Nguyên lý máy - Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp

HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.01 Planar Mechanism with Lower Pairs 8. CƠ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.02 Planar Mechanism with Lower Pairs §1. Đại cương - Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp là cơ cấu phẳng trong đó khớp động giữa các khâu là khớp thấp (khớp tịnh tiến loại 5 hay khớp bản lề) - Được sử dụng nhiều trong thực tế kỹ thuật + Cơ cấu culít dùng trong máy bào + Cơ cấu tay quay - con trượt dùng trong động cơ nổ, máy ép trục khủy, … + Cơ cấu 4 khâu bản lề dùng trong hệ thống giảm chấn của xe đạp, … cF r A C B D E F 1ω 543 2 1 A B C e 1B 2B 1 2 3 1ω HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.03 Planar Mechanism with Lower Pairs §1. Đại cương - Ưu điểm + Thành phần tiếp xúc là mặt nên áp suất tiếp xúc nhỏ → bền mòn và khả năng truyền lực cao + Chế tạo đơn giản và công nghệ gia công khớp thấp tương đối hoàn hảo→ chế tạo và lắp ráp dễ đạt độ chính xác cao + Không cần các biện pháp bảo toàn như ở khớp cao + Dễ dàng thay đổi kích thước động của cơ cấu bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các bản lề. Việc này khó thực hiện ở các cơ cấu với khớp cao - Nhược điểm + Việc thiết kế các cơ cấu này theo những điều kiện cho trước rất khó→ khó thực hiện chính xác bất kỳ quy luật chuyển động cho trước nào 1 2 3 A C D B HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.04 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 1. Cơ cấu bốn khâu bản lề (four bar linkage) A B C D 1ω 3ω 1 2 3 4 rocker - crank - Cơ cấu có 4 khâu nối với nhau bằng 4 khớp bản lề + khâu 4 cố định: giá (frame) + khâu 2 đối diện với giá: thanh truyền (coupler) + 2 khâu còn lại quay được toàn vòng: tay quay (crank) không quay được toàn vòng: tay quay (rocker) crank - rocker crank - crank rocker - rocker HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.05 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể - Được dùng nhiều trong thực tế + khâu 1 quay, khâu 3 quay: cơ cấu hình bình hành, … + khâu 1 quay, khâu 3 lắc: cơ cấu ba-tăng máy dệt, … + khâu 1 lắc, khâu 3 lắc: cơ cấu đo vải, … + khâu 1 lắc, khâu 3 quay: cơ cấu bàn đạp máy may, … 1. Cơ cấu bốn khâu bản lề (four-bar linkage) HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.06 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề A B C D y y e 1ω 1 2 3 A B C D y y1ω 1 2 3 cơ cấu tay quay - con trượt lệch tâm cơ cấu tay quay - con trượt chính tâm A B C 3ω D y y 1ω 1 2 3 ↓ ∞ - Xét cơ cấu 4 khâu bản lề, cho khớp D lùi ra ∞ theo phương AD → cơ cấu tay quay - con trượt ⊥ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.07 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề - Từ cơ cấu tay quay - con trượt chính tâm, đổi khâu 1 làm giá→ cơ cấu cu-lít A B C D y y1ω 1 2 3 A C B 2ω D 2 3 41 ⇒ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.08 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề - Từ cơ cấu tay quay - con trượt chính tâm, đổi khâu 2 làm giá→ cơ cấu cu-lít A B C D y y1ω 1 2 3 ⇒ A C B D 2 3 4 1 A C B 1ω D 1 2 4 3 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.09 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề - Từ cơ cấu cu-lít, cho khớp B lùi ra ∞ theo phương của giá 1 → cơ cấu tang ⇒ A C D B ↑ ϕ 1 2 3 4 A C B 2ω D 2 3 41 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.10 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề - Từ cơ cấu cu-lít, cho khớp A lùi ra ∞ theo phương của giá 1 → cơ cấu sin ⇒ A C B 2ω D 2 3 41 B Cϕ A ↓ ∞ 1 2 3 4 A B C ↓ ∞ 1 234 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.11 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề - Từ cơ cấu sin, đổi khâu 4 làm giá→ cơ cấu ellipse ⇒ A B C ↓ ∞ 1 234 B C 1 234 A ↓ ∞ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.12 Planar Mechanism with Lower Pairs §2. Cơ cấu bốn khâu bản lề và các biến thể 2. Các biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề - Từ cơ cấu sin, đổi khâu 2 làm giá→ cơ cấu oldham ⇒ A B C ↓ ∞ 1 234 BC 1 23 4 BC 1 2 3 4 AB C D 1ω 3ω 2ω 1 2 3 4 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.13 Planar Mechanism with Lower Pairs §3. Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 1. Tỉ số truyền - Tỉ số truyền giữa hai khâu tùy ý của một cơ cấu là tỉ số vận tốc góc giữa hai khâu đó 3 1 13 ω ω ≡i - Tỉ số truyền của cơ cấu là tỉ số truyền giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn của cơ cấu - Trong cơ cấu 4 khâu bản lề + khâu dẫn 1 quay đều với vận tốc góc ω1 + khâu 2 chuyển động song phẳng với vận tốc góc ω2 + khâu bị dẫn 3 quay với vận tốc góc ω3 3 2 23 2 1 12 , ω ω ω ω ≡≡ ii HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.14 Planar Mechanism with Lower Pairs §3. Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 1. Tỉ số truyền - Định lý Kennedy: Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, tâm quay tức thời trong chuyển động tương đối giữa hai khâu đối diện là giao điểm giữa hai đường tâm của hai khâu còn lại A B C D 1ω 3ω 2ω 13P 24P 1 2 3 4 13 13 13 13 13 13 3 1 13 AP DP DP P AP P l l l V l V i === ω ω - Định lý Willis: Trong cơ cấu bốn khâu bản lề, đường thanh truyền chia đường giá ra làm hai phần tỉ lệ nghịch với vận tốc của hai khâu nối giá Công thức trên được phát biểu dưới dạng định lý sau HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.15 Planar Mechanism with Lower Pairs §3. Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 1. Tỉ số truyền - Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 3 1 13 13 13 ω ω == AP DP l l i + Tỉ số truyền là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vị trí cơ cấu + P13 chia ngoài đoạn AD→ i13 > 0: ω1 cùng chiều ω3 A B C D 1ω 13P 3ω13P V r 13P A DB C 1ω 13P V r 3ω P13 chia trong đoạn AD→ i13 < 0: ω1 ngược chiều ω3 A 1C 2C 2B 1B 1ω B C 3ω HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.16 Planar Mechanism with Lower Pairs §3. Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 1. Tỉ số truyền + Khi tay quay AB và thanh truyền BC duỗi thẳng hay dập nhau, tức P13 ≡ A, khâu 3 đang ở vị trí biên và chuẩn bị đổi chiều quay - Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề + Nếu AB = CD, AD = BC : cơ cấu hình bình hành → khâu dẫn và khâu bị dẫn quay cùng chiều và cùng vận tốc 1 3 1 1313 ==⇒∞→ ω ω iP 1O 2O 3O 1A 2A 3A A1C 2C 2B 1B 1ω B C dϕ vϕ 3ω θ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.17 Planar Mechanism with Lower Pairs §3. Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 2. Hệ số năng suất - Khâu dẫn có hai hành trình + hành trình đi ứng với góc ϕd + hành trình về ứng với góc ϕv + thông thường ϕd ≠ ϕv - Xét cơ cấu 4 khâu bản lề như hình, nếu chọn hành trình về là hành trình làm việc, hành trình đi là hành trình chạy không - Hệ số năng suất là tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian chạy không trong một chu kỳ làm việc của cơ cấu - Hệ số năng suất dùng đánh giá mức độ làm việc của cơ cấu - Hệ số năng suất phụ thuộc + kết cấu của cơ cấu + chiều quay của khâu dẫn ω1 + chiều công nghệ của khâu bị dẫn A B C D 1ω 1l || 32 ll − 2l 3l 2B 2B 2l 3l}{ 1B }{ 2B HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.18 Planar Mechanism with Lower Pairs §3. Đặc điểm động học cơ cấu 4 khâu bản lề 3. Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá - Điều kiện quay toàn vòng của khâu 1 + Tháo khớp B→ xét quỹ tích B1 và B2 ),(}{ 11 lAOB = |)|,(),(}{ 32321 llDOllDOB −−+= + Khâu 1 quay toàn vòng }{}{ 21 BB ⊂⇔    +≥+ −≤− ⇒ 1432 1432 |||| llll llll → Điều kiện quay toàn vòng của khâu nối giá: khâu nối giá quay được toàn vòng khi và chỉ khi quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền kề với nó - Điều kiện quay toàn vòng của khâu 3 → tương tự AB C e 2l 2l θ 1B 2B }{ 1B 13P }{ 2B ↑ D ∞ x x 2 31 1∆ 2∆ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.19 Planar Mechanism with Lower Pairs §4. Đặc điểm động học cơ cấu biến thể 1. Cơ cấu tay quay – con trượt lệch tâm - Tỉ số truyền 3/1/ 1313 PP VV = CAP Vl =⇒ 131ω 13 11 13 APC lV i =≡ ω ⇒ - Hệ số năng suất θ θ − + = 0 0 180 180 k - Điều kiện quay toàn vòng }{}{ 21 BB ⊂    ≤+ ≤− ⇒ 21 21 lel lel 21 lel ≤+⇒ đk khâu 1 quay toàn vòng A D B 1 13P lvϕ ckϕ ψ 2B1B 2/ 1 2 3 C ∞→ HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.20 Planar Mechanism with Lower Pairs §4. Đặc điểm động học cơ cấu biến thể 2. Cơ cấu cu-lít 3/1/ 1313 PP VV = - Tỉ số truyền: Tâm quay tức thời của khâu 1 và 3 là giao điểm của BC và AD 13 13 3 1 13 AP CP l l i ==⇒ ω ω 1313 31 CPAP ll ωω =⇒ - Hệ số năng suất ψ ψ − + = 0 0 180 180 k }{}{ 21 BB ⊂⇒    + Khâu 1 - Điều kiện quay toàn vòng Để khâu 3 quay toàn vòng, l1 ≥ l4 → khâu 1 luôn quay được toàn vòng + Khâu 3→ ? ),(}{ 11 lAOB = 2 2}{ RB = Khi l1 = l4 : const l l i AP DP ==== 2 13 13 3 1 13 ω ω AB ϕ 13P C ∞→ 1 2 3 A B ϕ 13P C ∞→ 1 2 3 HCM City Univ. of Technology, Mechanical Engineering Department Nguyen Tan Tien Theory of Machine 8.21 Planar Mechanism with Lower Pairs §4. Đặc điểm động học cơ cấu biến thể 3. Cơ cấu sin - Tỉ số truyền: Tâm quay tức thời của khâu 1 và 3 là giao điểm của BC và AD )( xxADD ⊥⇒∞→ 3/1/ 1313 PP VV = - Hệ số năng suất: k = 1 - Điều kiện quay toàn vòng: Khâu 1 luôn quay được toàn vòng CAP VVl ==⇒ 31 13ω 13 1 3 1 13 APlV i ==⇒ ω