vị trí của vật thể (gọi là máy vận chuyển)
– Máy tổ hợp: do nhu cầu thực tế đời sống và sản xuất kết hợp với sự phát triển
của công nghệ kỹ thuật nên các máy cơng tác ngày càng hồn thiện, có động cơ riêng
nên máy cơng tác thường ở dạng tổ hợp ta gọi là máy tổ hợp.
Ngày nay, máy tổ hợp đã phát triển ở dạng hoàn chỉnh hơn nhằm nâng cao năng
suất và giảm sức lao động của con người. Các máy tổ hợp được cải tiến bằng cách
trang bị thêm các thiết bị điều khiển, theo dõi, kiễm tra... để tự động hóa q trình chế
tạo sản phẩm, máy tổ hợp trở thành máy tự động.
1.1.2 Cơ cấu: là tập hợp nhân tạo các vật thể có chuyển động theo một quy luật xác
định nhằm truyền hay biến đổi chuyển động
Xét động cơ đốt trong kiểu pittông - tay quay được dùng để biến đổi năng lượng
của khí cháy bên trong xilanh (nhiệt năng, hóa năng) thành cơ năng bên trong trục
khuỷu (máy năng lượng – hình1.1).
6


Hình1.1 Cơ cấu tay quay - con trượt
Động cơ đốt trong bao gồm nhiều cơ cấu. Cơ cấu chính trong máy là cơ cấu tay

quay – con trượt OAB, làm nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành
chuyển động quay của trục khuỷu 1
1.1.3 Khâu và khớp động:
a) Khâu: là những vật thể có chuyển động tương đối với nhau trong cơ cấu hay
máy. Mỗi bộ phận có chuyển động riêng biệt này của máy được gọi là một khâu.
Khâu có thể là một vật rắn khơng biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc dạng dây dẻo.
Khâu có thể là một chi tiết máy độc lập hay do một số chi tiết máy ghép cứng lại
với nhau. Mỗi chi tiết máy là một bộ phận hồn chỉnh khơng thể tháo rời được nữa của
máy.
Thí dụ: Cơ cấu tay quay con trượt OAB (hình 1.1) có 4 khâu: trục khuỷu (1), thanh
truyền (2), pittông (3), xilanh (4) gắn liền với vỏ máy. Trong hệ quy chiếu gắn liền với
khâu 4 (Vỏ máy, xilanh), mỗi khâu có chuyển động riêng biệt: Khâu (1) quay xung
quanh tâm O, khâu (2) chuyển động song phẳng, khâu (3) chuyển động tịnh tiến, khâu
(4) cố định.
Trục khuỷu thông thường là một chi tiết máy độc lập. Thanh truyền gồm nhiều chi
tiết máy như thân, bạc lót, nắp đầu to, bulơng, đai ốc… ghép cứng lại với nhau.
b) Khớp động: Khớp động là chỗ nối động giữa các khâu. Phân loại khớp động
theo 2 cách:
–

Căn cứ vào số bật tự do bị hạn chế đi khi nối động, ta có khớp loại 1, loại 2, loại

3, loại 4, loại 5 lần lượt hạn chế 1, 2, 3, 4, 5 bật tự do tương đối.

7


Chú ý: Khơng có khớp loại 6 vì loại này hạn chế 6 bậc tự do tương đối giữa hai
khâu, khi đó là hai khâu ghép cứng với nhau. Khơng có khớp loại 0 vì khi đó hai khâu
để rời hồn tồn trong khơng gian.

Ví dụ: khớp loại 2 vì hạn chế 2 bậc tự do

Hình 1.2 Khớp quay
–

Căn cứ vào đặc điểm tiếp xúc giữa hai khâu khi nối động, ta phân làm 2 loại.

Khớp thấp: nếu thành phần khớp động là các mặt, khớp cao: nếu thành phần khớp
động là điểm hoặc đường.
c) Lượt đồ khâu và khớp động:
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, ta biểu diễn cơ cấu dưới dạng lượt đồ
Bảng 1.1: Lược đồ một số khớp thơng dụng
Khớp cầu
(khớp thấp, loại 3)
Khớp cầu có chốt
(khớp thấp, loại 4)
Khớp tịnh tiến
(khớp thấp, loại 5)
Khớp bản lề
(khớp thấp, loại 5)
Khớp vít
(khớp thấp, loại 5)
Khớp cao phẳng ( khớp bánh răng phẳng,
khớp cam phẳng …)
(khớp cao, loại 4)
8


– Lượt đồ khâu: Để đơn giản cho việc nguyên cứu, người ta biểu diễn các khâu và
khớp thông qua lượt đồ

Hình 1.3 Lược đồ biểu diễn các khâu và khớp
1.2 BẬC TỰ DO CỦA CƠ CẤU PHẲNG.
Bậc tự do là thơng số vị trí độc lập cần cho trước để xác định vị trí của tồn bộ cơ
cấu. Số bậc tự do của cơ cấu cũng chính bằng số quy luật chuyển động của cơ cấu
Gọi số khâu có trong cơ cấu là (n+1) khâu, n là số khâu động cịn 1 là khâu cố định
(khâu cố định có bậc tự do bằng không, thường gọi là giá).
Gọi số khớp thấp có trong cơ cấu là pt thì số bậc tự do của cơ cấu bị hạn chế bởi
những khớp loại này là 2pt.
Gọi số khớp thấp có trong cơ cấu là pc thì số bậc tự do của cơ cấu bị hạn chế bởi
những khớp loại này là pc.
Ta có cơng thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng như sau:
W = 3n − (2 pt + pc )

(1-1)

Ví dụ: Tính bậc tự do các cơ cấu sau:

9


Hình 1.4: Lược đồ cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa

Cơ cấu hình có: pt = 15, pc= 0, n = 11
Nên:

W=3.11 – (2.15 + 0) = 1

Chú ý: Với những cơ cấu có thêm những khâu phụ (những khâu thêm hay bớt
khơng ảnh hưởng đến tính chất chuyển động, thí dụ con lăn trong cơ cấu cam hình thì

cách tính bậc tự do của cơ cấu khơng sử dụng thuần túy công thức (1) mà phải thêm
một số điều kiện khác.

-----------------------------------------------CÂU HỎI ÔN TẬP
1.1

Cho lượt đồ cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa được biểu diễn trên hình 1.5. Xác

định số khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu?

Hình 1.5: Lược đồ cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa
1.2

Cho lượt đồ cơ cấu động cơ Diesel được biểu diễn trên hình 1.6. Xác định số

khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu?

10


Hình 1.6: Lược đồ cơ cấu động cơ Diesel
1.3

Cho lượt đồ cơ cấu máy nghiền được biểu diễn trên hình 1.7. Xác định số

khâu, số khớp và bậc tự do của cơ cấu?

Hình 1.7: Lược đồ cơ cấu máy nghiền
1.4

Cho lượt đồ cơ cấu phanh má được biểu diễn trên hình 1.8. Xác định số khâu,

số khớp và bậc tự do của cơ cấu?

Hình 1.8: Lược đồ cơ cấu phanh má

11


CHƯƠNG 2: CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ
❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng
– Mơ tả cấu tạo và chuyển đông của cơ cấu bốn khâu bản lề
– Khảo sát và phân tích động học của cơ cấu bốn khâu bản lề
– Ứng dụng hợp lý cơ cấu cam trong truyền động cơ khí
❖ NỘI DUNG BÀI HỌC:

2.1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CƠ CẤU BỐN
KHÂU BẢN LỀ.
2.1.1 Nguyên lý, cấu tạo và chuyển động
Cơ cấu bốn khâu bản lề là dạng cơ bản của cơ cấu phẳng dùng khớp thấp. Trong
cấu tạo ln có một khâu cố định gọi là giá, một khâu có chuyển động quay với vận
tốc góc khơng đổi gọi là khâu dẫn, còn lại là khâu bị dẫn

Hình 2.1: Q trình làm việc và chạy khơng của cơ cấu tay quay - cần lắc
Quan sát hình 2.1: Trong cơ cấu này, khâu AB gọi là khâu dẫn, khâu BC gọi là
thanh truyền, khâu CD gọi là cần lắc, khâu AD gọi là giá.
Như vậy, quá trình chuyển động truyền từ khâu dẫn AB đến khâu bị dẫn CD phải
thơng qua thanh truyền BC. Khi đó thanh truyền thực hiện chuyển động song phẳng.
Xét chu kỳ chuyển động của khâu AB quay 1 vịng thì cần lắc CD thực hiện dao
động 1 góc C1Dˆ C2 , ta bảo cần lắc CD thực hiện khoảng chạy kép trên cung C1C2 . Hai

12


vị trí C1D và C2D được gọi là vị trí biên hay vị trí giới hạn. Ứng với hai vị trí biên tay
quay AB và thanh truyền BC đều ở vị trí thẳng hàng.
– Vị trí tay quay AB1 và thanh truyền B1C1 duỗi thẳng
– Vị trí trập giữa tay quay và thanh truyền là AB2 và B2C2
2.1.2. Điều kiện quay tồn vịng của khâu dẫn.
Để thiết kế cơ cấu bốn khâu bản lề gồm 1 tay quay và 1 cần lắc thì cần phải xác
định điều kiện về quan hệ kích thước giữa các khâu (hình 2.2)

Hình 2.2: Xác định vị trí của cơ cấu tay quay - cần lắc ứng với 2 vị trí biên C1D và
C2D của cần lắc
Cho biết kích thước các khâu: AB=b , BC=c , CD=d , DA=a
Mối quan hệ được thiết lập như sau :
Ta thấy: muốn cho tay quay AB quay toàn vịng và BC là cần lắc thì AB phải qua
hai vị trí là AB1 và AB2
Xét về mặt hình học, ứng với hai vị trí biên thì cơ cấu sẽ tạo thành hai tam giác
∆AC1D và ∆AC2D.
Xét  AC1D có:

AC1  AD + DC1

Xét  AC2D có :

AD  AC2 + C2 D

Trong đó:

Hay

b+c  a+d

AC2 = B2C2 – B2A = c - b

Hay:

a  c −b + d

Ta có thể viết:

a+b  c+d

Điều kiện được thiết lập như sau:

b+c  a+d

(2-1)

a+b  c+d
13


Chú ý: tùy thuộc vào sự chọn lựa khâu làm giá mà chuyển động cụ thể giữa các cơ
cấu sẽ khác nhau, được thể hiện bằng đinh lý Crashop.
Định lý Crashop (F.Grashop):
Cơ cấu bốn khâu bản lề có khâu quay tồn vịng khi và chỉ khi nào tổng chiều dài
của khâu ngắn nhất và khâu dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng tổng chiều dài của hai khâu
còn lại. Và khi đó :
a) Khi chọn khâu kề với khâu ngắn nhất làm giá thì khâu ngắn nhất là tay quay và

khâu đối diện với nó là cần lắc (hình 2.3a).
b) Khi chọn khâu ngắn nhất làm giá thì cả hai khâu nối giá đều là tay quay (hình
2.3b).
c) Khi chọn khâu đối diện với khâu ngắn nhất làm giá thì cả hai khâu nối giá đều là
cần lắc và khâu ngắn nhất sẽ quay tồn vịng.
B

3

C

2
B2

A

B1

C2

1

4
D

C1

(a)

b)

Hình 2.3

14


Thí dụ: Cho cơ tay quay cần lắc có lược đồ biểu diễn theo tỷ lệ xích đã chọn (hình
2.4)

Hình 2.4: Lược đồ cơ cấu tay quay - cần lắc
Kích thước của các khâu là: a=260mm; b=200mm; c= 300mm; d=80mm. Vậy
trong cơ cấu đã cho khâu nào là tay quay, khâu nào là cần lắc?
Bài giải
Xét cơ cấu ABCD (với AB=b, BC=c, CD =d, AD=a)
Áp dụng công thức (2-1) với khâu b là tay quay ta có :

b+c  a+d

a+b  c+d

Và

Thay số vào ta được : 200 + 300 > 260 + 80  500  340 (Sai)
Vậy: khâu b không phải là tay quay. Xét khâu d là tay quay và quay tồn vịng ta
có:

d +c  a+b
Và

a+d  c+b

Thay số được:

(đổi vị trí b và d ).

80 + 300 < 260 + 200  380  460 (Đúng)
260 + 80 < 300 + 200  340  500 (Đúng)

Như vậy: khâu d là tay quay, khâu b là cần lắc.
2.1.3. Biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề.
Hiện nay, cơ cấu bốn khâu bản lề đã được ứng dụng nhiều trong thực tế dưới
những dạng biến thể khác nhau.
Xét cơ cấu bốn khâu bản lề, cho khớp D →  theo phương ⊥ AD , cơ cấu sẽ trở
thành cơ cấu tay quay con trượt

15


Hình 2.5: Biến thể của cơ cấu tay quay - cần lắc
2.2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ
Phân tích động học của cơ cấu bao gồm việc giải 3 bài tốn:
1) Tìm quĩ đạo chuyển động các điểm thuộc các khâu của cơ cấu.
2) Xác định hành trình các điểm thuộc các khâu của cơ cấu.
3) Xác định vận tốc (đôi khi cả gia tốc trong trường hợp đơn giản) các điểm thuộc
khâu của cơ cấu
Có 2 phương pháp để tiến hành nghiên cứu:
– Phương pháp giải tích
– Phương pháp đồ thị
Nhưng ta sử dụng phương pháp đồ thị là chủ yếu để phân tích động học các cơ cấu.
2.2.1 Xác định quỹ đạo các điểm của khâu trên cơ cấu
Giả sử cho trước lược đồ cơ cấu tay quay - con trượt ở vị trí bất kỳ như hình vẽ.

Xác định quỹ đạo của điểm M trên thanh trền BC
Trình tự để xác định quỹ đạo của điểm M trên thanh trền BC được tiến hành như
sau:
– Vẽ lược đồ cơ cấu theo tỉ lệ xích tự chọn, cơng thức biểu thị tỉ lệ xích kích
thước cơ cấu là:

16


1 =

l AB  m 
=
AB  mm 

Hình 2.6: Xác định quỹ đạo điểm M thuộc thanh truyền BC của cơ cấu
Sau khi vẽ ta định được đoạn BM tương ứng trên thanh BC (dĩ nhiên cho trước lBM
hoặc lMC)
– Việc xác định quỹ đạo của điểm M chẳng qua là việc tìm nhiều vị trí của thanh
truyền BC, có nghĩa là xác định các vị trí của cơ cấu.
Muốn vậy ta chia vòng tròn tay quay AB ra n phần bằng nhau (n càng lớn thì quỹ
đạo điểm M càng chính xác). Ở đây ta chia n=8 phần. Tức là xác định 8 vị trí tay quay
là AB1, AB2, …,AB8.
– Ứng với các vị trí tay quay ta xác định dễ dàng vị trí các khâu của cơ cấu bằng
cách lấy B1, B2, … làm tâm mở khẩu độ compa quay các cung bán kính r=BC các cung
nàu cắt quỹ đạo con trượt C tại các điểm C1, C2, …,C8. Nối 8 vị tri B1C1, B2C2, … ta
được 8 vị trí của thanh truyền và tất nhiên là được 8 vị trí của điểm M là M1, M2,…,M8
– Nối các điểm M1, M2,…,M8 bằng một đường cong thì ta được quỹ đạo của điểm
M cần tìm
2.2.2 Phân tích động học cơ cấu tay quay con trượt

Cơ cấu tay quay - con trượt cho như hình 2.7 là loại cơ cấu tay quay - con trượt
trùng tâm. Khoảng chạy con trượt C bằng chiều dài đường kính vịng trịn tay quay.
Ta hãy xác định khoảng chạy, vận tốc của con trượt C ở các thời điểm (vị trí) bất
kỳ. Dùng phương pháp đồ thị để tiến hành phân tích động học cơ cấu
Giả sử cho các điều kiện ban đầu là: chiều dài các khâu là lAB = 0,1m , lBC = 0,4m
tay quay quay đều với vận tốc n = 120 vòng/phút.

17


Hình 2.7: Lược đồ cơ cấu tay quay - con trượt
Q trình phân tích động học con trượt C được tiến hành theo trình tự sau :

Hình 2.8: Phân tích động học cơ cấu tay quay – con trượt C
18


a. Vẽ lược đồ cơ cấu - chọn tỷ lệ xích:
1 =

lAB 0,1
 m 
=
= 0, 005 
AB 20
 mm 

Từ đó ta vẽ được lượt đồ cơ cấu như hình 2.8a
b. Đồ thị biến thiên hành trình của con trượt.
Chia vòng tròn tay quay n = 8 phần bằng nhau (hình 2.8a), tương ứng với các vị trí

của tay quay là AB0, AB1, ..., AB8 (  AB0).
Tương tự ta xác định các vị trí tương ứng của con trượt C: lấy các điểm B 0, B1,...
làm tâm, mở khẩu độ compa có bán kính r = BC =

lBC
0, 4
=
= 80mm quay các
1 0, 005

cung, các cung này cắt quĩ đạo Ax của con trượt tại các điểm C0, C1,... Các đoạn C0C1,
C0C2,… biểu thị khoảng chạy tương ứng của con trượt C ứng với mỗi góc quay của tay
quay theo một tỷ lệ xích đã chọn. Khoảng chạy được tính như sau:
s1 = C 0 C1  1 = chiều dài đo được trên quĩ đạo C* 1 .

Như vậy, ta hoàn toàn xác định được các khoảng chạy thực của con trượt: s1, s2, ...,
s8.
Trên cơ sở đó, vẽ đồ thị biến thiên hành trình (hình 2.8b). Lập hệ trục tọa độ xOy,
trục hoành Ox biểu thị thời gian của tay quay quay một vòng (đồ thị hành trình lập cho
chu kỳ là 1 vịng quay của tay quay theo tỷ lệ xích nhất định).

60
1  s 
=
120 120 240  mm 

Chọn:

t =

Trong đó:

60
= t là thời gian tay quay quay một vịng .
120

Trên trục hồnh Ox chia 8 phần bằng nhau 0-1, 1-2, 2-3,...
Trục tung Oy biểu thị khoảng chạy của con trượt theo tỷ lệ xích:
s =

smax C0C4  1 2l AB
=
=
ymax
ymax
ymax

Để thuận tiện, ta chọn:
Tức là :

s = 1 do đó ymax = C0C4

y1 = C0C1 , y2 = C0C2 ...
19


Trên các đường gióng kẻ từ các điểm 1, 2, 3, ...song song với tung độ Oy đặt các
đoạn 1–s1 = C0C1, 2–s2 = C0C2, ... ta được các điểm s1, s2 ... s8 xác định. Nối các điểm
này lại bằng một đường cong ta được đồ thị biến thiên hành trình của con trượt.
c. Đồ thị biến thiên vận tốc của con trượt.

Đồ thị biến thiên vận tốc của con trượt được thiết lập với các giá trị vận tốc trung
bình:
Vtb =

s
t

Ứng với mỗi khoảng chạy của con trượt, ta tính được trị số vận tốc trung bình của
nó là: s = s 2 − s1...
t =

Vậy:

t
60
1
s
=
=
12 120  12 24

vtb1 =
vtb 2 =

s2 − s1 a1s2  1  m 
=
t
t  s 

s3 − s2 a2 s3  1  m 

...
=
t
t  s 

Các đoạn  1 s 2 ,  2 s3 ... được chú thích trên hình 2.8b.
Từ đó, ta tính được giá trị vtb ở 8 vị trí. Để vẽ đồ thị biến thiên vận tốc ta dựng hệ
tọa độ x1O1y1. Trục hoành O1x1 biểu thị thời gian t cùng tỷ lệ xích với đồ thị hành
trình. Trục tung O1y1 biểu thị vận tốc trung bình của con trượt theo tỷ lệ xích:

Dựng các tung độ biểu thị các trị số vận tốc là các đoạn 11–v1, 21–v2... rồi nối các
điểm v1, v2 ... bằng một đường cong ta được đồ thị biến thiên vận tốc (hình 2.8c).
Chú ý: thơng thường các tung độ 11–v1, 21–v2 ... thường được dựng ở vị trí là các
đường gióng ở giữa những phần chia của hồnh độ.
Nhận xét: tại hai vị trí giới hạn con trượt C có v = 0 và đổi chiều. Sau khi có đồ thị
biến thiên hành trình và vận tốc, ta dễ dàng tính được khoảng chạy và vận tốc của con
trượt tại vị trí bất kỳ của tay quay. Thí dụ: tại vị trí tay quay quay 1 góc có hoành độ
biểu diễn là đoạn ob và vận tốc của con trượt như sau: qua b kẻ đoạn song song với
tung độ được các đoạn: bs’ và cv’. Do đó:
Khoảng chạy thực của con trượt là: s = b − s '   s  m 
20


Và vận tốc là :

m
v = c − v '  v  
s

2.2.3. Phân tích động học cơ cấu Cu-lit

Cơ cấu Cu-Lít là một dạng biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề, có nhiệm vụ biến
chuyển động quay của khâu dẫn thành chuyển động quay của khâu bị dẫn (quay liên
tục tồn vịng hoặc lắc qua lại một góc)
Hình 2.9 biểu diễn lược đồ của cơ cấu Cu-lit dùng trong máy bào ngang (phát triển
dưới dạng cơ cấu 6 khâu)
Nguyên tắc truyền động: khâu dẫn là tay quay OA quay đều với vận tốc góc khơng
đổi quanh O. Đầu A lắp con trượt truyền chuyển động làm cho cần lắc CB lắc qua lại
quanh C một góc, cung KK biểu thị quỹ đạo đầu B của cần lắc. Đầu B có lắp thêm con
trượt (trượt tương đối trong rãnh trượt D) có nhiệm vụ truyền chuyển động làm cho
đầu bào MN chuyển động tịnh tiến qua lại (gọi là hành trình kép)
Đặc điểm truyền động của cơ cấu: biến chuyển động quay đều của khâu dẫn thành
chuyển động lắc của khâu bi dẫn.

Hình 2.9 : Lược đồ của cơ cấu Cu-lit dùng trong máy bào ngang
Xét chu kỳ trong một vòng tay quay ta thấy: tay quay OA quay 1 vịng thì cần lắc
CB lắc qua một góc B0Cˆ B0' (hình 2.9b) làm cho đầu máy MN thực hiện một hành trình
kép với khoảng chạy H. Đặc điểm cần chú ý đối với cơ cấu Cu-Lít dùng trong máy bào
ngang là khi tay quay OA quay góc  (thời gian để quay góc đó gọi là t  ) thì cần lắc
21


CB lắc một góc B0' Cˆ B0 và đầu máy thực hiện khoảng chạy H, ứng với khoảng chạy này
đầu máy làm việc (gọi là quá trình cắt). Tay quay quay tiếp góc  (thời gian tương
ứng là t  ) cần lắc đảo chiều và lắc một góc B0Cˆ B0' lúc này đầu máy cũng đảo chiều và
thực hiện một khoảng chạy H (q trình chạy khơng). Ta biết t  > t  , như vậy quá
trình làm việc chuyển động chậm hơn q trình chạy khơng. Trong thực tế sản xuất đối
với máy bào ngang thì đây là một yêu cầu vì trong suốt quá trình làm việc dao bào
thực hiện việc cắt gọt nên đòi hỏi phải có vận tốc nhất định để thỏa mãn yêu cầu bề
mặt gia cơng của sản phẩm, q trình chạy khơng dao bào khơng cắt gọt nên cần có
vận tốc nhanh để giảm thời gian phụ.

Hình 2.9b biểu thị quan hệ động học và hình học của cơ cấu Cu-lít trong máy bào
ngang. Hai vị trí B0C và B0C là hai vị trí biên của cần lắc, đoạn B0 B0 biểu thị khoảng
chạy H của đầu máy.
Xét hai tam giác đồng dạng CEB0 và CA0O ta có:
B'0 E B0 'C
H l l
=
hay . =
'
OA 0 OC
2 r a

Từ đó, ta rút được công thức thiết lập quan hệ giữa khoảng chạy H và chiều dài
khâu dẫn OA

H=

(2-2)

 0 = 360 − 
0

Tính các góc  và  :
Xét  CA0O có: cos

2.r.l
a


2

=

0

OA0 r
=
OC a

(2-3a)
(2-3b)

Trong cơng thức (2-2) với a và l là các hằng số, r là chiều dài tay quay (có thể thay
đổi tùy theo yêu cầu về khoảng chạy H của đầu máy).
Tương tự như cơ cấu tay quay con trượt, ta đi thiết lập đồ thị biến thiên hành trình
và vận tốc của đầu máy (để đơn giản gọi tắt là thanh trượt C) ứng dụng với các số liệu
như sau:
Khâu dẫn là tay quay quay đều với vận tốc n = 30 vịng/phút và các kích thước lOA
= r = 0,12m , a = 0,54m , lBC = l =0,9m.
Tính khoảng chạy H theo cơng thức (2-2):

22


H=

2.r.l 2.0,12.0, 9
=
 0, 4m
a

0, 54

Thời gian để tay quay quay một vòng là: t =

60
= 2 s 
30

Thời gian để tay quay quay một góc  (ứng với thời gian làm việc)

t  = t − t
Thời gian để tay quay quay một góc  (thời gian chạy khơng):
 r 0,12
cos = =
 0, 222
2 a 0, 54

Suy ra: góc


= 77010/ hay = 1540 20/
2

và góc  = 3600 − = 3600 − 1540 20/ = 205040/
1540 20/
t  = 2.
 0,83 s 
3600

Do đó: t  = 2 − 0, 83 = 1,17 s 

a. Vẽ lược đồ cơ cấu như hình 2.10 theo tỷ lệ xích:
1 =

0, 4
 m 
= 0, 0058 

68
 mm 

b. Đồ thị biến thiên hành trình và vận tốc của thanh trượt C.
Chia vịng trịn bán kính tay quay ra n phần. Ở đây chia n=8 (ứng với  có 5 phần
tử A0…A5, ứng với góc quay  có 3 phần tử A5…A8 . Với các vị trí A0…A8 xác định
được các vị trí của cần lắc BC là C–0, C–1, C–2, ... (các điểm 0,1,2... nằm trên cung
KK). Từ các điểm này kẻ các đường thẳng đứng sẽ cắt quĩ đạo của thanh trượt C tại
các điểm 0, 1, 2, ... các đoạn 0–1, 0–2, ...biểu thị các khoảng chạy s1, s2,... của thanh
trượt C theo tỷ lệ xích 1 .

23


Hình 2.10: Biểu diễn lược đồ và phân tích chuyển động của cơ cấu Cu-lít trong
máy bào ngang
Lập hệ trục tọa độ Ost (hình 2.11-a) có trục Os biểu thị khoảng chạy theo tỷ lệ xích

1 , trục hồnh Ot biểu thị thời gian t theo tỷ lệ xích: t =

t  s 
Ox  mm 

Trên trục hoành chia đoạn Ox ra 8 phần ứng với t  và t  , gióng song song với tung
độ rồi đo các đoạn s1, s2,... ta được đồ thị biến thiên hành trình của thanh trượt

Hình 2.11: Biểu diễn đồ thị hành trình và đồ thị vận tốc của thanh trược C trong cơ
cấu Cu-lít của máy bào ngang
24


Để vẽ đồ thị biến thiên vận tốc của thanh trượt C ta tính các trị số vận tốc trung
bình:
vtb =

si
t

Nhưng ở đây cần chú ý đến vận tốc lúc làm việc vtb và vận tốc lúc chạy không
vtb . Như vậy, ta có :

t =

t 1,17
=
= 0, 23 s 
5
5

t =

t 0,83
=

= 0, 27  s 
3
3

Chú ý: 5 và 3 là số phần chia trên hoành độ biểu thị khoảng thời gian trong mỗi
góc quay của tay quay.
Ta tính được các giá trị vtb và vtb . Lập hệ trục tọa độ tO1v (hình 2.11-b) trục tung
biểu thị vận tốc của thanh trượt C theo tỷ lệ xích :
v =

vtb  m 
y  s.mm 

Trục hoành cũng với tỷ lệ xích như hình (2.11-a) ta vẽ được đồ thị biến thiên vận
tốc của thanh trượt C.
2.3 ỨNG DỤNG CỦA CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ.
Cơ cấu bốn khâu bản lề nói riêng và cơ cấu các thanh nói chung (từ cơ sở là cơ cấu
bốn khâu phát triển thành nhiều khâu) có những ưu điểm nổi bật sau:
− Truyền động với khả năng chịu tải lớn.
− Cấu tạo và chế tạo các khâu, khớp đơn giản
− Thay đổi kích thước động học trên các khâu có thể tiến hành dễ dàng
− Tuy nhiên cũng tồn tại những nhược điểm :
+ Cơ cấu khó thực hiện một cách chính xác các qui luật chuyển động cho trước
trong trường hợp cơ cấu có nhiều khâu dễ gây ra tổn thất cơng và có hiện tượng tự
hãm.
+ Có những trường hợp không thực hiện được qui luật chuyển động khi bố trí
cơ cấu bốn khâu hoặc nhiều khâu.
Hiện nay, cơ cấu bốn khâu bản lề được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật.
+ Cơ cấu bốn khâu bản lề nhằm truyền động và biến đổi chuyển động.
25