Chương 4: Nguyên lý máy | Bài giảng môn Cơ khí ứng dụng | Đại học Bách khoa hà nội

CHƯƠNG 4 NGUYÊN LÝ MÁY
- Nguyên lý máy là môn học cơ sở kỹ thuật,
nghiên cứu về nguyên lý cấu tạo, động học và
động lực học cơ cấu và máy.
- Ba vấn đề trên được nghiên cứu dưới dạng
hai bài toán: bài toán phân tích và bài toán tổng hợp.
 Bài toán phân tích: xác định các đặc
trưng cấu trúc, động học và động lực
học của cơ cấu đã cho trước, từ đó suy
ra tính năng làm việc của chúng. BÀI TOÁN PHÂN TÍCH
• Phân tích cấu trúc: nghiên cứu các nguyên tắc của
cấu trúc cơ cấu và khả năng chuyển động của cơ cấu
• Phân tích động học: xác định chuyển động của các
khâu, chỉ xét đến quan hệ hình học giữa chúng
• Phân tích động lực học: phân tích chuyển động dưới
các nguyên nhân như lực tác động và sức ì
 Bài toán tổng hợp: xác định các lược
đồ cơ cấu và các kích thước của các
khâu thỏa mãn những điều kiện động
học và động lực học đã cho.
→ Bài toán phân tích và bài toán tổng hợp là
ngược nhau và là cơ sở của nhau.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
4.1.1. KHÁI NIỆM VỀ MÁY VÀ CƠ CẤU 1. Máy:
- Là tập hợp các vật thể do con người tạo ra, nhằm mục đích
thực hiện và mở rộng các chức năng lao động.
- Là tập hợp những cơ cấu, có nhiệm vụ biến đổi hay sử
dụng cơ năng để làm ra công có ích . Ví dụ:
+ Động cơ nổ
+ Máy bào quang
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  Phân loại máy
Căn cứ vào chức năng, có thể chia máy thành:
• Máy năng lượng: dùng để truyền hay biến đổi năng lượng, gồm hai loại:
- Máy động cơ: biến đổi các dạng năng lượng khác thành
cơ năng. Ví dụ: động cơ nổ, động cơ điện, tuốcbin…
- Máy biến đổi cơ năng: biến đổi cơ năng thành các dạng
năng lượng khác. Ví dụ: máy phát điện, máy nén khí…
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• Máy công tác: có nhiệm vụ biến đổi hoặc hình dạng, kích thước
hay trạng thái của vật thể (máy công nghệ), hoặc thay đổi vị trí
của vật thể (máy vận chuyển).
• Máy tổ hợp: gồm các loại máy được phối hợp với nhau để thực
hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó.
• Máy tự động: các động tác của máy được thực hiện một cách tự
động bằng các cơ cấu của chúng, không cần sự can thiệp trực tiếp của con người.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Khi phân tích hoạt động của một máy, có thể xem máy là một hệ thống gồm các bộ
phận điển hình, theo sơ đồ khối sau:
Bộ nguồn: cung cấp năng lượng cho toàn máy Bộ ch ấ
p hành: trực tiếp thực hiện nhiệm vụ công nghệ của máy
Bộ biế n đổ
i trung gian: thực hiện các biến đổi t ừ bộ nguồ n đến bộ chấp hành
Bộ điề u khiển: thu thậ
p các thông tin của máy, đư a ra tín hiệu điề u khiển máy
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 2. Cơ cấu:
- Là tập hợp những vật thể chuyển động theo quy luật xác định,
có nhiệm vụ biến đổi hay truyền chuyển động. Ví dụ:
+ Cơ cấu bánh răng dùng truyền chuyển động quay từ trục chủ động sang trục bị động.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
+ Cơ cấu tay quay con trượt dùng biến đổi chuyển động quay thành
chuyển động tịnh tiến khứ hồi.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Theo đặc điểm các vật thể hợp thành cơ cấu, có thể xếp các cơ
cấu thành các lớp:
- Cơ cấu chỉ gồm các vật rắn tuyệt đối.
- Cơ cấu có vật thể đàn hồi. Ví dụ: cơ cấu dùng dây đai, cơ cấu
có lò xo, cơ cấu dùng tác dụng của chất khí, chất lỏng, cơ cấu
di chuyển nhờ thủy lực.
- Cơ cấu dùng tác dụng của điện từ.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
4.1.2. KHÁI NIỆM VỀ KHÂU VÀ KHỚP
1. Khâu và chi tiết máy:  Khâu:
- Trong máy và cơ cấu, những bộ phận có chuyển động tương
đối đối với nhau gọi là các khâu.
- Mỗi khâu là một vật thể chuyển động riêng biệt và có thể là
một tiết máy độc lập hoặc là một số chi tiết máy ghép cứng
(không chuyển động tương đối với nhau được nữa) lại với nhau.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
 Chi tiết máy (tiết máy):
- Máy và cơ cấu trong máy có thể tháo rời thành
nhiều bộ phận khác nhau.
- Bộ phận không thể tháo rời nhỏ hơn được nữa
của cơ cấu hay máy gọi là chi tiết máy (hay gọi tắt
là tiết máy) .
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
 Ví dụ: Cơ cấu tay quay con trượt như hình vẽ:
- 4 khâu: trục khuỷu, thanh truyền, piston và xi lanh gắn liền với vỏ máy.
- Khâu 1 quay xung quang tâm O, khâu 2 chuyể
n động song phẳ ng, khâu 3
chuyển động tịnh tiến, khâu 4 cố định.
- Mỗi khâu trên lại có thể do nhiều tiết máy ghép cứng lại với nhau hợp
thành. Ví dụ, thanh truyền gồm các chi tiết máy sau: thân, nắp, lót trục,
bu lông, đai ốc, các vòng đệm.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
2. Nối động, thành phần khớp động và khớp động:
 Bậc tự do tương đối giữa hai khâu:
- Số bậc tự do tương đối giữa hai khâu là số khả năng chuyển
động tương đối của khâu này đối với khâu kia (tức là số khả
năng chuyển động độc lập của khâu này trong một hệ quy
chiếu gắn liền với khâu kia).
- Ví dụ: khi để rời hai khâu trong không gian, giữa chúng
có 6 bậc tự do tương đối.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
- Trong hệ tọa độ vuông góc Oxyz gắn liền với khâu 1, khâu 2 có 6 khả năng chuyển độ ng: chuyển động tị
nh tiến dọc theo các trục Ox, Oy, Oz (Tx, Ty, Tz) và chuyển động
quay quanh các trục Ox, Oy, Oz (Qx, Qy, Qz). Sáu khả năng này hoàn toàn
độc lập với nhau.
- Khi để rời hai khâu trong mặt phẳng, số bậc tự do chỉ còn lại là 3, bao gồm: chuyển độ
ng quay xung quanh trục Oz vuông góc vớ i mặ t phẳ
ng chuyển độ ng Oxy của hai
khâu và hai chuyển động tịnh tiến dọc theo các trục Ox, Oy nằm trong mặt phẳng này.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
 Nối động, thành phần khớp động và khớp động:
- Để tạo thành cơ cấu, hạn chế bớt số bậc tự do tương đối giữa
chúng, người ta phải tập hợp các khâu lại với nhau bằng cách thực
hiện các phép nối động. Nối động hai khâu là bắt chúng tiếp xúc với
nhau theo một quy cách nhất đị nh trong suố t quá trình chuyển động.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
- Chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu 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.