Đ I H C CÔNG NGHI P TP.H CHÍ MINH
Ạ Ọ
Ồ
Ệ
KHOA C KHÍƠ
NG 1.
NGUYÊN LÝ MÁY NGUYÊN LÝ MÁY C U T O C C U-C ƯƠ AÙC
Ạ Ơ Ấ
Ấ
CH KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản khâu 1. Chi tiết mááy vy và à khâu 1. Chi tiết m (part): máy hay cơ cấu có thể tháo rời ra thành nhiều Chi tiết máy Chi tiết máy (part): máy hay cơ cấu có thể tháo rời ra thành nhiều bộ phận khác nhau, bộ phận không thể tháo rời ra được nữa gọi là chi bộ phận khác nhau, bộ phận không thể tháo rời ra được nữa gọi là chi tiết máy. tiết máy.
: trong cơ cấu và máy, tòan bộ những bộ phận có chuyển Khâu (link): trong cơ cấu và máy, tòan bộ những bộ phận có chuyển
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản Khâu (link) động tương đối so với bộ phận khác gọi là khâu. động tương đối so với bộ phận khác gọi là khâu.
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
2. Thành phần khớp động và khớp động 2. Thành phần khớp động và khớp động
Bậc tự do (DOF) của khâu Bậc tự do (DOF) của khâu + Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ qui chiếu 1 btd 1 btd + Một khả năng chuyển động độc lập đối với một hệ qui chiếu + Giữa hai khâu trong mặt phẳng 3 btd: + Giữa hai khâu trong mặt phẳng + Giữa hai khâu trong không gian 6 btd: + Giữa hai khâu trong không gian Tx, Ty, , QzQz 3 btd: Tx, Ty Qx, Qy, Qz Tx, Ty, Tz, , Qx, Qy, Qz 6 btd: Tx, Ty, Tz
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
Nối động (joint): để tạo thành cơ cấu, các khâu không thể rời nhau Nối động (joint): để tạo thành cơ cấu, các khâu không thể rời nhau mà phải được liên kết với nhau theo một qui cách xác định nào đó, mà phải được liên kết với nhau theo một qui cách xác định nào đó, sao cho khi nối với nhau các khâu vẫn còn khả năng chuyển động sao cho khi nối với nhau các khâu vẫn còn khả năng chuyển động tương đối nối động các khâu nối động các khâu tương đối
2. Thành phần khớp động (pair) và khớp động (joint) 2. Thành phần khớp động (pair) và khớp động (joint)
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
+ Khi nối động, các khâu sẽ có thành phần tiếp xúc nhau. Tòan bộ + Khi nối động, các khâu sẽ có thành phần tiếp xúc nhau. Tòan bộ chỗ tiếp xúc giữa hai khâu gọi là một thành phần khớp động. chỗ tiếp xúc giữa hai khâu gọi là một thành phần khớp động. + Hai thành phần khớp động trong một ghép nối động hai khâu hình + Hai thành phần khớp động trong một ghép nối động hai khâu hình thành nên một khớp động. thành nên một khớp động.
2. Thành phần khớp động và khớp động 2. Thành phần khớp động và khớp động
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
3. Phân lọai khớp động 3. Phân lọai khớp động
>hạn chế kk btd hay có ràng btd hay có kk ràng
Theo số btd bị hạn chế: Khớp động lọai kk>hạn chế Theo số btd bị hạn chế: Khớp động lọai buộc buộc
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản ế ế ầ ầ
ặ ặ
ớ ớ ộ ộ
Theo đ c đi m ti p xúc ể Theo đ c đi m ti p xúc ể + Kh p cao (High pair-joint): thành ph n kh p đ ng là ớ + Kh p cao (High pair-joint): thành ph n kh p đ ng là ớ đi m hay đ đi m hay đ ng ng ườ ườ ể ể
ặ + Kh p th p (Lower pair Joint): thành ph n kh p đ ng là m t ấ ầ ộ ớ ớ
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản
c đ (Skeleton) c đ (Skeleton)
c bi u di n trên nh ng ệ ớ ượ ữ ễ ễ
c đ qui 4. L 4. L - Đ thu n ti n cho vi c nghiên c u, các kh p đ ệ hình v b ng nh ng l ượ ồ ượ ồ ượ ồ ậ ể ẽ ằ ứ ướ c. ữ
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản - Các khâu cũng đ c th hi n qua các l ượ - Các khâu cũng đ c th hi n qua các l ượ khâukhâu
c đ đ n gi n g i là l c đ đ n gi n g i là l ể ệ ể ệ ượ ồ ơ ượ ồ ơ ả ọ ả ọ c đ ượ ồ c đ ượ ồ
ớ
c đ khâu ph i th hi n đ y đ các kh p chuy n đ ng, các kích ượ ồ c có nh h ả ng đ n chuy n đ ng c a khâu và chuy n đ ng c a c ủ ơ ầ ủ ủ ộ ể ệ ể ể ể ộ ộ ưở
- Trên l th ướ c u.ấ ả ế
ỗ ộ ỗ ộ ố ớ ố ớ ề ề ạ ạ ộ ộ
ỗ ộ ỗ ộ
§1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản §1. Định nghĩa và khái niệm cơ bản 5. Chu i đ ng (Kinematic chain): nhi u khâu n i v i nhau t o thành m t chu i ỗ 5. Chu i đ ng (Kinematic chain): nhi u khâu n i v i nhau t o thành m t chu i ỗ đ ngộđ ngộ - Phân l ai chu i đ ng: - Phân l ai chu i đ ng: + Chu i đ ng kín (closed + Chu i đ ng kín (closed + Chu i đ ng ph ng (Planar) + Chu i đ ng ph ng (Planar)
ở ở
+ Chu i đ ng h (open) + Chu i đ ng h (open) + Chu i đ ng không gian + Chu i đ ng không gian (Spatial) (Spatial) ọ ọ ỗ ộ ỗ ộ ỗ ộ ỗ ộ ỗ ộ ỗ ộ ỗ ộ ỗ ộ ẳ ẳ
ơ ấ ố ị
c g i là giá (Base link). ơ ấ ể ộ ượ ọ ỗ ộ ố ị ị
nh đ i v i chu i đ ng. 6. C c u (Mechanism): C c u là m t chu i đ ng có m t khâu c đ nh và ộ chuy n đ ng theo qui lu t xác đ nh. Khâu c đ nh đ ậ ộ ng t - Phân l ai c c u: t ỗ ộ ự ư ố ớ ơ ấ ươ ọ
t đ xác đ nh hòan tòan do (btd) c a c c u là thông s đ c l p c n thi ế ể ị
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu I. Đ nh nghĩa ị - B c t ủ ơ ấ ậ ự v trí c a c c u, nó cũng là s kh năng cđ t ố ị do c a c c u không gian (tr II. Tính b c t do c a c c u không gian (tr II. Tính b c t
ả
ố ộ ậ ầ ươ ườ ườ ủ ơ ấ ủ ơ ấ ng đ i đ c l p c a c c u đó. ố ộ ậ ủ ơ ấ ng h p t ng quát) ợ ổ ng h p t ng quát) ợ ổ
Trong đó: Trong đó: ổ ổ ủ ủ do t ng c ng c a các khâu đ ng n u đ r i ể ờ do t ng c ng c a các khâu đ ng n u đ r i ể ờ ộ ộ
ế ế t c kh p đ ng trong c c u ơ ấ t c kh p đ ng trong c c u ơ ấ ộ ộ
do c a c c u ủ ơ ấ do c a c c u ủ ơ ấ
btd t ng c ng c a btd t ng c ng c a khâu đ ng là ủ nn khâu đ ng là ộ ộ ủ ổ ổ ộ ộ
ủ ơ ấ ậ ự ậ ự – R. W = WW = W00 – R. WW00 – b c t – b c t ộ ậ ự ộ ậ ự R – s ràng bu c c a t ộ ủ ấ ả ớ ố R – s ràng bu c c a t ộ ủ ấ ả ớ ố W – b c t ậ ự W – b c t ậ ự do trong c c u S b c t 1. 1. S b c t ơ ấ ố ậ ự do trong c c u ơ ấ ố ậ ự 1 khâu đ r i trong không gian có 6 btd ể ờ 1 khâu đ r i trong không gian có 6 btd ể ờ = 6n WW00 = 6n 2. S ràng bu c ch a trong c c u ơ ấ ứ ố ộ 2. S ràng bu c ch a trong c c u ơ ấ ứ ố ộ ế ọ ppkk là s kh p l ai ớ ọ kk ch a trong c ch a trong c là s kh p l ai do. N u g i b c t ế kk b c t h n ch ớ ọ kk h n ch Kh p l ai ơ ứ ố ậ ự ạ do. N u g i Kh p l ai ơ ứ ớ ọ ố ế ọ ậ ự ế ạ ớ ọ c u ấc u ấ t ng các ràng bu c do gây nên là ppk.k.kk ớ ọ kk gây nên là kh p l ai ppkk kh p l ai t ng các ràng bu c do ộ ổ ớ ọ ộ ổ 5
R
= (cid:0)
p k k
s ràng bu c th s ràng bu c th ỏ ơ ỏ ơ ộ ộ ị ị
= 1
k
Trong th c t ự ế ố Trong th c t ự ế ố trong c c u t n t ơ ấ ồ ạ trong c c u t n t ơ ấ ồ ạ ng nh h n giá tr trên vì ườ ng nh h n giá tr trên vì ườ i các ràng bu c trùng. ộ i các ràng bu c trùng. ộ
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu Ví d : Xét c c u 4 khâu b n l ơ ấ
ụ ả ề
ự ế ố ự ế ữ ớ ộ
c g i là ràng bu c tr c ti p. ộ
+ Ràng bu c tr c ti p: ràng bu c gi a hai khâu do kh p n i tr c ti p gi a hai khâu đó đ ế + Ràng bu c gián ti p: n u tháo kh p A, gi a khâu 1 và 4 có ràng bu c gián ti p ộ ượ ọ ộ ữ ự ế ớ ữ ế ế ộ
ữ ự ằ ớ ộ ộ ố
ế + Ràng bu c trùng: n i khâu 1 và 4 b ng kh p A, gi a chúng có ràng bu c tr c ti p sau
5
3 ràng bu c trùng. Ràng bu c trùng ch x y ra ỉ ả ộ ộ ở kh p đóng kín c a c ủ ơ ớ
=
R
kp k
R 0
= 1
k
c u.ấ - (cid:0) t ng s ràng bu c trong c c u: ố ộ ơ ấ ố ổ ộ G i Rọ 0 là s ràng bu c trùng
W=6n-
kp
(cid:0) do c a c c u không gian
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu 3. Công th c tính b c t ứ
k
6 � � � k=1
�- R � 0 �
ậ ự ủ ơ ấ
Ví d : Tính b c t do c a c c u 4 khâu b n l ậ ự ụ ủ ơ ấ ả ề
n = 3 p5 = 4 R0 = 3
ậ ự
S khâu đ ng ộ ố S kh p l ai 5 ố ớ ọ S ràng bu c trùng ộ ố B c t do c a c c u ủ ơ ấ W = 6x3-(5x4-3) = 1 btd
Ví d : Tính b c t do c a c c u bàn tay máy ậ ự ụ ủ ơ ấ
ẳ
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu do c a c c u ph ng ủ ơ ấ do trong c c u
0 = 3n
ộ ơ ấ s btd t ng c ng c a n khâu đ ng: W ố ủ ộ
ổ ơ ấ ộ
III. B c t ậ ự 1. S b c t ố ậ ự 1 khâu đ r i có 3 btd ể ờ 2. S ràng bu c ch a trong c c u ứ C c u ph ng có hai l ai kh p: - kh p l ai ố ơ ấ ẳ ớ ọ 4 ch a ứ 1 ràng bu cộ
ớ ọ 5 ch a ứ 2 ràng bu cộ
ớ ọ - kh p l ai t ng s ràng bu c ố ổ ộ trong c c u: ơ ấ R = 1p4 + 2p5 – R0
do c a c c u chêm nh hình v Ví dụ: Tính b c t ậ ự ủ ơ ấ ư ẽ
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu - C c u tòan kh p l ai 5 v i - Ch n h qui chi u g n v i giá
ơ ấ ọ ệ ớ ọ ế ắ ớ n = 2, p5 = 3 ớ
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu Ví d : Tính b c t
do c a c c u hình bình hành ậ ự ụ ủ ơ ấ
ớ n = 4, k = 5, pk = 6
C c u tòan kh p l ai 5 v i: ơ ấ - B c t ớ ọ do c a c c u là ủ ơ ấ ậ ự
c c u này làm vi c đ c ự ế ơ ấ ệ ượ đi u này có gì mâu thu n không ẫ W=3x4 – (2x6) = 0 btd ề
- Trên th c t ?
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu
ụ ể
v i btd b ng 1 ủ ơ ấ ằ ả ề ớ ế ỏ
- Chú ý khâu 5 không có tác d ng gì trong chuy n đ ng c a c c u ABCD ộ - N u b khâu 5 ra, c c u thành c c u 4 khâu b n l ơ ấ -Khi thêm khâu 5 và 2 kh p E, F vào ơ ấ ớ
ậ ự
+ thêm khâu 5 (EF) + thêm 2 kh p l ai 5 (E, F) ớ ọ thêm 3 b c t do thêm 4 ràng bu cộ
thêm 1 ràng bu cộ
ẳ G i r là s ràng bu c th a có trong c c u, btd c a c c u ph ng ủ ơ ấ ơ ấ ừ ố ọ ộ
W = 3n – (2p5 + p4 r)
Trong c c u hình bình hành trên, r = 1 và W = 3x4 – (2x6-1) = 1 btd ơ ấ ở
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu Ví d ụ : Tính b c t ậ ự
do c a c c u cam c n đ y đáy con lăn ủ ơ ấ ẩ ầ
ỉ
ng đ n chuy n đ ng có ích c a c c u nên không đ ủ ộ ủ ơ ấ ượ ể ộ
c c u trên ch có 1 btd vì chuy n đ ng lăn c a con lăn 2 quanh ể ự ế ơ ấ c ả ế ưở do c a c c u. ủ ơ ấ
ng đ n chuy n đ ng c a c c u g i là btd ưở ủ ơ ấ ọ ế ể ộ ả
s ệ
i c c u cam W = 3x3 – (2x3+1-0) – 1 = 1 btd ở
trên - Trong th c t kh p B không nh h ớ k vào b c t ậ ự ể - Btd thêm vào mà không làm nh h th a, kí hi u là ừ - Tr l ở ạ ơ ấ
Tóm l
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu i công th c tính btd ứ ố ớ ơ ấ
W=6n-
kp
ạ - đ i v i c c u không gian
k
5 � � � = k 1
�- R � 0 �
(cid:0)
+
- đ i v i c c u ph ng tr c c u chêm ả ố ớ ơ ấ
- -
(
W=3n- 2p
r
s
5
p 4
ừ ơ ấ )
V i ớ ộ ộ
k: l ai kh p đ ng ớ r: s ràng bu c tru`ng ố ố ọ ố ộ ố ớ ọ k pk: s kh p l ai s: s btd th a ừ ố n: s khâu đ ng R0: s ràng bu c trùng ộ
§2. Bậc tự do của cơ cấu §2. Bậc tự do của cơ cấu IV. Ý nghĩa c a b c t
ủ ậ ự ị ẫ do – Khâu d n và khâu b d n ẫ
§3. Nhóm tĩnh định §3. Nhóm tĩnh định I. Nguyên lý t o thành c c u ơ ấ ạ M t c c u có
c t o thành b i ộ ơ ấ W btd là c c u đ ơ ấ ượ ạ ở W khâu d n và nh ng ẫ ữ
nhóm
có btd b ng zero ằ
+ 0 + … + 0 nhóm có btd = 0
ằ ộ
i gi n (t c là không th chia thành nh ng nhóm nh h n đ W = W Khâu d nẫ II. Nhóm tĩnh đ nhị ữ ứ ị ả ố ể ữ ể ả do b ng ằ ậ ự c ỏ ơ ượ
Nhóm tĩnh đ nh là nh ng nhóm cân b ng hay chuy n đ ng, có b c t zero và ph i t n a)ữ ấ Đ i v i nhóm tĩnh đ nh tòan kh p th p ố ớ ớ ị
ắ ị
ắ ả
c khâu d n và giá ẫ ướ ọ
§3. Nhóm tĩnh định §3. Nhóm tĩnh định III. Nguyên t c tách nhóm tĩnh đ nh Khi tách nhóm tĩnh đ nh ph i theo nguyên t c sau ị + Ch n tr + Sau khi tách nhóm, ph n còn l
i ph i là m t c c u hòan ch nh ho c khâu ầ ạ ộ ơ ấ ặ ả ỉ
d nẫ
g n h n ở ầ ơ ữ ẫ
c, nhóm ph c t p sau ế ướ
+ Tách nh ng nhóm ở ữ + Khi tách nhóm, th tách nh ng nhóm đ n gi n tr ử Ví d : Tách nhóm tĩnh đ nh c c u đ ng c diezen, c c u b m đ ng c oxy ộ c r i d n đ n nh ng nhóm ướ ồ ầ ơ ả ơ xa khâu d n tr ữ ơ ấ ứ ạ ộ ơ ấ ụ ơ ơ ị
§3. Nhóm tĩnh định §3. Nhóm tĩnh định III. Nguyên t c tách nhóm tĩnh đ nh
ắ ị
§3. Nhóm tĩnh định §3. Nhóm tĩnh định III. Nguyên t c tách nhóm tĩnh đ nh
ắ ị
ữ ẳ ọ ớ
§4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp §4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp - Trong c c u ph ng, th ườ ơ ấ tĩnh đ nh nh nh ng c c u ph ng tòan kh p th p ơ ấ thành nh ng kh p th p nh ng v n đ m b o đ ư
ớ ị
ng có kh p cao l ai 4, đ tách thành nh ng nhóm ể ấ thay th các kh p cao ế ủ ơ ấ c chuy n đ ng c a c c u ộ ớ ả ượ ư ữ ớ ẳ ẫ ữ ể ấ ả
W = 3 x 2 - (1 + 2 x 2) = 1 btd W = 3 x 3 – (2 x 4) = 1 btd
ớ ả ả ệ ề ấ ả
và đ t các b n l t i tâm cong c a ế ớ do c a c c u không thay đ i ổ ậ ự ậ ắ ả ề ạ ặ ủ
§4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp §4. Thay thế khớp cao bằng khớp thấp - Thay th kh p cao b ng kh p th p ph i đ m b o hai đi u ki n ằ + b c t ủ ơ ấ + quy lu t chuy n đ ng không đ i ổ ộ ể - Nguyên t c: dùng 1 khâu hai kh p b n l ả ề ớ các thành ph n kh p cao t i đi m ti p xúc. ầ - Ví d : Thay th kh p cao b ng kh p th p
ể ạ
ớ ế ớ ấ ở ơ ấ ế ớ ụ ằ ằ c c u cam c n l c đáy b ng ầ ắ
ự ỉ ể ả ớ
t c v đ nh tính cũng ấ ọ ơ ấ ế ả ề ị
ế i v trí đang xem xét. ằ ộ ng c a c c u thay th t ủ ơ ấ ế ớ ệ ượ ế ạ ị - S thay th kh p cao b ng kh p th p không ph i ch đ xem xét nhóm tĩnh đ nh mà vi c phân tích đ ng h c c c u thay th cho bi ị nh đ nh l ư ị
