Chương 3: Cơ cấu Phẳng toàn khớp thấp 1. Khái niệm chung 1.1. Định nghĩa, Đặc điểm, ứng dụng Cơ cấu phẳng trong đó khớp động giữa các khâu là khớp thấp, được gọi là cơ cấu phẳng toàn khớp thấp.Ưu điểm so với cơ cấu có khớp cao:– Tiếp xúc mặt ? độ cứng vững cao, khả năng truyền lực lớn.– Cấu tạo đơn giản, Công nghệ chế tạo thành phần khớp thấp đã tương đối hoàn hảo ? dễ đảm bảo độ chính xác yêu cầu.– Không cần biện pháp bảo toàn khớp.– Có thể thay đổi kích thước động của các khâu.Nhược điểm:– Khó thiết kế cơ cấu theo những quy luật chuyển động cho trước. Nếu được thì số khâu, khớp có thể rất lớn ? sai số tĩch luỹ trong chế tạo, lắp ráp làm sai quy luật chuyển động, có thể dẫn đến tự hãm. ứng dụng – Thực hiện một quy luật chuyển động nào đó;– Thực hiện một quỹ đạo chuyển động nào đó;– Tổ hợp thành cơ cấu phẳng nhiều khâu.1.2. Điều kiện phẳng Các khớp bản lề của cơ cấu phải có đường trục song sog với nhau. Các khớp trượt phải có phương trượt vuông góc với các đường trục bản lề. Điều kiện này gọi là điều kiện phẳng của cơ cấu. Sai số về chế tạo và lắp ráp cũng gây nên sai số về điều kiện phẳng gây ra các hậu quả không có lợi. Cơ cấu phẳng toàn khớp thấp có 4 khâu gọi là cơ cấu 4 khâu phẳng. Nếu các khớp đều là khớp bản lề loại 5 thì cơ cấu gọi là cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng. Trong cơ cấu 4 khâu bản lề: khâu đối diện với giá gọi là thanh truyền, hai khâu nối giá còn lại nếu quay được toàn vòng gọi là tay quay, nếu không gọi là thanh lắc.2. Cơ cấu 4 khâu bản lề phẳng2.1. Tỷ số truyền Định nghĩa Tỷ số truyền giữa hai khâu động trong cơ cấu j và k là:
Định lý Willis 1800-1875 Trong cơ cấu 4 khâu bản lề, đường thanh truyền chia đường giá thành hai đoạn tỷ lệ nghịch với vận tốc của hai khâu nối giá.Chứng minh: Nhận xét:– Tỷ số truyền i của cơ cấu là một đại lượng biến thiên;– Dấu của tỷ số truyền;– Hệ số về nhanh k của cơ cấu (4 khâu bản lề và hình bình hành).Đặc điểm truyền động của cơ cấu 4 khâu bản lề
2.2. Điều kiện quay toàn vòng động học của khâu nối giáTưởng tượng tháo khớp B, để khâu1 quay được toàn vòng quỹ đạo của B1 phải nằm trọn trong quỹ đạo của B2.Một khâu nối giá quay được toàn vòng khi và chỉ khi quỹ tích của nó nằm trong miền với của thanh truyền kề nó. Định lý Grashop 1826-1893 Cơ cấu bốn khâu bản lề có khâu quay được toàn vòng khi và chỉ khi tổng chiều dài của khâu ngắn nhất và khâu dài nhất nhỏ hơn hoặc bằng tổng chiều dài của hai khâu kia. Khi chọn khâu kề với khâu ngắn nhất làm giá, khâu ngắn nhất sẽ là tay quay còn khâu đối diện với nó là thành lắc. Khi chọn khâu ngắn nhất làm giá, cả hai khâu nối giá đều là tay quay. Khi chọn khâu đối diện với khâu ngắn nhất làm giá, cả hai khâu nối giá đều là thanh lắc, còn khâu ngắn nhất quay toàn vòng. 3. Cơ cấu tay quay con trượt3.1. Định nghĩa Cơ cấu tay quay con trượt là một dạng biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại. Cơ cấu tay quay con trượt là dạng biến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề 3.2. Quan hệ vận tốc – Xác định tâm quay tức thời P13. V3 = ?1. AP ? Tỷ số này là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vào vị trí của cơ cấu. – Đoạn C`C” = H gọi là hành trình của con lắc.– Hệ số về nhanh; k=1 khi e =0 (cơ cấu TQCT chính tâm)3.3. Điều kiện quay toàn vòng l1 + e ? l24. Cơ cấu Cu lít4.1. Định nghĩa Cơ cấu cu lít là một dạngbiến thể của cơ cấu 4 khâu bản lề dùng để biến chuyển động quay toàn vòng của khâu 1 thành chuyển động quay liên tục hoặc lắc qua lại của khâu 3.4.2. Quan hệ vận tốc – Xác định tâm quay tức thời P13. – Tỷ số truyền i13 là một đại lượng phụ thuộc vào vị trí cơ cấu. – Khi AB=AD thì i13 = 2 = const Hệ số về nhanh: 4.3. Điều kiện quay toàn vòng– Khâu 1 bao giờ cũng quay toàn vòng. Cu lít 3 quay toàn vòng khi l1? lo.5. Tổng hợp cơ cấu 4 khâu phẳng Quá trình thiết kế máy mới gồm:– Chọn lược đồ cơ cấu;– Xác định các kích thước động học của các khâu; – Tính sức bền và xác định kích thước cấu tạo của khâu;– Kiểm nghiệm;– Nghiên cứu công nghệ chế tạo và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.– Xác định các kích thước động nhằm thoả mãn các yêu cầu về hình học (vị trí, quỹ đạo ..), động học (vận tốc gia tốc…); động lực học (hiệu suất của cơ cấu..). Tổng hợp cơ cấu vì thế có thể là: hình học, động học hay động lực học. – Việc tổng hợp động họccơ cấu phẳng toàn khớp thấp nhằm giải quyết hai bài toán:– Thực hiện một quy luật chuyển động cho trước;– Thực hiện một quỹ đạo cho trước. – Việc tổng hợp có thể là chính xác hoặc gần đúng. Khi sử dụng phương pháp gần đúng thì phải đánh giá được sai số giữa chuyển động thực và quy luật chuyển động cho trước.