Chương 9: Cấu Cam u m - hcmut.edu.vnphhoang/NLM/NLM_Chpt9.pdf · d [a] Thiết kế cơ cấu...

TS. Phạm Huy Hoàng

TS. Phạm Huy Hoàng 1

Chương 9: Cơ Cấu Cam

I. Giới thiệu

1. Khái niệm:Cơ cấu cam bao gồm cam và cần dùngđể tạo chuyển động lặp lại xác định.

a. Cam có bề mặt làm việc được chếtạo theo quy luật chuyển động.

b. Cần được cam đẩy chuyển động theoquy luật.

Không gian

Phẳng

I. Giới thiệu

2. Phân lọai:a. Theo tính chất cơ cấu.



I. Giới thiệu

2. Phân lọai:b. Theo chuyển động của cam: quay và tịnh tiến

Cam quay

Cam tịnh tiến

I. Giới thiệu

2. Phân lọai:c. Theo chuyển động của cần: lắc và tịnh tiến

Cần lắc

Cần đẩy



I. Giới thiệu

2. Phân lọai:d. Theo tính chất tiếp xúc giữa cần và cam: đáy nhọn, đáy

con lăn và đáy bằng.

Đáy nhọn

Đáy con lăn

Đáy bằng

I. Giới thiệu

2. Phân lọai:

Phẳng – cần lắc

Không gian

Phẳng – cần đẩy



I. Giới thiệu

3. Công dụng: Điều khiển một quá trình có tính tuầnhoàn.

Đồ chơi



I. Giới thiệu

3. Công dụng: Điều khiển một quá trình có tính tuầnhoàn.

Đồ chơi

I. Giới thiệu

2. Công dụng: Điều khiển một quá trình có tính lặp lại hay có tính tuần hòan.

Gia công chế tạo, Động cơ, Máy thực phẩm,…



Cơ cấu nâng hạ go và cơ cấu

patăng trong máy dệt vải

Cơ cấu đưa kiếm

trong máy dệt



Cơ cấu đưa phôi

tự động

II. Phân tích cơ cấu cam

1. Động học

a. Phương pháp trực tiếp

j

SA

O

BC




j yD

0y

y

w




( )dxxfY ò=

MA H mmm j=

HPO =1

( )( )

ïïþ

ïïý

ü

=

=

i

i

i

iM

x

xyM

DjDm

jm

j

( ) ( ) jjj dMA ò=

j

j

w-

S

S

1. Động học

b. Phương pháp đổi giá

* Cam cần đẩy



ij

iSA

O

B

0SHi

H0

w

0AiA

O 0H

iH

ij0S

iS

B

j A

O

BC

yIj

y

w-

b. Phương pháp đổi giá

* Cam cần lắc



0ykj

ky

w

w

0AiA

O 0B

iB

l

0jij

l

a

a

iy

0y



2Avr

n

n

tt

a12Nr

II. Phân tích cơ cấu cam

2. Lực học



1Avr

2Avr

S

e

R 0R

SD

n

n

tt

a

a. Góc áp lực ảnh hưởng

kích thước cam

÷÷÷

ø

ö

ççç

è

æ

-+D= -

220

1taneRS

eS m&a

+/-: H ở bên trái/phải của O

b. Góc áp lực ảnh hưởng

chuyển động của camPr

Nr

msFrFr1N

r

1msFr

Rr

aj

1j

PrF

r

Rr

a

)cos(

cos.cos

1

1

jjajj++

= PN



III. Thiết kế cơ cấu cam

( )j2

2

dtsd

[ ]aa £

( )jy2

2

dt

d

[ ]a

Thiết kế cơ cấu cam là xác định hình dáng, kích thước củacơ cấu cam đảm bảo:-Làm việc nhẹ nhàng (không tự hãm):

- Thực hiện đúng qui luật chuyển động cho trước

- Kết cấu nhỏ gọn trong điều kiện có thể

Dữ liệu đầu vào:- Qui luật gia tốc của cần: hay

- Góc áp lực cho phép:

- Chiều dài cần l (cần lắc).


Các bước thiết kế cơ cấu cam:

- Phối hợp chuyển động của máy

- Lập đồ thị biểu diễn các qui luật chuyển động của cần

- # Tìm miền tâm cam, xác định vị trí tâm cam và cáckích thước: * góc lắc nhỏ nhất + khỏang cách tâm cam

tâm cần (cần lắc)

* vị trí thấp nhất của cần + khỏang lệch tâmcam và cần (cần đẩy)

# Tìm bán kính cam nhỏ nhất để biên dạng cam không

lõm (đáy bằng)

- Xác định biên dạng cam



1. Phối hợp chuyển

động của máy

Máy bào ngang

Yêu cầu:

Máy bào có hai chuyểnđộng chính:-Chuyển động của đầubào mang dao tịnh tiếnđi về nhờ cơ cấu máybào ngang thực hiện.- Chuyển động tịnh tiếngián đoạn của bàn mangphôi do cơ cấu cam cầnlắc, cơ cấu bánh cóc, rồiđến cơ cấu vít-đai ốcthực hiện. Hai chuyển động này phải phối

hợp với nhau: chuyển động củabàn mang phôi chỉ được xảy rakhi dao nằm ngoài phôi.



1. Phối hợp chuyển động của máy


động của máy




động của máy

Động cơ V

Yêu cầu:Cơ cấu chính (cơ cấu tayquay-con trượt) phải thực hiệnchuyển động lên xuống củapis-tông theo các thì của độngcơ hút-nén-nổ-xả; van hút mở, đóng để khí cháy vào buồngđốt; van xả phải mở, đóng đểkhí đã cháy xong được thải rangoài.Việc đóng mở các van do cơcấu cam điều khiển theo cácthì của chuyển động pis-tông.Các van hút, xả có thể mởsớm, đóng muộn so vớichuyển động hút xả của cácpis-tông.



2. Chọn quy luật gia tốc

Quy luật gia tốc đượcchọn nhằm đáp ứng đặctính động lực học của cơcấu, nhất là với nhữngcơ cấu cam chuyển độngnhanh.

Đối với loại cơ cấu cam làm việc tốc độ cao, dùchọn qui luật nào cũngcần bổ sung những đoạnchuyển tiếp (để vận tốckhông biến đổi đột ngột).



Qui luật vận tốc đều

Ưu điểm: khi tải trọng không đổi (và bỏ qua ma sát) thì moment tác dụng lên trục cam là không đổi.

Nhược điểm: - Ở đầu và cuối giai đoạn đi xa, gia tốc lớnđến vô cùng do vận tốc thay đổi đột ngộtnên tải trọng thay đổi đột ngột đến vô cùnggây ra va đập trong quá trình truyền động“va đập cứng”. - Cam có điểm nhọn làm cho biên dạngcam mau mòn và tất nhiên qui luật chuyểnđộng không còn đúng nữa.

Qui luật vận tốc đều

Nếu không đòi vận tốc đều thìkhông nên chọn qui luật nàynhất là với những máy có vậntốc cao (cam quay lớn hơn vàitrăm vòng/phút).

Khi cần thiết phải chọn qui luậtvận tốc đều, khắc phục va đậpcứng bằng cách dùng nhữngđoạn chuyển tiếp trên các qui luật.



Qui luật gia tốc đềuTrong giai đoạn đi xa chuyển động cóhai phần ứng với hai giá trị của gia tốc(nhanh dần đều) và (chậm dần đều).

Qui luật này cũng gây ra va đập nhưnggia tốc (không tăng đến vô cùng) chỉ cógiới hạn nên gọi là va đập mềm.

Tương ứng với những vị trí này biêndạng lý thuyết có sự thay đổi đột ngộtvề độ lớn của bán kính cong.

Các khâu bao giờ cũng có đàn hồi nêncác hiện tượng trên sẽ dẫn đến hiệntượng dao động trong cơ cấu.

Qui luật gia tốc cosinNếu chuyển động có đứng ở xa và đứng ở gần thì sẽ có vađập mềm.Qui luật gia tốc hình sin

Gia tốc thay đổi đều nên không có va đập. Đây là qui luậtchuyển động tốt nhất về mặt tải động.



Qui luật gia tốc giảm đềuĐặc tính va đập của trường hợpnày giống trường hợp qui luậtgia tốc cosin.


3. Chọn các kích thước cam thỏa điều kiện góc áp lực

Cam cần đáy bằng: Tìm bán kính nhỏ nhất R0cuả biên dạng cam thoả điều kiện lồi của biêndạng, nghĩa là bán kính cong phải luôn luôndương.

Cam cần lắc đáy nhọn:Tìm khoảng cách tâm cam - tâm cần a và góc lệch ban đầuψ0 thỏa điều kiện góc áp lực ][aa £

Cam cần đẩy đáy nhọn:Tìm khoảng cách tâm cam – phương trượt cần e và độ caothấp nhất của cần S0 thỏa điều kiện góc áp lực ][aa £



A

O

l

a

y

B

a2Av

r

1Avr

n

n

NH

a

w

OHHN

tg =a

ldd

laABANBHHN

dd

lOAOA

dd

lOA

v

vANvAvOAN

aOBOH

A

AAA

-+=-+=Þ

===ÞDD

==

jyy

jy

wjyw

yy

cos

~

sinsin

1

221

rr

)(sin

)()(cos

jy

jjyjy

aa

dd

llatg

+-=

a. Miền tâm cam cần lắc đáy nhọn

Giải tích

][)]([

)()](cos[

0

0a

jyy

jjyjyy

a tga

dd

llatg £

D+

+-D+=

pj 20 ®=Tìm a và ψ0 nhỏ nhất và thỏa điềukiện sau đây với mọi

A

O

l

a

y

B

a2Av

r

1Avr

n

n

NH

a

w



Vẽ miền tâm cam

w

iA

O

l

a

iyB][a

a

a

2Aivr

1iAvr

n

niN

][a][a

][a

][a

iN

jN

B

iAjA

jyD

iyD

0y

O

a

l

iu

iv

ju

jv

0A

+Miền tâm cam

cần lắc đáynhọn

)ˆ(0Im

iiii vNuT

==



b. Miền tâm cam cần đẩy đáy nhọn

1Avr

2Avr

S

e

R 0R

SD

n

n

tt

a÷÷÷

ø

ö

ççç

è

æ

-+D= -

220

1taneRS

eS m&a

][)](

)(

0a

j

jja tg

SS

eddS

tg £D+

=m

Tìm e và S0 nhỏ nhất vàthỏa điều kiện sau đây vớimọi pj 20 ®=

iN

B

2Aivr

1Aivr

O

iH

iS ][aa

a

n

n

iA

][a

iI

w

Miền tâm cam cần

đẩy đáy nhọn – Vẽ



Miền tâm cam cần

đẩy đáy nhọn

iA

jN

0A

iNjA

uv

maxSD

+

T

O

e

0S][a ][a

c. Bán kính nhỏ nhất của cam cần đẩy đáy bằng

w

A

0R

acosS

B

O

a

j0A

x

yx

y

S

1Avr

2Avr

nAvr

n

n

t tH

îíì

++=

-+=

=

DD

jaja

jaja

a

coscossin)cos0(

sincoscos)cos0(:

cos

1~

SSRy

SSRxA

SAH

nAvAAvOAH

&

&

&

rr

aajjjj

jjr

coscos0

2

2

2

2

2/322

SSR

d

xdddy

d

ydddx

ddy

ddx

&&++=

-

úúû

ù

êêë

é÷ø

öçè

æ+÷ø

öçè

æ

=



B

O

an

n

t tA

I

K

2Aar

3Aar

ra23r

L

nn// acos0 SR +

waar

r

ww

a

coscos

;

/)(//

cos

~

0

2232

23

SSR

IKKAIASLI

OISaaOIIL

LIKI

aAaOIL

AA

AA

&&

&&

&&

rr

++=

+===

==

=

DD

c. Bán kính nhỏ nhất

của cam cần đẩyđáy bằng

max0 hR ³

0

0coscos0=

³++=

aaar SSR &&

mmhR 10max0 +³




4. Tổng hợp biên dạng cam

a. Cam cần lắc đáy nhọn

w

0AiA

O 0B

iB

l

0jij

l

a

a

iy

0y

b. Cam cần đẩy đáy nhọn

w

0AiA

O 0H

iH

ij0S

iS

B



B

Ow

A

C l

a y

c. Cam cần lắc đáy con lăn

BO

w

A

C



* Cách chọn bán kính con lăn: nhỏ hơn bán kính cong nhỏnhất

Lớn hơnNhỏ hơn Bằng



B

Ow

AC

O

d. Cam cần đẩy đáy con lăn

0S iS

ij0S iS

ij

e. Cam cần đẩy đáy bằng



w

0A

iA

0R

ij

iSiB

O

1A

2A

3A

O

Khuyến mãi!Tổng hợp biên dạng bằng giải tích

Ký hiệu:j : góc quay cam q : góc quay cuả điểm tạo biên dạng con lăn đáy cần nếu cóR0: bán kính nhỏ nhất cuả cam cần đẩy đáy bằngr: bán kính con lăna: khoảng cách tâm cam và tâm cầnl: chiều dài cần lắcS: hành trình cuả cần đẩyy: góc lắc của cần lắce: tâm sai cam cần đẩy

: đạo hàm theo j của H* Nguyên lý chung để xác định phương trình biện dạng cam phẳng:Phương pháp đổi giá sẽ cung cấp cho ta một họ đường cong đáy cần có phươngtrình tham số:

H&

îíì

==

),(

),(:)( , qj

qjqj yy

xxC



B

O

w-

A

C

jx

yr

ql

a

y

Biên dạng cam chính là đường cong bao hình cuả họđường cong đáy cần ở trên và có phương trình như sau:

ïïïï

î

ïïïï

í

ì

=

úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

==

0

),(

),(

:)(

¶q¶

¶q¶

¶j¶

¶j¶

qjqj

yx

yx

yy

xx

B

ïïï

þ

ïïï

ý

ü

ïïï

î

ïïï

í

ì

ïïï

î

ïïï

í

ì

úû

ùêë

é+++++--

=

+++=+++=

=

ïïï

þ

ïïï

ý

ü

ïïï

î

ïïï

í

ì

ïïï

î

ïïï

í

ì

=

úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

Î

=

-)cos()1(cos)sin()1(sin

tan

sin)sin(sin

cos)cos(cos

:),(0

)(),(

:),(

1

,

jyyjjyyjq

qjyjqjyj

¶q¶

¶q¶

¶j¶

¶j¶

qj

&&

lala

rlay

rlax

yxP

yx

yx

CyxP

yxPB

îíì

+++=+++=

qjyjqjyj

qj sin)sin(sin

cos)cos(cos:)( , rlay

rlaxC

ïïïï

î

ïïïï

í

ì

=

úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

==

0

),(

),(

:)(

¶q¶

¶q¶

¶j¶

¶j¶

qjqj

yx

yx

yy

xx

B

Chương 9: Cấu Cam u m - hcmut.edu.vnphhoang/NLM/NLM_Chpt9.pdf · d [a] Thiết kế cơ cấu...

Documents

Transcript of Chương 9: Cấu Cam u m - hcmut.edu.vnphhoang/NLM/NLM_Chpt9.pdf · d [a] Thiết kế cơ cấu...