3.1.1 Khỏi niệm
3.1.1.1 Định nghĩa và cụng dụng
Định nghĩa: Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp là cơ cấu phẳng trong đú khớp
động giữa cỏc khõu là khớp thấp (khớp tịnh tiến loại 5 hay khớp bản lề)
Cụng dụng: Được sử dụng nhiều trong thực tế kỹ thuật, đặc biệt là trong
cỏc cơ cấu biến đổi chuyển động. Vớ dụ:
+ Cơ cấu culớt dựng trong mỏy bào (Hỡnh 3.1)
+ Cơ cấu tay quay - con trượt dựng trong động cơ nổ, mỏy ộp trục khủy, … + Cơ cấu 4 khõu bản lề dựng trong hệ thống giảm chấn của xe đạp, (Hỡnh 3.2)
5.1.1.2 Ưu nhược điểm a) Ưu điểm
+ Thành phần tiếp xỳc là mặt nờn ỏp suất tiếp xỳc nhỏ, vỡ vậy độ bền mũn
+ Chế tạo đơn giản và cụng nghệ gia cụng khớp thấp tương đối hoàn hảo. Do đú chế tạo và lắp giỏp dễ đạt độ chớnh xỏc cao
+ Khụng cẩn cỏc biện phỏp bảo toàn như ở khớp cao
+ Dễ dàng thay đổi kớch thước động của cơ cấu bằng cỏch điều chỉnh khoảng cỏch giữa cỏc bản lề. Việc này khú thực hiện ở cỏc cơ cấu khớp loại cao
b) Nhược điểm
Việc thiết kế cỏc cơ cấu này theo những điều kiện cho trước rất khú, khú thực hiện chớnh xỏc bất kỳ quy luật chuyển động chớnh xỏc nào.
5.1.1.3 Cơ cấu bốn khõu bản lề và cỏc biến thể a) Cơ cấu bốn khõu bản lề
* Sơ đồ động
Cơ cấu 4 khõu bản lề cú 4 khõu được nối với nhau bằng 4 khớp bản lể (Hỡnh 3.3).
+ Khõu 4 cố định được gọi là giỏ + Khõu 2 đối diện với giỏ được gọi là thành truyền
+ Khõu 1,3 được gọi là tay quay. Hai khõu này cú thể quay được toàn vũng hoặc khụng quay được toàn vũng tựy từng cơ cấu cụ thể.
Hỡnh 3.2. Cơ cấu 4 khõu bản lề dựng trong giảm chấn xe đạp
Hỡnh 3.3. Sơ đồ động cơ cấu 4 khõu bản lề
* Ứng dụng : Cơ cấu 4 khõu bản lề được dựng nhiều trong thực tế. Vớ dụ :
+ Khõu 1 quay, khõu 3 quay: cơ cấu hỡnh bỡnh hành, ... + Khõu 1 quay, khõu 3 lắc: cơ cấu ba – tăng mỏy dệt, ... + Khõu 1 lắc, khõu 3 quay: Cơ cấu bàn đạp mỏy may, ... + Khõu 1 lắc, khõu 3 lắc: Cơ cấu đo vải, ...
b) Cỏc biến thể của cơ cấu bốn khõu bản lề
* Cơ cấu tay quay - con trượt
Cơ cấu 4 khõu bản lề cú khớp D lựi ra ∞ theo phương ⊥AD thỡ được gọi là cơ cấu tay quay - con trượt. Cú hai loại cơ cấu tay quay - con trượt:
- Cơ cấu tay quay - con trượt chớnh tõm (hỡnh 3.4) - Cơ cấu tay quay - con trượt lệch tõm tõm (Hỡnh 3.5)
* Cơ cấu cu-lớt
Cơ cấu tay quay - con trượt chớnh tõm cho khõu 1 hoặc khõu 2 làm giỏ thỡ ta được cơ cấu cu-lớt
Hỡnh 3.4. Cơ cấu tay quay - con trượt chớnh tõm
Hỡnh 3.5 Cơ cấu tay quay - con trượt lệch tõm
- Cơ cấu tay quay - con trượt chớnh tõm cho khõu 1 làm giỏ (Hỡnh 3.6) - Cơ cấu tay quay - con trượt chớnh tõm cho khõu 2 làm giỏ (Hỡnh 3.7)
* Cơ cấu tang: Từ cơ cấu cu-lớt, cho khớp B lựi ra ∞ theo phương của giỏ 1 ta được cơ cấu tang (Hỡnh 3.8)
Hỡnh 3.7. Cơ cấu tay quay - con trượt chớnh tõm cho khõu 2 làm giỏ
Hỡnh 3.8. Cơ cấu tang
* Cơ cấu sin
Từ cơ cấu cu-lớt, cho khớp A lựi ra ∞ theo phương của giỏ 1 ta được cơ cấu sin (Hỡnh 3.9)
* Cơ cấu ellipse
Từ cơ cấu sin, đổi khõu 4 làm giỏ ta được cơ cấu ellipse (hỡnh 3.10)
* Cơ cấu Oldham
Từ cơ cấu sin, đổi khõu 2 làm giỏ ta được cơ cấu Oldham (Hỡnh 3.11)
3.1.2 Đặc điểm chuyển động 3.1.2.1 Tỷ số truyền
Trong cơ cấu 4 khõu bản lề, khõu dẫn 1 quay đều với vận tốc gúc 1, khõu 2 chuyển động song phẳng với vận tốc gúc 2, khõu bị dẫn 3 quay với vận tốc gúc .
Hỡnh 3.10. Cơ cấu
ellipse
- Tỷ số truyền giữa hai khõu tựy ý của một cơ cấu là tỷ số vận tốc gúc giữa hai khõu đú:
1 12 2 i ,, 2 23 3 i
- Tỷ số truyền của cơ cấu là tỷ số truyền giữa khõu dẫn và khõu bị dẫn của cơ cấu: 1 13 3 i
- Định lý Kennedy: Trong cơ cấu 4 khõu bản lề, tõm quay tức thời trong chuyển động tương đối giữa hai khõu đối diện là giao điểm giữa hai đường tõm của hai khõu cũn lại
13 13 13 13 13 13 1 13 3 / / P AP DP P DP AP V l l i V l l
- Định lý Willi: Trong cơ cấu 4 khõu bản lề, đường tõm thanh truyền chia đường tõm giỏ làm hai đoạn thẳng tỉ lệ nghịch với vận tốc gúc của hai khõu nối giỏ.
3.1.2.2 Đặc điểm động học cơ cấu 4 khõu bản lề
+ Tỷ số truyền là một đại lượng biến thiờn phụ thuộc vị trớ cơ cấu + P13 chia ngoài đoạn AD i13 > 0: 1 cựng chiều 3
+ P13 chia trong đoạn AD i13 < 0: 1 ngược chiều 3
+ Khi tay quay AB và thanh truyền BC duỗi thẳng hay dập nhau, tức P13
A, khõu 3 đang ở vị trị biờn và chuẩn bị đổi chiều quay. (Hỡnh 5.13)
+ Nếu AB = CD, AD = BC: cơ cấu hỡnh bỡnh hành thỡ khõu dẫn và khõu bị dẫn quay cựng chiều và cựng vận tốc (Hỡnh 5.14)
Hỡnh 3.12. Cơ cấu 4 khõu bản lề
3.1.2.3 Điều kiện quay toàn vũng của khõu nối giỏ
Xột cơ cấu 4 khõu bản lề (Hỡnh 3.15)
Tưởng tượng khớp quay B được thỏo dời: mỗi thành phần khớp động (B1, B2) được gọi là khớp chờ, mỗi vị trớ của nú gọi là vết chờ. Tập hợp cỏc vị trớ của nú gọi là tập hợp vết chờ.
Tập hợp vết chờ của khõu (1) kớ hiệu {B1} là vũng trũn tõm A, bỏn kớnh AB trong quỏ trỡnh chuyển động. Tập hợp vết chờ của khõu (2) kớ hiệu {B2} là tập cỏc điểm phủ miền vành khăn tõm D, bỏn kớnh lớn l3l2 và bỏn kớnh nhỏ l3l2.
Muốn cú điều kiện quay toàn vũng của khõu (1) thỡ vết chờ {B1} đi đến đõu vết chờ {B2} cũng phải đến đú, nghĩa là {B1}là tập con của {B2}.
Định lý: Khõu nối giỏ (i) quay được toàn vũng khi và chỉ khi tập hợp vết
Hỡnh 3.13. Cơ cấu 4 khõu bản lề (Khi tay quay AB và thanh truyền BC duỗi thẳng)
Hỡnh 3.14. Cơ cấu 4 khõu bản lề (Khi AB = CD, AD = BC)