(NB) Giáo trình Cơ ứng dụng với mục tiêu giúp các bạn đọc có thể trình bày được các khái niệm cơ bản về hệ tiên đề tĩnh học, điều kiện cân bằng của các hệ lực, khái niệm về ứng suất, các loại ứng suất, điều kiện bền…; Trình bày được kết cấu, đặc điểm làm việc của các loại mối ghép, các cơ cấu truyền động; Vận dụng được các kiến thức để giải được các bài toán cơ bản về hệ lực cân bằng;
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////CH ƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC CƠ ỨNG DỤNG Mã mơn học: MH 08 Thời gian của mơn học: 45 giờ; (Lý thuyết: 37 giờ; Thực hành: 8 giờ) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: - Vị trí của mơn học: Mơn học được bố trí sau khi sinh viên học xong các mơn học chung - Tính chất của mơn học: Là mơn học kỹ thuật cơ sở II. MỤC TIÊU CỦA MƠN HỌC: - Trình bày được các khái niệm cơ bản về hệ tiên đề tĩnh học, điều kiện cân bằng của các hệ lực, khái niệm về ứng suất, các loại ứng suất, điều kiện bền…; - Trình bày được kết cấu, đặc điểm làm việc của các loại mối ghép, các cơ cấu truyền động; - Vận dụng được các kiến thức để giải được các bài tốn cơ bản về hệ lực cân bằng; - Nghiêm túc, tỷ mỉ, chính xác, thực hiện các nhiệm vụ học tập III. NỘI DUNG MÔN HỌC: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Số TT Tên chương/mục Thời gian Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành, tra* Bài tập (LT hoặc TH) Phần I: Cơ học vật rắn tuyệt đối I II III IV V VI Chương 1: Những khái niệm cơ bản và các tiên đề tĩnh học 1. Những khái niệm cơ bản 2. Các tiên đề tĩnh học Liên kết phản lực liên kết Chương 2: Hệ lực phẳng đồng quy Khảo sát hệ lực phẳng đồng quy bằng phương pháp hình học Khảo sát hệ lực phẳng đồng quy bằng phương pháp giải tích Chương 3: Hệ lực phẳng song song – Mô men Ngẫu lự c Hợp hệ lực phẳng song song 2. Ngẫu lực Mô men lực đối với một điểm 4. Điều kiện cân bằng của hệ lực phẳng song song * Kiểm tra Chương 4: Hệ lực phẳng bất kỳ 1. Thu gọn hệ lực phẳng bất kỳ 2. Điều kiện cân bằng của hệ lực phẳng bất kỳ 3. Cân bằng ổn định Hệ số ổn định Chương 5: Ma sát 1. Ma sát trượt 2. Ma sát lăn 3. Bài tập Chương 6: Chuyển động cơ bản của vật rắn 1 1 0 0 1 2 1 1 2 1 1 0 1 0 1 4 1 0 2 0 1 0 0 0 0 1. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn 2. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định 3. Chuyển động song phẳng Phần II: Chi tiết máy Chương 8: Máy và cơ cấu X máy 1. Những khái niệm về máy và cơ cấu máy 2. Các mối ghép 3. Các bộ truyền chuyển động 4. Các cơ cấu biến đổi chuyển động * Kiểm tra Cộng 3 0 2 1 13 1 1 0 45 31 12 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực hành được tính vào giờ thực hành 2. Nội dung chi tiết: PHẦN I: CƠ HỌC VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI Chương 1. Những khái niệm cơ bản và các tiên đề tĩnh học Mục tiêu: Phân biệt được các khái niệm vật rắn tuyệt đối, lực, vật rắn cân bằng, hệ lực cân bằng; Phát biểu được các tiên đề tĩnh học, các loại liên kết phẳng; Xác định được phương, chiều của các phản lực liên kết; Nghiêm túc thực hiện các nhiệm vụ học tập 1.1NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1 Lực 1. Định nghĩa : Lực là tác động tương hỗ từ những vật hoặc từ mơi trường chung quanh lên vật đang xét làm cho vật thay đổi vận tốc hoặc làm cho vật biến dạng Đầu búa tác động lên vật rèn, chân đá quả bóng, áp lực của nước tác dụng vào thành bể là những ví dụ về lực 2. Đo lực : Để đo lực người ta dùng lực kế (hình 1 1) Dùng lực kế đo được trọng lượng, từ đó suy ra khối lượng của vật một cách gián tiếp theo cơng thức P = m . g (11) Trong đó : P Trọng lượng, m Khối lượng g Gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s2) Độ giãn lò xo tỷ lệ với trọng lượng (trọng lực) của vật 3. Đơn vị lực : Đơn vị chính của lực là Niutơn, ký hiệu N 1N = 1Kg.1m/s2 bội số của Niutơn là : + Kilơ Niutơn, kí hiệu kN, 1kN = 103N + Mê ga Niutơn, ký hiệu MN 1MN = 106N 4. Cách biểu diễn lực: Lực được đặc trưng bởi 3 yếu tố : Điểm đặt, phương chiều và trị số. Nói một cách khác lực là một đại lượng véc tơ và được biểu diễn bằng véc tơ lực. Hình (12), véc tơ AB biểu diễn lực tác dụng lên vật rắn, trong đó : Gốc A là điểm đặt của lực AB Đường thẳng chứa lực AB là phương của lực, cịn gọi là đường tác dụng của lực. Mút B chỉ chiều của lực AB Độ dài của AB biểu diễn trị số của lực AB theo một tỷ lệ xích nào đó, chẳng hạn trị số của lực AB là 200N, nếu biểu diễn lực đó theo tỷ lệ 10N trên độ dài 1mm thì độ dài của AB 200 = 20mm là 10 Để đơn giản, thường ký hiệu lực bằng một chữ in hoa và ghi dấu véc tơ trên chữ in hoa đó Ví dụ : , , , , , Ví dụ 1 1 : Một lực F có trị số là 150 N hợp với phương nằm ngang một góc 450 về phía trên đường thẳng nằm ngang. Hãy biểu diễn lực đó theo tỷ lệ 5N trên độ dài 1mm Bài giải : Độ dài của vec tơ lực F 150 = 30 mm là : Từ điểm A trên hình 13 ta kẻ phương Ab hợp với đường nằm ngang Ax về phía trên góc 450 Đặt lên Ab độ dài AB = 30mm, véc tơ biểu diễn lực cần tìm 1.1.3. Hệ lực : 1. Hai lực trực đối : Là hai lực có cùng trị số, đường tác dụng ngược chiều nhau (Hình 14a,b) 2. Hệ lực : Tập hợp nhiều lực cùng tác dụng lên một vật rắn gọi là hệ lực, ký hiệu (, , ) Hình vẽ 15, 16, 17, là các thí dụ về hệ lực phẳng đồng quy ( , , ) Hoặc hệ lực phẳng song song (, ,), và hệ lực phẳng bất kỳ (,,, ) 3. Hệ lực tương đương : Hai hệ lực được gọi là tương đương khi chúng có cùng tác dụng cơ học lên một vật rắn Hai hệ lực (, , ,) và (, , ,), tương đương được ký hiệu : (, , ,) (, , ,) dấu gọi là tương đương 4. Hợp lực : Là một lực duy nhất tương đương với tác dụng của cả hệ lực, nghĩa là nếu : (, , ,) thì là hợp lực của hệ lực, (, , ,) 5. Hệ lực cân bằng : Là hệ lực khi tác dụng vào vật rắn sẽ khơng làm thay đổi trạng thái động học của vật rắn (nếu vật đang đứng n thì đứng n, nếu vật đang chuyển động thì chuyển động tịnh tiến thẳng đều). Nói cách khác hệ lực cân bằng tương đương với khơng. (, , ,) 0 6. Vật cân bằng : Vật chịu tác dụng bởi hệ lực cân bằng được gọi là vật ở trạng thái cân bằng. Vật ở trạng thỏi cân bằng nếu nó đứng n hoặc chuyển động tịnh tiến thẳng đều Bài giải : Độ dài của vec tơ lực F 150 là : Từ điểm A trên hình 13 ta kẻ phương Ab hợp với đường nằm ngang Ax về phía trên góc 450 Đặt lên Ab độ dài AB = 30mm, véc tơ biểu diễn lựccần tìm = 30 mm 1.1.2. Vật rắn tuyệt đối Cơ học quan niệm vật rắn tuyệt đối là vật khi chịu lực tác dụng, có hình dạng và kích thước khơng đổi Vật rắn tuyệt đối là một mơ hình lý tưởng, thực tế khi chịu lực tác dụng mọi vật thực đều biến đổi hình dạng và kích thước. Nhưng để đơn giản hố việc nghiên cứu sự cân bằng và chuyển động của vật ta có thể coi vật là rắn tuyệt đối 1.1.3. Vật cân bằng Vật chịu tác dụng bởi hệ lực cân bằng được gọi là vật ở trạng thái cân bằng. Vật ở trạng thái cân bằng nếu nó đứng n hoặc chuyển động tịnh tiến thẳng đều 1.2.CÁC TIÊN ĐỀ TĨNH HỌC 1.2.1. Tiên đề 1 Điều kiện cần và đủ để hai lực tác dụng lên vật rắn để cân bằng là chúng phải trực đối nhau 1.2.2. Tiên đề 2 Tác dụng của một hệ lực lên một vật rắng không thay đổi khi ta thêm họăc bớt đi hai lực cân bằng 1.2.3. Tiên đề 3 Hai lực đặt tại một điểm tương đương với một lực đặt tại điểm đó và được biểu diễn bằng vectơ đường chéo hình bình hành mà hai cạnh là hai vectơ biểu diễn hai lực đã cho.(Hình vẽ) R ═ F1+ F2 1.2.4. Tiên đề 4(Hình vẽ) Lực tác dụng và phản lực là hai lực trực đối 1.3.LIÊN KẾT VÀ PHẢN LỰC LIÊN KẾT 1.3.1. Khái niệm (Vật tự do và vật liên kết) Vật rắn gọi là vật tự do khi nó có thể chuyển động tuỳ ý theo mọi phương trong khơng gian mà khơng bị cản trở Vật rắn khơng tự do khi một vài phương chuyển động của nó bị cản trở 1.3.2. Các liên kết thường gặp a. Liên kết tựa Liên kết tựa cản trở vật khảo sát chuyển động theo phương vng góc với mặt tiếp xúc chung giữa vật khảo sát và vật gây liên kết (hình 110) Vì thế phản lực có phương vng góc với mặt tiếp xúc chung, có chiều đi về phía vật khảo sát, ký hiệu. Ở phản lực này cịn một yếu tố chưa biết là trị số của N b. Liên kết dây mềm Liên kết dây mềm cản trở vật khảo sát chuyển động theo phương của dây (hình 11) Phản lực có phương theo dây, ký hiệu T. Ở phản này cịn một yếu tố chưa biết là trị số của T c. Liên kết thanh Liên kết (hình 112) cản trở vật khảo sát chuyển động theo phương của thanh (bỏ qua trọng lượng thanh). Phản lực có phương dọc theo thanh, ký hiệu S. Ở phản lực này cịn một yếu tố chưa biến là trị số của S d. Liên kết bản lề +. Gối đỡ bản lề di động : (hình 113a) biểu diễn bản lề di động và (hình 113a) là sơ đồ của nó. Phản lực của gối đỡ bản lề di động có phương giống như liên kết tựa đặt ở tâm bản lề ký hiệu Y. Trị số của Ychưa biết SB C SC A Y Y a) b) P B H ×n h - H ×n h - +. Gối đỡ bản lề cố định : (Hình 114a) biểu diễn gối đỡ bản lề cố định và (hình 114b) là sơ đồ của nó. Bản lề cố định có thể cản trở vật khảo sát chuyển động theo phương nằm ngang và phương thẳng đứng. Vì vậy phản lực có 2 thành phần X và Y, phản lực tồn phần R. Trị số X và Y chưa biết 1.3.3. Nhận định hệ lực tác dụng lên vật Khi khảo sát một vật rắn ta phải tách vật rắn khỏi các liên kết và xác định hệ lực tác dụng lên vật rắn đó Hệ lực tác dụng lên vật khảo sát bao gồm các tải trọng và các phản lực Tải trọng là lực trực tiếp tác động lên vật khảo sát. Việc đặt các tải trọng lên vật khảo sát thường là ít khó khăn, vấn đề quan trọng là đặt các phản lực cho đúng và đầy đủ Muốn thế chúng ta lần lượt thay các liên kết bằng các phản lực tương ứng, cơng việc đó được gọi là giải phóng liên kết. Sau khi giải phóng liên kết vật rắn được coi như một vật tự do cân bằng dưới tác dụng của hệ lực bao gồm tải trọng và các phản lực Ví dụ 12 : Nồi hơi hình trụ bán kính r trọng lượng được đặt trên hai bệ đỡ A và B đối xứng qua tâm O khoảng cách giữa 2 bệ là 1 (hình 112a) Xác định hệ lực tác dụng lên nồi hơi Bài giải : Vật khảo sát là nồi hơi. Tách nồi hơi khỏi bệ đỡ (hình 115b) nó chịu tác dụng của hệ lực gồm Tải trọng là trọng lượng của nồi hơi, đặt điểm O hướng thẳng đứng xuống dưới Phản lực tựa , đặt tại điểm tiếp xúc với bệ đỡ và hướng vào tâm O Như vậy nồi cân bằng dưới tác dụng của hệ lực đồng quy (,, ) tức là (,, ) 0. Để cho gọn sau này chúng ta có thể đặt ngay các tải trọng và các phản lực vào cùng một hình Câu hỏi ơn tập và bài tập Lực là gì? Cách biểu diễn lực? Thế nào là 2 lực trực đối? Điều kiện để 2 lực tác dụng vào một vật rắn được cân bằng? Thế nào là liên kết và phản lực liên kết? Cách xác định phản lực của các liên kết cơ bản? Người ta biểu diễn một lực 300N bằng một độ dài 10mm. Hỏi một lực có độ dài 18mm có trị số là bao nhiêu? Bóng đèn trọng lượng p được treo như (hình vẽ) dây AO nằm ngang. Xác định hệ lực tác dụng lên nút O Quả cầu đồng chất trọng lượng P treo trên mặt tường nhẵn thẳng đứng nhờ dây OA(Hình vẽ). Xác định hệ lực tác dụng lên quả cầu Chương 2. Hệ lực phẳng đồng quy Mục tiêu: Xác định hợp lực của hệ lực và điều kiện cân bằng của hệ lực phẳng đồng quy bằng phương pháp hình học và giải tích; Giải được bài tốn hệ lực phẳng đồng quy cân bằng; Cẩn thận, nhạy bén trong tính tốn 2.1.Khảo sát hệ lực phẳng đồng quy bằng phương pháp hình học 2.1.1. Định nghĩa Hệ lực phẳng đồng quy là hệ lực gồm các lực có đường tác dụng nằm trong một mặt phẳng và cắt nhau tại một điểm Vì các lực có thể trượt trên đườ ng tác dụng của nó, nên khi xét hệ lực phẳng đồng quy chúng ta trượt các lực về cùng điểm đặt cho thuận tiện (hình 21) 2.1.2. Hợp lực hai lực đồng qui a. Quy tắc hình bình hành lực : Giả sử có hai lực và đồng quy tại O (hình 22) theo tiên đề hình bình hành lực chúng ta có hợp lực đặt O. Phương chiều và trị số được biểu diễn bằng đường chéo của hình bình hành lực Trị số của : áp dụng định lý hàm số cosin cho tam giác OAC ta có R2 = F12 + F22 2F1F2cos (1800 ) Vì cos (1800 ) = cos Nên R2 = F12 + F22 + 2F1F2cos R = Phương chiều của Áp dụng định lý hàm số sin cho tam giác OBC ta có F1 R F2 = = Sin Sin Sin (180 ) Vì Sin (1800 ) = Sin nên ta có F1 Sin = Suy ra : sin 1 = F1 sin R sin 2 = F2 sin R F2 Sin = 1, 2 xác định phương chiều của * Các trường hợp đặc biệt : Hai lực F1 và F2 cùng phương cùng chiều (hình 23) = 0, cos = 1 = F1 + F2 R cùng phương cùng chiều với , Hai lực và F2 cùng phương ngược chiều (hình 24) = 1800, cos = 1 R = (với > ). R cùng phương cùng chiều với lực (Lực lớn hơn) Hai lực F1, F2 vng góc với nhau (hình 25) = 900 , cos = 0 R = R Sin Tức là trục IV quay ngược chiều với trục I. Khi ta cho Z3 ăn khớp với Z1 lúc này Z2 chạy khơng thì : Z4 Z2 Z4 i14 = (1) = Z1 Z1 Z3 Tức là trục IV quay cùng chiều với trục I Ngồi cơng dụng thực hiện tỷ số truyền lớn để giảm tốc độ, hệ bánh răng còn dùng để thực nhiều tỷ số truyền khác nhau nhằm đạt nhiều vận tốc khác nhau cho trục ra khi trục vào có vận tốc góc khơng đổi. Đó là hộp biến tốc hay gọi là hộp số. Hình (159) là sơ đồ hộp số 3 cấp tốc độ. Các bánh răng 1, 1’, 1’’ lắp cố định trên trục dẫn. Bánh răng tầng lắp di trượt được dọc trục nhờ then hoa, số răng lần lượt là Z2, Z’2, Z’3. Khoảng cách tâm của ba cặp bánh răng bằng nhau và bằng khoảng cách A giữa hai trục. Lần lượt cho bánh răng 1 ăn khớp với bánh răng 2, lúc này hai cặp kia khơng ăn khớp với nhau (vị trí trên hình vẽ), và tỷ số truyền là : Z2 i12 = Z1 Khi gạt khối bánh răng tầng di trượt về bên phải để cặp bánh răng (1’, 2’) khớp nhau hoặc gạt về bên trái để cặp bánh răng (1”, 2”) khớp nhau. Trong trường hợp thứ nhất, ta được một tỷ số truyền mới : i’12 = Z’2 Z’1 và trong trường hợp thứ hai : i’’12 = Z”2 Z”1 Như vậy, với hộp số trên đây, ta có thể thực hiện được ba tốc độ khác nhau trục ra. Hộp số dùng phổ biến trong nhiều loại máy khác nhau Chú ý : Nếu hệ có cặp bánh cơng thức tính tỷ số truyền tính theo số răng : i12 = = Z2 Z1 Tuy nhiên về chiều quay khơng xác định giống như hệ bánh răng phẳng nữa. Trường hợp các trục nằm trên mặt phẳng hình vẽ, ta có thể dùng phương pháp đánh dấu như sau : Ví dụ : Xác định chiều quay của các bánh răng trong hình (510) khi cho trước chiều quay của trục 1. Ta dùng dấu (+) để chỉ chiều các điểm đang đi vào, dấu (.) để chỉ chiều các điểm đang đi ra. Theo cách đánh dấu này ta lần lượt đánh dấu được chiều quay của các bánh răng khác (như hình vẽ) Khi các trục khơng cùng nằm trong mặt phẳng ta có thể dùng quy ước mũi tên 2. Tỷ số truyền hệ bánh răng vi sai Hệ bánh răng vi sai là hệ có ít nhất một bánh răng có trục di động, các bánh răng cịn lại quay trục cố định Hình (1511a) là một ví dụ về hệ bánh răng vi sai. Trong đó trục O 2 di động, tay quay O1O2 gọi là thanh truyền (ký hiệu là H) và có tốc độ góc H, bánh răng quay quanh trục O1 là bánh răng trung tâm Nếu bánh răng trung tâm được cố định (hình 1511b), hệ vi sai trong trường hợp này được gọi là hệ bánh răng hành tinh Bây giờ ta xét hệ bánh răng vi sai cho nên hình (1511a). Nếu đứng trên thanh truyền H ta thấy chuyển động tương đối của bánh O1 O2 đối với thanh truyền H chuyển động quay quanh hai trục cố định. Như vậy chuyển động tương đối này, tỷ số truyền hệ bánh vi sai coi tỷ số truyền của hệ bánh răng thường, tức là : Z2 H i 12 = Z1 Ký hiệu iH12 là tỷ số truyền i12 so với H Vận tốc góc của các bánh răng đối với thanh truyền H là : H H , 2H = 2 H = 1 Như vậy : H Z2 1 H H i12 = = = H Z1 2 H Tương tự, với hệ bánh răng hành tinh (hình 15 12) có bánh răng trung tâm Z3 cố định. Ta cũng có : 1 i13H = Z2 Z3 H = + Z1 Z’2 3 H = 1 H Vậy i13H = 1 = 1 i1H H Suy ra : i1H = 1i13H Viết tổng quát cho hệ bánh răng từ Z1 đến Zk ta có : Đối với hệ vi sai : Zk Z2 Z3 1 H H m i1k = = (1) (154) Z’k1 Z1 Z’2 k H Đối với hệ hành tinh : Zk Z2 Z3 i1kH = 1 i1H = (1)m (155) Z’k1 Z1 Z’2 Hay i1H = 1 i1kH (15 6) Trong đó 1, k, H, là vận tốc góc tuyệt đối của các bánh răng Z1, Zk và thanh truyền H, trong chuyển động quay đều ta có thể thay bằng tốc độ vg/ph Số mũ m áp dụng như đã chỉ dẫn với hệ bánh răng thường, các trị số 1 H là các số đại số Ví dụ : Cơ cấu hành tinh cho trên hình (15 12) có Z1 = 100 Z2 = 99, Z’2 = 100, Z3 = 101. Tính tỷ số truyền của hệ Bài giải : áp dụng cơng thức (156) và (155) ta có : n1 i1H = = 1 i13H nH mà i13H = (1)2 Z2 Z3 = 99 101 = 9999 Z1 Z’2 100 100 10000 Thay vào ta được : 9999 im = 1 = 100000 10000 tức là nếu bánh 1 quay 1 vịng thì thanh truyền quay 10.000 vịng Ta thấy hệ bánh răng hành tinh có khả năng thực hiện được tỷ số truyền rất lớn so với hệ bánh răng thường. Ta gặp hệ bánh răng hành tinh trong bộ tăng mơ men quay lắp trên máy kéo DT75, MTZ50/52 (của Liên Xơ) và trong hộp số vơ cấp của một số ơ tơ, máy kéo loại mới sản xuất trong thời gian gần đây Bây giờ ta xét ví dụ hộp số bánh răng vi sai trong ơ tơ hình (1513) Khi ơ tơ chạy trên đường thẳng các bánh của nó quay cùng vận tốc góc, bởi vì khoảng cách đường chạy của các bánh này bằng nhau. Nhưng đường vịng bánh ngồi phải quay nhanh bánh vì khoảng đường bánh ngồi phải chạy lớn hơn (xem hình vẽ). Như vậy các bánh chủ động của ơ tơ nhận chuyển động quay từ cùng một trục dẫn lại phải có vận tốc góc khác nhau hai bên. Để thực hiện được u cầu chuyển động này người ta dùng hộp bánh răng vi sai. Hệ vi sai đây là một hệ bánh răng hình nón gồm hai bánh răng bán trục 4, 5 có cùng số răng, ăn khớp với các bánh vệ tinh 3, 3’ cũng có cùng số răng. Các bánh vệ tinh quay tự do quanh trục của chúng đặt trên cần C, cần C là một khung gắn liền với bánh răng 2. Đường trục của các bánh 2, 4, 5 và cần C trùng nhau. Các bánh 4, 5 được lắp cứng trên trục của hai bánh xe ơ tơ. Cịn bánh 2 nhận chuyển động quay từ trục động cơ truyền tới thơng qua khớp trục K (khớp các đăng) và bánh răng 1 Sơ đồ ngun lý làm việc bộ vi sai 1. Bánh răng cơn chủ động; 2. Bánh răng nón 3, 3’. Các bánh răng vệ tinh; 4, 5. Các bánh răng bán trục k. Khớp các đăng Khi ơ tơ chạy trên đường thẳng. Sức cản của mặt đường lên các bánh xe ơ tơ như nhau, do đó chúng có cùng một vận tốc góc. Các bánh răng bán trục 4, 5 trong hộp vi sai lúc đó cũng có cùng một vận tốc góc. Các bánh vệ tinh 3, 3’ vì ăn khớp hai phía với hai bánh răng bán trục quay đồng bộ với nhau, nên sẽ khơng quay quanh trục bản thân của chúng và lúc đó chúng chỉ có tác dụng gài hai bánh bán trục với bánh nón 2, tức là với trục dẫn. Khi đó cần C và các bánh vệ tinh 3, 3’ sẽ quay cùng với bánh 2 quanh trục của bánh này Khi ơ tơ chạy trên đường vịng, vì lực cản ở bánh trong lớn hơn lực cản ở bánh ngồi nên bánh trong sẽ quay chậm hơn. Vì bây giờ các bánh 4, 5 khơng quay đồng bộ nữa nên các bánh vệ tinh 3, 3’ sẽ quay quanh trục bản thân của chúng, đồng thời vẫn quay cùng với cần C và bánh 2. Cơ cấu bây giờ mới làm việc thực sự như một hệ vi sai (phân một chuyển động quay thành hai chuyển động quay độc lập) Hãy xét quan hệ vận tốc góc 4, 5 của các bánh xe ơ tơ và vận tốc góc của cần c (cũng chính là vận tốc góc bánh 2) Ta có : c c i45c = Vì i45 là tỷ số truyền của hệ thường, gồm ba bánh nón 4, 3, 5 trong đó số răng của bánh 4,5 bằng nhau nên : Z5 Z3 i45c = = 1 Z3 Z4 c Dấu của tỷ số truyền này xác định theo quy ước đánh dấu (xem hình vẽ) Thay vào trên ta được : 4 c = 1 hay 4 c = c 5 c + 5 = 2 c Từ biểu thức trên ta thấy : Khi xe chạy vào đường vòng, nếu tốc độ bánh trong quay chậm đi bao nhiêu vịng thì tốc độ bánh ngồi sẽ quay tăng nhanh lên bấy nhiêu vịng để đảm bảo tốc độ quay của hai bánh ln bằng hai lần tốc độ quay của cần C (cũng là tốc độ quay của bánh 2) Khi ơ tơ chạy trên đường thẳng thì 4 = 5 = c Hệ bánh răng vi sai được dùng trên ơ tơ, máy kéo, các máy nơng nghiệp ngồi ra ta cịn gặp hệ bánh răng vi sai trong máy tính, trong truyền động vơ cấp v.v 3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của cơ cấu bánh răng a. Ưu nhược điểm So với các cơ cấu khác như đai, xích v.v cơ cấu bánh răng có nhiều ưu điểm nổi bật * Ưu điểm : Gọn nhẹ, chiếm ít chỗ, khả năng truyền tải lớn Hiệu suất truyền động cao, có tỷ số truyền cố định Tuổi thọ cao, làm việc chắc chắn Làm việc tốt trong phạm vi cơng suất, tốc độ và tỷ số truyền khá rộng, dễ bảo quản, thay thế Tuy nhiên cơ cấu bánh răng có các nhược điểm * Nhược điểm : Địi hỏi chế tạo chính xác cao Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc cao Chịu va đập kém Trong q trình sử dụng bánh răng thường gặp các dạng hư hỏng sau : Mặt răng bị tróc từng mảng do chế tạo hoặc lắp ghép thiếu chính xác, độ tiếp xúc hai mặt răng q nhỏ nên khơng đủ sức chịu đựng, đột nhiên dính vào nhau, khi rời ra tróc từng mảng 4 Răng bị sứt mẻ thường do trục bị cong hoặc lắp trục khơng song song, ứng suất tập trung vào một phía khiến răng bị sứt mẻ Răng bị mài mịn do bơi trơn kém hoặc sử dụng lâu ngày Bộ bánh răng tốt khi làm việc phát ra tiếng kêu u đều. Nếu kêu to lọc cọc có thể do khe hở cạnh răng q nhỏ hoặc khoảng cách tâm nhỏ hơn mức bình thường. Nếu có tiếng gầm lớn khi tăng tốc càng kêu lớn hơn có thể do mặt răng chế tạo sai lệch khơng đồng đều, mặt răng có vết lõm hoặc kẽ nứt. Nếu tiếng kêu khơng đều theo chu kỳ có thể do tâm bánh răng khơng trùng với tâm trục v.v Để hạn chế các hư hỏng trên cần phải sử dụng và bảo quản hợp lý : Phải bảo đảm độ chính xác về khoảng cách tâm, độ song song hoặc vng góc giữa các trục, khe hở cạnh răng và độ tiếp xúc mặt răng Phải thực hiện chế độ bơi trơn đủ và đúng loại dầu mỡ, tránh bụi bặm và mạt bẩn bám vào, nhất là các bộ truyền tải lớn và độ chính xác cao b. Phạm vi ứng dụng của cơ cấu bánh răng C c ấ u bánh răng đ ượ c s d ụ ng ph ổ bi ến trong các thi ế t bị và máy móc vì : Truyền động chính xác Thực hiện được tỷ số truyền lớn và cực lớn, đạt được nhiều tỷ số truyền khác nhau Có thể thay đổi chiều quay của trục bị dẫn Có thể phân một chuyển động quay thành hai chuyển động quay độc lập hoặc ngược lại (hệ bánh răng vi sai) 7.3.5. Bộ truyền trục vít 1. Khái niệm Cơ cấu trục vít bánh vít thuộc nhóm cơ cấu bánh răng đặc biệt, dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau, thường góc giữa hai trục là 900 (hình 15 16) I O O II H ×n h - Cơ cấu bánh vít trục vít gồm có : Bánh vít giống như một bánh răng nghiêng Trục vít có cấu tạo giống như một trục có ren để ăn khớp với bánh vít. Trục vít thường được làm liền bằng thép hợp kim, bánh vít có thể làm liền hoặc vành răng bằng đồng thanh với thân bằng gang 2. Tỷ số truyền Thơng thường trục vít là khâu chủ động Gọi Z1 là số mối ren của trục vít (trục vít có thể 1, 2, 3 hoặc 4 đầu mối ren). Z2 là số răng của bánh vít Tỷ số truyền của trục vít bánh vít bằng tỷ số giữa số răng bánh vít với số mối ren của trục vít i12 = n1 n2 Z2 Z1 Vì số mối ren của trục vít nhỏ, có khi chỉ là một đầu mối, Z = 1 (đối với bánh răng thì khơng thể lấy Z = 1 được), cho nên bộ truyền bánh vít trục vít có thể đạt được tỷ số truyền rất lớn mà các bộ truyền khác khơng thực hiện được 3. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Cơ cấu trục vít bánh vít có hiệu suất thấp nên thường chỉ dùng để truyền cơng suất nhỏ và trung bình (thường khơng q 50 60kw). Tỷ số truyền thường trong khoảng từ 8 100, đặc biệt có thể tới 1000 (nhưng chỉ dùng với cơng suất nhỏ) Cơ cấu bánh vít trục vít được dùng trong cơ cấu lên dây đàn, trong cơ cấu lái ơ tơ, trong máy nâng, máy cắt gọt kim loại v.v Cơ cấu bánh vít trục vít có các ưu điểm chính sau : Tỷ số truyền lớn Làm việc êm dịu, ít ồn Có khả năng tự hãm Nhược điểm chính của cơ cấu này là : Hiệu suất thấp (trong các bộ truyền tự hãm hiệu suất càng thấp) Cần dùng vật liệu giảm ma sát (như đồng thanh) để làm bánh vít nên giá thành cao Do đặc điểm về kết cấu, cơ cấu bánh vít trục vít địi hỏi lắp ráp và gia cơng chính xác, đảm bảo chế độ bơi trơn tốt nếu khơng chất lượng sử dụng giảm nhiều, phát nhiệt lớn, mài mịn nhanh và hiệu suất thấp Để cơ cấu bánh vít trục vít làm việc tốt cần chú ý : Đường tâm của bánh vít trục vít phải chính xác khơng nghiêng lệch và đảm bảo u cầu kích thước Giữa bánh răng và ren trục vít phải có khe hở cần thiết Mặt cạnh tiếp xúc tốt Cơ cấu lắp xong phải quay trơn nhẹ nhàng. Nếu quay nặng chứng tỏ lắp ghép khơng tốt, nghiêng lệch nhiều, khe hở q bé, cần phải kịp thời điều chỉnh để cơ cấu làm việc bình thường 7.4.Các cơ cấu biến đổi chuyển động 7.4.1. Cơ cấu cam 1. Khái niệm Hình 16 4 là sơ đồ cơ cấu cam đẩy. Khâu 1 gọi là cam thường có chuyển động quay đều, truyền động cho khâu bị dẫn 2 gọi là cần đẩy có chuyển động tịnh tiến thẳng đi lại thơng qua con lăn tỳ trên mặt cam, khâu cịn lại gọi là giá cố định Nếu quỹ đạo của cần đẩy đi qua tâm quay của cam, gọi là cam cần đẩy trùng tâm (hình 16 4a). Nếu quỹ đạo của cần cách tâm quay của cam một khoảng e thì gọi là cấu cấu cam cần đẩy lệch tâm. Khoảng cách e gọi là tâm sai 2. ứng dụng Cơ cấu cam cần đẩy biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến được dùng nhiều trong máy cắt kim loại tự động. (Hình 16 5) là sơ đồ cơ cấu phân phối khí của động cơ đốt trong. Cơ cấu phân phối khí có tác dụng nạp khơng khí hoặc hỗn hợp đốt vào trong xi lanh và để thốt hơi đã đốt cháy ra khỏi động cơ đúng thời điểm cần thiết. Trục phân phối 10 có cam quay đều. Khi phần lồi của cam tỳ vào con đội đẩy xupáp 1 mở ra. Khi cam quay qua khỏi phần lồi, xu páp 1 đóng lại nhờ lị xo 4 (sẽ được nghiên cứu kỹ hơn ở phần động cơ đốt trong) Hình 16 6 là sơ đồ máy cuốn chỉ. Cam 1 quay làm cần đẩy 2 tịnh tiến thẳng đi lại, trên đầu B của cần đẩy có luồn chỉ để rải đều sợi chỉ vào ống 3, đồng thời chuyển động phối hợp qua bộ truyền trục vít để đảm bảo tốc độ quay của ống chỉ với hành trình kép của cần đẩy 7.4.2. Cơ cấu culit 1. Khái niệm Cơ cấu cu lít gồm 4 khâu : Khâu dẫn 1 là tay quay OA quay quanh tâm O nằm trên giá 4, đầu A lắp con trượt 2 truyền chuyển động làm cho cu nlít 3 là cần BC lắc qua lắc lại một góc nào đó quanh tâm C nằm trên giá 4. Cung B1B2 là quỹ đạo của đầu b (hình 16 9) 2. ứng dụng Cơ cấu culít biến chuyển động quay khâu dẫn thành chuyển động lắc qua lắc lại một góc định khâu bị dẫn, thường được dùng trong máy bào Hình 16 10 là lược đồ cơ cấu cu lít dùng trong máy bào ngang. Xét chu kỳ một vịng quay ta thấy tay quay OA quay một vịng, cần lắc CB lắc qua lắc lại một góc B1CB2, đầu B lại trượt tương đối trong rãnh trượt D và truyền chuyển động làm cho đầu bào thực hiện một hành trình kép đi về với khoảng chạy H Đặc điểm cần chú ý là khi tay quay OA quay đi một góc với thời gian t thì cần lắc lắc một góc B1CB2 làm đầu bào thực hiện q trình cắt với khoảng chạy H. Tay quay tiếp tục quay góc với thời gian t tương ứng, cần lắc đổi chiều và lắc một góc B2C B2 đầu bào đi về, chạy khơng. Ta thấy vì