NGUYÊN LÝ MÁY ME3060 GV : Nguyễn Tuấn Khoa Bộ môn Cơ sở thiết kế máy & Robot Địa chỉ: Phòng D3-304 Trường ĐH BKHN Email: khoahust@gmail.com Mục đích Nội dung  Môn học Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề chuyển động tính toán chuyển động cấu máy  Ba vấn đề chung: • Bài toán cấu trúc nhằm nghiên cứu nguyên tắc cấu trúc cấu khả chuyển động cấu tùy theo cấu trúc • Bài toán động học nhằm xác định chuyển động khâu cấu, không xét đến ảnh hưởng lực mà vào quan hệ hình học khâu • Bài toán động lực học nhằm xác định lực tác động lên cấu quan hệ lực với chuyển động cấu Cấu tạo học phần 45 tiết (LT+BT)  Chương 1: CẤU TRÚC CƠ CẤU  Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG  Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG  Chương 4: CÂN BẰNG MÁY  Chương 5: CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY  Chương 6: CƠ CẤU CAM  Chương 7: CƠ CẤU BÁNH RĂNG  Chương 8: HỆ THỐNG BÁNH RĂNG Nhiệm vụ người học  HỌC • Đi học đầy đủ, • Thái độ học tập nghiêm túc, có ý thức xây dựng • Không gây trật tự ảnh hưởng đến lớp  THI: Trắc nghiệm • GK, CK: 30 câu, 40 phút (4 đáp án chọn 1) • Chỉ tính câu làm (sai ko trừ điểm) Tài liệu học tập • SGK: Nguyên lý máy – Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm • BT: BTNLM – Tạ Ngọc Hải • Giáo trình lớp Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU GV : Nguyễn Tuấn Khoa Bộ môn Cơ sở thiết kế máy & Robot Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU Động đốt Tay kẹp robot Hộp số sàn Robot PUMA Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.1 Khâu chi tiết máy Chi tiết máy ? Máy tháo rời thành nhiều phận khác nhau, phận tháo rời gọi chi tiết máy Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.1 Khâu chi tiết máy Khâu ? Trong cấu máy, toàn phận có chuyển động tương đối so với phận khác gọi khâu Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.2 Nối động, thành phần khớp động khớp động Bậc tự ? • Một khả chuyển động độc lập hệ quy chiếu  bậc tự • Giữa hai khâu mặt phẳng tối đa btd: Tx, Ty, Qz • Giữa hai khâu không gian tối đa btd: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.2 Nối động, thành phần khớp động khớp động Nối động ? Để tạo thành cấu, khâu để rời mà phải liên kết với theo quy cách xác định cho sau nối khâu có khả chuyển động tương đối  nối động khâu Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.2 Nối động, thành phần khớp động khớp động Thành phần khớp động, khớp động ? Chỗ tiếp xúc khâu gọi thành phần khớp động Tập hợp hai thành phần khớp động hai khâu khớp động Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.3 Phân loại khớp động Theo số btd bị hạn chế khớp loại i  hạn chế i btd Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.3 Phân loại khớp động Theo đặc điểm tiếp xúc • Khớp cao: thành phần khớp động điểm hay đường • Khớp thấp: thành phần khớp động mặt Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.4 Lược đồ Lược đồ khớp Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, khớp biểu diễn hình vẽ lược đồ quy ước Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.5 Chuỗi động , cấu, máy Chuỗi động tạo thành nhiều khâu nối với Cơ cấu chuỗi động có khâu cố định chuyển động theo quy luật xác định Khâu cố định gọi giá Máy hay nhiều cấu kết hợp lại để truyền hay biến đổi lượng cố định Chuỗi động tập hợp Cơ cấu Máy khâu Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.5 Chuỗi động, cấu, máy B 2 B A CC Tay quay trượt A CC Culit B C B A C C E D A D C F CC hỗn hợp bốn khâu lề - tay quay trượt CC Bốn khâu lề Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.5 Chuỗi động , cấu, máy  PE Động đốt (V)  PC C E D   B  1 A Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1 Khái niệm 1.1.5 Chuỗi động , cấu, máy Máy bào E D B ω1 A 10 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2 Bậc tự cấu 1.2.1 Công thức tổng quát Bậc tự cấu số thông số độc lập cần thiết để xác định hoàn toàn vị trí cấu, số khả chuyển động tương đối độc lập cấu Công thức tính W  6n – ( jp j – R tr – R th ) – Wth n : số khâu động cc pj : số khớp loại j cc Rtr : số ràng buộc trùng cc Rth : số ràng buộc thừa cc W th : số bậc tự thừa cc btd? Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2 Bậc tự cấu 1.2.2 Công thức cấu phẳng Công thức tính W  3n – (2T  C – R tr – R th ) – Wth n : số khâu động cc phẳng T(p5) : số khớp thấp cc phẳng C(p4) : số khớp cao cc phẳng Rtr : số ràng buộc trùng Rth : số ràng buộc thừa W th : số bậc tự thừa 11 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2 Bậc tự cấu 1.2.2 Công thức cấu phẳng Q z2 Ràng buộc trùng Giả sử lấy khớp B làm khớp đóng kín Khi nối khâu 1- khâu 3, khâu - khâu khớp A C, khâu quay tương đối so với khâu quanh trục Oz, tức có ràng buộc gián tiếp Qz khâu khâu Khi nối trực tiếp khâu khâu khớp đóng kín B, khớp B lại tạo thêm ràng buộc Qz Như vậy, có ràng buộc trùng: Rtrùng = Bậc tự cấu ( n = 2, T = 2, C = 0) : W = 3x2 – ( 2x3 – ) = btd Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2 Bậc tự cấu 1.2.2 Công thức cấu phẳng Ràng buộc thừa a) b) Hình a) n = 4, T = 6, btd hệ: W=3n-(2T+C) =3.4-(2.6+0) = (khung tĩnh định) Hình b) lAB = lCD = lEF; lAF = lBE; lBC = lAD hệ chuyển động ( btd > 0) Vì sao? Chưa nối khâu khâu khâu hai khớp quay E, F hệ cấu bốn khâu lề phẳng có bậc tự W = Do đặc điểm hình học cấu, khoảng cách hai điểm E khâu điểm F khâu với lAF = lBE không đổi cấu chuyển động Việc nối điểm E khâu điểm F khâu khâu hai khớp quay E, F để giữ cho hai điểm E, F cách khoảng không đổi => ràng buộc thừa Khi thêm khâu hai khớp quay E, F vào cấu tạo thêm cho cấu bậc tự (n = 1, p5 = 2): W=3.n-(2T+C)=3.1-(2.2)= -1 Số ràng buộc thừa: Rthừa = 12 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2 Bậc tự cấu 1.2.2 Công thức cấu phẳng Bậc tự thừa Cơ cấu cam: a) n = 2, T = 2, C = 1, W = 3.2–(2.2+1) = btd b) n = 3, T =3, C = 1, W = 3.3–(2.3+1) = btd ? Chuyển động lăn lăn quanh khớp B không làm ảnh hưởng đến chuyển động cấu nên không tính bậc tự cấu => btd thừa Vậy W = 3.3–(2.3+1) – = btd a) b) Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2 Bậc tự cấu 1.2.3 Ý nghĩa bậc tự Ý nghĩa btd Tính bậc tự hai cấu trên? E • Số bậc tự cấu số thông số vị trí cần cho trước để vị trí toàn cấu hoàn toàn xác định • Số bậc tự cấu số quy luật chuyển động cần cho trước, để quy luật chuyển động cấu hoàn toàn xác định (hay số động dẫn động cần thiết) 13 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3 Nhóm Atxua xếp hạng cấu 1.3.1 Nhóm Atxua ~Nhóm tĩnh định Cơ cấu khâu lề Tách khỏi cấu khâu dẫn giá 4, lại nhóm gồm hai khâu nối với khớp quay C Ngoài khâu thành khớp gọi khớp chờ: khớp chờ B khớp chờ C Như nhóm lại gồm có hai khâu (n = 2) ba khớp quay (p5 = 3), bậc tự nhóm: W = 3.2 – 2.3 = Đây nhóm tĩnh định cho trước vị trí khớp chờ vị trí khớp C hoàn toàn xác định Nhóm tĩnh định nhóm có bậc tự tách thành nhóm nhỏ có bậc tự Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3 Nhóm Atxua xếp hạng cấu 1.3.1 Nhóm Atxua ~Nhóm tĩnh định Nhóm Atxua hạng Nhóm tĩnh định có hai khâu ba khớp gọi nhóm Atxua hạng Năm loại nhóm Atxua hạng Nhóm Atxua có hạng cao Nếu khớp nhóm tĩnh định tạo thành đa giác hạng nhóm Atxua lấy số đỉnh đa giác, tạo thành nhiều đa giác hạng nhóm lấy số đỉnh đa giác nhiều đỉnh 14 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3 Nhóm Atxua xếp hạng cấu 1.3.1 Nhóm Atxua ~Nhóm tĩnh định Nhóm Atxua có hạng cao Ví dụ cấu hình tách thành khâu dẫn nối giá khớp nhóm tĩnh định BCDEG Các khớp chờ khớp B, E, G Các khớp C, D, E Nhóm có đa giác khép kín CDF có ba đỉnh nên nhóm hạng Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3 Nhóm Atxua xếp hạng cấu 1.3.2 Xếp hạng cấu Hạng cấu + Cơ cấu hạng cấu có khâu động nối với giá khớp quay, ví dụ cấu roto máy điện + Cơ cấu có số khâu động lớn coi tổ hợp hay nhiều cấu hạng với số nhóm Atxua Nếu cấu có nhóm Atxua hạng cấu hạng nhóm Nếu cấu có nhiều nhóm Atxua hạng cấu lấy hạng nhóm Atxua có hạng cao Xếp hạng cấu sau? 15 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3 Nhóm Atxua xếp hạng cấu 1.3.2 Xếp hạng cấu Hình Số khâu động: n = Số khớp loại (khớp thấp): (5 khớp quay A, B, C, D, E khớp trượt C,E) Số khớp loại (khớp cao): p5 = 7, p4 = ⇒ W=3n−(2p5 +p4)=3.5−(2.7+1.0) =1 Hạng cấu : Hình Số khâu động: n = Số khớp loại (khớp thấp): 10 khớp quay: A có khớp quay có khâu nối động với nhau, B có khớp quay, C có khớp quay, D có khớp quay, E có khớp quay, F có khớp quay) p5 = 10, p4 = ⇒ W=3n−(2p5 +p4)=3.7−(2.10+1.0) =1 Hạng cấu : • Cơ cấu = Các nhóm Atxua + Các khâu dẫn 16 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3 Nhóm Atxua xếp hạng cấu 1.3.3 Thay khớp cao khớp thấp Trong cấu phẳng, thường có khớp cao loại 4, để tách thành nhóm tĩnh định cấu phẳng toàn khớp thấp phải thay khớp cao thành khớp thấp đảm bảo chuyển động cấu Thay khớp cao khớp thấp phải đảm bảo hai điều kiện: + bậc tự cấu không đổi + quy luật chuyển động không đổi - Nguyên tắc: dùng khâu hai khớp lề đặt lề tâm cong thành phần khớp cao điểm tiếp xúc - Ví dụ: Thay khớp cao khớp thấp cấu cam cần lắc đáy 17 ... TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm 1. 1 .1 Khâu chi tiết máy Chi tiết máy ? Máy tháo rời thành nhiều phận khác nhau, phận tháo rời gọi chi tiết máy Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm 1. 1 .1 Khâu chi tiết... niệm 1. 1.5 Chuỗi động , cấu, máy  PE Động đốt (V)  PC C E D   B  1 A Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm 1. 1.5 Chuỗi động , cấu, máy Máy bào E D B 1 A 10 Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 2 Bậc... Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm 1. 1.4 Lược đồ Lược đồ khớp Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, khớp biểu diễn hình vẽ lược đồ quy ước Chương CẤU TRÚC CƠ CẤU 1. 1 Khái niệm 1. 1.5 Chuỗi động , cấu,