1. C ẤẤẤẤU T ẠẠẠẠO CƠ C Unttien/Lectures/Co Ky thuat 2/Ch.01... · 2009-01-18 ·...

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering DepartmentHCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan TienNguyen Tan Tien

1. C1. CẤẤẤẤẤẤẤẤU TU TẠẠẠẠẠẠẠẠO CƠ CO CƠ CẤẤẤẤẤẤẤẤUU

Theory of MachineTheory of Machine 1.011.01 Structure of MechanismStructure of Mechanism

-- Chi Chi titiếếtt mmááyy ((titiếếtt mmááyy): ): mmááyy hay hay cơcơ ccấấuu ccóó ththểể ththááoo rrờờii rara ththàànhnh nhinhiềềuu bbộộ phphậậnnkhkháácc nhaunhau, , bbộộ phphậậnn khôngkhông ththểể ththááoo rrờờii rara đưđượợcc nnữữaa ggọọii llàà chi chi titiếếtt mmááyy



Piston

Pin

Ring

Crank

Linkage

Cylindre

Plain Bearing

Bearing

Nut

Bolt

Wash

er

Retainin

g Ring

Plain Bearing

1. Chi 1. Chi titiếếtt mmááyy vvàà khâukhâu

-- Chi Chi titiếếtt mmááyy ((titiếếtt mmááyy))

§§1. 1. ĐĐịịnhnh nghnghĩĩaa vvàà khkhááii niniệệmm cơcơ bbảảnn

-- KhâuKhâu: : trongtrong cơcơ ccấấuu vvàà mmááyy, , totoàànn bbộộ nhnhữữngng bbộộ phphậậnn ccóó chuychuyểểnn đđộộngng tươngtương đđốốiiđđốốii so so vvớớii ccáácc bbộộ phphậậnn khkháácc ggọọii llàà khâukhâu



-- KhâuKhâu


-- BBậậcc ttựự do (do (btdbtd) ) ccủủaa khâukhâu



2. 2. ThThàànhnh phphầầnn khkhớớpp đđộộngng vvàà khkhớớpp đđộộngng


+ + MMộộtt khkhảả năngnăng chuychuyểểnn đđộộngng đđộộcc llậậpp đđốốii vvớớii mmộộtt hhệệ quyquy chichiếếuu →→ mmộộtt btdbtd

z

x y

+ + GiGiữữaa haihai khâukhâu trongtrong mmặặtt phphẳẳngng →→ 3 3 btdbtd: : TxTx, , TTyy, , QzQz

+ + GiGiữữaa haihai khâukhâu trongtrong khôngkhông giangian →→ 6 6 btdbtd: : TxTx, , TyTy, , TzTz, , QxQx, , QyQy, , QzQz

z

x y

-- NNốốii đđộộngng: : đđểể ttạạoo ththàànhnh cơcơ ccấấuu, , ccáácc khâukhâu khôngkhông ththểể đđểể rrờờii nhaunhau mmàà phphảảii đưđượợccliênliên kkếếtt vvớớii nhaunhau theotheo mmộộtt quyquy ccááchch xxáácc đđịịnhnh nnààoo đđóó saosao chocho sausau khikhi nnốốii nhaunhauccáácc khâukhâu vvẫẫnn còncòn ccóó khkhảả năngnăng chuychuyểểnn đđộộngng tươngtương đđốốii →→ nnốốii đđộộngng ccáácc khâukhâu




-- ThThàànhnh phphầầnn khkhớớpp đđộộngng, , khkhớớpp đđộộngng




+ + KhiKhi nnốốii đđộộngng, , ccáácc khâukhâu ssẽẽ ccóó ththàànhnh phphầầnn titiếếpp xxúúcc nhaunhau. . ToToàànn bbộộ chchổổ titiếếppxxúúcc gigiữữaa haihai khâukhâu ggọọii llàà mmộộtt ththàànhnh phphầầnn khkhớớpp đđộộngng

+ + HaiHai ththàànhnh phphầầnn khkhớớpp đđộộngng trongtrong mmộộtt phphéépp nnốốii đđộộngng haihai khâukhâu hhììnhnh ththàànhnhnênnên mmộộtt khkhớớpp đđộộngng

Thành phần khớp động trên bản lề phải

Thành phần khớp động trên bản lề trái

Khớp loại ?

z

x y

Khớp loại 4

z

x y

Khớp loại 5

Khớp loại 1

z

x y

Khớp loại 3

z

x y

Khớp loại 2

z

x y

-- Theo Theo ssốố btdbtd bbịị hhạạnn chchếế: : KhKhớớpp đđộộngng loloạạii kk hhạạnn chchếế kk btdbtd hay hay ccóó kk rrààngng bubuộộcc



3. 3. PhânPhân loloạạii khkhớớpp đđộộngng


z

x y

z

x y

z

x y

z

x y

z

x y

-- Theo Theo đđặặcc điđiểểmm titiếếpp xxúúcc




+ + KhKhớớpp caocao: : ththàànhnh phphầầnn khkhớớpp đđộộngng llàà điđiểểmm hay hay đưđườờngng

+ + KhKhớớpp ththấấpp: : ththàànhnh phphầầnn khkhớớpp đđộộngng llàà mmặặtt

-- ĐĐểể thuthuậậnn titiệệnn chocho viviệệcc nghiênnghiên ccứứuu, , ccáácc khkhớớpp đưđượợcc bibiểểuu didiễễnn trêntrên nhnhữữngng hhììnhnhvvẽẽ bbằằngng nhnhữữngng lưlượợcc đđồồ quyquy ưướớcc



4. 4. LưLượợcc đđồồ


-- CCáácc khâukhâu ccũũngng đưđượợcc ththểể hihiệệnn qua qua ccáácc lưlượợcc đđồồ đơnđơn gigiảảnn ggọọii llàà lưlượợcc đđồồ khâukhâu




A

B

C

-- TrênTrên lưlượợcc đđồồ khâukhâu phphảảii ththểể hihiệệnn đđầầyy đđủủ ccáácc khkhớớpp đđộộngng, , ccáácc kkííchch thưthướớcc ccóó ảảnhnhhưhưởởngng đđếếnn chuychuyểểnn đđộộngng ccủủaa khâukhâu vvàà chuychuyểểnn đđộộngng ccủủaa cơcơ ccấấuu

-- ChuChuỗỗii đđộộngng: : nhinhiềềuu khâukhâu nnốốii vvớớii nhaunhau ttạạoo ththàànhnh mmộộtt chuchuỗỗii đđộộngng




- Phân loại chuỗi động:o Chuỗi động kín o Chuỗi động hởo Chuỗi động phẳng o Chuỗi động không gian

A

BC

D

Oz

Ox

Oy

1

4

32

A

B

C

D E F1 2 3 4 5

-- CơCơ ccấấuu: : cơcơ ccấấuu llàà mmộộtt chuchuỗỗii đđộộngng ccóó mmộộtt khâukhâu ccốố đđịịnhnh vvàà chuychuyểểnn đđộộngng theotheoquyquy luluậậtt xxáácc đđịịnhnh. . KhâuKhâu ccốố đđịịnhnh đưđượợcc ggọọii llàà gigiááo CơCơ ccấấuu ccũũngng đưđượợcc chiachia rara llààmm cơcơ ccấấuu phphẳẳngng vvàà cơcơ ccấấuu khôngkhông giangian gigiốốngngnhưnhư đđốốii vvớớii chuchuỗỗii đđộộngng

-- BBậậcc ttựự do (do (btdbtd) ) ccủủaa cơcơ ccấấuu llàà ssốố thôngthông ssốố đđộộcc llậậpp ccầầnn thithiếếtt đđểể xxáácc đđịịnhnh hohoàànntotoàànn vvịị trtríí ccủủaa cơcơ ccấấuu, , nnóó ccũũngng llàà ssốố khkhảả năngnăng chuychuyểểnn đđộộngng tươngtương đđốốii đđộộcc llậậppccủủaa cơcơ ccấấuu đđóó



I. I. ĐĐịịnhnh nghnghĩĩaa

§§2. 2. BBậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu

II. II. TTíínhnh bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu khôngkhông giangian ((trưtrườờngng hhợợpp ttổổngng ququáátt))

WWoo bbậậcc ttựự do do ttổổngng ccộộngng ccủủaa ccáácc khâukhâu đđộộngng nnếếuu đđểể rrờờiiRR ssốố rrààngng bubuộộcc ccủủaa ttấấtt ccảả khkhớớpp đđộộngng trongtrong cơcơ ccấấuuWW bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu

RWW −= 0

1. 1. SSốố bbậậcc ttựự do do trongtrong cơcơ ccấấuu

2. 2. SSốố rrààngng bubuộộcc chchứứaa trongtrong cơcơ ccấấuunW 60 =

∑=

=5

1kkkpR

1 1 khâukhâu đđểể rrờờii trongtrong khôngkhông giangian ccóó 6 6 btdbtd →→ btdbtd ttổổngng ccộộngng ccủủaa nn khâukhâu đđộộngng llàà

KhKhớớpp loloạạii kk hhạạnn chchếế kk bbậậcc ttựự do. do. NNếếuu ggọọii ppkk llàà ssốố khkhớớpp loloạạii kk chchứứaa trongtrong cơcơccấấuu →→ ttổổngng ccáácc rrààngng bubuộộcc do do ppkk khkhớớpp loloạạii kk gâygây nênnên llàà kk..ppkk. Do . Do đđóó

TrongTrong ththựựcc ttếế, , ssốố rrààngng bubuộộcc thưthườờngng nhnhỏỏ hơnhơn gigiáá trtrịị trêntrênvvìì trongtrong cơcơ ccấấuu ttồồnn ttạạii ccáácc rrààngng bubuộộcc trtrùùngng


+ Ràng buộc giữa hai khâu do khớp nối trực tiếp giữa hai khâu đó được gọilà ràng buộc trực tiếp

+ Ràng buộc giữa hai khâu không do tác dụng trực tiếp của khớp nối giữa haikhâu đó được gọi là ràng buộc gián tiếp

+ Khi dùng 1 khớp để nối động hai khâu đã bị ràng buộc gián tiếp, thì ở khớpđóng kín đó sẽ xảy ra các ràng buộc trùng lắp, gọi là ràng buộc trùng

Ví dụ: Xét cơ cấu 4 khâu bản lề


$2. $2. BBậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuuII. II. TTíínhnh bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu khôngkhông giangian ((trưtrườờngng hhợợpp ttổổngng ququáátt))

A

BC

D

Oz

Ox

Oy

1

4

32

1A

B

C

D2A

Ox

Oz

Oy

1 2 3

4

+ Ràng buộc trùng: Nối khâu 1 và 4 bằng khớp A, giữa hai khâu này có nhữngràng buộc sau

(1) (2) (3) (4) (5)


+ Ràng buộc gián tiếp: Nếu tháo khớp A, giữa khâu 1 và 4 không có ràng buộctrực tiếp. Tuy nhiên giữa khâu 1 và 4 có các ràng buộc(1) (2) (3)

+ Ràng buộc trùng: Nối khâu 1 và 4 bằng khớp A, giữa hai khâu này có nhữngràng buộc sau

(1) (2) (3) (4) (5)

3 ràng buộc trùng. Ràng buộc trùng chỉ xảy ra ở khớp đóng kín của cơ cấu⇒


$2. $2. BBậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu

Ví dụ: Xét cơ cấu 4 khâu bản lề

A

BC

D

Oz

Ox

Oy

1

4

32

1A

B

C

D2A

Ox

Oz

Oy

1 2 3

4


Nếu gọi số ràng buộc trùng chứa trong cơ cấu là R0, tổng số ràng buộc trongcơ cấu sẽ là

3. 3. CôngCông ththứứcc ttíínhnh bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu khôngkhông giangian

0

5

1

RkpRk

k −=∑=

−−= ∑

=

5

1

06k

k RkpnW

Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu bàn tay máy (xem tài liệu tham khảo)



btdW 1)345(36 =−×−×=A

BC

D

Oz

Ox

Oy

1

4

32

VVíí ddụụ: : TTíínhnh bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu 4 4 khâukhâu bbảảnn llềề

SSốố khâukhâu đđộộngng n = 3n = 3SSốố khkhớớpp loloạạii 5 5 pp55 = 4= 4SSốố rrààngng bubuộộcc trtrùùngng RR00 = 3= 3BBậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu


nW 30 =

Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu chêm như hình vẽ054 21 RppR −+=

Ox

A

Oz

Oy

BC

O

1

2


$2. $2. BBậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuuIII. III. TTíínhnh bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu phphẳẳngng

1. 1. SSốố bbậậcc ttựự do do trongtrong cơcơ ccấấuuMMộộtt khâukhâu đđểể rrờờii ccóó 3 3 btdbtd →→ ssốố btdbtd ttổổngng ccộộngng ccủủaa nn khâukhâu đđộộngng::

→→ ttổổngng ssốố rrààngng bubuộộcc::

2. 2. SSốố rrààngng bubuộộcc chchứứaa trongtrong cơcơ ccấấuuCơCơ ccấấuu phphẳẳngng chchứứaa 2 2 loloạạii khkhớớpp

+ + khkhớớpp loloạạii 4 4 chchứứaa 1 1 rrààngng bubuộộcc+ + khkhớớpp loloạạii 5 5 chchứứaa 2 2 rrààngng bubuộộcc

Ox

A

Oz

Oy

BC

O

1

2

Ox

Oz

Oy

A

B

O

C

1

2


Trong cơ cấu phẳng, chỉ cơ cấu chêm là có ràng buộc trùng

btd1)132(23 =−×−×=⇒W



Cơ cấu toàn khớp loại 5 với n = 2, p5 = 3Chọn hệ quy chiếu gắn với giáChưa đóng khớp A, khâu 1 có khả năng:

Đóng khớp A, khâu 1 có khả năng:


Ví dụ: Tính bậc tự do của cơ cấu hình bình hành

btdW 0)62(43 =×−×=

A

B C

D

1ω3ω

E

F5 4

1 2 3



Điều này có gì mâu thuẫn ?

Cơ cấu toàn khớp loại 5 với: n=4, k=5, pk=6. Bậc tự do của cơ cấu là


)2(3 45 rppnW −+−=

btdW 1)162(43 =−×−×=

→ thừa 1 ràng buộc

A

B C

D

1ω3ω

E

F

1 2 3

45 A

B C

D

1ω3ω

1 2 3

4

E

F5



Chú ý khâu 5 không có tác dụng gì trong chuyển động của cơ cấu ABCDNếu bỏ khâu 5 ra, cơ cấu trở thành cơ cấu 4 khâu bản lề với btd bằng 1Khi thêm khâu 5 và 2 khớp E, F vào

+ thêm khâu 5 ( EF ) → thêm 3 bậc tự do+ thêm 2 khớp loại 5 ( E, F ) → thêm 4 ràng buộc

Gọi r là số ràng buộc thừa có trong cơ cấu, btd của cơ cấu phẳng được tính

Trong cơ cấu hình bình hành ở trên, r = 1, và


VVíí ddụụ: : ttíínhnh bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu cam cam ccầầnn đđẩẩyy đđááyy con con lănlăn

n = 3n = 3k = 4, 5k = 4, 5pp44 = 1= 1pp55 = 3= 3W = 3 W = 3 x x 3 3 –– (2 (2 x x 3 + 1) = 23 + 1) = 2 btdbtd

KKếếtt ququảả nnààyy ccóó đđúúngng khôngkhông ??1ωA

B

C

D

1

2

3




-- TrongTrong ththựựcc ttếế, , cơcơ ccấấuu bênbên chchỉỉ ccóó 1 1 btdbtd vvìì chuychuyểểnnđđộộngng lănlăn ccủủaa con con lănlăn 2 2 quanhquanh khkhớớpp BB khôngkhông àànhnhhưhưởởngng đđếếnn chuychuyểểnn đđộộngng ccóó ííchch ccủủaa cơcơ ccấấuu nênnênkhôngkhông đưđượợcc kkểể vvààoo bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu

-- BtdBtd thêmthêm vvààoo mmàà khôngkhông ảảnhnh hưhưởởngng đđếếnn chuychuyểểnnđđộộngng ccủủaa cơcơ ccấấuu ggọọii llàà btdbtd ththừừaa, , kýký hihiệệuu llàà ss

-- TrTrởở llạạii cơcơ ccấấuu cam cam ởở trêntrên

TTóómm llạạii, , côngcông ththứứcc ttíínhnh bbậậcc ttựự dodo+ + đđốốii vvớớii cơcơ ccấấuu khôngkhông giangian

+ + đđốốii vvớớii cơcơ ccấấuu phphẳẳngng trtrừừ cơcơ ccấấuu chêmchêm

vvớớii nn : : ssốố khâukhâu đđộộngng kk : : loloạạii khkhớớpp đđộộngng ppkk : : ssốố khkhớớpp loloạạii kkRR00 : : ssốố rrààngng bubuộộcc trtrùùngng rr : : ssốố rrààngng bubuộộcc ththừừaa ss : : ssốố btdbtd ththừừaa

btdW 11)0132(33 =−−+×−×=

−−= ∑

=

5

1

06k

k RkpnW

srppnW −−+−= )2(3 45




A

BC

D

1ϕ

A

BC

D

D

1ϕ 4ϕ


$2. $2. BBậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuuIV. IV. Ý Ý nghnghĩĩaa bbậậcc ttựự do do –– KhâuKhâu ddẫẫnn vvàà khâukhâu bbịị ddẫẫnn


MMộộtt cơcơ ccấấuu ccóó WW btdbtd llàà cơcơ ccấấuu đưđượợcc ttạạoo ththàànhnh bbởởii WW khâukhâu ddẫẫnn vvàà nhnhữữngng nhnhóómm ccóóbtdbtd bbằằngng zerozero

NhNhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnh llàà nhnhữữngng nhnhóómm câncân bbằằngng hay hay chuychuyểểnn đđộộngng, , ccóó bbậậcc ttựự do do bbằằngngzero zero vvàà phphảảii ttốốii gigiảảnn ((ttứứcc llàà khôngkhông ththểể chiachia ththàànhnh nhnhữữngng nhnhóómm nhnhỏỏ hơnhơn đưđượợcc nnữữaa))ĐĐốốii vvớớii nhnhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnh totoàànn khkhớớpp ththấấpp

023 5 =−= pnW

n

5p

2 4 6 L

3 6 9 L

⇒


$3. $3. NhNhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnhI. I. NguyNguyênên lýlý ttạạoo ththàànhnh cơcơ ccấấuu

II. II. NhNhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnh


Khi tách nhóm tĩnh định phải theo nguyên tắc sau+ Chọn trước khâu dẫn và giá+ Khi tách nhóm, phần còn lại của cơ cấu phải là 1 cơ cấu hoàn chỉnh hoặckhâu dẫn

+ Tách những nhóm ở xa khâu dẫn trước rồi dần đến những nhóm ở gần hơn+ Khi tách nhóm tĩnh định, thử tách những nhóm đơn giản trước rối đến nhómphức tạp sau

Ví dụ: Tách nhóm tĩnh định cơ cấu động cơ diezen, cơ cấu bơm oxy

A B

C

D

E

F

G H

I

J

2

1

1ω

4 5

6

7

3

A

BC

D

E

F

G

1

2

4

3

5

1ω


$3. $3. NhNhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnhIII. III. NguyNguyênên ttắắcc ttááchch nhnhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnh


H

I

J

6

7

E

F

G H

54

A B

C

D

E

F

G H

I

J1ω

4 5

6

7

3

1

2

A B

C

D

E

F

G H

1ω

4 53

1

2

A B

C

D

E

1ω

3

1

2

C

D

E

3

2

B A B

1ω

1


$3. $3. NhNhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnh


A

BC

D

E

F

G

1

2

4

3

5

1ωA

BC

1

2

1ω

C

DF

G

4

3

D

E

5

C

D

E

F

3

5F

G

4

A

BC

1

2

1ω

BC

D

E

F

G

2

4

3

5

A

1

1ω


$3. $3. NhNhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnh



$4. $4. ThayThay ththếế khkhớớpp caocao bbằằngng khkhớớpp ththấấpp- Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những nhómtĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp → phải thay thế các khớpcao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu


-- ThayThay ththếế khkhớớpp caocao bbằằngng khkhớớpp ththấấpp phphảảii đđảảmm bbảảoo 2 2 điđiềềuu kikiệệnn+ + bbậậcc ttựự do do ccủủaa cơcơ ccấấuu khôngkhông thaythay đđổổii+ + quyquy luluậậtt chuychuyểểnn đđộộngng khôngkhông đđổổii

-- NguyênNguyên ttắắcc: : ddùùngng 1 1 khâukhâu haihai khkhớớpp bbảảnn llềề vvàà đđặặtt ccáácc bbảảnn llềề ttạạii tâmtâm cong cong ccủủaa ccááccththàànhnh phphầầnn khkhớớpp caocao ttạạii điđiểểmm titiếếpp xxúúcc

- Ví dụ: Thay thế khớp cao bằng khớp thấp ở cơ cấu cam cần lắc đáy bằng

-- SSựự thaythay ththếế khkhớớpp caocao bbằằngng khkhớớpp ththấấpp khôngkhông phphảảii chchỉỉ đđểể xemxem xxéétt nhnhóómm ttĩĩnhnh đđịịnhnhmmàà viviệệcc phânphân ttííchch đđộộngng hhọọcc cơcơ ccấấuu thaythay ththếế chocho bibiếếtt ccảả vvềề đđịịnhnh ttíínhnh ccũũngng nhưnhưđđịịnhnh lưlượợngng ccủủaa cơcơ ccấấuu thaythay ththếế ttạạii vvịị trtríí đangđang xemxem xxéétt

1ω

C

1O 2O

21

1ω

1O 2O

A

B3 21


$4. $4. ThayThay ththếế khkhớớpp caocao bbằằngng khkhớớpp ththấấpp

1. C ẤẤẤẤU T ẠẠẠẠO CƠ C Unttien/Lectures/Co Ky thuat 2/Ch.01... · 2009-01-18 ·...

Documents

Transcript of 1. C ẤẤẤẤU T ẠẠẠẠO CƠ C Unttien/Lectures/Co Ky thuat 2/Ch.01... · 2009-01-18 ·...