Giáo trình Nguyên lý chi tiết máy - Nghề: Sửa chữa máy tàu thuỷ
CỤC HẢNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY
NGHỀ: SỬA CHỮA MÁY TÀU THUỶ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số.....QĐ/ ngày......tháng........năm....của
...........)
[Type text]
[Type text]
[Type text]
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
[Type text]
[Type text]
[Type text]
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Nguyên lý máy & Chi tiết máy là tài liệu giảng dạy và học tập
cho môn học kỹ thuật cơ sở của nghề Sửa chữa máy tàu thủy; Lắp ráp hệ thống
động lực tàu thủy và Chuyên ngành kỹ thuật nói chung, nhằm trang bị cho học
sinh, sinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý và các bộ phận; lược đồ cấu
trúc cơ cấu-chi tiết máy trong ngành kỹ thuật.
Nội dung của giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung
được giảng dạy trong Nhà trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp
ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo nghề phục vụ sự nghiệp công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đất nước. Đề cương của giáo trình đã tuân thủ nghiêm ngặt
“Đề cương chi tiết chương trình môn học” Nguyên lý máy & Chi tiết máy cho
ngành kỹ thuật, mà đã được Tổng Cục Giáo dục nghề nghiệp – Bộ Lao động
Thương binh & Xã hội thông qua về “Đề cương chương trình đào tạo nghề…”.
Giáo trình Nguyên lý máy & Chi tiết máy được biên soạn cũng đồng thời
dựa trên cơ sở tham khảo các giáo trình về nguyên lý máy & chi tiết máy trong
và ngoài nước. Giáo trình Nguyên lý máy & Chi tiết máy bao gồm 2 phần (chia
làm 8 chương): Phần I. Nguyên lý máy: Chương 1. Cấu trúc và xếp loại cơ cấu;
Chương 2. Phân tích động học cơ cấu phẳng; Chương 3. Phân tích lực cơ cấu
phẳng; Chương 4. Ma sát và hiệu suất; Phần II. Chi tiết máy: Chương 5. Các
vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết máy; Chương 6. Các chi tiết đỡ
và nối; Chương 7. Các loại truyền động; Chương 8. Các chi tiết ghép máy. Giáo
trình này dùng để giảng dạy và tham khảo cho sinh viên, học sinh và giảng viên
ngành cơ khí máy tàu thủy và các ngành kỹ thuật khác có liên quan.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng chắc chắn không tránh khỏi các khiếm
khuyết. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của độc giả để giáo trình được
hoàn thiện hơn. Mọi góp ý xin gửi về Khoa Cơ khí, Trường Cao đẳng Hàng hải
I, số 498 – Đà Nẵng, Đông Hải I, Hải An, Hải Phòng.
Xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày 10 tháng 10 năm 2017
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Ths Hoàng Thị Thuý Hảo
3
MỤC LỤC
TT
1
Nội dung
Trang
3
Lời giới thiệu
Mục lục
2
4
3
Danh mục, bảng biểu, ký hiệu, từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành
Danh mục hình vẽ
6
4
7
5
Nội dung
10
11
11
11
23
30
30
31
33
37
37
43
45
45
50
53
53
Phần I: Nguyên lý máy
Chương I. Cấu trúc và xếp loại cơ cấu
1. Cấu trúc của cơ cấu
2. Xếp loại cơ cấu phẳng
Chương 2. Phân tích động học cơ cấu phẳng
1. Họa đồ chuyển vị cơ cấu
2. Bài toán vận tốc
3. Phân tích động học nhóm axua loại 2
Chương 3. Phân tích lực cơ cấu phẳng
1. Các lực tác dụng lên cơ cấu
2. Điều kiện tĩnh định tính áp lực khớp động
Chương 4. Ma sát và hiệu suất
1. Ma sát
2. Hiệu suất
Phần II: Chi tiết máy
Chương 5. Các vấn đề cơ bản trong tính toán và thiết kế chi tiết
máy.
1. Các yêu cầu đối với máy và chi tiết máy
2. Tải trọng và ứng suất
53
54
56
3. Độ bền mỏi của chi tiết.
62
Chương 6. Các chi tiết đỡ và nối
4
1. Trục
62
66
2. Ổ trượt
3. Ổ lăn
73
4. Khớp nối
79
84
Chương 7. Các loại truyền động
1. Truyền động đai
2. Truyền động bánh răng
Chương 8. Các chi tiết ghép máy
1. Mối ghép đinh tán
2. Mối ghép then
3. Mối ghép ren
84
91
95
95
98
106
118
127
4. Mối ghép hàn
6
Tài liệu tham khảo
5
Danh mục bảng
TT
1
Tên bảng
Trang
15
Bảng 1.1. Một số lược đồ khớp động thường dùng trong kĩ thuật
2
Bảng 2.1. Thay thế một số dạng khớp cao loại 4 thường gặp trong
kĩ thuật
27
3
Bảng 8.1. Trị số ứng suất dập cho phép của then hoa
106
6
Danh mục hình vẽ
Tên hình vẽ
TT
1.
Trang
12
12
12
13
14
14
14
15
16
16
16
17
17
17
17
18
18
19
19
20
20
21
22
23
24
24
Hình 1.1. Cơ cấu tay quay con trượt
Hình 1.2. Cơ cấu bánh răng
2.
3. Hình 1.3. Chuyển động tương đối 2 khâu trong không gian
4. Hình 1.4. Chuyển động tương đối 2 khâu trong mặt phẳng
Hình 1.5. Quả cầu tiếp xúc với mặt phẳng
5.
Hình 1.6. Hình trụ tiếp xúc với mặt phẳng
6.
Hình 1.7. Hình hộp tiếp xúc với mặt phẳng
7.
8. Hình 1.8. Lược đồ khâu
Hình 1.9. Chuỗi động kín
9.
Hình 1.10. Chuỗi động hở
10.
Hình 1.11. Chuỗi động không gian
11.
Hình 1.12. Cơ cấu kín
12.
Hình 1.13. Cơ cấu hở
13.
14. Hình 1.14. Cơ cấu không gian
15. Hình 1.15.Cơ cấu bốn khâu bản lề
Hình 1.16. Cơ cấu
16.
Hình 1.17. Cơ cấu rô to
17.
Hình 1.18. Cơ cấu bốn khâu bản lề
18.
Hình 1.19. Cơ cấu bốn khâu bản lề chưa đóng kín
19.
Hình 1.20. Cơ cấu hình bình hành
20.
Hình 1.21. Cơ cấu bốn khâu bản lề
21.
Hình 1.22. Cơ cấu cam
22.
Hình 1.23. Cơ cấu
23.
Hình 1.24. Cơ cấu bốn khâu bản lề
24.
25. Hình 1.25. Giàn tĩnh định
26. Hình 1.26: Nhóm Axua 2 khớp chờ
7
Hình 1.27. Nhóm Axua loại hai
Hình 1.28. Nhóm Axua loại ba
Hình 1.29. Nhóm Axua loại 4
Hình 1.30. Cơ cấu rô to
27.
28.
29.
30.
31.
24
24
24
25
26
27
28
31
31
32
33
33
34
35
39
39
40
40
41
41
41
42
43
43
46
47
47
50
51
Hình 1.31: Thay thế chuỗi động
32. Hình 1.32: Thay thế khớp cao
Hình 1.33. Ví dụ
33.
34. Hình 2.1. Cơ cấu tay quay con trượt
35. Hình 2.2. hđcvcc tay quay con trượt
Hình 2.3: Họa đồ vận tốc
36.
Hình 2.4: Khớp
37.
38. Hình 2.5: Khớp trượt loại
39. Hình 2.6. Cơ cấu tay quay con trượt
40. Hình 2.7. Họa đồ vận tốc cơ cấu tay quay con trượt
Hình 3.1: Cơ cấu piston – thanh truyền
41.
Hình 3.2: Phân tích lực cơ cấu
42.
Hình 3.3: Lực quán tính
43.
Hình 3.4: Lực quán tính của khâu chuyển động tịnh tiến
44.
Hình 3.5: Mô men quán tính
45.
Hình 3.6: Lực quán tính khâu dẫn
46.
Hình 3.7: Phân tích lực khâu dẫn
47.
Hình 3.8: Phân tích lực cơ cấu
48.
Hình 3.9: Phản lực khớp động
49.
Hình 3.10: Phản lực cơ cấu
50.
Hình 4.1. Ma sát trượt và ma sát lăn
51.
Hình 4.2. Ma sát ướt và ma sát khô
52.
Hình 4.3. Góc ma sát
53.
54. Hình 4.4. Hiện tượng lăn
55. Hình 4.5 : Nguyên nhân
8
56. Hình 4.6. Tổ hợp nối tiếp
57. Hình 4.7. Tổ hợp song song
58. Hình 4.8. Tổ hợp tổng quát
59. Hình 5.1 . Đường cong mỏi
60. Hình 6.1. Trục khuỷu
53
53
53
60
65
65
66
66
69
75
77
82
82
83
83
83
84
84
84
87
88
90
90
92
93
94
97
98
98
61. Hình 6.2. Trục mềm
62. Hình 6.3. Trục đặc, rỗng
63. Hình 6.4. Kết cấu trục
64. Hình 6.5. Các loại ổ trượt
65. Hình 6.6. Cấu tạo ổ lăn
66. Hình 6.7. Phân loại ổ lăn
67. Hình 6.8. Nối trục
68. Hình 6.9. Nối trục đĩa
69. Hình 6.10. Nối trục răng
70. Hình 6.11. Nối trục xích
71. Hình 6.12. Nối trục chữ thập
72. Hình 6.13. Nối trục bản lè
73. Hình 6.14. Nối trục răng lò xo
74. Hình 6.15. Nối trục chốt đàn hồi
75. Hình 7.1. Cấu tạo bộ truyền động đai
76. Hình 7.2. Các dạng truyền động đai
77. Hình 7.3. Lực ly tâm bộ truyền động đai
78. Hình 7.4. Biểu đồ ứng suất
79. Hình 7.5. Truyền động bánh răng trụ
80. Hình 7.6. Truyền động bánh răng côn
81. Hình 7.7. Thông số cơ bản của bánh răng
82. Hình 8.1. Ghép bằng đinh tán
83. Hình 8.2. Tấm ghép bị dập
84. Hình 8.3. Tấm ghép bị cắt
9
85. Hình 8.4. Ghép nhiều hàng đinh
86. Hình 8.5. Then bằng
10
101
102
102
87. Hình 8.6. Then bằng đầu
88. Hình 8.7. Then bán nguyệt
10
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY
Mã môn học: MH. MH.6520131.36
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Nguyên lý và chi tiết máy là môn học được bố trí sau khi học các môn học
Vẽ kỹ thuật, Cơ kỹ thuật;
- Tính chất: Nguyên lý và chi tiết máy là môn kỹ thuật cơ sở trong danh mục các
môn học thuộc chương trình cao đẳng nghề Sửa chữa máy tàu thuỷ. Môn học
nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý cấu trúc, các hiện tượng sinh ra trong quá trình hoạt
động, động học và động lực học của cơ cấu và máy từ đó thiết kế sơ bộ ra các cấu
trúc máy, trên cơ sở đó sinh viên sẽ nghiên cứu từng loại máy cụ thể theo chuyên
ngành.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học: Đây là môn học kỹ thuật cơ sở chuyên môn
nghề, cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản nhất của nghề Sửa chữa máy tàu
thủy
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức: Trình bày được các kiến thức cơ bản về sự hình thành cơ cấu, ma
sát sinh ra trong một số cơ cấu điển hình. Nhận trình bày được các kiến thức cơ
bản về các chi tiết máy điển hình cùng các cơ cấu thông dụng trong các máy móc.
- Về kỹ năng: Vận dụng được phương pháp họa đồ để giải các bài toán động học
và động lực học trong cơ cấu 4 khâu phẳng. Từ đó tính cho các bộ truyền động
điển hình.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Nghiêm túc trong quá trình học tập, nghiên
cứu để áp dụng được kiến thức đã học vào thực tiễn.
Nội dung của môn học:
11
PHẦN I: NGUYÊN LÝ CHI TIẾT MÁY
CHƯƠNG 1. CẤU TRÚC VÀ XẾP LOẠI CƠ CẤU
Mã chương : MH.6520131.36.01
Giới thiệu:
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.
Trong chương này giới thiệu các định nghĩa và các khái niệm cơ bản, cấu
trúc cơ cấu, cách hình thành và cấu tạo của cơ cấu
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
Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm cơ bản như chi tiết máy, khâu, cơ cấu, bậc tự
do, cấu trúc cơ cấu.
- Phân loại được cơ cấu; tính toán được bậc tự do.
- Nghiêm túc trong quá trình học tập và áp dụng kiến thức đã học vào thực tiễn.
Nội dung chính:
1. Cấu trúc của cơ cấu
1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1. Tiết máy
Tiết máy (chi tiết máy) là bộ phận không thể tháo rời nhỏ hơn được nữa trong
cơ cấu/ máy.
Ví dụ: đai ốc, vòng đệm, trục khuỷu, vv...
1.1.2. 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 xo), vật rắn không biến dạng (piston), 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.
12
1.1.3. Cơ cấu (CC )
Cơ cấu là do một số khâu liên kết với nhau hợp thành. Cơ cấu có chuyển động
xác định, có nhiệm vụ truyền chuyển động, biến đổi chuyển động hoặc tạo ra
những quĩ đạo chuyển động đặc biệt.
Vd1: Cơ cấu tay quay con trượt (cctqctr) hình H-D1, là cơ cấu dùng để biến
đổi chuyển động từ chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến/ ngược lại.
A
B
o
Hình 1.1. Cơ cấu tay quay con
Vd2: Cơ cấu bánh răng (ccbr), hình 1.2,
dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục
01 và 02.
1
Hình 1.2. Cơ cấu bánh
1.1.4. Bậc tự do (BTD) của khâu
BTD của khâu là khả năng chuyển động độc lập của khâu đó.
a. Bậc tự do của khâu trong không gian
Xét hai khâu A và B để rời nhau trong không
Y
gian, hình H1.3.
T
y
Gắn cho khâu A một hệ qui chiếu OXYZ. Khâu A
được coi là đứng yên (còn được 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:
B
Q
y
A
O
T
x
Q
z
Q
x
T
z
Z
Ba chuyển động tịnh tiến (cđtt) theo các trục
Hình 1.3. Chuyển động
tương đối 2 khâu trong
tương ứng: Tx, Ty, Tz.
13
Ba chuyển động quay (cđq) theo 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 BTD.
Như vậy giữa hai khâu để rời nhau trong không gian có 6 BTD. Nếu có n
khâu động để rời nhau trong không gian thì so với khâu giá sẽ có 6nBTD.
Y
b. Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng
Nếu khâu A và B để rời nhau trên cùng một mặt
phẳng; vd mặt phẳng oxz, hình H1.4, thì khâu B chỉ
còn lại ba khả năng cđ tương đối đối với khâu A: Qy,
Tx, Tz. Như vậy giữa hai khâu để rời trên cùng một
mặt phẳng có 3BTD. Nếu có n khâu động để rời
nhau trên cùng một mặt phẳng, thì so với khâu giá sẽ
có 3nBTD.
Q
y
A
X
O
Tx
B
Tz
Z
1.1.5. Nối động
Hình 1.4. Chuyển động tương
đối 2 khâu trong mặt phẳng
a. Nối động các khâu
Muốn từ các khâu để rời nhau có cđ không xác
định đối với nhau tạo thành cơ cấu, trong đó các khâu có cđ tương đối xác định đối
với nhau, phải hạn chế bớt số BTD 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 cđ, nhằm làm giảm bớt số BTD giữa chúng.
b. Thành phần khớp động (TPKĐ) và khớp động (KĐ)
Thành phần khớp động: chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu khi nối động gọi là
TPKĐ.
Khớp động: hai TPKĐ trong một mối ghép động tạo thành một khớp động.
Vd1: cho một khâu là quả cầu A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B, hình
1.5, trong quá trình chuyển động.Với hình thức nối động này đã tạo ra một KĐ;
khớp C, mà hai TPKĐ là hai tiếp điểm: CA và CB, (điểm CA thuộc khâu A và
điểm CB thuộc khâu B). Khớp C hạn chế được một BTD đó là Ty.
Vd2 : cho một khâu là hình trụ A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B,
hình 1.6, trong quá trình chuyển động. Với hình thức nối động này đã tạo ra một
KĐ; khớp CC’, mà hai TPKĐ 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 BTD đó là Ty và Qz.
14
Vd3 : cho một khâu là hình hộp A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B,
hình 1.7 trong quá trình chuyển động.Với hình thức nối động này đã tạo ra một
KĐ, mà TPKĐ 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 BTD đó là Ty, Qx, Qz.
Y
Y
Y
Qy
Qy
Qy
B
A
A
X
X
X
A
O
Tx
Tx
Tx
C
C'
C
Qx
Qx
B
B
Qz
Tz
Tz
Z
Z
Z
Tz
Hình 1.5. Quả cầu tiếp
xúc với mặt phẳng
Hình 1.6. Hình trụ tiếp Hình 1.7. Hình hộp
xúc với mặt phẳng tiếp xúc với mặt phẳng
1.1.6. Phân loại khớp động
KĐ được phân loại theo tính chất tiếp xúc hoặc theo số BTD bị hạn chế.
a. Phân loại KĐ theo tính chất tiếp xúc
Khớp loại cao (khớp cao); là các khớp động có TPKĐ là điểm/ đường, (KĐ tại
Vd1 và Vd2)
Khớp loại thấp (khớp thấp); là các khớp động có TPKĐ là mặt (mặt cầu, mặt trụ,
hoặc mặt phẳng). khớp động tại Vd3 là khớp thấp, có TPKĐ là mặt phẳng.
b. Phân loại KĐ theo số BTD bị hạn chế hay số ràng buộc (RB )
Có 5 loại khớp động:
Khớp loại 1; hạn chế được 1BTD, hay có 1RB, ( khớp C, Vd1 ).
Khớp loại 2; hạn chế được 2BTD, hay có 2RB, ( KĐ tại Vd2 ).
Khớp loại 3; hạn chế được 3BTD, hay có 3RB, ( KĐ tại Vd3 ).
Khớp loại 4; hạn chế được 4BTD, hay có 4RB, ( ví dụ khớp trụ ).
Khớp loại 5; hạn chế được 5BTD, hay có 5RB, ( ví dụ khớp bản lề ).
c. Lược đồ KĐ
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:
15
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
1
2
khớp thấp loại 5
5
(khớp quay)
khớp trượt
khớp thấp loại 5
5
khớp cao phẳng
3
4
khớp cao loại 4
khớp thấp loại 5
4
khớp vít
5
Loại KĐ không
Stt Tên KĐ
Số RB
Lược đồ KĐ
6
khớp cầu
khớp thấp loại 3
3
7
8
khớp trụ
khớp thấp loại 4
khớp thấp loại 5
4
5
khớp trụ quay
9
khớp tịnh tiến
khớp thấp loại 5
5
d. Lược đồ khâu và kích thước động của khâu
Kích thước động của khâu là thông số xác định vị trí tương đối giữa các TPKĐ
trên cùng một khâu.
Vd: Thanh truyền trong động cơ đốt trong (xem bản vẽ) được nối với tay
quay và piston bằng hai khớp bản lề. Các TPKĐ trên thanh truyền là các mặt trụ
trong của các bạc biên có đường trục song song với nhau. Kích thước động của
thanh truyền này là chiều dài khoảng cách giữa hai đường trục của hai bạc biên.
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 KĐ và kích thước động của khâu.
H1.8 là hình vẽ lược đồ của khâu thanh truyền trong cơ cấu động cơ.
Luîc ®å kh©u
KÝch thuíc ®éng cña kh©u
Hình 1.8. Lược đồ khâu
1.1.7. Chuỗi động và cơ cấu
a. Chuỗi động (CĐ )
16
- 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 CĐ : CĐ kín & CĐ hở.
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 KĐ, xem H.1.9.
C
2
B
2
B
1
3
1
A
3
A
4
D
Hình 1.10. Chuỗi động hở
Hình 1.9. Chuỗi động kín
Chuỗi động hở, H.1.10, là chuỗi động trong đó có các khâu chỉ được nối động với
một khâu khác; tức là chỉ tham gia một KĐ.
* Phân loại theo chuyển động có hai loại CĐ: CĐ phẳng & CĐ không gian.
Chuỗi động phẳng, hình 1.9, 1.10, là chuỗi động
A
trong đó các khâu chuyển động trên cùng một mặt
phẳng hoặc trên những mặt phẳng song song với
nhau.
1
B
C
Chuỗi động không gian, hình 1.11, là chuỗi động
2
trong đó các khâu chuyển động trên những mặt
phẳng không song song với nhau (chéo nhau hoặc
giao nhau).
Hình 1.11. Chuỗi động không gian
10. Cơ cấu (CC)
a. 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.
Lưu ý: khâu gọi là giá có thể cố định (như vỏ máy hoặc móng máy) hoặc
không cố định. Thông thường giá được xem là cố định.
b. Phân loại Cơ cấu
* Phân loại Cơ cấu theo cấu trúc hình học có hai loại:
Cơ cấu kín, H1.12
17
Cơ cấu hở, H1.13
A
2
1
1
1
3
B
2
C
2
Hình 1.14. Cơ cấu không gian
Hình 1.12. Cơ cấu kín
Hình 1.13. Cơ cấu hở
* Phân loại theo chuyển động có hai loại
Cơ cấu phẳng, hình 1.12, 1.13
Cơ cấu không gian, hình 1.14
1.2. Bậc tự do của cơ cấu (BTDCC)
1.2.1. Khái niệm bậc tự do cơ cấu
Bậc tự do cơ cấu là khả năng chuyển động của cơ cấu. Số Bậc tự do cơ cấu
bằng số thông số cần phải cho trước để cho vị trí của
tất cả các khâu trong cơ cấu được xác định hoàn toàn .
C
2
B
Vd: cho cơ cấu bốn khâu bản lề (ccbkbl), hình 1.15,
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 .
3
1
A
4
D
Hình 1.15.Cơ cấu bốn khâu bản
1.2.2. Công thức tính BTD cơ cấu
a. Công thức tính Bậc tự do của cơ cấu không gian
Đặt: W- là số bậc tự do cơ cấu
W0 - là tổng số bậc tự do của các khâu động của cơ cấu khi còn để rời nhau
trong hệ qui chiếu gắn liền với giá.
R- là tổng số RB của các KĐ trong cơ cấu.
Công thức tính bậc tự do cơ cấu sẽ có dạng như sau:
W = W0 – R
(1-1)
Xác định Wo
Nếu cơ cấu có n khâu động và vì mỗi khâu động khi để rời trong không gian
có 6 bậc tự do so với giá, thì wo được xác định như sau:
18
W0 = 6n
(1.2)
Xác định R
* Ràng buộc trực tiếp
Khi hai khâu được nối động trực tiếp với nhau bằng KĐ, thì hình thức nối
động này tạo ra những ràng buộc trực tiếp giữa hai khâu
Y
đó. KĐ nối động trực tiếp hai khâu sẽ hạn chế một số
bậc tự do bằng đúng số RB của loại KĐ đó.
1
Qy
Vd: Trong cơ cấu, hình 1.16, khâu 1 và khâu 2
được nối động trực tiếp với nhau bằng một khớp quay
A. Khớp A hạn chế 5 BTD giữa khâu 1 và khâu 2: Qy,
Qx, Ty, Tx, Tz, bằng đúng số RB của khớp bản lề này.
X
O
(Q
z
)
2
Có thể nói, đối với những cơ cấu mà lược đồ của
chúng không có một đa giác khép kín nào; tức là trong
Hình 1.16. Cơ cấu
Z
tất cả các KĐ của cơ cấu, không có KĐ nào là khớp đóng kín, thì tổng số ràng
buộc của các KĐ trong cơ cấu được xác định như sau:
5
R=
jPj = 1P1 + 2P2 + 3P3 + 4P4+ 5P5
j1
(1.3)
Với Pj - là số khớp loại j trong cơ cấu.
j - là chỉ số bằng số RB của KĐ loại j.
Vd: cơ cấu rô to, hình H.17 có n = 1, pj = P5 = 1 (khớp quay A)
j = 5 (khớp A có 5RB).
Q
z
Wo = 6n = 6 .1 = 6
5
R=
jPj = 1 .5 = 5
j1
A
W = Wo – R = 6 – 5 = 1
Hình 1.17. Cơ cấu rô to
Như vậy cơ cấu có 1BTD hay nói một cách khác là có một khả năng chuyển động;
(Qz ).
* Ràng buộc gián tiếp, ràng buộc trùng
Đối với những cơ cấu mà lược đồ của chúng là một đa giác hoặc chứa một
số đa giác, thì trong số khớp động của cơ cấu có một hoặc một vài khớp động làm
khớp đóng kín. Đối với khớp động đóng kín này, số RB của khớp động và số bậc
tự do mà thực chất nó hạn chế được không bằng nhau.Thật vậy, hãy xét vd sau:
19
Vd: xét ccbkbl, hình 1.18
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 KĐ làm khớp đóng kín, ví dụ chọn khớp D
làm khớp đóng kín. Giả sử 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 1.19.
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 1và 2 và các KĐ: A,B,C. Sự nối động gián
tiếp này đã hạn chế một số bậc tự do (Tz, Qy, Qx) giữa hai khâu 3 và 4, hay nói
một cách khác là đã tạo ra cho hai khâu 3 và 4 này một số ràng buộc gián tiếp đó là
các bậc tự do bị hạn chế: Tz, Qy, Qx. Thật vậy, lúc này khâu 3 & 4 chỉ có thể
chuyển động trên những mặt phẳng song song với mặt phẳng oxy vuông góc với
trục bản lề (trục Qz); tức là trước khi được nối động trực tiếp, giữa chúng chỉ có ba
chuyển động tương đối: Qz,Ty,Tx.
Y
Y
2
2
B
B
3
3
1
1
D3
D4
X
A
X
A
4
D
4
Z
Z
Hình 1.18. Cơ cấu bốn khâu bản
Hình 1.19. ccbkbl chưa
đóng kín
Nếu khâu 3 và 4 được nối động trực tiếp với nhau bằng khớp quay D, hình H1.18,
thì giữa khâu 3 và 4 chỉ còn 1 bậc tự do tương đối đó là cđ quay Qz. Có nghĩa là
khớp quay D đã hạn chế bớt 2BTD: Tx,Ty, giữa chúng, hay nói một cách khác khớp
D đã tạo ra hai RB. Như vậy khớp quay D tuy có 5RB, nhưng với vai trò là khớp
đóng kín, khi nối động khâu 3 & 4 nó chỉ có tác dụng hạn chế 2BTD hay là có
2RB, còn 3RB còn lại của nó; đó là 3 bậc tự do bị hạn chế: Tz, Qx, Qy, đã được tạo
ra từ trước giữa hai khâu 3 và 4 nhờ sự nối động gián tiếp. Các RB của khớp đóng
kín, trùng với các RB gián tiếp giữa hai khâu tham gia khớp đóng kín được gọi là
ràng buộc trùng và kí hiệu là Rtr. Qua ví dụ trên, ta thấy mỗi một khớp đóng kín có
số Rtr bằng 3.
Kết luận:
Đối với cơ cấu có các khớp động đóng vai trò là khớp đóng kín, thì khi tính
tổng số ràng buộc R của tất cả các khớp động trong cơ cấu, phải trừ đi số ràng
buộc trùng của các khớp đóng kín này.
20
Tải về để xem bản đầy đủ
129 trang
26/03/2022
7100
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Nguyên lý chi tiết máy - Nghề: Sửa chữa máy tàu thuỷ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_nguyen_ly_chi_tiet_may_nghe_sua_chua_may_tau_thuy.pdf
