Thiết kế một số cơ cấu truyền dẫn cơ khí “cam, hộp tốc độ” trên cơ sở

Đánh giá so sánh với kết quả thiết kế theo chi tiết máy, tìm ra những ưu điểm cơ bản của lý thuyết thiết kế theo Độ Tin Cậy, dần dần từng bước lập các phần mềm thiết kế ứng dụng, đồng th

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: Trương Thị Ngọc Anh

Sinh ngày: 02/07/1981

Nghề nghiệp: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội

Tôi xin cam đoan những kết quả trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện dựa trên sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn và các tài liệu tham khảo trích dẫn

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Trương Thị Ngọc Anh

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Doãn Ý đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu trong quá trình nghiên cứu và làm luận văn PGS.TS Nguyễn Doãn Ý đã dành nhiều thời gian, công sức giúp đỡ và tạo mọi điều kiện

thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô viện Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện cho tác giả học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn đúng thời hạn

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Trương Thị Ngọc Anh

Hình1.5 Sự biến đổi xác suất kéo theo những biến đổi giá trị

trung bình của tải (L) và độ bền (S)

18

Hình 1.6 Biến đổi xác suất lỗi kéo theo những thay đổi trong

độ lệch chuẩn của tải trọng và độ bền

18

Hình 1.11 Biểu diễn xác suất của sự kiện 27

Hình 2.4 Phân loại con đội theo hình dạng 31 Hình 2.5 Phân loại con đội theo vị trí so với cam 31

Hình 2.14 Bánh răng trụ nghiêng 39

Hình 2.18 Các thông số cơ bản của bánh răng 41

Hình 4.1 Thủ tục tối ưu bằng phương pháp đồ thị 63

Hình 4.3 Đĩa cam với con lăn bị dẫn tịnh tiến 68

Hình 4.5 a) Lưới kết cấu của bộ truyền bánh răng 72

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Những tỉ lệ hỏng tiêu biểu của một số bộ phận cơ điện 13 Bảng 1.2 Các rủi ro điển hình dẫn đến hỏng 19

Bảng 4.2 Độ lệch chuẩn của động đặc tính động học của cơ cấu

Bảng 4.3 Giá trị trung bình của chiều rộng (cm) cho P fb = P fw =

0,2.10 -5

77

Bảng 4 4 Hiệu ứng của thay đổi xác suất hỏng 78

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……… 9

CHƯƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHÍNH VỀ ĐỘ TIN CẬY………… 11

1.1 Khái niệm chính về Độ Tin Cậy……… 11

1.1.1 Khái niệm……… 11

1.1.2 Ý nghĩa……… 11

1.1.3 Nguyên nhân gây hỏng……… 12

1.1.4 Độ tin cậy và hệ số an toàn 16

1.2 Cơ sở lý thuyết……… 20

1.2.1 Sự kiện……… 20

1.2.2 Sự kiện loại trừ nhau……… 20

1.2.3 Cơ sở lý thuyết……… 20

1.2.4 Điểm mẫu và khoảng mẫu……… 21

1.3 Cơ sở toán học……… 23

1.3.1 Một số định nghĩa về xác suất……… 23

1.3.2 Tính chất của xác suất……… 23

1.3.3 Lý thuyết xác suất tổng……… 27

1.3.4 Luật Baye……… 27

KẾT LUẬN CHƯƠNG I……… 28

CHƯƠNG II: MỘT SỐ CƠ CẤU TRONG CHẾ TẠO MÁY……… 29

2.1 Cơ cấu cam……… 29

2.1.1 Khái niệm……… 29

2.1.2 Các loại cơ cấu cam thông dụng……… 30

2.1.3 Phân loại con đội……… 31

2.1.4 Biểu đồ chuyển vị……… 32

2.1.5 Profile cam……… 32

2.2 Cơ cấu bánh răng……… 34

2.2.1 Khái niệm……… 34

2.2.2 Phân loại……… 35

2.2.3 Phân loại trục truyền động……… 35

2.2.4 Các thông số cơ bản……… 41

KẾT LUẬN CHƯƠNG II……… 44

CHƯƠNG III CƠ SỞ TÍNH, THIẾT KẾ CHI TIẾT CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY……… 45

3.1 Biểu thức tổng quát tính độ tin cậy……… 45

3.2 Xác suất hỏng……… 47

3.3 Độ tin cậy khi (S) và (L) đều tuân theo phân phối chuẩn……… 48

3.4 Độ tin cậy khi (S) và (L) đều tuân theo loga chuẩn………… 50

3.5 Độ tin cậy khi (S) và (L) đều tuân theo phân phối mũ……… 51

3.6 Độ tin cậy khi (S) và (L) đều tuân theo phân phối cực trị…… 52

3.7 Xác định hàm phân phối của (S) và (L) qua kết quả thực nghiệm……… 54

3.8 Tương quan giữa hệ số an toàn và độ tin cậy……… 55

KẾT LUẬN CHƯƠNG III……… 58

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CƠ CẤU TRONG HỆ TRUYỀN DẪN CƠ KHÍ TRÊN CƠ SỞ ĐỘ TIN CẬY VÀ TUỔI THỌ……… 59

4.1 Thiết kế tối ưu……… 59

4.1.1 Tối ưu hóa……… 59

4.1.2 Bài toán phân phối độ tin cậy……… 60

4.1.3 Một số cách giải bài toán tối ưu……… 62

4.2 Thiết kế cơ cấu cam……… 67

4.3 Thiết kế truyền dẫn bánh răng……… 71

KẾT LUẬN CHƯƠNG III……… 83

KẾT LUẬN CHUNG……… 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 85

MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài:

“Thiết kế cơ cấu trong hệ truyền dẫn cơ khí “cam, hộp tốc độ” trên cơ

sở độ tin cậy và tuổi thọ”

2 Lý do chọn đề tài:

Trong giai đoạn kinh tế thị trường hiện nay, người ta luôn mong rằng các hệ thống kỹ thuật phải được hoạt động với hiệu quả cao nhất, kinh tế nhất, nhằm thỏa mãn ngày càng được nâng cao về chất lượng sống của con người Đồng thời phải đảm bảo an toàn, tin cậy như người ta mong muốn đối với từng thiết bị, hệ thống kỹ thuật, đặc biệt cần tránh được những sự cố ngẫu nhiên làm tổn hại vô cùng lớn lao cho con người Ví dụ như sự cố rò rỉ hạt nhân của các nhà máy điện hạt nhân ở Nhật Bản, hoặc sự cố đối với máy bay Concord – máy bay hiện đại và tối tân nhất thế giới của hãng hàng không Air France

Để đạt được mục tiêu trên, việc thiết kế chi tiết, hệ thống kĩ thuật trên cơ sở

độ tin cậy (ĐTC) đã và đang đặc biệt được quan tâm sử dụng

Được sự đồng ý của PGS.TS Nguyễn Doãn Ý, tác giả đã lựa chọn đề tài: ‘ Thiết kế cơ cấu trong hệ truyền dẫn cơ khí ‘cam, hộp tốc độ’ trên cơ sở độ tin cậy

và tuổi thọ”

3 Mục tiêu của đề tài:

Bước đầu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết Độ Tin Cậy vào thiết kế các cơ cấu trong truyền dẫn cơ khí Đánh giá so sánh với kết quả thiết kế theo chi tiết máy, tìm

ra những ưu điểm cơ bản của lý thuyết thiết kế theo Độ Tin Cậy, dần dần từng bước lập các phần mềm thiết kế ứng dụng, đồng thời thực nghiệm tìm ra quy luật ứng xử hợp lý, phát triển cho phần ứng dụng cả hệ cơ khí máy và hệ thống

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu tổng quan về khái niệm, các cơ sở lý thuyết và cơ sở toán học

của ĐTC

- Nghiên cứu một số cơ cấu điển hình trong chế tạo máy

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính, thiết kế chi tiết cơ khí trên cơ sở ĐTC

- Nghiên cứu thiết kế cơ cấu cam, hộp tốc độ, trên cơ sở ĐTC và TT

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Trên cơ sở lý thuyết Độ Tin Cậy của chi tiết và hệ thống, nghiên cứu tính

áp dụng cụ thể cho một số chi tiết điển hình trong cơ khí, so sánh với phương pháp tính trong chi tiết máy

- Từng bước đưa vào thực nghiệm để đưa ra những mô tả về thiết kế theo Độ Tin Cậy

- Tiến đến áp dụng rộng rãi lý thuyết Độ Tin Cậy vào thiết kế chi tiết, hệ cơ khí nói riêng và các thiết bị khác nói chung

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Hiện nay, vấn đề thiết kế theo Độ Tin Cậy vẫn còn là thời sự, rất ít tài liệu được công bố Các sản phẩm đều chưa đưa ra Độ Tin Cậy và Tuổi Thọ tương ứng Bên cạnh đó con người ngày càng muốn lệ thuộc ít hoặc rất ít vào hiện tượng ngẫu nhiên

Vì vậy, theo quan điểm thiết kế, chỉ có thiết kế theo Độ Tin Cậy và Tuổi Thọ mới giảm thiểu rủi ro trong sản xuất và đời sống Trong tương lai gần, mỗi sản phẩm, thiết bị, máy hoặc hệ thống sau khi sản xuất đều phải đưa ra chỉ tiêu Độ Tin Cậy và Tuổi Thọ

Do đó đặt vấn đề tiếp cận nghiên cứu thiết kế theo Độ Tin Cậy và Tuổi Thọ

là vấn đề không những cấp bách, thời sự và là nội dung nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm

Đối với nước ta, đây cũng là một trong những kết quả bước đầu, nhằm tạo ra một hướng phát triển mới trong thiết kế, chế tạo, đó là thiết kế trên cơ sở Độ Tin Cậy và Tuổi Thọ

CHƯƠNG I MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ TIN CẬY

1.1 Khái niệm chính về độ tin cậy:

1.1.1 Khái niệm:

Do tính phức tạp ngày càng tăng của hệ thống kỹ thuật, khái niệm ĐTC đã trở thành một yếu tố vô cùng quan trọng trong thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng, vận hành…, nó phải đảm bảo được tất cả các yêu cầu về tính năng kỹ thuật cũng như kinh tế, đặc biệt phải đảm bảo an toàn tin cậy trong điều kiện đặt ra trước Định nghĩa về ĐTC được viết như sau:

“ Độ tin cậy là khả năng hoạt động của thiết bị, thực hiện chức năng của nó, trong khoảng thời gian nhất định dưới những điều kiện làm việc đặt ra trước ”

Vì vậy ĐTC được coi như là phép đo thời gian hoạt động thành công của thiết

bị ĐTC bao gồm quá trình hình thành, hoạt động, từ thiết kế, chế tạo sản xuất, vận tải, lắp đặt và bảo dưỡng, bảo hành đến thay thế, sửa chữa ĐTC là ngành khoa học ứng dụng tổ hợp nhiều ngành khoa học, toán, vật lí, cơ học kỹ thuật sản xuất ĐTC cũng còn là một công cụ quan trọng để phát hiện những nguyên nhân gây hỏng và

đề ra được những biện pháp khắc phục

1.1.2 Ý nghĩa:

Trong quá trình phát triển kỹ thuật, người ta chứng kiến biết bao nhiêu sự cố, thí dụ: vào năm 1940, cây cầu Tacoma Narrows đổ sập sau 4 tháng đưa vào sử dụng, do tác động của cơn gió 42m/phút gây ra dao động xoắn

Vào năm 1943, tầu chở dầu Schenectaly bị gãy làm đôi do hỏng mối hàn; vào tháng 1 – 1986 tầu vũ trụ Challenger bị nổ, cùng năm này, lò phản ứng hạt nhân Chernobyl bị rò rỉ phóng xạ Tầm quan trọng của ĐTC cũng được nhận ra ngay trong cuộc sông hàng ngày, từ những sản phẩm trong gia đình như tivi, tủ lạnh đến

xe máy, ô tô, tàu hỏa, máy bay…

Trong nghiên cứu ĐTC, việc phân loại thành chi tiết, cơ cấu, nhóm, cụm chi tiết hay máy, hệ thống tùy thuộc vào quan điểm ứng dụng nhất định Thí dụ: có thể coi

1 xe máy là một hệ thống gồm các thành phần (cơ cấu) động cơ, thân, hộ số ; Nhưng cũng có thể coi một động cơ là một hệ thống gồm: pitton, xilanh, vòng găng, trục khuỷu…

Đối với những sản phẩm tiêu dùng như: quạt điện, ti vi, máy giặt, ĐTC được đánh giá theo các tiêu chí sử dụng cụ thể và thời gian sử dụng cụ thể Vì vậy ĐTC luôn liên quan đến kinh tế, tức là liên quan đến giá cả

Nhà sản xuất và người tiêu dùng cùng chung một mục tiêu là tối ưu hóa sử dụng thiết bị sao cho kinh tế nhất

Trong thực tế, ĐTC bị giảm, không phải lúc nào cũng từ các khâu thành phần phức tạp mà ngay cả từ các khâu thành phần đơn giản Vì vậy ĐTC của hệ thống cần phải được kể đến ảnh hưởng của các khâu thành phần, kể cả khâu đơn giản nhất

1.1.3 Nguyên nhân gây hỏng:

Trong thực tế các nguyên nhân hỏng do cơ học, lý học, hóa học, do đó ĐTC của thành phần hay hệ thống gắn liền với độ bền của nó Hỏng xảy ra tuân theo các quy luật ngẫu nhiên mà nguyên nhân chính là mối quan hệ giữa độ bền và tải trọng tác dụng lên chúng, ở đây tải trọng mang nghĩa rộng, tức là ảnh hưởng của các yếu tố

cơ, lý, hóa, điện

a Hỏng và tốc độ hỏng

Nếu xét khâu thành phần cơ, điện, thì tốc độ hỏng của chúng được chia thành

3 giai đoạn biểu thị ở hình 1.1: giảm, ổn định, tăng Dạng đường cong là một dạng hình chậu Nhìn chung, ở giai đoạn ổn định, tốc độ hỏng nhỏ, khi xuất hiện hỏng ở giai đoạn này hoàn toàn mang tính ngẫu nhiên, đột ngột, thường chỉ ở mức độ nhất định Những tỉ lệ hỏng của một số khâu được trình bày ở bảng 1.1 Khi thiết kế các khâu thành phần cần phải nhận rõ những nguyên nhân hỏng để khắc phục, sửa chữa

xử lý sao cho đảm bảo ĐTC

(/triệu giờ) Bộ phận điện (/triệu giờ) Lần hỏng

Như vậy dải tuổi thọ làm việc là 90.000-25.000 = 65.000km

2 Chia dải TT thành 13 khoảng, ứng mỗi khoảng 5000km

3 Số lần TT xẩy ra nằm trong mỗi khoảng tương ứng bảng sau:

Khoảng tuổi thọ

(km hoạt động) Số lần hỏng được quan sát trong

khoảng thời gian

Khoảng tuổi (km hoạt động)

Số lần hỏng được quan sát trong khoảng thời gian

5 Hình 1.2b biểu thị tỉ lệ phần trăm của TT má phanh

6 Hình 1.2c biểu thị xấp xỉ của TT má phanh, thành một đường cong liên tục

Giá trị trung bình của TT má phanh là:

0,04 0,08 0,12 0,16 0,20

0

0,04 0,08 0,12 0,16 0,20

b Hỏng cơ và cấu trúc:

Nhìn chung các chi tiết máy đều có một thời gian làm việc ổn định nhất định, chi tiết này bị hỏng khi nó không tuân theo điều kiện làm việc ban đầu đặt ra Nguyên nhân chính là do độ lớn và loại tải trọng gây ra, có thể coi chúng gồm 3 loại chính sau: tải trọng tĩnh, động và chu kỳ, ngoài ra còn các tải trọng khác tác động như: rão, chùng, rạn, nứt, gẫy, đứt ăn mòn, mài mòn…

3 Hỏng do rão, chùng

4 Hỏng do bị ăn mòn, dưới tác dụng của hóa học, môi trường

5 Hỏng do mài mòn: dưới tác dụng của chuyển động tương đối lăn, xoay và trượt

6 Hỏng do mất ổn định, mặc dù tải tác động nhỏ

Trong thực tế, chi tiết trải qua nhiều dạng hỏng tổ hợp từ khuyết tật khi chế tạo, đến lắp ráp, vận hành, sửa chữa, môi trường, đến các loại tải trọng khác nhau.[1]

1.1.4 Độ tin cậy và hệ số an toàn:

Trong thiết kế các công trình và máy móc, thông thường người ta đưa thêm hệ

số an toàn, thể hiện tỉ số độ bền và khả năng tải; nhưng trong thực tế cả hai thông số này đều phân tán, chúng gồm các phần độc lập và phần giao thoa với nhau, chính vùng này gây ra những sự cố hỏng ngẫu nhiên của cơ cấu, hệ thống

Điều đó chứng tỏ, các phương pháp thiết kế thông thường chỉ dựa vào hệ số an toàn là chưa hợp lí Vì ngay cả khi hệ số an toàn giống nhau vẫn xảy ra ĐTC khác nhau

Để chứng tỏ điều đó, ta thử xét một khớp nối bằng bulông Nếu các kết quả thực nghiệm về độ bền và tải trọng có kết quả như hình 1.3a và 1.b.[4]

Hình 1.3: Kết quả thực nghiệm về độ bền và tải trọng

Những phân phối này biểu diễn gần đúng bằng đường cong nét đứt

Giá trị trung bình, hoặc kì vọng của độ bền (S) và tải trọng (L) là: S 150 KG/mm2 và L= 75 KG/mm2

Theo lý thuyết thiết kế thông thường, hệ số an toàn sẽ là:

Do đó kết luận, bulông sẽ hoàn toàn không bị hỏng khi làm việc

Tuy nhiên nếu biểu diễn hai phân phối S và L trên cùng một hệ tọa độ (hình 1.4) Chúng có một phần giao nhau chính tại đây xẩy ra khả năng tải lớn hơn khả năng độ bền và là nguyên nhân dẫn đến hỏng ngẫu nhiên, tuy hệ số an toàn vốn rất cao.[5]

TÇn suÊt liªn quan

Hình 1.4 Biểu diễn hai phân phối S và L

Trong trường hợp cùng nâng S và L lên một lượng C, ta có hệ số an toàn không đổi, nhưng miền giao nhau nhỏ đi (hình 1.5); chứng tỏ cường độ hỏng ngẫu nhiên cũng nhỏ đi

Trong trường hợp S và L tuân theo các phân phối ngẫu nhiên khác nhau, nhưng Svà Lvẫn giữ nguyên (hình 1.6).[8]

Nh÷ng ph©n bè c¬ b¶n gi¸ trÞ trung b×nh cña L vµ S

a)

Nh÷ng ph©n bè míi gi¸ trÞ t¨ng trung b×nh cña cL vµ cS (c > 1) TÇn suÊt liªn quan

Ta cũng nhận thấy rằng: tuy hệ số an toàn không đổi nhưng vùng giao nhau thay đổi điều đó chứng tỏ cường độ hỏng ngẫu nhiên cũng thay đổi

Như vậy ĐTC của khâu thành phần hay hệ thống là một đặc tính bắt buộc, vốn có Nó cần được quan tâm ở từng giai đoạn: thiết kế, chế tạo, kiểm tra, bảo dưỡng Ở giai đoạn thiết kế liên quan đến: vật liệu, kết cấu, công nghệ, dung sai…cần phải được xác định kĩ lưỡng Trong quá trình chế tạo, phải đảm bảo các bước kiểm tra hợp lý, đúng yêu cầu thiết kế Các kết quả thống kê bảo dưỡng, sửa chữa trong quá trình làm việc của chi tiết phải được thu thập đầy đủ, từ đó có thể nâng cao ĐTC của chi tiết và hệ thống

Ngoài ra yếu tố con người vẫn là quan trọng nhất, để đảm bảo ĐTC của chi tiết, hệ thống đã đặt ra trước

Khoa học ĐTC là một ngành khoa học quan trọng, được đặc biệt chú ý từ những năm 50 ở Mĩ; Bắt đầu từ việc xác định độ tin cậy của hệ điều khiển điện tử trong chiến tranh thế giới lần thứ 2 Theo kết quả thông báo 60% thiết bị chở bằng tầu thủy đến phương Đông và 50% thiết bị dự trữ trong kho, không thực hiện được các chức năng kỹ thuật đề ra Năm 1949 khoảng 70% thiết bị điện tử của công ty Navy không vận hành được, vào khoảng 1950 không quân Mĩ đã thành lập nhóm nghiêu cứu ĐTC và biện pháp nâng cao ĐTC

Khi bàn về thiết kế dựa trên độ tin cậy của máy, kết cấu, nghĩa là thể hiện mối quan hệ quan trọng giữa máy, kết cấu với chính đời sống của con người Trong bảng 1.2, chúng ta nhận thấy ngay nguy cơ hỏng của máy, công trình kết cấu đối với con người Vì vậy mục tiêu không ngừng nâng cao ĐTC và tuổi thọ của máy, công trình luôn là vấn đề thời sự được đặt ra

1 Mặt ngửa có 1 dấu chấm

2 Mặt ngửa có 4 dấu chấm

3 Mặt ngửa có số lẻ dấu chấm (1,3,5)

4 Mặt ngửa có lớn hơn 3 dấu chấm

5 Mặt ngửa có thể 2 dấu chấm hoặc 3 dấu chấm

6 Mặt ngửa có thể bất kỳ 1,2,3,4,5,6 dấu chấm (Sự kiện chắc chắn xảy ra)

1.2.2 Sự kiện loại trừ nhau:

Nếu sự kiện này xuất hiện loại trừ sự kiện khác trong cùng một thí nghiệm, thì các sự kiện đó được gọi là loại trừ nhau

Hai sự kiện loại trừ nhau, không thể cùng tồn tại trong một thí nghiệm, ví dụ như sự kiện sấp hoặc ngửa của một đồng xu khi tung lên, là sự kiện loại trừ nhau

1.2.3 Cơ sở lý thuyết:

Một tập hợp có thể được chọn lựa từ rất nhiều phần tử vì vậy khi chọn lựa một phần tử nào đó, ta phải xét phần tử này có thuộc tập hợp trên không? Nếu một tập hợp không có phần tử nào thì được gọi là một tập rỗng

- Hợp của hai tập hợp

Hợp của hai tập hợp A và B được xác định bởi tất cả các phần tử thuộc A hoặc B hoặc cả hai, được biểu thị như sau:

Kí hiệu: A Bgọi là hợp A và B

Thí dụ : Nếu A là tập hợp các phần tử  1 , 2 , 3

Và B là tập hợp các phần tử  1 , 4 , 3

Kết quả AB1 , 2 , 3 , 4

- Giao của hai tập hợp :

Giao của hai tập hợp A và B, được xác định bởi tất cả các phần tử vừa thuộc

A vừa thuộc B, được biểu thị như sau :

Kí hiệu : ABgọi là giao của A và B

1.2.4 Điểm mẫu và khoảng mẫu :

Một khoảng mẫu xác định một tập hợp bao gồm tất cả kết quả thực nghiệm,

thí dụ : khi tung con xúc xắc thì khoảng mẫu bao gồm các mặt 1, 2, 3, 4, 5, 6

Một phần tử của khoảng mẫu được gọi là điểm mẫu : tập hợp, tập con và sự

Một trong những kết quả GGGG, BGGG, được gọi là điểm mẫu

Khoảng mẫu sẽ gồm 16 điểm mẫu và được biểu diễn bằng đồ thị sau :

GBGG GGBG GGGB

Hình 1.7 Biểu đồ điều khiển mẫu Venn

Bảng 1.3 Ý nghĩa vật lý của điểm mẫu

Sự kiện Ý nghĩa vật lý Điểm mẫu tương ứng với sự kiện

Nlim )

Trong đó : n – số lần xuất hiện sự kiện E

N – tổng số lần thử nghiệm Giá trị n biến thiên từ 0 đến N nên có :

1 ) (

Tương ứng P(E) bằng 0, chứng tỏ rằng, trong tổng thử nghiệm không có sự xuất hiện sự kiện E

Khi P(E) = 1, chứng tỏ rằng sự kiện E xuất hiện là chắc chắn

Khảo sát một thực nghiệm khi tung đồng xu, xác suất thu được mặt ngửa là

có thể, khi đó thu được mặt sấp cũng có thể, xác suất sẽ là 50%

Còn nếu tung con xúc sắc, thì xác suất xuất hiện 1 trong 6 mặt là điều chắc chắn xảy ra, tức là P(E) = 1

Xác suất của sự kiện ngẫu nhiên tuân theo quy luật sau :

a Hợp và giao của hai sự kiện:

Nếu E1 và E2 biểu thị hai sự kiện, hợp của E1, E2 biểu thị như sau :

2

1 E

E  hoặc (E1 + E2) Giao của E1 và E2 là : E1 E2 hoặc E1E2

Nếu tập E1 được tạo ra từ hai tập con rời rạc A1, A2 và E2 được tạo ra từ hai tập con rời rạc A2, A3 tức là tập A2 biểu thị phần chung của tập E1, E2

Trong đó : A1 biểu thị phần riêng của tập E1 ;

A3 biểu thị phần riêng của tập E2Tức là hợp của E1, E2 sẽ là ba tập con A1, A2, A3 và giao của E1, E2 sẽ là một tập con A2

Có : P(E1E2) = P(E1) + P(E2) – P(E1E2) (1.4)

P(E1 E2) = diện tích gạch chéo 2 lần ở hình 1.8

Hình 1.8 Hợp và giao hai sự kiện Hình 1.9 Hai sự kiện loại trừ nhau

b Hai sự kiện loại trừ nhau :

Khi hai tập E1 và E2 không có phần chung nào, chúng được gọi là rời rạc hoặc loại trừ nhau, tức là phần giao nhau là một tập rỗng (không có phần tử nào)

(hình 1.9) hay nói cách khác E1 và E2 không đồng thời xảy ra

Khảo sát E1 là sự kiện có mưa và E2 là sự kiện có nắng của một địa phương, trong cùng một thời điểm Hai sự kiện này sẽ loại trừ nhau, đã nắng sẽ không có mưa và ngược lại, giao của chúng là một tập rỗng

c Hai sự kiện bù nhau :

Trong toàn bộ khoảng mẫu, biểu thị sự kiện E và E thì có : P(E) + P(E ) = 1

Khảo sát, nếu E là sự kiện xuất hiện 1 trong 6 mặt của con xúc sắc, thì E là

sự kiện xuất hiện bất kỳ mặt còn lại của con xúc sắc

Ta có : P(E) = 1/6 và P(E) = 5/6

d Xác suất có điều kiện :

Sự xuất hiện sự kiện E2 khi có sự xuất hiện của E1, gọi là xác suất có điều kiện, biểu thị E2/E1 và định nghĩa như sau :

P(E2/E1)=

) (

) (

1

2 1

E P

E E P

Với điều kiện P(E1)>0

e Xác suất của các sự kiện độc lập :

Nếu như sự xuất hiện sự kiện E1 mà không ảnh hưởng đến xác suất xuất hiện

sự kiện E2 thì E1, E2 được gọi là hai sự kiện độc lập

Ta có : P(E1/E2) = ( )

) (

) (

1 1

2 1

E P E

P

E E P

+ P(E1E2E3) Hình 1.10 trình bày các sự kiện gồm các diện tích sau:

= P(E1) + P(E2) + P(E3) – [(

) ( 7 4

2

1E E P

A

A  ) + (

) ( 7 5

3

1E E P

A

A  ) + (

) ( 7 6

3

1E E P

A

A  ) - 

) ( 7

3 2

1E E E P

(1.11)

Từ quy luật trên, ta có thể viết quy luật xác suất hợp của n sự kiện như sau:

P(E1E2 E3 E n) = [P(E1) + P(E2) + P(E3) + + P(En)] -

là n số hạng xác suất của từng sự kiện

- [P(E1E2) + P(E1E3) + + P(EiEj)] -

là xác suất của tích 2 sự kiện i j

- [P(E1E2E3) + P(E1E2E4) + + P(EiEjEk)] -

P(E1E2E3 En) = P(E1)P(E2/E1)P(E3/E1E2) P(E1E2 En-1) (1.13)

i B A P

i

i P B B A P

1

) ( ) /

)

)()/()()/

(A B P B P B A P A

) (

) ( ) / ( ) /

(

A P

B P B A P A

B

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

- Trong phần đầu chương I :

+ Trình bày tổng quan về nguyên nhân chính có tác động ảnh hưởng lớn đến ĐTC, TT của chi tiết máy, máy, hệ thống

+ Đưa ra được những hiện tượng, rủi ro, hệ lụy trong cuộc sống của con người khi chưa làm chủ được ĐTC

+ Tóm tắt cơ bản những khái niệm sử dụng trong nghiên cứu ĐTC – TT

- Trong phần hai chương I:

+ Trình bày cơ sở lý thuyết cơ bản ứng dụng trong nghiên cứu ĐTC – TT chi tiết máy, máy, hệ thống

+ Đặc biệt nội dung đã đưa ra những kết quả lý thuyết toán và những ứng dụng trong kỹ thuật, nhằm chỉ rõ các khái niệm mới ứng dụng trong các chương tiếp theo

CHƯƠNG II : MỘT SỐ CƠ CẤU TRONG CHẾ TẠO MÁY

2.1 Cơ cấu cam :

2.1.1 Khái niệm :

Cơ cấu cam là thiết bị cơ khí biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng (bằng cách sử dụng bề mặt hoặc một đường rãnh của bộ phận, được gọi là cam, để điều khiển sự chuyển động của bộ phận thứ hai, được gọi là con đội)

Thời gian và kiểu chuyển động của con đội là cơ sở để thiết kế cam Chu trình chuyển động của con đội ứng với một vòng quay 3600 của cam và được gọi là chu trình chuyển vị

Trong các thiết bị cơ khí, cơ cấu Cam thường được dùng để đóng mở các van hoặc điều chỉnh chuyển vị của piston

Hình 2.1 Cơ cấu cam điển hình

Hình 2.2 Cơ cấu phân phối khí 2.1.2 Các loại cơ cấu Cam thông dụng :

- Cam mặt : có dạng đĩa phẳng, hình dạng đường chu vi của cam điều khiển

sự chuyển động của con đội

- Cam rãnh : là đĩa phẳng được tạo rãnh, hình dạng rãnh điều khiển sự

chuyển động của con đội

- Cam hình trụ : có dạng mặt trụ với rãnh cắt trên mặt trụ để điều khiển sự

chuyển động của con đội

Hình 2.3 Một số cơ cấu Cam thông dụng

2.1.3 Phân loại con đội :

Hình 2.4 Phân loại con đội theo hình dạng

- Phân loại con đội theo vị trí so với Cam :

Hình 2.5 Phân loại con đội theo vị trí so với Cam

2.1.4 Biểu đồ chuyển vị :

- Chuyển vị là sự di chuyển của con đội trong một vòng quay 3600 (một chu kỳ) của cam Biểu đồ chuyển vị là bản vẽ đồ thị chuyển vị của con đội trên cam Con đội có thể chuyển động theo các kỳ sau :

Kỳ lên – con đội chuyển động lên

Kỳ xuống – con đội chuyển động xuống

Kỳ dừng – con đội không thay đổi vị trí

Hình 2.6 Biểu đồ chuyển vị

- Chiều cao (tung độ) thể hiện sự chuyển vị của con đội Chiều ngang (hoành

độ) thể hiện một chu kỳ cam, được chia thành những khoảng tăng dần từ 00

- Vẽ vòng tròn cơ sở, trục, may-ơ, rãnh chốt, hướng quay của cam

- Chia vòng tròn cơ sở thành các phần ứng với biểu đồ chuyển vị

- Vẽ con đội, từ đó xác định đường tròn gốc

- Vẽ đường tâm lăn dựa vào đường tròn gốc và khoảng chuyển vị, sau đó vẽ các bánh lăn

- Vẽ profile cam tiếp xúc với các đường tròn bánh lăn

- Lập bảng đồ chuyển vị của con đội tương ứng với các góc quay của cam

Hình 2.7 Profile cam con đội thẳng trục

b.Vẽ profile cam con đội lệch trục:

- Vẽ biểu đồ chuyển vị

- Vẽ vòng tròn gốc, con đội, đường tròn lệch tâm, trục, may-ơ, chốt, hướng quay của cam

- Chia vòng tròn lệch tâm thành các phần ứng với biểu đồ chuyển vị

- Tại điểm chia, vẽ các tiếp tuyến với đường tròn lệch tâm

- Vẽ đường tâm lăn dựa vào đường tròn gốc và khoảng chuyển vị, sau đó vẽ các bánh lăn

- Vẽ profile cam tiếp xúc với các đường tròn bánh lăn

- Lập bảng đồ chuyển vị của con đội tương ứng với các góc quay của cam

Hình 2.8 Profile cam con đội lệch trục

2.2 Cơ cấu bánh răng:

2.2.1 Khái niệm:

Bánh răng là một chi tiết cơ khí thường dùng để truyền lực và truyền chuyển động giữa các bộ phận trong một cơ cấu máy Bánh răng có độ bền cao và có thể truyền lực đạt hiệu quả tới 98%

Cơ cấu truyền động bánh răng thông thường bao gồm từ hai bánh răng trở lên, thường dùng trong các trường hợp:

1 Tăng tốc

2 Giảm tốc

3 Thay đổi hướng chuyển động

Loại bánh răng thông dụng nhất và đơn giản nhất là bánh răng trụ răng thẳng

Hình 2.9 Một số loại bánh răng phổ biến

2.2.3 Phân loại trục truyền động:

a Trục truyền động song song:

- Các trục truyền động được bố trí song song nhau khi cần thay đổi tốc độ và chiều quay của các trục

- Các loại bánh răng thường được sử dụng cho kiểu truyền động này là: + Bánh răng trụ thẳng

+ Bánh răng trụ nghiêng

+ Bánh răng xương cá

Bánh răng trụ thẳng:

- Bánh răng trụ thẳng có bộ răng song song với trục

- Do tương đối đơn giản khi thiết kế và lắp đặt nên nó là một trong những chi tiết phổ biến nhất trong các thiết kế cơ khí Tuy nhiên, bánh răng trụ thẳng có khả năng chịu lực thấp và gây ra nhiều tiếng ồn hơn các loại bánh răng khác

- Có 2 loại bánh răng trụ thẳng là răng ngoài và răng trong

Hình 2.10 Bánh răng trụ thẳng

Bánh răng trụ nghiêng:

- Bánh răng trụ nghiêng có răng nghiêng góc so với trục, tạo ra sự tiếp xúc đồng thời của nhiều răng khi truyền động, khiến nó có khả năng chịu lực cao hơn và vận hành êm hơn

- Góc giữa răng và trục gọi là góc nghiêng của răng

Hình 2.11 Bánh răng trụ răng nghiêng

Bánh răng xương cá:

- Bánh răng xương cá hay còn gọi là bánh răng ăn khớp chữ V, đây là bánh răng trụ nghiêng có răng nghiêng theo hai hướng

Hình 2.12 Bánh răng xương cá

b Các trục truyền động giao nhau:

- Bộ truyền động có trục giao nhau được dùng để thay đổi hướng của trục quay với góc bất kỳ, nhưng thường thấy là 900

- Trong bộ truyền động này, còn thường sử dụng bánh răng côn

Bánh răng côn:

- Bánh răng côn thường có hai dạng là răng thẳng và răng xoắn

- Các răng của bánh răng côn răng thẳng được đặt dọc theo đường sinh của mặt côn

- Khi hai bánh răng côn ăn khớp, các đỉnh côn trùng nhau

- Hai bánh răng côn ăn khớp có trục vuông góc và có cùng kích thước gọi là các bánh răng côn đỉnh vuông

Hình 2.13 Bánh răng côn

c Các trục truyền động chéo nhau:

- Trường hợp này, các trục bánh răng thường vuông góc nhau

- Trong bộ truyền động này, ta thường sử dụng bánh răng trụ nghiêng, bánh vít và trục vít, thanh răng,…

Bánh răng trụ nghiêng:

- Cặp bánh răng trụ nghiêng gồm bánh răng lớn và bánh răng nhỏ ăn khớp và

có trục vuông góc với nhau

- Dạng bánh răng này sử dụng để thay đổi hướng trục quay trong trường hợp truyền lực nhỏ

Hình 2.14 Bánh răng trụ nghiêng

Bánh vít và trục vít:

Bánh vít là bánh răng nghiêng, trục vít có ren hình thang nằm trên trục Khi bánh răng không hoạt động, trục vít lập tức dừng chuyển động, vì vậy chúng thường được sử dụng khi cần giảm tốc nhanh

Hình 2.15 Bánh vít và trục vít

Bánh vít hypoid:

Bánh vít hypoid là bánh răng có răng nghiêng 900

với trục, dùng để đổi hướng chuyển động Bánh vít này được dùng khi truyền lực lớn, vận hành êm

Hình 2.16 Bánh vít hypoid

Thanh răng và bánh răng:

Thanh răng và bánh răng gồm bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp với thanh răng thẳng Thanh răng và bánh răng được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng

Hình 2.17 Thanh răng và bánh răng