Chơng 3: Cơ cấu Phẳng toàn khớp thấp 1. Khái niệm chung 1.1. Định nghĩa, Đặc điểm, ứng dụng Cơ cấu phẳng trong đó khớp động giữa các khâu là khớp thấp, đợc gọi là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp. Ưu điểm so với cơ cấu có khớp cao: - Tiếp xúc mặt độ cứng vững cao, khả năng truyền lực lớn. - Cấu tạo đơn giản, Công nghệ chế tạo thành phần khớp thấp đ tơng đối hoàn hảo ã dễ đảm bảo độ chính xác yêu cầu. - Không cần biện pháp bảo toàn khớp. - Có thể thay đổi kích thớc động của các khâu. Nhợc điểm: - Khó thiết kế cơ cấu theo những quy luật chuyển động cho trớc. Nếu đợc thì số khâu, khớp có thể rất lớn sai số tĩch luỹ trong chế tạo, lắp ráp làm sai quy luật chuyển động, có thể dẫn đến tự h m. ã ứng dụng - Thực hiện một quy luật chuyển động nào đó; - Thực hiện một quỹ đạo chuyển động nào đó; - Tổ hợp thành cơ cấu phẳng nhiều khâu. 1.2. Điều kiện phẳng Các khớp bản lề của cơ cấu phải có đờng trục song sog với nhau. Các khớp trợt phải có phơng trợt vuông góc với các đờng trục bản lề. Điều kiện này gọi là điều kiện phẳng của cơ cấu. Sai số về chế tạo và lắp ráp cũng gây nên sai số về điều kiện phẳng gây ra các hậu quả không có lợi. Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp có 4 khâu gọi là cơ cấu 4 khâu phẳng. Nếu các khớp đều là khớp bản lề loại 5 thì cơ cấu gọi là cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng. Trong cơ cấu 4 khâu bản lề: khâu đối diện với giá gọi là thanh truyền, hai khâu nối giá còn lại nếu quay đợc toàn vòng gọi là tay quay, nếu không gọi là thanh lắc. 2. Cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng 2.1. Tỷ số truyền Định nghĩa Tỷ số truyền giữa hai khâu động trong cơ cấu j và k là: i jk > 0 khi i và j quay cùng chiều. Tỷ số truyền của cơ cấu là tỷ số truyền giữa khâu dẫn và khâu bị dẫn nối giá của cơ cấu đó. Để tính tỷ số truyền giữa hai khâu có thể sử dụng phơng pháp phân tích động học cơ cấu tính vận tốc góc của hai khâu. ở đây ta sử dụng phơng pháp tâm quay tức thời. Định lý Kennedy 1847-1928 Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, tâm quay tức thời trong chuyển động tơng đối giữa hai khâu đối diện là giao điểm của hai đờng tâm của hai khâu còn lại. Chứng minh: k j i = jk Định lý Willis 1800-1875 Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, đờng thanh truyền chia đ ờng giá thành hai đoạn tỷ lệ nghịch với vận tốc của hai khâu nối giá. Chứng minh: Nhận xét: - Tỷ số truyền i của cơ cấu là một đại lợng biến thiên; - Dấu của tỷ số truyền; - Hệ số về nhanh k của cơ cấu (4 khâu bản lề và hình bình hành). P 1,3 P 2,0 A B C D 1 2 3 0 Đặc điểm truyền động của cơ cấu 4 khâu bản lề 2.2. Điều kiện quay toàn vòng động học của khâu nối giá Tởng tợng tháo khớp B, để khâu 1 quay đợc toàn vòng quỹ đạo của B 1 phải nằm trọn trong quỹ đạo của B 2 . Một khâu nối giá quay đợc toàn vòng khi và chỉ khi quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền kề nó. Định lý Grashop 1826-1893 Cơ cấu bốn khâu bản lề có khâu quay đợc toàn vòng khi và chỉ khi tổng chiều dài của khâu ngắn nhất và khâu dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng tổng chiều dài của hai khâu kia. Khi chọn khâu kề với khâu ngắn nhất làm giá, khâu ngắn nhất sẽ là tay quay còn khâu đối diện với nó là thành lắc. Khi chọn khâu ngắn nhất làm giá, cả hai khâu nối giá đều là tay quay. Khi chọn khâu đối diện với khâu ngắn nhất làm giá, cả hai khâu nối giá đều là thanh lắc, còn khâu ngắn nhất quay toàn vòng. 3. Cơ cấu tay quay con tr&ợt 3.1. Định nghĩa Cơ cấu tay quay con trợt là một dạng biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngợc lại. C¬ cÊu tay quay con trît lµ d¹ng biÕn thÓ cña c¬ cÊu 4 kh©u b¶n lÒ A B C D ∞ e 2 3 1 3.2. Quan hệ vận tốc - Xác định tâm quay tức thời P13. V 3 = 1 . AP Tỷ số này là một đại lợng biến thiên phụ thuộc vào vị trí của cơ cấu. - Đoạn C'C" = H gọi là hành trình của con lắc. - Hệ số về nhanh; k=1 khi e =0 (cơ cấu TQCT chính tâm) 3.3. Điều kiện quay toàn vòng l 1 + e l 2 4. Cơ cấu Cu lít 4.1. Định nghĩa Cơ cấu cu lít là một dạngbiến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề dùng để biến chuyển động quay toàn vòng của khâu 1 thành chuyển động quay liên tục hoặc lắc qua lại của khâu 3. 4.2. Quan hệ vận tốc - Xác định tâm quay tức thời P 13 . - Tỷ số truyền i 13 là một đại lợng phụ thuộc vào vị trí cơ cấu. - Khi AB=AD thì i 13 = 2 = const - Hệ số về nhanh: + == 180 180 k CK LV AP DP i 3 1 13 == 4.3. §iÒu kiÖn quay toµn vßng - Kh©u 1 bao giê còng quay toµn vßng. Cu lÝt 3 quay toµn vßng khi l 1 ≥ l o . 5. Tổng hợp cơ cấu 4 khâu phẳng Quá trình thiết kế máy mới gồm: - Chọn lợc đồ cơ cấu; - Xác định các kích thớc động học của các khâu; - Tính sức bền và xác định kích thớc cấu tạo của khâu; - Kiểm nghiệm; - Nghiên cứu công nghệ chế tạo và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật. - Xác định các kích thớc động nhằm thoả m n các yêu cầu về ã hình học (vị trí, quỹ đạo ), động học (vận tốc gia tốc ); động lực học (hiệu suất của cơ cấu ). Tổng hợp cơ cấu vì thế có thể là: hình học, động học hay động lực học. - Việc tổng hợp động họccơ cấu phẳng toàn khớp thấp nhằm giải quyết hai bài toán: - Thực hiện một quy luật chuyển động cho trớc; - Thực hiện một quỹ đạo cho trớc. - Việc tổng hợp có thể là chính xác hoặc gần đúng. Khi sử dụng phơng pháp gần đúng thì phải đánh giá đợc sai số giữa chuyển động thực và quy luật chuyển động cho trớc. . + == 180 180 k CK LV AP DP i 3 1 13 == 4 .3. §iÒu kiÖn quay toµn vßng - Kh©u 1 bao giê còng quay toµn vßng. Cu lÝt 3 quay toµn vßng khi l 1 ≥ l o . 5. Tổng hợp cơ cấu 4 khâu phẳng Quá trình thiết kế máy mới. A B C D ∞ e 2 3 1 3. 2. Quan hệ vận tốc - Xác định tâm quay tức thời P 13. V 3 = 1 . AP Tỷ số này là một đại lợng biến thiên phụ thuộc vào vị trí của cơ cấu. - Đoạn C'C" = H gọi là hành trình. lắc qua lại của khâu 3. 4.2. Quan hệ vận tốc - Xác định tâm quay tức thời P 13 . - Tỷ số truyền i 13 là một đại lợng phụ thuộc vào vị trí cơ cấu. - Khi AB=AD thì i 13 = 2 = const - Hệ số