Đang tải... (xem toàn văn)
§1 CHƯƠNG 1 CẤU TẠO CƠ CẤU I Khái niệm cơ bản 1 Chi tiết máy và khâu Chi tiết máy (tiết máy) là một bộ phập của máy mà không thể tách rời được nữa Máy thì gồm nhiều tiết hay bộ phận của máy lắp với nh.
CHƯƠNG CẤU TẠO CƠ CẤU I Khái niệm Chi tiết máy khâu - Chi tiết máy (tiết máy): phập máy mà khơng thể tách rời Máy gồm nhiều tiết hay phận máy lắp với tạo thành hệ thống - Khâu: cấu máy, tồn phận có chuyển động tương đối so với phận khác gọi khâu Thành phần khớp động khớp động - Bậc tự khâu + Một khả chuyển động độc lập hệ qui chiếu bậc tự + Giữa hai khâu mặt phẳng bậc tự do: Tx, Ty, Qz + Giữa hai khâu không gian bậc tự do: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz - Nối động: để tạo thành cấu, khâu rời mà phải liên kết với theo qui cách xác định đó, cho nối với khâu khả chuyển động tương đối nối động khâu Thành phần khớp động, khớp động + Khi nối động, khâu có thành phần tiếp xúc Tồn chỗ tiếp xúc hai khâu gọi thành phần khớp động + Hai thành phần khớp động ghép nối động hai khâu hình thành nên khớp động Phân loại khớp động - Theo số bậc tự bị hạn chế: Khớp động loại k hạn chế k bậc tự hay có k ràng buộc - Theo đặc điểm tiếp xúc + Khớp cao: thành phần khớp động điểm hay đường + Khớp thấp: thành phần khớp động mặt Lược đồ Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, khớp biễu diễn hình vẽ lược đồ qui ước Các khâu thể qua lược đồ đơn giản gọi lược đồ khâu Trên lược đồ khâu phải thể đầy đủ khớp chuyển động, kích thước có ảnh hưởng đến chuyển động khâu chuyển động cấu Chuỗi động: nhiều khâu nối với tạo thành chuỗi động Phân loại chuỗi động: • Chuỗi động kín • Chuỗi động hở • Chuỗi động phẳng • Chuỗi động khơng gian - Cơ cấu: Cơ cấu chuỗi động có khâu cố định chuyển động theo qui luật xác định Khâu cố định gọi giá - Phân loại cấu: tương tự chuỗi động II Bậc tự cấu Định nghĩa - Bậc tự (bậc tự do) cấu thông số độc lập cần thiết để xác định hoàn toàn vị trí cấu, số khả chuyển động tương đối độc lập cấu Tính bậc tự cấu khơng gian (trường hợp tổng quát) W = W0 – R Trong đó: W0 – bậc tự tổng cộng khâu động để rời R – số ràng buộc tất khớp động cấu W – bậc tự cấu Số bậc tự cấu Một khâu để rời không gian có bậc tự bậc tự tổng cộng n khâu động W0 = 6n Số ràng buộc chứa cấu Khớp loại k hạn chế k bậc tự Nếu gọi p k số khớp loại k chứa cấu tổng ràng buộc pk khớp loại k gây nên k.pk Do R = ∑ pk k k =1 thực tế số ràng buộc thường nhỏ giá trị cấu tồn ràng buộc trùng Ví dụ: Xét cấu khâu lề + Ràng buộc trực tiếp: ràng buộc hai khâu khớp nối trực tiếp hai khâu gọi ràng buộc trực tiếp + Ràng buộc gián tiếp: tháo khớp A, khâu có ràng buộc gián tiếp + Ràng buộc trùng: nối khâu khớp A, chúng có ràng buộc trực tiếp sau ràng buộc trùng Ràng buộc trùng xảy khớp đóng kín cấu Gọi R0 số ràng buộc trùng tổng số ràng buộc cấu: R = ∑ kpk − R0 k =1 Cơng thức tính bậc tự cấu không gian W=6n- ∑ kp k − R0 ÷ k=1 Ví dụ: Tính bậc tự cấu khâu lề Số khâu động n=3 Số khớp loại p5 = Số ràng buộc trùng R0 = Bậc tự cấu W = 6x3-(5x4-3) = bậc tự Ví dụ: Tính bậc tự cấu bàn tay máy Bậc tự cấu phẳng Số bậc tự cấu Một khâu để tự mặt phẳng có bậc số bậc tự tổng cộng n khâu động: W0 = 3n Số ràng buộc chứa cấu Cơ cấu phẳng có hai loại khớp - Khớp loại chứa ràng buộc - Khớp loại chứa ràng buộc Tổng số ràng buộc cấu: R = p4 + 2p5 – R0 Ví dụ: Tính bậc tự cấu chêm hình vẽ - Cơ cấu tòan khớp lọai với n = 2, p5 = - Chọn hệ qui chiếu gắn với giá Ví dụ: Tính bậc tự cấu hình bình hành Cơ cấu tồn khớp loại với: n = 4, k = 5, pk = - Bậc tự cấu W = 3x4 – (2x6) = bậc tự - Trên thực tế cấu làm việc điều có mâu thuẫn khơng ? - Chú ý khâu khơng có tác dụng chuyển động cấu ABCD - Nếu bỏ khâu ra, cấu thành cấu khâu lề với bậc tự - Khi thêm khâu khớp E, F vào + thêm khâu (EF) thêm bậc tự + thêm khớp loại (E, F) thêm ràng buộc thêm ràng buộc - Gọi r số ràng buộc thừa có cấu, bậc tự cấu phẳng W = 3n – (2p5 + p4 - r) - Trong cấu hình bình hành trên, r = W = 3x4 – (2x6-1) = bậc tự - Trong thực tế cấu có bậc chuyển động lăn lăn quanh khớp B không ảng hưởng đến chuyển động có ích cấu nên không kể vào bậc tự cấu - Bậc tự thêm vào mà không làm ảnh hưởng đến chuyển động cấu gọi bậc tự thừa, kí hiệu s - Trở lại cấu cam W = 3x3 – (2x3+1-0) – = btd Tóm lại cơng thức tính bậc tự - cấu không gian o W = 6n - ∑ kp k − R0 ÷ k =1 - cấu phẳng trừ cấu chêm o W = 3n - ( 2p5 + p4 − r ) − s Với n: số khâu động k: loại khớp động pk: số khớp loại k P: số ràng buộc trùng r: số ràng buộc thừa s: số bậc tự thừa Ý nghĩa bậc tự – Khâu dẫn khâu bị dẫn III Nhóm tĩnh định Nguyên lý tạo thành cấu Một cấu có W bậc tự cấu tạo thành W khâu dẫn nhóm có bậc tự zero W= W +0+…+0 Khâu dẫnnhóm có bậc tự = Nhóm tĩnh định Nhóm tĩnh định nhóm cân hay chuyển động, có bậc tự zero phải tối giản (tức khơng thể chia thành nhóm nhỏ nữa) Đối với nhóm tĩnh định tồn khớp thấp Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định Khi tách nhóm tĩnh định phải theo nguyên tắc sau + Chọn trước khâu dẫn giá + Sau tách nhóm, phần cịn lại phải cấu hồn chỉnh khâu dẫn + Tách nhóm xa khâu dẫn trước dần đến nhóm gần + Khi tách nhóm, thử tách nhóm đơn giản trước, nhóm phức tạp sau Ví dụ: Tách nhóm tĩnh định cấu động diezen, cấu bơm động oxy IV Thay khớp cao khớp thấp - Trong cấu phẳng, thường có khớp cao lọai 4, để tách thành nhóm tĩnh định cấu phẳng toàn khớp thấp thay khớp cao thành khớp thấp đảm bảo chuyển động cấu W = x - (1 + x 2) = bậc tự bậc tự W = x – (2 x 4) = - Thay khớp cao khớp thấp phải đảm bảo hai điều kiện + bậc tự cấu không thay đổi + quy luật chuyển động không đổi - Nguyên tắc: dùng khâu hai khớp lề đặt lề tâm cong thành phần khớp cao điểm tiếp xúc - Ví dụ: Thay khớp cao khớp thấp cấu cam cần lắc đáy - Sự thay khớp cao khớp thấp khơng phải để xem xét nhóm tĩnh định mà việc phân tích động học cấu thay cho biết định tính định lượng cấu thay vị trí xem xét + Bánh thẳng, có nằm song song với trục bánh + Bánh nghiêng, có nằm nghiêng với góc nghiêng β Bánh thẳng - Cách tạo mặt than - Cách tạo mặt thân thân khai tương tự cách tạo đường thân khai biên dạng với ý yếu tố điểm, đường yếu tố đường, mặt - Những đặc điểm ăn khớp bánh thẳng giống đặc điểm ăn khớp xét bánh tiết diện với ý + Các yếu tố yếu tố đường Ví dụ: điểm vào khớp, điểm khớp đường vào khớp, khớp + Các yếu tố đường yếu tố mặt Ví dụ: đường ăn khớp, vịng chia mặt ăn khớp, mặt trụ chia - Ngồi thơng số xét, cịn có thơng số: chiều dày bánh B - Từ tính chất tạo hình mặt thân khai tiếp xúc theo đường thẳng song song với trục bánh - Chiều dày bánh B lớn, việc đảm bảo cho bánh tiếp xúc ồn tồn tịan theo đường tiếp xúc khó Bánh nghiêng a Cách tạo mặt thân khai - Cách tạo mặt - Từ cách tạo hình tính chất mặt ốc thân khai + Tiết diện mặt trụ sở pháp diện mặt xoắn ốc thân khai ngược lại Giao tuyến tiết diện mặt trụ sở mặt trụ soắn ốc thân khai đường thẳng, tạo với đường sinh mặt trụ góc β + Tiết diện ngang mặt xoắn ốc thân khai đường thân khai vòng tròn + Trên mặt trụ sở, vết mặt xoắn ốc thân khai đường xoắn ốc có góc nghiêng β - Từ tính chất mặt xoắn ốc thân khai + Tiết diện thẳng góc với trục bánh nghiêng bánh thân khai vòng tròn xem bánh trụ nghiêng hình khối tiết diện ngang bánh thẳng tương ứng tạo tiết diện chuyển động theo trục thẳng góc xuyên tâm nó, với góc xoắn β + Các bánh nghiêng tiếp xúc theo đường thẳng b Thông số hình học bánh nghiêng - Ngồi thông số giống thông số bánh thẳng, bánh nghiêng cịn thơng số sau + Góc nghiêng mặt trụ sở β + Góc nghiêng mặt trụ chia β - Gọi h bước xoắn ốc, ta có 2π r0 tan β h ⇒ tan β = 2π r0 2π tan β cosα tan β = = = h hcosα cosα tan β = - Bước ngang ts , môđun ngang ms - Bước pháp tn , môđun pháp mn ts = πd d 2r , ms = = z z z tn = ts cosβ , mn = mcosβ ta = tn / sinβ , ma = mn / sinβ - Bước dọc ta , môđun dọc ma c Bánh thay bánh nghiêng - Để tiện cho việc giải số toán cấu tạo động lực học cặp bánh nghiêng qui toàn trường hợp bánh thẳng, đơn giản quen thuộc nhờ khái niệm bánh thay - Xét mặt phẳng vng góc điểm P với đường mặt trụ chia Giao tuyến mặt phẳng mặt trụ chia đường ellipse Có coi gần đường ellipse này, lân cận chỗ ăn khớp, trùng với đường tròn nội tiếp Tại thời điểm xét, coi ăn khớp cặp bánh nghiêng ăn khớp cặp bánh thẳng có vịng chia vịng mật tiếp - Bán kính vịng mật tiếp P bán kính cong lớn ellipse - Bán kính vịng mật tiếp bán kính cong lớn ellipse a2 ρ= b r r a= ⇒ r'= ρ = cosβ cos β b=r - Bánh giả định có bán kính bán kính vịng mật tiếp gọi bánh thay - Môđun bánh mật tiếp m ' = mn = ms cosβ - Số bánh thay z ' = - Số z 'min = 17 ⇒ zmin - 2r ' 2r d d = = = 2 m ' mn cos β mn cos β ms cos3 β tối thiểu = z 'min cos β = 17cos β bánh thay Khái niệm bánh thay cho phép quy việc tính tốn cặp bánh nghiêng việc tính tốn cặp bánh thẳng d Ưu nhược điểm bánh nghiêng Ưu điểm + Hệ số trùng khớp lớn Bánh nghiêng ăn khớp êm bánh thẳng + Số tối thiểu nhỏ 17 ( zmin = 17cos β ) kính thước nhỏ gọn bánh thẳng điều kiện làm việc - Nhược điểm + Tồn lực dọc trục Bánh chữ V CHƯƠNG 5: CƠ CẤU BÁNH RĂNG KHÔNG GIAN I Bánh trụ chéo Đặc điểm cấu tạo - Là cấu bánh trụ tròn nghiêng dùng truyền động chuyển động hai trục chéo - Hai mặt lăn hai bánh tiếp xúc điểm P - Hai giao tuyến mặt với mặt lăn bánh răng, a1 a2 hai đường xoắn ốc tiếp xúc P - Hai đường sinh p1 p2 qua P hai mặt trụ lăn tiếp tuyến tt hai đường a1 a2 nằm tiếp diện chung hai mặt lăn - Góc nghiêng mặt bánh β1 = ∠ ( p1 , tt ) , β = ∠ ( p2 , tt ) - Khoảng cách tâm O1O2 đường vng góc chung hai bánh (đi qua P) O1O2 = A = O1 P + O2 P = r1 + r2 Tỉ số truyền - Quan hệ vận tốc r r r v P2 = v P1 + v P2 P1 ⊥ p2 p2 ⊥ p1 p1 // tt ω2 r2 ω1r1 vP1 sin β1 + vP2 sin β - Tỉ số truyền vP1 cosβ1 = vP2 cosβ ω1 r2 cosβ = ⇒ i12 = ω2 r1cosβ1 ω1r1cosβ1 = ω2 r2 cosβ - Gọi ms , ms , z1 , z2 môđun ngang số ms2 z2 cosβ m z cosβ mn z2 s 2 i12 = = = ms1 z1cosβ1 mn1 z1 ms1 z1cosβ1 - Điều kiện ăn khớp tn1 = t n2 = t n mz z ⇒ i12 = n = mn z1 z1 mn1 = mn2 = mn - Thường dùng cặp bánh với δ = 900 - Ưu điểm + Có thể chọn thông số để thỏa mãn tỉ số truyền cho trước i12 = ω1 r2 cosβ = ω2 r1cosβ1 + Khi thiết kế, muốn đổi chiều quay bánh chiều quay bánh lại không thay đổi, không cần thêm bánh trung gian mà cần đổi góc nghiêng cho δ = 180 − ( β1 + β ) Điều dễ thực δ = 900 Đặc điểm tiếp xúc - Cặp bánh trụ chéo tiếp xúc theo điểm - Tại điểm tiếp xúc có vận tốc tương đối nên mặt mau mịn mịn khơng II Cơ cấu trục vít – bánh vít - Đặc điểm cấu tạo Cơ cấu trục vít – bánh vít cấu bánh trụ chéo đặc biệt với + góc giao hai trục δ = β1 + β = 900 truyền động hai trục vng góc với + β1 lớn (có thể đến 860) nên đường thành đường xoắn ốc quấn mặt trụ Số gọi số mối ren z1 = ÷ Bánh gọi trục vít, bánh cịn lại gọi bánh vít Tỉ số truyền - Như cặp bánh trụ chéo i12 = ω1 r2 cosβ = ω2 r1cosβ1 - Ưu điểm: số mối ren ( z1 ) số bánh vít ( z2 ) nhiều nên tỉ số truyền lớn - Trong số trường hợp, truyền trục vít – bánh vít truyền động theo chiều từ trục vít đến bánh vít (tự hãm theo chiều ngược lại) Đặc điểm tiếp xúc - Bộ truyền trục vít – bánh vít tiếp xúc điểm có vận tốc trượt - Vận tốc trượt truyền trục vít – bánh vít lớn nên mau mòn, ma sát lớn, hiệu suất thấp Để khắc phục, người ta thay đổi cấu tạo bánh vít + Bánh vít lõm: bánh vít mặt trụ tròn xoay mà đường sinh cung tròn cho bánh vít ơm lấy trục + Trục vít lõm (trục vít globoit): trục ví ơm lấy bánh vít III Cơ cấu bánh nón - Cấu tạo bánh nón Xét cặp bánh hình trụ thẳng: đường sinh mặt trụ chân răng, trụ đỉnh răng, trụ lăn, trụ chia… đường tiếp xúc hai bánh song song song song với tâm quay hai bánh đường cắt điểm O vô cực ( ∞ ) - Tưởng tượng dịch chuyển O gần đường tiếp xúc hai + mặt trụ trở thành mặt nón đỉnh O mặt nón chân răng, nón đỉnh răng, nón lăn, nón chia… + mặt phẳng đáy trở thành mặt cầu tâm O + mặt trụ thân khai trở thành mặt nón thân khai bánh hình trụ thân khai trở thành bánh hình nón thân khai - Thơng số hình học bánh nón thẳng Kích thước đặc trưng cho bánh nón quy định kích thước đáy lớn Để thuận tiện, thay mặt cầu đáy lớn mặt nón tiếp xúc với mặt cầu - Môđun (trên đáy lớn) m = t π - Bán kính vịng chia r1,2 = tz1,2 2π = mz1,2 - Chiều cao đầu h ' = m - Chiều cao chân h " = 1, 25m - Bán kính vòng đỉnh re = r1,2 + h ' cosϕ1,2 = 1,2 - Bán kính vịng chân re1,2 = r1,2 − h " cosϕ1,2 = - Chiều dài nón L = m ( z1,2 − 2,5cosϕ1,2 ) r1,2 sin ϕ1,2 Bánh thay bánh nón thẳng m ( z1,2 + 2cosϕ1,2 ) - Bánh tưởng tượng có bán kính r '1 r '2 gọi bánh thay bánh nón thẳng - Mơđun (trên đáy lớn) m = - Bán kính vịng chia r '1,2 = - Số thay ztt = 1,2 t π r1,2 cosϕ 2r '1,2 m = 2r '1,2 mcosϕ = z1,2 cosϕ1,2 Các dạng truyền động cặp bánh nón Xét cặp bánh nón nghiêng với góc nghiêng mặt nón β1 , β β1 = − β : cặp bánh nón truyền chuyển động hai trục giao - Tỉ số truyền ω1r1 = ω2 r2 ⇒ i12 = ω1 r2 OP sin ϕ2 sin ϕ2 = = = ω2 r1 OP sin ϕ1 sin ϕ1 - Truyền động hai trục giao tiếp xúc theo đường thẳng d + bánh nón thẳng d qua đỉnh nón + bánh nón nghiêng d khơng qua đỉnh nón - Tại điểm tiếp xúc mặt nón lăn khơng có vận tốc trượt tương đối Xét cặp bánh nón nghiêng với góc nghiêng mặt nón lăn β1 , β 2 β1 ≠ − β : cặp bánh nón truyền chuyển động hai trục chéo - Cặp bánh nón chéo (hypoid) - Cặp bánh hoàn toàn tương ứng với cặp bánh trụ chéo - Tỉ số truyền i12 = ω1 z2 r2 cosβ = = ω2 z1 r1cosβ1 - Đặc điểm tiếp xúc: tiếp xúc theo điểm có vận tốc trượt tương đối nên mặt mau mịn mịn khơng CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG BÁNH RĂNG I Đại cương Hệ thống bánh hệ thống bao gồm nhiều bánh ăn khớp nhau, tạo thành chuỗi Công dụng a Thực mộ tỉ số truyền lớn d Thay đổ tỉ số truyền b Truyền động hai trục x c Thay đổ chiều quay d Tổng hợp hay phân chia chuyển động quay Phân lọai (theo đặc tính động học) - Hệ thống bánh thường: tâm quay tất bánh cố định - Hệ thống bánh vi sai: cặp bánh ăn khớp có bánh có tâm quay di động - Hệ thống bánh hỗn hợp: hệ thống gồm hệ thống bánh thường vi sai - Tỉ số truyền cặp bánh i12 ≡ ω1 n1 r z = =± =± ω2 n2 r1 z1 Với quy ước dấu (+) hai bánh quay chiều (ăn khớp trong) (-) hai bánh quay ngược chiều (ăn khớp ngòai) i15 = ω1 ω1 ω2 ω3 ω4 = × × × = i12 × i23 × i34 × i45 ω5 ω2 ω3 ω4 ω5 z z z z z ×z ×z ⇒ i15 = − ÷ + ÷ − ÷ − ÷ = ( −1) z1 × z '2 × z '3 z1 z '2 z '3 z4 - Từ tốn ta có nhận xét z z z z z ×z ×z ⇒ i15 = − ÷ + ÷ − ÷ − ÷ = ( −1) z1 × z '2 × z '3 z1 z '2 z '3 z4 + Sau lần qua cặp bánh ăn khớp ngồi, vận tốc góc đổi chiều lần dấu tỉ số truyền phụ thuộc vào số cặp bánh ăn khớp + Bánh ăn khớp đồng thời với hai bánh trục trước trục sau không ảnh hưởng đến tỉ số truyền hệ Các bánh gọi bánh nối không - Tổng quát ta viết cơng thức tính tỉ số truyền hệ thống bánh thường sau i1n = ( −1) m ∏z ∏z bi _ dong m: số bánh ăn khớp chu _ dong - Nếu hệ có cặp bánh khơng gian (hệ bánh không gian), công thức dùng để tính tỉ số truyền hệ ý dấu biểu thức khơng cịn ý nghĩa chiều quay trục quay hệ thống bánh không gian xác định trực tiếp hình vẽ II Phân tích động học hệ thống bánh vi sai - Giả sử bánh cần C quay chiều hình vẽ - Bằng phương pháp đổi giá, chọn cần C làm giá, tức xem cấu quay quanh OC với vận tốc −ωC hệ trở thành hệ thống bánh thường - Gọi i12C tỉ số truyền bánh chuyển động tương đối cần C ω1C = ω1 − ωC C ω2 = ω2 − ωC ω1C ω1 − ωC = ω2C ω2 − ωC ω1 − ωC z =− ⇒ z1 z ω2 − ωC i12C = − z1 ⇒ i12C ≡ - Ví dụ 1: Xét cấu ω3 − ωC z' =− 2 ω2 − ωC z3 z2' z1 C C C ⇒ i = i × i = − ' ÷ − 31 32 21 ω2 − ωC z1 z3 z2 C i21 ≡ =− ω1 − ωC z2 i32C ≡ C + Khi cố định bánh i31 = z1 = 99, z2 = 100 + Nếu chọn z = 101, z3 = 100 ' z2' z1 ÷= z3 z2 ω3 − ωC = −i3C + ⇒ i3C = − i31C − ωC ⇒ i3C = − 101 99 9.999 × = 1− = 100 100 10.000 10.000 Tỉ số truyền hệ thống vi sai lớn, tỉ số truyền tăng hiệu suất hệ thống bánh giảm đến giới hạn đó, xảy tượng tự hãm + Chú ý chọn số trên, bánh phải tính tốn dịch chỉnh thích hợp để thỏa điều kiện đồng trục - Ví dụ 2: Cơ cấu hướng song song (Parallel-guidance mechanisms) i3C = − i31C = − ω z1 z2 z = 1− = z2 z3 z3 ωC z1 = z3 ⇒ ω3 = ωC ≠ - Ví dụ 3: Xét cấu + Ta có i12C = ω1 − ωC z z = − = −1 ⇒ ω1 + ω2 = 2ωC ω2 − ωC z3 z1 + Xe chạy thẳng ω1 = ω2 ⇒ ω1 = ω2 = ω C + Khi xe chạy vòng, ω1 = ω2 , vận tốc dài bánh xe khác nhau, thỏa ω1rbxe ω2 rbxe ω r = ⇒ = R r ω1 R 2ωC 2ωC r ⇒ ω1 = , ω2 = r r 1+ 1+ R R R ... xét đển ăn khớp cặp bánh tiết diện thẳng góc với trục quay chúng mà không để ý đến chi? ??u dày - Khi để ý đến chi? ??u dày răng, tùy theo bố trí mặt trụ dọc chi? ??u dày, bánh chia làm hai loại + Bánh... thơng số chế tạo - Trong q trình sử dụng, vịng chia không thay đổi lấy thông số ứng với vịng chia làm thơng số chế tạo - Bước vòng chia = bước đường chia = bước đường trung bình răng, t = tt -... lăn vòng chia - Đường thẳng lăn khơng trượt vịng chia tâm ăn khớp P gọi đường chia - r phụ thuộc vào tỉ số vận tốc v / ω phôi chế tạo mà chúng không phụ thuộc khoảng cách chúng vịng chia thơng