CHƯƠNG i cau truc va phan loai co cau

Chi tiết máy (tiết máy): máy hay cơ cấu có thể tháo rời ra thành nhiều bộ phận khác nhau, bộ phận không thể tháo rời ra được nữa gọi là chi tiết máy. Các chi tiết máy có thể có thể được nối động hay nối cứng với nhau, do vậy sẽ có chuyển động tương đối với nhau hay không

Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu CHƯƠNG I: CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI CƠ CẤU Nội dung mục đích chương: Mục đích phân tích cấu trúc (cấu tạo) cấu, phân loại cấu, thể qua nội dung sau đây: - Khảo sát cấu tạo, thành phần cấu điều kiện để cấu có có chuyển động xác định - Phân loại cấu theo đặc trưng cấu trúc - Nghiên cứu nguyên lý hình thành cấu - Xây dựng lược đồ cấu 1.1 Các định nghĩa khái niệm bản: 1.1.1 Chi tiết máy khâu - Chi tiết máy (tiết máy): máy hay cấu tháo rời thành nhiều phận khác nhau, phận tháo rời gọi chi tiết máy Các chi tiết máy có thể nối động hay nối cứng với nhau, có chuyển động tương hay không - Khâu: cấu máy, toàn phận (nối cứng với tạo thành vật rắn) có chuyển động tương đối đối so với phận khác gọi khâu Như vậy, khâu đơn vị chuyển động, chi tiết máy đơn vị chế tạo Nguyên lý máy xem khâu thành phần Tất tiết máy cố định, hợp thành hệ thống cứng cố định gọi khâu cố định hay giá Các khâu lại khâu động Như vậy, Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu cấu máy gồm khâu cố định nối với hay nhiều khâu động - Bậc tự (btd) khâu số khả chuyển động độc lập khâu + Một khả chuyển động độc lập hệ quy chiếu → btd + khâu tự không gian → btd: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz + khâu tự mặt phẳng → btd: Tx, Ty, Qz 1.1.2 Khớp động phân loại - Nối động: Để tạo thành cấu, khâu để rời mà phải liên kết với theo quy cách xác định cho sau Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu nối động khâu cịn có khả chuyển động tương nhau, nối động khâu - Khớp động: Khớp động liên kết động (hình học) hai khâu có chuyển động tương (nối động với nhau) Khi nối động, khâu có thành phần tiếp xúc (điểm, đường, mặt) Tồn chỗ tiếp xúc hai khâu gọi thành phần khớp động Hai thành phần khớp động phép nối động hai khâu hình thành nên khớp động Tính chất chuyển động khâu tạo thành khớp phụ thuộc vào thành phần khớp Khi khâu nối động với khâu khác, số btd khâu giảm Số chuyển động tương đối hai khâu bị r gọi số giàng buộc khớp động < r < Số chuyển động tương đối độc lập lại d gọi số bậc khớp động < d < Ta có r + d = Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu - Phân loại khớp động: + Theo số btd bị hạn chế r (hoặc d) ta có khớp động loại r hạn chế r btd (hay có r ràng buộc) + Theo dạng tiếp xúc thành phần khớp: * Khớp cao: tiếp xúc theo đường, điểm * Khớp thấp: tiếp xúc theo mặt Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu Khớp thấp có ưu điểm khả chịu truyền tải trọng lớn, lâu mòn so với khớp cao Khớp cao có ưu điểm dễ dàng thực quy luật chuyển động phức tạp với kết cấu đơn giản cấu tồn khớp thấp + Theo tính chất chuyển động tương đối hai khâu: * Khớp động phẳng: điểm thuộc khâu chuyển động tương đối chuyển động mặt phẳng mặt phẳng song song với * Khớp động không gian: quỹ đạo chuyển động điểm thuộc khâu chuyển động tương đối vạch nên đường cong khơng gian Như vậy, ta có khớp phẳng loại 4, (r = 1) loại (r = 2), khơng có khớp phẳng loại 1, 2, - Lược đồ khớp động: Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, khớp biểu diễn hình vẽ lược đồ quy ước Sau số khớp thường gặp: + Khớp quay khớp tịnh tiến + Khớp cầu khớp thấp (tiếp xúc mặt) loại (r = 5), phẳng khớp thấp loại (r = 3), không gian + Khớp cam + Khớp bánh Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu khớp cao loại (r = 4), phẳng phẳng khớp cao loại (r = 4), V.v… (SGK) - Lược đồ khâu: Đó hình biểu diễn quy ước khâu bao gồm khớp động khâu tham gia kích thước khớp (kích thước động học) có ảnh hưởng đến chuyển động khâu cấu Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu - Chuỗi động: Các khâu nối với khớp động gọi chuỗi động Chuỗi động phân thành + Chuỗi động kín chuỗi động hở + Chuỗi động phẳng (các khâu mặt phẳng song song) chuỗi động không gian - Cơ cấu: (theo quan điểm cấu trúc) Cơ cấu chuỗi động có khâu cố định hay coi cố định (giá) khâu cịn lại chuyển động có quy luật (khâu động) Phân loại cấu, tương tự chuỗi động ta có cấu phẳng khơng gian Ngồi ra, tùy theo dấu hiệu khác nhau, ta có cách phân loại khác 1.2 Bậc tự cấu 1.2.1 Định nghĩa: Btd cấu số khả chuyển động độc lập khâu động giá, số thông số độc lập cần thiết để xác định hồn tồn vị trí cấu Ký hiệu: W Những khâu cho trước quy luật chuyển động gọi khâu dẫn, khâu dẫn thường nối với giá khớp loại Khi cho trước quy luật chuyển động có nghĩa cho trước thơng số xác định vị trí Như số btd cấu số khâu dẫn 1.2.2 Cách tính btd: - Btd chuỗi động: Chuỗi động không gian gồm k khâu tất khớp động từ loại tới loại tạo thành Khi khâu chưa liên kết, số btd khâu 6k Gọi pi số khớp động loại i có thành phần chuỗi động, số btd mà khâu bị tham khớp động  ip i Số btd H chuỗi động đó: i 1 Nguyên lý máy H 6k  Cấu trúc phân loại cấu  ip i 6k  ( p1  p2  p3  p4  p5 )  i 1 (1.1) 6k  p1  p2  p3  p4  p5 - Btd cấu: Ta biết rằng, cấu chuỗi động có khâu cố định (giá – thường gọi khâu 0), nên cố định khâu chuỗi động, số khâu động cấu n = (k – 1) khâu Khi số btd W cấu, hay btd chuỗi giá (khâu cố định) là: W 6(k  1)   ip i i 1 6n   ip i  i 1 (1.2) 6n  p1  p2  p3  p4  p5 Đây cơng thức tính btd cho cấu không gian Với cấu phẳng, ta có W 3n  ( p4  p5 ) 3n  p4  p5 (1.3) Ví dụ 1: tính số btd cấu khâu lề (có khâu giá – khâu 0): n = 3, p4 = 0, p5 =  W = 3.3 – (0 + 2.4) = btd (theo cơng thức (1.3) cho cấu phẳng) Điều có nghĩa, cấu có khả chuyển động độc lập (của khâu), cấu cần có thơng số xác định vị trí Ví dụ, chọn khâu làm khâu dẫn (khâu biết trước quy luật chuyển động), khâu 2, có vị trí phụ thuộc hồn tồn vào vị trí khâu Ví dụ 2: tính số btd cấu bàn tay máy Đây cấu không gian n = 5, p1 = 0, p2 = 0, p3 = 0, p4 = 0, p5 =  W = 6.5 – 5.5 = btd 1.2.3 Bậc tự thừa, ràng buộc thừa, ràng buộc trùng Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu Ví dụ 3: Tính btd cấu (hình bình hành kép): Đây cấu phẳng, gồm khâu, khớp loại nên ta có W = 3.4 – 2.6 = !!! Trên thực tế, cấu làm việc (1 btd), điều có mâu thuẫn không? W=? W=1 W=– Sự sai khác có thêm khâu khớp E, F Nếu bỏ khâu khớp E, F khả chuyển động cấu không đổi Như vậy, khâu khớp E, F khơng có tác dụng chuyển động cấu khâu lề ABCD Khâu khớp E, F thừa truyền động từ khâu đến khâu (nó có tác dụng làm cứng vững) Khi thêm vào khâu khớp E, F, ta có: - thêm khâu  thêm btd - thêm khớp E, F  thêm 2.2 =  thêm ràng buộc thừa, ký hiệu r ràng buộc Như vậy, tính btd cấu ta phải ý bỏ ràng buộc thừa Ví dụ 4: Tính btd cấu cam cần đẩy, đáy lăn: Đây cấu phẳng, gồm khâu, khớp loại 4, khớp loại nên ta có W = 3.3 – 1– 2.3 = !!! Trong thực tế, cấu bên có bậc chuyển động lăn lăn quanh khớp C không ảnh hưởng đến chuyển động có ích cấu (khâu chuyển động lên, xuống) khơng có ý nghĩa mặt truyền động từ khâu đến khâu (nó có tác dụng làm giảm tổn thất truyền động ma sát) Vì btd chuyển động Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu lăn lăn khơng kể vào btd cấu, bậc tự thừa (bậc tự cục bộ), ký hiệu s Btd thừa btd thêm vào mà mà không làm ảnh hưởng đến chuyển động cấu Như vậy, tính btd cấu ta phải ý bỏ bậc tự thừa Ví dụ Tính btd cấu chêm: Cơ cấu phẳng gồm khâu, khớp loại 5, nên ta có W = 3.2– 2.3 = !!! Trong thực tế, cấu bên có bậc tự Vấn đề có ràng buộc trùng tồn cấu Xét cấu chưa có khớp A (chưa đóng khớp A), khâu có khả chuyển động: T Ox TOy, khâu khơng có khả chuyển động QOz (bị ràng buộc) Khi có khớp A, khâu có khả chuyển động TOy, khâu khơng có khả chuyển động T Ox, QOz (bị ràng buộc) Như có ràng buộc trùng QOz, ký hiệu R0, có nghĩa khớp A thay hạn chế thêm btd (xét cấu phẳng), hạn chế thêm btd Như tính btd cho cấu, ta ý bỏ ràng buộc trùng Tóm lại, cơng thức tổng qt tính số btd cho cấu phẳng sau: W 3n  ( p4  p5  r  R0 )  s (1.4) 1.2.4 Ý nghĩa bậc tự cấu Khâu dẫn, khâu bị dẫn Btd cấu thông số độc lập cần để xác định vị trí cấu Những thông số này, trước hết dùng để xác định vị trí số khâu Từ vị trí khâu này, tìm vị trí khâu cịn lại cấu Cho thông số xác định vị trí cấu biến thiên theo thời gian, tức cho cấu quy luật chuyển động từ bên Khâu nhận quy luật chuyển động gọi khâu dẫn Khâu dẫn thường khâu nối với giá khớp loại Cơ cấu có btd có nhiêu khâu dẫn Ngồi khâu cố định (giá) khâu dẫn, khâu lại khâu bị dẫn 10 Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu 1.3 Nguyên lý hình thành cấu 1.3.1 Nhóm Axua (nhóm tĩnh định) - Định nghĩa: Là chuỗi động phẳng, tối giản, gồm khớp quay tịnh tiến, có bậc tự khơng Cơng thức cấu tạo Wnhóm= 3n – 2p5 = - Xếp hạng nhóm Axua: Ta có n  p5 , với n, p5 nguyên dương Từ đó, ta có n p5 6 … … Với n = 2, p5 = ta có nhóm Axua hạng (2 khâu, khớp – khớp trong, khớp chờ) Nhóm có dạng sau Với n = 4, p5 = ta có nhóm Axua hạng Nhóm Axua hạng Các nhóm Axua chuỗi động tối giản, điều có nghĩa, chúng khơng thể tách thành nhóm đơn giản có bậc tự khơng 11 Ngun lý máy Cấu trúc phân loại cấu Khớp nhóm dùng để nối với khâu bên gọi khớp chờ Vì nhóm tĩnh định, nên cố định khớp chờ, giàn tĩnh định 1.3.2 Nguyên lý hình thành cấu “Bất kỳ cấu khâu dẫn nối với giá khớp loại với hay nhiều nhóm Axua.” W = W + (0 + + … + 0) Cơ cấu có W btd = W khâu dẫn + Số nhóm Axua Ví dụ cấu khâu lề, cấu tay quay trượt với trượt khâu dẫn 1.4 Xếp hạng cấu theo cấu trúc 1.4.1 Nguyên tắc xếp hạng cấu Hạng 1: Giá + khâu dẫn (ví dụ máy điện, động điện, tua bin…) Hạng cao 1: Hạng cấu hạng cao nhóm Axua có cấu 1.4.2 Nguyên tắc tách nhóm để xếp hạng - Cho trước khâu dẫn - Sau tách nhóm khỏi cấu, phần cịn lại phải cấu hồn chỉnh có số btd khơng đổi - Tách nhóm hạng thấp trước, hạng cao sau, từ xa khâu dẫn đến gần khâu dẫn - Nếu cấu có khớp loại 4, phải thay chúng khớp loại 12 Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu Các ví dụ Ví dụ 6: Tính số btd xếp hạng cấu động diezen, cấu bơm oxy hình vẽ - Với cấu động diezen: n = 7, p5 = 10, p4 = 0, r = 0, R0 = 0, s = Ta có: W = 3.7 – 2.10 = Xếp hạng: Chọn khâu làm khâu dẫn, cấu có hạng Nếu chọn khâu làm khâu dẫn, cấu có hạng 13 Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu Nếu chọn khâu làm khâu dẫn, cấu có hạng 3!!! Như vậy, chọn khâu dẫn khác đi, hạng cấu khác giữ nguyên - Với cấu động bơm oxy: n = 5, p5 = 7, p4 = 0, r = 0, R0 = 0, s = Ta có: W = 3.5 – 2.7 = Xếp hạng: Chọn khâu làm khâu dẫn, cấu có hạng Nếu chọn khâu làm khâu dẫn, cấu có hạng Nếu chọn khâu làm khâu dẫn, cấu có hạng 1.4.3 Thay khớp cao khớp thấp Trong cấu phẳng, thường có khớp cao loại cấu cam, cấu bánh răng…Để tách nhóm tĩnh định cấu phẳng toàn khớp thấp xếp hạng cấu, phải thay khớp cao thành khớp thấp đảm bảo chuyển động cấu 14 Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu W = 3.2 – (1 + 2.2) = btd W = 3.3 – (2.4) = btd Khi thay khớp cao khớp thấp phải đảm bảo điều kiện sau: - Bậc tự cấu không đổi - Quy luật chuyển động cấu không đổi Nguyên tắc: Dùng khâu khớp lề đặt khớp lề tâm cong thành phần khớp cao điểm tiếp xúc Ví dụ 7: Thay khớp cao khớp thấp cấu cam cần lắc đáy cấu bánh 15 Nguyên lý máy Cấu trúc phân loại cấu 16 ... liên kết động (hình học) hai khâu có chuyển động tương (n? ?i động v? ?i nhau) Khi n? ?i động, khâu có thành phần tiếp xúc (? ?i? ??m, đường, mặt) Toàn chỗ tiếp xúc hai khâu g? ?i thành phần khớp động Hai... phân lo? ?i cấu - Chu? ?i động: Các khâu n? ?i v? ?i khớp động g? ?i chu? ?i động Chu? ?i động phân thành + Chu? ?i động kín chu? ?i động hở + Chu? ?i động phẳng (các khâu mặt phẳng song song) chu? ?i động không gian... Btd chu? ?i động: Chu? ?i động không gian gồm k khâu tất khớp động từ lo? ?i t? ?i lo? ?i tạo thành Khi khâu chưa liên kết, số btd khâu 6k G? ?i pi số khớp động lo? ?i i có thành phần chu? ?i động, số btd mà khâu