Bài giảng Nguyên lý máy - Nguyễn Chí Hưng
Cấu tạo học phần
45 tiết (LT+BT)
Chương 1: CẤU TRÚC CƠ CẤU 3t
Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 5t
Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG 3t
Chương 4: CÂN BẰNG MÁY 3t
Chương 5: CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY 6t
Chương 6: CƠ CẤU CAM 6t
Chương 7: CƠ CẤU BÁNH RĂNG 11t
Chương 8: HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 2t
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nguyên lý máy - Nguyễn Chí Hưng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Nguyên lý máy - Nguyễn Chí Hưng
![Bài giảng Nguyên lý máy - Nguyễn Chí Hưng Bài giảng Nguyên lý máy - Nguyễn Chí Hưng](https://s1.tailieuvn.net/xb70nb5jd4llaq8g/thumb/2021/12/02/bai-giang-nguyen-ly-may-nguyen-chi-hung_InQzhA7CCJ.jpg)
NGUYÊN LÝ MÁY ME3060 TS. Nguyễn Chí Hưng BM: Cơ sở thiết kế máy và robot Email: hungnc-sme@mail.hut.edu.vn Mục đích và Nội dung chính Môn học Nguyên lý máy nghiên cứu vấn đề chuyển động và tính toán chuyển động của cơ cấu và máy. Ba vấn đề chung: • Bài toán cấu trúc nhằm nghiên cứu các nguyên tắc cấu trúc của cơ cấu và khả năng chuyển động của cơ cấu tùy theo cấu trúc của nó. • Bài toán động học nhằm xác định chuyển động của các khâu trong cơ cấu, khi không xét đến ảnh hưởng của các lực mà chỉ căn cứ vào quan hệ hình học của các khâu. • Bài toán động lực học nhằm xác định lực tác động lên cơ cấu và quan hệ giữa các lực này với chuyển động của cơ cấu. Cấu tạo học phần 45 tiết (LT+BT) Chương 1: CẤU TRÚC CƠ CẤU 3t Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 5t Chương 3: PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG 3t Chương 4: CÂN BẰNG MÁY 3t Chương 5: CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY 6t Chương 6: CƠ CẤU CAM 6t Chương 7: CƠ CẤU BÁNH RĂNG 11t Chương 8: HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 2t Nhiệm vụ người học HỌC • Đi học đầy đủ, đúng giờ • Thái độ học tập nghiêm túc, có ý thức xây dựng bài • Không gây mất trật tự ảnh hưởng đến lớp THI • Giữa kỳ 40% C1-C4 + Cuối kỳ C5-C8 (Trắc nghiệm) Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.1. Khâu và chi tiết máy Máy có thể tháo rời ra thành nhiều bộ phận khác nhau, bộ phận không thể tháo rời ra được nữa gọi là chi tiết máy Chi tiết máy ? Trong cơ cấu và máy, toàn bộ những bộ phận có chuyển động tương đối so với các bộ phận khác gọi là khâu Khâu ? Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.1. Khâu và chi tiết máy Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động • Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ quy chiếu một bậc tự do • Giữa hai khâu trong mặt phẳng 3 btd: Tx, Ty, Qz • Giữa hai khâu trong không gian 6 btd: Tx, Ty, Tz, Qx, Qy, Qz Bậc tự do ? Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động Để tạo thành cơ cấu, các khâu không thể để rời nhau mà phải được liên kết với nhau theo một quy cách xác định nào đó sao cho sau khi nối nhau các khâu vẫn còn có khả năng chuyển động tương đối nối động các khâu Nối động ? Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động Chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu gọi là thành phần khớp động. Tập hợp hai thành phần khớp động của hai khâu là một khớp động Thành phần khớp động, khớp động ? Chương 1 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 1 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 là điểm hay đường • Khớp thấp: thành phần khớp động là mặt Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.4. Lược đồ Lược đồ khớp Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, các khớp được biểu diễn trên những hình vẽ bằng những lược đồ quy ước Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.4. Lược đồ • Các thông số xác định vị trí tương đối giữa các thành phần khớp động trên cùng một khâu gọi là các kích thước động của khâu Lược đồ khâu • Các khâu cũng được thể hiện qua các lược đồ đơn giản lược đồ khâu Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy Chuỗi động tạo thành do nhiều khâu nối với nhau. Cơ cấu là một chuỗi động có một khâu cố định và các khâu khác chuyển động theo quy luật xác định. Khâu cố định được gọi là giá Máy là một hay nhiều cơ cấu kết hợp lại để truyền hay biến đổi năng lượng. Chuỗi động Cơ cấu Máy cố định 1 khâu tập hợp Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.5. Chuỗi động, cơ cấu, máy CC Culit CC Tay quay con trượt D C B A 1 2 3 4 C B A 4 3 21 CC Bốn khâu bản lề A B C 1 2 3 4 CC hỗn hợp bốn khâu bản lề - tay quay con trượt A B C D E F 1 2 3 4 5 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy Động cơ đốt trong 1 A B C D E 35 4 2 1 CP EP Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.1. Khái niệm 1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy Máy bào A B D E ω1 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.1. Công thức tổng quát Bậc tự do của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để xác định hoàn toàn vị trí của cơ cấu, cũng là số khả năng chuyển động tương đối độc lập của cơ cấu đó. Công thức tính n : số khâu động của cc pj : số khớp loại j trong cc Rtr : số ràng buộc trùng của cc Rth : số ràng buộc thừa của cc Wth : số bậc tự do thừa của cc btd? 5 j tr th th 1 W 6n jp R R W– ( – – ) – Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng Công thức tính n : số khâu động của cc phẳng T : số khớp thấp trong cc phẳng C : số khớp cao trong cc phẳng Rtr : số ràng buộc trùng Rth : số ràng buộc thừa Wth : số bậc tự do thừa tr th th W 3n 2T C R R W– ( – – ) – Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng Ràng buộc trùng Giả sử lấy khớp B làm khớp đóng kín. Khi nối khâu 1- khâu 3, khâu 2 - khâu 3 bằng các khớp A và C, khâu 2 không thể quay tương đối so với khâu 1 quanh trục Oz, tức là có một ràng buộc gián tiếp Qz giữa khâu 1 và khâu 2. Khi nối trực tiếp khâu 1 và khâu 2 bằng khớp đóng kín B, khớp B lại tạo thêm ràng buộc Qz. Như vậy, ở đây có một ràng buộc trùng: Rtrùng = 1 Bậc tự do của cơ cấu ( n = 2, T = 2, C = 0) : W= 3x2 – ( 2x3 – 1 ) = 1 btd Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng Ràng buộc thừa Hình a) n = 4, T = 6, btd của hệ: W=3n-(2T+C) =3.4-(2.6+0) = 0 (khung t.định) Hình b) lAB = lCD = lEF; lAF = lBE; lBC = lAD thì hệ sẽ chuyển động được ( btd > 0) Vì sao? Chưa nối khâu 2 và khâu 4 bằng khâu 5 và hai khớp quay E, F thì hệ là một cơ cấu bốn khâu bản lề phẳng có bậc tự do W = 1. Do đặc điểm hình học của cơ cấu, khoảng cách giữa hai điểm E của khâu 2 và điểm F của khâu 4 với lAF = lBE không đổi khi cơ cấu chuyển động. Việc nối điểm E của khâu 2 và điểm F của khâu 4 bằng khâu 5 và hai khớp quay E, F chỉ để giữ cho hai điểm E, F cách nhau một khoảng không đổi => ràng buộc thừa. Khi thêm khâu 5 và hai khớp quay E, F vào cơ cấu sẽ tạo thêm cho cơ cấu một bậc tự do bằng (n = 1, T = 2):W=3.n-(2T+C)=3.1-(2.2+0)= -1. Số ràng buộc thừa: Rth = 1 . b) a) Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.2. Công thức cơ cấu phẳng Bậc tự do thừa Cơ cấu cam: a) n = 2, T = 2, C = 1, W = 3.2–(2.2+1) = 1 btd b) n = 3, T =3, C = 1, W = 3.3–(2.3+1) = 2 btd ? Chuyển động lăn của con lăn 2 quanh khớp B không làm ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu nên không được tính là bậc tự do của cơ cấu => btd thừa. Vậy W= 3.3–(2.3+1) – 1 = 1 btd b) a) Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.2. Bậc tự do của cơ cấu 1.2.3. Ý nghĩa của bậc tự do Ý nghĩa btd • Số bậc tự do của cơ cấu bằng số thông số vị trí cần cho trước để vị trí của toàn bộ cơ cấu hoàn toàn xác định. • Số bậc tự do của cơ cấu bằng số quy luật chuyển động cần cho trước, để quy luật chuyển động của cơ cấu hoàn toàn xác định (hay số động cơ dẫn động cần thiết) Tính bậc tự do của hai cơ câu trên? Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3. Xếp hạng cơ cấu phẳng 1.3.1. Nhóm atxua – hạng của nhóm Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 1.3. Xếp hạng cơ cấu phẳng 1.3.1. Nhóm atxua – hạng của nhóm Bài tập Bài tập Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG GV: TS. Nguyễn Chí Hưng BM: Cơ sở thiết kế máy và robot Email: hungnc-sme@mail.hut.edu.vn Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG Mục đích Xác định các quan hệ hình học và chuyển động của các điểm và các khâu trên cơ cấu CC Culit CC Tay quay con trượt D C B A 1 2 3 4 C B A 4 3 21 CC Bốn khâu bản lề A B C 1 2 3 4 CC hỗn hợp bốn khâu bản lề - tay quay con trượt A B C D E F 1 2 3 4 5 Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG Phương pháp • Phương pháp đồ thị động học. • Phương pháp họa đồ véc tơ. • Phương pháp giải tích. Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Phương pháp đồ thị động học 2.1.1. Bài toán vị trí và quỹ đạo CC tay quay con trượt 1 2 3 w1 Đồ thị chuyển vị Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Phương pháp đồ thị động học 2.1.1. Bài toán vị trí và quỹ đạo Các bước thực hiện • Chọn tỷ xích của họa đồ là l • Tính độ dài các đoạn biểu diễn tương ứng với kích thước các khâu. • Vẽ quỹ đạo của tâm khớp B thuộc khâu dẫn 1, đó là đường tròn tâm A bán kính AB = lAB/l . • Chia vòng tròn (A, AB) ra n phần bằng nhau bởi các điểm Bi (i = 0 n ). Trong ví dụ này, để đơn giản ta chọn n = 8. Vẽ các vị trí ABi của tay quay. • Gọi Ci là vị trí của con trượt 3 tương ứng với vị trí ABi của tay quay. Ta có nhận xét: Kích thước khâu 2 không đổi nên BiCi = BC Ci nằm trên đường Ax. Nối các đoạn BiCi, ta có họa đồ chuyển vị của cơ cấu. Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Phương pháp đồ thị động học 2.1.1. Bài toán vị trí và quỹ đạo Tìm quỹ đạo của các điểm trên cơ cấu • Giả sử ta cần xác định quỹ đạo của điểm M là trung điểm của BC thuộc khâu 2. • Trên họa đồ chuyển vị, đánh dấu các vị trí Mi (i = 0 n). Nối các điểm Mi bằng một đường cong mềm quỹ đạo của điểm M. Đồ thị chuyển vị • Giả sử ta lập đồ thị S( ) biểu diễn quan hệ giữa chuyển vị S của con trượt 3 và góc quay của khâu dẫn 1. • Chọn vị trí ABo (Bo nằm trên đường thẳng Ax) làm chuẩn thì góc quay của tay quay là i = BiABo. • Đoạn CoCi chính là đoạn biểu diễn cho c.vị của con trượt tương ứng với góc quay i. Chuyển vị thực của con trượt là Si = l.CoCi. • Biểu diễn các cặp giá trị ( i,Si) trên hệ tọa độ SO , với các tỷ xích trên các trục là S và được đồ thị chuyển vị của con trượt 3. Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Phương pháp đồ thị động học 2.1.2. Bài toán vận tốc, gia tốc Tính vận tốc, gia tốc Với cơ cấu một bậc tự do và khâu dẫn là tay quay như trên ta đã xác định được quan hệ giữa chuyển vị của các khâu và tọa độ của các điểm với góc quay của khâu dẫn là những quan hệ hàm số: (2.1) (2.2) 1 1 1 t S S 1 1 M M M M x x y y Vị trí Vận tốc Gia tốc đạo hàm đạo hàm Biểu thức vận tốc 1 1 1 1 . . ddS dS dS v dt d dt d w 1 1 1 1 1 1 1 1 . . . . M M M M M x M M M y dx dx d dx v dt d dt d dy dy d dy v dt d dt d w w 2 2 1 1 12 2 1 1 1 . . . d S d dS d dS dS d S a dt dt dt dt d d d w w 2 2 1 1 12 2 1 1 1 2 2 1 1 12 2 1 1 1 . . . . . . M M M M M M M x M M M M M y d x dx dx dx d xd d a dt dt dt dt d d d d y dy dy dy d yd d a dt dt dt dt d d d w w w w Biểu thức gia tốc Trong trường hợp khâu dẫn quay đều ω1 = const, ε = 0 thu gọn ? Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Phương pháp đồ thị động học 2.1.2. Bài toán vận tốc, gia tốc 2.1.2.1. Biểu thức tính (2.3) (2.4) Từ việc dựng hình cơ cấu xác định quỹ đạo ta dựng đồ thị quan hệ vị trí các khâu và tọa độ các điểm đối với vị trí khâu dẫn. Đạo hàm đồ thị này tìm vận tốc, gia tốc của các khâu và các điểm cần tìm. Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.1. Phương pháp đồ thị động học 2.1.2. Bài toán vận tốc, gia tốc 2.1.2.2. Đạo hàm đồ thị Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.2. Phương pháp họa đồ vector 2.2.1. Cách giải hệ phương trình véc tơ bằng hoạ đồ véc tơ Hệ phương trình véc tơ 1 2 ' ' ' 1 2 ( ) ( ) n n m m m m a m m m m b Các véc tơ: ' 1 1, ,m m m chung gốc ', ,n nm m m Các véc tơ: chung ngọn Từ đó ta thấy nếu trong phương trình (a) biết hoàn toàn các véc tơ còn véc tơ biết phương; trong phương trình (b) biết hoàn toàn các véc tơ còn véc tơ biết phương. Ta có thể dùng hoạ đồ véc tơ để giải tìm véc tơ 1 2 ( 1), ,..., nm m m nm ' ' ' 1 2 ( 1), ,..., nm m m ' nm m Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.2. Phương pháp họa đồ vector 2.2.2. Quan hệ vận tốc và gia tốc của các điểm Quan hệ vận tốc Hai điểm A, B trên cùng khâu VBA AV VA VB B A w B A BAv v v Trong đó ,A Bv v là vận tốc tuyệt đối các điểm B, A BAv là vận tốc tương đối của B khi quay quanh điểm A, BAv BA, chiều theo chiều quay của w, .BA ABv lw Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.2. Phương pháp họa đồ vector 2.2.2. Quan hệ vận tốc và gia tốc của các điểm Quan hệ vận tốc Hai điểm Bi và Bk trùng nhau tức thời trên hai khâu i và k (i, k nối với nhau bằng khớp tịnh tiến) Trong đói k BV i kB r BkiB w k k i i w = = là vận tốc tuyệt đối các điểm trên hai khâu là vận tốc trong chuyển động tương đối của Bi với Bk, // phương tịnh tiến giữa khâu i và khâu k. i k BiBk r B Bv v v , i kB B v v Bi Bk rv Bi Bk rv Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định vận tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định vận tốc Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.2. Phương pháp họa đồ vector 2.2.2. Quan hệ vận tốc và gia tốc của các điểm Quan hệ gia tốc của các điểm Khi hai điểm A, B trên cùng khâu Trong đó là gia tốc tuyệt đối các điểm A,B. là gia tốc trong chuyển động tương đối của B quanh A hướng từ B → A, là thành phần gia tốc pháp tuyến (hướng tâm); w A B Aa aA Ba t BA a a BA n a BA ,A Ba a BAa n BAa 2n BA ABa lw n t B A BA A BA BAa a a a a a Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.2. Phương pháp họa đồ vector 2.2.2. Quan hệ vận tốc và gia tốc của các điểm Quan hệ gia tốc của các điểm Hai điểm Bi và Bk trùng nhau tức thời trên hai khâu i và k Trong đó là gia tốc tuyệt đối các điểm A,B. là gia tốc Cô-ri-ô-lít trong chuyển động tương đối của Bk và Bi. Do nên và chiều là chiều của quay đi 900 theo chiều quay của ω. là gia tốc trong chuyển động tương đối của Bi với Bk = = w i ik k w Bi kB r Bki VB k i Ba i kB k r Bki aB i k i k i k k r B B B B B Ba a a a , k iB B a a 2. i k i k k B B B Ba vw i k r B Ba i k r B Bvw 2. . i k i k k B B B Ba vw i k r B Bv Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Một số ví dụ cho phương pháp họa đồ vector trong bài toán xác định gia tốc Kết luận Phân tích động học bằng phương pháp tâm vận tốc tức thời 4 3 2 1 A P 13 C D BV 31B A13 V Hình 2-12 Phân tích động học bằng phương pháp tâm vận tốc tức thời Ví dụ phân tích động học bằng phương pháp tâm vận tốc tức thời Ví dụ phân tích động học bằng phương pháp tâm vận tốc tức thời Chương 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG 2.3. Phương pháp véc tơ – giải tích 2.3.1. Bài toán vị trí Phương trình ... chế tạo - lắp ráp (khoảng cách trục). Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.2. Các điều kiện ăn khớp của cặp bánh răng thân khai 7.2.3. Điều kiện ăn khớp khít -Khi nào cặp bánh răng truyền chuyển động đƣợc theo hai chiều (đảo chiều chuyển động)? Điều kiện ăn khớp khít Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.2. Các điều kiện ăn khớp của cặp bánh răng thân khai 7.2.3. Điều kiện ăn khớp khít Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.1. Cách hình thành biên dạng thân khai Chép hình - Biên dạng thân khai có đƣợc là do chép lại hình dáng của lƣỡi cắt - Kiểu dao dùng để chép hình: dao phay ngón, dao phay đĩa. Bao hình - Biên dạng thân khai có đƣợc là do một họ đƣờng cong bao hình. - Biên dạng bị bao có thể là đƣờng thân khai hoặc đƣờng thẳng (là dạng suy biên của đƣờng thân khai) Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.1. Cách hình thành biên dạng thân khai Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Sự ăn khớp của thanh răng và bánh răng thân khai Giả sử có các đoạn thẳng song song cách đều nhau một khoảng Δ = tN là khoảng cách giữa các biên dạng thân khai liên tiếp. Các đoạn thẳng này tạo với phƣơng thẳng đứng một góc α = α0, cũng là góc ăn khớp của bánh răng thân khai. rb A B Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Sự ăn khớp của thanh răng và bánh răng thân khai Kiểm tra định lý cơ bản về ăn khớp cho cặp biên dạng -Cặp biên dạng đang tiếp xúc tại điểm M. -Từ M kẻ pháp tuyến chung của cặp biên dạng nn’ -Gọi P = nn’ Oy (Oy theo phƣơng thẳng đứng) Trong ΔOPN ta có: Do ON = rb = const, α = α0= const. OP = const Điểm P cố định Thỏa mãn định lý ăn khớp ON OP = cos Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Sự ăn khớp của thanh răng và bánh răng thân khai Kiểm tra điều kiện ăn khớp đúng: Do ta chọn khoảng cách giữa các đƣờng thẳng Δ=tN nên điều kiện ăn khớp đúng đƣợc thỏa mãn. Kiểm tra điều kiện ăn khớp trùng: Ta có hệ số trùng khớp: thỏa mãn đk. n AB 1 t Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Quan hệ động học giữa thanh răng và bánh răng Khi cạnh răng tịnh tiến một đoạn ds = m0, bánh răng quay một góc dφ, ta có: Do đó: b b aa' MM' d r r 0 b b 0 b b 0 ds mv ds dsdt r d aa 'd MM ' dt r m r r const m cos cos rb Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Quan hệ động học giữa thanh răng và bánh răng Trong quá trình ăn khớp, vận tốc tịnh tiến của thanh răng và vận tốc góc của bánh răng có một tỷ lệ nhất định: brv cos rb Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Cách tạo biên dạng thân khai bằng thanh răng -Xét chuyển động tƣơng đối giữa thanh răng với bánh răng, các cạnh bánh răng sẽ đứng yên và các cạnh thanh răng sẽ có một loạt các vị trí hợp thành những họ đƣờng thẳng có bao hình là các cạnh răng thân khai Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Cách tạo biên dạng thân khai bằng thanh răng - Cho phôi quay tròn với vận tốc ω. +Cho thanh răng tịnh tiến với vận tốc v. + ω và v thỏa mãn quan hệ : - Tập hợp các đƣờng thẳng sẽ tạo nên một họ đƣờng thẳng có bao hình là đƣờng thân khai cạnh răng. brv cos Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Thanh răng sinh - Là thanh răng dùng để tạo hình bánh răng thân khai Các thông số cơ bản của thanh răng sinh: + Bƣớc răng p0 : là khoảng cách giữa hai cạnh cùng phía của hai răng nối tiếp nhau đo trên đƣờng thẳng bất kỳ song song với đƣờng trung bình. Cùng với khái niệm bƣớc răng có một thông số nữa của thanh răng là modul của thanh răng đƣợc tạo ra là: 00 p m Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình Thanh răng sinh + Góc áp lực của thanh răng α0 là góc tạo giữa đƣờng vuông góc của cạnh bên của răng với đƣờng trung bình. Trong thực tế α0=20 0 hoặc α0=15 0. + Chiều cao răng h0 là khoảng cách giữa các đƣờng đỉnh và chân răng : h0 = 2,5m0 + Chiều cao đỉnh răng h’0 và chiều cao chân răng h”0 lần lƣợt là khoảng cách từ đƣờng đỉnh răng và đƣờng chân răng đến đƣờng trung bình: h’0 = h”0 = 1,25m0 +Chiều cao các phần lƣợn ở đỉnh răng và chân răng c0 = 0,25m0 Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình + Bán kính vòng chia đƣợc ký hiệu là r, có giá trị trị tùy thuộc vận tốc của thanh răng và bánh răng r=v/w Các thông số chế tạo bánh răng thân khai đƣợc xác định trên vòng chia của nó: Bƣớc trên vòng chia p = p0 Môđun m = p/p = m0 Góc áp lực cosα= rb/r Số răng Z = 2r/m Độ dịch dao delta và hệ số dịch dao x=delta/m Vòng chia Đƣờng chia Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai Độ dịch dao δ Các trƣờng hợp 2. x>0 : ta có bánh răng dịch dao dƣơng x x Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai 7.3.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai Độ dịch dao δ Các trƣờng hợp 3. x <0 : ta có bánh răng dịch dao âm x x Hiện tượng cắt lẹm chân răng -Sự cắt chân răng: chính là sự lấn chân răng trong quá trình cắt giữa bánh răng dao và bánh răng phôi. - Khi đó đỉnh dao lấn sâu vào biên dạng của bánh răng phôi làm mất đi một phần biên dạng ở chân bánh răng đƣợc cắt. Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.1. Hiện tượng cắt lẹm chân răng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.1. Hiện tượng cắt lẹm chân răng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.1. Hiện tượng cắt lẹm chân răng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.1. Hiện tượng cắt lẹm chân răng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.1. Hiện tượng cắt lẹm chân răng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.2. Số răng tối thiểu và hệ số dịch giao tối thiểu Số răng tối thiểu và hệ số dịch giao tối thiểu Gọi: + l là khoảng cách từ đỉnh lý thuyết của thanh răng đến đƣờng chia. + Q là hình chiếu của N lên OP. -Điều kiện không cắt lẹm chân răng đƣợc viết dƣới dạng l ≤ PQ và l = m – xm = m(1-x) 2 PQ PNsin (OPsin )sin 1 (r sin )sin mzsin 2 rb Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.2. Số răng tối thiểu và hệ số dịch giao tối thiểu Nên ta có: (1-x) ≤ z ≥ 17(1- x) (Với α =200 sin2α ) Đây chính là điều kiện để tránh hiện tƣợng cắt lẹm chân răng. +Nếu chọn trƣớc x thì số răng z phải thỏa mãn: z ≥ zmin = 17(1- x) điều kiện số răng tối thiểu +Nếu chọn trƣớc z thì hệ số dịch dao x phải thỏa mãn: điều kiện hệ số dịch dao tối thiểu 21 zsin 2 2 17 min 17 z x x 17 Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Các chế độ ăn khớp c. x =x1+ x2<0: Khi đó cặp bánh răng dịch chỉnh âm -Vì x =x1+ x2<0 ta có: invαL<invα αL<α -Bán kính vòng lăn: -Khoảng cách trục: Vì αL<α nên ta có: L L cos r r. cos 1 2 L m cos a (z z ) 2 cos 1 2 m a (z z ) 2 Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng - Số răng tối thiểu 7.4.3. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.5. Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.5. Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.5. Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.5. Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.5. Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng Chương 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG 7.5. Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng CHƢƠNG 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG - Là một hệ thống bao gồm nhiều bánh răng lần lƣợt ăn khớp với nhau, tao thành một chuỗi. -Tác dụng: +Thực hiện tỷ số truyền lớn. +Truyền động giữa hai trục xa nhau. +Thay đổi tỷ số truyền. +Thay đổi chiều quay. +Tổng hợp hay phân chia chuyển động. Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.1. Đại cương 8.1.1. Khái niệm -Hệ bánh răng thường: các bánh răng đều có đƣờng trục cố định trong hệ quy chiếu gắn liền với giá. Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.1. Đại cương 8.1.2. Phân loại -Hệ bánh răng ngoại luân : mỗi cặp bánh răng ăn khớp có ít nhất một bánh răng có đƣờng trục không cố định với giá. Trong hệ bánh răng ngoại luân, bánh răng có trục cố định gọi là bánh răng trung tâm, các bánh răng có trục không cố định gọi là bánh răng hành tinh, còn khâu động mang trục bánh răng vệ tinh hay bánh răng vệ tinh gọi là cần. Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.1. Đại cương 8.1.2. Phân loại Trong hệ bánh răng ngoại luân có bánh răng trung tâm không cố định và có bậc tự do bằng hai thì gọi là hệ bánh răng vi sai. Hệ bánh răng ngoại luân có một bánh răng trung tâm cố định gọi và có bậc tự do bằng một là hệ bánh răng hành tinh -Hệ thống bánh răng hỗn hợp: Hệ thống gồm hệ thống bánh răng thƣờng và hệ thống bánh răng ngoại luân. Chú ý: -Trong hệ bánh răng vi sai và hỗn hợp đƣờng trục của bánh răng trung tâm và đƣờng trục của cần phải nằm trên cùng một đƣờng thẳng (điều kiện đồng trục). Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.1. Đại cương 8.1.2. Phân loại Xét hệ bánh răng thƣờng -Trong hệ này, chuyển động quay đƣợc truyền từ trục dẫn 1, đến trục bị dẫn 5 thông qua các cặp bánh răng (1,2), (2’,3), (3’,4), (4,5). Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống bánh răng thường - Tỷ số truyền của cặp răng bất kỳ Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống bánh răng thường j ji i ij i ij j r zn i r zn (+) nếu hai bánh răng ăn khớp trong (-) nếu hai bánh răng ăn khớp ngoài - Tỷ số truyền từ trục 1 đến trục 5: 31 1 2 4 15 5 2 3 4 5 12 23 34 45 i . . . i .i .i .i 3 52 4 15 ' ' 1 2 3 4 3 2 3 5 ' ' 1 2 3 z zz z i . . . z z z z z .z .z ( 1) z .z .z => -Nhận xét: +Sau mỗi lần qua cặp bánh răng ăn khớp ngoài, vận tốc góc đổi chiều một lần, dấu của tỷ sô truyền phụ thuộc vào số cặp bánh răng ăn khớp ngoài. +Bánh răng 4 vừa ăn khớp với 2 bánh răng 3 và 5 không ảnh hƣởng đến TST của hệ (gọi là bánh răng không). Tổng quát -Với hệ có n trục, trục vào là trục 1, trục ra là trục n. Gọi số răng các bánh dẫn và bị dẫn lần lƣợt là zdi, zbdi ta có: Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống bánh răng thường n bdi m1 i 2 1n n 1 n di i 1 z i ( 1) z trong đó m là số cặp bánh răng ăn khớp ngoài (ngoại tiếp). Xét hệ bánh răng vi sai Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.2. Tỷ số truyền của hệ bánh răng vi sai - Giả sử các bánh răng và cần C quay cùng chiều nhƣ hình vẽ. - Bằng phƣơng pháp đổi giá, chọn cần C làm giá, tức là xem nhƣ cả cơ cấu quay quanh OC với vận tốc –ωC, khi đó hệ trở thành hệ bánh răng thƣờng. - Gọi là tỷ số truyền của bánh răng 1 và 2 trong chuyển động tƣơng đối với cần C, - Vì cặp bánh răng 1, 2 là cặp bánh răng phẳng, nên các vector vận tốc góc của bánh răng 1,2,C cùng phƣơng. Do đó ta có: C 12i C 1 1 C C 2 2 C C C 1 C2 1 12 C 1 2 C2 z i z Ví dụ: Ta có: -Khi cố định bánh răng 1, (trở thành hệ bánh răng hành tinh) ta có: Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.2. Tỷ số truyền của hệ bánh răng hành tinh ' C 3 C 2 32 ' ' 2 C 3 C C C 2 1 2 1 31 32 21 3 2 3 2C 2 C 1 21 1 C 2 z i z z z z z i i . i z z z zz i z C C3 C 32 3C 3C 32 C i i 1 i 1 i 0 -Giả sử z1=99, z2=100, z’2=101 ,z3 =100: Nhận xét: +Tỷ số truyền của hệ thống bánh răng hành tinh rất lớn, nhƣng đồng thời cũng làm giảm hiệu suất của hệ thống, đến giới hạn nào đó sẽ xảy ra tự hãm. Hiệu suất của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào lực ma sát của các khớp mà còn phụ thuộc vào tỷ số truyền của hệ. +Trong hệ bánh răng ngoại luân, đƣờng trục của bánh răng trung tâm và đƣờng trục của cần phải nằm trên một đƣờng thẳng. Vì thế cần tính toán hệ bánh răng để thỏa mãn điều kiện đồng trục. Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.2. Tỷ số truyền của hệ bánh răng hành tinh C 31 101 99 1 i 1 . 100 100 10.000 Xét hệ vi sai trong xe ô tô (có bánh răng không gian) TL 316-318 - Ta có: -Khi xe chạy thẳng: --Khi xe chạy vòng, vận tốc dài bánh 1 và 2 khác nhau nhƣng thỏa mãn: Chương 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG 8.2. Phân tích động học hệ thống bánh răng 8.2.3. Ứng dụng của hệ bánh răng vi sai C 1 C 32 2 12 2 C 3 1 1 1 2 C zz z i 1 z z z 2 1 2 1 2 C 1 bxe 2 bxe 1 2 C C 1 2 r r r R r R 2 2 r , r r R 1 1 R R
File đính kèm:
bai_giang_nguyen_ly_may_nguyen_chi_hung.pdf