TRUYEN DONG CO KHI VU THI HANH 2014 1 (1)

giáo trình bộ môn truyền động cơ khí , được trình bày rõ ràng, dễ hiểu, ngắn gọn nhưng khá chi tiết cụ thể. dùng cho các trường đại học khối khoa học kĩ thuật, đại học bách khoa. Tài liệu được sử dụng, lưu hành cho sinh viên đại học bách khoa ( BKĐN).

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 1

TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ

1 Tên học phần: Truyền động cơ khí;

Tên tiếng Anh: Mechanical Power Transmission

2 Mã học phần: Số tín chỉ: 03

3 Khoa/Bộ môn phụ trách học phần: Khoa Sư phạm Kỹ thuật

4 Trình độ: Cho sinh viên năm thứ 3

5 Điều kiện của học phần:

− Các học phần tiên quyết: Không có

− Các học phần học trước: Cơ học lý thuyết, Sức bền vật liệu

− Các học phần song hành: Công nghệ kim loại, Vật liệu học

− Các yêu cầu khác đối với học phần: Không có

6 Phân bổ thời gian đối với các hoạt động:

− Lý thuyết: 41 tiết + Bài tập: 04 tiết

− Thực hành, thí nghiệm: + Thảo luận: 00

− Tự học, tự nghiên cứu: 90 tiết

7 Mục tiêu của học phần

7.1 Mục tiêu chung: Cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về cấu trúc, về phương

pháp phân tích động học và lực học cơ cấu Trang bị cho sinh các kiến thức cơ bản về tính toán thiết kế các chi tiết máy, bộ phận máy trong hệ dẫn động cơ khí làm cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện một máy

7.2 Mục tiêu cụ thể: Mục tiêu của học phần là trang bị cho người học:

Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về cấu trúc, về phương pháp phân

tích động học và lực học cơ cấu Trang bị cho sinh các kiến thức cơ bản về tính toán thiết kế các bộ truyền cơ khí, cũng như các chi tiết máy đỡ nối làm cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện một máy

Kỹ năng: Biết phân tích cấu trúc cơ cấu, phân tích nguyên lý làm việc, phân tích động

học và lực học cơ cấu Có khả năng tính toán thiết kế các bộ truyền cơ khí, các chi tiết máy

đỡ nối , trên cơ sở đó có thể thiết kế hoàn chỉnh một thiết bị cơ khí

Thái độ: Học cách độc lập vận dụng kiến thức vào việc thiết kế máy và cơ cấu

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 2

7.3 Kết quả đầu ra (Chuẩn đầu ra):

Sau khi học học phần, sinh viên có khả năng:

− Hiểu biết đầy đủ về nguyên tắc cấu trúc của cơ cấu

− Có khả năng phân tích động học và lực học cơ cấu

− Có khả năng tính toán thiết kế các hệ truyền động cơ khí

8 Tóm tắt nội dung học phần

Cấu trúc cơ cấu - Phân tích động học và lực học cơ cấu - Truyền động bánh răng - Hệ bánh răng - Truyền động trục vít - Truyền động xích - Truyền động đai - Truyền động vít đai ốc - Các chi tiết máy đỡ nối (trục, ổ lăn, nối trục)

Bài tập lớn: Phân tích động học và lực học cơ cấu

9 Nhiệm vụ của sinh viên:

− Dự lớp

− Làm bài tập và bài tập lớn, nộp bài tập lớn

− Kiểm tra giữa học kỳ

− Thi cuối học kỳ

10 Tài liệu học tập:

- Sách, Giáo trình, bài giảng chính:

[1] Đinh Gia Tường, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến, Nguyên lý máy, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1969

[2] Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm, Nguyên lý máy Tập I, Nhà xuất bản Khoa học và

- Tài liệu tham khảo:

[1] Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy, Trịnh Chất, Nxb KH và KT, Hà Nội 1998

[2] Lê Cung, Bài giảng Nguyên lý máy, Bài giảng trường ĐHBK Đà Nẵng 2007

[3] Lê Cung, Cơ sở thiết kế máy Phần 1 & 2, Bài giảng trường ĐHBK Đà Nẵng 2007

4 Bùi Minh Hiển: ĐT: 0905268297

5 Nguyễn Tường Quy: Đ

6 Nguyễn Xuân Hùng: Đ

14 Nội dung chi tiết học phần

Chương 1: Cấu trúc

1.1 Khái niệm và định ngh

1.1.1 Khâu, chi tiết máy

có chuyển động tương đố

Mỗi bộ phận có chuyển đ

này của máy được gọi là m

có thể là một chi tiết máy đ

một số chi tiết máy ghép c

nhau Khâu có thể là mộ

biến dạng, vật rắn biến d

xo ) hoặc có dạng dây dẻ

trong bộ truyền đai ) Môn h

động cơ khí chỉ xét đến khâu và coi khâu

như thành phần cơ bản và

ũ ị Hạnh

ánh giá sinh viên:

ập: trọng số: 0,2 ỳ: trọng số: 0,3 (Hình thức: Tự luận) n: trong số: 0.5 (Hình thức: Tự luận)

ng viên ĐT: 0905124879 - Địa chỉ hộp thư: lecung2005@gmail.com n: ĐT: 0914038888- Địa chỉ hộp thư: nvyen@ac.udn.vn ĐT: 0983198141 - Địa chỉ hộp thư: vuthibhanh@yahoo.com ĐT: 0905268297 - Địa chỉ hộp thư: minhhienbk@gmail.com

ng Quy: ĐT: 0903578614 - Địa chỉ hộp thư: tuongquy2004@vnn.vn

n Xuân Hùng: ĐT: 0913476885- Địa chỉ hộp thư: nxhungcdn@gmail.com

Hình 1 1

Động cơ đốt trong bao gồm nhi

trượt OAB (Hình 1 2) làm nhi

quay của trục khuỷu (1) cơ c

(1), thanh truyền (2), pittông (3) và xi lanh (4) g

máy Trong hệ quy chiếu gắ

khâu có chuyển động riêng biệ

khâu (2) chuyển động song ph

khâu (4) cố định

2 Chi tiết máy: Mỗi chi tiế

không thể tháo rời nhỏ hơ

khuỷu là một chi tiết máy đ

tiết máy như thân, bạc lót, đ

lại với nhau

1.1.2 Nối động, thành ph

Bậc tự do tương đối giữa hai khâu

Số bậc tự do tương đối giữa hai khâu là s

chuyển động độc lập tương đ

khâu kia (tức là số khả năng chuy

khâu này trong một hệ quy chi

kia) Bậc tự do còn là số thông s

xác định vị trí của cơ cấu

Khi để rời hai khâu trong không gian, gi

có 6 bậc tự do tương đối Theo

độ vuông góc Oxyz gắn liền v

6 khả năng chuyển động: TX,T

QX,QY,QZ (chuyển động quay xung quanh các tr

độc lập với nhau Mỗi khả nă

khác, hai khâu để rời trong không gian có 6 b

ơ cấu tay quay con trượt OAB (hình 1.2) có 4 khâu: Tr

n (2), pittông (3) và xi lanh (4) gắn liền với vỏ

ắn liền với khâu (4) (vỏ máy), mỗi ệt: Khâu (1) quay xung quanh tâm O,

ng song phẳng, khâu (3) chuyển động tịnh tiến,

ết máy là một bộ phận hoàn chỉnh, hơn được nữa của máy Ví dụ: Trục

t máy độc lập Thanh truyền gồm nhiều chi

c lót, đầu to, bu lông, đai ốc ghép cứng

ng, thành phần khớp động, khớp động

a hai khâu

a hai khâu là số khả năng ương đối của khâu này đối với ăng chuyển động độc lập của quy chiếu gắn liền với khâu thông số độc lập cần thiết để

i hai khâu trong không gian, giữa chúng sẽ

Theo Hình 1 5, trong hệ tọa

n với khâu (1), khâu (2) có ,TY,TZ (chuyển động tịnh tiến dọc theo các tr

ng quay xung quanh các trục Ox, Oy, Oz) Sáu khả nănăng chuyển động như vậy được gọi là một b

i trong không gian có 6 bậc tự do tương đối với nhau

4

n đổi năng lượng của

c khuỷu (máy năng

u chính trong máy là cơ cấu tay quay-con

a pistông (3) thành chuyển động OAB (hình 1.2) có 4 khâu: Trục khuỷu

c theo các trục Ox, Oy, Oz) và

năng này hoàn toàn

t bậc tự do Nói cách

Hình 1 2

Hình 1 3

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

- Số bậc tự do tương đối gi

cũng chính là số thông số

cần cho trước để xác định hoàn toàn v

trí của khâu này trong m

chiếu gắn liền với khâu kia (hình 1.5)

Để tạo thành cơ cấu, người ta ph

phép nối động Nối động hai khâu là b

trong suốt quá trình chuyển độ

giữa chúng Chỗ trên mỗi khâu ti

tương đối giữa hai khâu, khi đ

khi đó hai khâu để rời hoàn toàn trong không gian (liên k

, zO2 của gốc O2 của hệ quy chiếu

ương α, β, γ xác định phương chiều của vectơ đơ

trong hệ R

p động và lược đồ khớp

p động, khớp động:

i ta phải tập hợp các khâu lại với nhau bằng cách th

ng hai khâu là bắt chúng tiếp xúc với nhau theo một quy cách nhộng Nối động hai khâu làm hạn chế bớt số b

i khâu tiếp xúc với khâu được nối động với nó g

p hai thành phần khớp động của hai khâu trong một phép n

ương đối bị hạn chế đi khi nối động (còn gọi là s

ng thành các loại: khớp loại 1, loại 2, loại 3, loại 4, loương đối Không có khớp loại 6, vì khớp này h

a hai khâu, khi đó hai khâu là ghép cứng với nhau Không có kh

i hoàn toàn trong không gian (liên kết giữa hai khâu lúc này

i nhau Không có khớp loại 0, vì

a hai khâu lúc này được gọi là

Hình 1 5

Ví dụ, Hình 1 6 thanh truyền (2) trong

nối với tay quay (1) và với pittông (3) b

thành phần khớp động trên thanh truy

đường trục song song với nhau Kích th

Hình 1 7ũ ị Hạnh

p xúc của hai khâu khi nối động, ta phân khớp động thành các lo

u thành phần khớp động là các điểm hay các đường

c đường)

u thành phần khớp động là các mặt (hai khâu tiếp xúc nhau theo

ng của khâu và lược đồ khâu

a khâu là các thông số xác định vị trí tương

p động trên khâu

n (2) trong động cơ đốt trong được

i pittông (3) bằng các khớp quay, các

ng trên thanh truyền là các mặt trụ trong có

i nhau Kích thước động của thanh

truyền là khoảng cách li giữa hai đường trục của các khớp quay

u diễn bằng các lược đồ gọi là lược đồ động củ

ng của nó và lược đồ các khớp động nối nó với các khâu khác

ng và cơ cấu

p các khâu được nối với nhau bằng các khớp động trong m

ng, ta phân chuỗi động thành hai loại: chuỗi đ

ộng trong đó các khâu chỉ được nối với một khâu khác

i động trong đó mỗi khâu được nối ít nhất với hai

o thành các chu vi khép kín, mỗi khâu tham gia ít nhất hai khớp đ

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

Dựa trên tính chất chuyển độ

Chuỗi động không gian là chu

song song với nhau

Chuỗi động phẳng là chu

động có tất cả các khâu

chuyển động trên những m

phẳng song song với nhau

Chuỗi động trên Error!

Reference source not found.

có 4 khâu nối nhau bằng 3 kh

quay có đường trục song song v

đó cả 4 khâu có mặt phẳng chuy

động nối động với 2 khâu khác, nên chu

Chuỗi động trên Error! Reference source not found.

quay có đường trục vuông góc v

các mặt phẳng không song song v

một khâu khác nên đây là mộ

Cơ cấu

Cơ cấu là một chuỗi động, trong

là cố định), các khâu còn lại có chuy

khâu động) Tương tự như chu

biệt cơ cấu phẳng và cơ cấu không gian

- Ví dụ, chọn khâu 4 trong chu

Error! Reference source not found.

trong chuỗi động phẳ

source not found làm giá, ta

phẳng

- Chọn khâu 4 trong chu

Error! Reference source not found.

có cơ cấu không gian

ũ ị Hạnh

ộng, ta phân biệt chuỗi động không gian và chu

là chuỗi động có các khâu chuyển động trên các m

là chuỗi các khâu

ng mặt

Error!

Reference source not found

ng 3 khớp quay và 1 khớp tr

c song song với nhau và vuông góc với phương trượt c

chuyển động song song với nhau Hơn nữa mỗ

i 2 khâu khác, nên chuỗi động nói trên là một chuỗ

Error! Reference source not found gồm 4 khâu, nối nhau b

c vuông góc với nhau từng đôi một, do đó các khâu chuy

ng không song song với nhau Mặc khác, khâu 3 và khâu 4 ch

ột chuỗi động không gian hở

ng, trong đó một khâu được chọn làm hệ quy chiếu (g

i có chuyển động xác định trong hệ quy chiếu này (và g

ư chuỗi động, ta cũng phân

u không gian

n khâu 4 trong chuỗi động phẳng kín

Error! Reference source not found., khâu 6

ẳng kín Error! Reference

làm giá, ta được các cơ cấu

n khâu 4 trong chuỗi động không gian

Error! Reference source not found làm giá, ta

ó các khâu chuyển động trong

c khác, khâu 3 và khâu 4 chỉ được nối với

u (gọi là giá, coi giá

u này (và gọi là các

Hình 1 9

Hình 1 10

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

- Error! Reference source not found.

chuyển động quay của khâu 1 thành chuy

- Hình 1.10: cơ cấu 6 khâu ph

động quay của khâu 1 thành chuy

- Hình 1.10: cơ cấu tay máy

chuỗi động hở như cơ c

1.2 Bậc tự do của cơ cấu

1.2.1 Khái niệm về b

Số bậc tự do của cơ cấu là số

để vị trí của toàn bộ cơ cấu hoàn toàn xác

cấu cũng chính là khả năng chuy

1.2.2 Công thức tính b

Bậc tự do thể hiện cho khả năng chuy

loại khớp Xét cơ cấu gồm giá c

khâu động của cơ cấu khi để

ràng buộc do các khớp trong cơ

Xác định W 0 : trường hợp tổng quát, m

đối so với giá, nên nếu cơ cấu có n khâu thì s

Xác định R:

Đối với các cơ cấu mà lược đ

khớp đóng kín, sau khi nối n khâu

Error! Reference source not found.1: cơ cấu tay quay con trư

a khâu 1 thành chuyển động tịnh tiến của khâu 3 và ng

u 6 khâu phẳng sử dụng trong máy sàng lắc, dùng

a khâu 1 thành chuyển động tịnh tiến qua lại của con trư

u tay máy ba bậc tự do, cơ cấu được tạo thành t

ư cơ cấu tay máy

bậc tự do của cơ cấu

thông số vị trí độc lập cần cho 1 trước

u hoàn toàn xác định Số bậc tự do của cơ ăng chuyển động độc lập của cơ cấu đó

c tính bậc tự do của cơ cấu

năng chuyển động của cơ cấu, nó phụ thuộc vào s

m giá cố định và n khâu động Gọi W0 : tổng số

ể rời nhau trong hệ quy chiếu gắn liền với giá R

p trong cơ cấu tạo ra Thì bậc tự do của cơ cấu sẽ bằng:

W W0 –R (1- 1)

ng quát, một khâu để rời trong không gian có 6 b

u có n khâu thì số bậc tự do tương đối sẽ là

W0 6n (1- 2)

c đồ không có một đa giác nào cả, tức là không có kh

i n khâu động lại với nhau và với giá bằng pj kh

do tương đối, nghĩa là tạo ra j ràng buộc, tổng s

R ∑#" $ % !" (1- 3)

& ∑ !" "

hình 1.12

9

u tay quay con trượt dùng để biến

a khâu 3 và ngược lại

i trong không gian có 6 bậc tự do tương

c là không có khớp nào là

ớp loại j, mỗi khớp

ng số các ràng buộc

Hình 1 11

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 10

n = 3, p5 = 3 (ba khớp quay loại 5) ⇒W = 3.6−(3.5) = 3

Đối với các cơ cấu mà lược đồ là một hay một số đa giác đóng kín, hoặc đối với một số cơ cấu có các đặc điểm về hình học, ta phải xét đến các ràng buộc

trùng và ràng buộc thừa trong công thức tính bậc tự do Khi đó:

( )* & (∑ +,+ +& -./0*1& -.203) (1- 4)

Hay W = 6n – (5p5 + 4p4 + 3p3 + 2p2 +1p1) Ngoài ra, trong số các bậc tự do được tính theo công thức (1.2), có thể có những bậc tự do không có ý nghĩa đối với vị trí các khâu động trong cơ cấu, nghĩa là không ảnh hưởng gì đến cấu hình của cơ cấu Các bậc tự do này gọi là bậc tự do thừa và phải loại đi khi tính toán bậc

tự do của cơ cấu Tóm lại, công thức tổng quát để tính bậc tự do:

6 − 45 !"− 6789:;− 67<9=

"

> − 7<9=

• Với cơ cấu phẳng

Một khâu có nhiều nhất 3 bậc tự do so với giá Nên tổng số bậc tự do của n khâu sẽ là

W0 = 3n Trong cơ cấu phẳng thường chỉ dùng ba loại khớp trên nên tổng số các ràng buộc do các khớp trong cơ cấu phẳng tạo ra:

để tính bậc tự do của cơ cấu phẳng như sau:

W = 3n−(2p 5 +p 4 −R trung −R thua )−W thua

1.2.3 Khâu dẫn, khâu bị dẫn, khâu phát động

Khâu dẫn là khâu có thông số vị trí cho trước (hay có quy luật chuyển động cho trước ) Ví

dụ trong cơ cấu 4 khâu bản lề hình 1.12, khâu dẫn là khâu 1 có quy luật chuyển động φ = φ (t) cho trước Khâu dẫn được chọn là khâu nối với giá bằng khớp quay và chỉ cần một thông

Hình 1 12

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

số để xác định vị trí của nó Vì

vị trí của cơ cấu hoàn toàn xác

khâu dẫn

Khâu bị dẫn Ngoài giá và khâu d

Khái niệm khâu dẫn, khâu bị

cấu này, không có khâu nào mà chuy

hay một số khâu khác, chuyển đ

biệt

Khâu phát động Khâu phát đ

máy chuyển động Ví dụ, với đ

Khâu dẫn thường là khâu có v

góc không đổi, ở đây chọn trụ

trùng với khâu dẫn, tuy nhiên thông th

động

1.3 Xếp hạng cơ cấu phẳng

Theo phương pháp phân tích c

nếu một cơ cấu có W bậc tự do thì bao g

và những nhóm có bậc tự do b

khác, các khâu trong một cơ c

Loại thứ nhất là khâu dẫn có qui lu

trước, số khâu loại này bằng s

Loại thứ hai là các khâu bị

nhóm tĩnh định có bậc tự do b

Át-xua

1) Nhóm Átxua – Hạng c

Xét cơ cấu phẳng chỉ chứa toàn nh

Át-xua phải thỏa mãn điều kiệ

Nhóm tĩnh định: Nhóm tĩnh

nhóm nhỏ hơn có bậc tự do b

ũ ị Hạnh

Vì số bậc tự do của cơ cấu là số thông số vị trí c

u hoàn toàn xác định, do đó cơ cấu có bao nhiêu bậc tự do s

Ngoài giá và khâu dẫn ra, các khâu còn lại đợc gọi là khâu bị

dẫn không có ý nghĩa đối với các cơ cấu rôb

ng có khâu nào mà chuyển động hoàn toàn phụ thuộc vào chuy

n động của mỗi khâu được điều khiển bằng m

Khâu phát động là khâu được nối trực tiếp với nguồn nă

i động cơ đốt trong hình 1.1, khâu phát động là pittông

ng là khâu có vận tốc góc không đổi hay theo yêu cầu làm vi

ục khuỷu làm khâu dẫn Khâu phát động có th

n, tuy nhiên thông thường người ta chọn khâu dẫn trùng v

ng

ng pháp phân tích cấu tạo cơ cấu của Át-xua:

do thì bao gồm W khâu dẫn

do bằng không Nói cách

ơ cấu được chia làm 2 loại:

n có qui luật chuyển động biết

ng số bậc tự do của cơ cấu

do bằng 0 Xét cơ cấu bốn khâu bản lề ABCD (hình 1

u rôbốt Trong các cơ

c vào chuyển động của một

Hình 1 13

Hình 1 14

nhóm Atxua hạng II như sau

phải là một nhóm tĩnh định vì b

Nhóm Atxua có hạng cao hơn II

đa giác thì hạng của nhóm Atxua

giác thì hạng của nhóm lấy bằ

vì khi cho trước vị trí của các khớp chờ thì vị

nguyên nên các nhóm được phân loại như sau = 2 → p5 = 3 nhóm 2 khâu 3 khớp

= 4 → p5 = 6 nhóm 4 khâu 6 khớp

= 6 → p5 = 9 nhóm 6 khâu 9 khớp

có hai khâu và ba khớp được gọi là nhóm Atxua hạ

ư sau (Hình.1-15) Nhóm gồm có hai khâu và ba kh

nh vì bậc tự do của nhóm bằng 1

Hình 1 15

ơn II: Nếu các khớp trong của một nhóm tĩnh

a nhóm Atxua được lấy bằng số đỉnh của đa giác, nếu t

ằng số đỉnh của đa giác nhiều đỉnh nhất Ví dtách thành khâu dẫn 1 nối giá bằng khớp và một nhóm tĩnh đ

p B, E, G Các khớp trong là khớp C, D, E Nhóm này có mỉnh nên là nhóm hạng III

12

ị trí của khớp trong

ư sau

ạng II Có năm loại

m có hai khâu và ba khớp trượt không

ĩnh định tạo thành một

u tạo thành nhiều đa

Ví dụ cơ cấu trên hình định BCDEG (hình Nhóm này có một đa

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

Nhóm 4 khâu 6 khớp gọi là nhóm lo

+ Nhóm Atxua có hạng cao hơ

một đa giác thì hạng của nhóm Atxua

đa giác thì hạng của nhóm lấy

hình 1.31 có thể tách thành khâu d

(hình 1.32) Các khớp chờ là kh

một đa giác khép kín là CDF có ba

2) Hạng của cơ cấu

Cơ cấu hạng I là cơ cấu có m

nối với giá bằng khớp quay, ví d

roto máy điện

Cơ cấu có số khâu động lớn hơ

coi là tổ hợp của một hay nhi

hạng I với một số nhóm Atxua N

nhóm Atxua thì hạng của cơ c

hạng của cơ cấu lấy bằng hạng c

1.17 là cơ cấu hạng III

Việc xếp hạng cơ cấu có ý ngh

học và lực học của cơ cấu

Chương 2: Phân tích

2.1 Bài toán phân tích động h

Phân tích động học cơ cấu là nghiên c

quy luật chuyển động của khâu d

của khâu dẫn, cần phải:

- Xác định vị trí của các khâu và qu

chuyển động Đây là b

ũ ị Hạnh

i là nhóm loại 3 (H.1-16)

ng cao hơn II: Nếu các khớp trong của một nhóm t

a nhóm Atxua được lấy bằng số đỉnh của đa giác, n

y bằng số đỉnh của đa giác nhiều đỉnh nhất

tách thành khâu dẫn 1 nối giá bằng khớp và một nhóm t

ơ cấu là hạng của nhóm Nếu cơ cấu có nhiề

ng của nhóm Atxua có hạng cao nhất Ví d

u có ý nghĩa thiết thực trong việc nghiên cứu các mộ

Phân tích động học và lực học cơ cấ

tiết)

ng học cơ cấu phẳng

u là nghiên cứu chuyển động của cơ cấu khi cho tr

a khâu dẫn Cụ thể: cho trước lược đồ cơ cấu, quy lu

a các khâu và quỹ đạo của các điểm trên khâu trong quá trình c

bài toán vị trí và quỹ đạo

u khi cho trước cơ cấu và

u, quy luật chuyển động

m trên khâu trong quá trình cơ cấu

Hình 1 16

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 14

- Xác định vận tốc của các điểm trên khâu và vận tốc góc các khâu tại từng vị trí và quy luật vận tốc các điểm trên khâu, vận tốc gĩc các khâu khi cơ cấu chuyển động

Đây là bài toán vận tốc

- Xác định gia tốc của các điểm trên khâu, gia tốc góc các khâu tại từng vị trí và quy luật gia tốc các điểm trên khâu, gia tốc giữa các khâu khi cơ cấu chuyển động Đây là

bài toán gia tốc

Khi nghiên cứu động học cơ cấu ta không để ý đến nguyên nhân của chuyển động và thường giả thiết khâu dẫn chuyển động đều

2.1.1 Nội dung bài toán phân tích động học cơ cấu phẳng

Nội dung bài toán phân tích động học cơ cấu:

Số liệu cho trước: Lược đồ động của cơ cấu Khâu dẫn và quy luật chuyển động của khâu dẫn Yêu cầu: Xác định quy luật chuyển động của cơ cấu

Có nhiều phương pháp khác nhau để giải bài toán phân tích động học cơ cấu Chương này chủ yếu giới thiệu phương pháp họa đồ (phương pháp vẽ - dựng hình) Hình vẽ biểu diễn vị trí tương đối giữa các khâu ứng với các vị trí khác nhau của khâu dẫn AB được gọi là hoạ đồ

chuyển vị của cơ cấu Hình vẽ biểu diễn vị trí tương đối giữa các khâu ứng với một vị trí xác

định của khâu dẫn AB được gọi là hoạ đồ cơ cấu

2.1.2 Bài toán vị trí và quỹ đạo

Số liệu cho trước: Lược đồ động của cơ cấu, khâu dẫn

Yêu cầu: Xác định quy luật chuyển vị của các khâu bị dẫn theo góc quay (góc vị trí)ϕ của khâu dẫn:

- Quy luật chuyển vị s = s(φ) nếu khâu bị dẫn tịnh tiến

- Quy luật chuyển vị ψ = ψ(φ) nếu khâu bị dẫn quay xung quanh một điểm cố định

- Quỹ đạo của một điểm bất kỳ trên cơ cấu

Ví dụ: Cho trước lược đồ động của cơ cấu tay quay- con trượt (hình 2.1) Khâu dẫn là khâu

AB Yêu cầu: Xác định quy luật chuyển vị s = s(φ)của con trượt C Xác định quỹ đạo của điểm D trên thanh truyền BC

Cách xây dựng đồ thị s = s(φ) :Dựng vòng tròn tâm A, bán kính lAB Chia vòng tròn (A, lAB) thành n phần đều nhau bằng các điểm B1, B2, , Bn

- Vòng tròn (Bi, lBC) cắt phương trượt Ax của con trượt C tại điểm Ci

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

- Chọn vị trí C0 của con trư

Chiều dương để xác định s là chi

- Chọn Ax làm gốc để xác đ

là chiều quay của ω1 Khi đ

= ABCD của khâu dẫn AB

- Với các cặp (ϕi,si) khác nhau, ta d

góc quay φ của khâu dẫn AB (

Xây dựng quỹ đạo của điểm D trên thanh truy

- Khi dựng các vị trí BiCi c

Nối các điểm Di này lại, ta đư

- Đường cong (D), quỹ đạo c

thanh truyền

ũ ị Hạnh

a con trượt C tương ứng với vị trí B0 của điểm B làm g

nh s là chiều ngược chiều Ax

xác định góc quay φ của khâu dẫn AB Chiều dư

Khi đó si = EHHHHHH là chuyển vị của con trượt C ứFEG

i, ta được quỹ đạo (D) của điểm D (Hình 2 1) [D1]

o của một điểm D trên thanh truyền BC được g

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

- Vì cơ cấu chuyển động có chu k

cấu trở về vị trí ban đầu) nên qu

là chu kỳ vị trí hay chu kỳ

dùng tỷ xích μ%:

J% Tương tự như trên, các trục s và

JKLMMMN và JKLO=PMMN

2.1.3 Bài toán vận tố

Số liệu cho trước: Lược đồ độ

Yêu cầu: Xác định vận tốc của t

Ví dụ 1: Cho trước lược đồ đ

tốc góc là ω1 với ω1 = hằng s

vị trí khâu dẫn có vị trí xác định b

Phương pháp giải bài toán v

Vận tốc của một khâu coi như đư

định nếu biết hoặc vận tốc góc

và vận tốc dài của một điểm trên khâu

đó, hoặc vận tốc dài của hai đi

khâu Do vậy với bài toán đã cho, ch

cần xác định vận tốc QR của đi

khâu 2 (hay trên khâu 3)

Hai điểm B và C thuộc cùng m

ộng của cơ cấu Khâu dẫn và quy luật vận tốc c

a tất cả các khâu của cơ cấu tại một vị trí cho trưđộng của cơ cấu bốn khâu bản lề ABCD Khâu d

ng số Yêu cầu: Xác định vận tốc của tất cả các khâu c

Khâu AB quay xung quanh điểm A, nên vận tốc

ủa điểm C so với điểm B:

Do ω2 chưa biết nên giá trị của QRS là một ẩn s

16

ủa khâu dẫn AB, cơ Chu kỳ Φ được gọi chuyển vị của cơ cấu,

Nũng có tỷ xích lần lượt là

c của khâu dẫn trí cho trước

Khâu dẫn AB có vận các khâu của cơ cấu tại

n số của bài toán

Hình 2 2

Hình 2 3

− Qua b vẽ đường thẳng Δ song song với phương của QRS

− Trở về gốc p, vẽ đường thẳng ∆’ và ∆, giao nhau tại điểm C

− Suy ra: !Y biểu diễn QR, vectơ hiY biểu diễn QRS (hình 2.3)

Hình vẽ (2.3) gọi là họa đồ vận tốc của cơ cấu Điểm p gọi là gốc học đồ

Hoạ đồ vận tốc cũng được vẽ với tỷ xích là μj:

Jk tíiℎ nℎưới iủv đxạ hmểz {mễ lmá noị nℎựi qậ nối Q!h LS || }N|

Đo các đoạn pc và bc trên họa đồ vận tốc, ta có thể xác định giá trị của các vận tốc QR và QRS

Chiều của ω3 và ω2 được suy từ chiều của QR và QRS ( hình 2.2)

Vận tốc Q‡ của một điểm E trên khâu 2:

Do hai điểm B và E thuộc cùng một khâu (khâu 2), ta có phương trình vận tốc:

Q‡ QS+ Q‡S (2- 2)

Q‡S là vận tốc tương đối của điểm E so với điểm B: Q‡ST Cˆ và VEB = ω2lBE

Phương trình (2.2) có hai ẩn số là giá trị và phương của Q‡ nên có thể giải bằng phương pháp họa đồ như sau:

Từ p vẽ h‰ biểu diễn Q‡S

Qua b vẽ đường thẳng Δ song song với phương của QRS

Trở về gốc p, vẽ đường thẳng ∆’ và ∆, giao nhau tại điểm C

Suy ra: !‡ biểu diễn Q‡

B, C, E và b, c, e đều đi theo cùng một chiều như nhau: hai tam giác BCE và bce đồng dạng thuận với nhau

Định lý đồng dạng thuận được áp dụng để xác định vận tốc của một điểm bất kỳ trên một khâu khi đã biết vận tốc hai điểm khác nhau thuộc khâu đó

Ví dụ xác định vận tốc của điểm F trên khâu 3 (hình 2.2): [D5]Do ba điểm C, D, F thuộc cùng khâu 3 và mút của các vectơ vận tốc của các điểm C, D lần lượt là c và d ≡

p nên khi vẽ tam giác cdf trên họa đồ vận tốc đồng dạng thuận với tam giác CDF trên

cơ cấu thì !• sẽ biểu diễn vận tốc Q• của điểm F (hình 2.3)[D6]

Dạng họa đồ vận tốc chỉ phụ thuộc vào vị trí cơ cấu (hay chỉ phụ thuộc vào góc vị trí φ1 của khâu dẫn), do đó các tỷ số: j …c

Số liệu cho trước: Lược đồ động của cơ cấu bốn culít (hình 2.4) Khâu dẫn AB có vận tốc

góc là ω1 với ω1 = hằng số Yêu cầu xác định vận tốc của tất cả các khâu của cơ cấu tại vị trí

(thời điểm) khâu dẫn có vị trí xác định bằng góc e%

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

Hai khâu 1 và 2 nối nhau bằng kh

khớp trượt nên ω2 = ω3 Do v

điểm B3 trên khâu 3 Hai điể

nhau nối nhau bằng khớp trượ

QS„ QS

Do QS QS% và khâu 1 quay xung quanh

QS% T AB và VB2 = VB1 = ω1lAB

QS S„ là vận tốc trượt tương đ

QS%S song song với phương trư

của QS S„ là một ẩn số của bài toán

Khâu 3 quay quanh điểm C, do đ

đường thẳng ∆ song song

với phương của QS S„

(tức là song song với BC) Trở

Suy ra: !h„ biểu diễn QS„, h%

2.1.4 Bài toán gia tốc

Cho trước: Lược đồ động của cơ

dẫn Yêu cầu xác định gia tốc c

a cơ cấu Khâu dẫn và quy luật vận tốc, quy lu

c của tất cả các khâu của cơ cấu tại một vị trí cho tr

Hình 2 5

19

Khâu 2 và khâu 3 nối nhau bằng

ưa biết nên giá trị của

i điểm b3

c, quy luật gia tốc của khâu trí cho trước

Hình 2 4

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

Cho trước lược đồ động của cơ

tốc góc ω1 với ω1 = hằng số

tất cả các khâu của cơ cấu tại v

Phương pháp giải bài toán gia t

Giả sử bài toán vận tốc đã gi

Gia tốc của một khâu được xác

nếu biết hoặc gia tốc dài của hai

trên khâu đó, hoặc vận tốc góc, gia t

góc của khâu và gia tốc dài c

điểm trên khâu đó Do vậy, ch

định gia tốc vR của điểm C trên khâu 2

(hay khâu 3)

Phương trình gia tốc của hai đ

và C thuộc cùng một khâu (khâu 2),

Hay vR Khâu 1 quay đều quanh tâm A nên gia t

vRS là gia tốc tương đối của đ

a cơ cấu bốn khâu bản lề ABCD (hình 2.6) Khâu d

ố (gia tốc góc của khâu 1: ε1 = 0) Yêu cầu x

u quanh tâm A nên gia tốc vS của điểm B hướng từ B về A và a

a điểm C so với điểm B

pháp tuyến của gia tốc vRS: vRS: ƒ ŠSR

- Suy ra: ži′ biểu diễn

vR7, RSi′ biểu diễn v

Hình vẽ (2.7) gọi là họa đồ gia t

được vẽ với tỷ xích là J=:

J= tíiℎ

Đo đoạn πc' trên họa đồ gia tố

Cách xác định gia tốc góc của khâu 3 và khâu 2:

Chiều của ε3 và ε2 được suy t

Cách xác định gia tốc v‡ của đ

Do hai điểm B và E thuộc cùng m

v‡ vS +Trong đó: v‡S là gia tốc tương đ

ng ∆' song song với vR7

∆ và ∆' giao nhau tại c’

n vR (hình 2.6) Ri′ biểu diễn

vRS7gia tốc của cơ cấu Điểm π gọi là gốc học đ

lmá noị nℎựi lmv nối nℎưới iủv đxạ hmểz {mễ žh′ LvS || }|

ốc, ta có thể xác định giá trị của gia tốc vR :

suy từ chiều của vR7và vRS7 (hình 2.6)

a điểm E trên khâu 2:

c cùng một khâu (khâu 2), ta có phương trình gia t

@v‡S:@ v‡S7 (2- 7

ương đối của điểm E so với điểm B

n pháp tuyến của gia tốc v‡S:

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 22

v‡S7 œ ŠS‡ và v‡S7⊥ Cˆ Phương trình (2.7) giải bằng phương pháp họa đồ (hình 2.7), hai ẩn số là giá trị và phương của v‡

- Từ b’ vẽ h′ ‡S biểu diễn v‡S:

- Qua nEB vẽ ‡SŒ′ biểu diễn v‡S7

- Suy ra: žŒ′ biểu diễn v‡

Hai điểm C và E thuộc cùng khâu 2, do đó ta có:

v‡ vR@v‡R với v‡R là vận tốc tương đối của điểm E so với điểm C

Mặc khác:

žŒ¤ ži¤@ i¤Œ¤ žŒ′ biểu diễn v‡, ži′ biểu diễn vR Do vậy i′Œ′ biểu diễn v‡R

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

Điều đó có nghĩa là các cạnh b’c’, b’e’, c’e’ c

theo cùng một chiều so với các c

giác BCE và bce đồng dạng thu

Phương pháp giải bài toán gia t

Hai khâu 1 và 2 nối nhau bằng kh

Khâu 2 và khâu 3 nối nhau b

ε3

Bài toán này, chỉ cần tìm vận t

điểm B3 và B2 thuộc hai khâu khác nhau n

trượt, do đó phương trình gia t

vS

Do vS’ vS” và khâu 1 quay

vS” $ vS’ $ ƒ%ŠdS

− vS•S”8 là vận tốc trượt tươ

phương trượt của khớ

− vS•S”Z là gia tốc Côriôlít trong chuy

Phương chiều của vS•S”Z là chi

Mặc khác, điểm B3 thuộc khâu 3, khâu 3 quay quanh

vTrong đó:

− vS•: là thành phần hướ

ũ ị Hạnh

nh b’c’, b’e’, c’e’ của tam giác b’c’e’ đã lần lượt quay

i các cạnh tương ứng CB, EB, EC của tam giác BCE, nên hai tam

ng thuận với nhau

a cơ cấu culít (hình 2.8) [D8]Khâu dẫn hằng số (gia tốc góc của khâu 1: ε1

c của tất cả các khâu của cơ cấu tại vị

nh bằng góc φ1

i bài toán gia tốc

ng khớp quay nên: vS’ vS”

i nhau bằng khớp trượt nên ω2 = ω3 và ε2 =

n tốc vS•của điểm B3 trên khâu 3 Hai

c hai khâu khác nhau nối nhau bằng khớp gia tốc như sau:

S’ vS”@vS•S”Z@ vS•S”8 (2- 8)

và khâu 1 quay đều xung quanh điểm A nên vS” vS’

t tương đối của điểm B3 so với điểm B2: vS

ớp trượt B Giá trị của vS•S”8là một ẩn số của bài toán

c Côriôlít trong chuyển động tương đối của khâu 3 so v

Bằng phương pháp họa đồ giải phương trình (2.10) ẩn số là giá trị của vS•7 và vS•S”8

− Chọn một điểm π làm gốc Từ π vẽ žh′ biểu diễn vS”

− Qua b2’ vẽ h′ t biểu diễn vS•S”Z

− Qua k vẽ đường thẳng ∆ song song với vS•S”8tức là song song với phương trượt của con trượt B

− Trở về gốc π, vẽ ž S• biểu diễn vS•:

− Qua nB3 vẽ đường thẳng ∆’ song song với phương trượt của vS•7 tức là vuông góc với CB

− Hai đường ∆ và ∆’ giao nhau tại điểm b3’

− Suy ra žh′„ biểu diễn vS•, th′„ biểu diễn vS•S”8, S•h′„ biểu diễn vS•7

Phương pháp phân tích động học trên đây được gọi là phương pháp họa đồ vectơ, thường được sử dụng rộng rãi cho các cơ cấu phẳng trong đó tất cả khớp động đều là khớp thấp: khớp quay và khớp trượt

2.2 Nghiên cứu động học cơ cấu phẳng toàn khớp thấp

2.2.1 Khái niệm về cơ cấu phẳng toàn khớp thấp

Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp là cơ cấu phẳng trong đó chỉ dùng các khớp quay và khớp trượt với điều kiện các khớp quay trong cơ cấu phải có đường trục song song nhau với nhau, các khớp trượt trong cơ cấu phải có phương trượt nằm trong các mặt phẳng song song với nhau

và vuông góc với đường trục của các khớp quay Điều kiện nói trên được gọi là điều kiện

phẳng của cơ cấu

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

2.2.2 Cơ cấu bốn khâu bả

Các cơ cấu phẳng toàn khớp th

phẳng toàn khớp thấp có 4 khâu

Cơ cấu 4 khâu phẳng toàn kh

gọi là cơ cấu 4 khâu bản lề Các c

cấu bốn khâu phẳng thông dụng đư

[D9] Mỗi cơ cấu 4 khâu phẳng có m

truyền và hai khâu nối với giá g

dụng, có ít nhất một khâu đư

được liên tục quanh giá của nó thì

cấu 4 khâu bản lề là dạng cơ b

khác đều có thể xem là biến th

2.3 Bài toán phân tích lực h

p thấp thông dụng là các cơ cấu có bốn khâu và sáu khâu C

p có 4 khâu được gọi là cơ cấu 4 khâu phẳng gồm có các c

ng toàn khớp quay

Các cơ

ng được cho trên hình 2.9, 2.10, 2.11, 2.12

ng có một khâu cố định là giá, một khâu không n

i giá gọi là các khâu nối giá Trong các cơ cấu 4 khâu phđược nối với giá bằng khớp bản lề Nếu khâu n

a nó thì được gọi là tay quay, nếu không được g

ng cơ bản nhất của cơ cấu 4 khâu phẳng Các cơ c

n thể của cơ cấu 4 khâu bản lề

c học cơ cấu phẳng

ng lên cơ cấu

u tác động của các ngoại lực sau:

Hình 2 10 Cơ cấu tay quay con tr

25

n khâu và sáu khâu Cơ cấu

m có các cơ cấu hạng II

t khâu không nối giá gọi là thanh

u 4 khâu phẳng thông

u khâu nối giá này quay

c gọi là cần lắc Cơ

ng Các cơ cấu 4 khâu phẳng

ấu tay quay con trượt

dụng lên lưỡi cày trong máy cày, tr

chuyển Lực cản kỹ thuật đư

− Trọng lượng các khâu: Nế

cản, ngược lại nếu trọng tâm

Trọng lượng khâu thứ i đư

2) Lực quán tính

Ngoài ngoại lực, trên các khâu chuy

tốc còn có lực quán tính Lực quán tính ký hi

Pqt, còn momen lực quán tính ký hi

Dưới tác động của ngoại lực và l

các khớp động của cơ cấu xu

khớp động Phản lực khớp độ

phần khớp động tác động lên thành ph

được nối với nó trong khớp đ

thứ i tác dụng lên khâu thứ j đư

Trong mỗi khớp động bao giờ

khâu 1 tác động lên khâu 2 m

đối tượng công nghệ tác động lên bộ phận làm vi

ần khắc phục để thực hiện quy trình công ngh dẫn của cơ cấu

ng lên các dụng cụ trong các máy cắt gọt kim loại, l

i cày trong máy cày, trọng lượng các vật cần di chuyể

t được ký hiệu là PC hay MC

ếu trọng tâm các khâu đi lên thì trọng lượng có tác d

ng tâm đi xuống thì trọng lượng có tác dụng nhưđược ký hiệu là Gi.

c, trên các khâu chuyển động có gia

c quán tính ký hiệu là

c quán tính ký hiệu là Mqt

c và lực quán tính, trong

u xuất hiện các phản lực ộng là lực từ mỗi thành

Thành phần không sinh công trong chuyển động tươ

ng Áp lực khớp động vuông góc với phương chuy

ng từ khâu thứ i tác dụng lên khâu thứ j được ký hi

ần sinh công âm trong chuyển động tương đốương chuyển động tương đối (hoặc xu hướng chuyể

26

u thông qua một hệ truyền

n làm việc của máy

n quy trình công nghệ của máy, lực này

i, lực cản của đất tác

ển trong máy nâng

ng có tác dụng như lực

ng như lực phát động

c đối với nhau: Nếu

ng lên khâu 1 một lực 621 với

ng tương đối giữa các ương chuyển động tương

c ký hiệu là ¹G¸

ối Lực ma sát song

ển động tương đối)

Hình 2 12

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 27

Lực ma sát từ khâu thứ i tác dụng lên khâu thứ j được ký hiệu là ºG¸ Lực ma sát trong khớp động là một lực cản có hại, công của lực ma sát làm nóng và làm mòn các thành

phần khớp

2.3.2 Nội dung và giả thiết của bài toán phân tích lực trên cơ cấu

Số liệu cho trước:

− Lược đồ động của cơ cấu, khâu dẫn và vận tốc góc ω1 của khâu dẫn

− Các ngoại lực tác động lên các khâu

− Các thông số quán tính gồm: Khối lượng mi và vị trí trọng tâm Si của mỗi khâu Momen quán tính JSi đối với trọng tâm của các khâu chuyển động quay

Giả thiết

Khi phân tích lực trên khâu dẫn, giả thiết khâu dẫn quay đều, vận tốc góc bằng hằng số Do các khớp động thường được bôi trơn đầy đủ nên giá trị lực ma sát trong khớp động thường khá nhỏ so với giá trị áp lực khớp động tương ứng, do vậy khi giải bài toán phân tích lực người ta thường bỏ qua lực ma sát, nghĩa là đồng nhất áp lực khớp động với phản lực khớp động

Đối với cơ cấu phẳng, để bài toán phân tích lực được đơn giản, ta giả thiết các lực tác dụng lên cơ cấu nằm trong cùng một mặt phẳng song song với mặt phẳng chuyển động của cơ cấu Phân tích lực cơ cấu bao gồm:

− Phân tích lực trên khâu bị dẫn, xác định áp lực tại các khớp động trong các nhóm tĩnh định của cơ cấu

− Phân tích lực khâu dẫn, xác định lực hay momen lực cần phải đặt trên khâu dẫn bảo đảm cho khâu dẫn có vận tốc bằng hằng số Lực và momen lực được ký hiệu là

»ih và momen cân bằng ký hiệu là ¼ih Ngoài ra, còn phải xác định áp lực tại khớp

động nối khâu dẫn với giá

− Chương này trình bày bài toán phân tích lực trên cơ cấu phẳng bằng phương pháp

họa đồ vectơ

viết các phương trình cân bằng l

Đălămbe, nếu ngoài các ngoại l

thêm vào đó các lực quán tính và momen l

ngoại lực thì sẽ được một hệ l

của tĩnh học cho khâu và giải đ

2) Điều kiện tĩnh định của bài toán phân tích áp l

Khi viết phương trình cân bằng l

trình tự giải bài toán phân tích áp lực khớp

c đối với cơ cấu Để làm xuất hiện các lực này trong công th

i hình dung tách các khớp động ra Tại mỗi thành phần kh

u 4 khâu bản lề

), khi hình dung tách các khớp đặt tại các thành phần khớp động B, C, D các ph

; ¹ %; ¹% (hình 2.14)

ng, các khâu nói chung có gia tốc, hệ lực gồm ngoạ

p của nó không phải là một hệ lực cân bằng Như

ng lực để giải tìm áp lực khớp động Tuy nhiên, theo nguyên lý

i lực và các áp lực tại các thành phần khớp đ

c quán tính và momen lực quán tính của khâu và coi chúng nh

lực cân bằng Khi đó có thể viết các phương tr

i để xác định các áp lực khớp động

a bài toán phân tích áp lực khớp động

ng lực của tĩnh học, nếu chúng ta viết cho từng khâu m

c có thể nhỏ hơn số ẩn cần tìm Ví dụ với khâu 3 trong cthì số ẩn số là 4 (phương và giá trị của các l

ằng 3 (2 phương trình hình chiếu và 1 phương tr

p động trên khâu, nếu

a khâu và coi chúng như là những

ương trình cân bằng lực

ng khâu một, thì số

i khâu 3 trong cơ cấu 4

a các lực: ¹½„; ¹„;), số ương trình momen)

− Đối với cơ cấu phẳng, ta thư

khớp cao loại 4 như khớp bánh r

− Đối với khớp quay (hình 2.15

tâm quay O của khớp, do đ

trong khớp quay, cần xác đ

− Đối với khớp trượt (hình 2.15

phương trượt xx, do đó áp l

Để xác định áp lựcN trong kh

điểm đặt của ¹ Như vậy,

với hai ẩn số của bài toán

− Đối với khớp cao phẳng (hình

m n khâu bị dẫn kề nhau, trong đó có p5 khớp loại 5 và p

ng, ta thường gặp các khớp thấp loại 5 là khớp quay, kh

p bánh răng phẳng, khớp cam phẳng

2.15a), do áp suất giữa các thành phần khớp quay

p, do đó áp lựcN cũng đi qua tâm quay O Để xác

n xác định giá trị của ¹ và góc α xác định phương c2.15b), do áp suất giữa các thành phần khớp đ

đó áp lực ¹ trong khớp trượt cũng vuông góc vớ

cN trong khớp trượt, cần xác định giá trị của ¹ và thông s

y, áp lực tại mỗi khớp động loại 5 (khớp quay, phân tích lực

ng (hình 2.15c), áp lực ¹ có điểm đặt là điểm ti

p cao, có phương song song với phương pháp tuyến chung nn t

n xác định giá trị của ¹, tức là áp lực tại mỗ

a bài toán phân tích lực Như vậy số ẩn số cần tìm

ư là vật rắn tuyệt đối) ta viết được 3 phương trình cân b

u và 1 phương trình momen), nên số phương trình cân b

p đều vuông góc với

ới phương trượt xx

và thông số x xác định quay, khớp trượt) ứng

m tiếp xúc M của hai

n chung nn tại M, do

ỗi khớp động loại 4 tìm đối với nhóm nói

ình cân bằng lực (2 ình cân bằng lực lập

3)Trình tự giải bài toàn phân tích áp

Số liệu cho trước

- Lược đồ động của cơ cấu tay quay con tr

- Khâu dẫn là khâu 1, vận tốc góc khâu d

- Ngoại lực tác động lên các khâu

− Khâu 2 chịu tác đ

− Khâu 3 chịu tác đ

- Khối lượng mi, vị trí khối tâm S

Yêu cầu giải bài toán phân tích áp l

a) Tính lực truyền của khâu b

Để phân tích lực trên các khâu b

− Tách cơ cấu thành các nhóm t

Cơ cấu tay quay con trượt ch

khâu 3) và ba khớp (khớp quay B, kh

khớp quay B và khớp trư

trong của nhóm là khớp quay C C

cấu có một bậc tự do nên sau khi tách

c bài toán phân tích lực, số phương trình cân

ức là phải có điều kiện:

(2!# @ !½ 0 (2- 11)

c bài toán phân tích lực ta phải xét đồng thời các khâu, các kh

ện (2.11) được gọi là điều kiện tĩnh định của bài toán phân tích

i bài toàn phân tích áp lực khớp động

u tay quay con trượt

c góc khâu dẫn bằng ω1 với ω1 = hằng số

ng lên các khâu:

u tác động của lực » , momen ¼ và trọng lượng

u tác động của lực » , momen ¼ và trọng lượng

i tâm Si và momen quán tính JSi đối với trọng tâm c

i bài toán phân tích áp lực khớp động tại vị trí đang xét của cơ c

a khâu bị dẫn

c trên các khâu bị dẫn, ta tiến hành theo trình tự sau đây:

u thành các nhóm tĩnh định, còn lại là khâu dẫn (hoặc các khâu d

t chỉ có một nhóm tĩnh định, đó là nhóm gồm hai khâu (khâu 2,

p quay B, khớp quay C và khớp trượt C) Khớ

c các khâu dẫn) nối giá

m hai khâu (khâu 2,

ớp chờ của nhóm là

Hình 2 16

Hình 2 18

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

− Hai thành phần của cùng m

Chọn một điểm P làm gốc

- Từ P vẽ vectơ »B biểu di

- Qua điểm A vẽ vectơ BC

- Qua điểm B vẽ vectơ CE

- Qua điểm C, vẽ đường th

- Qua gốc P vẽ đường th

- Hai đường thẳng này c

- Suy ra: vectơ Ef biểu di

− Với cơ cấu tay quay con tr

AB nối giá bằng khớp quay A (hình

Giả thiết khâu dẫn có vận tốc

ng thẳng (∆) song song với phương của ¹½„

ng thẳng song song với phương của ¹% : này cắt nhau tại điểm D

u diễn ¹½„ vectơ f» biểu diễn ¹% :, vectơ fB

½„: Momen đối với điểm C của tất cả các lực tác

ự do, sau khi tách các nhóm tĩnh định, sẽ còn l

u tay quay con trượt, sau khi tách nhóm tĩnh định (2+3) s

p quay A (hình 2.21)

ω1 = hằng số, và ở trạng thái cân bằng Do đó phhay một momen cân bằng để cân bằng với lực ¹

n một momen cân bằng ¼ih (hình 2.21):

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

Momen đối với điểm A của tấ

∑ ¼dXét cân bằng lực khâu dẫn, ta có:

Đặt lên khâu dẫn một lực cân b

: “Tổng công suất tức thời của một hệ lực cân b

ể tính ¼ih hay »ih mà không cần phân tính áp ltìm ra ¹%

»G, các momen ngoại lực ¼G tác động lên cơ c

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 34

− »Ä, ¼G là ngoại lực và momen ngoại lực tác động lên khâu thứ i (kể cả lực và momen lực quán tính);

− QG: vận tốc điểm đặt lực »G; ƒÄ: vận tốc góc khâu thứ i trên đó có đặt momen ¼Ä

− Nếu ¼Y^ > 0 thì ¼Y^ cùng chiều với ƒ%

− Nếu ¼Y^ < 0 thì ¼Y^ ngược chiều với ƒ%

Đặt lên khâu dẫn một một lực cân bằng »Y^)

∑ »ÄQÄ@ ∑ ¼ÄƒÄ@ »Y^QY^ 0 ⇒ »Y^QY^ & ∑Í»ÄQÄ@ ¼ÄƒÄÎ

Trong đó: QY^là vận tốc điểm đặt lực »Y^

Chương 3: Một số vấn đề cơ bản trong tính toán thiết kế

truyền động cơ khí (3.5 tiết)

3.1 Tải trọng và ứng suất

1.2.1 Tải trọng tác dụng lên máy và chi tiết máy

Tải trọng gồm lực, momen tác dụng lên máy hay bộ phận máy trong quá trình làm việc (và

được gọi là tải trọng làm việc) Theo đặc tính thay đổi theo thời gian, phân thành:

− Tải trọng tĩnh là tải trọng không thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi không đáng kể

− Tải trọng thay đổi là tải trọng có cường độ, phương hoặc chiều thay đổi theo thời gian

− Tải trọng va đập là tải trọng đột nhiên tăng mạnh rồi giảm ngay tức khắc

Khi tính toán thiết kế chi tiết máy, còn cần phân biệt tải trọng danh nghĩa, tải trọng tương đương và tải trọng tính toán:

− Tải trọng danh nghĩa Qdn là tải trọng được chọn trong số các tải trọng tác dụng lên máy trong chế độ làm việc ổn định, thường là tải trọng lớn hay tải trọng tác dụng lâu dài nhất

- Tải trọng tương đương Qtđ: Khi máy làm việc với chế độ tải trọng thay đổi nhiều mức (hình 3.1) ⇒ để tính toán thiết kế, ta thay thế bằng chế độ tải trọng một mức (không đổi) và gọi là tải trọng tương đương: Qtd = kN. Qdn

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

kN: hệ số tuổi thọ, ph

thay đổi được chọn làm t

- Tải trọng tính toán Qtt

phân bố không đều của tải trọ

đổi hay tải trọng tĩnh), điều ki

Dưới tác dụng của tải trọng, trong

xuất hiện ứng suất Ứng suấ

tĩnh (không thay đổi theo thờ

trị số thay đổi không đáng kể

thay đổi (trị số hoặc chiều ho

và chiều thay đổi theo thời gian)

suất thay đổi được đặc trưng

trình thay đổi ứng suất Mộ

đổi ứng suất qua giá trị lớn nh

rồi về giá trị ban đầu được gọ

trình ứng suất Thời gian thự

gọi là một chu kỳ ứng suất (hình

, phụ thuộc đồ thị thay đổi tải trọng và tải trọng nào trong các t

n làm tải trọng danh nghĩa

tt là tải trọng tương đương, có kể thêm ảnh hưọng trên các bề mặt tiếp xúc, tính chất tải tr

u kiện làm việc thực tế Kđk

phân bố không đều của tải

p xúc

c vào điều kiện làm việc thực

ng, trong chi tiết máy

ột vòng thay nhất, nhỏ nhất

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 36

- Khi r = -1 ⇒ chu trình đối xứng ⇒ σm = 0; σa = σmax = - σmin

- Khi r = 0 ⇒ chu trình mạch động ⇒ σmin = 0; σm = σa = σmax/2

- Khi r > 0 ⇒ chu trình ứng suất không đối xứng cùng dấu

- Khi r < 0 chu trình ứng suất không đối xứng khác dấu

- Khi r = 1 ⇒ ứng suất không thay đổi

Ứng suất có thể thay đổi ổn định (σa và σm không thay đổi theo thời gian) hay không ổn định (σa và σm hoặc một trong hai đai lượng này thay đổi theo thời gian).Tải trọng tác dụng gây ra trong chi tiết máy các loại ứng suất: ứng suất pháp (kéo σk,nén σn, uốn σf), ứng suất tiếp (cắt τc, xoắn τ), ứng suất dập σd, ứng suất tiếp xúc σh, Ứng suất kéo, nén, uốn, cắt, xoắn xuất

hiện trên từng chi tiết, còn ứng suất dập và ứng suất tiếp xúc xuất hiện khi các chi tiết máy trực tiếp tiếp xúc và có tác dụng tương hỗ với nhau

3.2 Độ bền mỏi của chi tiết máy

3.2.1 Hiện tượng phá hủy do mỏi

Quan sát các chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi theo thời gian sẽ

thấy quá trình phá hủy mỏi bắt đầu từ các vết nứt tế vi tại vùng

chịu ứng suất lớn hoặc những nơi có khuyết tật của vật liệu Khi

số chu trình làm việc tăng lên ⇒ các vết nứt và mỏi phát triển dần

cả bề rộng lẫn bề sâu, làm giảm dần diện tích chịu tải của cho tiết

máy, do đó làm tăng giá trị ứng suất, cho đến khi chi tiết máy

không còn đủ sức bền tĩnh thì nó bị phá hỏng

Hiện tượng nói trên gọi là hiện tượng phá hủy mỏi và khả năng của

chi tiết máy cản lại sự phá hủy mỏi được gọi là độ bền mỏi Vết gãy do mỏi thường bao gồm

hai vùng (hình 3.3): Một vùng tương đối mịn, hạt nhỏ là vùng phát sinh và phát triển vết nứt với tốc độ chậm sau một số lớn chu kỳ chịu tải, còn vùng kia thô hơn, hạt to hoặc có thớ, phát triển nhanh chỉ sau một số nhỏ chu kỳ ở giai đoạn cuối của quá trình phá hủy mỏi Bằng thực nghiệm, người ta xây dựng được đường cong biểu diễn quan hệ giữa ứng suất (biên độ ứng suất σm hay ứng suất lớn nhất σmax) và số chu kỳ thay đổi ứng suất N mà chi tiết máy hay mẫu thử có thể chịu được cho đến khi bị phá hủy, đường cong nói trên được gọi là đường cong mỏi (hình 3.4).Phương trình đường cong mỏi có dạng:

ÏM¹ ix }n Với m là bậc của đường cong mỏi.Dựa vào đường cong mỏi, ta thấy:

Hình 3 3

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạ

- Khi ứng suất sinh ra trong chi ti

chịu tải ⇒ NK được gọ

- Ngược lại, để chi tiết máy không b

ra trong chi tiết máy ph

chi tiết máy càng giảm

- Khi σK giảm xuống đ

giá trị σr nào đó thì số

làm việc NK có thể tăng lên

là giới hạn mỏi dài hạn

điểm: đường mm biểu thị ứ

trung bình, đường AB biểu th

số giới hạn của σmax đường CD bi

t sinh ra trong chi tiết máy bằng σK thì nó sẽ bị phá h

ọi là tuổi thọ ứng với mức ứng suất σ K

t máy không bị phá hủy sau NK chu kỳ chịu tả

n của vật liệu Số chu kỳ thay đổi ứng suất N

m, còn xây dựng

t giới hạn giữa các

t lớn nhất

σmin của ứng suất này có đặc ứng suất

u thị các trị

ng CD biểu

a hai nhánh AB và

ất không làm hỏng vật liệu

a AB và CD với trục tung là trị số và của chu trình đ

ng mm đến AB và CD là các giá trị của biên độ

ố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy

Hình 3 4

Hình 3 5

37

phá hủy sau NK chu kỳ

ải thì ứng suất sinh

gãy hỏng σr được gọi

t N0 ứng với giới hạn

đối xứng, ký hiệu σ

ộ ứng suất σa

t máy

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 38

Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến sức bền mỏi của chi tiết máy Chi tiết máy được chế tạo bằng vật liệu có cơ tính cao, sức bền mỏi của chi tiết sẽ cao Vì vật liệu có cơ tính cao, thì khả năng xuất hiện các vết nứt sẽ khó khăn hơn Chi tiết máy chế tạo bằng vật liệu kim loại có độ bền mỏi cao hơn bằng vật liệu phi kim loại Chi tiết máy được chế tạo bằng kim loại đen có độ bền mỏi cao hơn so với bằng hợp kim màu Chi tiết máy bằng thép có độ bền mỏi cao hơn bằng gang Chi tiết máy bằng thép hợp kim có độ bền mỏi cao hơn bằng thép các bon thường Trong các loại thép thường, chi tiết máy bằng thép có hàm lượng các bon càng cao độ bền mỏi của của chi tiết máy càng cao

2) Kết cấu của chi tiết máy

Chi tiết máy có kết cấu phức tạp sẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy Do có sự tập trung ứng suất, vết nứt xuất hiện và phát triển nhanh Trong tính toán, ảnh hưởng của kết cấu đến sức bền mỏi của chi tiết máy được kể đến bằng hê số điều chỉnh kσ, kτ, gọi là hệ số tập trung ứng suất

kσ = σr / σrt

kτ = τr / τrt Trong đó σrt, σr là giới hạn mỏi của mẫu có tập rung ứng suất; còn τr, τrt là giới hạn mỏi của mẫu không có tập trung ứng suất

3) Kích thước tuyệt đối của chi tiết máy

Kích thước tuyệt đối của CTM càng tăng thì giới hạn mỏi càng giảm Vì khi kích thước tăng lên thì sự không đồng đều về cơ tính vật liệu tăng lên, CTM có thể thêm nhiều khuyết tật, đồng thời tỷ lệ giữa chiều dày lớp bề mặt được tăng bền nhờ nhiệt luyện hoặc gia công cơ so với kích thước tổng sẽ giảm xuống Ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối được đặc trưng bởi

hệ số ảnh hưởng kích thước e Đó là tỷ số giữa giới hạn mỏi của chi tiết có đường kính d và giới hạn mỏi của mẫu có đường kính d0 ( thông thường d0 = 7÷10 mm):

εσ = σrd / σrdo, ετ = τrd / τrdo4) Công nghệ gia công bề mặt

Công nghệ gia công bề mặt quyết định trạng thái bề mặt chi tiết máy, có ảnh hưởng quan trọng đến độ bền chi tiết máy Lớp bề mặt chi tiết máy thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất vì các vết nứt mỏi thường sinh ra từ bề mặt chi tiết máy

- Có các yếu tố tập trung ứng suất như các nhấp nhô, các vết xước sau gia công cơ hoặc phát sinh trong quá trình sử dụng;

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 39

- Có chứa những tinh thể bị phá huỷ làm giảm sức bền ở vùng bề mặt;

- Ứng suất khi chịu tải uốn, xoắn, tiếp xúc đều lớn hơn ứng suất ở lớp bên trong;

- Là nơi trực tiếp chịu ảnh hưởng của môi trường

Để đánh giá ảnh hưởng của lớp bề mặt đến độ bền của chi tiết máy người ta dùng hệ số trạng thái bề mặt β, là tỉ số giữa giới hạn bền mỏi của mẫu có trạng thái bề mặt như của chi tiết máy (được mài, đánh bóng hoặc tiện , có gia công tăng bền hay không) với giới hạn mỏi của mẫu có bề mặt mài mà không được gia công tăng bền Nếu bề mặt chi tiết được tăng bền thì β

> 1, nếu không được tăng bền thì β ≤ 1

5) Trạng thái ứng suất:

Tình trạng thay đổi của ứng suất (giá trị của σa, σm) ảnh hưởng đến giới hạn mỏi: Biên độ ứng suất là thành phần chủ yếu gây nên phá huỷ mỏi Tuy nhiên thực nghiệm cho thấy trị số của ứng suất trung bình cũng có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy

- Khi ứng suất trung bình σm > 0, σm càng lớn thì giới hạn biên độ ứng suất σa càng nhỏ, tức là khi sm tăng thì σa tuy nhỏ cũng có thể gây nên phá huỷ mỏi

- Khi ứng suất trung bình σm = 0, giới hạn của biên độ ứng suất bằng giới hạn mỏi ở chu

kỳ đối xứng σ-1

- Khi ứng suất trung bình σm < 0, σa cao hơn giới hạn bền mỏi trong chu kỳ đối xứng σ-1

3.2.3 Các biện pháp nâng cao độ bền mỏi của chi tiết máy

Để tránh cho CTM không bị hỏng do mỏi hoặc để kéo dài tuổi thọ của nó, người ta dùng các biện pháp kết cấu và các biện pháp công nghệ

Các biện pháp kết cấu:

Dạng hỏng do mỏi là do CTM chịu ứng suất thay đổi Những vết nứt do mỏi thường sinh ra ở những chỗ có tập trung ứng suất Do đó khi định kết cấu của CTM cần chú ý dùng các biện pháp làm giảm tập trung ứng suất Cụ thể như sau:

- Bố trí các chỗ gây tập trung ứng suất ở xa các phần chịu ứng suất cao của CTM (nếu có thể được) Tại chỗ lượn chuyển tiếp giữa các bậc của CTM, cần tạo hình dạng hợp lý như thay chỗ lượn sắc cạnh bằng các chỗ lượn tròn có bán kính lớn nhất có thể, hoặc chỗ lượn

có cung elip

- Dùng rãnh để giảm tập trung ứng suất Khi có rãnh then bằng, nên dùng rãnh then chế tạo bằng dao phay đĩa Dùng then hoa răng thân khai thay cho then hoa răng chữ nhật

Truyền động cơ khí- Vũ Thị Hạnh 40

- Đối với mối ghép bằng độ dôi phải vát mép mayơ hoặc tăng độ mềm của mayơ để áp suất giữa trục và mép mayơ giảm xuống, dẫn đến ứng suất trong mối ghép phân bố đều hơn v.v

Các biện pháp công nghệ:

- Dùng các biện pháp nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện như tôi bề mặt, thấm than, thấm nitơ

- Dùng biện pháp biến cứng nguội như lăn nén, phun bi

- Dùng các biện pháp gia công tinh bề mặt như đánh bóng, mài nghiền v.v để giảm độ nhám bề mặt

3.3 Những chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của chi tiết máy

hỏng tĩnh và phá hỏng mỏi liên quan đến độ bền tĩnh và độ bền mỏi

1 Phá hỏng tĩnh: do ứng suất làm việc vượt qua giới hạn bền tĩnh của vật liệu (thường do quá tải đột ngột gây nên)

2 Phá hỏng mỏi: do tác dụng lâu dài của ứng suất thay đổi có giá trị vượt qua giới hạn bền mỏi của vật liệu