Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Phân tích cấu tạo cơ cấu - Trương Quang Trường

Nội dung text: Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Phân tích cấu tạo cơ cấu - Trương Quang Trường

1. NGUYÊN LÝ MÁY GV: ThS. TRNG QUANG TRNG KHOA C KHÍ – CƠNG NGH TRNG ĐI HC NƠNG LÂM TP.HCM
2. Nguyên Lý Máy Chưng 1 CU TO VÀ PHÂN LOI C CU Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
3. I. Những khái niệm c bn 1. Tiết máy Tiết máy: máy hay c cu cĩ thể tháo rời ra thƠnh nhiều bộ phận khác nhau, bộ phận khơng thể tháo rời ra được nữa gọi lƠ tiết máy. Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
4. I. Những khái niệm c bn 2. Khâu Khâu : trong c cu vƠ máy, toƠn bộ những bộ phận cĩ chuyển động tưng đối so với bộ phận khác gọi lƠ khơu. Tên gọi: 1. Khâu dẫn, 2. Khâu bị dẫn 3. Giá (khâu cố định) Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
5. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản 3. Khp động + MốỌ nốỌ động gỌữa haỌ khâu lỌền nhau để hn Ơhế một phần ƠhuỜển động tng đốỌ gỌữa Ơhúng khp động + Tồn bộ Ơhỗ tỌếp ớúƠ gỌữa haỌ khâu gỌ là một thành phần khp động. Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
6. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Phơn loi khớp động - Bậc tự do của khâu + Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ qui chiếu 1 BTD + Giữa hai khâu trong mặt phẳng 3 BTD: Tx, Ty, Qz + Giữa hai khâu trong khơng gian 6 BTD: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz a) Theo số BTD bị hạn chế: Khớp động loại k->hạn chế k BTD hay cĩ k ràng buộc Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
7. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Phơn loi khớp động a) ThƯo số BTD bị hn Ơhế Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 7 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
8. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Phơn loi khớp động a) ThƯo số BTD bị hn Ơhế Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 8 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
9. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản b) ThƯo đặƠ đỌểm tỌếp ớúƠ + Khớp cao: thành phần khớp động là đường hay điểm + Khớp thấp: thành phần khớp động là mặt Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 9 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
10. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản c) Theo tính cht của chuyển động tưng đối giữa các khơu Khp tịnh tỌến – Khp quaỜ Khp phẳng – Khp khơng gỌan Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 10 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
11. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản 4. LợƠ đồ động - Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, các khớp được biễu diễn trên những hình vẽ bằng những lược đồ qui ước. Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
12. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản - Các khâu cũng được thể hiện qua các lược đồ đơn giản gọi là lược đồ khâu - Trên lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ các khớp chuyển động,Khoa Cơ Khícác – Cơng kích Nghệ Ths.thước Trương cĩ Quang ảnh Trường hưởng đến chuyển động- 12của - khâu và chuyển Trườngđộng ĐH của Nơng cơLâm TPHCMcấu.
13. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản 5 Chuổi động Nhiều khâu nối với nhau bằng các khớp động trong một hệ thống tạo thành một chuỗi động - Phân lọai chuỗi động: + Chuỗi động kín + Chuỗi động hở + Chuỗi động phẳng + Chuỗi động khơng gian Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 13 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
14. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Chuỗi động phẳng Chuỗi động khơng gian Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
15. I. Những khái niệm c bn 6. C cu Định nghĩa là những thành phần cơ bản của máy có chuyển động xác định. Đó là những hệ thống cơ học dùng để biến đổi chuyển động của 1 hay một số vật thể thành chuyển động cần thiết của các vật thể khác. Nhiệm vụ Thực hiện các quá trình kỹ thuật nhờ chuyển động của các phần tử cùa nó Phần tử Khâu & Khớp động Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
16. I. Những khái niệm c bn 6. C cu Cơ cấu là một chuỗi động cĩ một khâu cố định và chuyển động theo qui luật xác định. Khâu cố định được gọi là giá. - Phân loại cơ cấu: cơ cấu phẳng – cơ cấu khơng gian Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 16 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
17. II. BậƠ tự ơo Ơ Ơấu 1. Định nghĩa - Bậc tự do (BTD) của cơ cấu là thơng số độc lập cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu, nĩ cũng là số khả năng chuyển động tương đối độc lập của cơ cấu đĩ. 2. Tính bc t do của cơ cấu khơng gian (trường hợp tổng quát): W W = W0 ậ R. Trong đĩ: W0 – BTD tổng cộng của các khâu động nếu để rời R – số ràng buộc của tất cả khớp động trong cơ cấu 1. Số bậc tự do trong cơ cấu 1 khâu để rời trong khơng gian cĩ 6 BTD BTD tổng cộng của n khâu động là W0 = 6n 2. Số ràng buộc chứa trong cơ cấu Khớp lọai k hạn chế k bậc tự do. Nếu gọi pk là số khớp lọai k chứa trong cơ cấu tổng các ràng buộc do pk khớp lọai k gây nên là pk.k 5 Trong thực tế số ràng buộc R  pk k 5 p5 4 p 4 3 p 3 2 p 2 1 p 1 thường nhỏ hơn giá trị trên k 1 vì trong các Khoacơ Cơ cấuKhí – Cơngtồn Nghệtại Ths. Trương Quang Trường ràng trùng. - 17 - buộcTrường ĐH Nơng Lâm TPHCM
18. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Ví dụ 1: Xét cơ cấu 4 khâu bản lề + Ràng buộc trực tiếp: ràng buộc giữa hai khâu do khớp nối trực tiếp giữa hai khâu đĩ được gọi là ràng buộc trực tiếp. + Ràng buộc gián tiếp: nếu tháo khớp A, giữa khâu 1 và 4 cĩ ràng buộc gián tiếp + Ràng buộc trùng: nối khâu 1 và 4 bằng khớp A, giữa chúng cĩ ràng buộc trực tiếp sau 3 ràng buộc trùng. Ràng buộc trùng chỉ xảy ra ở khớp đĩng kín của cơ cấu. Gọi R0 là số ràng buộc trùng tổng số ràng buộc trong cơ cấu: 5 Khoa CơR Khí – Cơng kp Nghệk R0 k 1 Ths. Trương Quang Trường - 18 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
19. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Cơng thức tính bậc tự do của cơ cấu khơng gian: 6 W=6n-  kpk0 R Ví dụ 1: Tính bậc tự do của cơ cấu 4 khâu bản lề k=1 Số khâu động n = 3 Số khớp loại 5 p5 = 4 Số ràng buộc trùng R0 = 3 Bậc tự do của cơ cấu W = 6.3 ậ(5.4 ậ 3) = 1 BTD Ví dụ 2: Tính bậc tự do của cơ cấu bàn tay máy Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 19 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
20. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu 3. Bc t do của cơ cấu phẳng a) Số bậc tự do trong cơ cấu 1 khâu để rời cĩ 3 BTD số BTD tổng cộng của n khâu động: W0 = 3n b) Số ràng buộc chứa trong cơ cấu Cơ cấu phẳng cĩ hai loại khớp: - khớp loại 4 chứa 1 ràng buộc - khớp loại 5 chứa 2 ràng buộc tổng số ràng buộc trong cơ cấu: R = 1p4 + 2p5 ậ R0 W = 3n ậ (p4 + 2p5 ậ R0) Ví dụ 3: Tính bậc tự do của cơ cấu tay quay – con trượt Số khâu động n = 3 Số khớp loại 5 p5 = 4 Bậc tự do của cơ cấu W = 3.3 ậ (0 + 2.4 ậ 0) = 1 BTD Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 20 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
21. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Ví dụ 4: Tính bậc tự do của cơ cấu chêm như hình vẽ -Cơ cấu tồn khớp loại 5 với n = 2, p5 = 3 - Chọn hệ qui chiếu gắn với giá Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 21 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
22. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu RÀNG BUC THA Ví dụ 5: Tính bậc tự do của cơ cấu hình bình hành Cơ cấu tồn khớp loại 5 với: n = 4, p5 = 6 - Bậc tự do của cơ cấu là W=3.4 ậ (0 + 2.6) = 0 BTD - Trên thực tế cơ cấu này làm việc được điều này cĩ gì mâu thun khơng ? Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 22 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
23. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu - Chú ý khâu 5 khơng cĩ tác dụng gì trong chuyển động của cơ cấu ABCD - Nếu bỏ khâu 5 ra, cơ cấu thành cơ cấu 4 khâu bản lề với BTD bằng 1 -Khi thêm khâu 5 và 2 khớp E, F vào + thêm khâu 5 (EF) thêm 3 bậc tự do + thêm 2 khớp lọai 5 (E, F) thêm 4 ràng buộc thêm 1 ràng buộc Gọi r là số ràng buc tha cĩ trong cơ cấu, BTD của cơ cấu phẳng W = 3n – (2p5 + p4) + r Trong cơ cấu hình bình hành ở trên, r = 1 và W = 3.4 ậ (2.6 + 0) + 1= 1 BTD Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 23 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
24. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu BC T DO THA Ví dụ 6: Tính bậc tự do của cơ cấu cam cần đẩy đáy con lăn n = 3 p4 = 1 p5 = 3 W = 3.3 - (2.3 + 1) = 2 BTD Kết quả này cĩ đúng khơng? - Trong thực tế cơ cấu trên chỉ cĩ 1 BTD vì chuyển động lăn của con lăn 2 quanh khớp C khơng ảnh hưởng đến chuyển động cĩ ích của cơ cấu nên khơng được kể vào bậc tự do của cơ cấu. - BTD thêm vào mà khơng làm ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu gọi là BTD tha, kí hiệu là s - Trở lại cơ cấu cam ở trên W = 3.3 ậ (2.3+1) ậ 1 = 1 BTD Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 24 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
25. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Tĩm lại cơng thc tính BTD - Đối với cơ cấu khơng gian 5 W=6n-  kpk0 R k 1 - Đối với cơ cấu phẳng (trừ cơ cấu chêm) W=3n- 2p54 p r s Với n: số khâu động k: loại khớp động pk: số khớp loại k R0: số ràng buộc trùng r: số ràng buộc thừa s: số BTD thừa Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 25 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
26. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu 4. Ý nghĩa của bc t do ậ Khâu dn và khâu bị dn Số BTD cơ cấu là: - - Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 26 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
27. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng Nguyên lý tạo thành cơ cấu Một cơ cấu cĩ W BTD là cơ cấu được tạo thành bởi W khâu dẫn và những nhĩm cĩ BTD bằng zero W = W + 0 + + 0 Khâu dẫn nhĩm cĩ BTD = 0 1. Nhĩm tĩnh định Đối với nhĩm tĩnh định tồn khớp thấp: n = 2 p = 3 3n 5 nhĩm 2 khâu 3 khớp: Nhĩm loại 2 W 32 n p p n = 4 p = 6 nhĩm 4 khâu 6 khớp: Nhĩm loại 3 552 5 n = 6 p5 = 9 nhĩm 6 khâu 9 khớp: Nhĩm loại 4 . Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 27 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
28. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 1. Nhĩm tĩnh định (tt) a) b) c) d) e) f) g) h) a, b, c, d, e: Nhĩm loại 2 f, g: Nhĩm loại 3 h: Nhĩm loại 4 Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 28 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
29. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 2. Nguyên tắc tách nhĩm tĩnh định Khi tách nhĩm tĩnh định phải theo nguyên tắc sau: + Chọn trước khâu dẫn và giá + Tách những nhĩm ở xa khâu dẫn trước rồi dần đến những nhĩm ở gần hơn + Sau khi tách nhĩm, phần cịn lại phải là một cơ cấu hồn chỉnh hoặc khâu dẫn + Phải tách nhĩm đơn giản trước, nếu khơng được thì mới tách nhĩm phức tạp hơn (loại cao hơn) Ví dụ : Tách nhĩm tĩnh định cơ cấu động cơ diezen, cơ cấu bơm oxy Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 29 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
30. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 2. Nguyên tắc tách nhĩm tĩnh định (tt) Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 30 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
31. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 2. Nguyên tắc tách nhĩm tĩnh định (tt) Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 31 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
32. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu - Khâu dẫn gọi là cơ cấu loại 1 - Cơ cấu chỉ chứa 1 nhĩm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhĩm Át-xua đĩ. - Cơ cấu chứa nhiều nhĩm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhĩm Át-xua cĩ loại cao nhất. Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 32 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
33. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu Ví dụ : Tính BTD và xếp loại cơ cấu bốn khâu bản lề. Ta cĩ: n = 3; p5 = 4; p4 = 0 -BTD cơ cấu: W = 3n – (2p5 + p4) = 3.3 – (2.4 + 0) = 1 - Khâu dẫn: 1 - Tách nhĩm: 32, 1 Cơ cấu loại 2 Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 33 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
34. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu Ví dụ : Tính BTD và xếp loại cơ cấu bơm oxy. Ta cĩ: n = 5; p5 = 7; p4 = 0 -BTD cơ cấu: W = 3n – (2p5 + p4) = 3.5 – (2.7 + 0) = 1 - Khâu dẫn: 1 - Tách nhĩm: 5432, 1 Cơ cấu loại 3 Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 34 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
35. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu Ví dụ : Tính BTD và xếp loại cơ cấu máy bào ngang. Ta cĩ: n = 5; p5 = 7; p4 = 0 -BTD cơ cấu: W = 3n – (2p5 + p4) = 3.5 – (2.7 + 1) = 1 - Khâu dẫn: 1 - Khâu dẫn: 5 - Tách nhĩm: 54, 32, 1 - Tách nhĩm: 1234, 5 Cơ cấu loại 3 Cơ cấu loại 2 5 5 5 1 1 1 3 3 3 4 4 4 2 2 2 a) c) b) Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 35 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
36. IV. Thay thế khp cao bằng khp thấp - Trong cơ cấu phẳng, thường cĩ khớp cao loại 4, để tách thành những nhĩm tĩnh định như những cơ cấu phẳng tồn khớp thấp thay thế các khớp cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu W = 3 x 2 - (1 + 2 x 2) = 1 BTD W = 3 x 3 – (2 xKhoa 4) Cơ = Khí 1 –BTD Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 36 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
37. IV. Thay thế khp cao bằng khp thấp - Thay thế khớp cao bằng khớp thấp phải đảm bảo hai điều kiện + bậc tự do của cơ cấu khơng thay đổi + quy luật chuyển động khơng đổi - Nguyên tắc: dùng 1 khâu hai khớp bản lề và đặt các bản lề tại tâm cong của các thành phần khớp cao tại điểm tiếp xúc. - Ví dụ: Thay thế khớp cao bằng khớp thấp ở cơ cấu cam cần lắc đáy bằng  B B C 2 AA 1 2 O O 1 1 3 1 - Sự thay thế khớp cao bằng khớp thấp khơng phải chỉ để xem xét nhĩm tĩnh định mà việc phân tích động học cơ cấu thay thế cho biết cả về địnhKhoa tính Cơ cũng Khí – Cơng như Nghệ định Ths.lượng Trương của Quang cơ Trường cấu thay thế tại vị trí đang -xem 37 - xét. Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM
38. IV. Thay thế khp cao bằng khp thấp Một số khớp loại cao được thay thế bằng khớp thấp thường gặp A B A B A B A B Khớp loại 4 Chuổi động thay thế B B A A A A Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 38 - Trường ĐH Nơng Lâm TPHCM