+ Trình bày được được tính chất, công dụng một số cơ cấu và bộ truyền cơ bản trong các bộ phận máy thường gặp; + Phân biệt được cấu tạo, phạm vi sử dụng, ưu khuyết điểm của các chi tiết
Nguyên lý máy
Cấu tạo cơ cấu
1 Những khái niệm cơ bản.
2 Bậc tự do của cơ cấu.
Động học cơ cấu
1 Mục đích, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu
2 Phân tích động học cơ cấu.
Một số cơ cấu thường gặp
1 Cơ cấu khớp loại thấp
2 Cơ cấu khớp loại cao
Chi tiết máy
Các mối ghép cơ khí thường gặp
1.2 Vật liệu làm đinh tán.
1.3 Tính toán mối ghép đinh tán
2.2 Vật liệu và ứng suất cho phép
2.3 Tính toán mối ghép hàn.
3.3 Các chi tiết thường dùng trong mối ghép ren.
3.4 Tính toán mối ghép ren.
Các bộ truyền cơ khí thường gặp
1.2 Kết cấu các loại đai.
1.3 Tính toán bộ truyền động đai.
2.2 Vật liệu và ứng suất cho phép
2.3 Trình tự thiết kế bộ truyền
Trục và ổ trục
1.2 Các dạng hỏng trục – Vật liệu chế tạo trục.
Bài 1: Bài mở đầu Mục tiêu:
- Xác định được đối tượng nghiên cứu của môn học;
- Nắm được phương pháp nghiên cứu;
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
1.1 Vị trí của môn học
- Trình bày được vị trí của môn học;
- Tuân thủ các điều kiện học tập khi thực hiện môn học.
Nguyên Lý-Chi Tiết Máy được bố trí sau khi sinh viên hoàn thành xong tất cả các môn học và mô-đun nền tảng như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ học lý thuyết, sức bền vật liệu, AutoCAD và dung sai – đo lường kỹ thuật Việc sắp xếp chương trình như vậy giúp sinh viên vận dụng tổng hợp kiến thức đã học để phân tích, thiết kế và kiểm tra các chi tiết máy Chương trình tập trung vào nguyên lý hoạt động của chi tiết máy, mối liên hệ giữa dung sai, đo lường kỹ thuật và chất lượng sản phẩm, đồng thời ứng dụng AutoCAD để dựng và kiểm tra bản vẽ chi tiết Sau khi hoàn thành, sinh viên có nền tảng vững chắc để thiết kế và đánh giá tính khả thi của các giải pháp chi tiết máy trong thực tế công nghiệp.
+ Môn học bắt buộc trước khi sinh viên học các môn học chuyên môn
- Trình bày được đối tượng nghiên cứu của môn học;
Thích thú với đối tượng nghiên cứu của môn học là máy và cơ cấu Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu: cơ cấu là tập hợp những vật thể chuyển động theo quy luật xác định có nhiệm vụ biến đổi hay truyền chuyển động; máy là tập hợp một số cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi hoặc sử dụng cơ năng để làm ra công có ích Việc nắm vững khái niệm cơ cấu và máy giúp phân tích, thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống kỹ thuật, từ cơ cấu truyền động đến máy dùng để biến đổi năng lượng thành công suất hữu ích, áp dụng rộng rãi trong sản xuất và công nghệ hiện đại.
- Điểm giống nhau căn bản giữa máy và cơ cấu là chuyển động của cơ cấu và máy đều có quy luật xác định
- Điểm khác nhau căn bản là cơ cấu chỉ biến đổi hoặc truyền chuyển động, còn máy biến đổi hoặc sử dụng năng lượng
Trong kỹ thuật cơ cấu ngày nay, số lượng cơ cấu được áp dụng rất lớn Việc xếp loại cơ cấu một cách khoa học làm nổi bật tính hệ thống và mối liên kết giữa các loại cơ cấu, từ đó nâng cao hiệu quả nghiên cứu và thiết kế Dựa trên phân loại này, người làm kỹ thuật chỉ cần nghiên cứu những cơ cấu điển hình cho mỗi loại, coi đó như đại diện cho toàn bộ nhóm, giúp mở rộng hiểu biết và áp dụng cho các cơ cấu khác.
Trong lĩnh vực cơ cấu, việc phân loại dựa trên chức năng làm việc, cấu trúc hình học và chuyển động của các khâu là những yếu tố cốt lõi định hình nhận thức và thiết kế Chương 1 giới thiệu phương pháp phân loại theo cấu trúc hình học, được xem là cách tiếp cận có tính hệ thống cao nhất để nhận diện và so sánh các loại cơ cấu Bên cạnh đó, các tiêu chí phân loại khác như chức năng làm việc và đặc điểm chuyển động của các khâu cũng được đề cập nhằm cung cấp một khung nhìn tổng quát và dễ áp dụng cho người học và nhà thiết kế Việc nắm bắt các yếu tố này giúp làm rõ nguyên lý vận hành và phạm vi ứng dụng của từng loại cơ cấu.
1.3 Nội dung nghiên cứu của môn học
Mục tiêu: - Trình bày được nội dung nghiên cứu của môn học;
- Tuân thủ đúng nội dung nghiên cứu của môn học
Nguyên lý máy là môn học nghiên cứu vấn đề chuyển động và điều khiển chuyển động của cơ cấu và máy, nhằm hiểu cách các hệ cơ cấu hoạt động và tối ưu hóa hiệu suất vận hành Môn học tập trung vào ba vấn đề cốt lõi: cấu trúc của cơ cấu và máy, động học để phân tích chuyển động và biến dạng của các bộ phận, và động lực học để nghiên cứu lực, mô-men và sự tác động giữa các thành phần Thông qua phân tích cấu trúc, động học và động lực học, Nguyên lý máy cung cấp nền tảng cho thiết kế, lắp ráp và cải tiến các cơ cấu máy, tăng tính tin cậy và hiệu quả vận hành trong kỹ thuật cơ khí và hệ thống chuyển động.
Ba vấn đề nêu trên được nghiên cứu dưới dạng hai bài toán: bài toán phân tích và bài toán tổng hợp
Bài toán phân tích cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của cơ cấu và xác định khả năng chuyển động của nó phụ thuộc vào chính cấu trúc Quá trình này làm rõ mối quan hệ giữa hình học, vật liệu và động lực học để đánh giá độ bền, tính linh hoạt và hiệu suất chuyển động của cơ cấu Từ đó, các nguyên tắc cấu trúc được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế, cải thiện khả năng làm việc của cơ cấu và đảm bảo vận hành ổn định trong các điều kiện làm việc khác nhau.
Trong lĩnh vực phân tích động học cơ cấu máy, bài toán phân tích động học nhằm xác định chuyển động của các khâu và liên kết, dựa hoàn toàn vào quan hệ hình học giữa các thành phần và không xét đến ảnh hưởng của lực tác động Bằng cách giải các ràng buộc hình học, ta xác định được vị trí, vận tốc và gia tốc của từng khâu, cũng như chu trình chuyển động của cả cơ cấu Phân tích động học cung cấp cơ sở để mô phỏng động cơ, kiểm tra giới hạn chuyển động và phục vụ thiết kế cơ cấu tối ưu cho hiệu suất và độ tin cậy cao Ứng dụng của phương pháp này rộng trong các hệ thống truyền động, khớp nối, bản lề và tay quay, nơi nó là bước khởi đầu cho các phân tích động lực học sau này.
- Bài toán phân tích động lực học nhằm xác định lực tác động lên cơ cấu và quan hệ giữa các lực này với chuyển động của cơ cấu
1.4 Phương pháp nghiên cứu môn học
Mục tiêu: - Trình bày được phương pháp nghiên cứu môn học;
- Tuân thủ các phương pháp nghiên cứu khi thực hiện môn học
Ngoài các phương pháp của môn Cơ học lý thuyết, để nghiên cứu các vấn đề động học và động lực học của cơ cấu, người ta áp dụng các phương pháp sau đây nhằm tăng độ chính xác và khả năng dự báo của mô hình, đồng thời tối ưu hóa thiết kế và kiểm nghiệm Những phương pháp này giúp hệ thống hóa quá trình phân tích và mô phỏng, đánh giá đáp ứng của cơ cấu dưới tác động của lực và động lực học, từ đó cung cấp cơ sở thực nghiệm và lý thuyết cho việc hiểu rõ chuyển động và cân bằng của hệ thống.
+ Phương pháp đồ thị (phương pháp vẽ - dựng hình)
Ngoài ra, các phương pháp thực nghiệm cũng có một ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu các bài toán về Nguyên lý máy
1 Trình bày được vị trí và đối tượng nghiên cứu của môn học Nguyên lí máy?
2 Trình bày được nội dung nghiêng cứu và phương pháp nghiên cứu của môn học Nguyên lí máy?
Chương 1 Cấu tạo cơ cấu Giới thiệu
Mỗi loại máy và cơ cấu có cấu tạo, hình dạng và nguyên lý hoạt động riêng biệt Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy hoặc cơ cấu, hãy nghiên cứu dưới dạng các lược đồ cơ cấu đơn giản Chương 1 giới thiệu các khái niệm cơ bản, hướng dẫn cách xây dựng lược đồ cơ cấu và phân tích khả năng chuyển động của cơ cấu trong không gian.
1.1 Những khái niệm cơ bản
- Trình bày được định nghĩa khâu, bậc tự do của khâu, nối động, khớp động, thành phần khớpđộng, chuỗiđộng và cơ cấu;
- Tính được số bậc tự do của khâu trong không gian và khâu phẳng;
- Vẽ được lược đồ khớp động của các khớp thông dụng;
- Chủđộng tích cực trong học tập
Khâu trong cơ cấu máy là các bộ phận có chuyển động tương đối với nhau, mỗi khâu đảm nhận một chức năng riêng và có thể là một tiết máy độc lập hoặc một tổ hợp nhiều tiết máy ghép lại với nhau Khâu có thể ở dạng vật rắn biến dạng (lò xo), vật rắn không biến dạng (pít-tông), vật rắn dạng dây đai, hoặc ở trạng thái chất lỏng và khí, đóng vai trò chủ chốt trong truyền động và biến đổi chuyển động giữa các thành phần của máy.
Trong chương trình này, cơ cấu/ máy được nghiên cứu với giả thiết các khâu của chúng là vật rắn không biến dạng.
Hình 1.1 Bậc tự do của khâu trong không gian
1.1.2 Bậc tự do của khâu
- Bậc tự do giữa hai khâu là khả năng chuyển động độc lập giữa hai khâu đó khâu đó.
- Số bậc tự do giữa hai khâu là số khả năng chuyển động độc lập giữa hai khâu đó khâu đó.
1.1.2.2 Bậc tự do của khâu trong không gian
Xét hai khâu A và B để rời nhau trong không gian, hình 1.1.
Gắn khâu A với một hệ quy chiếu OXYZ, khâu A được coi là đứng yên (còn được gọi là giá) Trong hệ quy chiếu này, khâu B chuyển động tương đối so với khâu A nên được gọi là khâu động.
Xét theo các trục OX, OY, OZ, khâu B có những chuyển động tương đối đối với khâu A như sau:
- Ba chuyển động tịnh tiếntheo các trục tương ứng: Tx, Ty, Tz
- Ba chuyển động quay quanh các trục tương ứng: Qx, Qy, Qz.
Các chuyển động trên hoàn toàn độc lập với nhau và mỗi khả năng chuyển động độc lập này được gọi là một bậc tự do
Trong không gian, giữa hai khâu khi rời nhau có 6 bậc tự do, gồm ba chuyển động và ba quay Nếu có n1 khâu động tham gia liên kết trong không gian thì tổng số bậc tự do so với một khâu giá (khâu cố định) sẽ là 6(n1−1) Công thức này giúp đánh giá khả năng chuyển động của một hệ cơ cấu liên kết theo chuỗi và là cơ sở cho thiết kế, mô phỏng và tối ưu các hệ robotic, khớp nối và cơ cấu máy.
Hình 1.2 Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng
1.1.2.3 Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng
Nếu khâu A và B để rời nhau trên cùng một mặt phẳng; Ví dụ: Mặt phẳng
Oxz, (hình 1.2) khâu B chỉ còn lại ba khả năng chuyển động tương đối với khâu
A: Qy, Tx, Tz Như vậy giữa hai khâu để rời trên cùng một mặt phẳng có 3 bậc tự do Nếu có n1 khâu động để rời nhau trên cùng một mặt phẳng, thì so với khâu giá sẽ có 3(n1-1) bậc tự do
1.1.3 Nối động và khớp động
Để từ các khâu rời nhau có chuyển động xác định khi ghép thành một cơ cấu, các khâu phải được liên kết chặt chẽ và hạn chế bớt các bậc tự do tương đối giữa chúng Muốn vậy, ta phải nối các khâu lại với nhau bằng các khớp nối, bản lề và các cơ cấu liên kết khác nhằm kiểm soát động học của hệ và đảm bảo các chuyển động tương đối được xác định, từ đó hình thành một cơ cấu có hoạt động ổn định và đồng bộ.
Nối động các khâu là hình thức bắt các khâu luôn tiếp xúc với nhau theo một quy cách nhất định trong quá trình chuyển động, nhằm giảm bớt số bậc tự do giữa chúng Việc liên kết này giúp các khâu hoạt động ăn khớp nhịp nhàng, kiểm soát dao động và cải thiện độ chính xác cũng như hiệu suất của hệ truyền động.
1.1.3.2 Thành phần khớp động v à khớp động
- Thành phần khớp động là chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu khi nối động
- Khớp động: hai thành phần khớp động trong một mối ghép động tạo thành một khớp động.
Ví dụ 1: Cho một khâu là quả cầu A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B