Chương 1: Cấu Trúc Cơ Cấu

I.1. khâu, khớp động, bậc tự do.

Chi tiết máy : là những bộ phận không thể tháo rời nhỏ hơn trong cơ cấu máy : bu long, đai ốc ..

Khâu : là những phần, những bộ phận có chuyển dộng tương đối đối với những phần khác, những bộ phận khác trong máy. Khâu có thể là 1 chi tiết hoặc nhiều chi tiết ghép cứng lại với nhau .

Khớp : Xét 2 khâu để rời trong mặt phẳng. gắn lên khâu A 1 hệ quy chiếu. xét các khả năng chuyển động độc lập tương đối của khâu B => có 3 khả năng chuyển động tương đối.

Từ các khâu muốn tạo thành cơ cấu hay máy thì phải ghép chúng lại => tiến hành hạn chế bớt số bậc tự do tương đối giữa các khâu bằng cách buộc chúng phải tiếp xúc nhau theo những quy luật xác định. Như thế gọi là nối động các khâu với nhau .

-> khớp là chỗ nối động giữa 2 khâu

Chỗ trên mỗi khâu, tiếp xúc với khâu đc nối động với nó gọi là phần khớp động. tập hợp 2 phần khớp động của 2 khâu trong 1 phép nối động gọi là 1 khớp động .

Các loại khớp động trong cơ cấu phẳng :

- Theo tiếp xúc của các thành phần khớp :

Khớp thấp : là khớp mà các thành phần tiếp xúc nhau theo mặt

Khớp cao : .... theo điểm hoặc đường

- Theo số bậc tự do mà khớp hạn chế :

Khớp loại 1 : hạn chế 1 bậc tự do

Khớp loại 2 ( i=2,5): hạn chế i bậc tự do

Công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng :

W= 3n - ( 2 T +C )

Với giả thiết có n khâu động đc nối với nhau bởi T khớp thấp và C khớp cao.

Trong cơ cấu có Wtr bậc tự do trùng và Wth bậc tự do thừa thì :

W = 3n - ( 2T + C ) + r + r' - Wth

r : số ràng buộc trùng

r': số ràng buộc thừa

Ý nghĩa bậc tự do :

Số bậc tự do của cơ cấu là số khả năng chuyển động độc lập để cơ cấu có chuyển động xác định và cũng chính là số thông số cần cho để vị trí cơ cấu hoàn toàn xác định

Chương 3 : Phân Tích Áp Lực Khớp Động

III.1. Phân tích áp lực trong các khớp động của cơ cấu phằng . từ đó rút ra đ/k tĩnh định

khi giải btoan tính áp lực khớp động

Phân tích áp lực trong các khớp động của cơ cấu phẳng :

Khớp quay :

Nik --> điểm đặt : tâm khớp

Phương chiều : ẩn số

Độ lớn : ẩn số

Khớp tịnh tiến:

Các áp lực thành phần song song với nhau và vuông góc phương tịnh tiến

Nik phương : vuông góc phương tịnh tiến

Điểm đặt , độ lớn : ẩn số

Khớp cao :

Nik điểm đặt : tại điểm tiếp xúc

Phương : trên nn

Độ lớn : ẩn số

Điều kiện tĩnh định khi giải bài toán áp lực khớp động :

Áp lực xuất hiện khi ta tách khớp

Giả sử nhóm tách ra gồm n khâu động nối với nhau bởi T khớp thấp và C khớp cao

 n khâu động lập dc 3.n phương trình cân bằng

T khớp thấp => 2.T ẩn số

C khớp cao => 1.C ẩn số

Đ/k để giải đc : số ptrinh = số ẩn sô

 3n = 2T + 1C

 3n - ( 2T + 1C ) = 0

 nhóm tách ra phải có bậc tự do W = 0

Khi phân tích áp lực khớp động cần phải giả thiết :

Bỏ qua lực ma sát trong các khớp động

Số phương trình lập đc phải = số ẩn chứa trong các phương trình đó ( d/k tĩnh định )

III. 2 . các loại lực tác động lên cơ cơ cấu. cách xác định lực quán tính

Các loại lực tác động lên cơ cấu

. ngoại lực : là các lực từ bên ngoài t/d lên cơ cấu

lực cản kỹ thuật : từ các đối tượng công nghệ t/d vào cơ cấu

trọng lực : thường coi là lực cản

. nội lực : là lực t/d tương hỗ giữa các khâu trong cơ cấu

áp lực : có phương vuông góc phương chuyển động tương đối

lực ma sát: có phương song song phương chuyển động tương đối, chiều chống lại xu hướng chuyển động tương đối

. lực quán tính : xuất hiện ở những khâu có khối lượng và chuyển động có gia tốc

Các xác định lực quán tính :

Xét khâu AB chuyển động phẳng

Khối lượng : m

Momen quán tinh đối với trọng tâm : Js

Gia tốc trọng tâm : as

g ia tốc góc 3

sinh ra lực quán tính :Pq = - m. as

momen lực quán tính : Mq= - Js. 3

 có thể gộp Pq và Mq lại đc 1 lực song song và bằngPq, cách Pq 1 khoảng : 01

Khâu động tịnh tiến

Pq= -m.as

Mq= 0

Khâu quay quanh trục cố định đi qua trọng tâm

Pq = 0

Mq = -Js.3

Khâu quay quang trục cố định không đi qua trọng tâm :

Giả sử khâu quay quanh A nên

Pq = -m.as

Mq = -Js.3

có thể tiến hành gộp Pq và Mq lại đc thành 1 lực song song và bằng Pq

III.3. Nêu trình tự giải bài toán áp lực khớp động

Trình tự giải :

Tách nhóm tĩnh định theo thứ tự từ xa về gần khâu dẫn . tại các khớp tách đặt vào dó các áp lực khớp động ( trên nhóm khâu dc tách ra có đầy đủ các ngoại lực cũng như lực quán tính )

Viết phương trình cân bằng cho cả nhóm theo thứ tự từ xa về gần ( 2 ẩn số để ở 2 đầu vế trái của phương trình )

Lấy tí lệ xích : Muy , p = Giá trị thực / đoạn biểu diễn [ N/mm ]

Tiến hành vẽ họa đồ vecto

Xác định các đại lượng yêu cầu

Các dữ liệu và giả thiết cần cho trước khi giải bài toán áp lực khớp động : đã giải xong bài toán vị trí , vận tốc và gia tốc

Cho các ngoại lực và lực quán tính tác động lên nhóm tĩnh định

Chương 4 : Cân Bằng Máy

IV.1. Vật quay mỏng :

Là vật quay có kích thước bán kính tương đối lớn so với kích thước chiều trục ( puli, bánh răng .. ) . các khối lượng mất cân bằng nếu có đc xem như là phân bố trên 1 mặt phẳng vuông góc trục quay .

Do đó khi chuyển động, vật quay mỏng sẽ sinh ra các lực quán tính mất cân bằng là hệ lực phẳng . nếu trọng tâm không trùng trục quay , khi ta đặt trục quay của vật lên giá , vật sẽ có xu hướng quay quang hay lắc đến vị trí có trọng tâm thấp nhất. như vậy , ngay ở trạng thái tĩnh , ta cũng thấy vật mất cân bằng. việc phân bố lại khối lượng để đưa trọng tâm về tâm quay ( triệt tiêu lực quán tính ) gọi là cân bằng tĩnh vật quay mỏng .

Nguyên tắc cân bằng tĩnh vật quay mỏng :

Giả sự vật quay mỏng có :

Khối lượng mất cân bằng m1 dặt tại r1

 sinh ra : Pq1 = m1.w.w.r1

khối lượng mất cân bằng m2 đặt tại r2

sinh ra ...

......

Có Pq = m.w.w.r

Với 02

m = tổng xích ma mi

=> 03

Để cân bằng ta tiến hành đặt khối lượng mđ tại rđ

Pqđ = mđ.w.w.rđ

Sao cho Pqđ + Pq =0

 để cân bằng tĩnh vật quay mỏng , ta cần dùng ít nhất 1 đối tượng trên cũng phương và cùng mặt phẳng với khối lượng mất cân bằng

IV.2. Vật quay dày :

Là vật quay có kích thước chiều trục phương đối với kích thước bán kính ( ro to , trục quay lớn ) . các khối lượng mất cân bằng nếu có sẽ tập trung tại các mặt phẳng khác nhau vuông góc với trục quay

Do đó khi vật chuyển động , các lực quán tính xuất hiện không phải là hệ lực phẳng. có nhiều trường hợp : Tổng xích ma của Pqi = 0 nhưng Mq #0. việc phân bố lại kối lượng sao triệt tiêu lực quán tính và monmen lực quán tính gọi là cân bằng động vật quay dày

Nguyên tắc cân bằng động vật quay dày :

Có thể chứng minh rằng để cân bằng động vật quay dày ta cần và chỉ cần 2 đối tượng:

Phương pháp dời lực :

Giả sử có :

Khối lượng mất cân bằng m1 đặt tại r1

trên mặt phẳng1 vuông góc trục quay -> sinh ra Pq1= m1.w.w.r1

Khối lượng mất cân bằng m2 đặt tại r2 trên mp2 vuôg góc trục quay -> sinh ra ..

Dời Pq1 và Pq2 về mặt phẳng cân bằng II

 Mq1= Pq1.L1

Mq2 =..

Trên mặt phẳng I đặt tại r1 (PqI =MI.w.w.rI) sau đó dời PqI về mặt phẳng cân bằng II sao cho

04

Trên mặt phẳng cân bằng II đặt tại rII ( ..) sao cho :

05

Triệt tiêu cà Pq và Mq -> cơ cấu cân bằng

Giả sử vật quay dày có

Khối lượng mất cân bằng m1 đặt tại r1 trên mặt phẳng 1 => sinh ra Pq1 = m1.w.w.r1

Tại m2 ...

Chia các lực quán tính 06

Pq2= ....

Sao cho 071

072 ...

Trên mặt phẳng cân bằng I và II là hệ lực phẳng

 đặt mI tại rI trên mặt phẳng cân bằng I => PqI = mI.w.w.rI

đặt mII ..

sao cho 08I

08II

Triệt tiêu cả Pq và Mq -> cơ cấu cân bằng

Để cân bằng động vật quay dày, ta cần phải dùng ít nhất 2 đối trọng

IV.3. mục đích và nội dung của bài toán cân bằng máy :

Mục đích : hiện nay các nhà máy cao tốc ngày càng đc dùng nhiều trong kĩ thuật. khi máy chạy sẽ gây ra các phản lực động phụ và rung động trên máy và móng máy gây nên hư hỏng và giảm chất lượng sản phẩm. việc giải bài toán cân bằng máy sẽ khử đc hiện tượng rung động của máy cũng như 1 phần phản lực động phụ -> hiểu quả cao hơn, giảm tổn thất .

Nội dung : phân bố lại khối lượng trên cơ cấu làm cho các lực quán tính cân băng nhau không truyền vào khớp động hay truyền lên nền.

Cân bằng tĩnh vật quay mỏng :

Trong nhà máy có nhiều khâu có kích thước tương đối lớn hơn so với kích thước chiều trục . các khôi lượng mất cân bằng nếu có đc xem như là phân bố trên 1 mặt phẳng vuông góc trục quay, do đó khi chuyển động sinh ra các lực quán tính mất cân bằng là hệ lực phẳng . nếu trọng tâm không trùng trục quay , khi ta dặt trục quay của vật lên giá, vật sẽ có xu hướng quay hay lắc đến vị trí có trọng tâm thấp nhất . như vậy , ngay ở trạng thái tĩnh ta cũng thấy vật mất cân bằng. việc phân bố lại khối lượng để đưa trọng tâm về tâm vật quay ( triệt tiêu lực quán tính ) gọi là cân bằng tĩnh vật quay mỏng .

Cân bằng tĩnh vật quay dày :

Là vật quay có kích thước chiều trục phương đối với kích thước bán kính ( ro to , trục quay lớn ) . các khối lượng mất cân bằng nếu có sẽ tập trung tại các mặt phẳng khác nhau vuông góc với trục quay

Do đó khi vật chuyển động , các lực quán tính xuất hiện không phải là hệ lực phẳng. có nhiều trường hợp : tổng xích ma Pqi = 0 nhưng Mq #0. việc phân bố lại kối lượng sao triệt tiêu lực quán tính và monmen lực quán tính gọi là cân bằng động vật quay dày

Cân bằng cơ cấu trên móng :

Các cơ cấu có thể có các khâu động khác nhau ( quay , tịnh tiến , song phẳng ) sẽ sinh ra các lực quán tính và momen lực quán tính truyền vào móng máy . việc khử các Pq và Mq

bằng cách phân bố lại các khối lượng các khâu gọi mà cân bằng cơ cấu trên móng.

Chương 5 : Chuyển Động Thực Của Máy

V.1. Các chế độ chuyển động của máy . vì sao máy chuyển động không đều. hệ sộ không đều của vận tốc . máy chuyển động đều .

Phương trình chuyển động thực của máy

09 (1)

Các chế độ chuyển động của máy :

Chế độ chuyển động bình ổn : vận tốc khâu dẫn biến thiên có chu kỳ :

Trường hợp lý tưởng : J(c)/J(c0) = 1  J(c) = J (c0) = const

10

=> W1(c) = W1(c0) =W1 = const  máy chuyên động bình ổn với vận tốc đều

Khi J(c) # const và A # 0 , nhưng sau 1 khoảng thời gian nào đó :

J(c) = J(c0) và 10

Nghĩa là 11 với n = 1, 2, ,3 .. và K: chu kỳ động học

Và 12 với n = 1, 2, 3 ..

 tìm đc Kw là bội chung của K và KA để J(c0)/ J(c0+Km) =1

12 ( thay KA bằng Kw )

Kw: chu kỳ động lực học

Chế độ chuyển động không bình ổn : vận tốc khâu dẫn biến thiên không có chu kỳ

Nếu 10> 0

 tại thời điểm nào đó : W1(c) > W1 (c0) => vận tốc tăng dần sau mỗi chu ký động học

thật vậy : chứng minh dựa vào (1)

nếu 10 < 0

 tại thời điểm nào đó W1(c) < W1 (c0) -> vận tốc giảm dần sau mỗi chu kỳ động học

Sở dĩ máy chuyển động không đều là vì thực tế Ađ+ Ac # 0  vận tốc góc w biến thiên gây ra chuyển động không đều của máy

Trong giai đoạn máy chuyển động bình ổn , vận tốc góc khâu dẫn không đều mà dao động quanh 1 giá trí trung bình xác định Wtb. Để đánh giá mức độ không đều của chuyển động người ta đưa ra đại lượng hệ số không đều ? , đc định nghĩa như sau 13

Trong đó w1max, w1min, wtb : các giá trị cực đại, cực tiều và trung bình của vận tốc thực của khâu dẫn trong 1 chuyển động bình ổn

Đối với mỗi loại máy người ta đưa ra 1 giá trị [?] = [w1max] - [w1min] / wtb

Máy đc coi là chuyển động đều khi ?= [?]

V.2. phương trình chuyển động thực của máy và mục đích của bài toán tìm chuyển động thực . nêu trình tự tính vận tốc góc khâu dẫn bằng đồ thị E(J) khi cho trị số các đồ thị ..

Phương trình chuyển động thực của máy

14

mục đích của bài toán tìm chuyển động thực

Khi công việc dưới tác động của các lực, máy sẽ có 1 chuyển động nhất định gọi là chuyển động thức của máy . việc giải bài toán tìm chuyển động thực sẽ giúp làm đơn giản hóa việc nghiên cứu và tính toàn khi tìm hiểu chuyển động máy

Trình tự tính vận tốc góc khâu dẫn bằng đồ thị E(J)

Từ đồ thị Mđ(c) và Mc(c0)

 đồ thị M(c) = Mđ(c) + Mc(c)

sử dụng phương pháp tích phân đồ thị => đồ thị

15

Xuất phát từ công thức

16 (1)

 kết hợp đồ thị delta E (c) với các giá trị cho trước của

 J(c0) và W(c0) , ta suy ra đồ thị E(c) theo công thức (1)

 từ đồ thị E(c) hay delta E(c) và đồ thị J(c)  khử c  nhận đc đồ thì E(J) hay delta E (J)

giá trị 17

w1max =

w1min =

V.3. mục đích của việc tính toán các đại lượng thay thế, công thức tính moment lực thay thế và momen quán tính thay thế. Nguyên tắc?

Momen : trong quá trình nghiên cứu chuyển động của máy , việc tính toán các đại lượng thay thế sẽ làm đơn giản hóa bài toán và thuận tiện cho việc nghiên cứu mà không ảnh hưởng tới tính chất chuyển động của máy

Giả sử trên khâu i có :

Lực Pi đặt tại điểm có vận tốc Vi

Vận tốc góc Wi

Momen quán tính dưới trọng tâm Jsi

Momen Mi

Khối lượng

Vận tốc trọng tâm Vsi

Công suất : Ni = PiVi + MiWi

 N = tổng xích ma Ni = tổng xích ma ( ..)

=> công cản 18

 momen lực thay thế : 19

Động năng : 20

Momen quán tính thay thế : 21

Việc thay thế này dựa trên nguyên tắc :

Công suất của momen lực thay thế = tổng công suất sinh ra của các lực đc thay thế

Động năng của momen quán tính thay thế = tổng động năng bắt đầu của cơ cấu

Hay động năy của khâu thay thế = tổng động năng của các khâu đc thay thế

Ý nghĩa của các đại lượng thay thế :

Mc hay Mh1 có ý nghĩa như 1 momen cản đặt trên khâu dẫn 1

Jh1 có ý nghĩa như momen quán tính của 1 khâu có vận tốc góc bằng vận tốc góc khâu dẫn W1 có động năng = tổng động năng của các khâu đc thay thế

Chương 6 : Cơ Cấu Cam

VI.1. Cách phân tích động lực cơ cam cần lắc nhọn

Cơ cấu cam là cơ cấu có khớp cao dùng để truyền chuyển động từ khâu dẫn sang khâu bị dẫn, trong đó quy luật chuyển động của khâu bị đẫn nói chung là do sự thay đổi kích thướng động trên dẫn quyết định

Khâu dẫn gọi là cam. Khâu bị dẫn gọi là cần

Phân tích động học cơ cấu cam cần lắc nhọn

Quỹ đạo chuyển động của các điểm Bi trên biên dạng cam là cung tròn tâm A bán kinh ABi. Điểm cắt nhau giữa 2 cung tròn này chính là điểm đầu cần tương ứng sẽ tiếp xúc với điểm tương ứng của biên dạng cam.

Ta đi tìm quy luật chuyển động của đầu cần B theo các góc quay liên tiếp của cam

Vị trí cần đc xác định thông qua các góc U. góc quay của cam tương ứng sẽ là C . từ đó lập đc mối quan hệ U theo C.

Vị trí : U (c)

Vận tốc : dU/dt = du/dc.dc.dt = w.du/dc = u ngược

Gia tốc : 22

Nếu con quay đều 23

Trên hình vẽ :

Góc định kì Ci =B1iAB2i

Góc công nghệ Yi=B1iABo

VI.2. phân tích động học cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn lệch tâm

Cơ cấu cam là cơ cấu có khớp cao dùng để truyền chuyển động từ khâu dẫn sang khâu bị dẫn, trong đó quy luật chuyển động của khâu bị đẫn nói chung là do sự thay đổi kích thướng động trên dẫn quyết định

Khâu dẫn gọi là cam. Khâu bị dẫn gọi là cần

Phân tích động học cơ cấu :

Quỹ đạo chuyển động của đầu cần trùng phương tịnh tiến

Quỹ đạo chuyển động của các điểm trên biên dạng cam là cung tròn tâm A bán kính A

Điểm cắt nhau giữa 2 quỹ đạo trên chính là điểm đầu cần tiếp xúc biên dạng cam tương ứng

Vị trí S(c)

Vận tốc ds/dt = ds/dc . dc/dt = w.ds/dc = v

Gia tốc 24

Nếu con quay đều 25

Trên hình vẽ

Góc định kỳ : Ci= B1iAB2i

Góc công nghệ : Yi= B1iABo

VI .3. Các dữ liệu cần cho để tổng hợp cơ cấu cam cần đẩy đấy nhọn lệch tâm

Cơ cấu cam là cơ cấu có khớp cao dùng để truyền chuyển động từ khâu dẫn sang khâu bị dẫn, trong đó quy luật chuyển động của khâu bị đẫn nói chung là do sự thay đổi kích thướng động trên dẫn quyết định

Khâu dẫn gọi là cam. Khâu bị dẫn gọi là cần

Dữ liệu cần cho trước để tổng hợp cơ cấu cam cần đáy nhọn:

quan hệ S (c)

Khoảng lệch tâm e

Vị trị tâm cam A

Trình tự vẽ biên dạng cam cần đẩy đáy nhọn

Vẽ vòng tròn tâm sai A(e)

Chia vòng tròn tâm sai thành các phần bằng nhau tương ứng các khoảng trên đồ thị S (c) . đánh dấu các điểm Ei theo thứ tự ngược chiều quay của cam

Tại các điểm Ei ta vẽ các phương chuyển động của cần tiếp xúc với vòng tâm sai . sau đó dặt các đoạn dịch chuyển Si về phía ngược chiều vận tốc dài của điểm Ei ta sẽ có các điểm Bi ( BiEi=Si)

Nối các điểm Bi bằng đường cong mềm ta sẽ có biên dạng cam

VI.4. Dữ liệu cho trước và cách vẽ biên dạng của cơ cấu cam cần lắc đáy nhọn

Dữ liệu cho trước

Quan hệ U(c)

Chiều dài cần

Tâm quay A của cam

Tâm quay Co của cần

 sử dụng phương pháp đổi giá

vẽ vòng tròn tâm cần ( A, ACo)

chia vòng tròn tâm cần thành các khoảng bằng nhau, tương ứng với các khoảng trên đồ thị U(c) . đánh dấu các điểm Ci theo chiều ngược chiều quay của cam

tại các điểm Ri đặt vào đó các góc Ui và chiều dài cần l => có các điểm Bi của biên dạng cam

nối các điểm Bi bằng đường cong mềm => biên dạng cam