thiết kế cơ cấu theo chỉ tiêu độ chính xác
trong các thiết bị điều khiển cơ điện tử

PGS. TS. An Hiệp
ThS. trơng hồng quang

Bộ môn Thiết kế máy
Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT

Tóm tắt: Chế tạo các sản phẩm cơ khí có giá trị công nghệ cao l một hớng phát triển
của nền công nghiệp hiện đại, khi thiết kế các sản phẩm ny thì chỉ tiêu độ chính xác l chủ
yếu. Trên cơ sở phân tích các sai số v các biện pháp giảm thiểu chúng. Bi báo trình by nội
dung của quá trình tổng hợp cơ cấu theo độ chính xác, cụ thể l hai bi toán: Tổng hợp động
học v tổng hợp hình học cơ cấu.
Summary: Hi-tech mechanical product manufacturing is one trend of the developing
modern industry. Accuracy is essential in designing these products. Based on analysis of errors
and solutions to lessen them, the article provides synthesizing process as per accuracy,
particularly; Dynamics synthesyzing and structural geometry synthesizing.
i. đặt vấn đề
Máy móc nói chung, tuỳ theo chức năng
làm việc có thể đợc chia làm hai dạng:
Dạng truyền và biến đổi năng lợng nh:
máy gia công, máy vận chuyển, nâng hạ,
động cơ, máy phát Loại này làm việc ở chế
độ tải trọng và vận tốc lớn, chỉ tiêu thiết kế
chủ yếu là độ bền, độ cứng và ổn định khi làm
việc.
Dạng truyền và biến đổi tín hiệu nh:
Thiết bị đo, các thiết bị điều khiển cơ điện tử
thì chỉ tiêu thiết kế là bảo toàn quy luật chuyển

SD
- y
0
là sai số lý thuyết. Là hiệu số giữa
hàm vị trí của cơ cấu lý thuyết y và hàm số
yêu cầu y
0
.
Ta có:
y
0
= y - y
0
Ví dụ: Ta có hàm yêu cầu y
0
= k. Trong
đó y
0
chuyển vị thẳng, chuyển vị góc, k hệ
số chuyển đổi.


y

Hình a
Để đảm bảo biến đổi chuyển động tịnh
tiến thành chuyển động quay (góc ). Ta có
thể dùng cơ cấu bánh răng - thanh răng có
quan hệ hàm vị trí y = r
0

số công nghệ. Đây là một đại lợng
ngẫu nhiên bao gồm các sai số về kích
thớc, hình dáng, vị trí bề mặt và độ
nhám.
-
SD
là sai số sử dụng xuất hiện
trong quá trình làm việc của cơ cấu.
Ví dụ: Độ mòn, biến dạng do nhiệt
độ, do lực, khe hở lắp ghép
Mục đích của bài toán là hạn chế sai số
của cơ cấu, vì vậy cần phải lựa chọn cơ cấu
có sai số lý thuyết nhỏ nhất tức là cơ cấu có
hàm vị trí gần đúng với phơng trình cho trớc
và có nhiều điểm trùng với phơng trình cho
trớc; Phối hợp các cơ cấu cơ bản trong xích
động học để sai số lý thuyết của chúng triệt
tiêu nhau. Ngoài ra để đơn giản và dễ chế tạo
thì phải lựa chọn cơ cấu có số khâu và khớp ít
nhất nhằm hạn chế sai số công nghệ.
Dới đây là vài ví dụ về các biện pháp
giảm thiểu sai số lý thuyết của cơ cấu.
a. Chọn cơ cấu có hm vị trí gần đúng với
phơng trình cho trớc
Nh đã phân tích ở trên để biến đổi
chuyển động tịnh tiến thành chuyển động
quay ta có phơng trình yêu cầu: y
0
= k. Nếu
chọn cơ cấu bánh răng - thanh răng thì

0
gtan
yy >
(hình d).
Hình b Hình c
ysin
ytang
z
y

y
y

Hình d

b. Phối hợp cơ cấu để triệt tiêu sai số
Vì sai số lý thuyết có thể (-) hoặc (+)
hoặc bằng 0 tuỳ theo từng cơ cấu. Nếu phối
hợp hợp lý các cơ cấu cơ bản trong xích động
học có thể triệt tiêu đợc các sai số lý thuyết
làm sai số tổng cộng giảm. Ví dụ: Có thể sử
dụng các cơ cấu cùng tên có tác dụng ngợc
nhau nh cơ cấu sin và sin ngợc trong cơ
cấu chuyển hớng chuyển động có khuyếc
đại của thiết bị điều khiển (hình e). Giả sử ta
phải xác định quan hệ giữa chuyển vị y trong
cơ cấu sin và chuyển vị z trong cơ cấu sin
ngợc. Ta có: =
1
-

1
0
l
B
arcsin=
,
11
0
1
l
A
arcsin
l
Az
arcsin
l
Az
arcsin
+
=
+
=

Mặt khác:
22
l
B
arcsin
l
By

khe hở lắp ghép hay tăng độ ổn định khi lm
việc
Ví dụ: Dới đây là hai kiểu bố trí mũi dao
trong cơ cấu khuyếch đại đòn kiểu sin, nếu bố
trí dao quay cùng phía nh phơng án 1 thì
đòn dễ bị xô ngang làm thay đổi tỷ số truyền
a/b, phơng án 2 bố trí hợp lý hơn vì không
làm thay đổi chiều dài tay đòn (hình g).
Phơng dịch ngang
2. Tổng hợp hình học cơ cấu
Mục đích của bài toán là xác định giá trị
của các thông số hình học p
i
của các khâu
trong cơ cấu thoả mãn điều kiện y
0
[y
0
].
Từ cơ cấu đã đợc xây dựng ở bài toán động
học. Ta xây dựng hàm số sai số lý thuyết:
y
0
= y - y
0
= (z,p
i
) -
0
(z,k

bb
a
Phơng án 1
a
Phơng án 2
Hình g

Do khuôn khổ bài báo chúng tôi chỉ trình
bầy tóm tắt các bớc thực hiện bài toán nh
sau:
1. Lập hàm vị trí lý thuyết của cơ cấu.
2. Tính sai số lý thuyết y
0
= y - y
0
3. Chọn bậc đa thức gần đúng cho hàm
sai số lý thuyết.
4. Chọn kiểu đa thức và
chuyển đổi biến số.
5. Lập và giải hệ phơng trình cân bằng
hệ số nếu chọn phơng pháp xấp xỉ và lập hệ
phơng trình nội suy xấp xỉ bằng phơng pháp
nội suy.
6. Kiểm tra kết quả xem có thoả mãn yêu
cầu độ chính xác hay không.
iii. kết luận
Hiện nay trong sản xuất, các thiết bị và
máy móc tự động đã trở thành phổ biến thay
thế các máy móc truyền thống; thiết kế theo
chỉ tiêu độ chính xác đóng vai trò quan trọng