Phần 1 : CƠ HỌC VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI
1.4. ĐỘNG HỌC CƠ CẤU
1.4.1. Một số khỏi niệm
Cơ cấu là tập hợp cỏc vật cú chuyển động xỏc định, dựng để truyền động hoặc biến đổi chuyển động. Mỗi vật trong cơ cấu được gọi là khõụ Cỏc khõu được nối với nhau bằng cỏc khớp. Khi miền tiếp xỳc giữa cỏc khõu là một mặt thỡ khớp được gọi là khớp sở cấp, cũn khi miền tiếp xỳc là một
đường hay một điểm thỡ khớp gọi là khớp cao cấp. Khõu cố định được gọi là giỏ. Khõu nối giỏ cú chuyển động cho trước được gọi là khõu dẫn, cũn cỏc khõu nối giỏ khỏc được gọi là khõu bị dẫn. 1.4.2. Cơ cấu bốn khõu bản lề phẳng A B C D P13 1 4 2 3 Hỡnh 1.54
43
1.4.2.1. Định nghĩa
Cơ cấu bốn khõu bản lề phẳng là một cơ cấu phẳng gồm bốn khõu nối với nhau bằng cỏc khớp quaỵ Khõu 4 gọi là giỏ, cỏc khõu 1 và 3 nối giỏ được gọi là tay quay (nếu nú quay được tồn vịng) hay cần lắc (nếu nú khơng quay được tồn vịng). (Hỡnh 1.54 ).
Để xỏc định vị trớ của cơ cấu bốn khõu chỉ cần một thụng số định vị (gúc định vị của khõu 1 hoặc khõu 3). Cơ cấu bốn khõu bản lề phẳng cú một bậc tự dọ
1.4.2.2. Tỉ số truyền
Tỉ số truyền của cơ cấu bốn khõu bản lề phẳng ký hiệu là i13
A P D P i 13 13 3 1 13 Nhận xột:
- Tỉ số truyền i13 là một đại lượng biến thiờn, nú phụ thuộc vào gúc định vị khõu dẫn: i13 = i13(1). Núi khỏc đi nếu khõu dẫn quay đều thỡ khõu bị dẫn quay khụng đềụ
- Khi P13 là điểm chia ngoài
của đoạn AD thỡ i13 > 0, hai khõu dẫn và bị dẫn quay cựng chiềụ Khi P13 là điểm chia trong của đoạn AD thỡ i13 < 0, hai khõu dẫn và bị dẫn quay ngược chiềụ
- Tại thời điểm khi tay quay và thanh truyền duỗi thẳng hoặc gập vào nhau (P13 A) thỡ i13 = nờn 3 = 0, tức là tại thời điểm này thanh lắc đổi chiều quaỵ Lỳc đo vị trớ DC’ và DC” được gọi là vị trớ biờn của cần lắc (Hỡnh 1.55).
1.4.3. Cỏc biến thể của cơ cấu bốn khõu
1.4.3.1. Cơ cấu tay quay- con trượt
Hỡnh 1.56 A C" D B" B' C' Hỡnh 1.55
44
Cho cơ cấu 4 khõu bản lề ABCD với tay quay 1 và thanh lắc 3. Nếu khớp D dần ra vụ tận, khi đú quỹđạo trũn của điểm C biến thành thẳng và chuyển động của 3 biến thành chuyển động tịnh tiến ⇒ gọi là cơ cấu tay quay con trượt (hỡnh 1.56 b).
Tỷ số truyền: PA PD i 3 1 13 ⇒ PA v PA PD 3 P3 1 3 P
v : là vận tốc điểm P3 thuộc khõu 3 Vỡ khõu 3 chuyển động tịnh tiến nờn vP3 vC (vC là vận tốc của con trượt C).
Chỳ ý rằng: khi cơ cấu bốn khõu bản lề suy biến thành cơ cấu tay quay- con trượt thỡ đường thẳng AD suy biến thành đường thẳng vng gúc với trục Ax nằm ngang và do đú đường thẳng AP cũng vuụng gúc với trục Ax (Hỡnh 1.58). Vậy tỉ số truyền sẽ bằng: i vC PA 1 13
Tỉ số truyền phụ thuộc vào vị trớ của điểm P trờn đường thẳng đứng qua A, nờn dự tay quay quay đều thỡ con trượt C chuyển động tịnh tiến qua lại theo phương ngang khụng đều hoặc ngược lại, khi con trượt chuyển động đều thỡ tay quay quay khơng đềụ
Khi tay quay và thanh truyền duỗi thẳng hoặc chập nhau thỡ P B nờn PB = 0. Từ đú suy ra vC = 0. Ứng với cỏc vị trớ này con trượt
C dừng lại và đổi chiều chuyển động. Cỏc vị trớ C’ và C” là hai vị trớ biờn của con trượt C, cũn đoạn C’C” gọi là hành trỡnh của con trượt (Hỡnh 1.59)
1.4.3.2. Cơ cấu culit
Từcơ cấu tay quay con trượt, nếu lấy khõu 1 hoặc khõu 2 làm giỏ sẽ được cơ cấu culit biến A B 1 4 4 3 P C Hỡnh 1.57 2r B" B' C" C' Hỡnh 1.59 Hỡnh 1.60
45
Hỡnh 1.61
chuyển động quay của
A P D P i 31 31 3 1 13
khõu dẫn thành chuyển động quay hoặc lắc của khõu bị dẫn (culit) (hỡnh 1.60).
Tỉ số truyền: Để tỡm tỉ số truyền ta xem cơ cấu culit như biến thể của cơ cấu bốn khõu bản lề phẳng trong đú khõu 2 biến thành con trượt. Tõm vận tốc tức thời của khõu 3 là giao điểm của đường AD và đường thẳng vng gúc với DB vẽ qua B.
Do đú: A P D P i 31 31 3 1 13
Tỉ số truyền i13 biến thiờn theo vị trớ của P31 trờn đường thẳng AD. Khõu 1 dự quay đều thỡ khõu 3 vẫn quay khụng đều và ngược lạị
Khi l1 = l4 thỡ AD = AP31 nờn P31 là điểm duy nhất trờn đường trũn tõm A bỏn kớnh l1. Trong trường hợp này ta cú: 2
3 1 13 i 1.4.4. Cơ cấu cam 1.4.4.1. Định nghĩa
Cơ cấu cam là cơ cấu cú khõu bị dẫn nối với khõu dẫn bằng khớp cấp cao và chuyển động với quy luật theo hỡnh dạng của mặt tiếp xỳc (biờn dạng cam) của khõu dẫn. Trong cơ cấu cam khõu bị dẫn gọi là cần cũn khõu dẫn gọi là cam.
Trờn hỡnh 1.61 giới thiệu lược đồ của một cơ cấu cam đơn giản.
Cho cam quay liờn tục một chiều, cần 2 sẽ tịnh tiến qua lại trong rónh trượt của giỏ khi tiếp xỳc với phần biờn dạng abc của cam và
đứng yờn khi tiếp xỳc với phần biờn dạng cam cda của cam (là cung trịn cú tõm A).
1.4.4.2. Phõn loại cơ cấu cam
Cơ cấu cam thường được phõn loại như sau:
1. Cam quay hay cam đĩa (Hỡnh 1.62 a, b, c, d, e, f): Cam cú hỡnh dạng một hỡnh phẳng quay quanh trục cố đinh, cũn cần thỡ hoặc chuyển động tịnh tiến qua lại trong rónh của giỏ (gọi là cần đẩy) hoặc một thanh lắc.
2. Cam tịnh tiến: Cam cú chuyển động qua lại, cũn cần cú chuyển động tịnh tiến qua lại (gọi là cần đẩy) hoặc lắc qua lắc lại (gọi là cần lắc) (Hỡnh 1.62 g, e). Cũng cú trường hợp chuyển động của cần là chuyển động song phẳng.
1.4.4.3. Ưu nhược điểm của cơ cấu cam
46
- Cú thể thực hiện được hầu như bất kỳ quy luật nào của chuyển động bị dẫn nhờ chọn biờn dạng cam thớch hợp.
- Cú năng suất cao nếu chọn một cỏch thớch hợp quy luật chuyển động của khõu bị dẫn. - Rất đắc dụng cho việc phối hợp nhiều động tỏc trong mỏy tự động.
Nhược điểm:
- Áp lực trờn mặt tiếp xỳc thường lớn, mỏy chúng bị bào mũn, xảy ra hiện tượng va đập. - Khú chế tạo chớnh xỏc, khú đảm bảo để tiếp xỳc được liờn tục giữa cam và cần.
Hỡnh 1.62
1.4.5. Cơ cấu bỏnh răng
1.4.5.1. Giới thiệu cơ cấu bỏnh răng
Cơ cấu bỏnh răng thường dựng truyền chuyển động giữa hai trục song song nhau hoặc chộo nhau - bộ truyền bỏnh răng trụ (Hỡnh 1.63, 1.64). Cũng cú thể truyền chuyển động giữa hai trục cắt nhau - bộ truyền bỏnh răng nún (Hỡnh 1.65).
Bộ truyền bỏnh răng thường cú 2 bộ phận chớnh:
+ Bỏnh răng dẫn 1, cú đường kớnh d1, được lắp trờn trục dẫn I, quay với số vũng quay n1, cụng suất truyền động P1, mụ men xoắn trờn trục T1
47
số vũng quay n2, cụng suất truyền động P2, mụ men xoắn trờn trục T2.
+ Trờn bỏnh răng cú cỏc răng, khi truyền động cỏc răng ăn khớp với nhau, tiếp xỳc và đẩy nhau trờn đường ăn khớp (Hỡnh 1.66).
Hỡnh 1.63: Bộ truyền bỏnh răng
trụrăng thẳng
Hỡnh 1.64: Bộ truyền bỏnh răng
trụrăng nghiờng
Hỡnh 1.65: Bộ truyền bỏnh răng nún (cơn)
Nguyờn lý làm việc của bộ truyền bỏnh răng cú thể túm tắt như sau: trục I quay với số vũng quay n1, thụng qua mối ghộp then làm cho bỏnh răng 1 quaỵ Răng của bỏnh 1 ăn khớp với răng của bỏnh 2, đẩy răng bỏnh 2 chuyển động, làm bỏnh 2 quay, nhờ mối ghộp then trục II quay với số vũng quay n2.
Truyền chuyển động bằng ăn khớp, nờn trong bộ truyền bỏnh răng hầu như khơng cú trượt (chỉ cú hiện tượng trượt biờn dạng ở phần đỉnh và chõn răng), hiệu suất truyền động của bộ truyền rất caọ
Răng của bỏnh răng cú phần đỉnh răng, phần chõn răng, phần biờn dạng răng và đoạn cong chuyển tiếp giữa biờn dạng răng và chõn răng (Hỡnh 1.67). Trong quỏ trỡnh truyền động, cỏc cặp biờn dạng đối tiếp tiếp xỳc với nhau trờn đường ăn khớp.
1.4.5.2. Phõn loại bộ truyền bỏnh răng
Tựy theo hỡnh dạng bỏnh răng, phương răng và đoạn biờn dạng răng, người ta chia bộ truyền bỏnh răng thành cỏc loại sau:
- Bộ truyền bỏnh răng trụ: bỏnh răng là hỡnh trụ trũn xoay, đường sinh thẳng, thường dựng để truyền chuyển động giữa hai trục song song với nhau, quay ngược chiều nhaụ Bộ truyền bỏnh răng trụ cú cỏc loại:
48
+ Bộ truyền bỏnh răng trụ răng thẳng, phương của răng trựng với đường sinh của mặt trụ, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bỏnh răng trụrăng thẳng (Hỡnh 1.63).
+ Bộ truyền bỏnh răng trụ răng nghiờng, phương của răng nghiờng so với đường sinh của mặt trụ một gúc đ, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bỏnh răng trụ răng nghiờng (Hỡnh 1.64).
+ Bộ truyền bỏnh răng răng chữ V, bỏnh răng được tạo thành từ hai bỏnh răng nghiờng cú gúc nghiờng như nhau, chiều nghiờng ngược nhau, sơ đồ biểu diễn bộ truyền bỏnh răng trụrăng chữ V (Hỡnh 1.68).
- Bộ truyền bỏnh răng nún, cũn được gọi là bộ truyền bỏnh răng cụn: bỏnh răng cú dạng hỡnh nún cụt, thường dựng truyền chuyển động giữa hai trục vuụng gúc với nhaụ Bộ truyền bỏnh răng nún cú cỏc loại:
+ Bộ truyền bỏnh răng nún răng thẳng: đường răng thẳng, trựng với đường sinh của mặt nún chiạ
+ Bộ truyền bỏnh răng nún răng nghiờng: đường răng thẳng, nằm nghiờng so với đường sinh của mặt nún.
+ Bộ truyền bỏnh răng nún răng cung trịn: đường răng là một cung trũn.
Hỡnh 1.66: Bộ truyền bỏnh răng ăn
khớp ngoài
Hỡnh 1.67: Thụng số hỡnh học của răng bỏnh răng
49
Hỡnh 1.68: Bộ truyền bỏnh răng chữ V
- Bộ truyền bỏnh răng thõn khai: biờn dạng răng là một đoạn của đường thõn khai của vũng trũn. Đõy là bộ truyền được dựng phổ biến, đa số cỏc cặp bỏnh răng gặp trong thực tế thuộc loại nàỵ
- Bộ truyền bỏnh răng Novikov: biờn dạng răng là một phần của đường trũn. - Bộ truyền bỏnh răng xiclụit: biờn dạng răng là một đọan của đường xiclụit. - Bộ truyền bỏnh răng - thanh răng: thanh răng là bỏnh răng đặc biệt, cú đường kớnh bằng vụ cựng, dựng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lạị
- Bộ truyền bỏnh răng hành tinh: ớt nhất một bỏnh răng trong bộ truyền cú trục quay quanh tõm của bỏnh răng khỏc.
- Bộ truyền bỏnh răng ăn khớp trong: tõm của hai bỏnh răng nằm về cựng một phớa so với tõm ăn khớp, hai vũng trũn lăn tiếp xỳc trong với nhaụ
- Bộ truyền bỏnh răng súng: răng của bỏnh răng cú dạng súng liờn tục, thường dựng ăn khớp trong để thực hiện một tỷ số truyền rất lớn.
1.4.5.3. Thụng số làm việc chủ yếu của bộ truyền bỏnh răng
- Số vũng quay trờn trục dẫn, ký hiệu là n1, trờn trục bị dẫn n2; v/ph. - Tỷ số truyền, ký hiệu là u, u = n1/n2 = d2/d1 =z2/z1.
- Cụng suất trờn trục dẫn, ký hiệu là P1, cụng suất trờn trục bị dẫn P2; kW. - Hiệu suất truyền động η; η = P2 / P1.
- Mụ men xoắn trờn trục dẫn T1, trờn trục bị dẫn T2; Nmm. - Vận tốc vũng của bỏnh dẫn v1, bỏnh bị dẫn v2; m/s.
- Thời gian phục vụ của bộ truyền, cũn gọi là tuổi bền của bộ truyền tb; h. - Chế độ làm việc,
- Cỏc yờu cầu vềmụi trường làm việc của bộ truyền.
1.4.5.4. Độ chớnh xỏc của bộ truyền bỏnh răng
Độ chớnh xỏc của bộ truyền bỏnh răng được đỏnh giỏ qua 3 độ chớnh xỏc thành phần, đú là:
- Độ chớnh xỏc động học, được đỏnh giỏ bởi sai số giữa gúc quay thực và gúc quay danh nghĩa của bỏnh răng bị dẫn. Độ chớnh xỏc này cần cho cỏc cơ cấu phõn độ.
- Độ chớnh xỏc ăn khớp ờm, được đỏnh giỏ qua tiếng ồn và sự va đập. Khi sai số bước răng, sai số prơfil lớn, thỡ độ chớnh xỏc ăn khớp ờm thấp. Độ chớnh xỏc này quan trọng đối với những bộ truyền làm việc với số vũng quay lớn.
- Độ chớnh xỏc tiếp xỳc, được xỏc định qua diện tớch vết tiếp xỳc trờn mặt răng. Người ta bụi sơn lờn mặt một bỏnh răng, cho bộ truyền làm việc, sau đú đo vết sơn trờn mặt răng của bỏnh thứ haị Độ chớnh xỏc này quan trọng đối với cỏc bộ truyền làm việc với chế độ tải trọng nặng.
50
Tiờu chuẩn quy định 12 cấp chớnh xỏc cho mỗi độ chớnh xỏc núi trờn. Cấp 1 là chớnh xỏc cao nhất, cấp 12 là thấp nhất. Tựy theo đặc tớnh làm việc của mỗi bộ truyền, mà chọn cấp chớnh xỏc thớch hợp cho từng độ chớnh xỏc. Trong một bỏnh răng cấp chớnh xỏc của cỏc độ chớnh xỏc khụng chờnh nhau quỏ 2 cấp. Vỡ mỗi độ chớnh xỏc được quyết định bởi sai lệch của một số kớch thước của bỏnh răng. Trong một bỏnh răng, độ chớnh xỏc của cỏc kớch thước khụng thể sai lệch nhau nhiềụ
Bộ truyền bỏnh răng thường dựng trong cỏc mỏy thụng dụng cú cấp chớnh xỏc từ cấp 6 đến cấp 9. Đối với cỏc bộ truyền đặc biệt quan trọng, chịu tải nặng và làm việc với tốc độ cao cú thể chọn cấp chớnh xỏc cao hơn (cấp 4, 5).
Ngoài ra, để trỏnh hiện tượng kẹt răng theo cạnh bờn, tiờu chuẩn cú quy định 6 kiểu khe hở cạnh bờn. Đú là: A, B, C, D, E, H. Trong đú kiểu A cú khe hở lớn nhất, kiểu H cú khe hở cạnh bờn bằng 0. Mỗi kiểu khe hở cịn cú dung sai, quy định mức độ chớnh xỏc của khe hở. Cỏc bỏnh răng cú độ chớnh xỏc thấp, khụng được chọn kiểu khe hở nhỏ. Cỏc bỏnh răng cú độ chớnh xỏc cao cú thể chọn kiểu khe hở E và H. Cỏc bộ truyền bỏnh răng thụng dụng thường chọn kiểu khe hở A, B, C.
- Cỏch ghi ký hiệu độ chớnh xỏc của bộ truyền bỏnh răng, Vớ dụ: Ghi ký hiệu: 8 - 7 - 7 - Ba TCVN 1067-84
+ Bộ truyền bỏnh răng cú độ chớnh xỏc động học cấp 8, + Độ chớnh xỏc ăn khớp ờm cấp 7,
+ Độ chớnh xỏc tiếp xỳc mặt răng cấp 7,
+ Dạng khe hở cạnh răng B và dạng dung sai của khe hở là ạ
Nếu độ chớnh xỏc động học, độ chớnh xỏc ăn khớp ờm và độ chớnh xỏc tiếp xỳc cựng cấp thỡ chỉ cần ghi một số, nếu dạng dung sai trựng với dạng khe hở thỡ khơng cần ghi dạng dung sai, vớ dụ: 7 - B TCVN 1067-84.
51
CÂU HỎI ễN TẬP
1. Viết và giải thớch phương trỡnh chuyển động, vận tốc, gia tốc chuyển động của điểm bằng phương phỏp vộc tơ.
2. Viết và giải thớch phương trỡnh chuyển động, vận tốc, gia tốc chuyển động của điểm trong hệ tọa độ Đềcỏc.
3. Trỡnh bày cỏch xõy dựng hệ toạ độ tự nhiờn. Viết và giải thớch phương trỡnh chuyển động, vận tốc, gia tốc của điểm trong hệ trong hệ toạđộ tự nhiờn.
4. Nờu cỏc tiờu chuẩn xỏc định chuyển động là chuyển động thẳng, chuyển động cong, chuyển động đều, chuyển động nhanh dần, chuyển động chậm dần.
5. Nờu khỏi niệm về vật rắn chuyển động song phẳng và xõy dựng phương trỡnh chuyển động song phẳng của vật rắn.
6. Nờu khỏi niệm và quy tắc xỏc định tõm vận tốc tức thời của vật chuyển động song phẳng. 7. Nờu khỏi niệm và cỏch xỏc định tõm gia tốc tức thời của vật chuyển động song phẳng. 8. Nờu định lý về quan hệ vận tốc giữa hai điểm bất kỳ thuộc vật rắn chuyển động song phẳng. 9. Trỡnh bày định lý phõn bố vận tốc của điểm thuộc vật chuyển động song phẳng.