Đang tải... (xem toàn văn)
Trường Cao đẳng KT KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý Chi tiết máy TRƯỜNG CAO KINH TẾ KỸ THUẬT VINATEX TP HCM GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY (Lưu hành nội bộ) Thành Phố Hồ Chí Minh – 2017 Trường C[.]
TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY (Lưu hành nội bộ) Thành Phố Hồ Chí Minh – 2017 Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy LỜI NÓI ĐẦU Hiện có nhiều giáo trình, tài liệu viết môn Nguyên Lý Máy, Chi Tiết Máy giáo trình viết kết hợp Nguyên Lý – Chi Tiết Máy, dùng cho nhiều hệ đào tạo khác Tuy nhiên, giáo trình tích hợp kiến thức bản, dễ hiểu phù hợp với đề cương chi tiết môn học Nguyên Lý – Chi Tiết Máy dành cho sinh cao đẳng ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí chưa có Vì vậy, ủy nhiệm Phòng Nghiên Cứu Khoa Học Trường Cao Đẳng Kinh Tế Kỹ Thuật Vinatex TP.HCM Chúng mạnh dạn thực viết giáo trình Giáo trình chia thành hai phần - Phần A : Nguyên lý máy, gồm chương từ chương tới chương Phần B : Chi tiết máy, gồm 11 chương từ chương tới chương 16 Sau chương học phần, chúng tơi có câu hỏi ơn tập sinh viên dễ dàng việc hệ thống củng cố lại kiến thức chương Ngồi sinh viên Ngành Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí, tài liệu cịn sử dụng cho sinh viên cao đằng ngành Cơ Điện Tử, Cơ Khí Chế Tạo Cơng Nghệ Tự Động Mặc dù cố gắng sưu tầm tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu, để có giáo trình có chất lượng Tuy nhiên, chắn khơng tránh khỏi sai sót Để giáo trình ngày hồn thiện hơn, chúng tơi mong góp ý đóng góp quý báu độc giả Xin chân thành cám ơn! Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu PHẦN A: NGUYÊN LÝ MÁY Chương I : CẤU TẠO CƠ CẤU I ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cơ cấu máy 1.1 Cơ cấu : Cơ cấu tập hợp vật thể chuyển động theo qui luật xác định, có nhiệm vụ biến đổi hay truyền chuyển động Ví dụ: Cơ cấu bánh dùng để truyền chuyển động quay từ trục chủ động sang trục bị động Hình 1.1 Cơ cấu Cơ cấu tay quay trượt dùng để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến 1.2 Máy : Máy tập hợp cấu, có nhiệm vụ biến đổi hay sử dụng để tạo cơng có ích Ví dụ: Động nổ, máy bào phẳng Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu Hình 1.2 Máy 1.3 Phân lọai máy : Tùy theo nhiệm vụ, máy chia thành hai lọai - Máy lượng: nhiệm vụ biến đổi dạng lượng - Máy công tác: sử dụng làm cơng có ích Máy cơng tác dung để thực qui trình cơng nghệ khác sản xuất: biến đổi hình dáng, kích thước, vị trí, trạng thái … sản phẩm hay nguyên liệu Ví dụ: máy tiện, máy dệt… - Máy tổ hợp: gồm lọai máy phối hợp với để thực nhiệm vụ cụ thể - Máy tự động: động tác máy thực cách tự động cấu chúng mà không cần can thiệp người Chi tiết máy khâu 2.1 Chi tiết máy/tiết máy: Máy hay cấu tháo rời thành nhiều phận khác nhau, phận tháo rời gọi chi tiết máy Hình 1.3 Chi tiết máy Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu 2.2 Khâu: Trong cấu máy, tồn phận có chuyển động tương đối so với phận khác gọi khâu Hình 1.4 Chi tiết máy Thành phần khớp động khớp động - Bậc tự (btd) khâu + Một khả chuyển động độc lập hệ qui chiếu btd + Giữa hai khâu mặt phẳng btd: Tx, Ty, Qz + Giữa hai khâu không gian btd: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz Hình 1.5 Bậc tự - 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 Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu Hình 1.6 Nối động - Thành phần khớp động, khớp động + Khi nối động, khâu có thành phần tiếp xúc Tịan 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 Hình 1.7 Khớp động Phân lọai khớp động 4.1 Theo số ràng buộc k: Ta xét ví dụ sau đây: Một vật khơng gian theo hệ trục tọa độ có khả chuyện động tự do, khả chuyển động tịnh tiến khả quay theo trục - Mặt phẳng OXY mặt phẳng bản: Các chuyển động tự là, TX, Ty, Qz - Mặt phẳng OYZ: Các chuyển động tự Tz, Ty, Qx, Tuy nhiên Ty thể mặt phẳng OXY nên mặt phẳng OYZ có chuyển động tự Tz, Qx, - Mặt phẳng OZX: Có chuyển động tự TZ,TX,Qy Và TX, Tz thể hai mặt phẳng nên mặt phẳng OZX có chuyển động tự Qy Ta nói hai khâu để rời khơng gian có bậc tự tương Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu Tuy nhiên cho hai khâu tiếp xúc với tạo thành khớp động liên hệ hình học khớp nên bậc tự hai khâu khơng cịn đủ (nhỏ thua 6).(k = 6?k = 0?) Như khớp có tác dụng làm giảm số bậc tự Số bậc tự bị khớp làm gọi ràng buộc Khớp có k ràng buộc gọi khớp loại k Hình 1.8 Các loại khớp 4.2 Theo đặc điểm tiếp xúc - Khớp cao: thành phần khớp động điểm hay đường Hình 1.9 Khớp cao - Khớp thấp: thành phần khớp động mặt Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu Hình 1.10 Khớp thấp Lược đồ Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, khớp biễu diễn hình vẽ lược đồ qui ước Hình 1.11 Lược đồ khớp - Các khâu thể qua lược đồ đơn giản gọi lược đồ khâu Hình 1.12 Lược đồ khâu Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu - 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 lọai chuỗi động: + Chuỗi động kín + Chuỗi động hở + Chuỗi động phẳng + Chuỗi động khơng gian Hình 1.13 Chuỗi động - Định nghĩa lại cấu: Cơ cấu chuỗi động có khâu cố định chuyển động theo qui luật xác định Khâu cố định gọi giá - Phân lọai cấu: tương tự chuỗi động II BẬC TỰ DO CỦA CƠ CẤU Định nghĩa - Bậc tự (btd) cấu thông số độc lập - Cần thiết để xác định hoàn tồn vị trí cấu, số khả chuyển động tương đối độc lập cấu Tính bậc tự cấu khơng gian (trường hợp tổng qt) Trong đó: W = W0 – R W0 – bậc tự tổng cộng khâu động để rời R – số ràng buộc tất khớp động cấu W – bậc tự cấu 2.1 Số bậc tự cấu khâu để rời khơng gian có btd btd tổng cộng n khâu động W0 = 6n 2.2 Số ràng buộc chứa cấu Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu Khớp lọai k hạn chế k bậc tự Nếu gọi pk số khớp lọai k chứa cấu tổng ràng buộc pk khớp lọai k gây nên k.pk Do R pk k thực tế số ràng buộc thường nhỏ giá trị k 1 cấu tồn ràng buộc trùng Ví dụ: Xét cấu khâu lề Hình 1.14 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 2.3 Cơng thức tính bậc tự cấu khơng gian W=6n- kpk R0 k=1 2.3.1 Bậc tự cấu phẳng a Số bậc tự cấu khâu để rời có btd số btd tổng cộng n khâu động: W0 = 3n b Số ràng buộc chứa cấu - Cơ cấu phẳng có hai lọai khớp + khớp lọai chứa ràng buộc Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương I : Cấu tạo cấu + khớp lọai chứa ràng buộc tổng số ràng buộc cấu: R = 1p4 + 2p5 – R0 Tóm lại cơng thức tính btd - Đối với cấu không gian W=6n- kpk R0 k 1 - Đối với cấu phảng trừ cấu chêm W=3n- 2p p4 r s Với : n: số khâu động P: số ràng buộc trùng k: lọai khớp động r: số ràng buộc thừa pk: số khớp lọai k s: số btd thừa III NHÓM TĨNH ĐỊNH Nguyên lý tạo thành cấu Một cấu có W btd cấu tạo thành W khâu dẫn nhóm có btd W= W +0+…+0 Khâu dẫn nhóm có btd = Nhóm tĩnh định Nhóm tĩnh định nhóm cân hay chuyển động, có bậc tự zero phải tối giản (tức chia thành nhóm nhỏ nữa) Đối với nhóm tĩnh định tịan khớp thấp Ngun 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 hòan 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 IV THAY THẾ KHỚP CAO BẰNG KHỚP THẤP Trong cấu phẳng, thường có khớp cao lọai 4, để tách thành nhóm tĩnh định cấu phẳng tòan khớp thấp thay khớp cao thành khớp thấp đảm bảo chuyển động cấu Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy 10 Chương I : Cấu tạo cấu Hình 1.15 Thay khớp W = x - (1 + x 2) = btd W = x – (2 x 4) = btd - 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 - Sự thay khớp cao khớp thấp 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 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG I Định nghĩa cấu máy ? Phân loại khớp động ? Trình bày bậc tự cấu ? Trình bày cách thay khớp cao khớp thấp ? Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy 11 Chương II: Động Học Cơ Cấu Chương II : ĐỘNG HỌC CƠ CẤU I ĐẠI CƯƠNG Phân tích động học cấu nghiên cứu quy luật chuyển động cấu biết trước lược đồ động cấu quy luật chuyển động khâu dẫn Nội dung - Bài tốn vị trí - Bài tốn vận tốc - Bài toán gia tốc Ý nghĩa - Xác định vị trí phối hợp sử dụng chuyển động cấu để hòan thành nhiệm vụ máy đặt ra, bố trí khơng gian, vỏ máy… - Vận tốc gia tốc thông số cần thiết phản ánh chât lượng làm việc máy Phương pháp - Tùy theo nội dung, yêu cầu tóan, ta sử dụng phương pháp khác nhau: giải tích, đồ thị, họa đồ vector… - Phương pháp đồ thị, phương pháp họa đồ vector Ưu điểm: + Đơn giản, cụ thể, dễ nhận biết kiểm tra Nhược điểm: + Thiếu xác sai số dựng hình, sai số đọc… + Phương pháp đồ thị, kết cho quan hệ đại lượng động học theo thông số định thường khâu dẫn + Phương pháp họa đồ vector, kết không lien tục, điểm rời rạc - Phương pháp giải tích Ưu điểm + Cho mối quan hệ đại lượng biểu thức giải tích, dễ dàng cho việc khảo sát dung máy tính + Độ xác cao Nhược điểm + Đối với số cấu, cơng thức giải tích phức tạp khó kiểm tra Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy 12 Chương II: Động Học Cơ Cấu II PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH Xét cấu tay quay – trượt lệch tâm có vị trí xét hình vẽ Cho: lAB, lBC, 1 số độ lệch tâm e Xác định: xC, C, aC xC l1cos1 l2 cos với Hình 2.1 Cơ cấu tay quay trượt 1 1 (t ) 1t ;2 2 (t ) f (1 ) l1 sin 1 e l1 sin 1 e l2 sin arcsin l2 vC vC (t ) l11 (sin 1 cos1 tan ) xC xC 1 xC 1 (t ) l1cos 21 cos(1 + ) a a ( t ) l C 1 C l2 cos3 cos2 III PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ Xét cấu khâu lề có vị trí xét hình vẽ Cho: lAB, lBC, lDA, 1 số Xác định: 3, 3, 3 Xác định giá trị 3 từ phương pháp vẽ, đo lập bảng Xây dựng đồ thị 1 Hình 2.2 Cơ cấu khâu lề Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương II: Động Học Cơ Cấu 13 Hình 2.3 Phương pháp đồ thị IV PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẰNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỌA ĐỒ VECTOR Ôn lại số kiến thức đại số vector - Định lý liên hệ vận tốc + Hai điểm A, B khác thuộc khâu chuyển động song phẳng r r r v B v A v BA + Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu chuyển động song phẳng tương đối r r r v A2 v A1 v A2 A1 Hình 2.4 Định lý vận tốc - Định lý liên hệ gia tốc + Hai điểm A, B khác thuộc khâu chuyển động song phẳng Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương II: Động Học Cơ Cấu 14 Hình 2.4 Định lý gia tốc + Hai điểm A1 , A2 trùng nhau, thuộc hai khâu chuyển động song phẳng tương đối r r rk rr a A2 a A1 a A2 A1 a A2 A1 r ur rk // v A2 A1 _ quay _ 900 _ theo _ 1 a A2 A1 21v A2 A1 Điều kiện để giải phương trình vector CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG II Trình bày ưu nhược điểm phương pháp đồ thị, phương pháp họa đồ vector ? Trình bày phương pháp giải tích ? Phân tích động học cấu phương pháp họa đồ vector ? Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương IV: Phân tích lực cấu 15 Chương III: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU I PHÂN LOẠI LỰC Ngọai lực - Lực cản kỹ thuật - Trọng lượng khâu - Lực phát động Lực quán tính - Cơ cấu hệ thống chuyển động có gia tốc, tức ngọai lực tát động lên cấu không triệt tiêu dung phương pháp tĩnh học để giải - Để giải tóan hệ lực không cân dùng nguyên lý D’Alambert - Nếu ngòai lực tác dụng lên hệ chuyển động, ta thêm vào lực quán tính xem chúng ngọai lực hệ xem trạng thái cân bằng, dung phương pháp tĩnh học để phân tích hệ Nội lực - Lực tác dụng lẫn khâu cấu (phản lực lien kết) - Tại tiếp điểm thành phần khớp động, phản lực gồm hai phần + Thành phần áp lực: Vng góc với phương chuyển động tương đối Tổng thành phần áp lực khớp áp lực khớp động Hình 3.1 Nội lực + Thành phần ma sát: Song song với phương chuyển động tương đối Tổng thành phần ma sát khớp lực ma sát II ĐIỀU KIỆN TĨNH ĐỊNH - Để tính phản lực khớp động Tách cấu thành chuỗi động hở, phản lực khớp chờ ngọai lực: viết chương trình lực cho chuỗi - Muốn giải tóan áp lực khớp động Số phương trình lập = số ẩn chứa chương trình Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương IV: Phân tích lực cấu 16 Đây điều kiện tĩnh định tóan Giả sử tách từ cấu chuỗi động n khâu, pk khớp lọai k + Số phương trình lập được: 6n phương trình + Số ẩn chứa chuỗi động: Phụ thuộc vào số lượng loại khớp động Hình 3.2 Phản lực khớp động Như vậy, khớp lọai k chứa k ẩn tổng số ẩn chuỗi kP k k 1 Để tính phản lực khớp động tách cấu thành chuỗi động hở, phản lực khớp chờ ngọai lực viết phương trình lực cho chuỗi Điều kiện để giải tóan Số phương trình lực lập = số ẩn chứa phương trình 6n kPk k 1 Hay 6n kPk k 1 - Đối với cấu phẳng điều kiện để giải tóan: 3n - 2p5 - p4 = - Các nhóm tĩnh định thỏa điều kiện Để xác định phản lực khớp động, ta phải tách cấu thành nhóm tĩnh định viết phương trình lực cho nhóm III XÁC ĐỊNH ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG - Các bước xác định áp lực khớp động + Tách nhóm tĩnh định + Tách khâu nhóm tĩnh định Đặt áp lực khớp động ngọai lực lên khâu + Viết phương trình cân lực cho khâu + Giải phương trình viết cho khâu thuộc nhóm tĩnh định Giải cho nhóm xa khâu dẫn trước (ngược lại với toán động học) - Với cấu phẳng, khâu viết phương trình Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương IV: Phân tích lực cấu 17 ur F X ur ur F F Y hay _ M OZ M OZ - Các phương trình lực giải phương pháp biết: phương pháp giải tích vector, phương pháp họa đồ vector (đa giác lực) … Ví dụ: Hình 3.3 Áp lực khớp động Tách nhóm tĩnh định, tách khâu nhóm, đặt lực lên khâu - Viết phương trình lực cho khâu nhóm - Giải phương trình lực nhóm IV TÍNH LỰC TRÊN KHÂU DẪN Phương pháp phân tích lực Hình 3.4 Áp lực khớp động M Pcb A R21h21 Ph 1 M cb M M cb R21h21 Ph 1 M1 M cb l Phương pháp di chuyển Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy Chương IV: Phân tích lực cấu 18 - Mơment (lực) cân khâu dẫn moment (lực) cân tất lực (kể lực quán tính) tác dụng lên cấu Tổng công suất tức thời tất lực tác dụng lên cấu không - Theo nguyên lý di chuyển N P N M N P công suất lực Pi i i i N M i công suất môment Mi - Công suất lực Pi ur ur k N Pi Pi V i ur k V i vận tốc điểm đặt lực Pi - Công suất moment Mi uur ur k N uur M ii Mi ur k i vận tốc khâu chịu tác dụng moment Mi - Môment (lực) cân khâu dẫn uur ur ur ur k uur ur uur M cb 1 P i V i M i i M cb ur ur ur ur k uur ur ur P cb V Pi V i M i i P cb CÂU HỎI ÔN TÂP CHƯƠNG III Trình bày điều kiện tĩnh định ? Xác định áp lực khớp động ? Phân tích lực cho khâu dẫn ? Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên lý - Chi tiết máy ... tiết máy khâu 2.1 Chi tiết máy /tiết máy: Máy hay cấu tháo rời thành nhiều phận khác nhau, phận tháo rời gọi chi tiết máy Hình 1.3 Chi tiết máy Trường Cao đẳng KT - KT Vinatex TP Hồ Chí Minh Nguyên. .. cương chi tiết môn học Nguyên Lý – Chi Tiết Máy dành cho sinh cao đẳng ngành Cơng Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí chưa có Vì vậy, ủy nhiệm Phịng Nghiên Cứu Khoa Học Trường Cao Đẳng Kinh Tế Kỹ Thuật Vinatex TP. HCM. .. NĨI ĐẦU Hiện có nhiều giáo trình, tài liệu viết mơn Ngun Lý Máy, Chi Tiết Máy giáo trình viết kết hợp Nguyên Lý – Chi Tiết Máy, dùng cho nhiều hệ đào tạo khác Tuy nhiên, giáo trình tích hợp kiến