ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Bài giảng
NGUYÊN LÝ MÁY
Hà Nội /2022
Bài giảng nguyên lý máy
i
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU ................................. 1
§ 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA ........................................................................ 1
1.1.1. Chi tiết máy và khâu .................................................................................................. 1
1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động: .................................................... 1
1.1.3. Các loại khớp động và lược đồ khớp ........................................................................ 2
1.1.4. Kích thước động của khâu và luợc đồ khâu ............................................................. 2
1.1.5. Chuỗi động .................................................................................................................. 3
1.1.6. Cơ cấu .......................................................................................................................... 4
§1.2. BẬC TỰ DO CỦA CƠ CẤU ............................................................................... 4
1.2.1. Công thức tổng quát ................................................................................................... 4
1.2.2. Công thức phẳng ......................................................................................................... 5
1.2.3. Ý nghĩa bậc tự do của cơ cấu ..................................................................................... 8
§1.3. XẾP HẠNG CƠ CẤU PHẲNG .......................................................................... 8
1.3.1. Nhóm tĩnh định và nhóm Atxua ................................................................................ 8
1.3.2. Hạng của cơ cấu ........................................................................................................ 10
1.3.3. Giảm hạng cơ cấu ..................................................................................................... 10
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU PHẲNG ......................... 5
§.2.1. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP VÉC TƠ – GIẢI TÍCH ... 6
2.1.1. Bài toán vị trí ................................................................................................................ 6
2.1.2. Bài toán vận tốc ............................................................................................................ 9
2.1.3. Bài toán gia tốc ........................................................................................................... 11
2.1.4. Các ví dụ minh họa ..................................................................................................... 13
§.2.2. PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ ĐỘNG HỌC ............................................................ 16
2.2.1. Bài toán vị trí .............................................................................................................. 16
2.2.2. Bài tính vận tốc và gia tốc .......................................................................................... 17
§.2.3. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỌA ĐỒ VÉC TƠ ........ 19
2.3.1. Cách giải hệ phương trình véc tơ bằng hoạ đồ véc tơ ................................................ 19
2.3.2. Quan hệ vận tốc và gia tốc của các điểm .................................................................... 19
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG ..................................... 30
§.3.1. CÁC LOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN CƠ CẤU .................................................. 30
3.1.1 Ngoại lực ..................................................................................................................... 30
3.1.2. Nội lực ........................................................................................................................ 30
3.1.3. Lực quán tính Pq ......................................................................................................... 31
§.3.2. LỰC QUÁN TÍNH ............................................................................................. 32
§.3.3. PHÂN TÍCH ÁP LỰC KHỚP ĐỘNG ............................................................... 34
3.3.1. Các giả thiết gần đúng và dữ liệu của bài tính ............................................................ 34
3.3.2. Nguyên tắc .................................................................................................................. 34
3.3.3. Điều kiện của bài tính ................................................................................................. 35
3.3.4. Trình tự giải bài tính ................................................................................................... 36
3.3.5. Một số ví dụ minh họa ................................................................................................ 36
§.3.4. TÍNH LỰC TRÊN KHÂU DẪN ........................................................................ 41
3.4.1. Tính lực cân bằng ....................................................................................................... 41
3.4.2. Tính mômen cân bằng ................................................................................................ 41
3.4.3. Phương pháp công suất (Phương pháp di chuyển khả dĩ) .......................................... 42
3.4.4. Ý nghĩa của mômen cân bằng trên khâu dẫn .............................................................. 42
CHƯƠNG 4 CÂN BẰNG MÁY ...................................................................... 44
Bài giảng nguyên lý máy
ii
§.4.1. MỤC ĐÍCH CÂN BẰNG MÁY ........................................................................ 44
§.4.2. CÂN BẰNG VẬT QUAY MỎNG - CÂN BẰNG TĨNH .................................. 44
4.2.1. Nguyên tắc .................................................................................................................. 44
4.2.2. Thí nghiệm cân bằng tĩnh ........................................................................................... 45
§.4.3. CÂN BẰNG VẬT QUAY DÀY-CÂN BẰNG ĐỘNG ..................................... 46
4.3.1. Lý do phải cân bằng động........................................................................................... 46
4.3.2 Nguyên tắc cân bằng vật quay dày .............................................................................. 47
§.4.4. CÂN BẰNG CƠ CẤU NHIỀU KHÂU .............................................................. 48
CHƯƠNG 5 CHUYỂN ĐỘNG THỰC .......................................................... 51
§.5.1. CÁC ĐẠI LƯỢNG THAY THẾ & PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
THỰC CỦA MÁY ........................................................................................................ 51
5.1.1. Công động Ađ và mômen động Mđ ............................................................................. 52
5.1.2. Công cản Ac và mômen cản thay thế Mtt .................................................................... 52
5.1.3. Động năng E và mômen quán tính thay thế Jtt ........................................................... 53
5.1.4. Phương trình chuyển động thực của máy & khâu thay thế ........................................ 54
§.5.2. CÁC CHẾ ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY .................................................. 55
§.5.3. XÁC ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THỰC CỦA MÁY ........................................... 56
5.3.1 Nguyên tắc ................................................................................................................... 56
5.3.2 Trình tự thiết lập đồ thị E(J) ........................................................................................ 57
§.5.4. LÀM ĐỀU CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY-BÁNH ĐÀ ..................................... 58
5.4.1. Lý do phải làm đều chuyển động máy & giải pháp kỹ thuật ...................................... 58
5.4.2. Đặc điểm của chuyển động bình ổn của máy ............................................................. 59
5.4.3. Làm đều chuyển động bình ổn của máy ..................................................................... 59
5.4.4. Ý nghĩa thực tiễn của bánh đà .................................................................................... 61
CHƯƠNG 6 CƠ CẤU CAM ........................................................................... 62
§.6.1. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI ............................................................................. 62
6.1.1. Định nghĩa .................................................................................................................. 62
6.1.2. Phân loại ..................................................................................................................... 63
§.6.2. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU CAM ....................................................... 65
6.2.1. Bài toán chuyển vị ...................................................................................................... 65
a. Phương pháp chuyển động tuyệt đối ................................................................................ 65
b. Phương pháp đổi giá ........................................................................................................ 66
6.2.3. Các cơ cấu cam cần đáy bằng ..................................................................................... 70
§.6.3. PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU CAM .................................................................... 70
6.3.1. Góc áp lực trong cơ cấu cam ...................................................................................... 71
6.3.2. Góc áp lực và kích thước cơ cấu cam ......................................................................... 71
§.6.4. TỔNG HỢP CƠ CẤU CAM .............................................................................. 72
6.4.1. Tổng hợp cơ cấu cam cần lắc nhọn (lăn) .................................................................... 73
6.4.2. Tổng hợp cơ cấu cam cần đẩy nhọn (lăn) ................................................................... 75
6.4.3. Tổng hợp cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng ..................................................................... 77
CHƯƠNG 7 CƠ CẤU BÁNH RĂNG ............................................................ 78
§7.1. ĐẠI CƯƠNG ....................................................................................................... 78
7.1.1. Định nghĩa, phân loại và các thông số cơ bản ............................................................ 78
7.1.2. Định lý cơ bản về ăn khớp bánh răng ......................................................................... 80
7.1.3. Biên dạng răng thân khai ............................................................................................ 81
§7.2. CÁC ĐIỀU KIỆN ĂN KHỚP CỦA CẶP BÁNH RĂNG THÂN KHAI ........... 86
7.2.1. Điều kiện ăn khớp đúng của cặp bánh răng thân khai ................................................ 86
7.2.2. Điều kiện ăn khớp trùng của cặp bánh răng thân khai ............................................... 87
Bài giảng nguyên lý máy
iii
7.2.3. Điều kiện ăn khớp khít ............................................................................................... 88
§.7.3. CÁC THÔNG SỐ CHẾ TẠO CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG THÂN KHAI ... 90
7.3.1. Cách hình thành biên dạng thân khai .................................................................... 90
7.3.2. Tạo biên dạng thân khai bằng phương pháp bao hình ................................................ 90
7.3.3. Các thông số chế tạo cơ bản của bánh răng thân khai ................................................ 93
7.3.4. Hiện tượng cắt lẹm chân răng- Số răng tối thiểu và hệ số dịch dao tối thiểu ............. 96
7.3.5. Phương trình ăn khớp khít. Các chế độ ăn khớp ........................................................ 98
§7.4. CƠ CẤU BÁNH RĂNG TRỤ ........................................................................... 101
7.4.1. Cơ cấu bánh trụ răng thẳng ....................................................................................... 101
7.4.2. Bánh trụ răng nghiêng .............................................................................................. 103
§7.5. CƠ CẤU BÁNH RĂNG KHÔNG GIAN ......................................................... 109
7.5.1. Bánh răng nón ........................................................................................................... 109
7.5.2. Bánh răng trụ chéo .................................................................................................... 113
7.5.3. Cơ cấu trục vít-bánh vít ............................................................................................ 115
CHƯƠNG 8 HỆ THỐNG BÁNH RĂNG .................................................... 117
§ 8.1. ĐẠI CƯƠNG .................................................................................................... 117
8.1.1. Khái niệm ................................................................................................................. 117
8.1.2. Phân loại ................................................................................................................... 117
§ 8.2. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG BÁNH RĂNG ................................. 118
8.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống bánh răng thường ........................................................... 118
8.2.2. Quan hệ vận tốc trong hệ bánh răng vi sai ............................................................... 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 123
Bài giảng nguyên lý máy
1
CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC CỦA CƠ CẤU
§ 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA
1.1.1. Chi tiết máy và khâu
- Một chi tiết máy là một bộ phận không thể tháo rời hơn nữa của máy.
- Máy gồm nhiều bộ phận có chuyển động tương đối đối với nhau. Một bộ phận
có chuyển động tương đối với bộ phận khác trong máy được gọi là một khâu.
- Khâu có thể là một chi tiết máy hoặc một số chi tiết máy ghép cứng lại với nhau.
Khâu có thể là vật rắn không biến dạng, vật rắn biến dạng hoặc có dạng dây dẻo.
Ví dụ: trong động cơ đốt trong có:
+ Chi tiết máy: xéc măng, bu lông, đệm lót ổ, ngõng trục trên, đai ốc,...
+ Khâu: piston, thanh truyền, xylanh, van nạp, van nạp, van thải,...
1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động:
- Giả thiết các khâu là các vật rắn không biến dạng. Khi đó giữa hai khâu (để
rời) trong không gian sẽ có sáu bậc tự do tương đối. Ta đặt hệ tọa độ vuông góc
Oxyz gắn liền với một khâu, ta biểu diễn các bậc tự do tương đối của khâu kia như
sau:
+ Các chuyển động quay Qx, Qy, Qz quanh các trục Ox, Oy, Oz.
+ Các chuyển động tịnh tiến Tx, Ty, Tz dọc theo các trục Ox, Oy, Oz.
- Chú ý : nếu xét hai khâu để rời trên cùng một mặt phẳng thì số bậc tự do
tương đối sẽ là ba:
+ Một chuyển động quay Qz quanh trục Oz vuông góc với mặt phẳng chuyển
động của hai khâu
+ Hai chuyển động tịnh tiến Tx, Ty theo các trục Ox, Oy nằm trên mặt phẳng
này.
Khi các khâu được liên kết lại thành máy, người ta hạn chế bớt số bậc tự do
tương đối giữa các khâu bằng cách bắt chúng phải tiếp xúc với nhau theo những
cách nhất định. Khi đó:
+ Các khâu được liên kết như vậy được gọi là một phép nối động
+ Chỗ trên mỗi khâu, tiếp xúc với khâu được nối động với nó gọi là thành phần
khớp động
+ Tập hợp hai thành phần khớp động của hai khâu trong một phép nối động
gọi là một khớp động.
