Bài giảng Phần tử dẫn hướng (Dùng cho sinh viên chuyên ngành Sản xuất tự động) - Lê Cung
§¹i häc ®µ n½ng
Tr−êng ®¹i häc B¸ch KHOA
khoa s− ph¹m kü thuËt
-------¶
·-------
Bµi gi¶ng
PhÇn tö dÉn h−íng
(ÐlÐments de guidage)
dïng cho sinh viªn CHUY£N NGµNH s¶n xuÊt tù ®éng
ch−¬ng tr×nh pfiev ®µ n½ng
L¦U HµNH NéI Bé
Biªn so¹n :
L£ CUNG - bé m«n nguyªn lý – chi tiÕt m¸y
F ®µ n½ng 2007 G
Chæång I
KHÅP ÂÄNG VA CÅ CÁU
1.1. Khai niãm va âënh nghéa
1. Kháu va chi tiãt may
Pist«ng 3
B
Xi lanh 4
3
B
2
Thanh truyÒn 2
4
A
A
O
1
Trôc khuûu 1
O
H×nh 1.2
H×nh 1.1
Vê du vã may va cå cáu
XÐt ®éng c¬ ®èt trong kiÓu pitt«ng-tay quay ®−îc dïng ®Ó biÕn ®æi n¨ng l−îng cña khÝ
ch¸y bªn trong xi lanh (nhiÖt n¨ng, hãa n¨ng) thµnh c¬ n¨ng trªn trôc khuûu (m¸y nµy ®−îc
gäi lµ m¸y n¨ng l−îng - h×nh 1.1).
§éng c¬ ®èt trong bao gåm nhiÒu c¬ cÊu. C¬ cÊu chÝnh trong m¸y lµ c¬ cÊu tay quay-con
tr−ît OAB (h×nh 1.2) lµm nhiÖm vô biÕn chuyÓn tÞnh tiÕn cña pist«ng (3) thµnh chuyÓn ®éng
quay cña trôc khuûu (1).
z
y
TZ
TY
QZ
1
1
QZ
2
2
TX
TX
QY
QX
H×nh 1.3
Kháu va chi tiãt may
`
O
y
O
x
x
H×nh 1.4
+ M¸y vµ c¬ cÊu gåm nhiÒu bé phËn cã chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi ®èi víi nhau. Mçi bé phËn
cã chuyÓn ®éng riªng biÖt nµy cña m¸y ®−îc gäi lµ mét kh©u.
2
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Kh©u cã thÓ lµ mét vËt r¾n kh«ng biÕn d¹ng, vËt r¾n biÕn d¹ng (vÝ dô lß xo…) hoÆc cã
d¹ng d©y dÎo (vÝ dô d©y ®ai trong bé truyÒn ®ai…).
Ghi chó : VËt r¾n (1) ®−îc gäi lµ kh«ng biÕn d¹ng (vËt r¾n tuyÖt ®èi) nÕu kho¶ng c¸ch gi÷a hai
JJJG
®iÓm bÊt kú A vµ B thuéc vËt r¾n lµ kh«ng ®æi (h×nh 1.5): AB = const .
(1)
Trong ch−¬ng nµy, ta xem kh©u nh− lµ mét vËt r¾n kh«ng biÕn d¹ng.
B
+ Kh©u cã thÓ lµ mét chi tiÕt m¸y ®éc lËp hay do mét sè chi tiÕt
m¸y ghÐp cøng l¹i víi nhau. Mçi chi tiÕt m¸y lµ mét bé phËn hoµn
chØnh, kh«ng thÓ th¸o rêi nhá h¬n ®−îc n÷a cña m¸y.
A
H×nh 1.5 :
+ VÝ dô, c¬ cÊu tay quay con tr−ît OAB (h×nh 1.2) cã 4 kh©u:
Trôc khuûu (1), thanh truyÒn (2), pitt«ng (3) vµ xi lanh (4) g¾n liÒn
víi vá m¸y. Trong hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi kh©u (4) (vá m¸y, xi lanh), mçi kh©u cã chuyÓn
®éng riªng biÖt: kh©u (1) quay xung quanh t©m O, kh©u (2) chuyÓn ®éng song ph¼ng, kh©u (3)
chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, kh©u (4) cè ®Þnh.
Trôc khuûu th«ng th−êng lµ mét chi tiÕt m¸y ®éc lËp. Thanh truyÒn gåm nhiÒu chi tiÕt
m¸y nh− th©n, b¹c lãt, ®Çu to, bu l«ng, ®ai èc... ghÐp cøng l¹i víi nhau.
2. Näi âäng, thanh phán khåp âäng, khåp âäng
Bác tæ do tæång âäi giæa hai kháu
+ Sè bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u lµ sè kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng ®éc lËp t−¬ng ®èi cña
kh©u nµy ®èi víi kh©u kia (tøc lµ sè kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng ®éc lËp cña kh©u nµy trong mét hÖ
quy chiÕu g¾n liÒn víi kh©u kia).
+ Khi ®Ó rêi hai kh©u trong kh«ng gian, gi÷a chóng sÏ cã 6 bËc tù do t−¬ng ®èi.
ThËt vËy, trong hÖ täa ®é vu«ng gãc Oxyz g¾n liÒn víi kh©u (1), kh©u (2) cã 6 kh¶ n¨ng
chuyÓn ®éng: TX ,TY ,TZ (chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc theo c¸c trôc Ox, Oy, Oz) vµ QX ,QY ,QZ
(chuyÓn ®éng quay xung quanh c¸c trôc Ox, Oy, Oz). S¸u kh¶ n¨ng nµy hoµn toµn ®éc lËp víi
nhau (h×nh 1.3).
+ Tuy nhiªn, khi ®Ó rêi hai kh©u trong mÆt ph¼ng, sè bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a chóng chØ
cßn l¹i lµ 3: chuyÓn ®éng quay QZ xung quanh trôc Oz vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng chuyÓn ®éng
Oxy cña hai kh©u vµ hai chuyÓn ®éng tÞnh
tiÕn TX ,TY däc theo c¸c trôc Ox, Oy n»m
trong mÆt ph¼ng nµy (h×nh 1.4).
z2
+ Sè bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u
còng chÝnh lµ sè th«ng sè vÞ trÝ ®éc lËp cÇn
z
2
cho tr−íc ®Ó x¸c ®Þnh hoµn toµn vÞ trÝ cña
y2
kh©u nµy trong mét hÖ quy chiÕu g¾n liÒn
víi kh©u kia.
γ
(R2)
y
O2
ThËt vËy, ®Ó x¸c ®Þnh hoµn toµn vÞ trÝ
cña kh©u (2) trong hÖ quy chiÕu R g¾n liÒn
víi kh©u (1), nghÜa lµ ®Ó x¸c ®Þnh hoµn toµn
vÞ trÝ cña hÖ quy chiÕu R2 g¾n liÒn víi kh©u
(2) so víi hÖ R, cÇn biÕt 6 th«ng sè:
- Ba täa ®é xO2, yO2, zO2 cña gèc O2 cña
hÖ R2 trong hÖ R.
G
β
ex2
O
1
(R)
α
x2
H×nh 1.6
x
- Ba gãc chØ ph−¬ng α, β, γ x¸c ®Þnh
G
ph−¬ng chiÒu cña vect¬ ®¬n vÞ ex2 cña trôc O2x2 cña hÖ R2 trong hÖ R.
Näi âäng, thanh phán khåp âäng, khåp âäng
+ §Ó t¹o thµnh c¬ cÊu, ng−êi ta ph¶i tËp hîp c¸c kh©u l¹i víi nhau b»ng c¸ch thùc hiÖn c¸c
phÐp nèi ®éng. Nèi ®éng hai kh©u lµ b¾t chóng tiÕp xóc víi nhau theo mét quy c¸ch nhÊt ®Þnh
trong suèt qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng.
+ Chç trªn mçi kh©u tiÕp xóc víi kh©u ®−îc nèi ®éng víi nã gäi lµ thµnh phÇn khíp ®éng.
3
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Th«ng th−êng, trong c¸c khíp ®éng, thµnh phÇn khíp ®éng lµ ®iÓm, ®−êng th¼ng, mÆt
ph¼ng, mÆt trô trßn xoay, mÆt nãn trßn xoay hay mÆt cÇu.
+ TËp hîp hai thµnh phÇn khíp ®éng cña hai kh©u trong mét phÐp nèi ®éng gäi lµ mét
khíp ®éng.
+ Khi nèi ®éng hai kh©u, sè bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a chóng sÏ bÞ h¹n chÕ ®i. Sè bËc tù do
t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ bít bëi mét khíp ®éng ®−îc gäi lµ sè rµng buéc cña khíp (ký hiÖu lµ
RC). Sè bËc tù do t−¬ng ®èi cßn ®−îc gäi lµ sè bËc tù do cña khíp (ký hiÖu lµ NC).
Ta cã : RC + NC =1
3. Cac loai khåp âäng va læåc âä khåp
Cac loai khåp âäng
+ C¨n cø vµo sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i khi nèi ®éng (cßn gäi lµ sè rµng buéc
cña khíp), ph©n khíp ®éng thµnh : khíp lo¹i 1, lo¹i 2, lo¹i 3, lo¹i 4, lo¹i 5 lÇn l−ît h¹n chÕ 1,
2, 3, 4, 5 bËc tù do t−¬ng ®èi.
Kh«ng cã khíp lo¹i 6, v× khíp nµy h¹n chÕ 6 bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u, khi ®ã hai
kh©u lµ ghÐp cøng víi nhau. Kh«ng cã khíp lo¹i 0, v× khi ®ã hai kh©u ®Ó rêi hoµn toµn trong
kh«ng gian (liªn kÕt gi÷a hai kh©u lóc nµy ®−îc gäi lµ liªn kÕt tù do).
+ C¨n cø vµo ®Æc ®iÓm tiÕp xóc cña hai kh©u khi nèi ®éng, ph©n khíp ®éng thµnh:
Khíp cao: nÕu thµnh phÇn khíp ®éng lµ c¸c ®iÓm hay c¸c ®−êng.
Khíp thÊp: nÕu thµnh phÇn khíp ®éng lµ c¸c mÆt.
Vê du vã khåp âäng
Cho h×nh trô trßn xoay (kh©u 1) tiÕp xóc víi tÊm ph¼ng (kh©u 2) theo mét ®−êng sinh, ta
®−îc mét khíp ®éng (h×nh 1.8). Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i lµ 2 (hai chuyÓn ®éng
QY ,TZ kh«ng thÓ x¶y ra v× khi ®ã h×nh trô kh«ng cßn tiÕp xóc víi tÊm ph¼ng theo ®−êng sinh
n÷a) : RC = 2. Khíp ®éng nµy lµ khíp lo¹i 2. Thµnh phÇn khíp ®éng trªn kh©u 1 lµ ®−êng sinh
AA’ cña nã hiÖn ®ang tiÕp xóc víi mÆt ph¼ng cña kh©u 2. Thµnh phÇn khíp ®éng trªn kh©u 2
lµ ®o¹n th¼ng BB’ hiÖn trïng víi ®−êng sinh AA’. Thµnh phÇn khíp ®éng lµ c¸c ®−êng nªn
khíp ®éng nµy lµ mét khíp cao.
A
z
(R)
TZ
1
A’
B’
li
A
2
B
y
x
QY
B
H×nh 1.8 : TiÕp xóc gi÷a
h×nh trô vµ mÆt ph¼ng
H×nh 1.9 : L−îc ®å ®éng
cña thanh truyÒn AB trong
c¬ cÊu tay quay con tr−ît
Læåc âä khåp
KÕt cÊu cña c¸c kh©u vµ cña c¸c khíp ®éng nãi chung phøc t¹p, do ®ã ®Ó thuËn tiÖn khi
nghiªn cøu c¬ cÊu vÒ mÆt cÊu tróc, ®éng häc vµ ®éng lùc häc, ng−êi ta biÓu diÔn c¸c khíp
®éng b»ng c¸c l−îc ®å quy −íc vµ gäi lµ l−îc ®å ®éng cña khíp.
4. Kêch thæåc âäng cua kháu va læåc âä kháu
+ KÝch th−íc ®éng cña kh©u lµ c¸c th«ng sè x¸c ®Þnh vÞ trÝ t−¬ng ®èi gi÷a c¸c thµnh phÇn
khíp ®éng trªn kh©u.
VÝ dô, thanh truyÒn (2) trong ®éng c¬ ®èt trong (h×nh 1.1) ®−îc nèi víi tay quay (1) vµ víi
pitt«ng (3) b»ng c¸c khíp quay, c¸c thµnh phÇn khíp ®éng trªn thanh truyÒn lµ c¸c mÆt trô
trong cã ®−êng trôc song song víi nhau. KÝch th−íc ®éng cña thanh truyÒn lµ kho¶ng c¸ch li
gi÷a hai ®−êng trôc cña c¸c khíp quay.
4
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
+ Mçi kh©u cã thÓ cã mét hay nhiÒu kÝch th−íc ®éng. VÝ dô, kh©u 3 trªn h×nh 1.19b ®−îc
nèi ®éng víi ba kh©u 6, 2 vµ 4 b»ng c¸c khíp quay B, C, E. Kh©u 3 cã ba kÝch th−íc ®éng, ®ã
lµ kho¶ng c¸ch trôc lEC, lDE, lDC gi÷a c¸c khíp quay.
+ Kh©u ®−îc biÓu diÔn b»ng c¸c l−îc ®å gäi lµ l−îc ®å ®éng cña kh©u, trªn ®ã thÓ hiÖn c¸c
kÝch th−íc ®éng cña nã vµ l−îc ®å c¸c khíp ®éng nèi nã víi c¸c kh©u kh¸c. VÝ dô l−îc ®å
®éng cña kh©u thanh truyÒn (2) trong ®éng c¬ ®èt trong cho trªn h×nh 1.12.
5. Hã quy chiãu tæång æng våi khåp âäng
Khi nghiªn cøu chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña hai kh©u (1) vµ (2) trong mét nèi ®éng, ta ®−a
G G G
vµo mét hÖ quy chiÕu R(O, x, y, z) trong ®ã c¬ së (x, y,z) lµ mét c¬ së trùc chuÈn. Gèc O lµ
t©m h×nh häc cña bÒ mÆt tiÕp xóc chung cña hai kh©u (1) vµ (2). Trôc Ox th−êng lÊy lµ trôc
®èi xøng hay ph¸p tuyÕn cña bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u. NÕu tån t¹i mét ph−¬ng ®Æc biÖt
thø hai, th× lÊy ®ã lµm trôc Oy.
Muèn nghiªn cøu chuyÓn ®éng cña kh©u (2) ®èi víi kh©u (1), ta g¾n cøng hÖ quy chiÕu R
lªn kh©u (1) vµ nghiªn cøu chuyÓn ®éng cña mét hÖ quy chiÕu R2 g¾n cøng trªn kh©u (2) so
víi hÖ quy chiÕu R (h×nh 1.6). Lµm t−¬ng tù khi muèn nghiªn cøu chuyÓn ®éng cña kh©u (1)
®èi víi kh©u (2).
6. Cac khåp âäng thäng dung
a) Khåp quay (khåp ban lã)
y
a)
1
b)
O
A
x
B
2
H×nh 1.10: Khíp quay
Khíp b¶n lÒ (h×nh 1.10a) lµ khíp ®Ó l¹i mét bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u, ®ã lµ
chuyÓn quay Qx xung quanh trôc Ox: NC = 1
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) (c¸c thµnh phÇn khíp ®éng) lµ mÆt trô trßn xoay
(A) hay mÆt nãn trßn xoay cã trôc ®èi xøng lµ Ox vµ mét phÇn mÆt ph¼ng (B), nªn khíp quay
lµ khíp thÊp. Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i khi nèi ®éng (sè rµng buéc) lµ
RC = 5
(chØ ®Ó l¹i chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi Qx gi÷a hai kh©u), do ®ã khíp nµy lµ khíp lo¹i 5.
L−îc ®å ®éng khíp quay : h×nh 1.10b.
b) Khåp træåt (khåp tënh tiãn)
Khíp tÞnh tiÕn (h×nh 1.11a) lµ khíp ®Ó l¹i mét bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u, ®ã lµ
chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn Tx däc theo trôc Ox : NC = 1
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) th−êng lµ c¸c mÆt l¨ng trô cã ®−êng sinh song
song víi trôc Ox, nªn khíp tr−ît lµ khíp thÊp. Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 5
(chØ ®Ó l¹i chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi Tx ), nªn khíp tr−ît lµ khíp lo¹i 5.
L−îc ®å ®éng khíp tr−ît : H×nh 1.11b.
5
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
y
b)
a)
2
z
1
x
H×nh 1.11: Khíp tr−ît
c) Khåp tru
Khíp trô (h×nh 1.12a) lµ khíp ®Ó l¹i hai bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u, ®ã lµ chuyÓn
®éng tÞnh tiÕn Tx däc theo trôc Ox vµ chuyÓn ®éng quay Qx xung quanh trôc Ox: NC = 2
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mÆt trô trßn xoay cã trôc ®èi xøng lµ trôc Ox
nªn khíp trô lµ khíp thÊp. Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 4 (chØ ®Ó l¹i hai chuyÓn
®éng: Tx vµ Qx ), do ®ã khíp trô lµ khíp lo¹i 4.
L−îc ®å ®éng khíp trô : h×nh 1.12b
y
a)
b)
O
x
H×nh 1.12
d) Khåp vêt
Khíp vÝt (h×nh 1.13a) lµ khíp ®Ó l¹i hai chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u, ®ã lµ
chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn Tx däc theo trôc Ox vµ chuyÓn ®éng quay Qx xung quanh trôc Ox, hai
chuyÓn ®éng nµy lµ phô thuéc lÉn nhau : NC = 1
x
b)
a)
Xo¾n
ph¶i
Xo¾n
tr¸i
O
O
H×nh khai triÓn cña
®−êng xo¾n èc
H×nh 1.13: Khíp vÝt
6
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mÆt xo¾n vÝt trô trßn cã trôc ®èi xøng lµ trôc
Ox, nªn khíp vÝt lµ khíp thÊp. Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i : RC = 5 (chØ ®Ó l¹i hai
chuyÓn ®éng Tx vµ Qx , nh−ng hai chuyÓn ®éng nµy phô thuéc lÉn nhau), do ®ã khíp vÝt lµ
khíp lo¹i 5.
Trong khíp vÝt, khi kh©u (1) quay mét gãc α xung quanh trôc Ox trong hÖ quy chiÕu R
g¾n liÒn víi kh©u (2) th× ®ång thêi nã còng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc theo trôc Ox mét
p
kho¶ng x. Ta cã : x =
.α víi : p lµ b−íc cña ®−êng xo¾n vÝt.
2π
L−îc ®å ®éng khíp vÝt : h×nh 1.13b
e) Khåp cáu
Khíp cÇu (h×nh 1.14a) lµ khíp ®Ó l¹i ba bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a hai kh©u, ®ã lµ ba chuyÓn
®éng quay Qx ,Qy ,Qz xung quanh ba trôc Ox, Oy vµ Oz: NC = 3
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mÆt cÇu cã t©m O, nªn khíp cÇu lµ khíp thÊp.
Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 3 (chØ ®Ó l¹i ba chuyÓn ®éng quay Qx ,Qy ,Qz ), do
®ã khíp cÇu lµ khíp lo¹i 3.
L−îc ®å ®éng cña khíp cÇu lo¹i 3: h×nh 1.14b
z
a)
b)
(1)
(2)
O
y
x
H×nh 1.14
f) Khåp cáu co chät (khåp cáu co chät)
x
a)
R·nh 4
1
b)
z
O
2
O
z
y
H×nh 1.15 : Khíp cÇu cã chèt
7
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Khíp cÇu cã chèt (h×nh 1.15a) lµ khíp ®Ó l¹i hai bËc tù do t−¬ng ®èi, ®ã lµ chuyÓn ®éng
quay Qx xung quanh trôc Ox vµ chuyÓn ®éng Qy quay xung quanh trôc Oy: NC = 2
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mÆt cÇu cã t©m lµ O nªn khíp nµy lµ khíp thÊp.
Sè bËc tù do t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 4 (chØ ®Ó l¹i hai chuyÓn ®éng quay: Qx vµ Qy ), do
vËy ®©y lµ khíp lo¹i 4.
L−îc ®å ®éng khíp cÇu cã chèt : h×nh 1.15b
g) Khåp tæa phàng
Khíp tùa ph¼ng (h×nh 1.16a) ®Ó l¹i ba bËc tù do t−¬ng ®èi : Qx , Ty , Tz ⇒ NC = 3.
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ mÆt ph¼ng, nªn ®©y lµ khíp thÊp. Sè bËc tù do
t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 3 (chØ ®Ó l¹i ba chuyÓn ®éng Qx , Ty , Tz ), do vËy khíp tùa ph¼ng
lµ khíp lo¹i 3.
L−îc ®å ®éng khíp tùa ph¼ng : h×nh 1.16b.
a)
b)
x
(2)
(1)
y
O
z
H×nh 1.16
h) Khåp tæa âæång thàng
Khíp tùa ®−êng th¼ng (h×nh 1.17a) lµ khíp ®Ó l¹i bèn bËc tù do t−¬ng ®èi: Qx , Qy ,Ty , Tz
⇒ NC = 4.
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ ®−êng th¼ng nªn ®©y lµ khíp cao. Sè bËc tù do
t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 2 (chØ ®Ó l¹i bèn chuyÓn ®éng Qx , Qy ,Ty , Tz ), do vËy khíp nµy
lµ khíp lo¹i 2.
L−îc ®å ®éng cña khíp tùa ®−êng th¼ng: h×nh 1.17b
(2)
a)
x
b)
(1)
z
O
y
H×nh 1.17
i) Khåp tæa âiãm
Khíp tùa ®iÓm (h×nh 1.18a) lµ khíp ®Ó l¹i n¨m bËc tù do t−¬ng ®èi: Qx ,Qy ,Qz ,Ty ,Tz ⇒
NC = 5.
BÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai kh©u (1) vµ (2) lµ ®iÓm, nªn khíp nµy lµ khíp cao. Sè bËc tù do
t−¬ng ®èi bÞ h¹n chÕ ®i: RC = 1 (chØ h¹n chÕ mét chuyÓn ®éng Tx ). §©y lµ khíp lo¹i 1.
8
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
L−îc ®å ®éng cña khíp tùa ®iÓm: h×nh 1.18b.
x
(1)
(2)
a)
b)
O
z
y
H×nh 1.18
7. Chuäi âäng va cå cáu
Chuäi âäng
+ Chuçi ®éng lµ tËp hîp c¸c kh©u ®−îc nèi víi nhau b»ng c¸c khíp ®éng.
+ Dùa trªn cÊu tróc chuçi ®éng, ph©n chuçi ®éng thµnh hai lo¹i: chuçi ®éng hë vµ chuçi
®éng kÝn.
Chuçi ®éng hë lµ chuçi ®éng trong ®ã c¸c kh©u chØ ®−îc nèi víi mét kh©u kh¸c.
Chuçi ®éng kÝn lµ chuçi ®éng trong ®ã mçi kh©u ®−îc nèi Ýt nhÊt víi hai kh©u kh¸c (c¸c
kh©u t¹o thµnh c¸c chu vi khÐp kÝn, mçi kh©u tham gia Ýt nhÊt hai khíp ®éng).
+ Dùa trªn tÝnh chÊt chuyÓn ®éng, ta ph©n biÖt chuçi ®éng kh«ng gian vµ chuçi ®éng
ph¼ng.
Chuçi ®éng kh«ng gian cã c¸c kh©u chuyÓn ®éng trªn c¸c mÆt ph¼ng kh«ng song song víi
nhau, cßn trong chuçi ®éng ph¼ng, tÊt c¶ c¸c kh©u chuyÓn ®éng trªn nh÷ng mÆt ph¼ng song
song víi nhau.
z
C
3
B
2
2
3
E
2
1
3
4
4
1
y
4
5
6
A
D
F
1
H×nh 1.19b
H×nh 1.19c
H×nh 1.19a
x
z
3
2
4
2
3
2
1
3
4
1
y
5
6
1
x
H×nh 1.20b
H×nh 1.20c
H×nh 1.20a
9
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
+ VÝ dô, chuçi ®éng trªn h×nh 1.19a, cã 4 kh©u nèi nhau b»ng 3 khíp quay vµ 1 khíp
tr−ît, c¸c khíp quay cã ®−êng trôc song song víi nhau vµ vu«ng gãc víi ph−¬ng tr−ît cña
khíp tr−ît, do ®ã c¶ 4 kh©u cã mÆt ph¼ng chuyÓn ®éng song song víi nhau. H¬n n÷a mçi
kh©u trong chuçi ®éng nèi ®éng víi hai kh©u kh¸c, nªn chuçi ®éng nãi trªn lµ mét chuçi ®éng
ph¼ng kÝn. T−¬ng tù, chuçi ®éng trªn h×nh 1.19b còng lµ chuçi ®éng ph¼ng kÝn.
Chuçi ®éng trªn h×nh 1.19c gåm 4 kh©u, nèi nhau b»ng ba khíp quay cã ®−êng trôc vu«ng
gãc víi nhau tõng ®«i mét, do ®ã c¸c kh©u chuyÓn ®éng trong c¸c mÆt ph¼ng kh«ng song song
víi nhau. MÆc kh¸c, kh©u 3 vµ kh©u 4 chØ ®−îc nèi víi mét kh©u kh¸c nªn ®©y lµ mét chuçi
®éng kh«ng gian hë. Chuçi ®éng trªn h×nh 1.21a lµ mét chuçi ®éng ph¼ng kÝn. Chuçi ®éng
trªn h×nh 1.21b lµ mét chuçi ®éng kh«ng gian kÝn.
Cå cáu
+ C¬ cÊu lµ mét chuçi ®éng, trong ®ã mét kh©u ®−îc chän lµm hÖ quy chiÕu (vµ gäi lµ
gi¸), c¸c kh©u cßn l¹i cã chuyÓn ®éng x¸c ®Þnh trong hÖ quy chiÕu nµy (vµ gäi lµ c¸c kh©u
®éng). Th«ng th−êng, coi gi¸ lµ cè ®Þnh.
T−¬ng tù nh− chuçi ®éng, ta còng ph©n biÖt c¬ cÊu ph¼ng vµ c¬ cÊu kh«ng gian.
+ VÝ dô, chän kh©u 4 trong chuçi ®éng ph¼ng kÝn h×nh 1.19a, kh©u 6 trong chuçi ®éng
ph¼ng kÝn h×nh 1.19b, kh©u 3 trong chuçi ®éng ph¼ng kÝn h×nh 1.21a lµm gi¸, ta ®−îc c¸c c¬
cÊu ph¼ng. Chän kh©u 4 trong chuçi ®éng kh«ng gian hë h×nh 1.19c, kh©u 4 trong chuçi ®éng
kh«ng gian kÝn h×nh 1.21b lµm gi¸, ta cã c¬ cÊu kh«ng gian.
z
2
2
3
1
3
1
y
4
H×nh 1.21a
H×nh 1.21b
x
z
3
2
2
O
1
3
1
1
y
H×nh 1.23
4
H×nh 1.22a
H×nh 1.22b
x
H×nh 1.19a: c¬ cÊu tay quay con tr−ît dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®éng quay cña kh©u 1 thµnh
chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña kh©u 3 vµ ng−îc l¹i. H×nh 1.19b: c¬ cÊu 6 kh©u ph¼ng sö dông
trong m¸y sµng l¾c, dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®éng quay cña kh©u 1 thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn
qua l¹i cña con tr−ît 5. H×nh 1.19c: c¬ cÊu tay m¸y ba bËc tù do. H×nh 1.22a : c¬ cÊu cam cÇn
®Èy ®¸y b»ng, kh©u 1 gäi lµ cam, kh©u 2 gäi lµ cÇn, c¬ cÊu nµy ®−îc dïng ®Ó biÕn chuyÓn
10
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
®éng quay trßn cña cam thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn qua l¹i theo mét quy luËt x¸c ®Þnh cña
cÇn.
+ C¬ cÊu th−êng ®−îc t¹o thµnh tõ chuçi ®éng kÝn. C¬ cÊu ®−îc t¹o thµnh tõ chuçi ®éng
hë nh− c¬ cÊu tay m¸y (h×nh 1.19c), c¬ cÊu r«to m¸y ®iÖn (h×nh 1.23).
1.2. Bác tæ do cua cå cáu
1. Khai niãm bác tæ do cua cå cáu
Sè bËc tù do cña c¬ cÊu lµ sè th«ng sè vÞ trÝ ®éc lËp cÇn cho
tr−íc ®Ó vÞ trÝ cña toµn bé c¬ cÊu hoµn toµn x¸c ®Þnh.
Sè bËc tù do cña c¬ cÊu còng chÝnh b»ng sè quy luËt chuyÓn
®éng cÇn cho tr−íc ®Ó chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu hoµn toµn x¸c
®Þnh.
B
2
C
1
ϕ1
3
4
A
VÝ dô: XÐt c¬ cÊu bèn kh©u b¶n lÒ ABCD (h×nh 1.24) gåm
D
gi¸ cè ®Þnh 4 vµ ba kh©u ®éng 1, 2, 3. NÕu cho tr−íc th«ng sè
H×nh 1.24
JJJG JJJG
ϕ1 = (AD,AB) ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña kh©u 1 so víi gi¸ th× vÞ trÝ
cña c¬ cÊu hoµn toµn x¸c ®Þnh. ThËt vËy, do kÝch th−íc ®éng lAB ®· cho tr−íc nªn vÞ trÝ ®iÓm B
hoµn toµn x¸c ®Þnh. Do ®iÓm D vµ c¸c kÝch th−íc lBC , lCD ®· cho tr−íc nªn vÞ trÝ ®iÓm C vµ do
®ã vÞ trÝ c¸c kh©u 2 vµ 3 hoµn toµn x¸c ®Þnh. NÕu cho tr−íc quy luËt chuyÓn ®éng cña kh©u (1)
: ϕ1 = ϕ1(t) th× chuyÓn ®éng cña c¸c kh©u 2 vµ 3 sÏ hoµn toµn x¸c ®Þnh. Nh− vËy c¬ cÊu bèn
kh©u b¶n lÒ cã 1 bËc tù do: W =1
2. Cäng thæc tênh bác tæ do cua cå cáu phàng
XÐt c¬ cÊu gåm gi¸ cè ®Þnh vµ n kh©u ®éng.
Gäi : W0 : tæng sè bËc tù do cña c¸c kh©u ®éng cña c¬ cÊu khi ®Ó rêi nhau trong hÖ quy
chiÕu g¾n liÒn víi gi¸. R : tæng sè c¸c rµng buéc do c¸c khíp trong c¬ cÊu t¹o ra.
W = W0 − R
Khi ®ã bËc tù do cña c¬ cÊu sÏ b»ng:
Do mçi kh©u ®éng khi ®Ó rêi sÏ cã 6 bËc tù do nªn tæng sè bËc tù do cña n kh©u ®éng:
W0 = 6n
§Ó tÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu, cÇn tÝnh R.
§èi víi c¸c c¬ cÊu mµ l−îc ®å kh«ng cã mét ®a gi¸c nµo c¶, tøc lµ kh«ng cã khíp nµo lµ
khíp ®ãng kÝn (vÝ dô c¬ cÊu tay m¸y h×nh 1.19c), sau khi nèi n kh©u ®éng l¹i víi nhau vµ víi
gi¸ b»ng pj khíp lo¹i j, tæng sè c¸c rµng buéc b»ng: R =
jp (mçi khíp lo¹i j h¹n chÕ j bËc
∑
j
j
tù do t−¬ng ®èi, nghÜa lµ t¹o ra j rµng buéc).
W = 6n − jp
Do ®ã:
(1.1)
∑
j
j
VÝ dô, víi c¬ cÊu tay m¸y (h×nh 1.19c): n = 3, p5 = 3 (ba khíp quay lo¹i 5)
⇒ W = 3.6 − (3.5) = 3.
§èi víi c¸c c¬ cÊu mµ l−îc ®å lµ mét hay mét sè ®a gi¸c ®ãng kÝn, hoÆc ®èi víi mét sè c¬
cÊu cã c¸c ®Æc ®iÓm vÒ h×nh häc, ta ph¶i xÐt ®Õn c¸c rµng buéc trïng vµ rµng buéc thõa trong
c«ng thøc tÝnh bËc tù do. Khi ®ã:
W = 6n − ( jp − Rtrung − Rthua
)
(1.2)
∑
j
j
Ngoµi ra, trong sè c¸c bËc tù do cña c¬ cÊu ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (1.2), cã thÓ cã
nh÷ng bËc tù do kh«ng cã ý nghÜa ®èi víi vÞ trÝ c¸c kh©u ®éng trong c¬ cÊu, nghÜa lµ kh«ng
¶nh h−ëng g× ®Õn cÊu h×nh cña c¬ cÊu. C¸c bËc tù do nµy gäi lµ bËc tù do thõa vµ ph¶i lo¹i ®i
khi tÝnh to¸n bËc tù do cña c¬ cÊu.
Tãm l¹i, c«ng thøc tæng qu¸t ®Ó tÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu:
W = 6n − ( jp − Rtrung − Rthua ) − W
(1.3)
∑
j
thua
j
Víi : Rtrung : sè rµng buéc trïng; Rthua : sè rµng buéc thõa; Wthua : sè bËc tù do thõa.
11
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Vê du vã rang buäc trung va tênh bác tæ do cua cå cáu khäng gian
XÐt c¬ cÊu trªn h×nh 1.25, gåm 3 kh©u ®éng vµ
4 khíp: Khíp quay A vµ D, khíp trô B vµ C. Chän
khíp C lµm khíp ®ãng kÝn.
Tr−íc hÕt, nèi kh©u 3, 4, 1, 2 b»ng ba khíp D,
A, B. C¸c rµng buéc gi¸n tiÕp gi÷a kh©u 2 vµ kh©u
3 lµ c¸c chuyÓn ®éng QX , QZ . Nèi kh©u 2 vµ kh©u
3 b»ng khíp C ®ãng kÝn. Khíp C cã 4 rµng buéc :
c¸c chuyÓn ®éng QX , TX ,QY , TY . Nh− vËy cã mét
rµng buéc trïng lµ chuyÓn ®éng QX .
Tãm l¹i víi c¬ cÊu ®ang xÐt: n =3, p5 = 2 (hai
khíp quay lo¹i 5), p4 = 2 (hai khíp trô lo¹i 4),
H×nh 1.25
R
=1 (mét rµng buéc trïng) ⇒ W = 6.3 - (2.5
trung
+ 2.4 - 1) = 1.
3. Cäng thæc tênh bác tæ do cua cå cáu phàng
Víi c¬ cÊu ph¼ng, ngay khi cßn ®Ó rêi nhau trong hÖ quy chiÕu g¾n liÒn víi gi¸, c¸c kh©u
®−îc xem nh− n»m trªn cïng mét mÆt ph¼ng (hay trªn c¸c mÆt ph¼ng song song nhau). Do ®ã
tæng sè bËc tù do cña n kh©u ®éng: W0 = 3n
Gäi Oxy lµ mÆt ph¼ng chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu th× c¸c bËc tù do TZ ,QX ,QY cña mçi kh©u
®· bÞ h¹n chÕ.
Mçi khíp quay cã trôc quay Oz vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng Oxy chØ cßn h¹n chÕ hai bËc tù
do lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn TX vµ TY .
Mçi khíp tr−ît cã ph−¬ng tr−ît n»m trong mÆt ph¼ng Oxy (h×nh 1.26a) chØ cßn h¹n chÕ
hai bËc tù do lµ chuyÓn ®éng quay QZ vµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn TN theo ph−¬ng vu«ng gãc
víi ph−¬ng tr−ît vµ n»m trong mÆt ph¼ng Oxy.
Mçi khíp cao lo¹i 4 nh− khíp b¸nh r¨ng ph¼ng, khíp cam ph¼ng (h×nh 1.26b) chØ cßn h¹n
chÕ mét bËc tù do lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn TN n»m trong mÆt ph¼ng Oxy vµ theo ph−¬ng
ph¸p tuyÕn chung cña hai thµnh phÇn khíp cao.
Trong c¬ cÊu ph¼ng th−êng chØ dïng ba lo¹i khíp trªn nªn tæng sè c¸c rµng buéc do c¸c
khíp trong c¬ cÊu ph¼ng t¹o ra: R = 2p5 + p4
W = 3n − (2p5 + p4 )
Nh− vËy, bËc tù do cña c¬ cÊu :
(1.4)
Th«ng th−êng cã thÓ dïng c«ng thøc (1.4) ®Ó tÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu.
VÝ dô, c¬ cÊu 4 kh©u b¶n lÒ ph¼ng (h×nh 1.24): n = 3; p5 = 4 ; p4 = 0
⇒ W = 3.3 - (2.4 + 0) = 1
Tuy nhiªn, kÓ ®Õn c¸c rµng buéc trïng, rµng buéc thõa vµ bËc tù do thõa, c«ng thøc tæng
qu¸t ®Ó tÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu ph¼ng nh− sau:
W = 3n − (2p5 + p4 − R
− Rthua ) −W
(1.5)
trung
thua
y
y
TN
(2)
M
TN
(2)
(1)
(1)
H×nh 1.26b: Khíp cao ph¼ng
O
x O
x
H×nh 1.26a: Khíp tr−ît
12
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Vê du vã rang buäc trung
B
B
TY
1
1
2
2
A
3
3
C
A
C
H×nh 1.28
H×nh 1.27
Trong c¬ cÊu ph¼ng, rµng buéc trïng chØ cã t¹i c¸c khíp ®ãng kÝn cña ®a gi¸c gåm 3 kh©u
nèi víi nhau b»ng 3 khíp tr−ît.
VÝ dô xÐt c¬ cÊu trªn h×nh 1.27. Gi¶ sö lÊy khíp B lµm khíp ®ãng kÝn. Khi nèi kh©u 1, kh©u 3
vµ kh©u 2 b»ng c¸c khíp A vµ C, kh©u 2 kh«ng thÓ quay t−¬ng ®èi so víi kh©u 1 quanh trôc
Oz, tøc lµ cã mét rµng buéc gi¸n tiÕp QZ gi÷a kh©u 1 vµ kh©u 2 (h×nh 1.28). Khi nèi trùc tiÕp
kh©u 1 vµ kh©u 2 b»ng khíp ®ãng kÝn B, khíp B l¹i t¹o thªm rµng buéc QZ. Nh− vËy, ë ®©y cã
mét rµng buéc trïng: R
=1.
trung
Tãm l¹i, bËc tù do cña c¬ cÊu (n = 2, p5 =3, p4 = 0):
W = 3n − (2p5 + p4 − Rtrung ) = 3.2 − (2.3−1) =1.
Vê du vã rang buäc thæa
XÐt hÖ cho trªn h×nh 1.29: n = 4, p5 = 6 ⇒ bËc tù do cña hÖ tÝnh theo c«ng thøc (1.4):
W = 3n − (2p5 + p4 ) = 3.4 − (2.6 + 0) = 0 . §iÒu nµy cã nghÜa lµ hÖ ®· cho lµ mét khung tÜnh
®Þnh.
Tuy nhiªn nÕu thay ®æi cÊu tróc hÖ nh− h×nh 1.30 víi kÝch th−íc ®éng tháa m·n ®iÒu kiÖn:
lAB = lCD = lEF; lAF = lBE; lBC = lAD th× hÖ sÏ chuyÓn ®éng ®−îc vµ thùc sù lµ mét c¬ cÊu, tøc lµ
bËc tù do thùc cña hÖ ph¶i lín h¬n 0.
§iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: Khi ch−a nèi kh©u 2 vµ kh©u 4 b»ng kh©u 5 vµ hai khíp
quay E, F th× hÖ lµ mét c¬ cÊu bèn kh©u b¶n lÒ ph¼ng cã bËc tù do W = 1, cã l−îc ®å lµ mét
h×nh b×nh hµnh ABCD. Do ®Æc ®iÓm h×nh häc cña c¬ cÊu, kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm E cña
kh©u 2 vµ ®iÓm F cña kh©u 4 víi lAF = lBE lu«n lu«n kh«ng ®æi khi c¬ cÊu chuyÓn ®éng. ThÕ
mµ, viÖc nèi ®iÓm E cña kh©u 2 vµ ®iÓm F cña kh©u 4 b»ng kh©u 5 vµ hai khíp quay E, F chØ
nh»m môc ®Ých gi÷ cho hai ®iÓm E vµ F c¸ch nhau mét kho¶ng kh«ng ®æi, nªn rµng buéc nµy
lµ thõa. MÆc kh¸c, khi thªm kh©u 5 vµ hai khíp quay E, F vµo c¬ cÊu sÏ t¹o thªm cho c¬ cÊu
mét bËc tù do b»ng (n = 1, p5 = 2): W = 3.n − (2p5 + p4 ) = 3.1− (2.2) = −1, tøc lµ t¹o ra mét
rµng buéc. Nh− vËy sè rµng buéc thõa trong tr−êng hîp nµy sÏ b»ng: R =1.
thua
Tãm l¹i, bËc tù do cña c¬ cÊu: W = 3n − (2p5 + p4 − Rthua ) = 3.4 − (2.6 + 0 −1) =1.
E
E
2
2
B
B
C
C
1
5
1
5
3
3
D
4
4
D
A
A
F
F
H×nh 1.30
H×nh 1.29
13
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Vê du vã bác tæ do thæa
con l¨n 2
cÇn 3
Trong c¬ cÊu cam cÇn l¾c ®¸y l¨n
(dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®éng quay liªn
tôc cña cam 1 thµnh chuyÓn ®éng l¾c
qua l¹i theo mét quy luËt cho tr−íc cña
cÇn 3 - h×nh 1.31), ta cã: n = 3, p5 = 3
O1
O2
(ba khíp quay lo¹i 5); p4 =1 (mét
khíp cam ph¼ng lo¹i 4) ⇒ BËc tù do
cña hÖ tÝnh theo c«ng thøc (1.4):
W = 3.3 - (2.3 + 1) = 2.
Tuy nhiªn, bËc tù do cña c¬ cÊu nµy
lµ W = 1, bëi v× khi cho cam quay ®Òu
cam 1
H×nh 1.31: C¬ cÊu cam cÇn
l¾c ®¸y l¨n
th× chuyÓn ®éng cña cÇn hoµn toµn x¸c ®Þnh. ë ®©y cã mét bËc tù do thõa: W =1, ®ã lµ
thua
chuyÓn ®éng cña con l¨n xung quanh trôc cña m×nh, bëi v× khi cho con l¨n quay xung quanh
trôc nµy, cÊu h×nh cña c¬ cÊu hoµn toµn kh«ng thay ®æi.
Tãm l¹i, bËc tù do cña c¬ cÊu: W = 3n −(2p5 + p4 ) −W = 3.3− (2.3+1) −1=1.
thua
4. Kháu dán, kháu bë dán, kháu phat âäng
Kháu dán
Kh©u dÉn lµ kh©u cã th«ng sè vÞ trÝ cho tr−íc (hay nãi kh¸c ®i, cã quy luËt chuyÓn ®éng
cho tr−íc).
VÝ dô trong c¬ cÊu 4 kh©u b¶n lÒ h×nh 1.24, kh©u dÉn lµ kh©u 1 cã quy luËt chuyÓn ®éng
ϕ1 = ϕ1(t) cho tr−íc.
Th«ng th−êng, kh©u dÉn ®−îc chän lµ kh©u nèi víi gi¸ b»ng khíp quay vµ chØ cÇn mét
th«ng sè ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña nã. ThÕ mµ, sè bËc tù do cña c¬ cÊu lµ sè th«ng sè vÞ trÝ cÇn
cho tr−íc ®Ó vÞ trÝ cña c¬ cÊu hoµn toµn x¸c ®Þnh, do ®ã th«ng th−êng c¬ cÊu cã bao nhiªu bËc
tù do sÏ cÇn cã bÊy nhiªu kh©u dÉn.
Kháu bë dán
Ngoµi gi¸ vµ kh©u dÉn ra, c¸c kh©u cßn l¹i ®−îc gäi lµ kh©u bÞ dÉn.
Kh¸i niÖm kh©u dÉn, kh©u bÞ dÉn kh«ng cã ý nghÜa ®èi víi c¸c c¬ cÊu r«bèt. Trong c¸c c¬
cÊu nµy, kh«ng cã kh©u nµo mµ chuyÓn ®éng hoµn toµn phô thuéc vµo chuyÓn ®éng cña mét
hay mét sè kh©u kh¸c, chuyÓn ®éng cña mçi kh©u ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng mét kÝch ho¹t riªng
biÖt.
Kháu phat âäng
Kh©u ph¸t ®éng lµ kh©u ®−îc nèi trùc tiÕp víi nguån n¨ng l−îng lµm cho m¸y chuyÓn
®éng. VÝ dô, víi ®éng c¬ ®èt trong h×nh 1.1, kh©u ph¸t ®éng lµ pitt«ng. Cßn kh©u dÉn th−êng
®−îc chän lµ kh©u cã vËn tèc gãc kh«ng ®æi hay theo yªu cÇu lµm viÖc ph¶i cã vËn tèc gãc
kh«ng ®æi, ë ®©y chän trôc khuûu lµm kh©u dÉn.
Kh©u ph¸t ®éng cã thÓ trïng hay kh«ng trïng víi kh©u dÉn, tuy nhiªn th«ng th−êng ng−êi
ta chän kh©u dÉn trïng víi kh©u ph¸t ®éng.
5. Quy luát “vao ra” cua cå cáu
(Loi d’entrÐe-sortie d’un mÐcanisme)
Quy luËt vµo ra cña mét c¬ cÊu lµ mèi quan hÖ tån t¹i gi÷a c¸c th«ng sè cña kh©u dÉn vµ
c¸c th«ng sè cña kh©u bÞ dÉn cña c¬ cÊu.
Quy luát vao ra hçnh hoc
Trong c¬ cÊu tay quay con tr−ît (h×nh 1.32), kh©u dÉn lµ kh©u (1) cã th«ng sè vÞ trÝ cho
JJG JJJG
tr−íc lµ gãc θ = (Ox,OA). Quy luËt vµo ra cña c¬ cÊu lµ quan hÖ gi÷a th«ng sè vÞ trÝ θ cña
14
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
kh©u dÉn (1) vµ th«ng sè vÞ trÝ x = OB cña kh©u bÞ dÉn (3). §©y lµ d¹ng quy luËt vµo ra h×nh
häc.
JJJG JJJG JJJG
Ta cã :
⇒
OB = OA + AB
x = OB = Rcosθ + l cos β
JJG JJJG
JJG JJJG
víi :
θ = (Ox,OA) ; β = (Ox,OB) ; OA = R; AB = l.
ThÕ mµ: Rsinθ = −l sin β
1
Suy ra:
Hay:
cos β = l2 − R2 sin2 θ
l
x = OB = Rcosθ + l2 − R2 sin2 θ
Quy luát vao ra âäng hoc
Quan hÖ gi÷a vËn tèc gãc ω cña kh©u (1) vµ vËn tèc tÞnh tiÕn V cña kh©u (3) trong hÖ quy
chiÕu g¾n liÒn víi gi¸ (4).
Kh©u (3) chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn, vËn tèc cña mét ®iÓm trªn kh©u (3) :
dx
d
2
2
2
⎡
⎣
⎤
⎦
V =
=
Rcosθ + l − R sin θ
dt dt
Gi¶ sö kh©u (1) quay ®Òu víi vËn tèc gãc ω.
Ta cã: θ = ωt
dx
d
2
2
2
⎡
⎣
⎤
⎦
⇒ V =
=
Rcosωt + l − R sin ωt
dt dt
ωR2 sinωt cosωt
Do ®ã: V = −ωRsinωt −
l2 − R2 sin2 ωt
§©y chÝnh lµ quy luËt vµo ra ®éng häc.
A
2
t1
1
θ
3
B
x
β
O
x
H×nh 1.32
• Ngoµi ra con cã quy luËt vµo ra ®éng lùc häc, cho ta mèi quan hÖ vÒ lùc vµ momen t¸c
®éng lªn kh©u dÉn vµ kh©u bÞ dÉn.
1.3. Xãp hang cå cáu phàng
C
1. Nhom Axua (nhom ténh âënh)
2
C
B
2
B
3
3
1
1
D
4
A
D
4
A
H×nh 1.34
H×nh 1.33
15
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
XÐt c¬ cÊu bèn kh©u b¶n lÒ ABCD (h×nh 1.33). T¸ch khái c¬ cÊu, kh©u dÉn 1 vµ gi¸ 4, sÏ cßn l¹i
mét nhãm gåm hai kh©u 2 vµ 3 nèi víi nhau b»ng khíp quay C (h×nh 1.34). Ngoµi ra trªn mçi kh©u
cßn mét thµnh phÇn khíp vµ ®−îc gäi lµ khíp chê : khíp chê B vµ khíp chê C. Nh− vËy nhãm cßn l¹i
gåm cã hai kh©u (n = 2) vµ ba khíp quay (p5 = 3), bËc tù do cña nhãm: W = 3.2 - 2.3 = 0. §©y lµ mét
nhãm tÜnh ®Þnh v× khi cho tr−íc vÞ trÝ cña c¸c khíp chê th× vÞ trÝ cña khíp trong C hoµn toµn x¸c ®Þnh.
Nhãm tÜnh ®Þnh lµ nhãm cã bËc tù do b»ng 0 vµ kh«ng thÓ t¸ch thµnh c¸c nhãm nhá h¬n cã bËc tù
do b»ng 0.
2. Hang cua cå cáu
Hang cua nhom ténh âënh
+ Nhãm tÜnh ®Þnh chØ cã hai kh©u vµ ba khíp ®−îc gäi lµ nhãm Axua h¹ng II.
Cã n¨m lo¹i nhãm Axua h¹ng II nh− sau (h×nh 1.35):
TQT
QQQ
QQT
QTT
QTQ
H×nh 1.35
Nhãm gåm cã hai kh©u vµ ba khíp tr−ît kh«ng ph¶i lµ mét nhãm tÜnh ®Þnh v× bËc tù do cña nhãm
b»ng 1.
+ Nhãm Axua cã h¹ng cao h¬n II
NÕu c¸c khíp trong cña mét nhãm tÜnh ®Þnh t¹o thµnh mét ®a gi¸c th× h¹ng cña nhãm Axua ®−îc
lÊy b»ng sè ®Ønh cña ®a gi¸c, nÕu t¹o thµnh nhiÒu ®a gi¸c th× h¹ng cña nhãm lÊy b»ng sè ®Ønh cña ®a
gi¸c nhiÒu ®Ønh nhÊt.
VÝ dô c¬ cÊu trªn h×nh 1.36 cã thÓ t¸ch thµnh kh©u dÉn 1 nèi gi¸ b»ng khíp quay vµ mét nhãm tÜnh
®Þnh BCDEG (h×nh 1.37). C¸c khíp chê lµ khíp B, E, G. C¸c khíp trong lµ C, D, E. Nhãm nµy cã mét
®a gi¸c khÐp kÝn lµ CDF cã ba ®Ønh nªn lµ nhãm h¹ng III.
C
C
F
2
2
B
F
3
B
3
4
4
D
D
5
1
1
5
E
G
6
A
A
6
E
G
H×nh 1.36
H×nh 1.37
Hang cua cå cáu
+ C¬ cÊu h¹ng I lµ c¬ cÊu cã mét kh©u ®éng nèi víi gi¸ b»ng khíp quay, vÝ dô c¬ cÊu roto m¸y
®iÖn.
+ C¬ cÊu cã sè kh©u ®éng lín h¬n I cã thÓ coi lµ tæ hîp cña mét hay nhiÒu c¬ cÊu h¹ng I víi mét
sè nhãm Axua. NÕu c¬ cÊu chØ cã mét nhãm Axua th× h¹ng cña c¬ cÊu lµ h¹ng cña nhãm. NÕu c¬ cÊu
cã nhiÒu nhãm Axua th× h¹ng cña c¬ cÊu lÊy b»ng h¹ng cña nhãm Axua cã h¹ng cao nhÊt.
VÝ dô c¬ cÊu trªn h×nh 1.37 lµ c¬ cÊu h¹ng III.
ViÖc xÕp h¹ng c¬ cÊu cã ý nghÜa thiÕt thùc trong viÖc nghiªn cøu c¸c mét sè bµi tÝnh ®éng häc vµ
lùc häc cña c¬ cÊu.
16
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
BAI TÁP CHÆÅNG I
Bµi 1: TÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu ®éng c¬ ®èt trong kiÓu ch÷ V (h×nh 1.38).
Bµi 2: TÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu vÏ ®−êng th¼ng cña Lipkin (h×nh 1.39).
Cho : lAD = lAE; lBD = lDC = lCE = lEB; lAF = lFB
Bµi 3: TÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu chuyÓn ®éng theo quü ®¹o cho tr−íc (h×nh 1.40).
Bµi 4: TÝnh bËc tù do cña c¬ cÊu vÏ ®−êng th¼ng (h×nh 1.41).
Cho lED = lFG = lFD; lCD = lCF = 1.96lED; lED = lEG
LêI GI¶I
Bµi 1
Sè kh©u ®éng: n = 5
Sè khíp lo¹i 5 (khíp thÊp): p5 = 7 (5 khíp quay A, B, C, D, E vµ 2 khíp tr−ît C,E)
Sè khíp lo¹i 4 (khíp cao): p4 = 0
W =1
⇒ W = 3n − (2p5 + p4 ) = 3.5− (2.7 +1.0) ⇒
Bµi 2
Sè kh©u ®éng: n = 7
Sè khíp lo¹i 5 (khíp thÊp): p5 =10 (10 khíp quay: t¹i A cã 2 khíp quay v× cã 3 kh©u nèi
®éng víi nhau, t¹i B cã 2 khíp quay, t¹i C cã 1 khíp quay, t¹i D cã 2 khíp quay, t¹i E cã 2
khíp quay, t¹i F cã 1 khíp quay).
Sè khíp lo¹i 4 (khíp cao): p4 = 0
W =1
⇒ W = 3n − (2p5 + p4 ) = 3.7 − (2.10 +1.0) ⇒
5
4
E
D
6
C
5
7
3
4
B
1
E
D
2
3
A
A
1
F
2
B
H×nh 1.39
H×nh 1.38
Bµi 3
Sè kh©u ®éng: n = 5
Sè khíp lo¹i 5 (khíp thÊp): p5 = 5 (4 khíp quay: A, B, C, D; 1 khíp tr−ît G)
Sè khíp lo¹i 4 (khíp cao): p4 = 2 (2 khíp cao t¹i E vµ F)
⇒ W = 3n − (2p5 + p4 ) = 3.5− (2.5+1.2) ⇒ W = 3
Trong c¬ cÊu nãi trªn cã 2 bËc tù do thõa: W = 2 , ®ã lµ chuyÓn ®éng quay cña con l¨n 3 vµ
thua
con l¨n 4 quanh trôc cña m×nh.
W =1
Tãm l¹i, bËc tù do cña c¬ cÊu:
Bµi 4
Sè kh©u ®éng: n = 6
17
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Sè khíp lo¹i 5 (khíp thÊp): p5 = 9 (1 khíp quay t¹i A, 1 khíp quay t¹i B, 2 khíp quay t¹i C, 1
khíp quay t¹i D, 1 khíp quay t¹i E, 1 khíp quay t¹i F, 1 khíp quay t¹i G, 1 khíp tr−ît t¹i H.
Sè khíp lo¹i 4 (khíp cao): p4 = 0
⇒ W = 3n − (2p5 + p4 ) = 3.6 − (2.9 +1.0) ⇒ W = 0
Tuy nhiªn, do ®Æc ®iÓm h×nh häc cña c¬ cÊu, nªn khi ch−a nèi ®iÓm C trªn kh©u 3 víi gi¸ b»ng
kh©u 6, khíp quay C vµ khíp tr−ît H th× ®iÓm C trªn kh©u 3 vÉn chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo
®−êng th¼ng ®øng. ViÖc nèi ®iÓm C trªn kh©u 3 víi gi¸ b»ng kh©u 6, khíp quay C vµ khíp
tr−ît H còng chØ cã t¸c dông lµm cho ®iÓm C trªn kh©u 3 chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn theo ph−¬ng
th¼ng ®øng. Do vËy rµng buéc nµy lµ rµng buéc thõa. MÆc kh¸c, viÖc nèi ®iÓm C trªn kh©u 3
víi gi¸ b»ng kh©u 6, khíp quay C vµ khíp tr−ît H t¹o nªn sè bËc tù do b»ng
W = 3n − (2p5 + p4 ) = 3.1− (2.2 +1.0) = −1 (víi n =1, p5 = 2, p4 = 0), tøc lµ t¹o nªn 1 rµng
buéc ⇒ Sè rµng buéc thõa: R =1
thua
A
1
G
B
5
1
2
F
4
E
A
3
E
C
B
con l¨n 3
D
6
D
G
2
5
H
C
H×nh 1.41
F
H×nh 1.40
con l¨n 4
Tãm l¹i, bËc tù do cña c¬ cÊu:
W = 3n − (2p5 + p4 − Rthua ) = 3.6 − (2.9+1.0−1) ⇒
W =1
18
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
CHÆÅNG II
DÁN HÆÅNG CHUYÃN ÂÄNG QUAY
A. Ä LÀN (ROULEMENT)
Cäng nghã thæc hiãn dán hæång chuyãn âäng quay
Âã thæc hiãn dán hæång chuyãn âäng quay, vã màt cäng nghã co thã sæ dung cac loai gäi
âå truc (ä truc) khac nhau.
Ä truc
+ Ä truc âæåc dung âã âå truc, giæ cho truc co vë trê xac âënh trong khäng gian, tiãp nhán
tai trong va truyãn âãn bã may.
+ Tuy theo dang ma sat trong ä phán thanh : ä træåt (ma sat trong ä la ma sat træåt) va ä
làn (ma sat trong ä la ma sat làn).
+ Theo kha nàng tiãp nhán tai trong, phán thanh : ä âå, chëu tai trong hæång tám (tai trong
vuäng goc våi âæång tám ngong truc; ä âå chàn, chëu âäng thåi tai trong hæång tám va tai
trong doc truc; ä chàn, chëu tai trong doc truc.
2A.1. Khai niãm chung
1. Giåi thiãu vã ä làn
Ä làn gäm 4 bä phán chênh : vong trong (3) làp våi ngong truc, vong ngoai (1) làp våi vo
may hay thán may, con làn (3), vong cach (4) (hçnh 2A.1a).
Ma sat sinh giæa vong trong, vong ngoai va con làn la ma sat làn, hã sä ma sat làn tæång
âäi nho → tän thát ma sat rát êt.
B
Vong ngoai
Vong ngoai
Ranh làn
Vong trong
Vong trong
Ranh làn
D
Vong cach
Con làn (bi)
d
Vong cach
Con làn
Ranh làn
Vong cach
Hçnh 2A.1a : Ä bi âå mät day
Khi lam viãc, mät trong hai vong quay, vong kia âæng yãn. Vong cach co tac dung giæ
cho cac con làn khäng tiãp xuc våi nhau → giam mon cho cac con làn. Ranh làn (trong ä bi)
nhàm giam æng suát tiãp xuc σH trãn bi, han chã bi di âäng doc truc.
19
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Con làn co cac loai : bi, âua tru, âua träng, âua cän, âua kim (âua tru nho va dai), âua
(tru) xoàn (con làn hçnh tru räng, lam bàng bàng thep mong cuän lai ⇒ co tênh âan häi cao)
(hçnh 2A.1b).
2. Phán loai ä làn
Theo kha nàng tiãp nhán tai trong, phán thanh :
+ Ä âå : chëu læc hæång tám Fr, khäng chëu hoàc chè chëu mät phán nho læc doc truc Fa.
+ Ä âå chàn : chëu âæåc âäng thåi ca læc hæång tám Fr va læc doc truc Fa.
+ Ä chàn : chè chëu âæåc læc doc truc Fa.
Theo hçnh dang con làn, phán thanh : ä bi (con
làn la viãn bi hçnh cáu) va ä âua (con làn co dang
hçnh âua).
Theo sä day con làn, phán thanh : ä mät day, ä
hai day, ä bän day...
Bi
Âua tru
Våi cung âæång kênh trong d, tuy theo bã räng B
co cå ä khac nhau : ä hep, ä bçnh thæång, ä räng, ä rát
räng.
Våi cung âæång kênh trong d, tuy theo âæång kênh
ngoai D co cac cå ä khac nhau : cå âàc biãt nhe, cå
nhe, cå trung bçnh, cå nàng.
Âua cän
Âua kim
Âua xoàn
Loai va cå ä khac nhau ⇒ kha nàng tai va kha
nàng lam viãc våi ván täc cao se khac nhau.
Theo kha nàng tæ læa cua ä, phán thanh : ä tæ læa
Hçnh 2A.1b : Con làn
va ä khäng tæ læa. Ä tæ læa : màt trong cua vong ngoai la màt cáu ⇒ goc nghiãng giæa âæång
truc vong trong va vong ngoai cho phep tæ 2÷30 (thæång sæ dung cho cac kãt cáu khäng thã
khàc phuc âæåc sai sä vã âäng tám khi làp ghep, âäi våi cac truc dai va bë dan nå nhiãu do
nhiãt âä tàng khi lam viãc).
3. Âä chênh xac chã tao cua ä làn
Âä chênh xac chã tao ä làn quyãt âënh båi âä chênh xac cua cac kêch thæåc làp ghep cac
vong ä va âä chênh xac khi quay (âä âao hæång tám, âä âao doc truc...).
Tiãu chuán quy âënh 5 cáp chênh xac : 0, 6, 5, 4, 2 (theo thæ tæ âä chênh xac tàng dán).
Thæång dung cáp chênh xac 0 (häp giam täc, häp täc âä, cac kãt cáu thäng thæång trong
nganh cå khê). Cáp chênh xac cao hån âæåc dung trong truc chênh may càt kim loai, truc trong
cac dung cu âo chênh xac...
4. Cac loai ä làn thæång dung
Ä làn noi chung âæåc tiãu chuán hoa va âæåc san xuát táp trung trong cac nha may chuyãn män
hoa (tiãu chuán Viãt nam TCVN-3776-83). Co nhiãu loai va nhiãu cå kêch thæåc khac nhau. Å âáy,
giåi thiãu mät sä loai chênh âæåc sæ dung nhiãu nhát.
a) Ä bi âå mät day
Chu yãu chëu læc Fr, âäng thåi co thã chëu âæåc læc Fa nho (khoang 70% læc hæång tám
khäng dung hãt). Goc ngiãng cho phep cua truc : [θ] = 15’ - 20’. Æu âiãm : re tiãn, kãt cáu gäi
âå âån gian, chëu âæåc tai trong tæång âäi lån, hã sä ma sat kha nho. Nhæåc âiãm : chëu tai
trong va âáp kem do tiãp xuc âiãm (hçnh 2A.1a).
20
Bai giang Phán tæ dán hæång - Lã Cung - Bä män Nguyãn ly Chi tiãt may -Khoa Sæ pham ky thuát
Tải về để xem bản đầy đủ
73 trang
18961
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Phần tử dẫn hướng (Dùng cho sinh viên chuyên ngành Sản xuất tự động) - Lê Cung", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_phan_tu_dan_huong_dung_cho_sinh_vien_chuyen_nganh.pdf
