CO CAU PHANG

cơ cấu phẳng nhiều bậc tự do cơ cấu phẳng nhiều bậc tự do cơ cấu phẳng nhiều bậc tự do cơ cấu phẳng nhiều bậc tự docơ cấu phẳng nhiều bậc tự do cơ cấu phẳng nhiều bậc tự do cơ cấu phẳng nhiều bậc tự docơ cấu phẳng nhiều bậc tự do cơ cấu phẳng nhiều bậc tự do

CHƯƠNG II: CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP 2.1 Đại Cương Về Cơ Cấu Phẳng Toàn Khớp Thấp

Trong cơ cấu phảng toàn khớp thấp, các khớp là khớp loại 5, bao gồm: khớp bản lề và khớp tịnh tiến Để đảm bảo điều kiện phẳng của cơ cấu, đường tâm của các khớp bản lề phải song song với nhau và phải vuông góc mặt phẳng chứa các phương tịnh tiến Khi số khâu, số khớp càng lớn thì càng khó đảm bảo điều kiện phẳng Vì vậy, thông dụng có cơ cấu 4 khâu hoặc 6 khâu

2.1.1 Cơ cấu bốn khâu bản lề

a) Cấu tạo

Hình 2 1: Lược đồ cơ cấu

b) Công dụng

Dùng để biến đổi chuyển động: quay quay khác; lắc quay; quay  lắc

lắc  lắc #, hoặc sử dụng đường cong thanh truyền để dẫn hướng bộ phận công tác

1 và 3: tay quay hoặc thanh lắc (không quay toàn vòng)

 Máy may đạp chân: Cơ cấu bốn khâu bản lề biến chuyển động quay thành chuyển động lắc

 Cơ cấu máy khuấy: sử dụng đường cong thanh truyền

c) Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá

 Tương tự, tháo khớp C suy ra điều kiện quay toàn vòng của khâu 3

d) Định lý Grashop: Trong cơ cấu bốn khâu bản lề

 Nếu tổng chiều dài của khâu ngắn nhất và khâu dài nhất nhỏ hơn tổng chiều dài

của hai khâu còn lại thì:

- Khi lấy khâu kề với khâu ngắn nhất làm giá, khâu ngắn nhất sẽ làm tay quay, khâu nối giá còn lại là thanh lắc

- Khi lấy khâu ngắn nhất làm giá, cả hai nối giá đều là tay quay

 Nếu tổng chiều dài của khâu ngắn nhất và khâu dài nhất lớn hơn tổng chiều dài

của hai khâu còn lại, các khâu nối giá đều là thanh lắc

e) Tỉ số truyền

 Xét cơ cấu bốn khâu bản lề như hình

Điểm I là tâm vận tốc tức thời trong chuyển động tương đối giữa khâu 1 và khâu 3:

 Xét điều kiện quay toàn vòng của khâu 1

- Giả sử tháo khớp B (nối khâu 1 và khâu 2)

Ta có: B1 khâu 1, B2 khâu 2

{ B1 } = đường tròn tâm A, bán kính l1 { B2 } = miền vành khăn tâm D, bán kính R= l2+l3; r= |l2 - l3|

- Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1: { B1 } { B2 } <=>

ω u ω

tlv (thời gian làm việc)

tC12 (thời gian chạy không)

Hệ số về nhanh :

2.1.2 Một Số Biến Thể Của Cơ Cấu Bốn Khâu Bàn Lề

a) Cơ cấu tay quay con trƣợt

- Xét cơ cấu bốn khâu bản lề như hình; giả sử điểm D lùi xa vô tận theo phương CD Khi

đó, phần của khâu 3 lân cận C chuyển động tịnh tiến theo phương yy vuông góc với CD

Cơ cấu bốn khâu bản lề trở thành cơ cấu tay quay con trượt

(e gọi là độ tâm sai; nếu e=0, ta có cơ cấu tay quay con trượt chính tâm)

- Điều kiện quay toàn vòng của cơ cấu tay quay con trượt

- Hệ số năng suất: trường hợp e=0 thì k=1

{B2}= dãy của mặt phẳng nằm trong Δ1 và Δ2 Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1

b) Cơ cấu culit quay

- Trường hợp cơ cấu tay quay con trượt chính tâm; nếu chọn AB làm giá thì ta có cơ cấu culit quay

- Chuyển động tương đối của khâu 2 đối với khâu 3 là chuyển động tịnh tiến theo phương AC

VP1= VP3 => u13=

Nếu AB=BC => u13=

- Hệ số năng suất

c) Cơ cấu tang

- Điều kiện quay toàn vòng của khâu 3:

lAC lAB

- Xét cơ cấu culit quay nếu điểm B=>∞, khớp B thành khớp tịnh tiến thì cơ cấu đó trở thành cơ cấu Tang

d) Cơ cấu sin

e) Các cơ cấu khác

- Cơ cấu Elip

- Cơ cấu Ondam

- Nếu cho điểm A của cơ cấu culit ra xa

vô cùng thì điểm A thành khớp tịnh tiến, khâu 2 và khâu 3 chuyển động tịnh tiến

ta có cơ cấu Sin

- Theo hình vẽ ta có: nếu chọn BC = 1 => sin ( ) = BH

- Điểm P là tâm vận tốc tức thời trong chuyển động tương đối giữa khâu 1 và khâu 3:

Hình 2 2: Cấu tạo khâu và cách lắp các khâu với nhau ở cơ cấu ondam

2.2 Phân Tích Động Học

2.2.1 Ba bài toán động học

Cho trước lược đồ của cơ cấu, qui luật chuyển động của khâu dẫn (thường giả thiết chuyển động đều), phải tìm :

- Vị trí các khâu bị dẫn , vị trí các điểm trên cơ cấu (bài toán vị trí)

- Vận tốc góc các khâu bị dẫn, vận tốc các điểm trên các khâu (bài toán vận tốc)

- Gia tốc góc các khâu, gia tốc của các điểm trên các khâu (bài toán gia tốc)

2.2.2 Phương pháp họa đồ

a) Bài toán vị trí:

Việc xác định vị trí của các khâu khi biết trước vị trí khâu dẫn và lược đồ cơ cấu là bài toán dựng hình, áp dụng phuơng pháp quĩ tích tương giao Có thể dung các phần mềm như WM2D hoặc Geogebra để giaỉ bài toán vị trí rất thuận tiện

VD:

Hình: Cơ cấu bốn khâu bản lề

Hình: Cơ cấu tay quay con trượt b) Bài toán vận tốc, gia tốc:

Cơ sở của phương pháp này là các phương trình vectơ liên hệ giữa vận tốc; gia tốc của

2 điểm ( của cùng một khâu hoặc 2 điểm trên 2 khâu khác nhau đang trùng nhau)

 Cộng vector

Giả sử vector m được biểu diễn bởi 2 phương trình:

Nếu A1 thuộc khâu j và khâu A2 thuộc khâu k, tại thời điểm khảo sát A1 trùng A2 ta có:

Với VA A2 1là vận tốc tương đối giữa khâu 2 và khâu 1 tại điểm A

 Liên hệ gia tốc

#Nếu 2 điểm A, B thuộc cùng một khâu, có cùng vận tốc góc ω, gia tốc góc ε thì ta

có liên hệ như sau:

AB BA AB

t BA

AB

BA a

AB a

Cho cơ cấu bốn khâu bản lề có lược đồ như hình vẽ, khâu dẫn 1 quay đều với vận tốc góc ω1 Vẽ họa đồ vận tốc, gia tốc của cơ cấu

Định lý đồng dạng thuận họa đồ vận tốc: Δbec ~ ΔBEC => điểm e ( pe biểu diễn v ) E

Với hoạ đồ vận tốc đã dựng, có thể xác định vận tốc của một điểm bất kỳ thuộc cơ cấu tại vị trí đang khảo sát

 Họa đồ gia tốc

Phương trình gia tốc

Định lý đồng dạng thuận : ΔBEC ~ Δb’e’c’ cho ta xác định a E

2 Cơ cấu tay quay con trượt

Cho cơ cấu tay quay con trượt như hình vẽ, khâu dẫn 1 quay đều với vận tốc ω1 Vẽ họa đồ vận tốc, gia tốc của cơ cấu

Khâu 3: a C akhâu 3 (// AC)

3 Cơ cấu culit

 Họa đồ vận tốc

Phương trình vận tốc:

3 2 3 2

/ / ?

1 1

3 3

?

0

2.3 Phân Tích Lực Cơ Cấu

1 Các loại lực tác dụng lên cơ cấu:

a Ngoại lực : - Lực cản kỹ thuật ( xem như đã biết)

- Trọng lượng các khâu ( xem như đã biết)

- Lực cân bằng trên khâu dẫn ( phải xác định)

b Nội lực: là phản lực khớp động, bỏ qua ma sát => nội lực = áp lực khớp động ( ⃗⃗⃗⃗⃗ = - ⃗⃗⃗⃗⃗ ), đây là lực ẩn của bài toán

c Lực quán tính: Hệ lực quán tính tác dụng lên 1 khâu bao gồm:

- Giả sử chuỗi tách ra có n khâu và p5 khớp loại 5, p4 khớp loại 4

Xác định Rc ( = R23= R32)

∑ ⃗⃗⃗ = 0  ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗

⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 0

⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ => ⃗⃗⃗⃗

Hoặc => ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ biểu diễn bằng ⃗⃗⃗⃗

Từ họa đồ lực => ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ( biểu diễn = ⃗⃗⃗⃗ )

Bài toán tự giải

Xác định áp lực khớp động và momen cân bằng trên khâu dẫn 1 Cho lAB= 0,3 m, φ1= 900,

φ3= 300, M3= 60 N.m, P3= 150 N, lCD= 0,9 m

2.4 Bài Tập

BT 2.1: a) Vẽ quĩ đạo trung điểm C của thanh

truyền AB trên cơ cấu tay quay con trượt chính

tâm như hình Cho OA = 22.5 mm, AB = 68 mm

b) Nếu nối vào điểm C một nhóm thanh

truyền 4 và con trượt 5 với kích thước CD = 50

mm, góc giữa 2 phương trượt là β = 30o

, hãy xác định vị trí biên của con trượt D

BT 2.2: Xác định vị trí của cơ cấu máy khâu như hình,

sau khi đĩa AB quay 1 góc 60o so với vị trí ban đầu (AB

thẳng đứng) nếu: AB = 9 mm, CD = 20 mm, DE = 70

mm và đường kính đĩa r = 50 mm

BT 2.3: Vẽ họa đồ vận tốc, gia tốc của cơ cấu tay quay con trượt như hình, tại các vị trí

- Tay quay AB  giá AC

- Tay quay AB và thanh truyền BC chập lại

Cho ω1 = 40 rad/s, lAB = 0.5 m, lBC = 0.1 m

BT 2.4: Tính vận tốc và gia tốc khâu 3 trong cơ cấu tính sin như hình, tại vị trí φ1 bất kỳ

từ đó suy ra kết quả cho những vị trí φ1 = 0o, 45o, 90o Cho trước: l AB = 0.1 m; tay quay

AB quay đều với vận tốc góc ω1 = 10 s-1

BT 2.5: Vẽ họa đồ vận tốc, gia tốc để xác định vận tốc góc,

gia tốc góc thanh culit 3 trong cơ cấu culit như hình vẽ, với

kích thước l AB = l AC tại vị trí φ bất kỳ khi khâu dẫn quay đều

với vận tốc góc ω1

BT 2.6: Tính vận tốc và gia tốc điểm C (hình bên dưới) trên cơ cấu bản lề 4 khâu ở vị trí bất kỳ, nếu tay quay AB quay đều với vận tốc góc ω1 = 10 s-1 Cho trước kích thước các

khâu: l AB // = l CD = 0.1 m, l BC // = l AD = 0.2 m

BT 2.7: Tính vận tốc góc và gia tốc góc của các khâu trong cơ cấu culit (hình bên dưới) ở

vị trí góc  BAC = 90o, nếu tay quay AB quay đều với vận tốc ω1 = 10 s-1 và kích thước

các khâu là l AB = l AC = 0.2 m

BT 2.8:

BT 2.9: Vẽ họa đồ vận tốc, gia tốc để xác định vận tốc, gia tốc của sàng 5 trên cơ cấu máy sàng lắc như hình vẽ, ở vị trí BC nằm ngang, AB và CE thẳng đứng khi khâu dẫn quay đều với vận tốc 1 401

BT 2.10: Dao tuốt có khối lượng 2 kg gắn trên tang quay máy tuốt lúa, trọng tâm S của dao cách tam quany của tang một khoảng r s 0, 2m Tang quay đều với n=1000 vg/ph

Hãy tính lực văng của dao và lực tác động vào ổ trục của tang quay Làm thế nào để triệt tiêu lực tác động tại ổ

BT 2.11: Tính lực quán tính của các khâu trong cơ cấu tay quay con trượt tại vị trí

cân bằng (đặt tại điểm giữa khâu AB theo

phương thẳng góc với khâu này), cho trước

BT 2.13: Tính những áp lực khớp động và moomen cân bằng trên khâu dẫn 1 của cơ cấu tay quay con trượt, cho trước lAB=lBC/2=0,1m; φ190o ; lực cản P3=1000N nằm ngang cách ránh trượt một đoạn h3=0,058m Sau đó nghiệm lại kết quả Mcb bằng phương pháp công suất

BT 2.14: Tính những áp lực khớp động và moomen cân bằng trên khâu dẫn 1 của cơ cấu tính sin (hình a) Cho trước lAB=0,1m; φ145o; lực cản P3=1000N

Sau đó, giải bài toán khi rãnh trượt chỉ tiếp xúc ở hai điểm C’ và C’’ với khoảng cách C’C’’=0,2m (hình b)

BT 2.15: Giải bài toán 2.12, nếu thay các moomen cản M2, M3 bằng các lực của

P2=P3=1000N tác động tại trung điểm các khâu Lực P2 hướng thẳng đứng xuống dưới, lực P3 hướng nằm ngang sang phải như ở hình

BT 2.16: Tính những áp lực khớp động và moomen cân bằng đặt tại khâu dẫn 1 của cơ cấu culit Cho trước lAB=0,3m; φ1 90 ,o φ3 30o, moomen cản M3=600Nm đặt trên culit