Giáo trình nghề Công nghệ kỹ thuật cơ khí - Nguyên lý chi tiết máy
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI
GIÁO TRÌNH
Tên môn học: Nguyên lý chi tiết máy
NGHỀ: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số:
ngày tháng năm 2018 của
Hiệu trưởng Trường Cao đẳng công nghiệp và Thương mại
Vĩnh Phúc , năm 2018
1
MỤC LỤC
TRANG
Lời giới thiệu................................................................................................1
PHẦN 1 : NGUYÊN LÝ MÁY……………….............……………...........9
BÀI MỞ ĐẦU ............................................................................................. ......9
1. Vị trí của môn học.......................................................................................... 9
2. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 9
3. Nội dung nghiên cứu của môn học .............................................................. 10
4. Phương pháp nghiên cứu môn học ............................................................... 11
Chương 1: CẤU TẠO CƠ CẤU ...................................................................... 11
1. Những khái niệm cơ bản .............................................................................. 11
2. Bậc tự do của cơ cấu .................................................................................... 17
3. Xếp loại cơ cấu phẳng theo cấu trúc............................................................. 21
Chương 2: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU ...................Error! Bookmark not defined.7
1. Mục đích, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu .....ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.7
2 Phân tích động học cơ cấu phẳng loại 2 bằng phương pháp vẽ hoạ đồ.. ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.8
Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG............................................ 33
1. Khái niệm..................................................................................................... 33
2. Hợp lực quán tính......................................................................................... 37
3. Xác định phản lực khớp động trên nhóm A-xua loại 2 ................................. 40
4. Lực ma sát.................................................................................................... 42
Chương 4: ĐỘNG LỰC HỌC MÁY................Error! Bookmark not defined.5
1. Khái niệm chung .................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.5
2. Phương trình chuyển động của máy ....... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.5
3. Chuyển động thực của máy .......................................................................... 50
Chương 5: CƠ CẤU KHỚP LOẠI THẤP........................................................ 54
2
1. Khái niệm..................................................................................................... 54
2. Đặc điểm chuyển động........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.8
Chương 6: CƠ CẤU KHỚP LOẠI CAO........Error! Bookmark not defined.61
1. Khái niệm chung .......................................................................................... 61
2. Cơ cấu cam................................................................................................... 61
3. Cơ cấu bánh răng.................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.9
4. Hệ bánh răng................................................................................................ 82
5. Cơ cấu các đăng ……………………………………………………………. 87
PHẦN 2 : CHI TIẾT MÁY…………………….............…………….........93
Chương 1 : MỐI GHÉP ĐINH TÁN................................................................ 93
1.Khái niệm chung ........................................................................................... 93
2. Điều kiện làm việc của mối ghép.................................................................. 95
3. Tính toán mối ghép đinh tán......................................................................... 96
Chương 2 : MỐI GHÉP HÀN ........................................................................ 100
1. Khái niệm chung ........................................................................................ 100
2. Vật liệu và ứng suất cho phép..................................................................... 102
3. Tính toán mối ghép hàn.............................................................................. 104
Chương 3 : MỐI GHÉP THEN VÀ TRỤC THEN........... Error! Bookmark not
defined.9
1. Định nghĩa và phân loại mối ghép then .. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.9
2. Ưu, nhược điểm của mối ghép then...... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.11
3. Tính toán mối ghép then
bằng.......................................................................ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.12
Chương 4 : MỐI GHÉP REN.........................Error! Bookmark not defined.14
1. Khái niệm chung .................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.14
2. Các biện pháp chống tháo lỏng mối ghép ren ...........ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.9
3
3. Tính toán mối ghép
ren..................................................................................ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.20
Chương 5 : BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI..........Error! Bookmark not defined.27
1. Khái niệm chung .................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.27
2. Kết cấu các loại đai .............................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.30
3. Những vấn đề cơ bản trong lý thuyết truyền động đai. .... ERROR! BOOKMARK
NOT DEFINED.31
4. Tính toán bộ truyền động đai................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.38
5. Kết cấu bánh đai................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.40
6.Trình tự thiết kế bộ truyền đai............... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.40
Chương 6 : BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG......Error! Bookmark not defined.51
1. Khái niệm chung .................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.51
2. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng. ..... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.59
3. Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng. . ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.64
4. Bộ truyền bánh răng nón. ..................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.68
5. Vật liệu, bôi trơn và ứng suất cho phép. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.72
6. Trình tự thiết kế bộ
truyền.............................................................................ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.74
Chương 7: TRUYỀN ĐỘNG TRỤC VÍT – BÁNH VÍT.. Error! Bookmark not
defined.82
1. Khái niệm chung. ................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.82
2. Những thông số động học của bộ truyền. .................ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.84
3. Các dạng hỏng và các chỉ tiêu tính toán bộ truyền....ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.86
4. Vật liệu và ứng suất cho phép............... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.88
5. Hiệu suất và bôi trơn. ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.89
6. Trình tự thiêt kế bộ truyền.................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.91
4
Chương 8: TRUYỀN ĐỘNG XÍCH...............Error! Bookmark not defined.94
1. Khái niệm chung. ................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.94
2. Những thông số cơ bản của truyền động xích...........ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.97
3. Các dạng hỏng của bộ truyền xích........ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.99
4. Tính toán bộ truyền xích....................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.99
5. Trình tự thiết kế bộ truyền xích .................................................................. 201
Chương 9: TRỤC........................................................................................... 203
1. Khái niệm chung. ....................................................................................... 203
2. Các dạng hỏng trục – Vật liệu chế tạo trục.. ............................................... 205
3. Tính toán bộ trục........................................................................................ 206
Chương 10: Ổ TRỤC ..................................................................................... 210
1. Ổ trục. ........................................................................................................ 210
2. Ổ lăn........................................................................................................... 214
TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI
TẬP…………………..…………......….Error! Bookmark not defined.23
5
TÊN MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ - CHI TIẾT MÁY
Mã môn học: MĐCC17011061
Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trò của môn học:
- Vị trí:
+ Môn học Nguyên Lý-Chi Tiết Máy được bố trí sau khi sinh viên đã học
xong tất cả các môn học, mô-đun: vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức
bền vật liệu, Autocad, dung sai–đo lường kỹ thuật.
+ Môn học bắt buộc trước khi sinh viên học các môn học chuyên môn.
- Tính chất:
+ Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc, vừa mang tính chất lý thuyết và
thực nghiệm.
+ Là môn học giúp cho sinh viên có khả năng tính toán, thiết kế, kiểm
nghiệm các chi tiết máy hoặc bộ phận máy thông dụng đơn giản.
- Ý nghĩa, vai trò:
+ Môn học Nguyên lý - Chi tiết máy cung cấp các kiến thức về nguyên lý,
cấu tạo máy nói chung; công dụng, cấu tạo và tính toán các chi tiết máy thông
dụng; làm nên tảng cho sinh viên tiếp thu kiến thức các môn học, mô đun
chuyên ngành.
+ Làm cơ sở để sinh viên phát triển khả năng sáng tạo, thiết kế trong lĩnh
vực chế tạo máy, tư duy phát triển nghề nghiệp.
Mục tiêu của môn học:
- Nêu lên được tính chất, công dụng một số cơ cấu và bộ truyền cơ bản
trong các bộ phận máy thường gặp.
- Phân biệt được cấu tạo, phạm vi sử dụng, ưu khuyết điểm của các chi
tiết máy thông dụng để lựa chọn và sử dụng hợp lý.
- Phân tích động học các cơ cấu và bộ truyền cơ khí thông dụng.
- Xác định được các yếu tố gây ra các dạng hỏng đề ra phương pháp tính
toán, thiết kế hoặc thay thế, có biện pháp sử lý khi lựa chọn kết cấu, vật liệu để
tăng độ bền cho các chi tiết máy.
- Vận dụng những kiến thức của môn học tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm
các chi tiết máy hoặc bộ phận máy thông dụng đơn giản.
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập
Nội dung của môn học:
6
Thời gian
Số
Tên chương/ mục
Tổng
số
Lý
Kiểm
tra*
TT
Bài tập
thuyết
A. Nguyên lý máy
15
1
12
1
2
0
1
0
I
Bài mở đầu.
1. Vị trí của môn học.
2. Đối tượng nghiên cứu.
3. Nội dung môn học.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Cấu tạo cơ cấu
1
1
0
0
II
1. Những khái niệm cơ bản.
2. Bậc tự do của cơ cấu.
3. Xếp loại cơ cấu phẳng.
III Động học cơ cấu
2
3
2
2
0
1
0
0
1. Mục đích, nhiệm vụ và phương
pháp nghiên cứu.
2. Phân tích động học cơ cấu loại hai.
Phân tích lực trên cơ cấu phẳng
1. Khái niệm.
IV
V
2. Lực quán tính.
3. Phản lực ở các khớp động.
4. Lực ma sát.
Động lực học máy
2
2
0
0
1. Khái niệm chung.
2. Phươngtrìnhchuyểnđộngcủamáy.
3. Chuyển động thật của máy.
Cơ cấu khớp loại thấp
1. Khái niệm.
VI
2.5
3.5
2
2
0.5
0.5
0
1
2. Đặc điểm chuyển động.
Cơ cấu khớp loại cao
1. Khái niệm chung.
2. Cơ cấu cam.
VII
3. Cơ cấu bánh răng.
7
4. Bánhrăngtrụcóhaitrụcsongsong.
5. Bánhrăngtrụcóhaitrụcchéonhau.
6. Bánh răng nón.
7. Cơ cấu các đăng.
8. Hệ thống bánh răng.
VIII B. Chi tiết máy
60
53
5.0
0
2
0
Mối ghép đinh tán
2.5
2.5
1. Khái niệm chung.
9. Điềukiệnlàmviệccủamốighép.
2. Vật liệu làm đinh tán.
3. Tính toán mối ghép đinh tán.
IX Mối ghép hàn
3
2.5
0.5
0
1. Khái niệm chung.
2. Vật liệu và ứng suất cho phép.
3. Tính toán mối ghép hàn.
Mối ghép then và trục then
1. Then.
X
2.5
3
2.5
2.5
0
0
0
2. Trục then.
XI Mối ghép ren
1. Khái niệm chung.
0.5
2. Ren.
3. Các chi tiết thường dùng trong mối
ghép ren.
4. Tính toán mối ghép ren chịu tải
trọng dọc và ngang.
XII
Bộ truyền động đai
7.5
7
0.5
0
1. Khái niệm chung.
2. Kết cấu các loại đai.
3. Những vấn đề cơ bản trong lý
thuyết truyền động đai.
4. Tính toán bộ truyền động đai.
5. Kết cấu bánh đai.
6. Trình tự thiết kế bộ truyền.
Truyền động bánh răng
XIII
14
12
1
1
8
1. Khái niệm chung.
2. Bộtruyềnbánhrăngtrụrăngthẳng.
3. Máy vi tính.
4. Bộ truyền bánh răng nón.
5. Vật liệu và ứng suất cho phép.
6. Hiệu suất và bôi trơn.
7. Trình tự thiết kế bộ truyền.
XIV Truyền động trục vít-bánh vít
1. Khái niệm chung.
8
7
1
0
2. Những thông số động học của bộ
truyền.
3. Các dạng hỏng và các chỉ tiêu tính
toán bộ truyền.
4. Vật liệu và ứng suất cho phép.
5. Hiệu suất và bôi trơn.
6. Trình tự thiêt kế bộ truyền.
Truyền động xích
XV
7.5
5.5
7
5
0.5
0.5
0
0
1. Khái niệm chung.
2. Những thông số cơ bản của truyền
động xích.
3. Cácdạnghỏngbôitrơnvàhiệusuất.
4. Tính toán bộ truyền xích.
5. Trìnhtựthiếtkếbộtruyềnxích.
Trục
XVI
1. Khái niệm chung.
2. Các dạng hỏng trục – Vật liệu chế
tạo trục.
3. Tính toán trục.
Ổ trục
XVII
6.5
75
5
0.5
7
1
3
1. Ổ trượt.
2. Ổ lăn.
Cộng
65
9
Phần 1: NGUYÊN LÝ MÁY
BÀI MỞ ĐẦU
Mã chương/ bài: MH13-0
Mục tiêu:
- Xác định được đối tượng nghiên cứu của môn học;
- Nắm được phương pháp nghiên cứu;
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
Nội dung chính:
1. Vị trí của môn học
Mục tiêu: - Trình bày được vị trí của môn học;
- Tuân thủ các điều kiện học tập khi thực hiện môn học.
+ Môn học Nguyên Lý-Chi Tiết Máy được bố trí sau khi sinh viên đã học
xong tất cả các môn học, mô-đun: vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức
bền vật liệu, Autocad, dung sai–đo lường kỹ thuật.
+ Môn học bắt buộc trước khi sinh viên học các môn học chuyên môn.
2. Đối tượng nghiên cứu
Mục tiêu: - Trình bày được đối tượng nghiên cứu của môn học;
- Thích thú với đối tượng nghiên cứu của môn học.
Đối tượng nghiên cứu của môn học này là máy và cơ cấu: Cơ cấu là tập
hợp những vật thể chuyển động theo quy luật xác định có nhiệm vụ biến đổi hay
truyền chuyển động. Máy là tập hợp một số những cơ cấu có nhiệm vụ biến đổi
hoặc sử dụng cơ năng để làm ra công có ích.
- Điểm giống nhau căn bản giữa máy và cơ cấu là chuyển động của cơ cấu
và máy đều có quy luật xác định.
- Điểm khác nhau căn bản là cơ cấu chỉ biến đổi hoặc truyền chuyển
động, còn máy biến đổi hoặc sử dụng năng lượng.
Ngày nay, trong kỹ thuật cơ cấu đã được dùng có số lượng rất lớn. Việc
xếp loại cơ cấu một cách khoa học, chỉ ra được tính hệ thống của chúng là rất
quan trọng. Trên cơ sở xếp loại của các cơ cấu, người ta chỉ cần nghiên cứu
những cơ cấu điển hình cho mỗi loại, là có thể coi như nghiên cứu được tất cả
các cơ cấu.
10
Cơ cấu có thể được phân loại theo chức năng làm việc, cấu trúc hình học,
chuyển động của các khâu, vv... Chương 1 sẽ giới thiệu cách xếp loại cơ cấu
theo cấu trúc hình học, đó là phương pháp xếp loại có tính hệ thống cao nhất.
3. Nội dung nghiên cứu của môn học
Mục tiêu: - Trình bày được nội dung nghiên cứu của môn học;
- Tuân thủ đúng nội dung nghiên cứu của môn học.
Môn học Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề chuyển động và điều khiển
chuyển động của cơ cấu và máy. Ba vấn đề chung của các loại cơ cấu và máy
mà môn học Nguyên lý máy nghiên cứu là vấn đề về cấu trúc, động học và động
lực học.
Ba vấn đề nêu trên được nghiên cứu dưới dạng hai bài toán: bài toán phân
tích và bài toán tổng hợp.
- Bài toán phân tích cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của
cơ cấu và khả năng chuyển động của cơ cấu tùy theo cấu trúc của nó.
- Bài toán phân tích động học nhằm xác định chuyển động của các khâu
trong cơ cấu, khi không xét đến ảnh hưởng của các lực mà chỉ căn cứ vào quan
hệ hình học của các khâu.
- Bài toán phân tích động lực học nhằm xác định lực tác động lên cơ cấu
và quan hệ giữa các lực này với chuyển động của cơ cấu.
4. Phương pháp nghiên cứu môn học
Mục tiêu: - Trình bày được phương pháp nghiên cứu môn học;
- Tuân thủ các phương pháp nghiên cứu khi thực hiện môn học.
Bên cạnh các phương pháp của môn học Cơ học lý thuyết, để nghiên cứu
các vấn đề động học và động lực học của cơ cấu, người ta sử dụng các phương
pháp sau đây:
+Phương pháp đồ thị (phương pháp vẽ - dựng hình)
+ Phương pháp giải tích
Ngoài ra, các phương pháp thực nghiệm cũng có một ý nghĩa quan trọng trong
việc nghiên cứu các bài toán về Nguyên lý máy.
Câu hỏi ôn tập
1. Trình bày được vị trí và đối tượng nghiên cứu của môn học Nguyên lí máy?
2. Trình bày được nội dung nghiêng cứu và phương pháp nghiên cứu của môn
11
học Nguyên lí máy?
Chương 1: CẤU TẠO CƠ CẤU
Mã chương/ bài: MH13-01
Giới thiệu
Mỗi loại máy, cơ cấu sẽ có cấu tạo, hình dạng, và nguyên lý hoạt động
khác nhau. Để tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy hoặc cơ cấu được dẽ dàng
thì chúng ta cần nghiên cứu dưới dạng các lược đồ đơn giản. Chương 1 giới
thiệu những khái niệm cơ bản, cách xây dựng lược đồ cơ cấu, và nghiên cứu
những khả năng chuyển động của cơ cấu trong không gian.
Mục tiêu:
+ Xác định được bậc tự do của cơ cấu;
+ Phân tích được và xếp loại được cơ cấu phẳng;
+ Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
Nội dung chính:
1. Những khái niệm cơ bản
Mục tiêu:
- Trình bày được định nghĩa khâu, bậc tự do của khâu, nối động, khớp động,
thành phần khớp động, chuỗi động và cơ cấu;
- Tính được số bậc tự do của khâu trong không gian và khâu phẳng;
- Vẽ được lược đồ khớp động của các khớp thông dụng;
- Chủ động tích cực trong học tập.
1.1. Khâu
Trong cơ cấu/ máy có những bộ phận có chuyển động tương đối đối với
nhau, mỗi bộ phận có chuyển động riêng biệt này được gọi là khâu. Khâu có
thể là một tiết máy hoặc nhiều tiết máy được ghép cứng lại với nhau. Khâu cũng
có thể là vật rắn biến dạng (lò so), vật rắn không biến dạng (pít tông), vật rắn
dạng dây dẻo (dây đai), hay chất lỏng hoặc khí.
Trong chương trình này, cơ cấu/ máy được nghiên cứu với giả thiết các
khâu của chúng là vật rắn không biến dạng.
1.2. Bậc tự do của khâu
1.2.1. Định nghĩa
12
- Bậc tự do giữa hai khâu là khả
năng chuyển động độc lập giữa hai
khâu đó khâu đó.
Y
Ty
B
- Số bậc tự do giữa hai khâu là
số khả năng chuyển động độc lập giữa
hai khâu đó khâu đó.
Q
y
A
X
O
Tx
Q
z
Q
x
1.2.2. Bậc tự do của khâu trong
không gian
Tz
Z
Xét hai khâu A và B để rời nhau
trong không gian, hình 1.1.
Hình 1.1Bậc tự do của khâu
trong không gian
Gắn cho khâu A một hệ qui chiếu
OXYZ. Khâu A được coi là đứng yên (còn đựoc gọi là giá) và khâu B chuyển
động tương đối đối với khâu A trong hệ qui chiếu này, (khâu B còn được gọi là
khâu động).
Xét theo các trục OX, OY, OZ, khâu B có những chuyển động tương đối đối
với khâu A như sau:
- Ba chuyển động tịnh tiến theo các trục tương ứng: Tx, Ty, Tz.
- Ba chuyển động quay quanh các trục tương ứng: Qx, Qy, Qz.
Các chuyển động trên hoàn toàn độc lập với nhau và mỗi khả năng chuyển động
độc lập này được gọi là một bậc tự do.
Như vậy giữa hai khâu để rời nhau trong không gian có 6 bậc tự do. Nếu
có n1 khâu động để rời nhau trong không gian thì so với 1 khâu (giá) sẽ có
6(n1–1) bậc tự do.
1.2.3. Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng
Nếu khâu A và B để rời nhau trên cùng một mặt phẳng;
Ví dụ: Mặt phẳng Oxz, (hình 1.2) khâu B chỉ còn lại ba khả năng chuyển động
tương đối với khâu A: Qy, Tx, Tz. Như
vậy giữa hai khâu để rời trên cùng một
mặt phẳng có 3 bậc tự do. Nếu có n1 khâu
Y
động để rời nhau trên cùng một mặt
phẳng, thì so với khâu giá sẽ có 3(n1-1)
bậc tự do.
Q
y
A
X
1.3. Nối động và khớp động
1.3.1. Nối động các khâu
O
Tx
B
T
z
Z
Hình 1.2. Bậc tự do của khâu
trên mặt phẳng
13
Muốn từ các khâu để rời nhau có chuyển động không xác định đối với
nhau tạo thành cơ cấu, (các khâu có chuyển động tương đối xác định đối với
nhau), phải hạn chế bớt số bậc tự do tương đối giữa chúng. Muốn vậy phải nối
động các khâu lại với nhau.
Nối động các khâu là hình thức bắt các khâu luôn tiếp xúc với nhau, theo
một quy cách nhất định trong quá trình chuyển động, nhằm làm giảm bớt số bậc
tự do giữa chúng.
1.3.2. Thành phần khớp động và khớp động
- Thành phần khớp động là chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu khi nối động
- Khớp động: hai thành phần khớp động trong một mối ghép động tạo
thành một khớp động.
Ví dụ 1: Cho một khâu là quả cầu A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng
B (hình1.3). Trong quá trình chuyển động, với hình thức nối động này đã tạo ra
một khớp động C, mà hai thành phần khớp động là hai tiếp điểm: CA và CB,
(điểm CA thuộc khâu A và điểm CB thuộc khâu B). Khớp C hạn chế được một
bậc tự do đó là Ty.
Ví dụ 2: Cho một khâu là hình trụ A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng
B, (hình1.4). Trong quá trình chuyển động, với hình thức nối động này đã tạo ra
Y
Y
Y
Q
y
Q
y
Qy
B
A
A
X
X
X
A
O
Tx
T
x
x
T
x
C
C'
C
Qx
Q
B
B
Q
z
T
z
T
z
Z
Z
Z
T
z
Hình 1.3 Khớp cao C Hình 1.4 Khớp cao CC’ Hình 1.5 Khớp thấp
một khớp động CC’, mà hai thành phần khớp động là hai đoạn thẳng: CAC’A
và CBC’B, (đoạn thẳng CAC’A thuộc khâu A và đoạn thẳng CBC’B thuộc khâu
B). Khớp CC` hạn chế được hai bậc tự do đó là Ty và Qz.
Ví dụ 3: Cho một khâu là hình hộp A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng
B, (hình1.5) Trong quá trình chuyển động, với hình thức nối động này đã tạo ra
một khớp động, mà thành phần khớp động là hai mặt phẳng tiếp xúc: một mặt
phẳng thuộc khâu A và một mặt phẳng thuộc khâu B. Khớp động này hạn chế
được ba bậc tự do đó là Ty, Qx, Qz.
14
1.3.3. Phân loại khớp động
Khớp động được phân loại theo tính chất tiếp xúc hoặc theo số bậc tự do
bị hạn chế.
a. Phân loại khớp động theo tính chất tiếp xúc
- Khớp loại cao (khớp cao) : là các khớp động có thành phần khớp động là
điểm hoặc đường, (Khớp động tại ví dụ 1 và ví dụ 2)
- Khớp loại thấp (khớp thấp): là các khớp động có thành phần khớp động là
mặt (mặt cầu, mặt trụ, hoặc mặt phẳng). Khớp động tại ví dụ 3 là khớp thấp vì
có thành phần khớp động là mặt phẳng.
b. Phân loại Khớp động theo số bậc tự do bị hạn chế hay số ràng buộc
Có 5 loại khớp động:
- Khớp loại 1; hạn chế được 1bậc tự do, hay có 1 ràng buộc, (khớp C, ví dụ 1 ).
- Khớp loại 2; hạn chế được 2 bậc tự do, hay có 2 ràng buộc,(khớp tại ví dụ 2 ).
- Khớp loại 3; hạn chế được 3 bậc tự do, hay có 3 ràng buộc, (khớp tại ví dụ 3 ).
- Khớp loại 4; hạn chế được 4 bậc tự do, hay có 4 ràng buộc, (ví dụ khớp trụ ).
- Khớp loại 5; hạn chế được 5 bậc tự do, hay có 5 ràng buộc, (ví dụ khớp bản lề)
1.3.4. Lược đồ khớp động
Để đơn giản cho việc vẽ hình, các khớp động được vẽ dưới dạng lược đồ
qui ước. Sau đây là một số lược đồ khớp động thường hay dùng trong kỹ thuật:
Bảng 1: Một số lược đồ khớp động thường dùng trong kĩ thuật
Stt
Tên KĐ
Loại KĐ phẳng
Số RB
Lược đồ KĐ
Khớp bản lề
(khớp quay)
1
Khớp thấp loại 5
5
Khớp trượt
(khớp tịnh tiến)
2
3
Khớp thấp loại 5
Khớp cao loại 4
Khớp thấp loại 5
5
4
Khớp cao phẳng
4
Khớp vít
5
Loại KĐ không
gian
Stt
Tên KĐ
Số RB
Lược đồ KĐ
15
6
7
8
9
Khớp cầu
Khớp thấp loại 3
3
4
5
5
Khớp trụ
Khớp thấp loại 4
Khớp thấp loại 5
Khớp thấp loại 5
Khớp trụ quay
Khớp tịnh tiến
1.3.5. Lược đồ khâu và kích thước động của khâu
a. Kích thước động của khâu
Kích thước động của khâu là thông số xác định vị trí tương đối giữa các
thành phần khớp động trên cùng một khâu.
Ví dụ: Thanh truyền trong động cơ đốt trong được nối với tay quay và pít
tông bằng hai khớp bản lề. Các thành phần khớp động trên thanh truyền là các
mặt trụ trong của bạc biên có đường trục song song nhau. Kích thước động của
thanh truyền này là chiều dài khoảng cách giữa hai đường trục của hai bạc biên.
b. Lược đồ khâu
Để đơn giản hoá trong việc vẽ hình, các khâu được biểu diễn dưới dạng
lược đồ. Lược đồ khâu phải thể hiện được đầy đủ các khớp động và kích thước
động của khâu.
Luîc ®å kh©u
KÝch thuíc ®éng cña kh©u
Hình 1.6 Lược đồ của khâu thanh truyền trong cơ cấu động
cơ đốt trong.
1.4. Chuỗi động và cơ cấu
1.4.1. Chuỗi động
* Định nghĩa: Nhiều khâu nối động với nhau tạo thành một chuỗi động
* Phân loại
- Phân loại theo cấu trúc hình học có hai loại chuỗi động: chuỗi động kín và
chuỗi động hở.
16
+ Chuỗi động kín là chuỗi động trong đó có các khâu được nối động với ít
nhất hai khâu khác; tức là tham gia ít nhất 2 khớp động, (hình 1.7)
+ Chuỗi động hở (hình.1.8) là chuỗi động trong đó có các khâu chỉ được nối
động với một khâu khác; tức là chỉ tham gia một khớp động.
C
2
B
2
B
1
3
1
A
3
A
4
D
Hình 1.7 Chuỗi động kín
Hình 1.8 Chuỗi động hở
- Phân loại theo chuyển động có hai loại chuỗi động: chuỗi động phẳng và chuỗi
động không gian.
+ Chuỗi động phẳng là: chuỗi động trong đó các khâu chuyển động trên
cùng một mặt phẳng hoặc trên những mặt phẳng song song với nhau.(hình 1.7,
hình 1.8)
+ Chuỗi động không gian là: chuỗi động trong đó các khâu chuyển động trên
những mặt phẳng không song song với nhau (chéo nhau hoặc giao nhau).(hình
1.9)
Chuỗi động trên hình 1.9 gồm
4 khâu, nối nhau bằng 3 khớp quay
có đường trục vuông góc với nhau
từng đôi một, do đó các khâu
chuyển động trong các mặt phẳng
không song song với nhau. Mặc
khác, khâu 3 và khâu 4 chỉ được nối
với một khâu khác nên đây là một
chuỗi động không gian hở.
Hình 1.9 Chuỗi động
1.4.2. Cơ cấu
không gian
Định nghĩa:Cơ cấu là một
chuỗi động có một khâu được lấy làm hệ qui chiếu gọi là giá và các khâu còn lại
gọi là khâu động có chuyển động xác định trong hệ qui chiếu này.
2
1
1
3
2
Hình 1.10 Cơ cấu phẳng đóng kín Hình 1.11 Cơ cấu phẳng hở
1.Tay quay; 2. Giá
17
Lưu ý: thực tế khâu gọi là giá có thể cố định (như vỏ máy hoặc móng máy) hoặc
không cố định, khi xét chuyển động các khâu với giá, giá được xem là cố định.
2. Bậc tự do của cơ cấu
Mục tiêu:
A
- Trình bày được khái niệm về bậc tự do
của cơ cấu, bậc tự do thừa;
1
B
2
- Trình bày được định nghĩa khâu dẫn và ý
nghĩa của bậc tự do của cơ cấu;
C
- Viết được công thức tính bậc tự do của cơ
cấu phẳng và cơ cấu không gian;
Hình 1.12 Cơ cấu
không gian.
- Tính được số bậc tự do của cơ cấu phẳng
toàn khớp thấp;
- Tuân thủ đúng cách xác định số ràng buộc của các loại khớp động trong
khi tính bậc tự do của cơ cấu.
2.1. Khái niệm về số bậc tự do của cơ cấu
C
Số bậc tự do của cơ cấu là số quy
luật truyền chuyển động độc lập có thể
2
B
của cơ cấu.
3
1
Cụ thể hơn, nói theo thông số vị trí
A
4
D
là: số bậc tự do của cơ cấu là số thông số
vị trí cần phải cho trước để xác định hoàn
toàn vị trí của tất cả các khâu trong cơ
cấu.
Hình 1.13 Bậc tự do của cơ cấu bốn
khâu bản lề
1, 3. Khâu nối giá; 2. Thanh truyền;
4. Giá
Ví dụ: Cho cơ cấu bốn khâu bản lề
(hình1.13) góc là góc giữa khâu AB với
giá, khi cho một giá trị xác định thì khâu AB cũng có một vị trí xác định, từ đó
vị trí của các khâu còn lại cũng hoàn toàn xác định.Ta nói cơ cấu này có một bậc
tự do.
2.2. Công thức tính bậc tự do cơ cấu
2.2.1. Công thức tính bậc tự do cơ cấu
Công thức tính bậc tự do cơ cấu sẽ có dạng như sau:
W = WO – R
Trong đó: W - là số bậc tự do cơ cấu ;
18
Wo - là tổng số bậc tự do của các khâu động khi còn để rời nhau đối với
hệ qui chiếu gắn liền với giá ;
R - là tổng số ràng buộc của các khớp động trong cơ cấu.
2.2.2. Công thức tính bậc tự do cơ cấu không gian
* Xét cơ cấu gồm giá cố định và n khâu động.
Do mỗi khâu động khi để rời sẽ có 6 bậc tự do nên tổng số bậc tự do của n khâu
động: WO = 6n
Để tính bậc tự do cơ cấu sẽ chúng ta phải tính được R
* Đối với các cơ cấu mà lược đồ không có một đa giác nào cả, tức là không có
khớp nào là khớp đóng kín, sau khi nối n khâu động lại với nhau và với giá bằng
Pj khớp loại j, thì tổng số ràng buộc của các khớp động trong cơ cấu được xác
định như sau:
5
R= j.P = 1P1 + 2P2 + 3P3 + 4P4+ 5P5
j
j
Với Pj - là số khớp loại j trong cơ cấu.
j - là chỉ số bằng số ràng buộc của khớp động loại j.
Ví dụ 1: cơ cấu rô to, (hình 1.14)
Q
z
Có n = 1 (vì có 1 khâu động),
A
Pj = P5 = 1 (khớp quay A loại 5)
j = 5 (khớp A có 5 ràng buộc)
W = Wo – R = 6n - 5P5 = 6.1 – 5.1 = 1
Hình 1.14 Cơ cấu
rô to
Như vậy cơ cấu có 1 bậc tự do hay nói một cách khác là có một khả năng
chuyển động; (Qz ).
Y
* Đối với các cơ cấu mà lược đồ là một hay một số
đa giác đóng kín, hoặc đối với một số cơ cấu có
cấu trúc hình học đặc biệt, những yếu tố hình học
2
B
3
này cũng có ảnh hưởng tới việc xác định tổng số
1
X
ràng buộc R trong cơ cấu, ta phải xét đến các ràng
buộc trùng Rtr và ràng buộc thừa Rth trong công
A
D
4
Z
thức tính bậc tự do. Khi đó:
Hình 1.15 Lược đồ động
5
là một tứ giác
R=
jP - Rtr - Rth
j
Y
j1
5
W = 6. n – ( jPj - Rtr - Rth)
2
B
j1
3
1
D3
X
A
D4
4
Z
Hình 1.16 Khớp đóng
kín D
19
Ví dụ 2: Xét cơ cấu (hình 1.15)
Cơ cấu này có lược đồ động là một tứ giác, do đó cơ cấu có một khớp
đóng kín. Có thể chọn tùy ý một trong bốn khớp động làm khớp đóng kín. Giả
sử chọn khớp D làm khớp đóng kín và các khâu 3,2,1,4 đã được nối động với
nhau lần lượt bởi các khớp bản lề C,B,A, riêng khớp đóng kín D chưa được nối,
xem (hình 1.16)
Các khâu 3 và 4 hiện tại chưa được nối động trực tiếp với nhau, nhưng đã
được nối động gián tiếp qua các khâu 1 và 2 và các khớp động: A,B,C. Sự nối
động gián tiếp này đã hạn chế một số bậc tự do ( Tz, Qy, Qx ), tức là đã tạo ra
cho hai khâu 3 và 4 này một số ràng buộc gián tiếp đó là :Tz, Qy, Qx.
Nếu khâu 3 và 4 được nối động trực tiếp với nhau bằng khớp quay D
(hình 1.15) thì giữa khâu 3 và 4 có 5 ràng buộc là Tx, Ty, Tz, Qx, Qy. Như vậy có
3 ràng buộc trùng nhau giữa các ràng buộc trực tiếp và các ràng buộc gián tiếp là
Tz, Qy, Qx. được gọi là ràng buộc trùng và kí hiệu là Rtr. Công thức tính không
phân biệt được các ràng buộc này dẫn đến số ràng buộc tính lớn hơn số ràng
buộc thực Rtr.
Vậy n = 3 , P5 = 4 , Rtr = 3 ; (cơ cấu có một khớp khép kín).
5
Áp dụng công thức: W = 6. n – ( jPj - Rtr) = 6.3 – (5.4 - 3) = 1
j1
W = 1; tức là có một khả năng chuyển động, đó là chuyển động quay Qz.
Ví dụ 3: Xét cơ cấu hình bình hành (hình 1.17a), hình bình hành này gồm
có 4 khâu động (khâu 1,2,3,5) và 6 khớp bản lề (A, B, C, D, E, F). Tất cả các
khớp động đều có đường tâm trục song song với nhau. Ngoài ra còn có:
AB = DC, AE = DF, AD = BC = EF
và có hai khớp động đóng vai trò khớp khép kín (có thể chọn khớp D và F); vì
lược đồ động của cơ cấu gồm hai đa giác: ABCD và AEFD.
Áp dụng công thức tính bậc tự do cho cơ cấu ta có:
5
W = 6. n – ( jP - Rtr) = 6.4 – (5.6 – 2.3) = 0
j
j1
Theo kết quả tính thì hình bình hành (hình 1.17a) là một giàn tĩnh định; không
chuyển động được. Nhưng thực chất thì đây chính là một cơ cấu và có số bậc tự
do lớn hơn 0. Có thể giải thích điều này như sau:
2
B
C
2
B
C
5
E
1
E
1
3
3
F
F
D
A
D
4
A
4
Hình 1.17b. Cơ cấu hình
bình hành đã tách khâu 5
Hình 1.17a . Cơ cấu hình bình hành
Tải về để xem bản đầy đủ
231 trang
19560
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình nghề Công nghệ kỹ thuật cơ khí - Nguyên lý chi tiết máy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_nghe_cong_nghe_ky_thuat_co_khi_nguyen_ly_chi_tiet.pdf
