Nguyên lí máy - Chương 7: Cơ cấu nhiều thanh

Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường NGUYÊN LÝ MÁY GV: ThS. TRɈƠNG QUANG TRɈỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ TRɈỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 2 - Nguyên Lý Máy Chưѫng 7 CѪ CẤU NHIỀU THANH Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường NỘI DUNG I. ĐẠI CѬѪNG II. CѪ CҨU 4 KHỂU BҦN Lӄ VÀ CÁC BIӂN THӆ III. ĐẶC ĐIӆM ĐỘNG HỌC CӪA CѪ CҨU 4 KHỂU BҦN Lӄ IV. ĐẶC ĐIӆM ĐỘNG HỌC CӪA CÁC BIӂN THӆ V. GÓC ÁP LỰC VI. ӬNG DӨNG CӪA CѪ CҨU NHIӄU THANH - 3 - Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 4 - I. ĐẠI CɈƠNG - So với các loại cơ cấu khác, cơ cấu nhiều thanh có những đặc điểm sau: lâu mòn, tuổi thọ cao, khả nĕng truyền lực lớn; có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp; dễ dàng thay đổi kích thước động; khó thiết kế cơ cấu theo 1 quy luật chuyển động cho trước. - Trong cơ cấu nhiều thanh, cѫ cҩu 4 khâu bҧn lӅ là cơ cấu thường gặp và điển hình nhất. Cơ cấu 4 khâu bản lề là cơ cấu gồm có 4 khâu nối với nhau bằng các khớp quay (còn gọi là khớp bản lề). Trong đó: + Khâu cố định gọi là giá: khâu 4. + Khâu đối diện khâu cố định gọi là thanh truyền có chuyển động song phẳng: khâu 2. + Hai khâu còn lại, nếu quay được toàn vòng gọi là tay quay, nếu không quay được toàn vòng gọi là cần lắc. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 5 - I. ĐẠI CɈƠNG - Ѭu điӇm + Thành phần tiếp xúc là mặt nên áp suất tiếp xúc nhỏ  bền mòn và khả nĕng truyền lực cao + Chế tạo đơn giản và công nghệ gia công khớp thấp tương đối hoàn hảo  chế tạo và lắp ráp dễ đạt độ chính xác cao + Không cần các biện pháp bảo toàn như ở khớp cao + Dễ dàng thay đổi kích thước động của cơ cấu bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các bản lề. Việc này khó thực hiện ở các cơ cấu với khớp cao - Nhɉͣc điʀm + Việc thiết kế các cơ cấu này theo những điều kiện cho trước rất khó  khó thực hiện chính xác bất kỳ qui luật chuyển động cho trước nào Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THɿ - 6 - - Được dùng nhiều trong thực tế + khâu 1 quay, khâu 3 quay: cơ cấu hình bình hành + khâu 1 quay, khâu 3 lắc: cơ cấu ba-tĕng máy dệt + khâu 1 lắc, khâu 3 quay: cơ cấu bàn đạp máy may + khâu 1 lắc, khâu 3 lắc: cơ cấu đo vải 1. Cѫ cҩu bốn khơu bҧn lӅ (four bar linkage) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 7 - II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THɿ 2. Các biӃn thӇ cӫa cѫ cҩu bốn khơu bҧn lӅ - Xét cơ cấu 4 khâu bản lề, cho khớp D lùi ra  theo phương  AD  cѫ cҩu tay quay - con trѭӧt Cơ cấu tay quay - con trượt lệch tâm Cơ cấu tay quay - co trượt chính tâm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 8 - II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THɿ 2. Các biӃn thӇ cӫa cѫ cҩu bốn khơu bҧn lӅ - Từ cơ cấu tay quay – con trượt chính tâm, đổi giá  cѫ cҩu cu-lic Đổi khâu 2 làm giá  cơ cấu xy-lanh quay (cu-lic lắc) - Đổi khâu 1 làm giá  cơ cấu cu-lic Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 9 - II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THɿ 2. Các biӃn thӇ cӫa cѫ cҩu bốn khơu bҧn lӅ - Từ cơ cấu cu-lic, cho khớp B lùi ra  theo phương của giá 1  cѫ cҩu tang Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 10 - II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THɿ 2. Các biӃn thӇ cӫa cѫ cҩu bốn khơu bҧn lӅ - Từ cơ cấu cu-lic, cho khớp A lùi ra  theo phương của giá 1  cѫ cҩu sin Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 11 - II. CƠ CẤU 4 KHÂU BẢN LỀ VÀ CÁC BIẾN THɿ 2. Các biӃn thӇ cӫa cѫ cҩu bốn khơu bҧn lӅ - Từ cơ cấu sin, đổi khâu 4 làm giá  cѫ cҩu ellipse - Từ cơ cấu sin, đổi khâu 2 làm giá  cѫ cҩu Oldham Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 12 - III. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH 1. Tỉ số truyӅn 1 13 3 i   là tỉ số truyền giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn của cơ cấu 13 13 13 13 13 13 1 13 3 P AP DP P AP DB V l l PDi V l PA l     - Định lý Kennedy: Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, tâm quay tức thời trong chuyển động tương đối giữa hai khâu đối diện là giao điểm giữa hai đường tâm của hai khâu còn lại Công thức trên được phát biểu dưới dạng định lý sau Định lý Willis: Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, đường thanh truyền chia đường giá ra làm hai phần tỉ lệ nghịch với vận tốc góc của hai khâu nối giá Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 13 - 1. Tỉ số truyӅn 1 13 3 PDi PA   13P 13 10 :i   3 13P 13 10 :i   3 - Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề + Tỉ số truyền là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vị trí cơ cấu chia ngoài đọan AD  cùng chiều chia trong đọan AD  ngược chiều III. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 14 - III. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH 1. Tỉ số truyӅn 13P A 1 13 13 3 1P i   - Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề + Khi tay quay AB và thanh truyền BC duỗi thẳng hay dập nhau, tức khâu 3 đang ở vị trí biên và chuẩn bị đổi chiều quay + Nếu AB=CD, AD=BC: cơ cấu hình bình hành  khâu dẫn và khâu bị dẫn quay cùng chiều và cùng vận tốc Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 15 - III. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH 2. Hệ số nĕng suҩt lv ck lv ck  1 1 _ _ _ / 180 / 180 lv lv lv ck ck ckchu ky lam viec tk t              1 -Hệ số nĕng suất là tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian chạy không trong một chu kỳ làm việc của cơ cấu -Hệ số nĕng suất dùng đánh giá mức độ làm việc của cơ cấu - Khâu dẫn có hai hành trình + hành trình đi ứng với góc + hành trình về ứng với góc + thông thường - Xét cơ cấu 4 khâu bản lề như hình, nếu chọn hành trình đi là hành trình làm việc, hành trình về là hành trình chạy không - Hệ số nĕng suất phụ thuộc + kết cấu của cơ cấu + chiều quay của khâu dẫn + chiều công nghệ của khâu bị dẫn Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 16 - III. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH 3. ĐiӅu kiện quay toƠn vòng cӫa khơu nối giá           1 1 1 2 3 2 3 , , , B O A l B O D l l O D l l         1 2B B  2 3 4 1 2 3 4 1 l l l l l l l l         - Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1 + Tháo khớp B  xét quỹ tích B1 và B2 + Khâu 1 quay toàn vòng  Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá: khâu nối giá quay được toàn vòng khi và chỉ khi quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền kề của nó -Điều kiện quay toàn vòng của khâu 3  tương tự ????? Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường IV. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THɿ - 17 - /1 /3 1 1 13 1 P P PA c c PA V V l V i V l         0 0 180 180 k        1 2 1 2 1 2 1 2 B B l e l l e l l e l         - Hệ số nĕng suất - Điều kiện khâu 1 quay toàn vòng l1 l2 l2 l2 e C B A x x lv ck  ck lv B2 C2 C1 B1 A e P xx v3 3 2 1  D A B C Hc a) b) c) 1. Cѫ cҩu tay quay – con trѭӧt - Tỷ số truyền Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 18 - IV. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THɿ 2. Cѫ cҩu cu-lic 1 /1 /3 1 3 13 3 PD P P PA PD PA lV V l l i l         0 0 180 180 k     1 4l l 1 4 1 13 3 2 onstPD PA l l li c l       - Tỉ số truyền; - Hệ số nĕng suất - Điều kiện quay toàn vòng + Khâu 1  khâu 1 luôn quay được toàn vòng + Khâu 3  ? Để khâu 3 quay toàn vòng, Khi D 1 B 3 2 A    lv ck B2 D B1 A   P A 3 2  B C 1 D Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 19 - IV. ĐẶC ĐIɿM ĐỘNG HỌC CỦA CÁC BIẾN THɿ 3. Cѫ cҩu sin  D AD xx  1 /1 /3 1 3 13 3 1 P P PA c PA V V l V V i l         - Tỉ số truyền: Tâm quay tức thời của khâu 1 và 3 là giao điểm của BC và AD - Hệ số nĕng suất: k = 1 - Điều kiện quay toàn vòng: Khâu 1 luôn quay được toàn vòng Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường V. GÓC ÁP LỰC - 20 -  VC 3 2 1  D C B 4A P VC 3 21 A C B P Góc áp lực là góc hợp gởi vectơ lực tác dụng và vectơ vận tốc của điểm đặt lực CN P.V P.V .cos   - Góc  phản ánh tác dụng gây ra chuyển động của lực - Góc  càng lớn thì NP càng nhỏ -  = 90o  NP = 0 (vị trí biên) P  2 1   VC1 P A B1 C1D C2 B2 P VC2  VC1 C1 C2 O   VC2 P 2B2 B1 1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường VI. ỨNG DͤNG CỦA CƠ CẤU NHIỀU THANH - 21 - 5 4 3 2 1 E C D B A 5 6 4 Vs 1 2 3 c) b) a) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Ths. Trương Quang Trường - 22 -