Bài giảng Cơ khí ứng dụng: Chương 4 - Trường ĐH Bách khoa Hà Nội

Bài giảng Cơ khí ứng dụng: Chương 4 - Nguyên lý máy được biên soạn với các nội dung chính sau: Khái niệm về máy và cơ cấu; Khái niệm về khâu và khớp; Bậc tự do của cơ cấu; Các cơ cấu cơ bản; Các cơ cấu đặc biệt;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!

CHƯƠNG NGUYÊN LÝ MÁY - Nguyên lý máy môn học sở kỹ thuật, nghiên cứu nguyên lý cấu tạo, động học động - lực học cấu máy Ba vấn đề nghiên cứu dạng hai tốn: tốn phân tích toán tổng hợp  Bài toán phân tích: xác định đặc trưng cấu trúc, động học động lực học cấu cho trước, từ suy tính làm việc chúng BÀI TỐN PHÂN TÍCH • Phân tích cấu trúc: nghiên cứu nguyên tắc cấu trúc cấu khả chuyển động cấu • Phân tích động học: xác định chuyển động khâu, xét đến quan hệ hình học chúng • Phân tích động lực học: phân tích chuyển động nguyên nhân lực tác động sức ì  Bài toán tổng hợp: xác định lược đồ cấu kích thước khâu thỏa mãn điều kiện động học động lực học cho → Bài tốn phân tích tốn tổng hợp ngược sở CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 4.1.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY VÀ CƠ CẤU Máy: - Là tập hợp vật thể người tạo ra, nhằm mục đích thực mở rộng chức lao động - Là tập hợp cấu, có nhiệm vụ biến đổi hay sử dụng để làm cơng có ích Ví dụ: + Động nổ + Máy bào quang CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Phân loại máy Căn vào chức năng, chia máy thành: • Máy lượng: dùng để truyền hay biến đổi lượng, gồm hai loại: - Máy động cơ: biến đổi dạng lượng khác thành Ví dụ: động nổ, động điện, tuốcbin… - Máy biến đổi năng: biến đổi thành dạng lượng khác Ví dụ: máy phát điện, máy nén khí… CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN • Máy cơng tác: có nhiệm vụ biến đổi hình dạng, kích thước hay trạng thái vật thể (máy công nghệ), thay đổi vị trí vật thể (máy vận chuyển) • Máy tổ hợp: gồm loại máy phối hợp với để thực nhiệm vụ cụ thể • Máy tự động: động tác máy thực cách tự động cấu chúng, không cần can thiệp trực tiếp người CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khi phân tích hoạt động máy, xem máy hệ thống gồm phận điển hình, theo sơ đồ khối sau: Bộ nguồn: cung cấp lượng cho toàn máy Bộ chấp hành: trực tiếp thực nhiệm vụ công nghệ máy Bộ biến đổi trung gian: thực biến đổi từ nguồn đến chấp hành Bộ điều khiển: thu thập thông tin máy, đưa tín hiệu điều khiển máy CƠ CẤU CÁC ĐĂNG   tg 2 cos  i21   1 1  tg 2 cos  Ta có: θ2 - góc quay chạc (b) tính từ mặt phẳng chứa trục   tg 2 2' cos  i23    1  tg 2 2' cos  Θ2’ – góc quay chạc (b’) tính từ mặt phẳng chứa trục Do đó: 1 1  tg 2 cos  1  tg 2 2' cos  i13   2   tg  cos  1  tg 2 2' cos  Để i13 = số, phải có hai điều kiện: + α1 = α2 + θ2 = θ2’ (hai góc quay hai đầu chạc nằm trục phải nhau) Như vậy, trường hợp trục trục nằm mặt phẳng (hình vẽ) hai chạc (b) (b’) trục phải nằm mặt phẳng CƠ CẤU MALT 4.4.2 CƠ CẤU MALT (MAN): a Nguyên lý cấu tạo: - Là cấu truyền động gián đoạn: biến chuyển động quay liên tục khâu dẫn thành chuyển động gián đoạn lúc quay lúc ngừng khâu bị dẫn - Ví dụ ứng dụng: cấu ăn dao máy bào, cấu thay ụ dao máy tiện tự động, cấu đưa phim máy chiếu phim,… CƠ CẤU MALT - Cơ cấu Man ngoại tiếp gồm đĩa trịn (1) có lắp chốt A đĩa hình (2) có nhiều rãnh hướng tâm, đặt đối xứng qua tâm O2 Khi đĩa (1) quay, có lúc chốt A lọt vào rãnh đĩa (2), đĩa (2) quay quanh O2 Khi chốt A khỏi rãnh, đĩa (2) dừng lại (nhờ cung tròn đĩa cài vào cung tròn EDC đĩa 2) Số chốt đĩa hay lớn - Số rãnh đĩa thường 4,6,8 CƠ CẤU MALT b Động học cấu: Gọi t1 – thời gian quay vòng chốt t2 – thời gian lần chuyển động đĩa Z- số rãnh đĩa → hệ số chuyển động cấu Malt:  21   2      t  2 2  Z        2 t1 2 2 2Z 1 Hệ số chuyển động âm:    Z  - Đối với cấu Malt rãnh – chốt  42  0,25 2.4 → thời gian chuyển động đĩa 1/3 thời gian ngừng - Có thể tăng số chốt đĩa để tăng số lần chuyển động đĩa CƠ CẤU MALT Gọi k – số chốt đĩa  k Z 2 2Z - Hệ số chuyển động lớn 1, đó: Z 2 1 2Z 2Z k  → số chốt tối đa: Z 2  k - Đối với cấu Malt rãnh: k  2.4 4 42 → số chốt tối đa - Khi truyền động, cấu Malt tương đương với cấu cu-lít → việc tính tốn thơng số động học: chuyển vị, vận tốc, gia tốc,…như cấu cu-lít CƠ CẤU CAM 4.4.3 CƠ CẤU CAM: -Cơ cấu cam cấu khớp cao, dùng để tạo nên chuyển động qua lại (có thể có lúc dừng) theo quy luật cho trước khâu bị dẫn Khâu dẫn cấu gọi cam, khâu bị dẫn gọi cần -Cơ cấu cam phẳng cấu cam, cam cần chuyển động mặt phẳng hay mặt phẳng song song CƠ CẤU CAM - Trong cấu cam, cam cần nối với giá khớp thấp (khớp trượt, khớp quay) nối với khớp cao Thông thường, cam nối với giá khớp quay - Khi cần nối với giá khớp trượt, tức chuyển động tịnh tiến qua lại, ta có cấu cam cần đẩy - Khi cần nối với giá khớp quay, tức cần chuyển động lắc qua lại, ta có cấu cam cần lắc Cần đẩy Cần lắc CƠ CẤU CAM -Xét cấu cam cần đẩy đáy nhọn hình Cam cần tiếp xúc điểm B Biên dạng cam có bốn phần khác nhau: hai cung trịn bc da có tâm O1 có bán kính Rmax Rmin Khi cho cam quay quay liên tục, cần chuyển động nhờ thay đổi bán kính vectơ O1B điểm tiếp xúc B cam cần -Với chiều quay cam hình, ta thấy điểm tiếp xúc B nằm cung ab, bán kính vectơ O1B tăng dần từ Rmin đến Rmax: cần xa dần tâm cam (từ vị trí gần đến vị trí xa tâm cam nhất) Cịn ứng với cung cd, bán kính vectơ O1B giảm dần: cần gần tâm cam (từ vị trí xa đến vị trí gần tâm cam nhất), ứng với cung tròn bc (hay cung trịn ad), bán kính vectơ O1B khơng đổi: cần đứng yên vị trí xa tâm cam (hay gần tâm cam nhất) CƠ CẤU CAM  Các thơng số cấu cam • Thơng số hình học cam - Bán kính véc tơ lớn Rmax bán kính vecto nhỏ Rmin biên dạng cam - Các góc cơng nghệ góc xác định biên dạng cam ứng với cung làm việc khác biên dạng Để cần chuyển động qua lại có lúc dừng biên dạng cam phải có bốn góc cơng nghệ: Góc cơng nghệ xa γd: ứng với giai đoạn cần xa tâm cam Góc cơng nghệ đứng xa γx: ứng với giai đoạn cần đứng yên vị trí xa tâm cam Góc cơng nghệ gần γv: ứng với giai đoạn cần gần tâm cam Góc cơng nghệ đứng gần γg: ứng với giai đoạn cần đứng yên vị trí gần tâm cam → Để cần chuyển động qua lại, tối thiểu biên dạng cam phải có hai góc γd γv CƠ CẤU CAM • Thơng số động học cấu cam - Đối với cấu cam cần đẩy đáy nhọn: Độ lệch tâm e = O1H0, H0 chân đường vng góc hạ từ tâm cam O1 đến phương trượt xx cần Khi e = tức phương trượt xx qua O1, ta có cấu cam cần đẩy tâm CƠ CẤU CAM - Đối với cấu cam cần lắc đáy nhọn: + Khoảng cách tâm cam – tâm cần lO1O2 + Chiều dài cần lO2B0 (chiều dài đoạn thẳng nối tâm cần đáy nhọn cần) Các góc định kỳ góc quay cam ứng với giai đoạn chuyển động khác cần Có bốn góc định kỳ tương ứng với bốn góc cơng nghệ trên: Góc định kỳ xa φd- giai đoạn cần xa tâm cam Góc định kỳ đứng xa φx- giai đoạn cần đứng yên vị trí xa tâm cam Góc định kỳ gần φv – giai đoạn cần gần tâm cam Góc định kỳ đứng gần φg – gian đoạn cần đứng yên vị trí gần tâm cam CƠ CẤU CAM • Cách xác định góc định kỳ xa cấu cam cần đẩy đáy nhọn: - Gọi B0 Bm điểm đầu điểm cuối cung xa biên dạng cam: góc B0O1Bm = γd - Giả sử ban đầu cam cần tiếp xúc điểm B0, lúc đáy cần vị trí gần tâm cam O1 Gọi B’m giao điểm vòng tròn tâm O1 bán kính Rmax = O1Bm với phương trượt xx - Cho cam quay từ vị trí ban đầu đến điểm Bm đến trùng với điểm B’m đáy cần đến vị trí B’m xa tâm cam O1 Như vậy, góc định kỳ xa φd = góc BmO1B’m CƠ CẤU CAM • Cách xác định góc định kỳ xa cấu cam cần lắc đáy nhọn: - Nếu gọi B’m giao điểm vịng trịn tâm O1 bán kính Rmax = O1Bm với vịng trịn tâm O2 bán kính lcán = O2B0 góc định kỳ xa φd = góc BmO1B’m • Nói chung, góc cơng nghệ góc định kỳ tương ứng khơng nhau: γd # φd ; γv # φv Đối với cấu cam cần đẩy đáy nhọn, để góc cơng nghệ góc định kỳ tương ứng nhau, phương trượt xx qua tâm cam O1, tức ứng với cấu cam cần đẩy đáy nhọn tâm Còn cấu cam cần lắc đáy nhọn, phải có điều kiện: ba điểm O1, B0 B’m thẳng hàng CƠ CẤU CAM • Thơng số động học cấu cam - Góc áp lực đáy cần góc hợp phương pháp tuyến Bn cảu biên dạng cam điểm tiếp xúc B cam cần vận tốc VB2 đáy cần B vị trí này: α = (Bn, VB2) Góc áp lực đáy cần nói chung biến thiên theo vị trí tiếp xúc B cam cần - Góc áp lực đáy cần đặc trưng cho khả truyền lực cấu cam Thật vậy, xét cấu cam cần đẩy đáy nhọn Gọi N F áp lực lực ma sát từ cam tác dụng lên cần, P = N + F công suất truyền từ cam sang cần: W=P.VB2.cos(α+φ), với φ góc ma sát cam cần Khi góc áp lực α bé, cơng suất truyền động lớn, hay hiệu lực đẩy P lớn! CƠ CẤU BÁNH CÓC 4.4.4 CƠ CẤU BÁNH CÓC: ... NIỆM CƠ BẢN Theo đặc điểm vật thể hợp thành cấu, xếp cấu thành lớp: - Cơ cấu gồm vật rắn tuyệt đối - Cơ cấu có vật thể đàn hồi Ví dụ: cấu dùng dây đai, cấu có lị xo, cấu dùng tác dụng chất khí, ... NIỆM CƠ BẢN CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Phân loại máy Căn vào chức năng, chia máy thành: • Máy lượng: dùng để truyền hay biến đổi lượng, gồm hai loại: - Máy động cơ: biến đổi dạng lượng khác thành... nhờ thủy lực - Cơ cấu dùng tác dụng điện từ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 4. 1.2 KHÁI NIỆM VỀ KHÂU VÀ KHỚP Khâu chi tiết máy:  Khâu: - Trong máy cấu, phận có chuyển động tương đối gọi khâu - Mỗi khâu vật