Bài giảng Nguyên lý máy - Chương 1: Cấu trúc cơ cấu - Nguyễn Chí Hưng

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
 Chi tiết máy ?
 Máy có thể tháo rời ra thành nhiều bộ phận khác nhau, bộ
phận không thể tháo rời ra đượcgọinữatiếtlà chimáy
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.1. Khâu và chi tiết máy
 Khâu ?
Trong cơ cấu và máy, toàn bộ những bộ phận có chuyển động
tương đối so với các bộ phận kháclà khâugọi
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động
 Bậc tự do ?
• 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
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động
 Nối 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
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động
 Thành phần khớp động, 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
 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 nhữngđồướclượcquy
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.4. Lược đồ
 Lược đồ khâu
• Các khâu cũng được
thể hiện qua các lược
đồ đơn giản  lược đồ
khâu
• 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
 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.
 cố định tập hợp
 Chuỗi động Cơ cấu Máy
 1 khâu
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.5. Chuỗi động, cơ cấu, máy
 2 B CC Tay quay con trượt
 1 1 2
 B 3
A A
 CC Culit 4
 3 C
4 B 2 C
 C
 2 1 3
 B A E
 C
 4
 1 3
 D F
 4 5
 A D CC hỗn hợp bốn khâu bản lề - tay quay con 
 ượ
 CC Bốn khâu bản lề tr t
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy
 5 4 3
 PE PC
Động cơ đốt trong E C
 2
 D
  1
 B
 
 
 1 A
 Chương 1 CẤU TRÚC CƠ CẤU 
 1.1. Khái niệm 
 1.1.5. Chuỗi động , cơ cấu, máy
Máy bào
 E
 D
 B
 ω1
 A
 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
 5
W 6n–(––)– jpj R tr R th W th
 1
n : số khâu động của cc btd?
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
 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
W 3n–(––)– 2T C Rtr R th W th
 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
 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
a) b) 
 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)1:W, T=(n=3.=n2-(2T+C)=3.1-(2.2+0)= -1. Số ràng buộc thừa: R = 1 .
 th
 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 a) b) 
 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
 Tính bậc tự do của hai cơ câu trên?
 • 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)
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