Bài giảng Nguyên lý máy - Chương V: Cơ cấu thanh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Khoa Cơ Khí-Bộ môn Kỹ thuật máy
----------&&&&&---------
CHƯƠNG 5
CƠ CẤU THANH
10/01/2011
1
5. CƠ CẤU THANH
5.1. Khái quát chung
Khái niệm:
Cơ cấu thanh là cơ cấu có các khớp động đều là khớp thấp (khớp tịnh tiến,
khớp quay). Do đó cơ cấu thành còn là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp
Được sử dụng nhiều trong kỹ thuật:
10/01/2011
2
5. CƠ CẤU THANH
5.1. Khái quát chung
Nội dung:
Nghiên cứu các đặc trưng cơ bản của các cơ cấu
Thiết kế cơ cấu: dựa vào các yêu cầu đề ra để chọn lược đồ cơ
cấu thích hợp rồi xác định các kích thước của lược đồ cơ cấu
đã chọn.
Phương pháp:
Các phương pháp thiết kế cơ cấu:
Giả
Đồ giải
Thực nghiệm.
Tuỳ vào yêu cầu của bài toán và các điều kiện cho trước mà ta
chọn phương pháp thiết kế.
10/01/2011
3
5. CƠ CẤU THANH
5.1. Khái quát chung
Ưu điểm:
Thành phần khớp động là mặt nên lâu mòn, chịu được tải trọng
lớn do áp suất nhỏ, khả năng truyền lực lớn.
Chế tạo đơn giản.
Dễ dàng thay đổi quy luật chuyển động của các khâu bị dẫn
nhờ thay đổi kích thước khâu dẫn.
Nhược điểm:
Khó thiết kế chính xác ccấu theo các điều kin cho trước và
khó thực hiện chính xác các quy luật chuyển động phức tạp.
Khó cân bằng lực quán tính của các khâu chuyển động phức
tp, khi vn tốc cao sẽ gây ra các tải trng lớn nên ccấu
thanh thường được dùng khi vận tốc tương đối thấp.
10/01/2011
4
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Khái niệm: Cơ cấu 4 khâu bản lề
là cơ cấu gồm 4 khâu nối với nhau
).
Khâu cố định gọi là giá.
Khâu đối diện với khâu cố định
gọi là thanh truyền (chuyển
động song phẳng).
Hai khâu còn lại nối với giá cố
định gọi là tay quay nếu nó
quay được toàn vòng (3600) và
gọi là cần lắc nếu nó chỉ lắc
i.
10/01/2011
5
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Các biến thể:
Thay đổi hình dạng và kích thước tương đối các khâu
10/01/2011
6
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Các biến thể:
Thay đổi kích thước các khớp động
10/01/2011
7
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Các biến thể:
Chọn các khâu khác nhau làm giá
10/01/2011
8
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Điều kiện tồn tại tay quay:
Tuỳ theo quan hệ kích thước của các
khâu, cơ cấu 4 khâu bản lề có thể có 2
tay quay, 1 tay quay và 1 cần lắc hoặc
2 cần lắc.
Giả sử khâu a và d đều có thể quay
toàn vòng quanh khớp A. Ta có:
a + d ≤ b+ c
b ≤ (d - a) + c ⇔ a + b ≤ d +c
c ≤ (d - a) + b ⇔ a + c ≤ d + b
⇒ a ≤ b; a ≤ c; a ≤ d
10/01/2011
9
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Điều kiện tồn tại tay quay:
⇒ Điều kiện để 2 khâu của chuỗi động
kín 4 khâu nối với nhau nhờ 4 khớp
quay có thể quay toàn vòng đối với
nhau:
Trong 2 khâu đó phải có 1 khâu là
khâu ngắn nhất của chuỗi động.
Tổng chiều dài của khâu ngắn nhất
đó với khâu dài nhất của chuỗi
động phải nhỏ hơn hoặc bằng tổng
chiều dài của 2 khâu còn lại:
lmin + lmax ≤ l’ + l”
10/01/2011
10
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Điều kiện tồn tại tay quay:
Chuỗi động 4 khâu bản lề có thể phân thành 2 nhóm:
Nhóm 1: lmin + lmax > l’ + l” ⇒ Lấy bất cứ khâu nào làm giá thì cơ
cấu đều chỉ có 2 cần lắc.
Nhóm 2: lmin + lmax ≤ l’ + l” ⇒ Khâu ngắn nhất của chuỗi động này
có thể quay toàn vòng đối với khâu tạo với nó thành khớp quay. Do
đó ta có các trường hợp:
Chọn bất cứ khâu nào kề với khâu ngắn nhất làm giá, cơ cấu
sẽ có 1 tay quay và 1 cần lắc.
Chọn khâu ngắn nhất làm giá, cơ cấu sẽ có 2 tay quay
Chọn khâu đối diện khâu ngắn nhất làm giá, cơ cấu sẽ có 2
cần lắc
10/01/2011
11
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
Điều kiện tồn tại tay quay:
C
C
Các trường hợp của nhóm 2:
Chọn bất cứ khâu nào kề với
khâu ngắn nhất làm giá, cơ cấu
sẽ có 1 tay quay và 1 cần lắc.
B
B
D
D
A
A
(a)
(b)
Chọn khâu ngắn nhất làm giá,
cơ cấu sẽ có 2 tay quay
C
C
B
B
Chọn khâu đối diện khâu ngắn
nhất làm giá, cơ cấu sẽ có 2
cần lắc
D
D
A
A
(c)
(d)
10/01/2011
12
5. CƠ CẤU THANH
5.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề
C
Điều kiện tồn tại tay quay:
2
l2
l4
Ví dụ: Cho l1 = 0.3m, l2 = 0.5m,
l4 = 0.6m, Xác định l3 để cơ cấu
có AB là tay quay, CD là thanh
lắc.
B
3
l
l1
1
A
D
4
Giải
AB phải là khâu ngắn nhất nên
l3 ≥ l1 → l3 ≥ 0.3m
Trường hợp l3 = lmax:
→ l1 + l3 ≤ l2 + l4
→ l3 ≤ l2 + l4 − l1
→ l3 ≤ 0.8m
Trường hợp l4 = lmax:
→ l1 + l4 ≤ l2 + l3
→ l3 ≥ l1 + l4 − l2
→ l3 ≥ 0.4m
3
Kết luận:
0.4m ≤ l3 ≤ 0.8m
→ 0.4m ≤ l3 ≤ 0.6m
10/01/2011
13
5. CƠ CẤU THANH
5.3. Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề
Tỉ số truyền: Là tỷ số vận tốc góc 2 khâu nối giá
ω1
i13 =
P23
3
2
C
Tính tỉ số truyền theo tâm
vận tốc tức thời: Vận tốc
góc 2 khâu tỷ lệ nghịch với
khoảng cách từ tâm vận tốc
P12
3
B
A
D
4
P13
P14
P34
tức thời tuyệt đối tới tâm
vận tốc tức thời tương đối
của chúng.
ω1 P P
13 34
i13 =
=
ω3 P P
13 14
10/01/2011
14
5. CƠ CẤU THANH
5.3. Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề
C
Tỉ số truyền:
C2
Đặc trưng của tỉ số truyền:
2
B
C1
B2
3
i13 là đại lượng thay đổi theo vị trí.
θ
ψ
i13 = 1 khi cơ cấu 4 khâu bản lề là
cơ cấu hình bình hành. Điểm P13 khi
đó ở ∞ vì khâu 2 và 4 luôn song
song nhau.
1
ϕ1
D
A
4
ϕ2
Khi tay quay và thanh truyền duỗi
thẳng hay chập nhau, P13 sẽ trùng A,
ω3 = 0, khâu 3 lúc này ở các vị trí
biên và bắt đầu đổi chiều lắc. Góc ψ
giữa 2 vị trí biên gọi là góc lắc.
B1
10/01/2011
15
5. CƠ CẤU THANH
5.3. Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề
Góc áp lực và góc truyền động:
a. Góc áp lực: Góc giữa lực và
vận tốc tuyệt đối của điểm
đặt lực.
P
n
P
γ
C
α
C1
P
t
C2
r
r
δ=γ
2
α = P,v
(
)
C
B
min
δmax
α càng nhỏ càng tốt vì
N = P.vC.cosα
1
ω1
B2
A
D
b. Góc truyền động:
Góc γ xen giữa Pn và P.
Vì γ + α = 900
B1
4
t.
Để cơ cấu truyền động an toàn, khi thiết kế người ta thường lấy γmin = 400.
10/01/2011
16
5. CƠ CẤU THANH
5.3. Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề
C
Chuyển động về nhanh:
C2
Khi tay quay và thanh truyền nằm trên
1 đường thẳng → vị trí cực hạn.
2
B
C1
B2
3
Góc nhọn xen giữa 2 vị trí cực hạn gọi
là góc cực vị θ.
θ
ψ
1
Hành trình đi: Từ AB1- → AB2, (ϕ1)
Hành trình về: Từ AB2- → AB1, (ϕ2)
ϕ1
D
A
4
ϕ1 > ϕ2 mà tay quay quay đều nên vận
tốc của cần lắc CD khi đi sẽ bé hơn
khi về → chuyển động về nhanh.
ϕ2
B1
→ Sử dụng khi thiết kế các máy có hành trình không làm việc về nhanh
nhằm rút ngắn thời gian chạy không
10/01/2011
17
5. CƠ CẤU THANH
5.3. Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề
C
C2
Hệ số biến thiên vận tốc:
2
Hệ số biến thiên vận tốc k (hệ số về
nhanh, hệ số năng suất) là tỷ số giữa
vận tốc trung bình của khâu bị dẫn
khi chạy không và khi làm việc:
B
1
B2
3
θ
ψ
1
v2 1 1800
k = = =
v1 ϕ2 1800 −θ
k −1
ϕ1
⇒θ =1800
A
D
k +1
4
ϕ2
B1
Nhận xét: Cơ cấu tay quay cần lắc khi chuyển động có xuất hiện góc cực
vị θ thì cơ cấu đó có tính về nhanh. Góc θ càng lớn → k càng lớn → thời
gian chạy không của máy và công suất cần thiết của động cơ càng giảm.
10/01/2011
18
5. CƠ CẤU THANH
5.3. Các đặc trưng cơ bản của cơ cấu 4 khâu bản lề
C
C2
Vị trí chết:
Chọn khâu CD làm khâu dẫn
2
B
1
B2
3
Xét 2 vị trí tay quay AB và thanh
truyền BC cùng nằm trên một đường
thẳng.
θ
ψ
1
ϕ1
D
A
Khi đó lực tác dụng từ khâu dẫn CD
qua BC tới AB đi qua tâm các khớp
quay A và B → không thể làm quay
AB → gọi là 2 vị trí chết
4
ϕ2
B1
Xét về mặt truyền động, sự tồn tại vị trí chết là có hại. Tuy nhiên trong kỹ
thuật, người ta còn lợi dụng vị trí này ví dụ như cơ cấu 4 khâu bản lề dùng
để kẹp chặt phôi.
10/01/2011
19
5. CƠ CẤU THANH
5.4. Thiết kế cơ cấu 4 khâu bản lề
Ví dụ 1: Xác định kích thước tay quay
l1 và thanh truyền l2 của cơ cấu tay
quay cần lắc, biết chiều dài cần lắc là
l3, góc lắc là ψ, hệ số về nhanh là k.
Các bước thực hiện:
C2
C1
θ
l
ψ
B2
A
D
k −1
θ =1800
Tính góc cực vị
k +1
B1
Vẽ thanh lắc tại 2 vị trí giới hạn DC1
và DC2.
Từ C1 (hoặc C2) kẻ nửa đường thẳng
bất kì, rồi từ C2 (C1) kẻ nửa đường
thẳng làm với nửa đường thẳng vừa
rồi góc cực vị θ.
Từ quan hệ hình học, ta có:
AC1 = l2 + l1
2 = 2 1
→ Từ đó tìm được l1 và l2.
Hai đường thẳng cắt nhau tại A là vị
trí tâm quay của tay quay.
10/01/2011
20
Tải về để xem bản đầy đủ
22 trang
17140
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Chương V: Cơ cấu thanh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nguyen_ly_may_chuong_v_co_cau_thanh.pdf
