giáo trình nguyên lý chi tiết máy

MỤC LỤC CHƢƠNG 1: BÀI MỞ ĐẦU………………………………………………… …… Vị trí mơn học Đối tƣợng nghiên cứu Nội dung môn học Nguyên lý máy 4.Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CƠ CẤU Những khái niệm Bậc tự cấu Xếp loại cấu phẳng CHƢƠNG 3: ĐỘNG LỰC CƠ CẤU 13 Mục đích, nhiệm vụ phƣơng pháp nghiên cứu 13 Phân tích động học cấu loại hai 13 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH LỰC TRÊN CƠ CẤU PHẲNG 18 Khái niệm 18 Lực quán tính 18 Phản lực khớp động 19 4.Lực ma sát 21 CHƢƠNG 5: ĐỘNG LỰC HỌC MÁY 24 Khái niệm chung 24 Phƣơng trình chuyển động máy 24 Chuyển động thật máy 25 CHƢƠNG 6: CƠ CẤU KHỚP LOẠI THẤP 26 Khái niệm 26 Đặc điểm chuyển động 26 Khái niện chung 33 Cơ cấu cam 33 Cơ cấu bánh 38 Bánh trụ có hai trục song song 48 Bánh trụ có hai trục chéo 49 Bánh nón 50 Cơ cấu đăng 51 Trang Hệ thống bánh 51 CHƢƠNG 8: BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 54 Khái niệm chung 54 Kết cấu loại đai 54 Những vấn đề lý thuyết truyền động đai 54 Tính tốn truyền động đai 61 Kết cấu bánh đai 61 Trình tự thiết kế truyền 61 CHƢƠNG 9: TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 62 Khái niệm chung 62 Bộ truyền động bánh trụ thẳng 66 Bộ truyền bánh trụ nghiêng 72 Bộ truyền bánh nón 77 5.VËt liƯu vµ øng suÊt cho phÐp 81 Hiệu suất bôi trơn 82 Trình tự thiết kế truyền 82 CHƢƠNG 10: TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT –BÁNH VÍT 83 Khái niệm chung 83 Những thông số động học truyền 83 Các dạng hỏng tiêu tính tốn truyền 89 Vật liệu ứng suất cho phép 90 Trình tự thiêt kế truyền 92 CHƢƠNG 11: TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 93 Khái niệm chung 93 Những thông số truyền động xích 95 Các dạng hỏng bôi trơn hiệu suất 101 Tính tốn truyền xích 101 Trình tự thiết kế truyền xích 103 CHƢƠNG 12: TRỤC 104 Khái niệm chung 104 Các dạng hỏng trục – Vật liệu chế tạo trục 104 Tính tốn trục 105 Trang CHƢƠNG 13 : Ổ TRỤC 110 Ổ trƣợt 110 Ổ lăn 110 Trang CHƢƠNG 1: BÀI MỞ ĐẦU Vị trí môn học + Là môn học bắt buộc trƣớc sinh viên học môn học chuyên môn + Là môn học kỹ thuật sở bắt buộc, vừa mang tính chất lý thuyết thực nghiệm + Giúp sinh viên có khả tính tốn, thiết kế, kiểm nghiệm chi tiết máy phận máy thông dụng đơn giản Đối tượng nghiên cứu 2.1 Máy Máy tập hợp vật thể ngƣời tạo ra, nhằm mục đích thực mở rộng chức lao động Căn vào chức năng, chia máy thành loại: a Máy lượng: dùng để truyền hay biến đổi lƣợng, gồm hai loại: + Máy- động cơ: biến đổi dạng lƣợng khác thành năng, ví dụ động nổ, động điện, tuốcbin + Máy biến đổi năng: biến đổi thành dạng lƣợng khác, ví dụ máy phát điện, máy nén khí b Máy làm việc (máy cơng tác): có nhiệm vụ biến đổi hình dạng, kích thƣớc hay trạng thái vật thể (gọi máy công nghệ), thay đổi vị trí vật thể (gọi máy vận chuyển) Trên thực tế, nhiều phân biệt nhƣ trên, máy nói chung có động dẫn động riêng Những máy nhƣ gọi máy tổ hợp Ngoài động phận làm việc, máy tổ hợp có thiết bị khác nhƣ thiết bị kiểm tra, theo dõi, điều chỉnh Khi chức điều khiển ngƣời tồn q trình làm việc máy đƣợc đảm nhận thiết bị nói trên, máy tổ hợp trở thành máy tự động c Máy truyền biến đổi thơng tin, ví dụ máy tính điện tử Ngồi loại máy đây, nhiều loại máy có chức đặc biệt nhƣ tim nhân tạo, tay máy, ngƣời máy Khi phân tích hoạt động máy, xem máy hệ thống gồm phận điển hình, theo sơ đồ khối sau: + Bộ nguồn: cung cấp lƣợng cho toàn máy + Bộ chấp hành: trực tiếp thực nhiệm vụ công nghệ máy + Bộ biến đổi trung gian: thực biến đổi cần thiết từ nguồn đến chấp Trang hành + Bộ điều khiển: thực thông tin, thu thập tin tức làm việc máy đƣa tín hiệu cần thiết để điều khiển máy 2.Cơ cấu Trong phận máy, tập hợp vật thể có chuyển động xác định, làm nhiệm vụ truyền hay biến đổi chuyển động gọi cấu 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 lò xo, cấu dùng tác dụng chất khí, chất lỏng, cấu di chuyển nhờ thuỷ lực + Cơ cấu dùng tác dụng điện từ Nội dung môn học Nguyên lý máy 3.1 Nội dung Môn học Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề chuyển động điều khiển chuyển động cấu máy Ba vấn đề chung loại cấu máy mà môn học Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề cấu trúc, động học động lực học 3.2 Mơ hình nghiên cứu Ba vấn đề nêu đƣợc nghiên cứu dƣới dạng hai tốn: tốn phân tích tốn tổng hợp Bài tốn phân tích cấu trúc nhằm nghiên cứu nguyên tắc cấu trúc cấu khả chuyển động cấu tùy theo cấu trúc Bài tốn phân tích động học nhằm xác định chuyển động khâu cấu, không xét đến ảnh hƣởng lực mà vào quan hệ hình học khâu Bài tốn phân tích động lực học nhằm xác định lực tác động lên cấu quan hệ lực với chuyển động cấu Phương pháp nghiên cứu Bên cạnh phƣơng pháp môn học Cơ học lý thuyết, để nghiên cứu vấn đề động học động lực học cấu, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp sau đây: + Phƣơng pháp đổ thị (phƣơng pháp vẽ - dựng hình) + Phƣơng pháp giải tích Ngồi ra, phƣơng pháp thực nghiệm có ý nghĩa quan trọng việc nghiên cứu toán Nguyên lý máy Trang CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CƠ CẤU Những khái niệm Hình 1-cơ cấu động đốt 1.1 Bậc tự tương đối hai khâu + Số bậc tự tƣơng đối hai khâu số khả chuyển động độc lập tƣơng đối khâu khâu (tức số khả chuyển động độc lập khâu hệ quy chiếu gắn liền với khâu kia) + Khi để rời hai khâu không gian, chúng có bậc tự tƣơng đối Thật vậy, hệ tọa độ vng góc Oxyz gắn liền với khâu (1), khâu (2) có khả chuyển động: TX, Ty ,Tz (chuyển động tịnh tiến dọc theo trục Ox, Oy, Oz) QX, QY,QZ (chuyển động quay xung quanh trục Ox, Oy, Oz) Sáu khả hoàn toàn độc lập với + Tuy nhiên, để rời hai khâu mặt phang, số bậc tự tƣơng đối chúng lại 3: chuyển động quay Qz xung quanh trục Oz vng góc với mặt phẳng chuyển động Oxy hai khâu hai chuyển động tịnh tiến TX, TY dọc theo trục Ox, Oy nằm mặt phẳng Hình 2-bậc tự + Số bậc tự tƣơng đối hai khâu số thơng số vị trí độc lập cần cho trớc để xác định hồn tồn vị trí khâu hệ quy chiếu gắn liền với khâu 1.2 Khâu * Khâu dẫn Trang Khâu dẫn khâu có thơng số vị trí cho trƣớc (hay nói khác đi, có quy luật chuyển động cho trƣớc) * Khâu bị dẫn Ngồi giá khâu dẫn ra, khâu lại đợc gọi khâu bị dẫn * Khâu phát động Khâu phát động khâu đƣợc nối trực tiếp với nguồn lƣợng làm cho máy chuyển động Ví dụ, với động đốt Hình 1, khâu phát động pittơng - Cơ cấu máy cấu tay quay-con trƣợt OAB (Hình 2) làm nhiệm vụ biến chuyển tịnh tiến pistông (3) thành chuyển động quay trục khuỷu (1) Mỗi khâu có chuyển động riêng biệt: Khâu (1) quay xung quanh tâm O, khâu (2) chuyển động song phang, khâu (3) chuyển động tịnh tiến, khâu (4) cố định Trục khuỷu thông thƣờng chi tiết máy độc lập Thanh truyền gồm nhiều chi tiết máy nhƣ thân, bạc lót, đầu to, bu lông, đai ốc ghép cứng lại với 1.3 Sự nối động, khớp động * Nối động, thành phần khớp động, khớp động + Để tạo thành cấu, ngƣời ta phải tập hợp khâu lại với cách thực phép nối động * Nối động hai khâu bắt chúng tiếp xúc với theo quy cách định suốt trình chuyển động Nối động hai khâu làm hạn chế bớt số bậc tự tƣơng đối chúng + Chỗ khâu tiếp xúc với khâu đợc nối động với gọi thành phần khớp động + Tập hợp hai thành phần khớp động hai khâu phép nối động gọi khớp động * Các loại khớp động + Căn vào số bậc tự tương đối bị hạn chế nối động (còn gọi số ràng buộc khớp), ta phân khớp động thành loại: khớp loại 1, loại 2, loại 3, loại 4, loại lần lƣợt hạn chế 1, 2, 3, 4, bậc tự tƣơng đối Khơng có khớp loại 6, khớp hạn chế bậc tự tƣơng đối hai khâu, hai khâu ghép cứng với Khơng có khớp loại 0, hai khâu để rời hồn tồn khơng gian (liên kết hai khâu lúc đƣợc gọi liên kết tự do) + Căn vào đặc điểm tiếp xúc hai khâu nối động, ta phân khớp động thành loại: Khớp cao: thành phần khớp động điểm hay đường * Khớp thấp: thành phần khớp động mặt 1.4 Chuỗi động cấu * Chuỗi động tập hợp khâu đƣợc nối với khớp động + Dựa cấu trúc chuỗi động, ta phân chuỗi động thành hai loại: - Chuỗi động hở Trang - Chuỗi động kín - Chuỗi động hở chuỗi động khâu đƣợc nối với khâu khác - Chuỗi động kín chuỗi động khâu đƣợc nối với hai khâu khác (các khâu tạo thành chu vi khép kín, khâu tham gia hai khớp động) Bậc tự cấu 2.2 Cơ cấu phẳng + Số bậc tự cấu số thông số vị trí độc lập cần cho trƣớc để vị trí toàn cấu hoàn toàn xác định + Số bậc tự cấu số quy luật chuyển động cần cho trƣớc để chuyển động cấu hồn tồn xác định + Ví dụ: Xét cấu bốn khâu lề ABCD gồm giá cố định ba khâu động 1, 2, Nếu cho trƣớc thông số p1 = (AD, AB) để xác định vị trí khâu so với giá vị trí cấu hồn tồn xác định Thật vậy, kích thƣớc động lAB cho trƣớc nên vị trí điểm B hồn tồn xác định Do điểm D kích thƣớc lBC , lCD cho trƣớc nên vị trí điểm C vị trí khâu hồn tồn xác định Nếu cho trƣớc quy luật chuyển động khâu (1) : p1 = p1 (t) chuyển động khâu hoàn toàn xác định Nhƣ cấu bốn khâu lề có bậc tự do: W = 2.2 Cơ cấu không gian Ràng buộc trùng: Trong cấu phẳng, ràng buộc trùng có khớp đóng kín đa giác gồm khâu nối với khớp trƣợt Ví dụ: xét cấu Hình 23 Giả sử lấy khớp B làm khớp đóng kín Khi nối khâu 1, khâu khâu khớp A C, khâu quay tƣơng đối so với khâu quanh trục Oz, tức có ràng buộc gián tiếp QZ khâu khâu Khi nối trực tiếp khâu khâu khớp đóng kín B, khớp B lại tạo thêm ràng buộc QZ Nhƣ vậy, có ràng buộc trùng: Rtmng = 2.3 Bậc tự thừa Trong cấu cam cần lắc đáy lăn (dùng để biến chuyển động quay liên tục cam thành chuyển động lắc qua lại theo quy luật cho trƣớc cần , ta có: n = 3, p5 = (ba khớp quay loại 5); p4 = (một khớp cam phẳng loại 4) Bậc tự hệ tính theo cơng thức (1.4): W = 3.3 - (2.3 + 1) = Tuy nhiên, bậc tự cấu : W = 1, Trang cho cam quay chuyển động cần hồn tồn xác định Ớ có bậc tự thừa: Wthua = 1, chuyển động lăn xung quanh trục mình, Hình 1.4: Cơ cấu cam cần lắc đáy lăn Bởi cho lăn quay xung quanh trục này, cấu hình cấu hồn tồn khơng thay đổi Tóm lại, bậc tự cấu: W = 3n- (2p5 + p4) - Wth = 3.3 - (2.3 +1)-1 = Xếp loại cấu phẳng 3.1 Nguyên lý tạo thành cấu * Cơ cấu + Cơ cấu chuỗi động, khâu đƣợc chọn làm hệ quy chiếu (và gọi giá), khâu lại có chuyển động xác định hệ quy chiếu (và gọi khâu động) Thông thƣờng, coi giá cố định Tƣơng tự nhƣ chuỗi động, ta phân biệt cấu phẳng cấu khơng gian + Ví dụ, chọn khâu chuỗi động phẳng kín , khâu chuỗi động phẳng kín làm giá, ta đƣợc cấu phẳng Chọn khâu chuỗi động không gian hở làm giá, ta có cấu khơng gian 3.2 Xếp loại nhóm A Nhóm, tĩnh định Xét cấu bốn khâu lề ABCD (Hình 3) Tách khỏi cấu khâu dẫn giá 4, lại nhóm gồm hai khâu nối với khớp quay C (Hình 29) Ngồi khâu thành khớp đƣợc gọi khớp chờ: khớp chờ B khớp chờ C Nhƣ nhóm lại gồm có hai khâu (n = 2) ba khớp quay (p5 = 3), bậc tự nhóm: W = 3.2 — 2.3 = Đây nhóm tĩnh định cho trƣớc vị trí khớp chờ vị trí khớp C hồn tồn xác định *Nhóm tĩnh định nhóm có bậc tự khơng thể tách thành nhóm nhỏ có bậc tự Hình 3- cấu bốn khâu lề + Nhóm tĩnh định có hai khâu ba khớp đƣợc gọi nhóm Atxua hạng II Trang Nhóm gồm có hai khâu ba khớp trƣợt khơng phải nhóm tĩnh định bậc tự nhóm B Nhóm Atxua có hạng cao II: Nếu khớp nhóm tĩnh định tạo thành đa giác hạng nhóm Atxua đƣợc lấy số đỉnh đa giác, tạo thành nhiều đa giác hạng nhóm lấy số đỉnh đa giác nhiều đỉnh Ví dụ cấu Hình tách thành khâu dẫn nối giá khớp nhóm tĩnh định BCDEG Các khớp chờ khớp B, E, G Các khớp C, D, E Nhóm có đa giác khép kín CDF có ba đỉnh nên nhóm hạng III Hình 4- nhóm tĩnh định 3.3 Xếp loại cấu Việc xếp hạng cấu có ý nghĩa thiết thực việc nghiên cứu số tính động học lực học cấu Trang 10 Z 01 , n01  Số răng, số vòng quay truyền sở: Z 01 =25; n01 tra Bảng 6.4 Đặt: KZ= Z 01 - Hệ số số đĩa dẫn; Z1 Kn= n01 - Hệ số số vòng quay đĩa dẫn; n1 Các dạng hỏng bôi trơn hiệu suất 3.1 Các dạng hỏng biện pháp khắc phục Khi truyền xích làm việc xảy dạng hỏng sau: a.Mòn lề Mòn lề làm bƣớc xích tăng gây tƣợng nhẩy xích Nguyên nhân: - Chịu áp suất lớn bề mặt tiếp xúc ống chốt - Góc xoay tƣơng đối hai mắt xích vào khớp khớp - Ma sát bề mặt tiếp xúc b.Rỗ gãy lăn Dƣới tác dụng ứng suất thay đổi, va đập, truyền làm việc tải lớn, vận tốc cao, đƣợc bơi trơn hộp kín nên mòn c.Mòn đĩa xích Ngun nhân bơi trơn d.Đứt xích q tải 3.2 Bơi trơn xích, hiệu suất Tính tốn truyền xích 4.1 Tính theo áp suất cho phép Để đảm bảo xích làm việc ổn định, khơng bị mòn q giá trị cho phép trƣớc thời hạn qui định, áp suất sinh lề: p0= K Ft   p0  A (6.18) Trang 101 Trong đó: A- Diện tích mặt tựa lề; [p0]- áp suất cho phép xác định thực nghiệm; K- hệ số sử dụng: K= Kđ.Ka.K0 Kđc.Kbt.Kc (6.19) Với: Kđ- hệ số tải trọng động; Ka- Hệ số ảnh hƣởng khoảng cách trục; K0- Hệ số ảnh hƣởng cách bố trí truyền; Kđc - Hệ số ảnh hƣởng điều chỉnh; Kbt- Hệ số ảnh hƣởng bôi trơn; Kc- Hệ số ảnh hƣởng chế độ làm việc ca kíp 4.2 Kiểm nghiệm số lần va đập giây Để bảo đảm xích khơng bị phá huỷ tải, hệ số an toàn S phải thoả mãn điều kiện: S= Q  S =  51 K t Ft  F0  FV  (6.22) Trong đó: Q- tải trọng phá hỏng ,N cho Bảng 6.1; Kt – Hệ số chế độ tải trọng, phụ thuộc vào chế độ làm việc: Kt =1,2; 1,7 2,0 ứng với chế độ làm việc trung bình,năng nặng; Ft- Lực vòng, N; FV – Lực căng lực ly tâm sinh tính theo (6.4); F0- Lực căng ban đầu , N tính theo (6.2); S  - Hệ số an toàn cho phép cho Bảng 6.5 Trang 102 Bảng 3(6.5.) Bƣớc xích Hệ số an toàn cho phép S  n1, v/ph p, mm