Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Cơ kỹ thuật cung cấp cho người học các kiến thức: Những khái niệm cơ bản và các tiên đề tĩnh học; Hệ lực phẳng; Hệ lực không gian; Động học điểm; Chuyển động cơ bản của vật rắn; Chuyển động song phẳng của vật rắn; Chuyển động tổng hợp của vật rắn;...
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ NGUYỄN QUANG TUYẾN GIÁO TRÌNH CƠ KỸ THUẬT (Lưu hành nội bộ) Hà Nội năm 2012 Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học Tuyên bố quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình với mục đích kinh doanh Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học MỤC LỤC Lời giới thiệu Error! Bookmark not defined Lời nói đầu Error! Bookmark not defined Phần I: Cơ học vật rắn tuyệt đối A: Tĩnh học Chương 1: Những khái niệm tiên đề tĩnh học 1.1 Những khái niệm 1.2 Các định luật tĩnh học 1.3 Liên kết phản lực liên kết 1.4 Các liên kết thường gặp Chương II Hệ lực phẳng 11 2.1 Hệ lực phẳng đồng quy 11 2.1.1 Các khái niệm 11 2.2 Ngẫu lực 15 2.3 Hệ lực phẳng 18 2.5 Ma sát tốn cân có ma sát 22 Chương 3: Hệ lực không gian 25 3.1 Véc tơ chính, véc tơ mơmen hệ lực không gian: 25 3.2 Thu gọn hệ lực không gian 27 3.3 Điều kiện cân hệ lực không gian 27 B: Động học 29 Chương 4: Động học điểm 29 4.1 Các khái niệm 29 4.2 Các phương pháp xác định chuyển động điểm 30 4.3 Khảo sát chuyển động theo phương pháp tự nhiên 31 4.4 Khảo sát chuyển động theo phương pháp toạ độ 34 Chương V: Chuyển động vật rắn 35 5.1 Chuyển động tịnh tiến vật rắn 35 5.2 Chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định 35 5.3 Khảo sát chuyển động 36 5.4 Chuyển động điểm thuộc vật quay quanh trục cố định 37 Chương VI: Chuyển động song phẳng vật rắn 39 6.1 Khái niệm chung 39 6.2 Khảo sát chuyển động song phẳng 39 6.3.3 Khảo sát chuyển động phương pháp quay tâm tức thời 42 Chương VII: Chuyển động tổng hợp vật rắn 44 7.1 Khái niệm 44 Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học 7.2 Khảo sát chuyển động tổng hợp điểm 45 7.2 Khái niệm chuyển động tổng hợp vật rắn 46 7.3 Hợp hai chuyển động quay chiều có hai trục song song 47 7.4 Hai chuyển động quay ngược chiều 48 7.5 Hợp hai chuyển động quay có trục giao 49 Phần II: Cơ học vật rắn biến dạng 51 Chương VIII: Những khái niệm 51 8.1 Nhiệm vụ đối tượng nghiên cứu môn học: 51 8.2 Khái niệm thanh: 51 8.3 Nội lực - ứng suất: 52 8.4 Các thành phần nội lực mặt cắt ngang 55 8.5 Quan hệ nội lực ứng suất mặt cắt ngang 57 8.6 Biến dạng: 58 8.7 Các giả thuyết vật liệu: 58 Chương 9: Kéo nén tâm 59 Chương 9: Kéo nén tâm 60 9.1 Định nghĩa: 60 9.2 Biểu đồ nội lực: 60 9.3 ứng suất pháp mặt cắt ngang: 61 9.4 Biến dạng, tính độ giãn dài thanh: 63 9.5 Điều kiện bền: 64 9.6 Ví dụ - Bài tập: 65 Chương 10: Cắt – dập 67 10.1 Cắt 67 10.2 Dập: 68 10.3 Bài tập áp dụng: 69 Chương 11: Xoắn tuý thẳng 71 11.1 Định nghĩa: 71 11.2 Mô men xoắn - Biểu đồ mô men xoắn 71 11.3 Thiết lập công thức ứng suất tiếp mặt cắt ngang tròn chịu xoắn tuý 73 11.4 Biến dạng tròn chịu xoắn 76 11.5 Điều kiện bền điều kiện cứng 77 11.6 Khái niệm mặt cắt ngang hợp lý: 78 11.7 Bài tập áp dụng: 79 Chương 12 uốn phẳng thẳng 81 12.1 Định nghĩa phân loại: 81 12.2 Nội lực biểu đồ nội lực 81 12.3 Biểu đồ nội lực: 83 12.3 Dầm chịu uốn tuý phẳng: 89 12.4 Uốn ngang phẳng 95 Chương 13 chịu lực phức tạp 103 13.1 Thanh uốn xiên: 103 Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học 13.2 Uốn kéo - nén đồng thời 108 13.3 Kéo nén lệch tâm: 111 13.4 Xoắn uốn đồng thời 112 13.5 Thanh chịu lực tổng quát 115 Phần Nguyên lý máy 118 Chương 14: Cấu trúc cấu 118 14.1 Khái niệm định nghĩa 118 Chương 15: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp 123 15.1 Khái niệm chung 123 15.2 Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp 123 15.3 Các cấu phẳng tồn khớp thấp thơng dụng 124 Chương16 Cân máy ma sát khớp động 129 16.1 Cân máy 129 16.2 Ma sát khớp trượt 130 Chương 17 Cơ cấu bánh 135 17.1 Khái niệm 135 17.2 Cơ cấu bánh phẳng 135 17.3 Cơ cấu bánh không gian 140 17.4 Hệ bánh 143 Chương 18: Cơ cấu cam, cấu đai cấu truyền động đặc biệt 146 18.1 Cơ cấu cam 146 18.2 Cơ cấu đai 147 18.3 Truyền động đai 149 18.4 Một số cấu đặc biệt 150 Tài liệu tham khảo: 152 Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học PHẦN I: CƠ HỌC VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI A: TĨNH HỌC Chương 1: Những khái niệm tiên đề tĩnh học 1.1 Những khái niệm 1.1.1 Một số định nghĩa Cơ học lý thuyết môn học nghiên cứu định luật tổng quát cân chuyển động cuả vật thể Theo tính chất cuả toán người ta chia học lý thuyết làm phần tĩnh học động học động lực học Nhiệm vụ cụ thể phần sau: Tĩnh học nghiên cứu cân vật thể Động học nghiên cứu quy luật cuả chuyển động mà không xét đến nguyên nhân gây chuyển động Động lực học nghiên cứu quy luật chuyển động tác dụng cuả lực Cơ học lý thuyết mở đườug cho việc nghiên cứu môn sở kỹ thuật đại sức bền vật liệu, chi tiét máy, nguyên lý máy v.v Đối tượng nghiên cứu cuả học lý thuyết vật thể hay gọi vật rắn Trong thực tế tất vật thể không gian chịu tác động tương hỗ với vật thể khác chúng nhiều bị biến dạng Nhưng chi tiết máy hay kết cấu cơng trình người ta phải tính tốn thiết kế cho biến dạng khơng ảnh hưởng tới chức máy hay cơng trình, có nghĩa biến dạng phải coi khơng đáng kể Trong trường hợp chúng coi không bị biến dạng, nói cách khác rắn tuyệt đối Vậy vật rắn tuyệt đối vật thể mà khoảng cách hai điểm thuộc vật luôn không đổi Tĩnh học phần môn học vật rắn tuyệt đối nghiên cứu lực điều kiện cân cuả vật thể tác dụng cuả lực Lực Đối tượng nghiên cứu thứ cuả tĩnh học lực hiểu đại lượng đặc chưng cho tác dụng tương hỗ vật thể mà kết gây nên thay đổi trạng thái hay vị trí cuả vật thể Để xác định lực ta cần có ba yếu tố: Điểm đặt cuả lực nơi lực tác động vào Hướng phương chiều tác dụng lực Cường độ tác động hay gọi trị số biểu thị độ mạnh hay yếu lực Đối chiếu với khái niệm tốn học biết ta thấy mặt hình học biểu diễn lực dạng véc tơ đó: Gốc véc tơ điểm đặt lực Phương chiều cuả véc tơ phương chiều lực Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học Chiều dài véc tơ trị số lực lấy theo tỷ lệ định Đơn vị đo lực Niuton (N) bội số Vật rắn cân Đối tượng nghiên cứu thứ hai tĩnh học vật rắn cân Vật rắn trạng thái cân nằm yên hay chuyển động thẳng so với hệ trục toa độ chọn làm chuẩn Ngoài khái niệm để tiện cho việc nghiên cứu người ta cần xác lập số khái niệm khác: Hệ lực: toàn thể lực tác động lên vật thể Hệ lực cân hệ lực giữ cho vật thể trạng thái cân bằng, nói chúng cân lẫn Hệ lực tương đương: Hai hệ lực gọi tương đương chúng gây cho vật thể tác dụng Ký hiệu: FR Hợp lực: Một lực gọi hợp lực hệ tương đương với hệ lực 1.2 Các định luật tĩnh học Trước bắt đầu nghiên cứu môn học ta cần xem xét số định luật (còn gọi tiên đề) lĩnh vực Tĩnh học khơng phải ngoại lệ, có số định luật ta thừa nhận trước F1 F2 Hình 1.1 nghiên cứu Định luật 1: điều kiện cần đủ để vật rắn chịu tác dụng hai lực cân hai lực phải có trị số, đường tác dụng đường nối hai điểm đặt, ngược chiều F1 = F2 hay (F1, F2) Định luật 2: Tác dụng hệ lực lên vật rắn không thay đổi ta thêm vào hay bớt hai lực cân Hệ cuả tiên đề 2: (định lý trượt lực) Tác dụng lực lên vật rắn không thay đổi ta trượt lực dọc theo đường tác dụng Chứng minh: Giả sử có vật rắn chịu tác động lực F đặt điểm A Trên đường tác dụng F ta thêm vào hai lực F1, F2 đặt điểm B Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học biết (F1, F2) có trị số F1 = F2 = F có đường tác dụng với lực F Theo định luật ta có (F, F1) Theo định luật ta bỏ hệ (F, F1), có lực F2 tác dụng lên hệ Kết lực F rời từ vị trí A đến vị trí B F2 Định lý chứng minh Định luật (tiên đề hình bình hành lực): R F1 F1 F A B F2 Hình 1.2 F2 Hình 1.3 Hợp lực hai lực có điểm đặt lực đặt điểm xác định đường chéo hình bình hành lập hai lực thành phần R = F1 + F2 Nếu biển diễn lực véc tơ mặt tốn học nói hợp lực hai lực tác dụng lên vật thể tổng hình học lực thành phần Định luật (lực tương hỗ): Lực mà hai vật tác dụng lẫn nhau trị số, phương ngược chiều Về chất hai lực khơng phải hai lực cân chúng có điểm đặt hai vật thể khác Định luật (tiên đề hóa rắn): Nếu tác dụng hệ lực mà vật biến dạng cân hố rắn lại cân Ý nghĩa: Dưới tác dụng lực vật bị biến dạng sau biến dạng trạng thái cân ta xem vật rắn trạng thái cân tiến hành khảo sát lực mà khơng ảnh hưởng đến kết Tiên đề cho phép ứng dụng phương trình tĩnh học để giải tốn tìm phản lực phần học biến dạng sau 1.3 Liên kết phản lực liên kết Vật tự vật chịu liên kết Vật tự vật khơng có liên quan đến vật khác thực di chuyển không gian thời điểm xét Một vật khơng gian ba chiều có di chuyển khác gọi bậc tự (dọc theo ba trục quay quanh ba trục) Mọi chuyển động vật thực tế quy tổng hợp chuyển động Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học Vật chịu liên kết vật có hay nhiều phương di chuyển bị hạn chế hay cản trở vật khác Tất đối tượng có tác dụng khống chế dịch chuyển cuả vật khảo sát gọi liên kết Những lực mà vật khác tác dụng lên vật khảo sát làm hạn chế hay cản trở chuyển động gọi phản lực liên kết (lực phản tác dụng liên kết gây ra) Phản lực liên kết xác định theo nguyên tắc sau: Phản lực liên kết đặt vào vật thể khảo sát điểm tiếp xúc vật gây liên kết Phản lực liên kết phương ngược chiều với chuyển động bị cản trở Nói cách khác vng góc với phương chuyển động Trị số phản lực liên kết phụ thuộc vào lực chủ động tác dụng lên vật 1.4 Các liên kết thường gặp Liên kết tựa: R R Hình 1.5 Hình 1.4 Vật tựa lên mặt hay giá tựa, lăn v.v Lực liên kết hướng theo phương pháp tuyến với bề mặt tựa Vật tựa lên điểm nhọn Lực liên kết hướng theo phương pháp tuyến với bề mặt vật Liên kết dây mềm: Phản lực liên kết hướng dọc theo dây Liên kết lề: Bản lề trụ: lực liên kết có phương bát kỳ qua tâm trục vng góc với trục quay Sau để tiện cho việc khảo sát người ta coi biết điểm đặt lực liên kết phân tich lực thành hai thành phần vng góc với theo hệ trục chọn nằm mặt phẳng vuông góc với trục quay Bản lề cầu: Lực liên kết có phương qua tâm hình cầu Tương tự phần để xác định trị số lực người ta phân tích theo hệ trục ba chiều khơng gian R Hình 1.7 Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học T Hình 1.6 Liên kết thanh: Thanh thẳng: Phản lực liên kết hướng dọc theo trục Thanh cong: Phản lực liên kết hướng theo đường nối tâm hai đầu lề S S Hình 1.8 Hình 1.9 Tiên đề giải phóng liên kết Mọi vật khơng tự xem vật tự ta vứt bỏ liên kết thay chúng phản lực liên kết Ý nghĩa: Nhờ tiên đề ta chuyển việc xem xét tốn cân vật thể toán cân vật thể tự do, phản lực liên kết coi ngoại lực áp dụng định luật tĩnh học Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh lấy 1,15 < Nếu hai quan hệ không đảm bảo ta khơng thể có truyền có tỷ số truyền khơng đổi Điều kiện ăn khớp khít Để cặp bánh hoạt động êm không va đập, đổi chiều chuyển động cập biên hình phía phải cặp biên hình phía trái phải đồng thời tiếp xúc với Điều xảy bước vòng tròn lăn hai bánh tL1 = tL2 Mô đun Để tạo thuận tiện cho việc đo bánh người ta dùng đại lượng gọi mô đun, ký hiệu m thay cho bước t m t Môdun lớn kích thước lớn Hai bánh ăn khớp với chúng có modun Mơdun tiêu chuẩn hố theo dãy kích thước định 0,1 0,50 2,50 0,12 0,60 3,0 0,15 0,80 4,0 0,2 1,00 5,0 0,25 1,25 6,0 0,30 1,50 8,0 0,40 2,00 10,0 Hiện tượng cắt chân hệ số dịch dao Người ta tạo hinh dụng cụ gọi Thanh coi bánh đặc biệt có bán kính vòng tròn sở vơ lớn Khi đường đỉnh đường chân suy biến thành đường thẳng Đường thẳng chia đường đỉnh đường chân gọi đường trung bình Bình thường tạo hình đường trung bình trùng với đường lăn bánh Tuy nhiên yêu cầu đặc biệt chế tạo người ta để đường trung bình khơng trùng với đường lăn bánh mà dịch khoảng cách gọi độ dịch dao Khi < Đường trung bình dịch vào gần tâm quay có hình dạng thon thả hơn, chân nhỏ lại, đầu to Khi > đường trung bình dịch xa tâm quay có hình dạng bầu hơn, đầu nhỏ lại, chân to Đại lượng đặc trưng cho độ dịch dao gọi hệ số dịch dao m Trong hệ số dịch dao Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh Việc dịch dao làm cải thiện điều kiện làm việc bánh ăn khớp sau như: thay đổi hệ số trượt phần, thay đổi sức chịiu uốn, thay đổi khả chịu tải Tuy nhiên việc dịch dao thực giới hạn định Nếu dịch dao sâu dẫn đến tượng phần chân bị cắt lẹm, chí cắt lẹm phần thân khai chân làm cho yếu đáng kể Quan hệ hình học thông số bánh Môđun m Số z Đường kính vòng chia (vòng lăn) d = mz góc ăn khớp = 20o có lấy = 14o30’ Chiều cao đầu h’t = f’m Trong f’ hệ số chiều cao răng, thông thường f’ = 1,25 Chiều cao chân h”t = f”m Trong f” hệ số chiều cao chân răng, thơng thường f” = 1,25 Phần lượn đầu chân C = fom fo hệ số khoảng hở hướng tâm, thông thường fo = 0,25 Chiều cao h = h’t + h”t + C = m(h’t + h”t = C) Đường kính vòng chân df = d - 2(h”t + C) = mz - 2(mf” - mfo) = m(z - 2(f” + fo)) Đường kính vòng đỉnh de= d + 2h’t = mz + 2mf’ = m(z + 2f’) Bước t = m 17.3 Cơ cấu bánh không gian 17.3.1 Khái niệm phân loại Cơ cấu bánh không gian cấu bánh với hai bánh truyền chuyển động hai trục chéo hoăc cắt không gian Các cấu bánh không gian thông dụng gồm: Cơ cấu bánh côn dùng để truyền chuyển động hai trục cắt thường vng góc với Cơ cấu bánh trụ chéo: gồm hai bánh trụ hypoloit dùng để truyền chuyển động hai trục chéo khơng gian Góc chéo hai trục = 1 + 2 = 90o 1 -2 1, 2 góc nghiêng bánh Cơ cấu bánh vít trục vít: cấu bánh đặc biệt dùng để truyền chuyển động hai trục chéo thường vng góc với khơng gian thơng qua kết cấu đặc biệt bánh vít Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh Người ta phân loại cấu theo hình dáng kết cấu tương tự bánh phẳng 17.3.2 Tỷ số truyền Với bánh côn Hình 17.6 Hình 17.5 i12 n1 z sin tg n2 z1 sin 1 cot g1 với bánh trụ chéo i12 n1 z r2 tg n2 z1 r1 Trong đó: 1, 2 góc bánh 1 góc nghiêng bánh trụ chéo Công thức cho thấy tỷ số truyền cặp bánh trụ chéo việc phụ thuộc vào bán kính lăn r phụ thuộc vào góc nghiêng đường Muốn đổi chiều quay bánh ta cần đổi chiều nghiêng bánh từ sang - mà không cần thêm bánh trung gian Với cặp bánh vít trục vít i12 n1 z n2 z i công thức Zi số đường ren trục vít 17.3.3 Các thơng số chế tạo Bánh côn: Số z Mô đun m (quy định theo tiêu chuẩn với bánh trụ) Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh Góc 2 Các kích thước bánh nón quy ước lấy đáy lớn mặt nón trực giao với mặt nón lăn t m, s m h = h’ + h” = m + 1,25m = 2,25m d = mz de = d + 2h’cos = m(z + 2cos) df = d - 2h”cos = m(z + 2,5cos) đường sinh cuả nón lăn L mz sin công thức trên: t bước s chiều rộng tính theo vòng chia h, h’, h” chiều cao răng, chiều cao đỉnh chân d,, de, df đường kính vòng chia, vòng đỉnh vòng chân L đường sinh nón lăn tính đến giao điểm đường tâm nửa góc nón Với trục vít Số đầu mối ren z Bước xoắn s = t.z Góc xoắn = 90o - Đường kính vòng chia: d = mq Trong q hệ số tỷ lệ quy định theo tiêu chuẩn để hạn chế số dao cắt bánh vít Các thơng số khác thơng số bánh vít giống bánh 17.3.4 đặc điểm ăn khớp ưu nhược điểm truyền không gian Cặp bánh có ưu điểm dễ chế tạo, kết cấu đơn giản, kích thước gọn, số tối thiểu nhỏ 17 không bị cắt chân Tuy nhiên bánh côn, đặc biệt bánh côn thẳng làm việc có nhiều va đập, có nhiều tiếng ồn Ngoài hiệu suất làm việc cặp bánh côn thấp so với bánh trụ Cặp bánh trụ chéo có hai trục không song song với nên hai mặt lăn tiếp xúc với theo điểm tải trọng bánh lớn Ngoài cặp bánh trụ chéo nhanh mòn so với cặp bánh trụ phẳng vận tốc trưọt bề mặt lớn Hiệu suất truyềm cặp bánh trụ chéo thấp so với bănh trụ thẳng làm việc êm ồn Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh So với cặp bánh thẳng, cặp trục vít- bánh vít có tỷ số truyền lớn nhiều,.khả làm việc êm hơn, truyền cơng suất tương đối lớn Bộ truyền thực theo chiều từ trục vít sang bánh vít mà khơng thể truyền ngưọc lại Hiệu suất truyền trục vít thấp bánh nhiều lần, việc chế tạo lắp giáp đòi hỏi độ xác cao hơn, u cầu vật liệu đắt giá thành cao Một nhược điểm truyền toả nhiều nhiệt, phải tính tóan thiết kế hệ thống tản nhiệt tốn 17.4 Hệ bánh 17.4.1 Hệ bánh thường Định nghĩa: hệ bánh thường hệ mà tất bánh quay quanh trục cố định Phần lớn hệ bánh hệ bánh thường Chúng gồm bánh phẳng, bánh không gian, bánh bố trí hộp kín hay bánh hở Hình 17.8 Hình 17.7 Tỷ số truyền Tỷ số truyền cặp bánh i12 ni z n2 z1 n1, n2 số vòng quay trục trục Z1, z2 số bánh lắp trục trục Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh Dáu (+) hay (-) dùng để bánh bị dãn quay chiều hay ngược chiều với bánh dẫn Có thể thấy với cặp bánh ăn khớp ngồi i có dấu (-) với cặp bánh ăn khớp i có dấu (+) Tỷ số truyền hệ bánh i1n n1 (1) k i12 i 23 i34 i n ( n 1) nn đó: k số cặp bánh ăn khớp hệ i12, i23, i24 tỷ số truyền từ trục sang trục 2, trục sang v.v Ứng dụng Hệ bánh thường dùng để truyền chuyển động với tỷ số truyền lớn mà cặp bánh khơng đảm nhiệm Trong trường hợp chúng đóng hộp kín gọi hộp giảm tốc Hệ bánh thường dùng dể truyền chuyển động trục cố định có tỷ số truyền thay đổi theo bậc thay đổi cặp bánh ăn khớp Trong trường hợp ta hộp số Hệ bánh thường dùng đề truyền chuyển động hai trục xa thông qua bánh trung gian mà không thay đổi tỷ số truyền mà đổi dấu Hệ thừờng dùng để ta đổi chiều quay trục bị động trục chủ động không đổi chiều quay nhờ điều chỉnh cặp bánh trung gian 17.4.2 Hệ bánh phức tạp Khái niệm Định nghĩa: hệ bánh phức tạp hệ bánh có bánh quay quanh trục di động trình ăn khớp Lược đồ (hình vẽ) c Hình 17.9 c Giáo trình Cơ kỹ thuật Cơ cấu bánh bánh trung âm tay quay Bánh di động Phân loại Cơ cấu bánh hành tinh bánh trung tâm cố định Cơ cấu bánh vi sai bánh trung tâm quay Tỷ số truyền Để tính tỷ số truyền hệ bánh phức tạp ta đưa bánh thường Muốn ta phải làm cho trục di động trở thành trục cố định Giả sử hệ xét chi tiết có 1 2, H vận tốc góc bánh 1, tay quay H Ta tiến hành đổi giá cách cho toàn hệ quay với vận tốc góc (-H) vận tốc góc cần H - H = tức H cố định, ta áp dụng cơng thức hệ bánh thường i12H 1 H Z H Z1 Chỉ số H ký hiệu tỷ số truyền xét chuyển động đổi giá Tương tự với hệ ba bánh ta có (Hình vẽ) 1H 1 H Z i H H Z1 H 12 ' 2H H Z i H 3 3 H Z3 H 23 i13H i12H i23H Nếu hệ bánh hành tinh với 3 = thay vào ta có 1H H i H 1 H 3 3 H H 13 17.4.3 Phạm vi ứng dụng Hệ bánh hành tinh có ưu điểm tỷ số truyền lớn số lượng bánh rănh ít, cấu gọn nhẹ dụng nhiều dụng cụ đo đòi hỏi độ khuếch đại lớn Hệ bánh hành tinh cho phép từ chuyển động vào khâu dẫn lấy hai chuyển động khác phụ thuộc lẫn khâu bị dẫn ứng dụng ngành cơng nghiệp Ơtơ nhờ có vi sai ơtơ vào qng đường vòng hai bánh xe trục có hai tốc độ khác nhau, bánh phía chậm lại bánh phía ngồi nhanh lên ơtơ khơng bị lật Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt Chương 18: Cơ cấu cam, cấu đai cấu truyền động đặc biệt 18.1 Cơ cấu cam 18.1.1 Khái niệm Cơ cấu cam cáu khớp cao dùng để biến chuyển động khâu dẫn thành chuyển động có chu kỳ theo quy luật xác định khâu bị dẫn nhờ biên hình đặc biệt khâu dẫn gọi cam Cơ cấu cam có ba khâu chủ yếu giá, khâu dẫn (cam), khâu bị dẫn gọi cần, ngồi có khâu trung gian lăn dùng đẻ giảm lực ma sát tiếp xúc giưã bề mặt cần cam, lò xo để giữ cho khâu dẫn khâu bị dẫn tiếp xúc với nha 18.1.2 Phân loại Theo chuyển động cam ta có cấu cam quay, Cam tịnh tiến Hình 18.1 Theo chuyển động cần ta có cấu cam cần đẩy (khi cần đẩy chuyển động tịnh tiến) cấu cam cần lắc cần lắc qua lắc lại góc định Theo vị trí tâm quay so với dường trượt cần ta có cấu cám cần đẩy trùng tâm cần đẩy lệch tâm Khoảng cách tâm đường quỹ đạo chuyển động cần gọi tâm sai e Theo vị trí tương đối cần quỹ đạo so với bề mặt cam ta có cấu cam phẳng chuyển động cam cần nằm mặt phẳng hay mặt phẳng song song Cơ cấu cam không gian khâu chuyển động mặt phẳng không song song Việc xác định thơng động học cam thực thơng qua nhiều phương pháp, số có phương pháp xác định chuỷen động thực cần Ta có hai tốn Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt Biết bề mặt thực cam quy luật chuyển động cam ta dùng đồ thị suy quy luật biến thiên quãng đường hay góc quay cần Từ dùng phương pháp lấy đạo hàm đồ thị để xác định thông số chuyển động khác vận tốc, gia tốc chuyển động thời điểm Biết quy luật biến thiên chuyển động cần ta dùng phương pháp tích phân dồ thị tìm quy luật thay đổi quãng đường cần sau dùng đồ thị xác định biên hình cam dẫn Quá trình khảo sát tiến hành cho chu kỳ chuyển động cần hay cam dẫn Cụ thể ta tham khảo (2) 18.1.3 Phạm vi ứng dụng cấu cam Ưu điểm: Truyền động êm tiếng ồn khơng có va đập q trình làm việc Có thể tạo chuyển động có chu kỳ theo quy luật bất kỳ, đa dạng Nhược điểm: Hiệu suất truyền không cao nhiều lượng cho ma sát hay quay chuyển động không tải Bề mặt cam nhanh bị mài mòn, chuyển động xác, đặc biệt mài mòn bề mặt diễn khơng áp lực tạt vị trí khác khác Biên độ chuyển động cần khơng lớn kích thước cam có hạn Việc chế tạo cam phức tạp khó sản xuất hàng loạt lớn, khó kiểm tra đánh giá Ứng dụng: Dùng cấu máy tự động, loại động chạy xăng, máy khâu máy thuộc ngành công nghiệp dệt may 18.2 Cơ cấu đai 18.2.1 Khái niệm Cơ cấu đai dùng để truyền chuyển động hai trục đặt cách xa thông qua tiếp xúc hai khâu dẫn bị dẫn với khâu trung gian đàn hồi đai Lựoc đồ (hình vẽ) Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt 18.2.2 Nguyên lý hoạt động: F1 F2 Hình 18.2 Bánh đai gắn cố định hai trục Khi bánh chủ động quay, dây đai ép chặt vào bề mặt bánh đai, lực ma sát làm dây đai quay theo, đến lượt đai lại kéo theo bánh đai bị động Xết bánh đai bị động Gọi lực F1 lực căng nhánh đai (nhánh căng), F2 lực căng nhánh đai (nhánh trùng) để có chuyển động ta phảI có Ft = F1 - F2 Trong Ft lực kéo động Ft N 2M v d Trong N cơng suất truyền truyền đai v vận tốc dây đai M mơmen quay truyền D đường kính bánh đai Mặt khác dây đai căng với lực căng cho trước Fo, lực căng gây lực ma sát dây dai bánh đai Lực ma sát phân bố đoạn dây đai tiếp xúc với bánh đai theo cung chắn góc gọi góc ơm đai Bằng phương pháp tích phân người ta chứng minh F1 F2 có mối liên hệ F1 = F2.ef Trong f hệ số ma sát bánh đai dây đai, phụ thuộc vào vật liệu chế tạo dây đai, bánh đai Ngồi f phụ thuộc vào sức căng đai ban đầu Tuy nhiên người ta khơng thể tăng sức căng ban đầu q lớn phát sinh lực tác động lên ổ trục làm ổ trục nhanh hỏng, nhanh mòn Vì để tăng lực F1 người ta tìm cách tăng hệ số ma sát f góc ơm Với loại đai người ta xác định góc ơm tối thiểu Công thức công thức ơle Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt 18.3 Truyền động đai 18.3.1 Phân loại Tuỳ theo tiêu chí khác mà người ta phân loại truyền động đai khác Căn vào cách bắt đai người ta chia ra: Truyền động đai thường: dùng truyền chuyển động hai trục song song quay chiều với Loại dùng phổ biến Truyền động chéo: dùng để truyền chuyền đông hai trục song song quay ngược chiều So với truyền động thường cách bắt đai làm truyền động êm (do góc ơm lớn lực ma sát tăng hơn) lên truyền công suất lớn có nhược điểm đai nhanh bị mòn tuổi thọ thấp bị thay đổi trạng thái ứng suất trình làm việc bị mài mòn chỗ tiếp xúc Truyền động nửa chéo: chuyển động dùng, thường dùng để truyền chuyển động hai trục cheó không gian Thông thường chuyển động thực theo chiều Truyền động góc: dùng để truyền chuyển động hai trục cắt thông qua bánh đổi hướng Theo loại đai sử dụng ngừơi ta có: đai dẹt, đai thang, đai tròn đai cưa Trong phổ biến đai thang đai dẹt 18.3.2 Tỷ số truyền Tỷ số truyền truyền đai tính theo cơng thức i12 n1 D2 n D1 (1 ) Trong đó: n1, n2 số vòng quay trục trục D1, D2 đường kính bánh đai hệ số trượt đai Thông thường lấy khoảng 1-3/100 18.3.3 Phạm vi ứng dụng Ưu điểm: Truyền chuyển động hai trục cách xa (có đến 15m) Giữ an toàn cho thiết bị tải Khi truyền tải dẫn tới tượng đứt đai trượt đai mà không hỏng trục bánh hay thiết bị khác truyền đai thường dùng truyền từ động đến hộp tốc độ Chuyển động êm, tiếng ồn, khắc phục dao động đai có tính đàn hồi cao Chế tạo đơn giản, giá thành hạ Nhược điểm: Kích thước khn khổ lớn đặc biệt tỷ số truyền cao Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt Tỷ số truyền khơng ổn định có trượt đai Làm tăng tải trọng lên ổ trục gối đỡ dây đai phải căng trước Tuổi thọ dây đai thấp, phải thay thường xuyên Nguy hiểm làm việc môi trường không che chắn dễ cháy nổ 18.4 Một số cấu đặc biệt 18.4.1 Cơ cấu đăng Khái niệm Cơ cấu đăng đơn, gọi khớp đăng dùng để nối truyền chuyển động hai trục giao goc nhỏ thay đổi Lược đồ (hình vẽ) A B II B 1 Hình 18.3 A’ I Nguyên lý hoạt động Trục dẫn chuyển động với vận tốc không đổi 1 = const qua khâu trung gian chữ thập sang trục quay với vận tốc góc thay đổi 2 Cấu tạo đặc biệt đầu trục có dạng chạc có hai khớp quay AA’ BB’ AA’ BB’ Khâu chữ thập T quay quanh trục 2, mặt khác T quay quanh trục AA’ BB’ Tỷ số truyền cấu đăng xác định qua công thức n1 sin cos i12 n2 cos n1, n2 số vòng quay trục tục góc nghiêng hai trục 1 góc quay trục AA’ so với vị trí ban đầu Cơng thức cho thấy vận tốc góc trục đạt giá trị lớn với 1 = 0, , 2, 3 Cơ Kỹ thuật max Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt 1 cos trục có vận tốc góc nhỏ 1 = /2, 3/2 1/2.k 2min = 2.cos Công dụng đặc biệt khớp nối đăng góc giao hai trục thay đổi, ứng dụng máy vận chuyển đường công trường 18.4.2 Cơ cấu khớp đăng kép Người ta lắp động hai khớp đăng với đấu với hai trục, góc giao 2 thay đổi Khớp gọi cấu đăng kép Trong cáu đăng kép trục quay với vận tốc giống hệt trục gọi khớp đẳng tốc Các loại khớp sử dụng đề cập đến nhiều ngành chế tạo ôtô nên không xem xét phạm vi giáo trình 18.4.3 Cơ cấu Man Khái niệm Cơ cấu man dùng để biến chuyển động quay liên tục khâu dẫn thành chuyển động gián đoạn có quy luật Lược đồ (hình vẽ) A 02 01 II I Hình 18.4 Nguyên lý hoạt động Khâu dẫn tay quay quay tròn với vận tốc góc cho trước Trên khâu dẫn có hay nhiều chốt Khâu đĩa có hình dạng đặc biệt đĩa có cắt nhiều rãnh, số lượng rãnh phụ thuộc vào quy luât chuyển động mong muốn khâu bị dẫn Tại vị trí A chốt vào ăn khớp với rãnh đẩy khâu quay theo qua khỏi đường nối tâm chốt có xu hướng Nó ngồi hẳn vị trí B sau khâu tiếp tục quay chuyển động Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt khâu bị gián đoạn chốt lại vào ăn khớp với khâu theo rãnh khác vị trí A Ứng dụng: Cơ cấu man có rát nhiều ứng dụng ngàng khí chế tạo máy tự động trước ngày kỹ thuật điện tử phát triển mạnh nên ứng dụng cấu loại nhiều bị hạn chế TÀI LIỆU THAM KHẢO: - Atobolevski N B Nguyên lý máy, NXB Chếtạo máy Maxcova 1972 - Tal M I Cơ lý thuyết NXB Đại học Kiev 1976 - V Dorop N.M, BeXpanko A.G Tuyển tập tập học kỹ thuật NXB ĐH -THCN 1980 - Đỗ san, Nguyễn Văn Vượng Cơ kỹ thuật, NXB Giáo dục 2002 - Nguyễn Văn Đạm Cơ kỹ thuật NXB GD 1992 - Vũ Đình Lai Nguyễn văn Nhâm Cơ học kỹ thuật NXB GD 1992 - Nguyễn Văn Vượng Cơ học ứng dụng NXB ĐH-THCN 2001 - Nguyễn Văn Vượng Sức bền vật liệu NXB ĐH-THCN 1998 - Đinh Gia Tường Nguyên lý máy NXB ĐH-THCN 2000 - Nguyễn Văn Nhậm, Vũ Duy Thiện Cơ kỹ thuật NXB ĐH-THCN 1982 - Đỗ San, Nguyễn Văn Vượng, Cơ học ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1993, giáo trình dành cho trường cao đẳng kỹ thuật CHLB Đức - Tạ Ngọc Hải, Phan Văn Đồng; Giáo trình Nguyên lý Máy, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1983 - Nguyễn Quang Tuyến, Nguyễn Thị Thạch.Cơ Kỹ thuật Trung học Công nghiệp Hà Nội 2004 Cơ Kỹ thuật Cơ cấuCam, Đai cấu đặc biệt .. .Cơ Kỹ thuật Những khái niệm tiên đề tĩnh học Tuyên bố quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không... tổ chức sử dụng giáo trình với mục đích kinh doanh Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Cơ Kỹ thuật Những khái... lực thành hai thành phần theo phương thẳng đứng N phương nằm ngang Fms Giáo trình Cơ kỹ thuật Hệ lực phẳng Vì vật trạng thái cân nên chiếu tất lực lên trục thẳng đứng ta có: N=-P N P hợp thành