Giáo trình nguyên lý chi tiết máy (nghề cắt gọt kim loại cao đẳng nghề)

Bên cạnh các phương pháp của môn học Cơ học lý thuyết, để nghiên cứu các vấn đề động học và động lực học của cơ cấu, người ta sử dụng các phương pháp sau đây: + Phương pháp đồ thị phươn

Đối tượ ng nghiên c ứ u

1 Những khái niệm cơ bản

3 Xếp loại cơ cấu phẳng Độ ng h ọc cơ cấ u

1 Mục đích, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu

2 Phân tích động học cơ cấu loại hai

Phân tích lực trên cơ cấu phẳng

3 Ph ả n l ự c ở các kh ớp độ ng

4 Lực ma sát Động lực học máy

2 Phương trình chuyển động c ủa máy

3 Chuy ển độ ng th ậ t c ủ a máy

Cơ cấu khớp loại thấp

Cơ cấu khớp loại cao

4 Bánh răng trụ có hai tr ụ c song song

5 Bánh răng trụ có hai tr ụ c chéo nhau

9 Điều ki ện làm việ c của m ối ghép

2 Vật liệu làm đinh tán

3 Tính toán mối ghép đinh tán

2 Vật liệu và ứng suất cho phép

Mối ghép then và trục then

3 Các chi ti ết thườ ng dùng trong m ố i ghép ren

4 Tính toán mối ghép ren chịu tải trọng dọc và ngang

2 Kết cấu các loại đai

3 Nh ữ ng v ấn đề cơ bả n trong lý thuyết truyền động đai

4 Tính toán bộ truyền động đai

6 Trình tự thiết kế bộ truyền

Truy ền động bánh răng

2 Bộ truy ền bánh răng trụ răng thẳ ng

4 Bộ truyền bánh răng nón

6 Hi ệ u su ất và bôi trơn.

Truy ền độ ng tr ụ c vít-bánh vít

2 Những thông số động học của bộ truyền

3 Các dạng hỏng và các chỉ tiêu tính toán b ộ truy ề n

6 Trình tự thiêt kế bộ truyền

2 Những thông số cơ bản của truyền độ ng xích

3 Các dạ ng hỏng bôi trơn và hiệu su ấ t

5 Trình tự thiết kế bộ truyề n xích

2 Các dạng hỏng trục – Vật liệu chế t ạ o tr ụ c

- 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 Vị trí của môn học

Mục tiêu: - 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 là môn học được bố trí sau khi sinh viên đã hoàn thành xong tất cả các môn học và mô-đun như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, AutoCAD và dung sai–đo lường kỹ thuật Môn học giúp hệ thống hóa kiến thức về nguyên lý làm việc của máy và các chi tiết máy, đồng thời kết nối thiết kế với thực hành sản xuất Người học được củng cố các khái niệm về động học và cân bằng cơ cấu, truyền động và phân tích chi tiết máy, từ đó nâng cao năng lực thiết kế, lắp ráp và kiểm tra chất lượng.

+ Môn học bắt buộc trước khi sinh viên học các môn học chuyên môn

Mục tiêu: - Trình bày được đối tượng nghiên cứu của môn học;

Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu Cơ cấu là tập hợp những vật thể chuyển động theo các quy luật xác định, có nhiệm vụ biến đổi hoặc truyền chuyển động Máy là tập hợp các cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi hoặc sử dụng cơ năng để làm ra công có ích.

- 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

Hiện nay, số lượng cơ cấu được sử dụng trong kỹ thuật cơ cấu là rất lớn Việc phân loại cơ cấu một cách khoa học giúp làm nổi bật tính hệ thống và mối quan hệ giữa các loại cơ cấu, đồng thời là yếu tố cực kỳ quan trọng trong thiết kế và phân tích Dựa trên phân loại này, người ta có thể tập trung nghiên cứu những cơ cấu điển hình cho mỗi loại, từ đó có thể khái quát và hiểu được đặc trưng của hầu hết các cơ cấu còn lại.

Cơ cấu có thể được phân loại theo chức năng làm việc, cấu trúc hình học và chuyển động của các khâu, cùng với các yếu tố liên quan Chương 1 sẽ giới thiệu cách xếp loại cơ cấu theo cấu trúc hình học, đây là phương pháp phân loại có tính hệ thống cao nhất và mang lại cái nhìn toàn diện về đặc điểm và ứng dụng của từng loại cơ cấu.

Phương pháp nghiên cứ u môn h ọ c

Nguyên Lý-Chi Tiết Máy là môn học được bố trí sau khi sinh viên hoàn thành tất cả các môn học và mô-đun liên quan như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, Autocad, dung sai–đo lường kỹ thuật Môn học này nhằm giúp sinh viên tổng hợp và vận dụng kiến thức để phân tích, thiết kế và đánh giá các chi tiết và hệ thống máy móc, từ đó nâng cao năng lực giải quyết bài toán kỹ thuật và áp dụng phương pháp phân tích vào thực tế sản xuất Việc bố trí môn học ở giai đoạn cuối chương trình giúp củng cố nền tảng kỹ thuật và tối ưu hóa khả năng ứng dụng kiến thức vào nghề nghiệp và thiết kế.

Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu Cơ cấu là tập hợp các vật thể chuyển động theo một quy luật xác định, có nhiệm vụ biến đổi hoặc truyền chuyển động Máy là sự tổ hợp của một số cơ cấu nhằm biến đổi hoặc sử dụng cơ năng để tạo ra công dụng có ích trong thực tế.

Ngày nay, số lượng cơ cấu được dùng trong kỹ thuật cơ cấu rất lớn Việc xếp loại cơ cấu một cách khoa học cho thấy tính hệ thống của chúng và đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý, phân tích và ứng dụng Trên cơ sở phân loại này, chỉ cần nghiên cứu những cơ cấu điển hình cho mỗi loại là có thể coi đó như đại diện cho toàn bộ các cơ cấu.

Cơ cấu có thể được phân loại theo chức năng làm việc, theo cấu trúc hình học và theo chuyển động của các khâu; Chương 1 giới thiệu cách xếp loại theo cấu trúc hình học, đây là phương pháp xếp loại có tính hệ thống cao nhất giúp phân tích, so sánh và ứng dụng các loại cơ cấu trong thiết kế.

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 chuyển động và điều khiển chuyển động của cơ cấu và máy, nhằm làm rõ cách chúng vận hành và tác động lẫn nhau trong hệ thống cơ học Ba vấn đề cốt lõi mà môn học này tập trung ở các loại cơ cấu và máy là cấu trúc, động học và động lực học.

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 tạo của cơ cấu và cách mà cấu trúc ảnh hưởng tới khả năng chuyển động của nó Hiểu rõ mối quan hệ giữa cấu trúc và động học cho phép tối ưu thiết kế, dự báo hành vi chịu lực và vận động dưới các tải trọng khác nhau Từ đó, các kết quả phân tích hỗ trợ lựa chọn vật liệu, cách liên kết và kích thước chi tiết nhằm nâng cao hiệu suất vận hành và độ tin cậy của cơ cấu trong ứng dụng thực tế.

Bài toán phân tích động học của cơ cấu nhằm xác định chuyển động của các khâu dựa trên các quan hệ hình học giữa chúng, không xét tới ảnh hưởng của lực tác động Phương pháp này mô phỏng chuyển động bằng cách khai thác các mối liên hệ vị trí, vận tốc và gia tốc giữa các khâu để mô tả động học liên động của toàn hệ thống Việc bỏ qua lực cho phép đơn giản hóa mô hình, tập trung vào cấu trúc hình học và các liên kết giữa các khâu như bản lề, bánh răng hay đòn bẩy, từ đó cho phép dự báo chuyển động và tối ưu hóa thiết kế một cách hiệu quả Các kết quả thu được phản ánh đúng các đặc trưng chuyển động của cơ cấu dựa trên hình học, phục vụ cho phân tích, thiết kế và kiểm tra hiệu năng của hệ thống cơ khí.

- 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

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

Bên cạnh 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 sử dụng các phương pháp sau đây: phân tích động học và động lực học bằng mô hình toán học, giải hệ phương trình mô tả chuyển động và lực tác động lên cơ cấu; phân tích modal để xác định các mode tự do và tần số riêng của hệ; mô phỏng số và phân tích bằng máy tính với các công cụ như MATLAB/Simulink, ANSYS hoặc các phần mềm CAD/CAE khác; và thí nghiệm trên mô hình để hiệu chỉnh và xác nhận kết quả Các phương pháp này cho phép dự báo hành vi của cơ cấu dưới tác động của tải và điều kiện làm việc, hỗ trợ thiết kế an toàn và tối ưu, đồng thời cung cấp cơ sở cho phân tích hiện đại và tối ưu hóa cấu trúc.

+ 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

C Ấ U T ẠO CƠ CẤ U

ĐỘ NG H ỌC CƠ CẤ U Error! Bookmark not defined.7 1 M ục đích, nhiệ m v ụ và phương pháp nghiên cứ u E RROR ! B OOKMARK NOT

Khái niệm

2 Kết cấu các loại đai E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 30

3 Những vấn đềcơ bản trong lý thuyết truyền động đai E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 31

4 Tính toán bộ truyền động đai E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 38

5 Kết cấu bánh đai E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 40

6.Trình tự thiết kế bộ truyền đai E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 40

Chương 6 : BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG Error! Bookmark not defined.51

1 Khái niệm chung E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 51

2 Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 59

3 Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 64

4 Bộ truyền bánh răng nón E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 68

5 Vật liệu, bôi trơn và ứng suất cho phép E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 72

6 Trình tự thiết kế bộ truyền E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 74

Chương 7: TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT – BÁNH VÍT Error! Bookmark not defined.82

2 Những thông sốđộng học của bộ truyền E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 84

3 Các dạng hỏng và các chỉ tiêu tính toán bộ truyền E RROR !B OOKMARK NOT

4 Vật liệu và ứng suất cho phép E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 88

5 Hiệu suất và bôi trơn E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 89

6 Trình tự thiêt kế bộ truyền E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 91

5 Chương 8: TRUYỀN ĐỘNG XÍCH Error! Bookmark not defined.94

2 Những thông sốcơ bản của truyền động xích E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 97

3 Các dạng hỏng của bộ truyền xích E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 99

4 Tính toán bộ truyền xích E RROR !B OOKMARK NOT DEFINED 99

5 Trình tự thiết kế bộ truyền xích 201

2 Các dạng hỏng trục – Vật liệu chế tạo trục 205

TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI

TẬP……… ………… ….Error! Bookmark not defined.23

TÊN MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY

Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trò của môn học:

Nguyên lý – Chi tiết máy là môn học được bố trí sau khi sinh viên hoàn thành đầy đủ các môn và mô-đun như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, AutoCAD và dung sai đo lường kỹ thuật Chương trình giúp kết nối kiến thức thiết kế với phân tích chi tiết máy, nắm bắt nguyên lý hoạt động và tính toán lực tác dụng lên các chi tiết Việc học theo trình tự từ vẽ kỹ thuật đến dung sai đo lường kỹ thuật đảm bảo sinh viên có nền tảng vững chắc để thiết kế, kiểm tra và đánh giá chi tiết máy trong thực tiễn sản xuất.

+ Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc, vừa mang tính chất lý thuyết và thực nghiệm

+ Là môn học giúp cho sinh viên có khả năng tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm các chi tiết máy hoặc bộ phận máy thông dụng đơn giản

Nguyên lý - Chi tiết máy là môn học cung cấp kiến thức về nguyên lý hoạt động của máy và cấu tạo máy nói chung; đồng thời giới thiệu công dụng, cách thức cấu tạo và các phương pháp tính toán các chi tiết máy thông dụng Môn học này làm nền tảng cho sinh viên tiếp thu kiến thức các môn học và mô-đun chuyên ngành liên quan, giúp vận dụng hiểu biết vào thiết kế, kiểm tra và tối ưu các chi tiết máy trong thực tiễn.

+ Làm cơ sở để sinh viên phát triển khả năng sáng tạo, thiết kế trong lĩnh vực chế tạo máy, tư duy phát triển nghề nghiệp

Mục tiêu của môn học:

- Nêu lên 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 máy thông dụng để lựa chọn và sử dụng hợp lý

- Phân tích động học các cơ cấu và bộ truyền cơ khí thông dụng

Xác định các yếu tố gây hỏng và các dạng hỏng phổ biến ở các chi tiết máy, từ đó đề xuất các phương pháp tính toán, thiết kế hoặc thay thế phù hợp Đồng thời xác định biện pháp xử lý khi lựa chọn kết cấu và vật liệu nhằm tăng độ bền và kéo dài tuổi thọ cho các chi tiết máy, tối ưu hóa hiệu suất vận hành và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc.

- Vận dụng những kiến thức của môn học tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm các chi tiết máy hoặc bộ phận máy thông dụng đơn giản

Nội dung của môn học:

T ổ ng s ố Lý thuy ế t Bài t ậ p Ki ể m tra*

Môn Nguyên Lý-Chi Tiết Máy được bố trí sau khi sinh viên đã hoàn tất tất cả các môn và mô-đun liên quan như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, Autocad và dung sai–đo lường kỹ thuật Chương trình này nhằm tích hợp và vận dụng kiến thức thiết kế, phân tích và kiểm tra các chi tiết máy, giúp sinh viên nắm vững nguyên lý thiết kế chi tiết máy và cách liên kết giữa vật liệu, lực và độ chính xác gia công Việc bố trí sau các mô-đun như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, Autocad và dung sai–đo lường kỹ thuật cho phép nâng cao kỹ năng thiết kế, tối ưu hóa kết cấu và đánh giá dung sai trong thực tế sản xuất Kết quả mong đợi là năng lực thiết kế và phân tích chi tiết máy hiệu quả, kết nối giữa phác thảo kỹ thuật, lựa chọn vật liệu phù hợp và kiểm soát độ chính xác giữa thiết kế và sản xuất.

Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu Cơ cấu là tập hợp các vật thể chuyển động theo các quy luật xác định, có nhiệm vụ biến đổi hoặc truyền động Máy là tập hợp của một số cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi hoặc sử dụng cơ năng để thực hiện các công việc có ích.

Trong kỹ thuật cơ cấu hiện đại, số lượng cơ cấu được ứng dụng rất lớn; việc xếp loại cơ cấu một cách khoa học và làm nổi bật tính hệ thống của chúng là nền tảng để hiểu và quản lý chúng hiệu quả Dựa vào phân loại này, người ta chỉ cần nghiên cứu các cơ cấu điển hình cho mỗi loại, và từ đó có thể xem như đã nắm bắt nguyên lý và đặc điểm của hầu hết các cơ cấu trong thực tế, nhằm đẩy mạnh thiết kế, đánh giá và tối ưu hóa quá trình chế tạo và vận hành.

Cơ cấu có thể được phân loại theo chức năng làm việc, theo cấu trúc hình học và theo chuyển động của các khâu, cùng với các tiêu chí khác để xây dựng một hệ thống phân loại toàn diện; trong Chương 1, bài viết giới thiệu cách xếp loại cơ cấu dựa trên cấu trúc hình học, phương pháp có tính hệ thống cao nhất giúp nhận diện, so sánh và phân tích các loại cơ cấu một cách hiệu quả trong thiết kế cơ khí.

Nguyên lý máy là môn học nghiên cứu vấn đề chuyển động và điều khiển chuyển động của cơ cấu và máy, nhằm cung cấp hiểu biết về cách các bộ phận liên kết và tương tác để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Môn học tập trung vào ba vấn đề cốt lõi của mọi loại cơ cấu và máy: cấu trúc, để đánh giá sự ổn định và khả năng chịu lực; động học, mô tả đường đi và thời gian chuyển động của các thành phần; và động lực học, phân tích lực và gia tốc tác động lên hệ thống để dự báo và điều chỉnh động lực Nhờ đó, nguyên lý máy trở thành khung lý thuyết và công cụ thiết kế, phân tích và điều khiển cơ cấu và máy trong các ứng dụng thực tế.

Bài toán phân tích cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của cơ cấu và khả năng chuyển động phụ thuộc vào chính cấu trúc đó, từ đó xác định cách các liên kết, khớp và tải trọng ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và phạm vi hoạt động Việc phân tích này làm rõ mối quan hệ giữa thiết kế và động học, nhận diện các yếu tố như độ cứng, mô men và lực tác dụng, từ đó đề xuất giải pháp tối ưu hóa để tăng tính linh hoạt, độ ổn định và độ tin cậy của cơ cấu Qua mô phỏng và đánh giá chi tiết, nghiên cứu có thể tối ưu hóa cấu trúc để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất, an toàn và chi phí sản xuất.

Bài toán phân tích động học của cơ cấu nhằm xác định chuyển động của các khâu dựa hoàn toàn vào quan hệ hình học giữa các khâu và không xét đến ảnh hưởng của lực tác động Phương pháp này mô tả vị trí, vận tốc và gia tốc của từng khâu dựa trên các liên kết, ràng buộc và các tương tác hình học giữa chúng, từ đó xác định quỹ đạo và trạng thái động học của cả hệ Việc chỉ căn cứ vào quan hệ hình học giúp làm sáng tỏ sự phụ thuộc không gian giữa các khâu, cho phép dự báo chuyển động tương đối và động năng của cơ cấu trong các điều kiện làm việc khác nhau.

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 ứng dụng một tập hợp phương pháp từ phân tích và mô hình hóa toán học đến mô phỏng số và thí nghiệm thực tế, nhằm mô tả và dự báo hành vi của hệ dưới tải trọng và giới hạn Các phương pháp này bao gồm thiết lập mô hình động lực học, giải hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động, sử dụng các công cụ phân tích trạng thái và phân tích modal, và xác nhận kết quả qua thí nghiệm để đảm bảo độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

Chương 1: CẤU TẠO CƠ CẤU

Mỗi loại máy và cơ cấu có cấu tạo, hình dáng và nguyên lý hoạt động riêng biệt; để nắm được nguyên lý vận hành của chúng, việc nghiên cứu dưới dạng các lược đồ cơ cấu ở mức độ đơn giản là rất hiệu quả Chương 1 giới thiệu các khái niệm cơ bản, hướng dẫn xây dựng lược đồ cơ cấu và phân tích khả năng chuyển động của cơ cấu trong không gian.

+ Xác định được bậc tự do của cơ cấu;

+ Phân tích được và xếp loại được cơ cấu phẳng;

+ Có ý thức trách nhiệm, chủđộng học tập

- Trình bày được định nghĩa khâu, bậc tự do của khâu, nối động, khớp động, thành phần khớp động, chuỗi động 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

Trong cơ cấu máy, các bộ phận có chuyển động tương đối với nhau được gọi là khâu Mỗi khâu có thể là một tiết máy đơn lẻ hoặc là tập hợp nhiều tiết máy ghép cố định với nhau Ngoài ra, khâu còn có thể là vật rắn biến dạng (lò xo), vật rắn không biến dạng (piston), vật rắn dạng dây đai (dây đai truyền động), hoặc là chất lỏng hoặc khí.

Trong chương trình này, cơ cấu/ máy được nghiên cứu với giả thiết các khâu của chúng là vật rắn không biến dạng.

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 sốkhả năng chuyển động độc lập giữa hai khâu đó khâu đó

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 cho khâu A một hệ qui chiếu

Trong hệ tham chiếu OXYZ, khâu A được coi là đứng yên (được gọi là giá), còn khâu B chuyển động tương đối so với khâu A; do đó khâu B được xem là khâu động trong hệ quy chiếu này.

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 hệ thống khâu nối, giữa hai khâu rời nhau trong không gian có 6 bậc tự do Nếu có n1 khâu động tham gia để rời nhau trong không gian, thì so với một khâu (giá) ban đầu sẽ có 6(n1-1) bậc tự do.

1.2.3 Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng

Nếu khâu A và B để rời nhau trên cùng một mặt phẳng;

H ợ p l ự c quán tính

- Trình bày được cách hợp lực quán tính trên khâu chuyển động tịnh tiến, khâu chuyển động quay, chuyển động song phẳng ;

- Xác định được hợp lực quán tính trên khâu chuyển động tịnh tiến, khâu chuyển động quay, chuyển động song phẳng ;

- Có tinh thần trách nhiệm trong học tập

2.1 Khâu chuyển động tịnh tiến

Trong chuyển động tịnh tiến thuần túy của một khâu, gia tốc của mọi điểm thuộc khâu là như nhau Vì vậy lực tác dụng lên khâu có thể được biểu thị bằng gia tốc của bất kỳ điểm nào trên khâu, giúp mô tả động lực học của toàn bộ khâu một cách nhất quán Việc dùng một điểm làm tham chiếu cho gia tốc cho phép tính toán lực và các đại lượng động lực học khác dựa trên đặc trưng đồng nhất của gia tốc trong khâu.

Lực quán tính đặt tại trọng tâm của khâu

Mô men lực quán tính bằng 0 vì  = 0

2.2 Khâu chuyển động quay quanh trục đi qua trọng tâm

Lực quán tính: Pqt = 0 vì as = 0

Mô men lực quán tính: M q J s ε

 Ngược chiều với gia tốc góc của khâu.

Trong đó: JS là mô men quán tính của khâu đối với trục đi qua trọng tâm vuông góc với mặt phẳng chuyển động.

2.3 Khâu chuyển động quay quanh trục không đi qua trọng tâm

Chúng ta xét hai trường hợp là:

Hình 3.8 Lực quán tính trong khâu chuyển động tịnh tiến m qt o  

Hình 3.9 Lực quán tính trong khâu chuyển động quay quanh trục đi qua trọng tâm o s p qt

Hình 3.10 Lực quán tính trong khâu chuyển động quay đều quanh trục không đi qua trọng tâm

42 Khâu quay đều và khâu quay không đều.

2.3.1 Khâu chuyển động quay đều quanh trục không đi qua trọng tâm

Lực quán tính: P qt ma s ma n s

Pqtđược gọi là lực quán tính ly tâm

Mô men lực quán tính Mqt = 0 vì  = 0

2.3.2 Khâu quay không đều quanh trục không qua trọng tâm

Trong trường hợp đó xuất hiện cả lực quán tính P qt   m a s và mô men lực quán tính M q J s ε

   Để tiện cho việc tính toán thì lực quán tính và mô men lực quán tính được thay thế bằng hợp lực quán tính s

 có điểm đặt tại K ta có s s qt qt ma ε

J P h M  nhưng vì so t s l ε a nên sinα ml

Quan hệ sinα · l_sk = h cho thấy khoảng cách l_sk giữa các khâu được xác định bởi h và α Từ đó, l_sk được liên hệ với J(1) trong công thức đã nêu Điều này cho thấy độ dài l_sk của khâu luôn không đổi vì các tham số m, J_S và l_so không đổi và không phụ thuộc vào vị trí của khâu.

Vậy hợp lực quán tính của khâu chuyển động quay không đều quanh trục không đi qua trong tâm được xác định bằng công thức s

 và có điểm đặt tại K (K gọi là tâm va đập) Vị trí điểm K được xác định theo công thức

(1) và điểm K nằm cách xa O hơn điểm S

2.4 Khâu chuyển động song phẳng Ở các chương trình trước ta đã đưa ra

Hình 3.11 Lực quán tính trong khâu chuyển động quay không đều quanh trục không đi qua trọng tâm

Hình 3.12 Lực quán tính trong khâu chuyển động song phẳng

43 phương pháp xác định hợp lực quán tính của khâu từ hai thành phần lực là qt qt,P

Để thuận tiện cho việc xác định hợp lực ở nhiều vị trí khác nhau của cơ cấu, ta có thể xác định hợp lực quán tính của khâu chuyển động song phẳng theo một phương pháp được trình bày sau.

Ta coi chuyển động song phẳng gồm hai chuyển động hợp thành là chuyển động tịnh và chuyển động quay

Pq là thành phần lực quán tính của khâu khi tham gia chuyển động tịnh tiến

Pq là thành phần lực quán tính của khâu khi tham gia chuyển động quay

Pq là hợp lực quán tính của khâu chuyển động song phẳng.

Vậy để xác định P q ta xác định thông qua các thành phần P q '

Xét cơ cấu tay quay con trượt trong đó khâu AB là khâu chuyển động song phẳng Điểm S là trọng tâm của khâu 2 (hình 3.12)

Trong bài phân tích, họa đồ gia tốc của cơ cấu chuyển động khâu AB có thể được xem là sự kết hợp của hai thành phần chính: chuyển động tịnh tiến của khâu cùng với điểm A và chuyển động quay của khâu quanh điểm A Việc tách hai chuyển động này cho phép ta phân tích động học một cách rõ ràng, tính toán gia tốc và vận tốc tại các điểm trên khâu AB, đồng thời làm sáng tỏ mối quan hệ giữa chuyển động tịnh tiến và quay quanh A để tối ưu hóa thiết kế cơ cấu.

Lực P q ' qua trọng tâm và ngược chiều với gia tốc aA

LựcPq " đi qua tâm va đập KAvà ngược chiều với a SA

Do đó lực quán tính

P_q là hợp lực của hai lực tác dụng lên một vật và nó đi qua điểm T, là giao điểm của các đường tác dụng của hai lực đó Hợp lực này có phương trùng với phương của gia tốc trọng tâm a_S và có cùng chiều với gia tốc, từ đó biểu thị lực tổng tác động lên hệ và quyết định gia tốc của tâm hệ.

Kết luận: Hợp lực quán tính của khâu chuyển đông song phẳng được xác định làP qt ma s

 có điểm đặt tại T (T gọi là tâm quán tính) như vậy để xác định hợp lực quán tính P q ta đi xác định tâm quán tính T

Trên họa đồ gia tốc πs biểu thị gia tốc của điểm S

Hình 3.13 Họa đồ gia tốc

Hình 3.14 Cơ cấu 4 khâu bản lề

+Từ trọng tâm S kẻ đường thẳng ’ song song vớiπa

( aπ biểu thị gia tốc của điểm A)

+ Tâm va đập KAkẻ đường thẳng ”song song với as

(as biểu thị gia tốc a SA

) + ’ và ” cắt nhau tại điểm T

Chú ý : 1 Tâm va đập KA đượcxác định là

SA sk s ml l  J Điểm K nằm xa điểm A hơn điểm S

2 Ta cũng có thể xem chuyển động của khâu AB hợp từ chuyển tịnh tiến với điểm B và quay đối với B khi đó tâm va đập là KB tương tự ta sẽ xác định được điểm T’ khác điểm T Nhưng T và T’ cùng nằm trên một đường thẳng song song với πs Như vậy ta có thể lấy bất cứ điểm nào của khâu làm điểm theo khi xác định đường tác dụng của hợp lực quán tính.

L ự c ma sát

Môn học Nguyên Lý-Chi Tiết Máy được bố trí sau khi sinh viên đã hoàn thành tất cả các môn học và mô-đun liên quan như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu, Autocad và dung sai–đo lường kỹ thuật Môn học này cung cấp nền tảng thiết kế và phân tích chi tiết máy, giúp sinh viên liên kết các kiến thức đã học để hiểu và tối ưu các chi tiết máy trong thực tế chế tạo và ứng dụng cơ khí.

Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu Cơ cấu là tập hợp các vật thể chuyển động theo một quy luật nhất định, có nhiệm vụ biến đổi hoặc truyền động Máy là tập hợp của một số cơ cấu nhằm biến đổi hoặc khai thác cơ năng để tạo ra công dụng hữu ích cho thực tiễn.

Trong thời đại hiện nay, số lượng cơ cấu được sử dụng trong kỹ thuật cơ cấu là rất lớn Việc xếp loại cơ cấu một cách khoa học cho thấy tính hệ thống của chúng và vì thế đóng vai trò rất quan trọng Trên cơ sở xếp loại này, người ta chỉ cần nghiên cứu các cơ cấu điển hình cho mỗi loại để có thể xem là đã nắm được đặc trưng của phần lớn các cơ cấu còn lại.

Cơ cấu có thể được phân loại dựa trên chức năng làm việc, cấu trúc hình học và chuyển động của các khâu Chương 1 trình bày cách xếp loại cơ cấu theo cấu trúc hình học, đây là phương pháp xếp loại có tính hệ thống cao nhất và giúp so sánh, đánh giá các loại cơ cấu một cách nhất quán.

Nguyên lý máy là môn học nghiên cứu các vấn đề liên quan đến chuyển động và điều khiển chuyển động của cơ cấu và máy Ba vấn đề chủ đạo được xem xét trong môn học này là cấu trúc của hệ thống cơ cấu, động học để mô hình hóa và phân tích chuyển động, và động lực học để xác định lực và phản lực tác động lên cơ cấu và máy Nắm vững ba yếu tố này giúp thiết kế, tối ưu hóa và vận hành hiệu quả các cơ cấu, máy trong các ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật.

Bài toán phân tích cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của cơ cấu và đánh giá khả năng chuyển động dựa trên từng cấu hình cụ thể của nó Thông qua phân tích này, ta làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các liên kết, khớp và ổ bi với giới hạn và phạm vi chuyển động, từ đó tối ưu hóa thiết kế để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của cơ cấu.

Phân tích động học nhằm xác định chuyển động của các khâu trong cơ cấu dựa trên quan hệ hình học giữa các khớp và liên kết, không xét đến ảnh hưởng của lực Phương pháp này tập trung vào vị trí, hướng và vận tốc của từng khâu để mô tả đường đi và sự tương tác giữa chúng, từ đó xác định cách các khâu phối hợp tạo ra chuyển động của toàn hệ thống Việc dựa vào quan hệ hình học cho phép nhận diện các khớp quay, các liên kết và chu trình chuyển động, đồng thời cung cấp cái nhìn về tính ổn định và cơ chế làm việc của cơ cấu mà không cần tính toán lực tác động Đây là nền tảng của phân tích động học trong thiết kế cơ cấu, hỗ trợ tối ưu hóa cấu trúc và điều chỉnh hành trình của các khâu dựa trên yêu cầu chức năng.

Bên cạnh 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 sử dụng tập hợp các phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Các phương pháp này bao gồm phân tích lực và mô hình hóa toán học để mô tả liên kết và chuyển động; phương pháp đại số ma trận và đồ thị trạng thái để xác định độ tự do và các quan hệ giữa các thành phần; các khuôn khổ động lực học như phương pháp Lagrange và Newton–Euler để xây dựng các phương trình chuyển động; phân tích động học và động lực học của hệ thống; mô phỏng số bằng các công cụ CNTT/CAE và phân tích phương tử hữu hạn (FEM) để dự đoán đáp ứng của cơ cấu dưới tải và điều kiện làm việc; và cuối cùng là thí nghiệm trên mô hình hoặc cơ cấu thật để xác nhận kết quả Những phương pháp này giúp đánh giá ổn định, độ nhạy và đáp ứng động của hệ thống, từ đó hỗ trợ thiết kế, tối ưu hóa và kiểm nghiệm cơ cấu.

Chương 1: CẤU TẠO CƠ CẤU

Mỗi loại máy và cơ cấu có cấu tạo, hình dạng và nguyên lý hoạt động khác nhau Để nắm bắt nguyên lý hoạt động của máy hoặc cơ cấu một cách dễ dàng, ta nên nghiên cứu dưới dạng các lược đồ 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.

+ Xác định được bậc tự do của cơ cấu;

+ Phân tích được và xếp loại được cơ cấu phẳng;

+ Có ý thức trách nhiệm, chủđộng học tập

- Trình bày được định nghĩa khâu, bậc tự do của khâu, nối động, khớp động, thành phần khớp động, chuỗi động 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

Trong cơ cấu máy, các bộ phận có chuyển động tương đối với nhau được gọi là khâu Mỗi khâu có thể là một tiết máy độc lập hoặc là tập hợp các tiết máy được ghép cố định với nhau Khâu cũng có thể là vật rắn biến dạng (lò xo), vật rắn không biến dạng (pít-tông), vật rắn dạng dây đai, hoặc là chất lỏng hoặc khí tham gia vào quá trình truyền động.

Trong chương trình này, cơ cấu/ máy được nghiên cứu với giả thiết các khâu của chúng là vật rắn không biến dạng.

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 sốkhả năng chuyển động độc lập giữa hai khâu đó khâu đó

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 cho khâu A một hệ qui chiếu

Trong hệ qui chiếu OXYZ, khâu A được coi là đứng yên (còn được gọi là giá), còn khâu B chuyển động tương đối so với khâu A trong hệ qui chiếu này; khâu B còn được gọi là khâu động Việc nhận diện khâu A ở trạng thái cố định và khâu B ở trạng thái động giúp mô tả rõ quan hệ chuyển động giữa hai khâu và phục vụ cho phân tích động học của hệ.

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 rời nhau có 6 bậc tự do Nếu có n1 khâu động để rời nhau trong không gian, so với một khâu cố định (giá) sẽ có 6(n1-1) bậc tự do.

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 trên cho thấy trên mặt phẳng Oxz (hình 1.2), khâu B chỉ còn lại ba khả năng chuyển động tương đối với khâu A là Qy, Tx, Tz Như vậy, hai khâu nằm trên cùng một mặt phẳng có 3 bậc tự do Nếu có n1 khâu liên động nằm trên cùng một mặt phẳng, thì so với khâu giá sẽ có 3(n1−1) bậc tự do.

1.3 Nối động và khớp động

Hình 1.2 Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng

Hình 1.1Bậc tự do của khâu trong không gian

Để từ các khâu rời nhau có thể tạo thành một cơ cấu với các khâu có chuyển động tương đối xác định, ta phải hạn chế bớt số bậc tự do giữa chúng Để làm được điều này, cần liên kết và nối động các khâu lại với nhau, nhằm kiểm soát chuyển động giữa các khâu và hình thành một cơ cấu ổn định.

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 làm giảm bớt số bậc tự do giữa chúng.

1.3.2 Thành phần khớp động và 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

CƠ CẤ U KH Ớ P LO Ạ I TH Ấ P

M Ố I GHÉP HÀN

TRỤ C

Ổ TR Ụ C

Tiêu đề	Giáo trình nguyên lý chi tiết máy (nghề cắt gọt kim loại cao đẳng nghề)
Tác giả	Đặng Hải Hậu
Trường học	Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Khí Hà Nội
Chuyên ngành	Nguyên lý - Chi tiết máy
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	234
Dung lượng	3,39 MB