Bài giảng Nguyên lý máy: Chương 5 Cơ cấu thanh cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung; Cơ cấu 4 khâu bản lề; Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề; Thiết kế cơ cấu 4 khâu bản lề;...Mời các bạn cùng tham khảo!
TRƯỜNG ƯỜ ĐẠI HỌC GIAO THÔNG Ô VẬN Ậ TẢI Ả Khoa Cơ Khí-Bộ mơn Kỹ thuật máy &&&&& - NGUYÊN LÝ MÁY CHƯƠNG CƠ CẤU THANH 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.1 Khái quát chung Khái niệm: Cơ cấu cấu có khớp động khớp thấp (khớp tịnh tiến, khớp quay) Do cấu thành cịn cấu phẳng toàn khớp thấp Được sử dụng nhiều kỹ thuật: 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.1 Khái q quát chungg Nội dung: Nghiên cứu đặc trưng cấu Thiết hiế kế cấu: ấ dựa d vào yêu ê cầu ầ đề để chọn h lược l đồ cấu thích hợp xác định kích thước lược đồ cấu chọn Phương pháp: Các phương pháp thiết kế cấu: Giải tích,, Đồ giải Thực nghiệm Tuỳ vào yêu cầu toán điều kiện cho trước mà ta chọn phương pháp thiết kế 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.1 Khái q quát chungg Ưu điểm: Thành phần khớp động mặt nên lâu mòn, chịu tải trọng lớn áp suất nhỏ, nhỏ khả truyền lực lớn lớn Chế tạo đơn giản Dễ dàng thay đổi quy luật chuyển động khâu bị dẫn nhờ hờ thay h đổi kích kí h thước h khâu khâ dẫn dẫ Nhược điểm: Khó thiết kế xác cấu theo điều kiện ệ cho trước khó thực xác quy luật chuyển động phức tạp Khó cân lực quán tính khâu chuyển động phức tạp, ạp, vận ậ tốc cao g gây y tải trọng ọ g động ộ g lớn nên cấu thường dùng vận tốc tương đối thấp 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Khái niệm: Cơ cấu khâu lề cấu gồm khâu nối với khớp quay (khớp lề) lề) Khâu cố định gọi giá Khâu đối diện với khâu cố định gọi truyền (chuyển động song phẳng) Hai khâu lại nối với giá cố định gọi tay quay quay tồn vịng (3600) gọi cần lắc lắc qua lắc lại lại 10/01/2011 5 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Các biến thể: Thay đổi hình dạng kích thước tương đối khâu 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Các biến thể: Thay đổi kích thước khớp động 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Các biến thể: Chọn khâu khác làm giá 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Điều kiện tồn tay quay: Tuỳ theo quan hệ kích thước khâu cấu khâu lề có khâu, tay quay, tay quay cần lắc cần lắc Giả sử khâu a d quay tồn vịng quanh khớp A Ta có: a + d ≤ b+ c b ≤ (d - a)) + c ⇔ a + b ≤ d +c c ≤ (d - a) + b ⇔ a + c ≤ d + b ⇒ a ≤ b; a ≤ c; a ≤ d 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Điều kiện tồn tay quay: ⇒ Điều kiện để khâu chuỗi động kín khâu nối với nhờ khớp quay quay tồn vịng nhau: Trong khâu phải có khâu khâu ngắn chuỗi động Tổng chiều dài khâu ngắn với khâu dài chuỗi động phải nhỏ tổng chiều dài khâu lại: lmin + lmax ≤ ll’ + ll” 10/01/2011 10 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Điều kiện tồn tay quay: Chuỗi động khâu lề phân thành nhóm: Nhóm ó 1: lmin + lmax > l’ + l” ⇒ Lấy ấ bất bấ ứ khâu khâ làm giá iá hì cấu có cần lắc Nhóm 2: lmin + lmax ≤ l’ + l” ⇒ Khâu ngắn chuỗi động có ó thể hể quay tồn vịng ị ới khâu khâ tạo với ới ó thành hà h khớp khớ quay Do D ta có trường hợp: 10/01/2011 Chọn khâu kề với khâu ngắn làm giá, cấu có tay quay cần ầ lắc ắ Chọn khâu ngắn làm giá, cấu có tay quay Chọn khâu đối diện khâu ngắn g làm g giá, cấu có cần lắc 11 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Điều kiện tồn tay quay: Các trường hợp nhóm 2: Chọn khâu kề với khâu ngắn làm giá, cấu có tay quay cần lắc Chọn khâu ngắn làm giá, giá cấu có tay quay Chọn khâu đối diện khâu ngắn làm giá, giá cấu có cần lắc 10/01/2011 C C B B D A D A (a) (b) C C B B D A (c) D A (d) 12 CƠ CẤU THANH 5.2 Cơ cấu khâu lề Điều kiện tồn tay quay: l2 Ví dụ: Cho l1 = 0.3m, l2 = 0.5m, B l3 l4 = 0.6m, 6m Xác định l3 để cấu l1 có AB tay quay, CD l4 A lắc Giải AB phải khâu ngắn nên Trường hợp l3 = lmax: l3 ≥ l1 → l3 ≥ 0.3m Trường hợp l4 = lmax: → l1 + l4 ≤ l2 + l3 → l3 ≥ l1 + l4 − l2 → l3 ≥ 0.4 m 10/01/2011 → 0.4m ≤ l3 ≤ 0.6 m C D → l1 + l3 ≤ l2 + l4 → l3 ≤ l2 + l4 − l1 → l3 ≤ 0.8m → 0.6m ≤ l3 ≤ 0.8m Kết luận: 0.4m ≤ l3 ≤ 0.8m 13 CƠ CẤU THANH 5.3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề Tỉ số truyền: Là tỷ số vận tốc góc khâu nối giá ω1 ω3 Tính tỉ số truyền theo tâm vận tốc tức thời: Vận tốc ggóc khâu tỷ ỷ lệ nghịch g với khoảng cách từ tâm vận tốc tức thời tuyệt đối tới tâm vận tốc tức thời tương đối chúng ω PP i13 = = 13 34 ω3 P13 P14 i13 = 10/01/2011 P23 P12 C B A P13 D P14 P34 Tâm vận tốc tức thời cấu 14 CƠ CẤU THANH 5.3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề Tỉ số truyền: Đặc trưng tỉ số truyền: i13 đại đ i lượng l thay h đổi theo h vịị trí í i13 = cấu khâu lề cấu hình bình hành Điểm P13 ∞ vìì khâu khâ vàà l ô song song Khi tay quay truyền duỗi thẳ hay thẳng h chập hậ nhau, h P13 sẽẽ trùng t ù A, A ω3 = 0, khâu lúc vị trí biên bắt đầu đổi chiều lắc Góc ψ vị trí biên gọi góc lắc lắc 10/01/2011 C C2 B C1 θ ψ B2 ϕ1 D A ϕ2 B1 15 CƠ CẤU THANH 5.3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề Góc áp lực góc truyền động: a Góc áp lực: Góc lực P P γ vận tốc tuyệt đối điểm C α C P đặt lực C r r δ=γ α = ( P, vC ) B δ δ α nhỏ hỏ tốt ố vìì N = P.vC.cosα ω B A D b Góc truyền động: B Góc γ xen Pn P Vì γ + α = 900 → γ lớn tốt tốt Để cấu truyền động an toàn, thiết kế người ta thường lấy γmin = 400 10/01/2011 16 n t max i CƠ CẤU THANH 5.3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề Chuyển động nhanh: C Khi tay quay truyền nằm đường thẳng → vị trí cực hạn hạn B C1 Góc nhọn xen vị trí cực hạn gọi θ ψ góc cực vị θ B2 Hà h trình Hành ì h đi: Từ AB1- → AB2, (ϕ1) ϕ A Hành trình về: Từ AB2- → AB1, (ϕ2) ϕ1 > ϕ2 mà tay quay quay nên vận ϕ tốc ố cần ầ lắc ắ CD bé B1 → chuyển động nhanh → Sử dụng thiết kế máy có hành trình khơng làm việc nhanh ằ rút ngắn ắ thời gian chạy không nhằm C2 D 10/01/2011 17 CƠ CẤU THANH 5.3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề C Hệ số biến thiên vận tốc: Hệ số biến thiên vận tốc k (hệ số nhanh hệ số suất) tỷ số nhanh, vận tốc trung bình khâu bị dẫn chạy khơng làm việc: v2 ϕ1 1800 + θ k −1 k= = = ⇒ θ = 180 v1 ϕ2 1800 − θ k +1 B C1 θ ψ B2 ϕ1 D A ϕ2 B1 Nhận xét: Cơ cấu tay quay cần lắc chuyển động có xuất góc cực vị θ cấu có tính nhanh Góc θ lớn → k lớn → thời gian chạy không máy công suất cần thiết động giảm giảm 10/01/2011 C2 18 CƠ CẤU THANH 5.3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề C Vị trí chết: Chọn khâu CD làm khâu dẫn Xé vịị tríí tay quay AB vàà Xét h h truyền BC nằm đường thẳng Khi lực l tác dụng d từ khâu khâ dẫn dẫ CD qua BC tới AB qua tâm khớp quay A B → làm quay AB → gọi vị trí chết C2 B C1 θ ψ B2 ϕ1 D A ϕ2 B1 Xét mặt truyền động, tồn vị trí chết có hại Tuy nhiên kỹ thuật, người ta cịn lợi dụng vị trí ví dụ cấu khâu lề dùng để kẹp chặt phôi phôi 10/01/2011 19 CƠ CẤU THANH 5.4 Thiết kế cấu khâu lề C Ví dụ 1: Xác định kích thước tay quay C l1 truyền l2 cấu tay -l l quay cần lắc, biết chiều dài cần lắc θ l ψ l3, góc lắc lắ l ψ, hệ h số ố vềề nhanh h h l k k B Các bước thực hiện: A D k −1 θ = 180 Tính góc cực vị k +1 B l Vẽ lắc vị trí giới hạn DC1 l + DC2 Từ C1 (hoặc C2) kẻ nửa đường thẳng bất kì, từ C2 (C1) kẻ nửa đường thẳng làm với nửa đường thẳng vừa Từ quan hệ hình học, ta có: AC1 = l2 + l1 góc cực vị θ AC2 = l2 - l1 Hai đường thẳng ẳ cắt ắ A vị → Từ tìm l1 l2 trí tâm quay tay quay 10/01/2011 20 1 1 ... qn tính khâu chuyển động phức tạp, ạp, vận ậ tốc cao g gây y tải trọng ọ g động ộ g lớn nên cấu thường dùng vận tốc tương đối thấp 10/01/2011 CƠ CẤU THANH 5. 2 Cơ cấu khâu lề Khái niệm: Cơ cấu... ≤ l3 ≤ 0.8m 13 CƠ CẤU THANH 5. 3 Các đặc ặ trưngg cấu khâu lề Tỉ số truyền: Là tỷ số vận tốc góc khâu nối giá ω1 ω3 Tính tỉ số truyền theo tâm vận tốc tức thời: Vận tốc ggóc khâu tỷ ỷ lệ nghịch... tâm vận tốc tức thời tuyệt đối tới tâm vận tốc tức thời tương đối chúng ω PP i13 = = 13 34 ω3 P13 P14 i13 = 10/01/2011 P23 P12 C B A P13 D P14 P34 Tâm vận tốc tức thời cấu 14 CƠ CẤU THANH 5. 3