Chương 6
GIÁ CÔNG KIM LOẠI BẰNG CẮT GOT
6.1 KHAI NIEM CHUNG
Gia công kim loại bằng cắt gọt là quá trình dùng máy móc và dụng cụ cắt bỏ một lớp kim loại nhất định dưới dạng phoi của các chỉ tiết kim loại để tạo nên sản phẩm có hình dạng, kích thước, độ nhấn, độ bóng theo yêu cầu Gia công kim loại bằng cất gọt thường là khâu cuối cùng của quá trình chế tạo chỉ tiết máy (trừ khi còn phải qua nhiệt luyện, mạ, nhuộm màu ) sau đó được lắp ráp thành cơ cấu hoặc máy móc
Khác với các hình thức gia công khác, gia công cắt gọt tiến hành ở nhiệt độ thường Gia cơng cắt gọt có thể hoàn thành tất cả các công việc từ đơn giản đến phức tạp, có thể đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặi cao hơn các phương pháp gia cơng khác
6.2 NGUN LÍ CẮT GỌT KIM LOẠI
6.2.1 Bản chất của quá trình cắt gọt kim loại - Dạng nguyên liệu ban đầu gọi là phơi
- Q trình cắt gọt tạo ra các sợi hoặc mảnh vụn kim loại gọi là phoi
- Lớp kim loại cần cắt bỏ đi ở trên phoi để đạt kích thước yêu cầu, tạo thành chỉ tiết
gọi là lượng dư To
- Quá trình cất gọt kim loại thực chất là cắt bỏ lớp kim loại thừa đi để đạt được độ chính xác, độ bóng yêu cầu
6.2.2 Quá trình tạo thành phơi và các hiện tượng xây ra trong cắt gọt kim loại Một số khái niệm:
* Đối với phơi gia cơng (hình 6.1)
- Mặt chưa gia công: là mặt phôi mà dao cắt gọt chưa tiến tới trong nguyên công cắt gọt đó
- Mặt đang gia cơng: là mặt phôi mà đao cắt gọt đang tiếp xúc để tiến hành cắt gọt - Mặt đã gia công: mặt phôi mà dao đã cắt gọt qua
Trang 2
Hình 6.1: Các mặt trên phôi gia công ˆ 1 Mặt chưa gia công; 2 - Mặt dang gia công;
3 - Mặt đã gia công; 4 - Đầu dao tiện; 5 - Hướng chuyển động chính ; 6 - Hướng chuyển động cắt;
7 - Hướng chuyển động chạy dao
* Chuyển động cắt: gồm 3 loại chuyển động
- Chuyển động chính (chuyển động cắt chính): Là chuyển động cơ bản của máy cắt được thực hiện qua dụng cụ cắt hoặc phơi Có thể là chuyển động quay tròn, thẳng hay kết hợp
- Chuyển động chạy dao: Là chuyển động của dao hoặc phôi, chuyển động này kết hợp với chuyển động chính tạo nên quá trình cắt gọt (tạo ra phoi) Chuyển động này thường thực hiện trong hướng vuông góc với chuyển động chính Có thể là chuyển động
liên tục, gián đoạn
- Chuyển động phụ: Là chuyển động không tạo ra phoi (như tiến, lùi đao khi không
cất vào phơi)
* Q trình cắt gọt và tạo thành phoi: Dưới tác dụng của lực cắt, lưỡi dao lách vào lớp kim loại làm cho lớp kim loại bị biến dạng mạnh, do lực tiếp tục tăng làm cho lớp kim loại bị biến dạng quá mức tạo thành vết nứt theo hướng lưỡi dao và được tách ra ngoài tạo thành phoi trượt lên mặt trước của dao Phoi có một số dạng:
- Phoi dây: Dạng phoi có sợi đài liên tục, khi gia công vật liệu đẻo, hướng chạy dao
bé, tốc độ cắt lớn
- Phoi xếp: Là những mảnh xếp lại với nhau tạo thành sợi từng đoạn ngắn Khi gia công vật liệu có độ cứng trung bình, lượng chạy dao lớn, tốc độ cắt nhỏ
- Phoi vụn: Phoi là những hạt nhỏ khơng dính vào nhau, khi gia công vật liệu đòn như gang, đồng thanh, tốc độ cắt nhỏ
* Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt gọt
Khi cắt, tất cả công cắt biến thành nhiệt Nhiệt tạo ra do sự biến dạng kim loại và do ma sát giữa phoi và đao Nhiệt sinh ra truyền vào chỉ tiết, phoi và đao, làm tăng nhiệt độ
ở các bộ phận, ảnh hưởng tới độ bền của dao
Để tăng khả năng gia công, tăng tuổi thọ của dao và cải thiện chế độ cắt, người ta dùng dung dịch bôi trơn, nguội lạnh như xút, dầu khoáng
Trang 3* Độ mài mòn của dụng cụ cất
Trong quá trình cắt gọt, đao bị mài mòn dan (hình 6.2), đến một mức nào đó nó sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác gia cơng, giảm độ bóng bể mặt, máy tiêu hao cơng suất cắt gọt lớn Vì vậy người ta quy định dao cất khi mòn đến một mức độ nhất định thì phải đem mài lại
6.3 MÁY CẮT KIM LOẠI 2)
6.3.1 Phân loại và kí hiệu máy cắt Hình 6.2: Q trình mài mịn của dao cắt
kim loại I- Mài mòn bạn đâu, II Mài mịn bình „ thường; TH- Mùi môn kịch liệt
a) Phan loại theo công dụng của máy
Có các loại: Máy tiện, máy phay, máy bào, máy khoan, máy mài b) Phân loại theo mức độ vạn năng:
- Máy vạn năng: có thể làm được các công việc khác nhau của các chỉ tiết khác nhau - Máy chun mơn hố: dùng gia công một loạt chỉ tiết hoặc một vài loại chị tiết hình đáng gần giống nhau
- Máy chuyên dùng: dùng gia công một loại chi tiết có kích thước nhất định
©) Phản loại theo mức chính xác của máy: Máy có độ chính xác thường, độ chính xác cao
Ngồi ra cịn có máy bán tự động, máy tự động dl) Kí hiệu máy cắt:
- Chữ cái chỉ nhóm máy, ví dụ T - tiện, K.- khoan, B - bào
- Con số chỉ công dụng, mức độ vạn năng -_ Ví đụ: T616 'T - máy tiện
6 - Máy tiện vạn năng
16 - Chiều cao từ tâm trục chính đến bàn máy 1a 160mm 6.3.2 Tiện
Gia cơng tiện có chuyển động chính là chuyển động quay tròn của chỉ tiết, chuyển động chạy dao là chuyển động thẳng (dọc trục hoặc hướng kính) của dao
a) May tién
- Thân máy: Là chỉ tiết cơ bản của máy để lấp trên nó những bộ phận khác: ụ trước,
ụ sau, xe đao
Trang 4- U trước (u trục chính): Cố định trên thân máy dùng để truyền động chỉ tiết và kẹp chặt chỉ tiết
- Hộp chạy dao: Nằm dưới u trước, dùng để thay đổi tốc độ chạy dao
- Xe dao: Dùng để biến chuyển động quay tròn của trục trơn hay trục vít thành chuyển động tịnh tiến của bàn dao
- Bàn dao tiện: Dùng để truyền chuyển động chạy dao dọc, ngang, nghiêng so với trục chính của máy
- U sau: Dùng để đỡ chỉ tiết gia công
b) Duo tiện: Dao tiện gềm 2 phần chính (hình 6.3): ` Dds dbo 7hGn doo
Hinh 6.3: Dae tién
- Thân dao: Dùng để kẹp vào bàn dao của máy tiện Thân dao có đủ độ bên, độ cứng cần thiết, có độ dẻo nhất định Thường để tiết kiệm thép đắt tiền, thân dao làm từ thép C45
- Đầu dao: Là phần trực tiếp làm nhiệm vụ cất gọt, có các lưỡi cắt, được làm bằng các loại thép dụng cụ, hợp kim cứng và được hàn vào thân dao
c) Vat liéu để chế tạo đầu dao Yêu cầu:
- Phải có độ cứng lớn hơn vật liệu gia công - Chịu được va đập do áp lực của phoi - Giữ được độ cứng ban đầu ở nhiệt độ cao - Ít bị mài mịn, có cơ tính cao
Vật liệu làm đầu đao thường dùng:
- Thép cacbon dung cu: CD70, CD80 CD130
Trang 5- Thép cao tốc (thép gió): Làm dao cất có năng suất cao so với thép cacbon và thép hợp kim thấp, thép gió có tốc độ cắt cao gấp 2 - 4 lần, tuổi thọ gấp 8 - 10 lần Có 2 nhóm: nhóm thép gió có năng suất cắt bình thường như 80W I8Cr4VMo và nhóm thép gió có năng suất cất cao như: 90W 18Cr4V2Mo
- Hợp kim cứng: Sử dụng các nhóm một các bít, hai các bít, ba các bít (xem chương 1) - Vật liệu gốm: Thành phần chủ yếu là Al;O;, rẻ tiền, chịu được nhiệt độ cao, đùng làm đao gia công tỉnh, cắt tốc độ cao
d) Khả năng gia công trên máy tiện
- Tiện mặt ngoài, mặt đầu, tiện răng, tiện lỗ - Tiện ren: ren quốc tế, ren Anh, ren môđuyn - Gia công các mặt côn
- Gia công các mặt lệch tâm 6.3.3 Gia công trên máy phay a) Đặc điểm và phương pháp phay
Phay là phương pháp gia công kim loại bằng đao cất có nhiều lưỡi cất Trong phay, chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao, chuyển động chạy dao là chuyển động thẳng (ngang, đọc, đứng) của bàn máy mang chỉ tiết Căn cứ vào hướng chuyển động của dao và phơi ta có hai phương pháp phay (hình 6.4)
a) Phay nghịch b) Phay thuận
Hình 6.4: Các phương pháp phay
- Phay nghịch: Cát êm, dao có thể phần nào khác phục được hiện tượng mẻ, gay, nhưng phải kẹp chặt chỉ tiết, hướng chuyển động của dao ngược với hướng chuyển động của chỉ tiết
- Phay thuận: Hướng chuyển động của dao cùng chiều với hướng chuyển động của chỉ tiết Trong phương pháp này, điều kiện cất khó hơn, dao đễ bị mẻ, gẫy nhưng năng suất và độ chính xác cao hơn so với phay nghịch
b) Phan loại dao phay và công dụng
Trang 6- Theo công dụng: Dao phay để phay mặt phẳng (ngang hoặc đứng), đao phay rãnh,
đao phay định hình, đao phay răng c) May phay
* Phan loai:
- Căn cứ vào vị trí trục chính: máy phay gang, máy phay đứng
- Căn cứ vào phạm vi sử dụng: Máy phay vạn năng (có thể phay đứng, ngang) Máy phay chuyên dùng: Phay rãnh, phay ren vít, phay chép hình
* Các cơng việc hồn thành trên máy phay
Gia công các mặt phẳng, gia công rãnh, rãnh then, gia công các mặt định hình, gia cơng bánh răng, ren ốc
6.3.4 Bào, xọc
Máy bào dùng để gia công các mặt phẳng ngang, mặt đứng, mật nghiêng và có thể gia cơng được tất cả các loại rãnh Máy xọc để gia công các mặt phẳng bên trong và các ranh then hoa
6.3.4.1 Dung cu dé bdo va xoc
a) Phan loại dao bào
"Theo công đụng: Bào thô, bào tỉnh, bào mặt phẳng, đao bào rãnh
- Theo hình đáng: Dao bào thân cong để gia công thô, khi gặp trở lực thì dao không ăn sâu xuống bể mặt chỉ tiết, dao bào thân thẳng để gia công tỉnh
b) Các yếu tố cắt khi bào
Gồm có: Chiều dày cất, chiều rộng cắt, chiều sâu cắt và lượng chạy dao 6.3.4.2 Máy bào
Phân loại:
- Máy bào ngang: Dùng để gia công các chỉ tiết nhỏ có kích thước tối da 500 - 700 mm - Máy bào giường: Dùng để gia công các chỉ tiết lớn (thân máy, vỏ hộp số ) hoặc gia công đồng thời nhiều chỉ tiết nhỏ Ngồi ra cịn có: máy bào đứng (máy xọc) , máy bào chuyên dùng
6.3.5 Gia công trên máy khoan, doa
Gia công trên máy khoan, doa là phương pháp gia công để tạo lỗ bằng các dụng cụ cắt là mỗi khoan, mũi khoết, mũi doa, tarô Nhưng khoan là phương pháp gia công thô, độ bóng và độ chính xác khơng cao Vì vậy, sau khi khoan, để tăng độ chính xác của lỗ gia công, người 1a thường tiến hành các gia công bán-tinh (khoét) và gia cong tinh (doa) -
6.3.5.1 Dụng cụ cắt chủ yếu trên máy khoan, doa
Trang 7Mũi khoan ruột gà (hình 6.5)
- Phần cắt: Hai lưỡi cắt và một lưỡi cắt ngang - Phần dẫn hướng và thoát phoi
- Cổ dao: Có các kí hiệu về đường kính mũi khoan, vật liệu làm mũi khoan
- Phần cán dao: Để lắp vào trục chính máy khoan - Chi dao: Dùng để tháo lắp ra khỏi ống kẹp dao
—————#— 4 5
LY
ƯH ———-
Hình 6.5 Mu khoan
1- Phần cắt; 2 - Phần dẫn hướng và thoát phối; 3 - Cổ dao; 4 - Cán dao; 5 - Chuôi dao
# 2
b) Mũi khoét: Dùng để gia công mở rộng lỗ (lỗ sau khi khi khoan hoặc đã có sẵn) đồng thời nâng cao chất lượng bề mặt lỗ (độ bóng) Khoét là nguyên công trung gian giữa khoan và doa Các bộ phận của mũi khoét tương tự như mũi khoan chỉ khác là số lưỡi cắt nhiều hơn (3-4 lưỡi cắt)
©) Mũi doa: Mũi doa dùng để gia công tỉnh tăng độ chính xác, và độ bóng sau khi khoan và khoét Mũi doa thường có 6 + 12 răng cat, rãnh thốt phoi có thể là thẳng hoặc xoắn (hình 6.6)
Hình 6.6 Mũi doa
d) Dao để cất ren Gồm tarô và bàn ren :
- Tarô: để cắt ren trong các lỗ có sẵn - Bàn ren: dùng để cắt ren ngoài 6.3.5.2 Máy khoan
Phân loại và công dụng :
- Máy khoan đứng: Dùng để khoan các chỉ tiết nhỏ và trung bùnh (d < 80mm) - Máy khoan cần: Dùng để gia công lỗ của các chỉ tiết lớn
- Máy khoan nhiều trục: Có nhiều trực để khoan nhiều lỗ đồng thời 6.3.6 Gia công trên máy mài
Gia công trên máy mài là một trong những phương pháp gia công tỉnh và sửa đúng,
được sử dụng rộng rãi `
Trang 8Ưu điểm của mài:
- Độ chính xác, độ bóng bề mặt cao
- Lượng dư gia công nhỏ, tiết kiệm kim loại - Có thể mài được thép đã tôi và vật liệu cứng a) Tính chất của đá mài
Đá mài là một thể xốp bao gồm các hạt mài và chất kết dính, và có những tính chất sau: - Vật liệu mài yêu cầu phải có độ chịu nhiệt, độ bền và độ cứng cao Thường dùng bột kim cương, cương ngọc, bột ôxyt nhôm
- Độ hạt: Độ hạt ảnh hưởng đến độ bóng gia cơng Độ hạt càng nhỏ, độ bóng gia công càng cao
'- Chất kết dính: Dùng để gắn các hạt mài lại với nhau, nó quyết định độ bền của đá
Thường dùng: kêramit, bakêlit, cao su
- Độ cứng của đá: Là khả năng các hạt mài tách ra khỏi đá dễ hay khó Độ cứng của đá cũng ảnh hưởng đến chất lượng độ bóng gia cơng
- Tổ chức của đá: Tổ chức của đá nói lên cấu tạo của đá xốp hay chặt, tức là tỷ lệ giữa các hạt mài và chất dính kết, do đó ảnh hưởng đến độ bền, độ cứng của đá
bì Khả năng gia công trên máy mài
- Mài mặt phẳng, mặt nghiêng
- Mài mặt trụ ngồi, mặt cơn ngồi - Mài mặt trụ trong, mặt côn trong
Trang 9PHAN II
NGUYEN LI MAY
Chuong 7
KHAI NIEM CHUNG VE CO CAU VA MAY
7.1 KHAI NIEM VE CO CAU
_7.1.L Cơ cấu và phân loại cơ cấu
Cơ cấu là một tập hợp nhân tạo các vật thể có chuyển động tương đối với nhau gọi là khâu hợp thành Cơ cấu có chuyển động xác định và có nhiệm vụ truyền chuyển động, công suất hoặc thực hiện một quỹ đạo xác định của một điểm cho trước
Có thể phân biệt hai loại cơ cấu chính:
- Cơ cấu truyền động: dùng để truyền chuyển động và công suất; - Cơ cấu tạo quỹ đạo cho trước (cơ cấu dẫn hướng)
Đặc trưng cơ bản của cơ cấu truyền động là hàm truyền động, nó biểu thị quan hệ về mặt động học giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn
Gọi @ là thông số khâu dẫn, \ là thông số khâu bị dẫn thì hàm truyền động được viết: W=W()
Nếu coi các khâu là vật rắn không biến dạng thì hàm truyền động chỉ phụ thuộc vào kích thước của các khâu Điều này tuy khơng hồn tồn đúng nhưng trong nhiều trường hợp thoả mãn được các yêu cầu kĩ thuật đặt ra
Nếu hàm truyền động tuyến tính, thì: W=kọ
k - tỉ số truyền (hằng số)
Trên hình 7.1 là cơ cấu bánh răng và hàm truyền động của nó (tỉ số truyền k = r„ụ = i¡¿) Cơ cấu có hàm truyền động phức tạp gọi là cơ cấu biến đổi chuyển động Cơ cấu biến đổi chuyển động rất đa dạng, nó có thể biến chuyển động quay sang chuyển động tỉnh tiến và ngược lại hoặc biến chuyển động quay sang chuyển động lắc (hoặc quay
Trang 10không đều), chuyển động liên tục thành chuyển động gián đoạn Hình 7.2a mơ tả cơ cấu bốn khâu bản lẻ có hai tay quay (khâu 1 và 3), trong đó 1 là khâu dẫn có chuyến động quay trịn đều Chuyển động được truyền từ khâu l qua thanh truyền 2 đến khâu bị dẫn 3 - Khâu này sẽ chuyển động không đều và đồ thị hàm truyền động được biểu điễn trên hình 7.2b
ƒ 2 ¥
%
+
J
ø) @dáu lim răng 3) Hom truth dig
12 - B6nh rong 3: 8 Hình 7.1 ỨC ⁄ VN ` ` ` 4 Hình 7.2
Vi dụ về một cơ cấu tạo quỹ đạo chuyển động được trình bày trên hình 7.3 Cơ cấu gồm thanh trượt 1, con trượt 2 Nếu kích thước các khâu cơ cấu thoả mãn điều kiện:
AB = BE = EG = GF= FK = KH = HG = GD = DB = DA thì khi con trượt 2 trượt đọc theo phương thanh trượt 1, quỹ đạo điểm D va F 1a dudng thing vuông góc với phương của thanh trượt
Trang 117.1.2 Khâu
Cơ cấu và máy gồm nhiều bộ phận có chuyển động tương đối với nhau, mỗi bộ phận này gọi là một khâu Khâu có thể là vật rắn không biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc có dạng dây đẻo, thuỷ lực, ở đây ngoại trừ những trường hợp cụ thể được chỉ rõ ta luôn coi khâu là vật rắn không biến dạng Khâu có thể là một chi tiết máy hoặc một số chỉ tiết máy được ghép cứng lại với nhau
Hình 7.4
Ví dụ trên hình 7.4a là mặt cắt dọc của động cơ đốt trong một xi lanh, gồm bốn khâu: khâu 1 là tay quay, khâu 2 là thanh truyền, khâu 3 là con trượt và khâu 4 - xi lanh gắn với vỏ động cơ (khâu giá) Trong hệ quy chiếu gắn liền với khâu 4 thì khâu I có chuyển _ động quay, khâu 2 có chuyển động song phẳng còn khâu 3 có chuyển động tịnh tiến Hình 7.4b là lược đồ khâu 4: đoạn thẳng nối tâm quay khâu I với tâm ắc píttơng (khâu 3) song song với phương trượt của khâu 3 Cịn hình 7.4c, d là lược đồ chuỗi động và lược đồ cơ cấu
Vì khâu là vật rắn không biến dạng nên nếu hai khâu để rời trong không gian chúng sẽ có 6 khả năng chuyển động tương đối với nhau (bậc tự do tương đối) Gắn một hệ tọa độ vuông góc Oxyz với một trong hai khâu (hình 7.5) thì các bậc tự do của các khâu kia là:
- Các chuyển động quay Qx, Qy, Qz, quanh các trục Ox, Oy, Oz ; - Các chuyển động tịnh tiến Tx, Ty, Tz dọc các trục Ox, Oy, Oz
Trang 12Nếu xét hai khâu để rời trên cùng một mặt phẳng Oxy thì số bậc tự đo tương đối là 3, đó là chuyển động quay Qz quanh trục Oz và các chuyển động tinh tién Tx, Ty theo cdc truc Ox, Oy
Để hai khâu có chuyển động xác định với nhau ta phải hạn chế bậc tự do tương đối giữa chúng bằng cách bất chúng luôn tiếp xúc với nhau theo một quy cách nhất định trong quá trình chuyển động và ta nói rằng hai khâu được nối động với nhau Nếu gọi số bậc tự đo được giảm bớt bằng nối động là j, thì:
l<j<5 (7-1)
Hinh 7.6
Trên hình 7.6a gồm hai khâu: khâu 1 là tấm phẳng, khâu 2 là một hình trụ tròn xoay, nếu bắt hai khâu này tiếp xúc với nhau theo một đường sinh của hình trụ thì số bậc tự do tương đối giữa hai khâu bị hạn chế đi hai chuyển động tịnh tiến Tz và chuyển động quay Qy) Trên hình 7.6b: khâu I là hình trụ trịn xoay có bán kính ngoài r, khâu 2 là mặt ống hình trụ có bán kính lỗ cũng là r, được lồng vào nhau (mặt trụ ngoài của khâu l tiếp xúc với mặt trụ trong của khâu 2) Số bậc tự do tương đối giữa hai khâu bị hạn chế đi bốn ( đó là các chuyển động: Qy,
Qz, Ty, Tz)
7.1.3 Khớp động
Liên kết động giữa hai khâu được gợi là khớp động Chỗ tiếp xúc giữa hai khâu là
thành phần khớp động
Can cứ vào các đặc điểm tiếp xúc của thành phần khớp động ta phân biệt các loại khớp cao có thành phần khớp là điểm hay đường (hình 7.6a) và các khớp thấp có thành phần khớp là mặt (hình 7.6b)
Trang 13Số bậc tự do bị hạn chế bớt trong một khớp động còn gọi là số ràng buộc của khớp Nếu căn cứ vào số ràng buộc của khớp, ta có năm loại khớp: khớp loại 1 han chế một bậc tự do (viên bí tiếp xúc với mặt phẳng - thành phần khớp động là điểm); khớp loại 2
, khớp loại 5 hạn chế năm bậc tự do hạn chế hai bậc tự do,
Ngoài ra, theo quỹ đạo chuyển động người ta còn phân ra khớp phẳng và khớp không gian
Trên bảng 7.I là một số khớp động thường gặp và các lược đồ khớp tương ứng
Bảng 7.1
Tên khớp Loại khớp Số ràng buộc Lược đồ khớp
Khớp bản lẻ Thấp, loại 5 5
A Or a
L—
Khớp trượt Thấp, loại 5 5 —| + ==
Khớp cao phẳng Cao, loại 4 4 x
Trang 147.1.4 Chuỗi động
Một số khâu được nối động với nhau tạo thành một chuỗi động Chuỗi động được biểu diễn bằng lược đồ chuỗi trên đó khâu được biểu diễn bằng lược đồ khâu và khớp được biểu diễn bằng lược đồ khớp Ví dụ các khâu trên hình 7.4a là một chuỗi động có lược đồ cho trên hình 7.4c
Về mặt cấu trúc, ta phân biệt hai loại chuỗi động: chuỗi động hở và chuỗi động kín Trong chuỗi động kín một khâu phải tham gia ít nhất hai khớp động và tạo thành một hoặc nhiều chu vi khép kín (hình 7.7a,b) Chuỗi động hở là chuỗi động trong đó có khâu chi tham gia một khớp động (hình 7.7c,đ)
2 3 i 4 2 2 2 Hình 7.7
Về mặt tính chất chuyển động, ta phân biệt các chuỗi động không gian và các chuỗi động phẳng Chuỗi động khơng gian có các khâu chuyển động trên các mặt phẳng khơng song song (hình 7.7e), còn các chuỗi động phẳng tất cả các khâu chuyển đệng trên các mặt phẳng song song (hình 7.7a,b,c,d)
Nếu một chuỗi động có một khâu cố định (giá) các khâu cịn lại có chuyển động xác định (khâu động) thì đây là một cơ cấu (hình 7.4d) Trong cơ cấu, khâu có quy luật chuyển động cho trước gọi là khâu dẫn, các khâu còn lại gọi là khâu bị dẫn
Trang 15Hình vẽ điễn tả đầy đủ về nguyên lí của một cơ cấu một cách đơn giản gọi là một lược đồ cơ cấu Lược đồ cơ cấu (lược đồ chuỗi động) được xây dựng trên cơ sở lược đồ khâu và lược đồ khớp quy ước đã giúp cho việc nghiên cứu các bài tốn ngun lí máy một cách thuận tiện
Các cơ cấu được tạo từ chuỗi động hở phẳng có hai khâu và từ chuỗi động kín thuộc lớp các cơ cấu truyền thống, gồm:
- Cơ cấu Rơto (hình 7.8a)
- Cơ cấu Bốn khâu bản lề phẳng (hình 7.8b)
- Cơ cấu Sáu khâu phẳng toàn khớp thấp (hình 7.8c) - Cơ cấu Cam phẳng cần đẩy (hình 7.8d)
- Cơ cấu Tay quay - con trượt (hình 7.44)
Hình 7.8
Các cơ cấu được tạo từ các chuỗi động hở không gian thuộc lớp các cơ cấu rôbốt Các cơ cấu này thường có ít nhất ba khâu động chưa kế phần làm việc được lắp với khân động tận cùng (xa khâu giá nhất) Trên hình 7.8e là lược đồ cơ cấu rôbôt ba khớp bản lề được tạo từ chuỗi động hở không gian hình 7.8g Đối với các cơ cấu rôbôt khái niệm khâu dẫn, khâu bị dẫn không có ý nghĩa
Trang 167.1.5 Bậc tự do của cơ cấu
Xết cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng hình 7.8b, biết kích thước các khâu 1,2,3,4 Nếu cho trước góc @ (hay cho trước vị trí khâu 1) thì vị trí của cơ cấu là hoàn toàn xác định, ta nói rằng cơ cấu có một bậc tự do Như vậy bậc tự do của cơ cấu là thông số cần cho trước để xác định hồn tồn vị trí cơ cấu
Bậc tự do của cơ cấu phụ thuộc vào số khâu, số khớp và loại khớp của cơ cấu Như vậy, ta có thể xác định bậc tự đo của cơ cấu bất kì khi biết lược đồ của nó
Gọi W, là tổng số bậc tự do của các khâu động của cơ cấu khi để rời (trong hệ quy chiếu gắn liền với giá), R là tổng số các ràng buộc do các khớp trong cơ cấu tạo ra thì bậc tự đo W của cơ cấu bằng:
W=W,-R (7.2)
Goi N là số khâu của cơ cấu, n là số khâu động (n = N-I), số bậc tự do của khâu động:
W,=ốn (7.3)
Nếu gọi p; là số khớp động loại j trong cơ cấu, thi:
| R=Dp, (7.4)
Thay (7.3), (7.4) vào (7.2) ta có:
W =6n-Yp, (7.5)
Vi du co cau réto hinh 7.8a, ta có: n=1,p;= 1 p,G#5)=0
> W=6x1-5x1= 1, vay co cdu nay c6 mét bac tu do Trong co cau rébét hình 7.8e, thì:
n= 3; p; = 3; p.G #5)=0
> W=6x3-5 x 3=3, co cau nay cé ba bac tudo
Trong trường hợp các cơ cấu phẳng thì ngay khi các khâu còn để rời được xem như cùng nằm trên một mặt phẳng (hay trên những mặt phẳng song song với nhau) Do đó nếu gọi n là số khâu động của cơ cấu, thì:
Wo = 3n; R = ŠX( - 3)p; (7.6)
Bậc tự do của cơ cấu phẳng:
W = 3n- 2 (j- 3)p;
Trang 17Trong đó:
Pa - số khớp loại 4; ps - số khớp loại 5
Ví dụ tính bậc tự do cơ cấu hình 7.9a:
n=3; p; =3; p„= Í
—>W=3x3-(2x3+Ixl)=2, khi khâu dẫn | quay, con lăn 2 tự quay quanh trục của nó, khâu 3 chuyển động tịnh tiến khứ hồi lên xuống Về mặt động học chuyển động quay của khâu 2 khơng ảnh hưởng gì đền quy luật chuyển động của khâu 3 nên thực chất cơ cấu này chỉ có một bậc tự do (hay đã có một bậc tự do thừa) Tuy nhiên sự có mặt của khâu 2 sẽ có tác dụng giảm ma sát
8 2 z Cc 3 ay “ A “2 2 Hình 7.9
Cơ cấu hình 7.9b (có các kích thước động học: Lạp = Lẹp = Lạg; Lạg = Lạy):
n=4,p; =6, p¿=0
—>W=3x4-2x6=0, theo kết quả này thì cơ cấu là một khung bất biến hình Thực chất khi cho khâu L quay với vận tốc góc œ, thì khâu 3 sẽ quay với vận tốc góc œ; = @¡, tương đương với cơ cấu này khi bỏ đi khâu 4, vậy số bậc tự do của cơ cấu là 1 Ở đây, khâu 4 khơng có vai trị gì về mặt động học mà chỉ có ý nghĩa tăng độ cứng vững cho cơ hệ (cơ cấu có một ràng buộc thừa)
Từ các ví dụ ở trên, kết quả tính theo (7.7) phải trừ bớt đi số bậc tự do thừa và cộng thêm các ràng buộc thừa nếu chúng tồn tại
Xuất phát từ định nghĩa về bậc tự do của cơ cấu, ta thấy số bậc tự do của cơ cấu đúng bằng số khâu dẫn Như vậy, việc xác dịnh bậc tự do của cơ cấu chính là xác định số khâu dẫn khi lược đồ cơ cấu đã cho Trường hợp đã cho trước khâu dẫn, việc xác định bậc tự do sẽ cho biết cơ cấu có chuyển động xác định hay không
Trang 187.2 MAY VA PHAN LOAI MAY
Máy là tập hợp của các cơ cấu, nó có chuyển động xác định và có nhiệm vụ sử dụng hoặc biến đổi cơ năng để thực hiện các yêu cầu kĩ thuật đặt ra
Căn cứ vào chức năng, có thể phân máy thành các loại chính sau:
- Máy năng lượng: các máy dùng để biến các dạng năng lượng khác thành cơ năng như động cơ điện, động cơ sức gió hoặc ngược lại như các máy phát điện, máy nén khí
- Máy cơng tác - các máy sử dụng cơ năng phục vụ một q trình cơng nghệ, ví du: máy cất gọt kim loại (máy tiện, phay, bào sử đụng cơ năng để biến đổi hình dáng, kích thước vật gia công); máy nâng chuyển để thay đổi vị trí vật năng; máy trộn để thay đổi trạng thái tính chất vật liệu;
- Máy tổ hợp - nếu đứng riêng rẽ thì một động cơ cũng là một máy, song thực tế máy thường ở dạng tổ hợp bao gồm: động cơ, máy công tác, bộ phận truyền dẫn, các thiết bị để theo dõi - kiểm tra và điều khiển