Giáo trình Nguyên lý máy Chương 1

Nối động Các khâu để rời trong không gian hoặc mặt phẳng sẽ có khả năng chuyển động hoàn toàn độc lập đối với nhau  không thể tạo thành cơ cấu máy.. Phân loại khớp động Khớp động đ ợc

Học phần 1: Cấu trúc và động học cơ cấu

Ch ơng 1: Cấu trúc và xếp loại cơ cấu phẳng

1 Các khái niệm cơ bản

1.1 Chi tiết máy

Chi tiết máy (gọi tắt là tiết máy) là phần tử cấu tạo hoàn chỉnh của máy, nó đ ợc chế tạo ra không kèm theo một nguyên công lắp ráp nào.

Mô hình khâu là mô hình vật rắn tuyệt đối.

Kích th ớc của khâu không có giới hạn trong không gian.

Ví dụ:

1.2.2 Bậc tự do của khâu

Xét hai khâu A và B để rời nhau trong không gian

Chọn B làm hệ quy chiếu và gắn vào B một hệ trục toạ độ 0xyz thì A có 6 khả năng chuyển động độc lập so với B (Tx, Ty, Tz, Qx,

Qy, Qz) Ta nói A có 6 bậc tự do so với B

Chọn A làm hệ quy chiếu, B cũng có 6 khả năng chuyển động độc lập so với A

Ta nói B có 6 bậc tự do t ơng đối so với A

Hai khâu để rời trong mặt phẳng tồn tại 3 bậc tự do t ơng đối

1.3.1 Nối động

Các khâu để rời trong không gian hoặc mặt phẳng sẽ có khả năng chuyển động hoàn toàn độc lập đối với nhau  không thể tạo thành cơ cấu máy Vì thế ng ời ta phải giảm bớt số bậc tự do t ơng

đối giữa chúng bằng cách cho chúng tiếp xúc với nhau theo một quy cách nhất định Nối động giữa hai khâu là giữ cho hai khâu tiếp xúc với nhau theo một quy cách nào đó

1.3.2 Khớp động

Chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu khi nối động hai khâu gọi là thành phần khớp động

Hai thành phần khớp động trong một phép nối

động gọi là một khớp động.

1.3.3 Phân loại khớp động

Khớp động đ ợc phân loại theo 2 cách:

- Theo tính chất tiếp xúc

ờng)

- Theo số bậc tự do bị hạn chế giữa hai khâu (ràng buộc)

- Nhiều khâu nối động với

nhau tạo thành chuỗi động.

1.5 Cơ cấu

- Một chuỗi động có một khâu cố định còn các khâu khác chuyển

động theo quy luật xác định gọi là cơ cấu Th ờng cơ cấu là một chuỗi

động kín

- Cơ cấu có 2 loại: Cơ cấu không gian và phẳng

- Khâu cố định trong cơ cấu gọi là giá.

2 Bậc tự do của cơ cấu phẳng

2.1 Định nghĩa

- Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để xác định

hoàn toàn vị trí của cơ cấu.

Ví dụ: Cho cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng

ABCD, biết L AB , l BC , l CD , l AD Nếu

cho tr ớc giá trị của thông số  1

thì vị trí của cơ cấu hoàn toàn

xác định Ta nói cơ cấu có 1

bậc tự do

2.2 Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

A B

C

D

Cho tr ớc l ợc đồ cơ cấu, số khâu, khớp, loại khớp Tính số bậc tự do của cơ cấu W.

2.2.1 Tr ờng hợp đơn giản

W = Wo - R

- Wo là tổng số bậc tự do của các khâu để rời so với giá.

- R là tổng số ràng buộc gây ra bởi các khớp động.

W o = 3n n là tổng số khâu động

R = 2p 5 + P 4 P5 và P4 là tổng số khớp loại 5 và 4

có trong cơ cấu Nên: W = 3n – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư (2P 5 + P 4 ) 2.2.2 Tr ờng hợp có ràng buộc trùng

X

VËy: W = 3n- (2.P5 + P4 – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ r)

r lµ sè rµng buéc trïng cã trong c¬ cÊu.

2.2.3 Tr êng hîp cã rµng buéc thõa

Rµng buéc cã trong c¬ cÊu mµ kh«ng lµm ¶nh h ëng tíi

VÝ dô: TÝnh sè bËc tù do cña c¬ cÊu h×nh b×nh hµnh kÐp

ABCDEF

W = 3.4 – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ (2.6) = 0 Kh©u EF vµ 2 khíp E, F ® a

vµo c¬ cÊu 1 rµng buéc thõa.

r = 2.2 ’) – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ 1.3 = 1

W = 3.4 – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ (2.6 – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ 1) = 1

W = 3n – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ (2P5 + P4 – Khíp cao (tiÕp xóc ®iÓm hoÆc ®­ ’) r )

A

D E

F

2.2.4 Bậc tự do thừa

Bậc tự do có trong cơ cấu mà không làm ảnh h ởng tới chuyển

động của cơ cấu gọi là bậc tự do thừa.

W = 3.3 – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư (2.3 + 1) = 2 Bậc tự do quay quanh trục của con lăn là thừa s = 1

W = 3.3 – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư (2.3 +1) – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư1 = 1

W = 3n – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư (2P 5 + P 4 ) - s

s là số bậc tự do thừa có trong cơ cấu.

2.2.5 Công thức tổng quát

W = 3n – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư (2P5 + P4 – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư r – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư ’) – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư r ) s

W = 3n – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư (2P5 + P4) + r + r ’) – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư s

2.2.6 Bậc tự do của cơ cấu không gian

W = W o – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư R = 6n – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư R

n là tổng số khâu động, R= là tổng số ràng buộc gây ra bởi các khớp động có trong cơ cấu, P j là số khớp loại j.

2.3 Xếp loại cơ cấu phẳng

2.3.1 Nguyên lý tạo thành cơ cấu – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư Nhóm át xua

Một cơ cấu gồm một hay nhiều khâu dẫn, nối với giá và với một số nhóm tĩnh định (nhóm có bậc tự do bằng 0)

Xét cơ cấu toàn khớp thấp

Nhóm đ ợc xếp loại theo hai tập hợp sau:

Tập hợp các nhóm không chứa một chuỗi động kín nào.

- Nhóm loại 2 (2 khâu 3 khớp)ABC

- Nhóm loại 3 (nhóm có khâu cơ sở – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư khâu có 3 thành phần khớp

động)

Ví dụ:

Tập hợp các nhóm có chứa ít nhất một chuỗi động kín.

Loại của nhóm bằng số cạnh của chuỗi động kín đơn có số cạnh nhiều nhất ( 4) Tham khảo và vẽ vào vở

- Nhãm Atxua lo¹i 2 vµ lo¹i 3

- VÝ dô xÕp lo¹i c¬ cÊu ph¼ng

2.3.3 Xếp loại cơ cấu phẳng

- Cơ cấu không chứa một nhóm tĩnh định nào là cơ cấu loại 1.

- Cơ cấu có chứa từ một nhóm tĩnh định trở lên, loại cơ cấu là loại của nhóm tĩnh định cao nhất có trong cơ cấu

2.4 Thay thế khớp cao bằng khớp thấp

Khi nghiên cứu cấu trúc cơ cấu có khớp cao, ta phải thay thế khớp cao bằng khớp thấp để đ a cơ cấu về cơ cấu toàn khớp thấp.

Ví dụ: Xét cơ cấu có khớp cao nh hình vẽ.

5, vào hai tâm hình học B và C của 2 vòng tròn trên khâu 1

và 2 (thêm 1 ràng buộc r = 2.2 ’) – Khớp cao (tiếp xúc điểm hoặc đư 3 =1) mà không làm thay

đổi chuyển động của cơ cấu Ràng buộc do khớp cao F gây

đ ợc cơ cấu thay thế là cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng.

 Điều kiện thay thế:

- Số bậc tự do của cơ cấu không thay đổi;

- Quy luật chuyển động của khâu bị dẫn không thay đổi;

- Việc thay thế có thể áp dụng cho khớp cao bất kỳ và có tính chất tức thời.

Vậy việc nghiên cứu cấu trúc cơ cấu thực chất là nghiên cứu các nhóm tĩnh định Mức độ phức tạp của cơ cấu phụ thuộc vào mức độ phức tạp của các nhóm tĩnh định Nguyên lý tạo thành cơ cấu là cơ sở tạo nên cơ cấu mới

Các vấn đề thảo luận và bài tập

thừa trong cơ cấu?

Bài tập

1 Tạ Ngọc Hải, Bài tập Nguyên lý máy