Bài giảng Nguyên lý máy – Chương 1: Cấu tạo cơ cấu cung cấp đến các bạn với những nội dung định nghĩa và khái niệm cơ bản về cơ cấu; bậc tự do của cơ cấu; nhóm tĩnh định; thay thế khớp cao bằng khớp thấp.
Theory of Machine 1.01 Structure of Mechanism CẤU TẠO CƠ CẤU HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.02 Structure of Mechanism Piston §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm Chi tiế tiết máy khâu - Chi tiế tiết máy (tiế tiết máy): máy hay cấu thể thá tháo rời thành nhiề nhiều phậ phận khác nhau, nhau, phậ phận thể thá tháo rời đượ gọi chi tiế tiết máy ta Re Linkage ing Ring Bolt ar Be in Pla g Rin Cylindre Pin ng ini ank Cr W in Pla ng ari Be HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department er ash ng ari Be t Nu Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.03 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Khâu: Khâu: cấu máy, toàn nhữ phậ phận có chuyể chuyển động tương đối đối so với phậ phận khác gọi khâu HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.04 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm Thà Thành phầ phần khớ khớp động khớ khớp động - Bậc tự (btd (btd)) khâu + Một khả khả chuyể chuyển động độc lập hệ quy chiế chiếu → btd + Giữ Giữa hai khâu mặt phẳ phẳng → btd: btd: Tx, Tx, Ty, Qz + Giữ Giữa hai khâu không gian → btd: btd: Tx, Tx, Ty, Ty, Tz, Tz, Qx, Qx, Qy, Qy, Qz z z x x y y HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.05 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Nối động: ng: để tạo thành cấu, khâu thể để rời mà phả phải đượ liên kết với theo quy cách xác định cho sau nối khâu cịn có khả khả chuyể chuyển động tương đối → nối động khâu HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine 1.06 Nguyen Tan Tien Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Thà Thành phầ phần khớ khớp động, ng, khớ khớp động + Khi nối động, ng, khâu có thành phầ phần tiế tiếp xúc nhau Toà Toàn chổ chổ tiế tiếp xúc giữ hai khâu gọi thành phầ phần khớ khớp động + Hai thành phầ phần khớ khớp động phé phép nối động hai khâu hình thành nên khớ khớp động Thành phần khớp động lề phải Thành phần khớp động lề trái HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.07 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm Phân loạ loại khớ khớp động - Theo số btd bị hạn chế chế: Khớ Khớp động loạ loại k hạn chế chế k btd hay có k ràng buộ buộc z z z x x y x y y Khớp loại Khớp loại z Khớp loại z x y x Khớp loại y Khớp loại Khớp loại ? HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.08 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Theo đặc điể điểm tiế tiếp xúc + Khớ Khớp cao: cao: thành phầ phần khớ khớp động điể điểm hay đườ đường z z x x y y + Khớ Khớp thấ thấp: thành phầ phần khớ khớp động mặt z x z y x HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department z y x y Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.09 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm Lượ Lược đồ - Để thuậ thuận tiệ tiện cho việ việc nghiên cứu, khớ khớp đượ biể biểu diễ diễn nhữ hình vẽ nhữ ữ ng lượ ợ c đ quy c nh lư HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.10 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Các khâu đượ thể thể hiệ qua lượ lược đồ đơn giả giản gọi lượ lược đồ khâu C B A - Trên lượ lược đồ khâu phả phải thể thể hiệ đầy đủ khớ khớp động, ng, kích thướ thước có ảnh hưở hưởng đến chuyể chuyển động khâu chuyể chuyển động cấu HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.11 Structure of Mechanism §1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Chuỗ Chuỗi động: ng: nhiề nhiều khâu nối với tạo thành chuỗ chuỗi động - Phân loạ i chuỗ ỗ i đ ộ ng lo chu o Chuỗ o Chuỗ Chuỗi động kín Chuỗi động hở Chuỗi động khơng gian o Chuỗ Chuỗi động phẳ phẳng o Chuỗ Oy 1 3 B D C E F B A C D ω1 A Ox Oz - Cơ cấu: cấu chuỗ chuỗi động có khâu cố định chuyể chuyển động theo quy luậ luật xác định nh Khâu cố định đượ gọi giá giá - Phân loạ loại cấu: tương tự chuỗ chuỗi động HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine 1.12 Nguyen Tan Tien Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu I Định nghĩ nghĩa - Bậc tự (btd (btd)) cấu số thông số độc lập cần thiế thiết để xác định hoà hoàn tồ tồn vị trí trí cấu, số khả khả chuyể chuyển động tương đối độc lập cấu II Tính bậc tự cấu không gian (trườ trường hợp tổng quát) W = W0 − R Wo bậc tự tổng cộng khâu động để rời R số ràng buộc tất khớp động cấu W bậc tự cấu Số bậc tự cấu khâu để rời khơng gian có btd → btd tổng cộng n khâu động W0 = 6n Số ràng buộ buộc chứa cấu Khớ Khớp loạ loại k hạn chế chế k bậc tự Nếu gọi pk số khớ khớp loạ loại k chứa cấu → tổng ràng buộ buộc pk khớ khớp loạ loại k gây nên k.pk Do R = ∑ pk k k =1 Trong thực tế, số ràng buộc thường nhỏ giá giá trị cấu tồn ràng buộc trù trùng HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.13 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu Ví dụ: Xét cấu khâu lề Oy Oy B C C B 4 A2 D A D A1 Ox Ox Oz Oz + Ràng buộ buộc trự trực tiế tiếp: ràng buộ buộc giữ hai khâu khớ khớp nối trự trực tiế tiếp giữ khâu đượ gọi ràng buộ buộc trự trực tiế tiếp + Ràng buộ buộc giá gián tiế tiếp: thá tháo khớ khớp A, giữ khâu có ràng buộ buộc giá gián tiế tiếp + Ràng buộ buộc trù trùng: ng: nối khâu khớ khớp A, giữ chúng có ràng buộ buộc trự trực tiế tiếp sau → ràng buộ buộc trù trùng ng Ràng buộ buộc trù trùng chỉ xảy khớ khớp đóng kín cấu Gọi R0 số ràng buộc trùng → tổng số ràng buộc cấu: R = ∑ kpk − R0 k =1 HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.14 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu Công thứ thức tính bậc tự cấu khơng gian: gian: W = 6n − ∑ kpk − R0 k =1 Ví dụ: Tính bậc tự cấu khâu lề Oy Số khâu động Số khớ khớp loạ loại C B Số ràng buộ buộc trù trùng D A n =3 p5 = R0 = → Bậc tự cấu W = ×3 − (5 × −3) =1 btd Ox Oz Ví dụ: Tính bậc tự cấu bàn tay máy E D B C F Số khâu động n = Số khớ khớp loạ loại p5 = → Bậc tự cấu A HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department W = ×5 − (5 ×5) = btd Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.15 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu III Tính bậc tự cấu phẳ phẳng Số bậc tự cấu khâu để rời có btd → số btd tổng cộng n khâu động: ng: W0 = 3n Số ràng buộ buộc chứa cấu - khớ khớp loạ loại chứa ràng buộ buộc Cơ cấu phẳ phẳng có lọai khớ khớp - khớ khớp loạ loại chứa ràng buộ buộc → tổng số ràng buộ buộc cấu: R =1 p4 + p5 − R0 Ví dụ: Tính bậc tự cấu chêm hình vẽ { Oy A O Ox C B Oz HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.16 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu - Cơ cấu toàn khớ khớp lọai với n = 2, 2, p5 = - Chọ Chọn hệ quy chiế chiếu gắn với giá giá Oy Oy 1 A A O O Ox Ox C C B B Oz Oz - Chưa đóng khớ khớp A, khâu có khả khả năng: năng: - Đóng khớ khớp A, khâu có khả khả năng: năng: → Bậc tự cấu W = ×2 − (2 ×3 −1) =1 btd HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.17 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu Ví dụ: Tính bậc tự cấu hình bình hành B E C ω1 ω3 A F D - Cơ cấu toàn khớ khớp loạ loại với: n=4, k=5, pk=6 - Bậc tự cấu W = ×4 − (2 ×6) = btd - Trên thự thực tế, cấu làm việ việc đượ → điề điều có mâu thuẫ thuẫn khơng ? HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.18 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu B E ω1 A C F D ω1 ω3 B A E C ω3 D F - Chú Chú ý khâu khơng có tác dụng chuyể chuyển động cấu ABCD - Nếu bỏ khâu ra, ra, cấu trở trở thành cấu khâu lề với btd - Khi thêm khâu khớ khớp E, F vào } + thêm khâu ( EF ) → thêm bậc tự → thêm ràng buộ buộc + thêm khớ khớp loạ loại ( E, F ) → thêm ràng buộ buộc - Gọi r số ràng buộ buộc thừ thừa có cấu, btd cấu phẳ phẳng W = 3n − (2 p5 + p4 − r ) - Trong cấu hình bình hành trên, trên, r = 1, HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department W = ×4 − ( ×6 −1) =1 btd Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.19 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu Ví dụ: Tính bậc tự cấu cam cần đẩy đáy lăn D C B ω1 A n k p4 p5 W =3 = 4, =1 =3 = x – (2 x + 1) 1) = btd → Kết quả có khơng ? - Trong thự thực tế, cấu bên chỉ có btd chuyể chuyển động lăn lăn quanh khớ khớp B không ành hưở hưởng đến chuyể chuyển động có ích cấu nên không đượ kể vào bậc tự cấu - Btd thêm vào mà không làm ảnh hưở hưởng đến chuyể chuyển động cấu gọi btd thừ thừa, ký hiệ hiệu s - Trở Trở lại cấu cam W = ×3 − ( ×3 +1 − 0) −1 =1 btd HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine 1.20 Nguyen Tan Tien Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu Tóm lại, cơng thứ thức tính btd - cấu khơng gian 5 W = 6n − ∑kpk − R0 k =1 - cấu phẳ phẳng trừ trừ cấu chêm W = 3n − (2 p5 + p4 − r ) − s với n : số khâu động k : loạ pk : số khớ loại khớ khớp động khớp loạ loại k R0 : số ràng buộ buộc trù trùng r : số ràng buộ buộc thừ thừa s : số btd thừ thừa HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.21 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu IV Ý nghĩ nghĩa bậc tự – Khâu dẫn khâu bị dẫn C B C B D ϕ1 ϕ4 ϕ1 A D A D HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.22 Structure of Mechanism §3 Nhó Nhóm tĩnh định I Ngun lý tạo thành cấu Một cấu có W btd cấu đượ tạo thành W khâu dẫn nhữ nhó nhóm có btd zero W = + 014 +2 +3 W L4 123 khâu dẫn nhóm có btd=0 II Nhó Nhóm tĩnh định Nhó Nhóm tĩnh định nhữ nhó nhóm cân hay chuyể chuyển động, ng, có bậc tự zero phả phải tối giả giản (tức thể chia thành nhữ nhó nhóm nhỏ nhỏ đượ nữa) Đối với nhó nhóm tĩnh định tồ tồn khớ khớp thấ thấp W = 3n − p5 = ⇒ n L p5 L HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.23 Structure of Mechanism §3 Nhó Nhóm tĩnh định III Nguyên tắc tách nhó nhóm tĩnh định Khi tách nhó ó m t ĩ nh đ ịnh phả nh phải theo nguyên tắc sau + Chọ Chọn trướ trước khâu dẫn giá giá + Sau tách nhó nhóm, phầ phần cịn lại phả phải cấu hoà hoàn chỉnh hoặ khâu dẫn + Tách nhữ nhó nhóm xa khâu dẫn trướ trước dần đến nhữ nhó nhóm gần + Khi tách nhó nhóm, thử thử tách nhữ nhó nhóm đơn giả giản trướ trước, nhó nhóm phứ phức tạp sau Ví dụ: Tách nhó nhóm tĩnh định cấu động diezen, diezen, cấu bơm oxy D C E G H ω1 F C B B ω1 A I G A F D E J HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine Nguyen Tan Tien 1.24 Structure of Mechanism §3 Nhó Nhóm tĩnh định III Ngun tắc tách nhó nhóm tĩnh định D D C E E G G H F B A C I ω1 I ω1 J H B A H F D D C C E E E G A B ω1 H F 1 B J A HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department B ω1 Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.25 Structure of Mechanism §3 Nhó Nhóm tĩnh định III Nguyên tắc tách nhó nhóm tĩnh định 2 C B C C B 4 ω1 ω1 G A F D 5 D E F D E 2 C B G A C C B ω1 ω1 G A F D G A F D E F E HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Theory of Machine 1.26 Nguyen Tan Tien Structure of Mechanism §4 Thay thế khớ khớp cao khớ khớp thấ thấp - Trong cấu phẳ phẳng, ng, thườ thường có khớ khớp cao loạ loại 4, để tách thành nhữ nhó nhóm tĩnh định nhữ cấu phẳ phẳng toàn khớ khớp thấ thấp → phả phải thay thế khớ khớp cao thành nhữ khớ khớp thấ thấp đảm bảo đượ chuyể chuyển động cấu W = × − (1 + × 2) = btd W = × − (2 × 4) = btd HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1.27 Structure of Mechanism §4 Thay thế khớ khớp cao khớ khớp thấ thấp - Thay thế khớ khớp cao khớ khớp thấ thấp phả phải đảm bảo hai điề điều kiệ kiện + bậc tự cấu không đổi + quy luậ luật chuyể chuyển động không đổi - Nguyên tắc: dùng khâu hai khớ khớp lề đặt lề tâm cong thành phầ phần khớ khớp cao điể điểm tiế tiếp xúc - Ví dụ: Thay thế khớ khớp cao khớ khớp thấ thấp cấu cam cần lắc đáy B C A ω1 ω1 O1 O2 O1 O2 - Sự thay thế khớ khớp cao khớ khớp thấ thấp khơng phả phải chỉ để xem xét nhó nhóm tĩnh định mà việ việc phân tích động học cấu thay thế cho biế biết định tính định lượ lượng cấu thay thế vị trí trí xem xét HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien ... Nguyen Tan Tien Theory of Machine 1. 11 Structure of Mechanism ? ?1 Định nghĩ nghĩa khái niệ niệm - Chuỗ Chuỗi động: ng: nhiề nhiều khâu nối với tạo thành chuỗ chuỗi động - Phân loạ i chuỗ ỗ i đ ộ ng... Nguyen Tan Tien 1. 16 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu - Cơ cấu toàn khớ khớp lọai với n = 2, 2, p5 = - Chọ Chọn hệ quy chiế chiếu gắn với giá giá Oy Oy 1 A A O O Ox Ox C C B B Oz Oz - Chưa đóng... of Machine Nguyen Tan Tien 1. 18 Structure of Mechanism §2 Bậc tự cấu B E ? ?1 A C F D ? ?1 ω3 B A E C ω3 D F - Chú Chú ý khâu khơng có tác dụng chuyể chuyển động cấu ABCD - Nếu bỏ khâu ra, ra, cấu