Bài giảng Nguyên lý máy: Chương 9 - Nguyễn Tân Tiến

Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 9: Cơ cấu cam được biên soạn nhằm cung cấp các kiến thức về đại cương cơ cấu cam; phân tích động học cơ cấu cam; phân tích lực cơ cấu cam; tổng hợp cơ cấu cam.

Theory of Machine 9.01 Cam Mechanism CƠ CẤU CAM HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.02 §1 Đại cương I Định nghĩ nghĩa - Cơ cấu cam cấu có khớ khớp loạ loại cao, cao, thự thực hiệ chuyể chuyển động qua lại khâu bị dẫn nhờ nhờ vào đặc tính hình học thành phầ phần khớ khớp cao khâu dẫn HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.03 Cam Mechanism §1 Đại cương II Phân loạ loại - Cơ cấu cam phẳ phẳng: ng: khâu chuyể chuyển động mặt phẳ phẳng hay mặt phẳ phẳng song song + Theo chuyể chuyển động cam: cam quay, quay, cam tịnh tiế tiến + Theo chuyể chuyển động cần: lắc, tịnh tiế tiến, chuyể chuyển động song phẳ phẳng + Theo dạng đáy cần: bằng, ng, nhọ nhọn, lăn, lăn, biên dạng bất k ỳ ω ω ω ω ω ω HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.04 §1 Đại cương II Phân loạ loại - Cơ cấu cam không gian: gian: khâu chuyể chuyển động mặt phẳ phẳng không song song ω HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.05 Cam Mechanism §1 Đại cương III Nội dung nghiên cứu - Hai toá toán cấu cam + Bài toá toán phân tích: ch: cho trướ trước cấu cam → xác định quy luậ luật chuyể chuyển động cần + Bài toá toán tổng hợp: cho trướ trước quy luậ luật chuyể chuyển động cần → xác định hình dạng, ng, kích thướ thước, … cam HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.06 §2 Phân Phân tích động học cấu cam I Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọ nhọn Đồ thị thị chuyể chuyển vị a Phương phá pháp chuyể chuyển động thự thực s C B2∗ B1∗ s∗ B1i si Bo so Eo O Ei ϕi ω1 B2i ϕi A ϕd ϕx ϕv ϕg ϕ 2π e b HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.07 Cam Mechanism §2 Phân Phân tích động học cấu cam I Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọ nhọn Đồ thị thị chuyể chuyển vị b Phương phá pháp đổi giá giá s C B12 e −ω1 B11 B13 A B14 B18 O1 ϕ 2π B17 B15 B16 HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.08 §2 Phân Phân tích động học cấu cam I Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọ nhọn Đồ thị thị chuyể chuyển vị c Các giai đoạ đoạn chuyể chuyển đbộng s C B2∗ s∗ Bo so Eo O B1∗ β ω1 ϕd Ei γd ϕd A ϕd ϕx ϕg ϕv ϕ 2π e b HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.09 §2 Phân Phân tích động học cấu cam I Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọ nhọn Vận tốc s  s = s (ϕ ) ds ⇒ v=  dt ϕ = ϕ (t ) dϕ ds = dt dϕ ds = ω1 dϕ Gia tốc a= Cam Mechanism O ϕ O ϕ ds dϕ dv d 2s = ω12 dt dϕ d 2s dϕ ϕ O ϕd ϕx ϕv HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.10 §2 Phân Phân tích động học cấu cam II Cơ cấu cam cần lắc đáy nhọ nhọn b B1i B2i ω1 ϕi Bo b A HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department C Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.11 Cam Mechanism §2 Phân Phân tích động học cấu cam II Cơ cấu cam cần lắc đáy nhọ nhọn C3 C4 C2 ψ3 ψ2 B2 −ω1 ψ4 B1 B3 ψ1 B8 A C5 ψ C1 B4 B7 B5 B6 ψ8 ψ6 ψ7 C6 C8 C7 HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.12 §3 Phân Phân tích lực cấu cam - Mục đích xác định khả khả làm việ việc cấu cam dướ tác dụng tải trọ trọng r - Lực tác dụng lên cần cam Q +Tải trọ trọng Q theo phương chuyể chuyển vị cần r C N′ r + Phả ả n l ự c P t cam t c d ụ ng lên cần Ph r v r r r F ϕ′ r R P=N+F r r + Phả ả n l ự c R từ giá Ph giá tác dụng lên cần Q P π π + ϕ′ r R r r r R = N′ + F′ r F − (α + ϕ + ϕ ′) B r P α +ϕ′ α A ω1 ϕ r N - Điề Điều kiệ kiện cân lực r r r Q+R+P =0 - Từ đa giá giác lực Q P = π π sin[ − (α + ϕ + ϕ ′)] sin( + ϕ ′) cos ϕ ′ P ⇒ = Q cos(α + ϕ + ϕ ′) ϕ : góc ma sát giữ cam cần ϕ’: góc ma sát giữ giá giá cần HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.13 Cam Mechanism §3 Phân Phân tích lực cấu cam - Góc áp lực α : góc giữ phương tác dụng lực vận tốc điể điểm đặt lực r Q r N′ C R r Q π r P + ϕ′ π r R r v r F ϕ′ r r F − (α + ϕ + ϕ ′) B r P α +ϕ′ α ϕ r N A ω1 - Khi α đạt giá giá trị trị cho α +ϕ +ϕ’ = π/2 P/Q → ∞ trườ trường hợp tự hãm cấu cam → góc áp lực α không đượ lớn quá giá giá trị trị giớ giới hạn cho phé phép - Góc áp lực α tỉ lệ nghị nghịch với kích thướ thước cam → α ≤ [αmax] phả phải đủ lớn để đảm bảo kích thướ thước cam nhỏ nhỏ gọn - Với cam cần đẩy [αmax] = 30o÷35o Với cam cần lắc [αmax] = 30o÷35o HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.14 §3 Phân Phân tích lực cấu cam Tổng hợp cấu cam thiế thiết kế cấu cam thỏ thỏa mãn điề điều kiệ kiện - Làm việ việc đượ được, tức α ≤ [αmax] - Đảm bảo quy luậ luật chuyể chuyển động cho trướ trước cần - Kích thướ thước cam nhỏ nhỏ gọn nhấ thể Như toá toán tổng hợp cấu cam bao gồm phầ phần - Xác định vị trí í tâm cam tr - Xác định biên dạng cam HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.15 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn a Bài toá toán Cho: Cho: - góc áp lực α ≤ [αmax] - chiề chiều quay ω1 cam 1, chiề chiều dàri cần lBC - vị trí trí CBi cần lắc vận tốc vB2i đầu cần thờ thời điể điểm xét Yêu cầu: - phả phải đặt tâm cam A đâu để thỏ thỏa mãn điề điều kiệ kiện cho ? HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.16 §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn a Bài toá toán - Xét cấu cam thỏ thỏa α = [αmax] n ∆i b1i∗ b1i t C α t b2i - Quan hệ vận tốc r vBi ⊥ CB i r | vBi | r vBi r vBi Bi Xi n A∗ ω1 r = vBi ? ? r + vBi B1 // tt ? - Ứng với vị trí trí b1i tt → ta có họa đồ vận tốc vị trí trí tâm cam mà A HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department  AB i ⊥ B i b1i   i vB1i µ v B i b1i =  AB = ω ω  Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.17 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn a Bài toá toán - b1i chạ chạy tt → A chạ chạy ∆i // nn i * i i i* i i cách B đoạ đoạn x ( ∆B AA ~ ∆B b1 b1 ) α n ∆i i i i - Gọi X i = ∆i I CB i , ta tính x = B X t b2i i∗ b1 r - Tam giá giác đồng dạng ∆B i b1i b2i ~ ∆B i AX i vBi b1i t C r vBi ⇒ Bi Xi Bi X i Bi A = i i B i b2i B b1 hay xi r = i i vB2 vB1 i  dψ   l vBi = ω r , vBi = Ω i l = ω   dϕ  i  dψ  → x i = B i X i =   l  dϕ  - Vậy, quỹ quỹ tích ∆i tâm cam A // nn cắt cần cam điể điểm Xi cách đầu cần i đoạ đoạn x trên, trên, chiề chiều BiXi chiề chiều r vector vB i xoay 900 theo chiề chiều ω1 chú ý n A∗ ω1 A HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.18 §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn a Bài tố tốn ri - Góc áp lực thể đặt bên phả phải / trá trái vB2 ∆i ∆' i n α δ vi α r vBi b1i t C n' t b2i r vBi Bi Xi → Tâm cam thể đặt tùy ý ∆i ∆'i n ω1 δ di n' A r i - Nếu góc áp lực đặt bên trá trái vB2, quỹ quỹ tích 'i // n’n’ tâm cam A đườ ng thẳ ẳ ng ∆ đư th i qua điể điểm X xác định - Nếu thay điề điều kiệ kiện α = [αmax] điề điều kiệ kiện α ≤ [αmax] cho biế biết cam giai đoạ đoạn xa hay gần → tâm cam A i thể đặt tùy ý hai miề miền δ d hoặ i i ’ i giới hạn ∆ ∆ δ v giớ HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.19 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn b Bài tố tốn Cho: Cho: - góc áp lực α ≤ [αmax] - quy luậ luật chuyể chuyển động cần Yêu cầu: - phả phải đặt tâm cam A đâu để thỏ thỏa mãn điề điều kiệ kiện cho ? HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.20 §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn b Bài toá toán - Cho quy luậ luật chuyể chuyển động cần→ thờ thời điể điểm toá toán trở trở toá toán xét, ta xác định đượ miề miềrni tâm cam δ i tương ứng vd Bi C 900 − α d X di δ di ∆'id ω1 ∆'iv - Trườ Trường hợp [αmax]d = [αmax]v C X vi r vvi 900 − α v δ vi θ i ∆id ∆iv r vdi X di Bi 900 − α X vi 900 − α v r vvi ω1 ∆'iv θi ∆id - Tâm cam miề miền giao θ miề miền δ i HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.21 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn b Bài toá toán - Để xác dịnh miề miền tâm cam + vẽ vị trí trí cần Cbi + với vị trí trí Cbi, xác định θ i + miề miền tâm cam phầ phần giao θ i Bi X di C X vi θ HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.22 §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần đẩy đáy nhọ nhọn C X di X vi Bi 900 − [α max ] ∆d ω1 ∆′v θ - Tương tự trườ trường hợp cần lắc đáy nhọ nhọn với chú ý + quỹ quỹ đạo đầu cần đoạ đoạn thẳ thẳng → thể xem quỹ quỹ đạo đầu cần 900 − [α max ] lắc có tâm quay vơ + giá giá trị trị xi đượ tính theo cơng thứ thức iXi song song → ∆ i + đoạ n B đo v song song - Khi [αmax]d = [αmax]v, việ việc tìm miề miền tâm cam sau + tìm điể điểm Xi nối thành đườ đường cong trơn ’ + kẻ hai tiế tiếp tuyế tuyến ∆d ∆ d với đườ đường cong thỏ thỏa điề điều kiệ kiện α = [max] + miề miền δ xác định hai tiế tiếp tuyế tuyến miề miền tâm cam cần tìm HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.23 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần đáy lăn - Cần đáy lăn thể cần lắc hay cần đẩy - Việ Việc xác định tâm cam giố giống trườ trường hợp cần đáy nhọ nhọn xét Cam cần đẩy đáy C B ρ ω1 A - Trong cấu cam cần đáy bằng, ng, α = const → điề điều kiệ kiện α ≤ [αmax] dễ dàng đượ thỏ thỏa - Đáy cần tiế tiếp xúc với điể điểm biên dạng cam → biên dạng cam phả phải lồi - Bán kính cong ρ điể điểm biên dạng cam với quy ước: ρ > dọc biên dạng cam theo chiề chiều kim đồng hồ mà tâm cong biên dạng cam nằm phí phía tay phả phải - Điề Điều kiệ kiện lồi biên dạng cam điể điểm biên dạng cam, ta phả phải có ρ > HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.24 §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần đẩy đáy Cho: Cho: - quy luậ luật chuyể chuyển động cần - vị trí trí gần tâm cam nhấ cần Yêu cầu: - Xác định tâm cam cho + thỏ thỏa mãn quy luậ luật chuyể chuyển động + biên dạng cam lồi + kích thướ thước cam nhỏ nhỏ gọn nhấ thể HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.25 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần đẩy đáy // xx d r aB2 B3 r aD br a B2 π ⊥ xx C B x s ro x ρ r r r a B2 = a B3 + aBκ2 B3 r // aD ⊥ xx r ? | aD | ω1 A - Thay thế khớ khớp cao B khâu khớ khớp thấ thấp - Ta có ρ = DB = s + r0 + z , với s: chuyể chuyển vị so với vị trí trí thấ thấp nhấ cần r0: bán kính nhỏ nhỏ nhấ cam z: đại lượ lượng biế biến thiên - Vẽ hoạ hoạ đồ gia tốc điể điểm xét H z r + aBr B3 // xx ? // DA r r v a D1 = a D3 = a D =  l ADω D HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.26 §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần đẩy đáy // xx d r a B2 B3 r aD - Tam giá giác đồng dạng ∆πbd ~ ∆DHA ⇒ br a B2 π ⊥ xx C B x s ro ⇒ z = DH = aD l AD = d 2s dϕ l ADω l AD = d 2s dϕ x  d 2s  d 2s  + ro > ⇒ ro > − s + dϕ  dϕ   d 2s  +δ ro > − s + dϕ   ρ = s + ρ hay ω1 A a B2 ω2 πb DH = πd DA H z s+ D d 2s dϕ O HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department ϕ Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.27 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam II Tổng hợp động học cấu cam - Là toán vẽ biên dạng cam theo quy luật chuyển vị cho trước cần sau xác định tâm quay theo điều kiện động học, động lực học cho - Bài toá toán tố tốn ngượ ngược với việ việc phân tích động học cấu cam xét - Nếu cấu cam cần lắc đáy lăn, lăn, biên dạng cam tìm đượ biên dạng lý thuyế thuyết → xác định biên dạng cam thậ thật + Lấy điể điểm biên dạng lý thuyế thuyết làm tâm, tâm, vẽ cung trịn bán kính bán kính lăn + Hình bao họ đườ đường tròn biên dạng thậ thật cam cần tìm HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine Cam Mechanism 9.28 §4 Tổng hợp cấu cam II Tổng hợp động học cấu cam Khi chọ chọn bán kính lăn rL chú ý - rL lớn → tổn thấ thất ma sát - rL quá lớn → xảy hiệ tượ tượng tự giao biên dạng cam - rL = ρmin → biên dạng cam thậ thật có điể điểm nhọ nhọn, mịn nhanh - rL > ρmin → biên dạng cam thậ thật giao nhau, nhau, không dùng đượ - rL < ρmin → thườ thường chọ chọn rL = 0,7 ρmin HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 9.29 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam III Trì Trình tự thiế thiết kế cấu cam Lập đồ thị thị chuyể chuyển vị, đồ thị thị vận tốc đồ thị thị gia tốc cần cam Xác định tâm quay cam (t (tổng hợp động lực học) Xác định biên dạng cam (t (tổng hợp động học) Nếu cam cần đáy lăn, lăn, - Vẽ biên dạng cam lý thuyế thuyết - Xác định bán kính lăn - Xác định biên dạng cam thự thực tế HCM City Univ of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien ... Machine 9. 19 Cam Mechanism §4 Tổng hợp cấu cam I Xác định tâm quay cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn b Bài tố tốn Cho: Cho: - góc áp lực α ≤ [αmax] -. .. ứng vd Bi C 90 0 − α d X di δ di ∆'id ω1 ∆'iv - Trườ Trường hợp [αmax]d = [αmax]v C X vi r vvi 90 0 − α v δ vi θ i ∆id ∆iv r vdi X di Bi 90 0 − α X vi 90 0 − α v r vvi ω1 ∆'iv θi ∆id - Tâm cam miề... cấu cam (B (Bài toá toán tổng hợp động lực học cấu cam) Cam cần lắc đáy nhọ nhọn a Bài toá toán Cho: Cho: - góc áp lực α ≤ [αmax] - chiề chiều quay ω1 cam 1, chiề chiều dàri cần lBC - vị trí trí