Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 1
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰC CƠ CẤU PHẲNG

Bài 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ LỰC

1.1 Phân loại lực
Lực tác dụng lên các khâu của cơ cấu có thể chia thành các nhóm sau
1.1.1 Ngoại lực
_ Lực phát động (
Đ
M
): lực từ nguồn dẫn động (động cơ điện, thủy lực, …) tác dụng
lên khâu dẫn của cơ cấu thông qua một hệ truyền lực, thường có dạng moment lực.
_ Lực cản kỹ thuật (
C
P ): Lực từ đối tượng công nghệ tác động lên bộ phận làm việc
của máy. Lực cản kỹ thuật là lực cần khắc phục để thực hiện quy trình công nghệ của
máy, lực này được đặt trên một khâu bị dẫn của cơ cấu.
Ví dụ: lực cắt tác động lên các dụng cụ trong các máy cắt gọt kim loại, lực cản
của đất tác dụng lên lưỡi cày trong máy cày, trọng lượng các vật cần di chuyển
trong máy nâng chuyển
_ Trọng lượng các khâu (
i
G
): Nếu trọng tâm các khâu đi lên thì trọng lượng có tác
dụng như lực cản, ngược lại nếu trọng tâm đi xuống thì trọng lượng có tác dụng như
lực phát động.
1.1.2 Lực quán tính
Ngoài ngoại lực, trên các khâu chuyển động có gia tốc còn có lực quán tính

moment lực quán tính.
1.1.3 Phản lực khớp động
_ Dưới tác động của ngoại lực và lực quán tính, trong các khớp động của cơ cấu xuất
hiện các phản lực khớp động.
_ Phản lực khớp động (
ij
R ) là lực từ mỗi thành phần khớp động tác động lên thành
phần khớp động được nối với nó trong khớp động.
_ Phản lực khớp động mang tính trực đối, nghĩa là :
ij
R = -
ji
R
Phản lực khớp động gồm hai thành phần:
Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 2
+ Áp lực khớp động (
ij
N ): Thành phần không sinh công trong chuyển động tương đối
giữa các thành phần khớp động. Áp lực khớp động vuông góc với phương chuyển
động tương đối.
Tổng các thành phần áp lực trong một khớp động → áp lực khớp động
N
.

Hình 1.1 Phản lực khớp động
+ Lực ma sát (
ij
F ): Thành phần sinh công âm trong chuyển động tương đối. Lực ma
sát song song với phương chuyển động tương đối.

ε
: Gia tốc góc của khâu qt
P
qt
M
S

ε

S
a

Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 3
2.1 Khâu chuyển động tịnh tiến
=−=−=−=Ρ
BASqt
amamam
2.2 Khâu quay
2.2.1 Khâu quay quanh trục đi qua khối tâm

ε.
Sqt
JM −=

qt
M và

) 




−=
−=Ρ
ε.
.
Sqt
Sqt
JM
am_ Để dễ dàng cho việc tính toán, thay
qt
M bằng ngẫu lực (
"
qt
Ρ ,
'
qt
Ρ ) với
"
qt
Ρ đặt tại S

S
.
ε

ó





=
==
α
α
ε
α
cos.
cos
.
cos
OS
OS
t
S
S
lh
la
a
=>
OS

S
a

τ
S
a

h
α

Sqt
amP −=

'
qt
P

ε
Sqt
JM −=

ε

K

Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 4
Ở đây, ta thấy khâu 2 là khâu có chuyển động song phẳng gồm: chuyển động tịnh tiến
của khâu cùng với điểm C và chuyển động quay của khâu đối với điểm C.


2
"''
CSCqtqtqt
aamPPP +−=+=
=>
22
.
2 Sqt
amP −=
? Chú ý:
+ Xác định điểm K
2
theo CT:
BC
S
SK
lm
J
l
.
2
=
+ Xác định điểm T:
Qua S
2
kẻ đường thẳng d
1
song song
C
a

(
Cx//
)

C
v
BC
v
x

(
BC
⊥
)

(
Cx//
)

π
b

n
CB

c

C
a
t

"
2qt
P
Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 5
Bài 3. PHẢN LỰC KHỚP ĐỘNG

Để xác định phản lực trong các khớp động ta phải tách cơ cấu thành những
chuỗi động hở. Phản lực tại các thành phần khớp động được tách ra sẽ trở thành ngoại
lực. Lúc này ta có thể sử dụng phương pháp động tĩnh học để tìm chúng.
Thông thường, các khớp động thường được bôi trơn đầy đủ nên giá trị lực ma
sát trong khớp động thường khá nhỏ so với giá trị áp lực khớp động tương ứng, do vậy
khi giải bài toán phân tích lực người ta thường bỏ qua lực ma sát, nghĩa là đồng nhất
áp lực khớp động với phản lực khớp động.
3.1 Điều kiện tĩnh định của chuỗi động phẳng
(điều kiện xác định các lực chưa biết bằng phương pháp động tĩnh học)
Xét chuỗi động phẳng gồm n khâu động, có p
4
khớp loại 4, p
5
khớp loại 5.
_ Một khâu của chuỗi động phẳng : lập 3 phương trình.
_ n khâu: thiết lập được 3n phương trình cân bằng tĩnh học.

Hình 3.1
Áp lực khớp được xác định nhờ 3 yếu tố: độ lớn, phương chiều, điểm đặt
_ khớp loại 5: mỗi phản lực cần tìm chứa 2 ẩn số:
+ khớp quay: phương chiều, độ lớn phản lực là 2 ẩn => có 2p
5
ần cần phải xác

Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 6
Các lực
i
P tác động lên khâu i tương ứng, trong đó kể cả lực qn tính.

Tách nhóm Atxua BCD (khâu 2, khâu 3) và đặt phản lực
12
R
,
43
R
vào các khớp chờ B,
C tương ứng (hình 3.2b).
Viết phương trình cân bằng lực cho tồn nhóm :
0
433212
=+++ RPPR (1)
Giả sử cho trước giá trị P
2
, P
3
.
Lúc này pt (1) tồn tại 4 ẩn số : độ lớn và phương chiều của
12
R
,
43
R
.
Để giảm bơt ẩn số, ta phân các phản lực thành 2 thành phần: tiếp tuyến và pháp tuyến

τ

=>
BC
hP
R
t
22
12
.
=
Cân bằng khâu 3: 0 )(
333)(
3
=−=Σ hPCDRRM
DiC
τ

=>
CD
hP
R
t
33
43
.
=
+ Xác định
nn
RR

R
43
Hình 3.2c

b

c

n
R
43
32
R
Hình 3.2
a

Cơ cấu bốn khâu bản lề

A

B

C

D

1

2


t
R
12
n
R
43
t
R
43
Hình 3.2
b

Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 7
Vẽ đa giác lực khép kín (hình 3.2c): vectơ
cb
biễu diễn phản lực
32
R
3.2.3 Cơ cấu tay quay con trượt

Tách nhóm Atxua gồm khâu 2, khâu 3 và đặt phản lực
12
R
,
43
R
vào các khớp chờ B, C
tương ứng (hình 3.3b).
Viết phương trình cân bằng lực cho toàn nhóm :

12
:
Cân bằng khâu 2: 0 )(
2212)(
2
=+=Σ hPBCRRM
iC
τ

=>
BC
hP
R
22
12
.
=
τ

+ Xác định
4312
,RR
n
: Vẽ đa giác lực khép kín (hình 3.3c)
=> vectơ cbba, biễu diễn phản lực
4312
,RR
n
tương ứng.
+ Xác định điểm đặt của phản lực

ω

B

C

2

P
1

P
2

h
3

P
3

1

3
n
R
12
t
R
12
43


43
R

n
R
12

32
R
Hình 3.
3c

a

b

c

d

h
3

Bài giảng nguyên lý máy
Chương 3: Phân Tích Lực Cơ Cấu 8
3.3 Phân tích lực trên khâu dẫn
_ Với cơ cấu một bậc tự do, sau khi tách các nhóm tĩnh định, sẽ còn lại một khâu dẫn
nối giá bằng khớp loại 5. Ví dụ: Với cơ cấu tay quay con trượt, sau khi tách nhóm tĩnh
định (khâu 2+3) sẽ còn lại khâu dẫn AB nối giá bằng khớp quay A (Hình 3.2).

211
=++
A
RRP
3.3.2 Lực cân bằng
+ Cân bằng khâu dẫn:
0=
∑
A
M
<=> 0
11221
=+−−
CBcb
hPhPhR
<=>
11221
hPhRhP
CBcb
+=
=>
11221
hPhRhPM
CBcbCB
+==
+ Phản lực khâu dẫn:
0
211
=+++
Acb

: vận tốc góc của điểm đặt lực i

Pi
N ,
Mi
N : lần lượt là công suất lực P
i
, moment M
i

_ Mômen lực cân bằng trên khâu dẫn:
1
()0
()0
kk
cbcbiiii
kk
cbiiii
MPVM
PVPVM
ωω
ω
++=
++=
rrrr
rrrrr

Giải hai phương trình trên ta sẽ có giá trị lực cân bằng của khâu dẫn.

A


12
R
h
cb

h
2

P
1

h
1