Xem mẫu

  1. PHẦN 1: NGUYÊN LÝ MÁY Chương 1. CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài toán cấu trúc cơ cấu là nghiên cứu và thiết kế sơ đồ động của cơ cấu và máy theo yêu cầu chuyển động của quy trình công nghệ đã cho. Để giải bài toán trên cần nghiên cứu những khái niệm cơ bản về cấu tạo và đ ộng h ọc c ủa c ơ c ấu và máy. 1.1.1. Khâu Khâu có thể là một vật rắn độc lập, hoặc là m ột t ập h ợp n ối c ứng c ủa m ột số vật rắn có cùng chung một dạng chuyển động. 1.1.2. Bậc tự do của vật rắn Bậc tự do của vật rắn là số khả năng chuyển động độc l ập, hay là s ố thông số độc lập cần để xác định vị trí của vật rắn. Xét một vật rắn S chuyển động trong mặt phẳng xoy (hình 1.1a). Nó có ba khả năng chuyển động động lập: y y Qy S Tx S Tx Ty Ty o x o x Tz Qx Qz z z Qz a) b) Hình 1.1. Bậc tự do của vật rắn - Hai chuyển động tịnh tiến Tx và Ty dọc theo hai trục ox và oy tạo nên mặt phẳng chuyển động. - Một chuyển động quay quanh trục oz là Qz vuông góc với mặt phẳng chuyển động của S. Vì vậy trong một mặt phẳng vật rắn có ba khả năng chuyển động độc lập (ba bậc tự do): Tx , Ty và Qz . Trong không gian (hình 1.1b) vật rắn S có sáu bậc tự do: Tx , Ty , Tz và Qx , Q y , Qz . 1.1.3. Nối động và khớp động Nối động là mối nối hai khâu nhưng giữa chúng vẫn chuyển động tương đối với nhau. Mối nối gữa hai khâu động với nhau gọi là khớp động. Bộ phận hai khâu tiếp xúc với nhau gọi là thành phần khớp động, nó có th ể là đi ểm, đ ường hoặc mặt. Theo thành phần khớp động người ta phân loại: - Khớp loại cao (khớp cao hay khớp loại 1 và loại 2) là kh ớp ti ếp xúc gi ữa hai khâu theo điểm hoặc theo đường (diện tích tiếp xúc bằng 0). (Hình 1.2). - Khớp loại thấp (khớp thấp) là khớp tiếp xúc giữa hai khâu là m ặt. Nó g ồm khớp loại 3 đến loại 5. 1
  2. y Qy Tx Ty o x Tz Qx z Qz a) b) Hình 1.2. Khớp loại cao a. Cầu và mặt phẳng (tiếp xúc điểm); b. Trụ và mặt phẳng (tiếp xúc đường) Theo số bậc tự do bị hạn chế do khớp tạo được để hạn chế khả năng chuyển động của khâu này so với khâu kia người ta phân loại khớp từ loại 1 đến loại 5. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và thiết kế người ta dùng các lược đồ khớp động (bảng 1.1). Bảng 1.1. Lược đồ khớp động Bậc tự do Bậc tự do Khớp động Lược đồ Khớp loại hạn chế còn lại Quả cầu – mặt phẳng 1 5 1 Hình trụ - mặt phẳng 2 4 2 Hình hộp – mặt phẳng 3 3 3 Khớp cầu 3 3 3 Khớp cầu – chốt 4 2 4 Khớp trụ 4 2 4 2
  3. Bậc tự do Bậc tự do Khớp động Lược đồ Khớp loại hạn chế còn lại Khớp quay 5 1 5 Khớp tịnh tiến 5 1 5 Khớp vít 5 1 5 1.1.4. Chuỗi động Chuỗi động là tập hợp các khâu nối với nhau bằng khớp động. Nó được chia thành: a. Chuỗi động đơn giản và phức tạp - Chuỗi động đơn giản: các khâu không tham gia quá hai khớp (hình 1.3a,b,d). - Chuỗi động phức tạp: có khâu tham gia từ ba khớp trở lên (hình1.3.c). b. Chuỗi động kín và chuỗi động hở - Chuỗi động kín: các khâu tham gia ít nhất hai khớp (hình 1.3a,b). - Chuỗi động hở: có khâu tham gia chỉ 1 khớp (hình1.3. c, d). c. Chuỗi động phẳng và chuỗi động không gian Trong chuỗi động phẳng các khâu chỉ chuyển động trên một mặt phẳng hoặc trên các mặt song song với nhau. Trong chuỗi động không gian các khâu chuyển động trên các mặt phẳng khác nhau, không song song với nhau. 1.2. CƠ CẤU VÀ MÁY 1.2.1. Cơ cấu Cơ cấu là chuỗi động kín có một khâu cố định (khâu cố đ ịnh g ọi là giá). Xét về mặt công dụng, cơ cấu là tổ hợp nhân tạo một số khâu có chuy ển động xác định dùng để truyền hoặc biến đổi chuyển động. Có hai loại cơ cấu: - Cơ cấu dùng để truyền chuyển động: chuyển động truyền từ khâu này sang khâu khác dạng chuyển động không thay đổi, nh ư cơ c ấu bánh răng (hình 1.4a). - Cơ cấu dùng để biến đổi chuyển động: dạng chuyển động thay đ ổi khi truyền từ khâu này sang khâu khác, như cơ cấu tay quay con trượt (hình 1.4b). 3
  4. a) b) c) d) Hình 1.3. Chuỗi động a) Cơ cấu bánh răng b) Cơ cấu tay quay con trượt Hình 1.4. Cơ cấu 1.2.2. Máy Máy là tổ hợp nhân tạo từ một số cơ cấu và một số phụ tùng khác có chuyển động xác định, khi sử dụng năng lượng sẽ sinh ra công có ích. Máy được chia làm ba loại như sau: - Máy năng lượng: các loại động cơ sử dụng năng lượng và các loại máy phát sản sinh ra năng lượng. - Máy công tác: các máy thường dùng trong các ngành công nghi ệp: máy bơm, máy vận tải, máy khai thác,…trong các máy công tác bao gồm máy năng lượng. - Các loại máy khác: kính hiển vi, các loại máy thu phát sóng vô tuyến… 1.3. BẬC TỰ DO CỦA CƠ CẤU Bậc tự do của cơ cấu là số khả năng chuyển động độc lập c ần đ ể xác đ ịnh vị trí cơ cấu. 1.3.1. Bậc tự do của cơ cấu phẳng Trong mặt phẳng giả sử có n khâu động được nối với nhau bằng các khớp thấp ( Pt ) và khớp cao ( Pc ), theo P.L. Trêbưsep (nhà bác học người Nga 1821-1894), số bậc tự do (W) của cơ cấu được xác định: 4
  5. W = 3.n − 2. pt − pc (1.1) Ví dụ 1.1. Xác định số bậc tự do của cơ cấu bánh răng cho ở hình 1.4a. Giải: Đây là cơ cấu phẳng, có: n = 2 (hai bánh răng ăn khớp với nhau) Pt = 2 ( hai khớp O1 và O2 là hai khớp bản lề tiếp xúc với nhau là tiếp xúc mặt) Pc = 1 (tiếp điểm của hai vòng lăn là tiếp xúc đường) W = 3.n − 2. pt − pc = 3.2 − 2.2 − 1.1 = 1 Ví dụ 1.2. Xác định số bậc tự do của cơ cấu tay quay con trượt cho ở hình 1.4b. Giải: Đây là cơ cấu phẳng, có: n = 3 (có ba khâu là AB, BC và con trượt) Pt = 4 ( ba khớp bản lề và một khớp trượt tiếp xúc với nhau là tiếp xúc mặt) Pc = 0 (không có khớp nào là tiếp xúc đường) W = 3.n − 2. pt − pc = 3.3 − 2.4 − 1.0 = 1 1.3.2. Bậc tự do của cơ cấu không gian Trong không gian, giả sử cơ cấu có n khâu động s ẽ có 6.n b ậc t ự do khi chưa nối chúng với nhau. Tổng quát trong cơ cấu có: P1 khớp loại 1 (hạn chế được một bậc tự do) P2-----------2 (hạn chế được hai bậc tự do) P3-----------3 (hạn chế được ba bậc tự do) P4-----------4 (hạn chế được bốn bậc tự do) P5-----------5 (hạn chế được năm bậc tự do) Thì số bậc tự do của cơ cấu sẽ là: W = 6.n − (5.P5 + 4.P4 + 3.P3 + 2.P2 + 1.P ) 1 (1.2) 1.3.3. Bậc tự do thừa, ràng buộc thừa. Một số cấu trúc đặc biệt ảnh hưởng đến bậc tự do của cơ cấu. Trong những trường hợp như vậy cần phải chú ý khi áp dụng các công th ức ( 1.1) và (1.2) để tính bậc tự do của cơ cấu. Xét một số trường hợp sau: Xét cơ cấu cam (H 1.5) gồm có 3 khâu động, 3 khớp thấp (A, B, C) và một khớp cao (khớp giữa cam 1 và con lăn 2). Áp dụng công thức (1.1), ta có: W = 3 .3 − 2 .3 − 1 .1 = 2 Trong trường hợp này con lăn 2 là khâu thừa. Th ực vậy, tính ch ất chuy ển động của cơ cấu này không đổi nếu ta tăng bán kính cam 1 lên m ột đ ại l ượng r bằng bán kính con lăn 2 thì khớp cao sẽ là tâm con lăn B. Xét cơ cấu vẽ hình elip (H 1.6) gồm 4 khâu đ ộng nối v ới nhau b ằng 6 kh ớp thấp. Theo công thức (1.1) bậc tự do của nó sẽ là: W = 3.4 − 2.6 − 1.0 = 0 Nhưng thực tế cơ cấu này có W = 1. Trong cơ cấu này có AB = BC = BD và góc CAD = 900, khâu AB là khâu thừa có W = 3.1 − 2.2 = −1 (1 khâu và 2 khớp thấp A và B). Muốn xác định bậc tự do thừa hoặc ràng buộc thừa phải phân tích kỹ đặc biệt chuyển động của cơ cấu. 5
  6. Hình 1.5.Cơ cấu cam có bậc tự do thừa Hình 1.6.Cơ cấu có ràng buộc thừa 1.3.4. Khâu dẫn và số bậc tự do cần có của cơ cấu. Chuyển động của cơ cấu được xác định khi trong cơ cấu ph ải bi ết quy lu ật chuyển động của một hoặc một số khâu. Khâu có quy luật chuyển động cho tr ước để xác định vị trí của cơ cấu được gọi là khâu dẫn. Cơ cấu có bao nhiêu b ậc t ự do thì có bấy nhiêu khâu dẫn để xác định chuyển động của cơ cấu. Khâu dẫn thường là khâu nối với giá và có vận tốc góc bằng hằng số. Trong cơ cấu cam (hình 1.5) cam 1 là khâu dẫn; trong cơ cấu vẽ elip (hình 1.6) tay quay AB là khâu dẫn. 1.4. XẾP LOẠI CƠ CẤU PHẲNG Tùy theo tiêu chuẩn xếp loại, có nhiều cách xếp loại cơ cấu ph ẳng. Dưới đây, chúng ta nghiên cứu cách xếp loại dựa trên cấu trúc cơ cấu do các nhà khoa học Nga đề xuất, gọi là phương pháp Atxua-Arơtôbôlépxki. 1.4.1. Nguyên lý tạo thành cơ cấu Mọi cơ cấu đều tạo thành bằng cách nối khâu dẫn (hoặc một khâu nào đó của cơ cấu đã có) với khâu cố định và những chuỗi động có bậc tự do bằng không. Xét cơ cấu toàn khớp thấp ( Pt ), trong nhóm có bậc tự do bằng không (W=0) thì số khâu n và số khớp Pt phải có quan hệ: W = 3.n − 2.Pt = 0 3.n Suy ra: Pt = , Pt phải nguyên và n phải chẵn. Từ đó Pt và có mối quan hệ 2 sau: n= 2 4 6 8 10… Pt = 3 6 9 12 15… a) b) c) Hình 1.7. Cấu tạo của cơ cấu Xét cơ cấu bốn khâu bản lề (hình 1.7a) có một bậc tự do, một khâu dẫn là AB. Cơ cấu gồm một khâu dẫn 1 và một nhóm có W=0 là chuỗi động BCD (hình 1.7b). Nhóm BCD có W=0 gọi là nhóm tĩnh định (hình 1.7c). 6
  7. 1.4.2. Xếp loại nhóm Việc xếp loại nhóm Atxua dựa trên những nguyên tắc sau: 1.4.2.1. Những nhóm không chứa chuỗi động kín Nhóm này gồm các cơ cấu loại 2 và loại 3. Cơ cấu loại 2: Gồm các nhóm có hai khâu ba khớp (hình 1.8a, b, c, d, e). Cơ cấu loại 3: Gồm các nhóm có khâu cơ sở (các tam giác g ạch chéo) đ ược nối với các khâu khác bằng ba khớp động (hình 1.8f, h). 1.4.2.2. Nhóm có chuỗi động kín Nhóm này được xếp loại theo số cạnh của chuỗi động kín đ ơn có nhi ều cạnh nhất của nhóm (H 1.8g là nhóm tĩnh định loại 4). 1.4.3. Xếp loại cơ cấu Ta xếp loại cơ cấu theo nguyên tắc sau: - Cơ cấu loại 1: Gồm một khâu dẫn nối với giá bằng khớp quay. Nó g ồm động cơ, máy phát điện, quạt, tua bin,…Cơ cấu này không chứa nhóm tĩnh định. - Cơ cấu loại cao hơn 1: Loại của cơ cấu là loại của nhóm tĩnh đ ịnh cao nhất trong cơ cấu. Ví dụ: Cơ cấu cho ở hình 1.9 gồm có một nhóm tĩnh định lo ại 2 (khâu 7, khâu 4) và một nhóm tĩnh định loại 3 (khâu 2, 3, 5, 6). V ậy cơ cấu này là c ơ c ấu loại 3 Bài tập: Cho cơ cấu như hình vẽ, xác định bậc tự do của nó? a) b) c) d) 7
  8. CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU Khi máy làm việc, các cơ cấu của máy chuyển động. Vị trí của cơ cấu khi đó thay đổi theo thời gian hoặc theo s ự thay đ ổi v ị trí c ủa khâu d ẫn. D ựa theo quy luật thay đổi vị trí của khâu dẫn để xác định vị trí, vận tốc và gia tốc của cơ cấu Xác định các thông số động học của cơ cấu thường dùng các phương pháp: vẽ, giải tích, và vi phân đồ thị. 2.1. Các loại cơ cấu phẳng thường dùng - Cơ cấu loại 1: Máy năng lượng, chỉ có một khâu tĩnh là vỏ động cơ và một khâu động cũng là khâu dẫn Roto. Ký hiệu loại máy này như hình vẽ 2-1 Hình 2.1 - Cơ cấu loại 2: + Cơ cấu tay quay con trượt ( hình 2-2a) + Cơ cấu 4 khâu bản lề dùng trong máy đập hàm ( hình 2-2b) + Cơ cấu máy bào ngang ( hình 2-2c) A ? K a O B a, b, c, Hình 2.2 - Cơ cấu loại 3: + Máy sàng ( hình 2-3a) + Máy bơm ô xy ( hình 2-3b) 8
  9. Hình 2.3 2.2. Động học cơ cấu phẳng: Là xác định các thông số động học ( vị trí vận tốc và gia tốc) của cơ cấu khi đã biết cơ cấu và vận tốc góc ω của khâu dẫn. Dưới đây sẽ trình bày phương pháp xác định các thông số động học của cơ cấu phẳng bằng cách vẽ ( họa đồ) 2.2.1. Bài toán vị trí Xác định sự thay đổi vị trí của cơ cấu và quỹ đạo của một chất điểm tổng quát của cơ cấu khi khâu dẫn chuyển động. Để xác định vị trí của cơ cấu nào đó ta tiến hành như sau: - Chọn tỷ lệ họa đồ vị trí: l AB (m) µl = (2.1) AB( mm) Trong đó: µ l là tỷ lệ họa đồ vị trí của cơ cấu l AB là chiều dài thực của khâu AB, m AB là chiều dài biểu diễn khâu AB trên họa đồ, mm - Tính chiều dài biểu diễn của các khâu còn lại thuộc cơ cấu. - Xác định khâu dẫn: Là khâu có quy luật chuy ển đ ộng cho tr ước (th ường là khâu có quy luật chuyển động quay quanh trục cố định). - Dựng đường tròn có tâm trùng với tâm quay của khâu dẫn, bán kính bằng chiều dài biểu diễn của khâu dẫn trên họa đồ. - Chia đường tròn vừa dựng thành k phần bằng nhau ( k ≥ 8 ). - Tại mỗi điểm chia đánh dấu vị trí của khâu dẫn. - Tại mỗi vị trí của khâu dẫn ta dựng lại kích thước của cơ cấu theo tỷ lệ đã chọn. Tổng quát toàn bộ vị trí của cơ cấu đã dựng ở trên cho ta quy luật chuy ển động của một điểm tổng quát nào đó cần tìm trên cơ cấu. Ví du. 2.1. Cho cơ cấu tay quay con trượt như hình vẽ 2.4 a. Biết tay quay OA dài 0,2 m quay quanh trục O cố định với vận tốc góc ω = 2rad / s , thanh truyền AB dài 1m. Xác định quy luật chuyển động của trung điểm E thuộc thanh truy ền AB bằng phương pháp họa đồ? Giải - Chọn tỷ lệ họa đồ: Chọn OA = 20mm là chiều dài biểu diễn của khâu OA trên họa đồ lOA 0,2 m µl = = = 0,01 OA 20 mm - Chiều dài biểu diễn của khâu AB trên họa đồ: l AB l 1 µl = ⇒ AB = AB = = 100mm AB µ l 0,01 9
  10. a) A3 A4 A2 E5 E4 E3 E2 E 1 B 4;6 O B 2;8 A5 A1 B1 B5 B 3;7 E8 A6 E7 A8 E6 A7 b) Hình 2.4. Cơ cấu tay quay con trượt (a) và họa đồ cơ cấu (b) - Phân tích chuyển động của cơ cấu: Tay quay OA là khâu dẫn chuyển động quay quanh O với vận tốc góc không đổi ω = 2rad / s làm con trượt B chuyển động tịnh tiến qua lại theo ph ương OB cố định. - Lấy O làm tâm dựng đường tròn bán kính OA = 20mm (hình 2.4b). - Chia đường tròn vừa dựng thành 8 phần bằng nhau mỗi ph ần t ạo thành một góc 450 và đánh dấu vị trí của khâu dẫn từ A1 đến A8 . - Tại mỗi vị trí Ai ( i = 1 ÷ 8 ) của khâu dẫn AB ta dựng lại kích thước của cơ cấu theo tỷ lệ đã chọn bằng cách lấy Ai làm tâm ta lần lượt dựng các đường tròn bán kính AB = 100mm . Đường tròn này cắt đường OB tại các điểm Bi tương ứng, nối Ai với Bi ta được đoạn Ai Bi . Trên đoạn Ai Bi vừa dựng ta lấy trung điểm Ei . Nối các trung điểm Ei lại ta được quy luật chuyển động của điểm E. KL: Vậy quy luật chuyển động của trung điểm E thuộc thanh truy ền AB là một đường Elip, đó cũng chính là quỹ đạo của thanh truyền AB. 2.2.2. Bài toán vận tốc - Định lý liên hệ vận tốc + Hai điểm A, B khác nhau cùng thuộc một khâu đang chuyển động song phẳng r r r v B = v A + v BA 10
  11. + Hai điểm A1, A2 trùng nhau, thuộc hai khâu đang chuyển động song phẳng tương đối đối với nhau r r r v A2 = v A1 + v A2 A1 Hình 2.4: Định lý hợp vận tốc Mục đích của phần này là xác định vận tốc thẳng, vận t ốc góc c ủa các khâu khi ta biết quy luật chuyển động của khâu dẫn. 1. Nhóm loại 2 có 3 khớp quay trong đó đã bi ết v ận t ốc c ủa hai kh ớp ch ờ B và D, tìm vận tốc của khớp C (hình 2.5) Tìm vận tốc của khớp C. C ⊥CD (2) (3) d c B vB p b ⊥CB vD D a, b, Hình 2.5 Khớp C là khớp nối động hai khâu (2) và (3) nên điểm C vừa thu ộc khâu (2) vừa thuộc khâu (3) nên theo cơ học lý thuyết ta có: Vc = VB + VBC (1) trong đó VB đã biết; VCB là vận tốc của điểm C quay quanh điểm B nên ta biết VCB ⊥ CB. Tương tự ta có thể viết phương trình véc tơ vận tốc của VC theo khâu (3). VC = VD + VCD (2) trong đó VD đã biết, VCD là vận tốc của điểm C quay quanh điểm D nên VCD ⊥ CD. Trong hai phương trình véc tơ này VC là vec tơ cần tìm, VB và VD đã biết suất và phương chiều; VCB và VCD mới chỉ biết phương, vậy nên theo nguyên tắc cộng véc tơ, vận tốc VC có thể tìm được bằng họa đồ. Để xác định VC bằng cách vẽ, trước hết cần xác định tỷ lệ vẽ: Vận tốc thật (m/s) µv = Độ dài véc tơ biểu chiều vận tốc (mm) Tùy theo khổ giấy vẽ, giá trị của vận tốc, sẽ chọn tỷ lệ vẽ thích hợp. Th ứ tự vẽ tiến hành như sau: 11
  12. - Xác định gốc của họa đồ vận tốc P V - Từ gốc P vẽ VB , véc tơ VB được thể hiện trên bản vẽ bằng đoạn pb = µ . B V Sau đó từ nút b kẻ đường ⊥ CB thể hiện phương của véc tơ VBC ( phương trình (1).Tiếp sau đó lại từ gốc p vẽ các véc tơ thành ph ần của VC VD theo phương trình véc tơ (2). Lần lượt vẽ pd = µ và từ d kẽ đường ⊥ với CD. V Giao điểm của hai đường ⊥ CB và ⊥ CD chính là nút C của véc tơ VC cần tìm ( hình 2-5) - Từ hình 2-5 ta có trị số của VC : VC = pc.µV Cũng từ hình 2-5 vận tốc VBC và VCD cũng được tìm thấy. VBC VBC = bc.µv do đó vận tốc quay của khâu 2 cũng tìm được ω2 = l2 VCD VCD = dc.µv và do đó ω3 = l3 2. Nhóm loại 2 có hai khớp quay và một khớp tịnh tiến, trong đó đã bi ết v ận t ốc và gia tốc của các khớp chờ B và C ( hình 2-6). a, b, Hình 2.6 Tại khớp tịnh tiến có hai điểm C: C 2 thuộc khâu 2 và C3 thuộc khâu 3. Hai điểm này đang trùng nhau tại thời điểm đang xét. Do đó để tìm v ận t ốc của đi ểm C2 bằng cách viết các phương trình véc tơ vận tốc V C 2 theo các khâu (2) và (3) và sau đó tìm được chúng bằng cách vẽ. Từ khâu (2) ta có V C = VB + V C B 2 2 (5) Trong đó: V B đã biết; V C B chưa biết trị số nhưng biết phương ⊥ CB 2 Từ khâu (3) ta có: V C =V C +V C C 2 3 2 3 (6) Trong đó: V C đã biết; V C C : vận tốc tương đối của điểm C 2 so với điểm C3. Vận 3 2 3 tốc V C C chưa biết trị số nhưng biết phương song song với CB. 2 3 Kết hợp 2 phương trình véc tơ (5) và (6) ta tìm được V C bằng cách vẽ. Thứ tự 2 tiến hành như sau (hình 2-6) - Xác định gốc vận tốc p. V - Từ gốc p lần lượt đặt các véc tơ V B thể hiện bằng đoạn pb = µ và từ b kẻ B v đường ⊥ CB. 12
  13. VC3 - Lại từ gốc p đặt véc tơ V C thể hiện bằng đoạn pc3 = và từ C3 kẻ đường 3 µV song song với CB Giao điểm của hai đường ⊥ CB và với CB chính là nút của vận tốc V C cần tìm 2 Trị số thực của vận tốc V C : VC = pc2 µv 2 2 Cũng từ họa đồ vận tốc hình 2-6, ta có: VC 2 B bc2 µV VC 2 B = bc2 .µV do đó: ω2 = = lBC lBC VC 2 C3 = c2c3 .µV 3. Vài ví dụ áp dụng. Ví dụ 1: Tìm vận tốc của khớp C và của điểm E của khâu (2) của cơ cấu 4 khâu bản lề. Cho khâu (1) quay đều (ω1 = c 1/s) và chiều dài các khâu ( hình 2-7). Vận tốc của khớp B đã biết. Hình 2.7 VB = ω1l1 , Phương ⊥ AB;Vận tốc của khớp D là khớp quay nối già. Như vậy, để tìm V C ta áp dụng trường hợp của mục 2.2.2-1. - Tìm V C Tính V C theo khâu (2) ta có V C = V B + V CB (7) V B Đã biết, V CB chưa biết trị số nhưng biết phương ⊥ CB. Tính V C theo khâu (3) V C = V D + V CD (8) V D =0; V CD Chưa biết trị số nhưng biết phương ⊥ CD Vận tốc V C tìm được bằng họa đồ ( xem hình 2-7). VC = pc.µV ; VCB = bc.µV V pcµv VCB bcµv ω3 = C = ; ω2 = l = l l3 l3 2 2 - Tìm V E Điểm E thuộc khâu (2); khâu 2 lại có vận tốc của 2 điểm B và C đã biết. Do đó ta có V E = V B + VEB Trong đó V EB ⊥ EB (9) Đồng thời: V E = V C + VEC Trong đó V EC ⊥ EC (10) 13
  14. Kết hợp 2 phương trình véc tơ (9) và (10), vận tốc V E sẽ tìm được bằng họa đồ ( hình 2-7) VE = pe.µv Nhận xét: ba nút của ba véc tơ vận tốc V B , V C và V E trên họa đồ vận tốc tạo thành tam giác bce. Tam giác này đồng dạng với tam giác BCE ( tam giác h ợp v ới 3 điểm trên cùng khâu (2)) vì có các cạnh tương ứng với nhau: bc ⊥ BC, ce ⊥ CE và eb ⊥ EB. Ba điểm b, c, e theo thứ tự cùng chiều với B, C, E. T ừ đó ta có nguyên lý đồng dạng của họa đồ vận tốc. “ Mút của các véc tơ biểu diễn vận tốc của các điểm trên cùng một khâu ở h ọa đ ồ vận tốc, lập thành hình đồng dạng thuận với hình lập bởi các điểm đó trên khâu”. Ví dụ 2: tìm vận tốc của điểm B thuộc khâu 3 của cơ cấu Culit ( V B ) tại thời điểm 2 đang xét cho khâu (1) là khâu dẫn quay đều ( ω 1 = c) chiều dài khâu (1) là l BC (hình 2-8) Hình 2-8 Sau khi tách khâu dẫn khỏi cơ cấu ta có nhóm 2 khâu 3 kh ớp trong đó có khớp tịnh tiến. Theo đề bài ra ta có: VB = ω1l1 ; ; Ve =0 .Như vậy, ở cả 2 khâu (2) và (3) ta đều biết vận tốc của một điểm (khớp C của khâu (2) và khớp B c ủa khâu (3)). - Tìm V B 2 Theo khâu (2) ta có: V B =V C +V B C 2 (13) 2 Trong đó V C =0; V B C ; chưa biết trị số nhưng phương ⊥ BC. 2 Đồng thời theo khâu (3) ta có: V B =V B +V B B 2 3 (14) 2 3 Trong đó: V B đã biết, V B B chưa biết trị số nhưng biêt phương song song với 3 2 3 BC. Kết hợp 2 phương trình (13) và (14) ta sẽ tìm được V B bằng cách vẽ 2 ( hình 2-8). Từ họa đồ vận tốc này ta có: VB 2 pb.µv VB2 = pb.µv ; ω2 = = lBC lBC VB2 B3 = pb2 .µv Bài tập 1. Cho cơ cấu máy đập hàm như hình vẽ; biết OA = 0,3m; AB =r0,4m; BC = 1m ; OH = 0,7m; HC = 0,75m; ω = 20rad / s α = 450 . Hãy xác định VB , ω2 , ω3 bằng phương pháp họa đồ tại thời điểm α = 450 ? 14
  15. B (2) A ω A (1) O α (3) H C 2. Cho cơ cấu như hình vẽ; biết OA = 0,5m; AB = 0,65m; BC = 0,45m; BD = 0,4m; BC = 0,45 m; OC=0,8m ω = 15rad / s . Hãy xác định VA ,VB ,VD , ω3 bằng phương pháp họa đồ? D B A (2) ω (1) (3) 45° O C 3. Cho cơ cấu như hình vẽ; biết OA = 0,25, AB = 0,5 m, ω = 10rad / s . Hãy xác định vận tốc của con trượt B và vận tốc góc của thanh truyền AB bằng phương pháp họa đồ khi α = 450 ? A ω B 45° O 4. Cho lược đồ động cơ cấu máy bào ngang như hình v ẽ v ới các kích th ước đ ộng: OA = 0,2m, AC = 0,45m, AB = 0,4m, BD = 0,35m, OC = 0,3m. Biết ω1 = const = 20 rad/s. Theo chiều hình vẽ ở vị trí ϕ1 = 30 0 . Tính vận tốc v E bằng phương pháp họa đồ? 15
  16. D B E ω1 A O ϕ C 5. Cho cơ cấu như hình vẽ; biết OA = 0,2, AB = 0,4 m, ω = 16rad / s . Hãy xác định vận tốc của con trượt B và vận tốc góc của thanh truyền AB bằng phương pháp họa đồ tại thời điểm α = 600 ? B A ω α O 6. Cho lược đồ động cơ cấu máy sàng lắc (hình 1) với l AB =lAD = 0,1m; lBC =lCD = 0,2m; lCE =0,7m; h1 =0,06m; h2 =0,02m; ω1 =10 rad/s ở thời điểm ϕ1 = 450 , ω1 = const . Xác định vận tốc v E 5 , ω 4 ? C 4 2 3 5 E 6 B ω1 D A H2 ϕ H1 16
  17. PHẦN 2: CHI TIẾT MÁY CHƯƠNG 3 TRUYỀN ĐỘNG ĐAI 3.1. KHÁI NIỆM CHUNG 3.1.1 Nguyên lý làm việc Bộ truyền đai làm việc theo nguyên lý ma sát. Bộ truyền đai bao gồm hai bánh đai: bánh dẫn 1, bánh bị dẫn 2 được lắp lên hai trục và dây đai 3 bao quanh các bánh đai (hình 3.1). Tải trọng được truyền đi nhờ vào lực ma sát sinh ra giữa dây đai và các bánh đai. Muốn tạo ra lực ma sát này, cần phải căng đai với lực căng ban đầu Fo. Hình 3.1. Bộ truyền đai thường 1 - Bánh chủ động; 2 -Bánh bị động; 3 - Dây đai; 4 - Bộ phận căng đai 3.1.2 Phân loại Tùy theo hình dạng của dây đai, bộ truyền đai được chia thành các loại: - Đai dẹt còn gọi là đai phẳng. Tiết diện đai là hình ch ữ nh ật h ẹp, bánh đai hình trụ tròn, đường sinh thẳng hoặc hình tang trống, b ề mặt làm vi ệc là m ặt r ộng của đai (hình 3.2a). Kích thước b và h của tiết diện đai được tiêu chuẩn hóa. Giá tr ị chi ều d ầy h thường dùng là 3; 4,5; 6; 7,5mm. Giá trị chiều rộng b thường dùng 20; 25; 32; 40; 50; 71; 80; 90; 100…mm. Vật liệu chế tạo đai dẹt là: sợi bông, sợi len, sợi tổng hợp, vải cao su. Trong đó đai vải cao su được dùng rộng rãi nhất. Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa. Các lớp v ải chịu tải trọng, cao su dùng để liên kết, bảo vệ các lớp vải, và tăng h ệ số ma sát với bánh đai. Đai vải cao su được chế tạo thành cuộn, người thiết kế cắt đủ chiều dài cần thiết và nối thành vòng kín. Đai được nối bằng cách may hoặc dùng bu lông kẹp chặt. Đai sợi tổng hợp được chế tạo thành vòng kín, do đó chi ều dài c ủa đai cũng được tiêu chuẩn hóa. Đai thang, tiết diện đai hình thang, bánh đai có rãnh hình thang, th ường dùng nhiều dây đai trong một bộ truyền (hình 3.2b). Vật liệu chế tạo đai thang là vải cao su. Gồm lớp sợi x ếp hoặc l ớp s ợi b ện chịu kéo, lớp vải bao quanh phía ngoài đai, lớp cao su ch ịu nén và tăng ma sát. Đai thang làm việc theo hai mặt bên. 17
  18. Hình dạng và tiết diện đai thang được tiêu chuẩn hóa. TCVN 2332 – 78 quy định 6 loại đai thang thường dùng Z, O, A, B, C, D. TCVN 3210 – 79 quy đ ịnh 3 loại đai thang hẹp SPZ, SPA, SPB. - Đai tròn, tiết diện đai hình tròn, bánh đai có rãnh hình tròn t ương ứng ch ứa dây đai (H6.2c). Đai tròn thường dùng để truyền công suất nhỏ. Hình 3.2. Đai dẹt, đai thang, đai tròn Bộ truyền đai thang, đai hình lược; chỉ truyền động giữa các trục song song cùng chiều. Theo kiểu truyền động, bộ truyền đai dẹt và tròn được phân ra: truy ền động giữa các trục song song cùng chiều (hình 6.3a), truy ền động giữa các tr ục song song ngược chiều (hình 6.3b), truyền động giữa các trục chéo nhau (hình 6.3c,d). Hình 3.3 Các kiểu truyền động đai 3.2. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA BỘ TRUYỀN ĐAI Ưu điểm: - Truyền động êm, đảm bảo an toàn khi qua tải. - Có khả năng truyền chuyển động cho bánh đai cách xa nhau Amax= 15 m. - Kết cấu đơn giản, bảo quản dễ dàng. - Giá thành hạ. Nhược điểm: - Lực tác dụng lên trục, ổ trục lớn do lực căng đai ban đầu lớn. - Hiệu suất thấp do ma sát lớn. - Tỷ số truyền không ổn đinh do hiện tượng trượt đàn hồi. - Tuổi thọ thấp khi làm việc với tốc độ cao. - Kích thước, khuôn khổ quá lớn. 18
  19. Bộ truyền đai thường sử dụng khi khoảng cách giữa hai trục tương đối xa. Công suất truyền không quá 50kW và thường đặt ở trục có số vòng quay cao. Tỷ số truyền đai dẹt i
  20. Hình 3.5. Lực tác dụng lên bộ truyền đai Trên hình 3.5 chỉ ra lực căng trên đai trong hai trường hợp: M 1 = 0 : bộ truyền không truyền tải trọng M 1 > 0 : bộ truyền đai truyền mô men xoắn M 1 Ta ký hiệu: To - Lực căng ban đầu T1 ,T2 - Lực căng trên nhánh chủ động (nhánh căng) và nhánh bị động (nhánh chùng) khi bộ truyền chịu tải 2M 1 P= - Lực vòng hay còn gọi là tải trọng có ích. D1 Theo điều kiện cân bằng lực của bánh đai (hình 3.5b), ta có: D1 M1 = ( T1 − T2 ) (3.4) 2 Hay là T1 − T2 = P (3.5) Chiều dài hình học L của đai theo công thức (6.2) không phụ thuộc vào tải trọng và có giá trị không thay đổi khi chịu tải M 1 > 0 hoặc không chịu tải M 1 = 0 . Do đó, dưới tác dụng của lực căng khi chịu tải thì nếu nhánh căng giãn ra bao nhiêu, nhánh chùng cũng co lại bấy nhiêu. Vì lực căng tỷ lệ thuận với độ giãn dài, do đó: T1 = To + ∆T ; T2 = To − ∆T Cộng theo vế hai phương trình trên, ta có: T1 + T2 = 2To với ( T1 > To > T2 ) (3.6) Từ phương trình (6.5) và (6.6), ta suy ra:  P T1 = T0 + 2   (3.7) T = T − P  2  0 2 Ta thu được hệ phương trình (3.7) có ba ẩn số T1 , T2 , To . Hai phương trình trên chỉ ra sự liên hệ giữa các ẩn số trên vào tải trọng có ích P, nh ưng ch ưa đ ưa ra kh ả năng truyền tải trọng có ích hay còn gọi là khả năng tải của bộ truyền liên quan đến lực ma sát sinh ra giữa đai và bánh đai. Ơle đã thiết lập mối quan hệ này. T1 = T2 e fa (3.8) Trong đó α - góc trượt và giá trị lớn nhất sẽ bằng góc ôm α 1 f- hệ số ma sát giải hệ các phương trình (3.7), (3.8), ta tìm được: 20
nguon tai.lieu . vn