Bài giảng nguyên lý máy

Bậc tự do của khâu Một khả năng chuyển động độc lập của một vật đối với một hệ quy chiếu gọi là một bậc tự do... Nối động – khớp động2 khâu nối với nhau và có khả năng chuyển động với n

Trang 1

BÀI GIẢNG NGUYÊN LÝ MÁY

CHƯƠNG 1 : CƠ CẤU VÀ MÁY

Giáo viên : Trần Văn Hải

email : tranvanhai@tlu.edu.vn

DĐ : 0988329501

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí

Bộ môn Công nghệ cơ khí

Chương 1 Cấu tạo và phân loại cơ cấu 1

Trang 2

I Một số khái niệm về cơ cấu và máy

II Bậc tự do của cơ cấu III Cơ cấu bốn khâu bản lề

IV Một số cơ cấu đặc biệt

NỘI DUNG

Trang 3

I ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1 KHÂU VÀ CHI TIẾT MÁY

a,Chi tiết máy: Máy có thể tháo rời thành nhiều bộ phận

chi tiết máy là bộ phận không thể tháo rời được nữa

b,Khâu: Là bộ phận có chuyển động tương đối so với bộ

phận khác

➢Giá : khâu cố định

➢Khâu dẫn : khâu cho trước quy luật chuyển động

c,Cơ cấu: Gồm nhiều bộ phận có chuyển động

tương đối đối với nhau

d,Máy: Là một cơ cấu hay tập hợp nhiều cơ cấu

Trang 4

❖Khâu A, B – Khâu giá

❖ Khâu AC – Khâu dẫn

Ví dụ:

Trang 5

Chi tiết máy

Cơ

cấu

Trang 6

Trang 7

2 Thành phần khớp động – khớp động

2.1 Bậc tự do của khâu

Một khả năng chuyển động độc

lập của một vật đối với một hệ

quy chiếu gọi là một bậc tự do

Trang 9

2.2 Nối động – khớp động

2 khâu nối với nhau và có khả năng chuyển động với

nhau tạo thành một khớp động

Trang 10

2.2 Nối động – khớp động

Khi nối động, các khâu có thành phần tiếp xúc với nhau.Toàn bộ phần tiếp xúc với nhau giữa hai khâu gọi là thànhphần khớp động

Trang 11

3 Phân loại khớp động

Loại của khớp = số ràng buộc = số bậc tự do bị hạn chế

11

Trang 12

3.2 Phân loại theo đặc điểm tiếp xúc

a, Khớp cao là khớp có thành phần tiếp xúc là điểm hay đường

Trang 13

3.2 Phân loại theo đặc điểm tiếp xúc

b, Khớp thấp là khớp có thành phần tiếp xúc là mặt

13

Chương 1 Cấu tạo và phân loại cơ cấu

Trang 15

4 Lược đồ động

- Ví dụ: Lược đồ khâu

15

Trang 16

5 Chuỗi động – Cơ cấu

a, Chuỗi động

Phân loại: 2 cách Cách 1: Phẳng – Không gian

Trang 17

5 Chuỗi động – Cơ cấu

Cách 2: Chuỗi động kín – hở

17

Trang 18

b, Cơ cấu

Cơ cấu là một chuỗi động, trong đó

có 1 khâu được chọn làm hệ quy

chiếu (gọi tắt là giá), các khâu còn lại

có chuyển động xác định trong hệ

quy chiếu này (gọi là khâu động).

Thông thường, coi giá là khâu cố

định

Trang 19

Phân loại: Cơ cấu phẳng và cơ cấu không gian

19

Cơ cấu phẳng

Trang 20

Cơ cấu không gian

Trang 21

II BẬC TỰ DO CỦA CƠ CẤU

Trang 22

2 Tính bậc tự do của cơ cấu không gian

Trong đó:

Wo là tổng số bậc tự do của n khâu động: Wo = 6n

R là số bậc tự do bị hạn chế

Pj là số khớp loại j trong cơ cấu

Rtr là số ràng buộc trùng của cơ cấu

Rth là số ràng buộc thừa của cơ cấu

Wtr là số bậc tự do thừa của cơ cấu

W = W0 − R

1

W = 6n -  jp j − R tr − R th - Wth

Trang 23

2 Tính bậc tự do của cơ cấu không gian

Trang 24

3 Tính bậc tự do của cơ cấu phẳng

Trong đó:

Wo là tổng số bậc tự do của n khâu động: Wo = 3n

R là số bậc tự do bị hạn chế

Pj là số khớp loại j trong cơ cấu

Rtr là số ràng buộc trùng của cơ cấu

Rth là số ràng buộc thừa của cơ cấu

Wtr là số bậc tự do thừa của cơ cấu

W = W0 − R

W = 3n - 2 p + p − R tr − R th - Wth

Trang 25

❖ Ràng buộc trùng

Trong cơ cấu phẳng, ràng buộc trùng chỉ có tại các khớp

đóng kín của đa giác gồm 3 khâu nối trượt với nhau bằng 3 khớp trượt

Trang 26

Ví dụ: Xét cơ cấu như hình vẽ

Giả sử B là khớp đóng kín

Khi chưa đóng kín: Khâu 2 không thể quay tương đối sovới khâu 1 quanh trục Oz

Khi nối trực tiếp khâu 1 và khâu 2 bằng khớp B thì có thêm

1 ràng buộc Qz giữa khâu 1 và khâu 2

=> Có 1 ràng buộc trùng: Rtr = 1

Trang 27

❖ Ràng buộc thừa

Trong cơ cấu phẳng, ràng buộc thừa chỉ tồn tại khi có cấu trúc đối xứng nhau xuất hiện

Trang 29

Trang 30

Nhưng thực tế thì cơ cấu này chỉ có bậc tự

do là 1 vì chỉ cần biết chuyển động của

khâu 1 là biết chuyển động của khâu 2 và

3

=> Mâu thuẫn???

Trang 31

❖Bậc tự do thừa:

Ví dụ:

Có con lăn thì sẽ có 1 bậc tự do thừa vì

chuyển động quay quanh khớp B không

làm ảnh hưởng đến chuyển động của cơ

cấu nên không được tính là bậc tự do của

cơ cấu

 Số bậc tự do:

W = 3x3 – (3x2 + 1x1)- 1= 1

❖Chú ý: Trong cơ cấu phẳng thường có bậc tự do thừa

khi xuất hiện con lăn

Trang 33

Trang 35

Ví dụ 4:

Trang 36

Ví dụ 4:

Số khâu động: n = 5

Số khớp loại 5: p5 = 7 (5 khớp quay tại A,B,C,D,E và 2

khớp trượt tại C,E)

Số khớp loại 4: p4=0;

Số bậc tự do: W = 5x3 – 2x7 = 1

Trang 37

Ví dụ 5:

Trang 39

Ví dụ 6:

Trang 41

Ví dụ 7:

Trang 42

Ví dụ 7:

Số khâu động: n = 5

Số khớp loại 5: p5 = 5;(1 khớp tại A, B,C,D,G)

Số khớp loại 4: p4= 2; (2 khớp cao tại E và F)

Wth = 2 (do xuất hiện 2 con lăn E và C)

Số bậc tự do: W = 5x3 – (2x5 + 1x2) – 2 = 1

Trang 43

IV CƠ CẤU BỐN KHÂU BẢN LỀ

3 Cơ cấu bốn khâu bản lề

Khâu 4 cố định: Khâu giá

Khâu 2 đối diện với giá: Thanh truyền

2 khâu còn lại: + Quay được toàn vòng: Tay quay

+ Không quay được toàn vòng: Cần lắc

Trang 44

4 Một số cơ cấu khác

Cơ cấu về nhanh Cơ cấu Culit trong máy bào

Trang 45

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

email : tranvanhai@tlu.edu.vn

DĐ : 0988329501

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Khoa Cơ khí

Bộ môn Công nghệ cơ khí

Chương 2 Phân tích động học cơ cấu phẳng

Trang 46

I Tổng quan về động học cơ cấu

II Phương pháp họa đồ vectơ

III Phương pháp tâm vận tốc tức thời

NỘI DUNG

Trang 47

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:

▪ Bài toán vị trí và quỹ đạo

▪ Bài toán vận tốc

▪ Bài toán gia tốc

I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

Trang 48

❑ Phương pháp nghiên cứu:

▪ Phương pháp họa đồ vectơ

▪ Phương pháp tâm vận tốc tức thời

I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG HỌC CƠ CẤU

Trang 49

2.1.1 Bài toán vị trí, quỹ đạo

Các bước tiến hành:

1 Dựng vị trí của cơ cấu theo vị trí của khâu dẫn

2 Vẽ quỹ đạo của các điểm cần thiết

3 Xác định quan hệ thông số của các khâu và các điểm đối với thông số

khâu dẫn

II PHƯƠNG PHÁP HỌA ĐỒ VECTƠ

Trang 50

Ví dụ:

Trang 51

2.2 Bài toán vận tốc

▪ Khâu dẫn và quy luật vận tốc của khâu dẫn

❑ Yêu cầu:

▪ Xác định vận tốc các khâu của cơ cấu tại một vị trí cho trước

Trang 52

a, Ôn lại cách giải phương trình vectơ

Trang 53

b, Hai điểm A, B trên cùng 1 khâu

Ԧ

𝑣𝐵 = Ԧ 𝑣𝐴 + Ԧ 𝑣𝐵𝐴

Trong đó:

𝑣𝐴, 𝑣𝐵 là vận tốc tuyệt đối của các điểm A,B

𝑣𝐵𝐴 là vận tốc tương đối của điểm B khi quay quanh

Trang 54

c, Hai điểm A 1 và A 2 trùng nhau, thuộc 2 vật đang chuyển động song phẳng

𝑣𝐵𝑖𝐵𝑘 là vận tốc trong chuyển động tương đối của

Bi với Bk

𝑣𝐵𝑖𝐵𝑘// phương tịnh tiến giữa 2 khâu

Trang 55

o Cho cơ cấu tại vị trí như hình vẽ Bậc tự do của cơ

cấu bằngkhâu

1 Do đó cho trước vận tốc góc của một

Trang 56

Trang 57

o Chọn tỉ xích:

Chương 2 Phân tích động học cơ cấu phẳng 14

Trang 58

ω3

kim

ω4 quay ngượckim đồng hồ

đồng hồ

Trang 59

trước,

trí xác

dài các khâu đã biết, vận tốc góc tay quay cho

ta giải bài toán động học của cơ cấu ứng với vị định

Trang 61

2.2 Bài toán gia tốc

▪ Khâu dẫn và quy luật gia tốc của khâu dẫn

❑ Yêu cầu:

▪ Xác định gia tốc các khâu của cơ cấu tại một vị trí cho trước

Trang 62

• Quan hệ gia tốc giữa các điểm

2 điểm A,B trên cùng 1 khâu

Trong đó:

❑ 𝑎𝐴, 𝑎𝐵 là gia tốc tuyệt đối của các điểm A,B

❑ 𝑎𝐵𝐴 là gia tốc tương đối của điểm B khi

quay quanh điểm A

Trang 63

• Quan hệ gia tốc giữa các điểm

2 điểm B i và B k trùng nhau tức thời trên 2 khâu i và k

❑ 𝑎𝐵𝑖𝐵𝑘𝑘 là gia tốc Coriolis trong chuyển động

tương đối của Bk và Bi Công thức: 𝑎𝐵𝑖𝐵𝑘𝑘 = 2.𝜔𝑖 × 𝑣𝐵𝑖𝐵𝑘𝑟

▪ Độ lớn: Do 𝜔𝑖 ⊥ 𝑣𝐵𝑖𝐵𝑘𝑟 nên

𝑎𝐵𝑖𝐵𝑘𝑘 = 2 𝜔𝑖 𝑣𝐵𝑖𝐵𝑘𝑟

▪ Chiều là chiều của 𝑣𝐵𝑖𝐵𝑘𝑟 quay đi 90𝑜theo

chiều quay của 𝜔𝑖

❑ 𝑎𝐵𝑖𝐵𝑘𝑟 là gia tốc trong chuyển động tương đối của Bi với Bk

Trang 64

Ví dụ:

Trang 67

o T ừ họa đồ gia tốc, rút ra được:

α3= BA /RBA α =4 B /RBC

Trang 68

o Từ kết quả của họa đồ vận tốc, ta xây dựng họa đồ gia

tốc của các khâu trong cơ cấu

o Gia tốc góc của khâu dẫn bằng

số)

không (do ω2 là hằng

o Cách rút ra các gia tốc từ họa đồ gia tốc.

Ví dụ: Cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm

Trang 69

o Ph ương trình gia tốc:

a t A

a r BQ

Ví dụ: Cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm

Trang 70

o at : Gia tốc tiếp tuyến của điểm A.

Phương vuông góc với khâu OA.

o ar : Gia tốc của điểm B so với Q

Phương vuông dọc theo BQ BQ

Độ lớn chưa biết

Trang 71

o Chọn tỉ xích:

o Vẽ họa đồ gia tốc:

a t

a n BA

a r BQ

Trang 72

Phương trình vận tốc:

Ví dụ: Cơ cấu Culít

Trang 74

PTGT:

Trang 75

Ôn thi giữa kỳ

Bài 1 Cho sơ đồ chịu lực của cơ cấu như hình vẽ

1 Tìm vận tốc góc, gia tốc góc của các khâu khi biết:

Tìm Momen M1 (Chiều và trị số) đặt lên khâu 1 để cơ

cấu cân bằng tại vị trí như hình vẽ Bỏ qua ma sát,

trọng lực và lực quán tính.

Trang 76

Trang 78

I CÂN BẰNG MÁY

Trang 79

II PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Chương 3 Phân tích lực tĩnh

Trang 80

Trang 81

Trang 82

Trang 83

Trang 84

Trang 85

Trang 86

Ví dụ 2: Cho cơ cấu và các lực

tác dụng lên cơ cấu như hình vẽ Xácđịnh mômen cân bằng đặt lên khâu 1 (Chiều và trị số) để

cơ cấu cân bằng tại vị trí như

hình vẽ Biết 𝑀3 = 2000𝑁𝑚,

𝑃4 = 2000𝑁𝑚, 𝑀5 = 4000𝑁𝑚,

Trang 89

Trang 90

a =1m

O A

3 2

Bài 2: Cho sơ đồ động học và các

ngoại lực tác dụng lên cơ cấu như

trên Hình 1 Biết 𝜔1 = 2𝑟𝑎𝑑/𝑠; 𝜔2 =

4𝑟𝑎𝑑/𝑠; 𝜔3 = −1𝑟𝑎𝑑/𝑠; 𝜔5 = 2𝑟𝑎𝑑/𝑠;

Tìm Momen M1 đặt lên khâu 1 để cơ

cấu cân bằng tại vị trí như hình vẽ

biết 𝑀2 = 1000𝑁𝑚; 𝑀3 = 3000𝑁𝑚 ;

𝑀5 = 4000𝑁𝑚 bỏ qua ma sát, trọng

lực và lực quán tính.

Trang 91

a =1m

Hình 1

ω1

C O

A

B

1 2

Bài 3: Cho sơ đồ động học và các

ngoại lực tác dụng lên cơ cấu như

trên Hình 1 Biết 𝜔1 = 2𝑟𝑎𝑑/𝑠; 𝜔2 =

4𝑟𝑎𝑑/𝑠; 𝜔3 = −1𝑟𝑎𝑑/𝑠; 𝜔5 = 2𝑟𝑎𝑑/𝑠;

Tìm Momen M1 đặt lên khâu 1 để cơ

cấu cân bằng tại vị trí như hình vẽ

biết 𝑀3 = 2000𝑁𝑚; 𝑀5 = 4000𝑁𝑚 ;

𝑃4 = 1500𝑁 bỏ qua ma sát, trọng lực

và lực quán tính.

Trang 92

CHƯƠNG 4: CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY

Trang 93

I.Mômen quán tính thay thế

II Mômen thay thế

Chương 4 Chuyển động thực của máy

NỘI DUNG

III Phương trình chuyển động của máy

Trang 94

I Các đại lượng thay thế và phương trình chuyển động thực của máy

Bài toán: Cho một cơ cấu bao gồm n khâu chịu tác dụng của m lực (bao gồm cả lực và

momen) Ta thay thế cả cơ cấu về 1 khâu Khâu đó được gọi là khâu thay thế (có thể chuyển động quay hoặc tịnh tiến) Khâu đó có momen quán tính thay thế và chịu tác dụng của một momen thay thế

φ O

𝐽𝑡𝑡1

𝑀𝑡𝑡1

Trang 95

I MÔMEN QUÁN TÍNH THAY THẾ

1 Mômem quán tính thay thế

Nguyên tắc: Bảo toàn động năng (𝑇 = 𝑇𝑡𝑡)

Kiến thức cần nhớ:

Động năng của một số dạng chuyển động phẳng

▪ Chuyển động tịnh tiến của VR

Trang 96

I MÔMEN QUÁN TÍNH THAY THẾ

1 Mômem quán tính thay thế

2 𝐽𝑡𝑡𝜔𝑡𝑡2Theo nguyên tắc thay thế momen quán tính: 𝑇 = 𝑇𝑡𝑡

Vậy ta có công thức tính momen quán tính thay thế:

Trang 97

II MÔMEN THAY THẾ

2 Mômem thay thế

Nguyên tắc thay thế momen (lực): Tương đương về công suất.

Giả sử cơ cấu có n khâu, mỗi khâu chịu tác dụng của một momen Mi và một lực Fi Ta tính được công

suất của hệ ngoại lực:

𝑊 = ෍

𝑖=1

𝑛

𝑀𝑖𝜔𝑖 + 𝐹𝑖𝑣𝑖

Công suất của momen thay thế: 𝑊𝑡𝑡 = 𝑀𝑡𝑡𝜔𝑡𝑡

Theo nguyên tắc thay thế momen:

Trang 98

III PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY

III Phương trình chuyển động của máy

Xét vận tốc góc trong chuyển động thực của máy

Giá trị vận tốc góc trung bình trong chế độ làm việc bình ổn:

Hệ số không đều của máy:

Trang 99

Trang 101

I TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG

dùng để truyền chuyển động quay giữa các trục với

tỉ số truyền xác định nhờ sự ăn khớp trực tiếp giữa hai bánh răng

3

Trang 102

2 PHÂN LOẠI BÁNH RĂNG

Bánh răng trụ: Truyền động giữa các trục song song

Bánh răng trụ răng thẳng

4

Trang 103

2 PHÂN LOẠI BÁNH RĂNG

Bánh răng trụ: Truyền động giữa các trục song song

Bánh răng trụ răng nghiêng Bánh răng chữ V

5

Trang 104

Bánh răng côn: Truyền động giữa các trục cắt nhau

Bánh răng côn Bánh răng cônrăng thẳng răng cong

6

Trang 105

T rục vít

nhau

– bánh vít: Truyền động giữa các trục chéo

HGT Trục vít – Bánh vít

Trang 106

3 ƯU – NHƯỢC ĐIỂM

▪ Truyền động với tỉ số truyền chính xác

▪ Không xảy ra hiện tượng trượt khi ăn khớp, hiệu suất cao

▪ Truyền được công suất lớn

▪ Từ một tốc độ quay đầu vào, có thể cho ra nhiều tốc độ quay theo nhiều hướng khác nhau

Trang 107

4 ỨNG DỤNG CỦA BÁNH RĂNG

HỘP TỐC ĐỘ

CỦA Ô TÔ

9

Trang 108

BỘ VI SAI CỦA Ô TÔ

Trang 109

4 ỨNG DỤNG CỦA BÁNH RĂNG

SỬ DỤNG TRONG HỘP GIẢM TỐC

11

Trang 110

II ĐỊNH LÍ ĂN KHỚP

❑ Định lí

Pháp tuyến chung tại điểm tiếp xúc bất kỳ giữa hai răng luôn cắt đường nối tâm của hai bánh răng tại một điểm cố định Điểm này gọi là tâm ăn khớp.

Trang 112

III ĐƯỜNG THÂN KHAI, ĂN KHỚP THÂN KHAI

14

Cho một đường thẳng delta lăn không trượt trên một đường tròn C , khi đó quỹ đạo của một điểm M bất kỳ trên đường thẳng delta chính là một đường thân khai

Trang 113

2 Tính chất đường thân khai

❑ Pháp tuyến của đường thân khai là tt vòng tròn cơ sở.

❑ Bán kính cong của đường thân khai

❑ Hình dáng đường thân khai

15

Trang 114

2 Đường thân khai thỏa mãn ĐL ăn khớp.

Chứng minh thỏa mãn ĐL ăn khớp

o

Ưu điểm bánh răng thân khai: TST i=const

o

16

Trang 115

IV THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BR THÂN KHAI

17

Thông số bánh răng

Trang 116

V CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG BỘ TRUYỀN BR

Trang 117

2 Các chỉ tiêu chất lượng

Ăn Ăn Ăn

khớp khớp khớp

đúng trùng khít

Đọc giáo trình

❑ Điều kiện để 2 BR ăn khớp đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng về ăn khớp:

Trang 118

▪ Răng được chế tạo nhỏ hơn rãnh răng.

• Cho phép bánh răng vẫn

do chế tạo, biến dạng, tải

làm việc được khi có sai sốtrọng, tránh kẹt răng

• Không chính xác khi đổi

rung động và va đập

chiều chuyển động, gây ra

20

Trang 119

VI CHẾ TẠO BÁNH RĂNG

1 Nguyên lý chép hình

o Biên dạng răng thân khai có được

dạng của dụng cụ cắt

do chép đúng hình

o Dụng cụ cắt sử dụng : Dao phay ngón; dao phay đĩa

o Sau khi phay xong một rãnh răng, quay phân độ phôibánh răng để gia công răng tiếp theo

21

Định dạng
Số trang	160
Dung lượng	5,85 MB