Khi nghiên cứu cấu trúc của nhóm Atxua, ta đã giả thiết rằng, chúng chỉ gồm toàn khớp loại 5 (khớp thấp). Song trên thực tế, có những nhóm Atxua (cũng tức là có những cơ cấu) gồm có khớp cao. Vấn đề đặt ra là: nghiên cứu cấu trúc của những cơ cấu có khớp cao đó như thế nào?
Để giải quyết vấn đề này, người ta tìm cách thay thế mỗi khớp cao bằng những chuỗi động gồm toàn khớp thấp, sau đó dùng công thức (1.7) để kiểm tra lại các nhóm Atxua tham gia vào việc tạo thành cơ cấu.
ò) Điều kiện một chuỗi động gồm toàn khớp thấp thay thế cho một khớp cao loại 4.
“Điều kiện đ ể một chuỗi động gồm toàn khớp thấp thay th ế cho một khớp cao loại 4 là chuỗi động ấy phải gây ra một ràng buộc hay là có một bậc tự do âm".
(1.8)
- 3 4 -
Trong chuỗi động dùng để thay thế khớp cao ta gọi // là số khâu động; là số khớp loại 5 trong chuỗi (cụ thể là số khớp tịnh tiến và số khớp quay, Hình ì .10) thì mối quan hệ giữa số khâu n và số khớp p5 là:
3/ỉ - 2p5 = - 1
, 3// + 1
hay P ỉ = 2 ~ '9
Bảng 1.3
Sô thứ tự 1 2 3
Chuỗi động thay thế
Sổ khâu n 1 3 5
Số khớp ps 2 5 8
So sánh Bảng 1.2 với Bảng 1.3 nhận thấy rằng, nếu trong nhóm Atxua, cứ đem bớt đi
một khâu và một khớp loại 5 nối trực tiếp với khâu đó, ta sẽ có chuỗi động d ể thay th ế cho một khớp loại 4.
Trên Hình 1.22 chỉ ra một số chuỗi động có thể thay thế cho một khớp cao loại 4.
Hình 1.22. Những chuỗi động gồm toàn khớp thấp (p5)
có thể thay thế cho một khớp cao loại 4 (p4)
b) Chuỗi động thay thế
■Định nghĩa 10:
“Mộ/ chuỗi dộng gồm toàn khớp thấp có bậc dộng bằng sô ràng buộc của một khớp cao
loại 4 dược gọi là chuỗi động thay thể'.
Chuỗi động đơn giản nhất thường được dùng để thay thế cho một khớp cao loại 4 là chuỗi động “đặc biệt” chỉ gồm có một khâu và hai khớp thấp loại 5.
Khi nghiên cứu về chuỗi động thay thế người ta mới chỉ chú ý tới mặt cấu trúc (số lượng khâu, khớp và dạng khớp thấp) chứ chưa chú ý tới mặt cấu tạo (kích thước động, khối lượng, khối tâm...) của khâu.
c) Co cấu thay thê
-Định nghĩa 11:
“Mộ/ cơ cấu gồm toàn khớp thấp có quy luật chuyển dộng hoàn toàn giống như quy luật
chuyển động của cơ cấu có khớp cao tương ứng dược gọi là cơ cấu thay th ế của cơ cấu có khớp cao ấy".
- 3 5 -
Như vậy, đối với bất kỳ một cơ cấu phẳng có khớp cao nào, sau khi thay thế các khớp cao bằng một chuỗi động gồm toàn khớp thấp, ta sẽ được cơ cấu thay thế.
- Nguyên tắc tìm cơ cấu thay th ế [2, 5]
Nếu khi cơ cấu có khớp cao là cơ cấu nguyên thủy, việc thay cơ cấu này bằng cơ câu gồm toàn khớp thấp phải đảm bảo các nguyên tắc sau đây:
* Nguyên tắc thứ nhất: phải đảm báu quy luật chuyển động của khâu dẩn và khâu bị dần không thay đổi.
Nguyên tắc này giúp ta xác định kích thước động của các khâu trong chuỗi động gồm toàn khớp thấp đem thay thế cho một khớp cao trong cơ cấu nguyên thủy.
* Nguyên tắc thứ hai: phải đảm bảo bậc tự do của cơ cấu không thay đổi.
Nguyên tắc này giúp ta xác định cấu trúc của chuỗi động đem thay thế (tức là có bao nhiêu khâu và bao nhiêu khớp trong chuỗi động đó để có thế thay thế cho một khớp cao).
Phương án đơn giản nhất để tìm cơ cấu thay thế là dùng một khâu và hai khớp thấp (khớp loại 5: khớp quay; khớp tịnh tiến, Hình 1.10) thay cho một khớp cao loại 4. Hai
khớp loại 5 này phải đặt ở hai tâm cong tức thời của hai thành phần khớp cao loại 4 đó
tham gia vào khớp động. Kích thước động của khâu thay thế là khoảng cách giữa hai tám cong thức thời đó.
Sở dĩ phải đặt hai khớp loại 5 ở hai tâm cong tức thời của hai thành phần khớp động loại
4, vì phải đảm bảo nguyên tắc thứ nhất đã nêu ra; còn việc dùng chuỗi động “đặc biệt này”
vì nó có cấu trúc đơn giản nhất mà đã thỏa mãn nguyên tắc thứ hai.
Cơ cấu thay thế bao giờ cũng có lược đồ động khác cơ cấu nguyên thủy. Số khâu động trong cơ cấu thay thế bao giờ cũng lớn hơn số khâu động trong cơ cấu nguyên thủy.
Trên Hình 1.23 và Hình 1.24 chỉ ra một số phương án tìm cơ cấu thay thế.
Để thay thế khớp cao bằng chuỗi động chỉ có một khâu và hai khớp thấp loại 5, nên tiến hành theo trình tự như sau:
- Tìm bán kính cong của các thành phần khớp động (tâm B, bán kính pị)
- 3 ô -
- Nối hai tàm cong cúa hai thành phần khớp động lại, sẽ dược chiều dài khâu thay thê.
Nếu các bán kính cong là hữu han. thi tại hai tám cong dặt hai khớp quay loại 5. Nếu một trong hai tâm cong ở xa vô cùng (bán kính cong lớn vô cùng) thì thay khớp cao loại 4 đó bàng khớp tịnh tiến loại 5, Hình ì .24. Nếu khớp cao có một thành phần khớp động là
một điểm, thì tâm cong của thành phần khớp dộng dó chính là điểm đó, Hình 1.23.
Hình 1.24. Cơ cấu cam đóng mở xupáp trong máy nổ (động cơ nổ 4 kỳ)
Những nhận xét quan trọng:
- Cơ cấu thay th ế chỉ có giá trị tức thời. Trong quá trình chuyển động các bán kính cong của các thành phần khớp động của khớp cao loại 4 luôn thay đổi, do đó cơ cấu thay thế cũng phải thay đổi theo. Nói cách khác, ứng với từng thời điểm và từng vị trí khảo sát của cơ cấu nguyên thủy, có một cơ cấu thay thế tức thời tương ứng, Hình 1.25.
- Một cơ cấu có khớp cao có thể có hai cơ cấu thay thê' tức thời cho nó tại một thời điếm
khao sát. Trên Hình 1.26 chỉ ra cơ cấu thay thế cho cơ cấu nuuyên thủy cam cần đẩy nhọn mà
biên dạng cam là hai dường cong với các nùi tiếp với các bán kính cong ở diêm chuyển tiếp lần lượt là p, và p3 . Tùy theo vận tốc của cam mà chọn cơ cấu thay thế cho thích hợp.
I
Hình 1.25. Cơ cấu cam cần lắc con lăn và các cơ cấu thay thế của nó
ở 2 thời điểm (vị trí 1, vị trí 2) khác nhau
■ ÍỈ7 “
cồn đẩy
a) Cơ cấu nguyên thủy b) Cơ cấu thay thế khi cam c) Cơ cấu thay thế khi cam
chuyển động sang trái chuyển động sang phải
Hình 1.26. Hai cơ cấu thay thế ứng với một vị trí của cơ cấu nguyên thủy
tùy theo quy luật chuyển động của cam
- Khudùng một chuỗi động gồm toàn khớp thấp có số khâu động n = 2 để thay thế cho một khớp cao loại 4 trong việc tìm cơ cấu thay thế, việc đảm bảo đầy đú hai nguyên tắc
nêu trên rất khó thực hiện được đồng thời, vì nguyên lý thiết kế cơ cấu có khớp cao khác hẳn những nguyên lý thay thế chỉ có nghĩa thuần túy về mặt lý thuyết để giúp ta dễ dàng phân giải cấu trúc của các loại cơ cấu mà thôi.
- Nhờ việc thay th ế khớp cao loại 4 bằng một khâu và hai khớp loại 5 đặt ở hai tâm
cong của hai thành phần khớp động; việc chứng minh định lý cơ bản của sự ăn khớp của
một cặp bánh răng; việc thiếp lập mối quan hệ vận tốc giữa các khâu trong cơ cấu cam v.v... trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn so với cách chứng minh quen thuộc trình bày trong nhiều tài liệu, ví dụ [2, 6, 7].
Hình 1.27. Cơ cấu thay thế của cặp bánh răng (a) và của cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng (b)
- 3ỈỈ -