Bài giảng Nguyên lý máy - Chương mở đầu: Giới thiệu môn học - Trương Quang Trường

Nội dung text: Bài giảng Nguyên lý máy - Chương mở đầu: Giới thiệu môn học - Trương Quang Trường

1. I. Những khái niệm c bn 1. Tiết máy Tiết máy: máy hay c cu có thể tháo rời ra thƠnh nhiều bộ phận khác nhau, bộ phận không thể tháo rời ra được nữa gọi lƠ tiết máy. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
2. I. Những khái niệm c bn 2. Khâu Khâu : trong c cu vƠ máy, toƠn bộ những bộ phận có chuyển động tưng đối so với bộ phận khác gọi lƠ khơu. Tên gọi: 1. Khâu dẫn, 2. Khâu bị dẫn 3. Giá (khâu cố định) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
3. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản 3. Khp động + MốỌ nốỌ động gỌữa haỌ khâu lỌền nhau để hn Ơhế một phần ƠhuỜển động tng đốỌ gỌữa Ơhúng khp động + Toàn bộ Ơhỗ tỌếp ớúƠ gỌữa haỌ khâu gỌ là một thành phần khp động. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
4. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Phơn loi khớp động - Bậc tự do của khâu + Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ qui chiếu 1 BTD + Giữa hai khâu trong mặt phẳng 3 BTD: Tx, Ty, Qz + Giữa hai khâu trong không gian 6 BTD: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz a) Theo số BTD bị hạn chế: Khớp động loại k->hạn chế k BTD hay có k ràng buộc Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
5. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Phơn loi khớp động a) ThƯo số BTD bị hn Ơhế Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 7 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
6. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Phơn loi khớp động a) ThƯo số BTD bị hn Ơhế Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 8 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
7. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản b) ThƯo đặƠ đỌểm tỌếp ớúƠ + Khớp cao: thành phần khớp động là đường hay điểm + Khớp thấp: thành phần khớp động là mặt Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 9 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
8. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản c) Theo tính cht của chuyển động tưng đối giữa các khơu Khp tịnh tỌến – Khp quaỜ Khp phẳng – Khp không gỌan Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 10 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
9. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản 4. LợƠ đồ động - Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, các khớp được biễu diễn trên những hình vẽ bằng những lược đồ qui ước. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
10. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản - Các khâu cũng được thể hiện qua các lược đồ đơn giản gọi là lược đồ khâu - Trên lược đồ khâu phải thể hiện đầy đủ các khớp chuyển động,Khoa Cơ Khícác – Công kích Nghệ Ths.thước Trương có Quang ảnh Trường hưởng đến chuyển động- 12của - khâu và chuyển Trườngđộng ĐH của Nông cơLâm TPHCMcấu.
11. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản 5 Chuổi động Nhiều khâu nối với nhau bằng các khớp động trong một hệ thống tạo thành một chuỗi động - Phân lọai chuỗi động: + Chuỗi động kín + Chuỗi động hở + Chuỗi động phẳng + Chuỗi động không gian Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 13 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
12. I. Những kháỌ nỌm Ơ bản Chuỗi động phẳng Chuỗi động không gian Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
13. I. Những khái niệm c bn 6. C cu Ñònh nghóa laø nhöõng thaønh phaàn cô baûn cuûa maùy coù chuyeån ñoäng xaùc ñònh. Ñoù laø nhöõng heä thoáng cô hoïc duøng ñeå bieán ñoåi chuyeån ñoäng cuûa 1 hay moät soá vaät theå thaønh chuyeån ñoäng caàn thieát cuûa caùc vaät theå khaùc. Nhieäm vuï Thöïc hieän caùc quaù trình kyõ thuaät nhôø chuyeån ñoäng cuûa caùc phaàn töû cuøa noù Phaàn töû Khaâu & Khôùp ñoäng Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
14. I. Những khái niệm c bn 6. C cu Cơ cấu là một chuỗi động có một khâu cố định và chuyển động theo qui luật xác định. Khâu cố định được gọi là giá. - Phân loại cơ cấu: cơ cấu phẳng – cơ cấu không gian Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 16 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
15. II. BậƠ tự ơo Ơ Ơấu 1. Định nghĩa - Bậc tự do (BTD) của cơ cấu là thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu, nó cũng là số khả năng chuyển động tương đối độc lập của cơ cấu đó. 2. Tính bc t do của cơ cấu không gian (trường hợp tổng quát): W W = W0 ậ R. Trong đó: W0 – BTD tổng cộng của các khâu động nếu để rời R – số ràng buộc của tất cả khớp động trong cơ cấu 1. Số bậc tự do trong cơ cấu 1 khâu để rời trong không gian có 6 BTD BTD tổng cộng của n khâu động là W0 = 6n 2. Số ràng buộc chứa trong cơ cấu Khớp lọai k hạn chế k bậc tự do. Nếu gọi pk là số khớp lọai k chứa trong cơ cấu tổng các ràng buộc do pk khớp lọai k gây nên là pk.k 5 Trong thực tế số ràng buộc R  pk k 5 p5 4 p 4 3 p 3 2 p 2 1 p 1 thường nhỏ hơn giá trị trên k 1 vì trong các Khoacơ Cơ cấuKhí – Côngtồn Nghệtại Ths. Trương Quang Trường ràng trùng. - 17 - buộcTrường ĐH Nông Lâm TPHCM
16. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Ví dụ 1: Xét cơ cấu 4 khâu bản lề + Ràng buộc trực tiếp: ràng buộc giữa hai khâu do khớp nối trực tiếp giữa hai khâu đó được gọi là ràng buộc trực tiếp. + Ràng buộc gián tiếp: nếu tháo khớp A, giữa khâu 1 và 4 có ràng buộc gián tiếp + Ràng buộc trùng: nối khâu 1 và 4 bằng khớp A, giữa chúng có ràng buộc trực tiếp sau 3 ràng buộc trùng. Ràng buộc trùng chỉ xảy ra ở khớp đóng kín của cơ cấu. Gọi R0 là số ràng buộc trùng tổng số ràng buộc trong cơ cấu: 5 Khoa CơR Khí – Công kp Nghệk R0 k 1 Ths. Trương Quang Trường - 18 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
17. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Công thức tính bậc tự do của cơ cấu không gian: 6 W=6n-  kpk0 R Ví dụ 1: Tính bậc tự do của cơ cấu 4 khâu bản lề k=1 Số khâu động n = 3 Số khớp loại 5 p5 = 4 Số ràng buộc trùng R0 = 3 Bậc tự do của cơ cấu W = 6.3 ậ(5.4 ậ 3) = 1 BTD Ví dụ 2: Tính bậc tự do của cơ cấu bàn tay máy Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 19 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
18. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu 3. Bc t do của cơ cấu phẳng a) Số bậc tự do trong cơ cấu 1 khâu để rời có 3 BTD số BTD tổng cộng của n khâu động: W0 = 3n b) Số ràng buộc chứa trong cơ cấu Cơ cấu phẳng có hai loại khớp: - khớp loại 4 chứa 1 ràng buộc - khớp loại 5 chứa 2 ràng buộc tổng số ràng buộc trong cơ cấu: R = 1p4 + 2p5 ậ R0 W = 3n ậ (p4 + 2p5 ậ R0) Ví dụ 3: Tính bậc tự do của cơ cấu tay quay – con trượt Số khâu động n = 3 Số khớp loại 5 p5 = 4 Bậc tự do của cơ cấu W = 3.3 ậ (0 + 2.4 ậ 0) = 1 BTD Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 20 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
19. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Ví dụ 4: Tính bậc tự do của cơ cấu chêm như hình vẽ -Cơ cấu toàn khớp loại 5 với n = 2, p5 = 3 - Chọn hệ qui chiếu gắn với giá Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 21 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
20. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu RÀNG BUC THA Ví dụ 5: Tính bậc tự do của cơ cấu hình bình hành Cơ cấu toàn khớp loại 5 với: n = 4, p5 = 6 - Bậc tự do của cơ cấu là W=3.4 ậ (0 + 2.6) = 0 BTD - Trên thực tế cơ cấu này làm việc được điều này có gì mâu thun không ? Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 22 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
21. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu - Chú ý khâu 5 không có tác dụng gì trong chuyển động của cơ cấu ABCD - Nếu bỏ khâu 5 ra, cơ cấu thành cơ cấu 4 khâu bản lề với BTD bằng 1 -Khi thêm khâu 5 và 2 khớp E, F vào + thêm khâu 5 (EF) thêm 3 bậc tự do + thêm 2 khớp lọai 5 (E, F) thêm 4 ràng buộc thêm 1 ràng buộc Gọi r là số ràng buc tha có trong cơ cấu, BTD của cơ cấu phẳng W = 3n – (2p5 + p4) + r Trong cơ cấu hình bình hành ở trên, r = 1 và W = 3.4 ậ (2.6 + 0) + 1= 1 BTD Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 23 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
22. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu BC T DO THA Ví dụ 6: Tính bậc tự do của cơ cấu cam cần đẩy đáy con lăn n = 3 p4 = 1 p5 = 3 W = 3.3 - (2.3 + 1) = 2 BTD Kết quả này có đúng không? - Trong thực tế cơ cấu trên chỉ có 1 BTD vì chuyển động lăn của con lăn 2 quanh khớp C không ảnh hưởng đến chuyển động có ích của cơ cấu nên không được kể vào bậc tự do của cơ cấu. - BTD thêm vào mà không làm ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu gọi là BTD tha, kí hiệu là s - Trở lại cơ cấu cam ở trên W = 3.3 ậ (2.3+1) ậ 1 = 1 BTD Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 24 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
23. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu Tóm lại công thc tính BTD - Đối với cơ cấu không gian 5 W=6n-  kpk0 R k 1 - Đối với cơ cấu phẳng (trừ cơ cấu chêm) W=3n- 2p54 p r s Với n: số khâu động k: loại khớp động pk: số khớp loại k R0: số ràng buộc trùng r: số ràng buộc thừa s: số BTD thừa Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 25 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
24. II. BậƠ tự do Ơ Ơấu 4. Ý nghĩa của bc t do ậ Khâu dn và khâu bị dn Số BTD cơ cấu là: - - Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 26 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
25. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng Nguyên lý tạo thành cơ cấu Một cơ cấu có W BTD là cơ cấu được tạo thành bởi W khâu dẫn và những nhóm có BTD bằng zero W = W + 0 + + 0 Khâu dẫn nhóm có BTD = 0 1. Nhóm tĩnh định Đối với nhóm tĩnh định toàn khớp thấp: n = 2 p = 3 3n 5 nhóm 2 khâu 3 khớp: Nhóm loại 2 W 32 n p p n = 4 p = 6 nhóm 4 khâu 6 khớp: Nhóm loại 3 552 5 n = 6 p5 = 9 nhóm 6 khâu 9 khớp: Nhóm loại 4 . Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 27 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
26. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 1. Nhóm tĩnh định (tt) a) b) c) d) e) f) g) h) a, b, c, d, e: Nhóm loại 2 f, g: Nhóm loại 3 h: Nhóm loại 4 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 28 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
27. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 2. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định Khi tách nhóm tĩnh định phải theo nguyên tắc sau: + Chọn trước khâu dẫn và giá + Tách những nhóm ở xa khâu dẫn trước rồi dần đến những nhóm ở gần hơn + Sau khi tách nhóm, phần còn lại phải là một cơ cấu hoàn chỉnh hoặc khâu dẫn + Phải tách nhóm đơn giản trước, nếu không được thì mới tách nhóm phức tạp hơn (loại cao hơn) Ví dụ : Tách nhóm tĩnh định cơ cấu động cơ diezen, cơ cấu bơm oxy Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 29 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
28. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 2. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định (tt) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 30 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
29. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 2. Nguyên tắc tách nhóm tĩnh định (tt) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 31 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
30. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu - Khâu dẫn gọi là cơ cấu loại 1 - Cơ cấu chỉ chứa 1 nhóm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhóm Át-xua đó. - Cơ cấu chứa nhiều nhóm Át-xua thì loại của cơ cấu là loại của nhóm Át-xua có loại cao nhất. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 32 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
31. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu Ví dụ : Tính BTD và xếp loại cơ cấu bốn khâu bản lề. Ta có: n = 3; p5 = 4; p4 = 0 -BTD cơ cấu: W = 3n – (2p5 + p4) = 3.3 – (2.4 + 0) = 1 - Khâu dẫn: 1 - Tách nhóm: 32, 1 Cơ cấu loại 2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 33 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
32. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu Ví dụ : Tính BTD và xếp loại cơ cấu bơm oxy. Ta có: n = 5; p5 = 7; p4 = 0 -BTD cơ cấu: W = 3n – (2p5 + p4) = 3.5 – (2.7 + 0) = 1 - Khâu dẫn: 1 - Tách nhóm: 5432, 1 Cơ cấu loại 3 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 34 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
33. III. Phân tích Ơấu to Ơ Ơấu thanh phẳng 3. Nguyên tắc xếp loại cơ cấu Ví dụ : Tính BTD và xếp loại cơ cấu máy bào ngang. Ta có: n = 5; p5 = 7; p4 = 0 -BTD cơ cấu: W = 3n – (2p5 + p4) = 3.5 – (2.7 + 1) = 1 - Khâu dẫn: 1 - Khâu dẫn: 5 - Tách nhóm: 54, 32, 1 - Tách nhóm: 1234, 5 Cơ cấu loại 3 Cơ cấu loại 2 5 5 5 1 1 1 3 3 3 4 4 4 2 2 2 a) c) b) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 35 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
34. IV. Thay thế khp cao bằng khp thấp - Trong cơ cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành những nhóm tĩnh định như những cơ cấu phẳng toàn khớp thấp thay thế các khớp cao thành những khớp thấp nhưng vẫn đảm bảo được chuyển động của cơ cấu W = 3 x 2 - (1 + 2 x 2) = 1 BTD W = 3 x 3 – (2 xKhoa 4) Cơ = Khí 1 –BTD Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 36 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
35. IV. Thay thế khp cao bằng khp thấp - Thay thế khớp cao bằng khớp thấp phải đảm bảo hai điều kiện + bậc tự do của cơ cấu không thay đổi + quy luật chuyển động không đổi - Nguyên tắc: dùng 1 khâu hai khớp bản lề và đặt các bản lề tại tâm cong của các thành phần khớp cao tại điểm tiếp xúc. - Ví dụ: Thay thế khớp cao bằng khớp thấp ở cơ cấu cam cần lắc đáy bằng  B B C 2 AA 1 2 O O 1 1 3 1 - Sự thay thế khớp cao bằng khớp thấp không phải chỉ để xem xét nhóm tĩnh định mà việc phân tích động học cơ cấu thay thế cho biết cả về địnhKhoa tính Cơ cũng Khí – Công như Nghệ định Ths.lượng Trương của Quang cơ Trường cấu thay thế tại vị trí đang -xem 37 - xét. Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
36. IV. Thay thế khp cao bằng khp thấp Một số khớp loại cao được thay thế bằng khớp thấp thường gặp A B A B A B A B Khớp loại 4 Chuổi động thay thế B B A A A A Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 38 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM