Nói cách khác, các khâu trong một cơ cấu được chia làm 2 loại: - Loại thứ nhất là khâu dẫn có qui luật chuyển động biết trước, số khu loại ny bằng số bậc tự do của cơ cấu.. - Loại th[r]
(1)1
BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MÔN: NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY
(Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp)
GVBS:
(2)1 Bài 1: CẤU TẠO CƠ CẤU
1 Khái niệm
1.1 Chi tiết khâu Chi tiết máy
Một phận tháo rời nhỏ cấu hay máy gọi chi tiết máy, gọi tắt tiết máy Ví dụ: bu lơng, đai ốc, trục, bánh
Khâu
(3)2
Ví dụ truyền bao gồm nhiều tiết máy nối cứng với nhau, tất tiết máy khơng có chuyển động tương truyền chuyển động Thanh truyền coi khâu
1.2 Thành phần khớp động khớp động
Mối nối động hai khâu liền để hạn chế phần chuyển động tương đối chúng gọi khớp động (gọi tắt khớp) Toàn chỗ tiếp xúc hai khâu khớp động gọi thành phần khớp động
Thơng số xác định vị trí tương đối thành phần khớp động khâu gọi l kích thước động, ảnh hưởng đến thông số động học, động lực học cấu
1.3 Phân loại khớp động
a. Phân loại theo số bậc tự bị hạn chế (hay số ràng buộc)
(4)3 Nếu cho hai khâu tiếp xúc với nhau, tạo thành khớp động chúng xuất ràng buộc mặt hình học hạn chế bớt bậc tự tương đối Như khớp làm giảm số bậc tự khâu Số bậc tự bị khớp hạn chế bớt gọi số ràng buộc Khớp có k ràng buộc gọi khớp loại k (0 < k < 6; bảng 1) Ví dụ: khớp ràng buộc bậc tự khâu, số bậc tự lại 5, khớp gọi khớp loại
Chú ý: Trong mặt phẳng có khớp loại khớp loại
b Phân loại theo tính chất tiếp xúc
- Khớp loại cao: phần tử khớp động đường hay điểm Ví dụ khớp bánh ma sát, bánh răng, cấu cam
- Khớp loại thấp: phần tử khớp động mặt Ví dụ khớp quay (bản lề), khớp tịnh tiến, khớp cầu
(5)4
(6)5
a Lược đồ khâu
Để thuận tiện trình giải toán nguyên lý máy, khâu biểu diễn sơ đồ đơn giản gọi lược đồ khâu Lược đồ khâu phải thể đầy đủ thành phần khớp động kích thước ảnh hưởng đến tính chất động học cấu Kích thước gọi kích thước động Thơng thường, kích thước động kích thước tâm thành phần khớp động khâu Ví dụ:
b Lược đồ động khớp
Cũng khâu, để thuận tiện trình nghiên cứu cấu máy, khớp động biểu diễn hình vẽ qui ước gọi lược đồ động khớp (gọi tắt lược đồ) Các loại khớp động lược đồ trình bày bảng
2 Bậc tư cấu
2.1 Định nghĩa
Bậc tự cấu số thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí cấu Đồng thời bậc tự số khả chuyển động độc lập cấu
2.2 Cơng thức tính bậc tự cấu
Bậc tự thể cho khả chuyển động cấu, phụ thuộc vào số khâu, khớp loại khớp
Gọi W0 số bậc tự tương đối tất khâu cấu để rời so với giá, gọi R tổng số ràng buộc cấu, bậc tự W cấu tính
W = W0 - R (1-1)
- Xác định W0: trường hợp tổng quát, khâu để rời khơng gian có bậc tự tương đối so với giá, nên cấu có n khâu số bậc tự tương đối
W0 = 6n (1-2)
- Xác định R: Mỗi khớp động hạn chế số bậc tự số ràng buộc khớp Nếu gọi pi số khớp loại i cấu tổng số ràng buộc
R =Σ= 5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1 (1-3) =51iip.i Thay (1-2) 1-3) vào (1-1) ta có :
W = 6n – (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1) (1-4) * Đối với cấu phẳng
- Một khâu có nhiều bậc tự so với giá Nên tổng số bậc tự n khâu W0 = 3n
- Một khớp có nhiều ràng buộc, nói cách khác cấu phẳng chứa khớp loại loại Mỗi khớp loại cấu phẳng có thêm ràng buộc nên số ràng buộc p4 khớp loại 1xp4 Mỗi khớp loại mặt phẳng có thêm ràng buộc nên số ràng buộc p5 khớp loại 2xp5 Nên tổng số ràng buộc cấu phẳng
R = 2p5 + p4
W = 3n - (2p5 + p4) (1-5)
2.3 Ràng buộc trực tiếp - Ràng buộc gián tiếp
(7)6 Sự ràng buộc hai khâu tác dụng trực tiếp khớp nối hai khâu gọi ràng buộc gián tiếp
Sự ràng buộc khâu 2, 3, H.1-8a ràng buộc trực tiếp Khâu khâu chưa nối với tác dụng khớp A, B, C nên khâu xuất ràng buộc: Qx , Qy Tz gọi ràng buộc gián tiếp
Nếu nối khâu với khâu khớp D (H.1-8b), khớp D có ràng buộc trực tiếp: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy Tuy nhiên có ràng buộc Qx, Qy, Tz có chưa xuất khớp D Ba ràng buộc gọi ràng buộc trùng
Chú ý: ràng buộc trùng xuất khớp nối khâu có ràng buộc gián tiếp tức có khớp khép kín chuỗi động Nói cách khác, ràng buộc trùng có chuỗi động kín
Khi cấu tồn rng buộc gin tiếp số rng buộc cấu tính R = - R0 (1-6) Σ=51iip.i
2.4 Ràng buộc thừa - Bậc tự thừa
(8)7 Nếu bỏ khâu 1, 2, khớp kèm theo chuyển động cấu không thay đổi Nghĩa phương diện chuyển động việc thêm khâu thừa Việc thêm khâu khâu làm cho bậc tự tăng lên:
3n - 2p5 = 3x1 - 2x2 = -1
Nói cách khác tăng thêm ràng buộc Ràng buộc ràng buộc thừa Như tính số ràng bc cấu khơng tính đến ràng buộc thừa Nếu gọi số ràng buộc thừa r, số ràng buộc cấu
R =Σ - R0 - r (1-7) =51iip.i
- Bậc tự thừa là bậc tự khâu cấu mà bỏ chúng qui luật chuyển động cấu khơng thay đổi
Chuyển động lăn không ảnh hưởng đến chuyển động cấu Bậc tự (con lăn quay) gọi bậc tự thừa Khi tính bậc tự cấu khơng tính đến bậc tự thừa Gọi s bậc tự thừa cơng thức tính bậc tự cấu
W = W0 - R - s
2.5 Công thức tổng quát
- Cơ cấu không gian :
W = 6n - (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 + 1p1 - R0 - r) - s (1-8) - Cơ cấu phẳng
W = 3n - (2p5 + p4 - r) - s (1-9)
2.6 Ý nghĩa bậc tự do, khâu dẫn khâu bị dẫn
Để thấy rõ ý nghĩa bậc tự do, so sánh cấu
(9)8 thời gian, qui luật chuyển động cấu hồn tồn xác định Có nghĩa biết trước qui luật chuyển động khâu qui luật toàn cấu hoàn toàn xác định
Với cấu khâu H.1-11b có bậc tự nên biết thông số độc lập (giả sử ϕ) chưa đủ để xác định vị trí tồn cấu Muốn xác định hồn tồn vị trí cấu cần phải biết thêm thông số độc lập (giả sử β) Đồng thời, chuyển động, cấu có hai khả chuyển động động lập nên dừng chuyển động (giả sử dừng khâu 1) cấu khâu cịn lại (BCDE) chuyển động Nếu dừng thêm chuyển động (giả sử dừng khâu 4) cấu cố định Cần phải biết trước qui luật chuyển động (giả sử ϕ β) qui luật chuyển động cấu hoàn toàn xác định
Qua phân tích hai cấu thấy: để cấu chuyển động xác định, số qui luật chuyển động độc lập cần biết trước phải số bậc tự cấu
Khâu có qui luật chuyển động biết trước gọi khâu dẫn Các khâu động lại gọi khâu bị dẫn
Thông thường khâu dẫn khâu nối với giá khớp quay loại 5; khâu dẫn ứng với qui luật chuyển động cho trước Vì vậy, để cấu có chuyển động xác định, số khâu dẫn phải số bậc tự
3 Nhóm tĩnh định.
Phân tích cấu tạo cấu ta tìm đặc điểm cấu tạo làm sở xác định phương pháp trình tự nghiên cứu cấu Theo phương pháp phân tích cấu tạo cấu Át-xua: cấu có W bậc tự bao gồm W khâu dẫn nhóm có bậc tự khơng Nói cách khác, khâu cấu chia làm loại: - Loại thứ khâu dẫn có qui luật chuyển động biết trước, số khu loại ny số bậc tự cấu
- Loại thứ hai khâu bị dẫn tập hợp thành nhóm tĩnh định có bậc tự khơng, cịn gọi nhóm Át-xua
Xét cấu phẳng chứa toàn khớp thấp gồm n khâu p5 khớp loại 5, nhóm Át-xua phải thỏa mãn điều kiện nhóm:
Wnhóm = 3n - 2p5 =
Vì số khâu khớp phải số nguyên nên nhóm phân loại sau
Qui ước :
(10)9 Nhóm khâu khớp gọi nhóm loại
3.2 Nguyên tắc tách nhóm
- Khi tách nhóm phải biết trước khâu dẫn Khâu dẫn giá khơng thuộc nhóm
- Số khâu khớp phải thoả mãn điều kiện bậc tự nhóm Khớp bị tách xem nhóm vừa tách
- Sau tách nhóm khỏi cấu, phần cịn lại phải cấu hồn chỉnh cịn lại khâu dẫn nối với giá Như vậy, việc tách nhóm phải tiến hành từ xa khâu dẫn đến gần khâu dẫn
- Phải tách nhóm đơn giản trước, khơng tách nhóm phức tạp (loại cao hơn)
Xếp loại cấu
- Khâu dẫn gọi cấu loại
- Cơ cấu chứa nhóm Át-xua loại cấu loại nhóm Át-xua
- Cơ cấu chứa nhiều nhóm Át-xua loại cấu loại nhóm Át-xua có loại cao
* Các ví dụ:
- Cơ cấu khâu lề H.1-11a: bao gồm giá, khâu dẫn nhóm Át-xua khâu khớp Cơ cấu thuộc loại
(11)10 - Cơ cấu bơm oxy H.1-13: bao gồm giá, khâu dẫn (1) nhóm Át-xua khâu khớp Cơ cấu thuộc loại
(12)(13)(14)(15)(16)(17)16
Bài 2: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU
* Mục tiêu thực hiện:
- Phân tích động học cấu biết trước lược đồ động cấu quy luật chuyển động khâu dẫn
1.Phân tích động học cấu phẳng phương pháp giải tích
Ưu điểm
+ Cho mối quan hệ đại lượng biểu thức giải tích, dễ dàng cho việc khảo sát dùng máy tính
+ Độ xác cao Nhược điểm
+ Đối với số cấu, cơng thức giải tích phức tạp khó kiểm tra
Xét cấu tay quay – trượt lệch tâm có vị trí xét hình vẽ Cho: lAB, lBC, 1 số độ lệch tâm e
Xác định: xC, C, aC
2.Phân tích động học cấu phẳng phương pháp đồ thị
(18)17 3.Phân tích động học cấu phẳng phương pháp họa đồ vector
(19)18
- Định lý liên hệ vận tốc
+ Hai điểm A, B khác thuộc khâu chuyển động song phẳng
vB vA vBA
+ Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu chuyển động song phẳng tương đối
vA2 vA1 vA2A1
- Định lý liên hệ gia tốc
+ Hai điểm A, B khác thuộc khâu chuyển động song phẳng
+ Hai điểm A1 , A2 trùng nhau, thuộc hai khâu chuyển động song phẳng tương đối
(20)19