Chapter 1 giới thiệu nguyên lý máy

Gi ới thiệu 1Nguyên lý máy là môn học khoa học ứng dụng, nghiên cứu mốiquan hệ giữa cấu trúc, động học và động lực học của cơ cấu vàmáy.. Nhận dạng được cơ cấu bốn khâu bản lề và ph

Giới thiệu

Nguyên lý máy

- Nguyên lý là những luận điểm xuất phát (tư tưởng chủ đạo) của một học thuyết (lý luận) mà tính chân

lý của nó là hiển nhiên, tức không thể hay không cần phải chứng minh nhưng không mâu thuẫn với thực tiễn và nhận thức về lĩnh vực mà học thuyết

đó phản ánh.

Nguyên lý máy

- Nguyên lý được khái quát từ kết quả hoạt động thực tiễn – nhận thức lâu dài của con người Nó vừa là cơ sở lý luận của học thuyết, vừa là công cụ tinh thần để nhận thức (lý giải – tiên đoán) và cải tạo thế giới.

Nguyên lý máy

1 Gi ới thiệu (1)

Nguyên lý máy là môn học khoa học ứng dụng, nghiên cứu mốiquan hệ giữa cấu trúc, động học và động lực học của cơ cấu vàmáy

Hình thức vận chuyển cổ xưa Hình thức vận chuyển hiện đại

1 Gi ới thiệu (2)

 Việc thiết kế một cơ cấu, máy hiện đại thường rất phức tạp

⇒ Các kỹ sư thường phải giải quyết rất nhiều câu hỏi khác nhau:

Các ki ến thức về cơ học liên quan tới việc thiết kế cơ cấu và máy

M ối quan hệ giữa các

chuy ển động thế nào ?

V ận tốc bao nhiêu ?

Các l ực tác dụng ?

V ật liệu gì ?

Nhi ệt thế nào ?

V ấn đề bôi trơn ?

Nhiên li ệu ? Phương pháp chế tạo ? Điều khiển ?

Gia ́ thành ?

V ận hành ? Bảo dưỡng ? Các yêu c ầu pháp lý ?

…

2 N ội dung của môn học(1)

Cơ học

Động lực họcTĩnh học

2 N ội dung của môn học(2)

 Hai bài toán cơ bản của môn học

 T ổng hợp (Bài toán thiết kế):

- Cho trước các yêu cầu, nhiệm vụ cụ thể của cơ cấu

- Mục tiêu: Thiết kế hình dạng, kích thước, vật liệu và cấu trúccủa máy

 Phân tích:

- Cho trước cơ cấu, máy

- Mục tiêu: Kiểm tra, đánh giá mức độ hoàn thành (khả năngthực hiện công việc) các chức năng, nhiệm vụ của chúng

3 Giáo trình va ̀ tài liệu tham khảo

 Giáo trình  Tài li ệu tham khảo

John Joseph Uicker, G R Pennock,

Joseph Edward Shigley, Theory of

Machines and Mechanisms, 3rd,

Oxford University Press, 2003

Myszka, David H,

Machines and mechanisms : applied kinematic analysis, 4th , Prentice Hall, 2012

Robert Norton, Design

of Machinery: An Introduction to the Synthesis and

Analysis of Mechanisms and Machines, 5th , McGraw-Hill, 2011

• Chương 1: Các khái niệm cơ bản về cơ cấu và máy

• Chương 2 : Bài toán chuyển vị

• Chương 3 : Bài toán vận tốc

• Chương 4: Bài toán gia tốc

• Chương 5: Cơ cấu Cam

• Chương 6: Cơ cấu Bánh răng

• Chương 7: Hệ bánh răng

• Chương 8: Tổng hợp cơ cấu phẳng

• Chương 9: Động lực học cơ cấu

• Chương 10: Cân bằng máy

• Chương 11: Bánh đà

Chương 1

Các khái niệm cơ bản về

cơ cấu và máy

Nguyên lý máy

N ội dung

1 Mục tiêu

2 Các thu ật ngữ, khái niệm và giả thiết

3 B ậc tự do của cơ cấu phẳng

4 Nguyên tắc đổi giá

5 Định lý Grashof

6 Cơ cấu về nhanh

1 Mục tiêu

1 Giải thích được sự cần thiết của việc phân tích cấu trúc cơ cấu

2 Xác định được các thành phần cơ bản tạo nên cơ cấu, máy

3 Vẽ được lược đồ cơ cấu từ một kết cấu máy thực

4 Tính được số bậc tự do cho các cơ cấu phẳng

5 Nhận dạng được cơ cấu bốn khâu bản lề và phân loại theo

các khả năng chuyển động của nó

6 Nhận dạng được cơ cấu tay quay con trượt

 B ậc tự do (DOF) hoặc khả năng chuyển động

DOF: Số khả năng chuyển động độc lập, cần thiết tương đối

giữa các khâu

• Một khâu trong mặt phẳng có 3 bậc tự do:

- Hai khả năng tịnh tiến

- Một khả năng quay

Các hệ thống phẳng sẽ là trọng tâm của môn học

• Một khâu trong không gian có 6 bậc tự do :

- 3 khả năng quay

- 3 khả năng tịnh tiến

 B ậc tự do (DOF) hoặc khả năng chuyển động

 Một khâu luôn chứa ít nhất hai thành phần khớp động

 Kh ớp động dùng để nối động giữa hai khâu và cho phép chúng th ực hiện một số chuyển động.

Khớp bản lề lỗ

Chốt

 Phân loại khớp:

 Phân loại theo tính chất tiếp xúc

• Kh ớp loại thấp: Tiếp xúc mặt

• Kh ớp loại cao: Tiếp xúc điểm hoặc đường

 Phân loại theo số bậc tự do còn lại trên khớp

Các loại khớp thấp

Qxx

B

A

A B

B

A

A

B

Kh ớp loại cao

Hai bậc tự do

 L ược đồ khâu và khớp

 L ược đồ khâu

Là hình ve ̃ quy ước đơn giản của khâu, thể hiện được kích thước động của khâu và thành phần khớp động trên khâu.

 L ược đồ khớp

 Cơ cấu

Một chuỗi động nếu chọn một khâu bấy kỳ làm hệ quy chiếu đểkhảo sát chuyển động của các khâu còn lại được gọi là cơ cấu Khâu được chọn làm hệ quy chiếu được gọi là giá

- Khâu được chọn làm hệ quy chiếu được gọi là giá

- Chuyển động của tất cả các khâu còn lại được xác định so

 Cơ cấu phẳng: Tất cả các khâu chuyển động trong cùng một

mặt phẳng hoặc trên các mặt phẳng song song

 Cơ cấu không gian: Nếu một vài khâu có chuyển động

không cùng một mặt phẳng hoặc trên các mặt phẳng khôngsong song

Drum brake

Robot

L ược đồ cơ cấu tay quay con trượt

 Cơ cấu

 Cơ cấu

Cơ cấu kẹp

Four-bar linkage

 Cơ cấu

Shear press

 Mechanism

Vise grips

 Máy

Máy là tổ hợp của một số cơ cấu, có chuyển động xác định

cùng với các thiết bị theo dõi, kiểm tra, điều chỉnh vv… có

nhiệm vụ biến đổi năng lượng hoặc sử dụng năng lượng trongviệc thực hiện các quá trình công nghệ

Robot hàn Động cơ xe hơi

2 Terminology, Definitions and Assumptions (19)

3 B ậc tự do của cơ cấu phẳng (1)

Bậc tự do của cơ cấu là số nguồn chuyển động độc lập cần thiếtđể xác định hoàn toàn vị trí của cơ cấu

Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

Input = Source of Motion

• Các thiết bị tạo ra chuyển động đầu vào cho cơ cấu

• Chuy ển động quay

– Thường dùng motor

• Chuy ển động tịnh tiến

– Thường dùng hệ thống

Piston xylanh hoạt động

Bằng khí nén hoặc thủy lực

3 B ậc tự do của cơ cấu phẳng (3)

3 B ậc tự do của cơ cấu phẳng(4)

K ết cấu và cơ cấu

4 Nguyên tắc đổi giá

Quá trình l ựa chọn các khâu khác nhau trong một chuỗi động làm gia ́ được gọi là đổi giá (kinematic inversion)

- Sau khi đổi giá, chuyển động tương đối giữa các khâu trong cơ

c ấu không hề thay đổi nhưng chuyển động tuyệt đối của chúng có thê ̉ thay đổi

Slider-crank Rotary engine in early aircraft

Early steam locomotives A part of a garden water pump

5 Đinh lý Grashof (1)

Tên các khâu trong cơ cấu bốn khâu bản lề:

– Giá: Khâu nối với nền cố định

– Tay quay: Khâu quay được toàn vòng

– Thanh lắc: Khâu có chuyển động qua lại

– Thanh truyền: Khâu đối diện với giá

Trong đó:

s: chi ều dài khâu ngắn nhất

l: chi ều dài khâu dài nhất

p, q : Chi ều dài hai khâu còn lại

Đinh lý Grashof: Cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng, có khâu quay

được toàn vòng khi và chỉ khi tổng chiều dài của khâu ngắn nhất

và khâu dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng tổng chiều dài của hai khâukia

s+l ≤ p+q

Định lý Grashof:

Dự đoán quy luật chuyển động của các khâu trong cơ cấu bốnkhâu bản lề phẳng dựa vào chiều dài các khâu

5 Định lý Grashof (4)

6 Điều kiện lắp các khâu

• Với cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng Để các khâu lắp được:

s: chi ều dài khâu ngắn nhất

l: chi ều dài khâu dài nhất

p, q : Chi ều dài hai khâu còn lại

7 Cơ cấu về nhanh

 Để đánh giá năng suất làm việc của cơ cấu  sử dụng hệ số

về nhanh Q

1

α β

= >

Cơ cấu có Q lớn là điều mà người thiết kế mong muốn.

Thời gian đi Thời gian về

Q =

7 Cơ cấu về nhanh

Bài tập luyện tập

- Bài 1-1 đến 1-9 trang 25-26 quyển John Joseph Uicker, G R

Pennock, Joseph Edward Shigley, Theory of Machines and

Mechanisms

- Bài 1-1 đến 1-25 trang 25-28 quyển Myszka, David H,

Machines and mechanisms : applied kinematic analysis, 4th,

Prentice Hall, 2012

Vẽ lược đồ và tính bậc tự do của 2 cơ

cấu trên