Lực HỌC Cơ CẤU PHANG
3.1.6. Phản lực khớp dộng
3.1.6.1. Định nghĩa
“Phản lực khớp động (hay còn gọi là phản lực liên kết) là lực tương tác của các thành phán khớp động thuộc các khâu cùng tham gia vào một khớp động”.
Khi xét toàn bộ cơ cấu hay máy, phản lực khớp động là nội lực, chúng tự triệt tiêu nhau.
Khi tách rời một khâu ra khỏi các khớp động, tại các khớp chờ có lực tác động của các khâu nối với khâu được tách ra ấy. Đối với khâu tách rời ra đó, phản lực khớp động đóng vai trò là ngoại lực.
Có thể phân phản lực khớp động tại chỗ tiếp xúc của hai thành phần khớp động thành hai thành phđn: thành phần pháp tuyến vuông góc với phương chuyển động tương đối của chúng, và thành phần tiếp tuyến song song với phương chuyển động tương đối ấy. v ề nguyên tắc có thể phân phản lực khớp động thành hai thành phần vuông góc với nhau theo phương bất kỳ, hoặc hai thành phần theo phương tùy ý [1],
Thành phần pháp tuyến của phản lực gọi là áp lực khớp động. Tổng các thành phần áp lực (theo cách hợp lực hình bình hành lực) trong cả khớp động gọi là áp lực khớp động.
Thành phần tiếp tuyến của phản lực gọi là thành phần lực ma sát. Tổng các thành phẩn lực
- 121 -
ma sát của cả khớp động được gọi là lực ma sát trong khớp động. Trong khớp quay thường thay lực ma sát bằng một mô men lực ma sát, gọi tắt là mô men ma sát.
3.1.6.2. Khớp thấp loại V - Trường hợp khớp tịnh tiến, Hình 3.la.
a) Khớp tịnh tiến b) Khớp quay
Hình 3.1. Phản lực khớp động trong khớp thấp loại V
Nếu xét khâu 7, sẽ có:
Phân tích phản lực khớp động 7?2i thành hai thành phần:
+ Ap lực khớp động: 7V2|
+ Lực ma sát: F 2Ị
Vậy cú thể v iế t: R 2ị = ẹ 21 + F 2Ỉ (3.3)
Điểm đặt, phương chiều của phản lực R 2l sẽ được chỉ rõ ở phần sau.
- Trường hợp khớp quay, Hình 3.1b.
Nếu xét khâu 7, sẽ có:
Phân tích phản lực khớp động R n thành hai thành phần:
+ Áp lực khớp động : ẹ 2l + Lực ma s á t : F 2ị
Vậy có thể v iế t: 7 ? 2 I = $ 2 1 + $ 2 1 •
- 122 -
Xét sự cân bằng lực của khâu 1. Lấy mômen dối với trục đi qua điểm OI của các lực tác động trên khâu này, có:
ỵ M 0ị F ^ = - R 2ì. h - F2\.x = 0.
Hay: F2I . X = - R2i . h .
Gọi Mm = F21 . X - là mô men lực ma sát trong khớp quay.
X - khoáng cách từ lực ma sát F2[ tới tàm quay ơ ị của khâu 1.
3.1.6.3. Khớp cao loại IV - Trường hợp cặp bánh răng ăn khớp với nhau; Hìnli 3.2:
Như đã chí ra trong Chương 1, nếu gọi n-n và t-t lần lượt là pháp tuyến và tiếp tuyến của các thành phần khớp cao thì ở đây chúng là pháp tuyến và tiếp tuyến cua các biên dạng răng.
a) Cặp bánh răng ăn khớp ngoài b) Cặp bánh răng ăn khớp trong c) Cặp bánh răng-thanh răng
Hình 3.2. Phản lực khớp động (lực ăn khớp) trong cơ cấu bành răng
Nếu xét bánh răng I, sẽ có:
Phản lực khớp động: /? 2 1 tạo với phương n-n một góc (p. Phân tích phản lực khớp động
R-,I thành hai thành phần:
+ Ap lực khớp động : N 2ị ; nằm theo phương n-n, tạo với đường rr(tiếp tuyến chung của
các vòng lăn) một góc a. Góc a gọi là góc áp lực ở tâm ăn khớp, gọi tắt là góc ăn khớp.
+ Lực ma sát: F2], nằm theo phương t-t. Cách xác định chiều của lực ma sát này sẽ được chí dẫn cụ thể trong phần 3.4 dưới đây.
Vậy có thế viết: R->ị = N 2I + F2Ị .
Như sẽ thấy trong tập 2 của giáo trình này, khi tính toán sức bền cúa răng (chương:
Truyền động bánh răng), đế đơn giản người ta giá thiết bỏ qua lực ma sát, mà chỉ lấy lực AT| (ký hiệu là P1{) để tính toán mà thôi.
■ 123 -
- Trường hợp cơ cấu cam, Hình 3.3.
Nếu gọi phương vận tốc của điểm tiếp xúc của cần tại thời điếm khảo sát là phương A thì góc nhọn hợp bởi phương vận tốc của đáy cần ( v2 ) và phản lực /?p là góc áp lực a . Biểu thức (3.3) vẫn đúng cho các cơ cấu cam ở Hình 3.3.
Hình 3.3. Phản lực khớp động trong cơ cấu cam
Phản lực R ị2 có tác dụng làm cho cần chuyển động so với giá. Rõ ràng là công suất lực này tính như sau:
RỊị ~~ R\2 • ^ 2 “ R12 vs c () s ct (3.4)
Nếu góc a càng nhỏ thì hiệu suất của lực đẩy R ị2 càng lớn tức là cần mới có thể chuyển động được. Khi thiết kế cơ cấu cam người ta đặc biệt phải chú ý tới góc áp lực: góc áp lực của cơ cấu cam được thiết k ế ra phái luôn luôn nhỏ hơn góc úp lực cho phép ( a <
[a\ ). Vì góc áp lực a quyết định khả nãng chuyển động của cần, nên nó là thông s ố động lực học. Thiết kế cam đảm bảo điểu kiện a < [a\ gọi là thiết kế động lực học cam. Góc y -
( 90° - a ) gọi là góc truyền động.
3.1.6.4. Các yếu tố của phản lực khớp động
Cũng như các loại lực khác, mỗi phản lực khớp động là một đại lượng có hướng được xem như biết hoàn toàn nếu đã xác định đồng thời ba yếu tố sau: trị số (hay còn gọi là suất); phương chiều và điểm đặt. Đối với mọi loại khớp động trị số cua phán lực khớp động đều chưa biết tức là ẩn số. Tùy theo loại khóp động, hai yếu tố còn lại có thể biết trước hoặc biết một phần của chúng.
* Trường hợp khớp tịnh tiến, Hình 3 .la.
- Điểm đặt: Chưa biết, cần phải xác định tọa độ điểm K2ị.
- Phương: R 2\ tạo với phương phỏp tuyến n-n một gúc tp gọi là gúc ma sỏt ( (p ô a r c tg f
, trong đó/ - hệ số ma sát của vật liệu làm khâu 1 và khâu 2). Chiều của y?2i phụ thuộc vào chiều chuyển động Vị.
- 124 -
Trong khi tính toán gần đúng, nêu bỏ qua thanh phần ma sát F 2\ thì áp lực N 2\ coi như biết củ phương và cả chiều (chiều tự giả thiết trước).
* Trường khớp quay, Hình 3.ỉb.
- Điểm đặt: chưa biết; cần phải xác định vị trí điếm K2, .
- Phương: Nếu coi phương áp lực đã biết thì phán lực R-,I cũng tạo với phương áp lực
N 2\ một góc ma sát (Ọ.
Phương và chiều của phản lực R 2ị đều chưa biết.
* Trường họp khớp cao; Hình 3.2. và Hình 3.3.
- Điểm đặt: đã biết, đặt tại điểm tiếp xúc
- Phương chiều của R 1{ đều chưa biết.
Kết luận: Tính phản lực khớp động (hoặc áp lực khớp động) là đi xác định đầy đủ, đồng
thời ba yếu tố của mọi phản lực trong mọi khớp động ở mọi vị trí của cơ cấu. Sau đó căn cứ vào các yếu tố ấy của phản lực khớp động vẽ hôđôgraph phản lực khớp động cho từng
khớp động riêng biệt.
Hôđôgraph phán lực khớp động là bức tranh sinh động phản ánh quy luật thay đổi của các phản lực khớp động, đồng thời cung cấp dữ liệu cho việc tính toán độ bền, tính toán chọn ổ, tính toán việc bôi trơn ma sát ướt v.v... cho các tiết máy.
Bạn đọc có thể gặp những cách phân loại lực theo nhiều cách khác nhau trong một số tài liệu [6 ]; nhưng tựu trung lại, các lực tác động trong cơ cấu cũng chỉ gồm những loại lực như đã trình bày ở trên. Trước khi tính toán lực trong cơ cấu, hãy nghiên cứu cách đưa cơ cấu từ trạng thái đang chuyển động vé trạng thái cân bằng tĩnh độne tức thời.