1.

Phần I: TỔNG HỢP CƠ CẤU
Cấu trúc và nguyên lý làm việc của cơ cấu.
1.1.
Cấu trúc.
1 : Tay quay OA.
2: Thanh truyền chính AB.
3: Con trượt B.
4: Thanh truyền phụ CD.
5: Con trượt D.
α : Góc giữa hành trình của pittông B và D
β: Góc giữa AB và CD.

Hình 1. Họa đồ cơ cấu.

Nguyên lý làm việc.
Dưới tác dụng của lực nén gây ra bởi khối khí nén pittong B và D chuyển động,
chuyển động này được truyền tới trục quay OA qua các thanh truyền AB và CD.
- Tay quay OA chuyển động có tác dụng truyền lực ra ngoài để máy làm việc.
- Ở mỗi xilanh có chu kỳ làm việc là 2 vòng quay của OA.
+ Vòng quay đầu từ 0 2π ứng với quá trình hút và nén nhiên liệu.
1.2.

-

1


2.



Hành trình của pittông B,H1
Đờng kính của xi lanh,D
Hệ số cơ cấu thanh
Tỷ số chiều dài của hai thanh AB và AC,
Tỷ số chiều dài của hai thanh AS2 và AB,
Tỷ số chiều dài của hai thanh CS4và CD,
Chiều dài thanh CD,
Góc giữa hành trình pittông B và D,
Góc giữa AC và AB,
Khối lợng pittông B,
Khối lợng pittông D,
Khối lợng tay quay OA,
Khối lợng khâu 2,
Khối lợng khâu 4,
Mô men quán tính của thanh truyền AB,
Mô men quán tính của thanh truyền CD,
Góc truyền động
Mô men quán tính của khâu 1 với trục quay,
Số vòng quay của khâu 1 n vòng/phút
Mô đun hệ bánh răng bên phải
Mô đun hệ bánh răng bên trái
Số răng của bánh răng khâu dẫn động
Số răng của bắnh răng
Phõn tớch cu trỳc c cu:
a.
S bc t do.
- S khõu ng n= 5
- S khp thp P5 =7
- S khp cao P4 =0

mII

220
180
3
3
0.35
0.4
270
55
60
10,5
10,5
8
7
3
0.13
0.04
75
0.09
2400
3
4,5
13
26

mm
mm

mm

λ =lAB/lOA  lAB = lOA λ =110 3 =330(mm).
- Chiều dài của thanh:
lAC =lAB/3=330/3=110(mm)
×
×
- Chiều dài của đoạn:
lAS2 =lAB 0,35 =330 0,35 =115,5(mm).
- Chiều dài của thanh CD:
lCD = 270 (mm)
Xây dựng họa đồ cơ cấu và họa đồ chuyển vị ứng với một tỷ xích xác định.
4.1.
Thu gọn theo tỷ xích
Chọn tỷ xích µl = 1/300() tính được.
+
OA=lOA/µl = 33 (mm).
+
AB=lAB/µl= 99 (mm).
+
AC=lAC/µl = 33 (mm).
+
AS2=lAS2/µl= 34,65 (mm).
+
CS4=lCS4/µl= 32,4 (mm).
+
CD=lCD/µl= 81 (mm).
+
α = 550 , β = 600
4.2.
Xác định các vị trí cần thể hiện trên họa đồ chuyển vị.



a.
-

1.

Phần II: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU
A : BÀI TOÁN VẬN TỐC.
Theo họa đồ cơ cấu ta có.
vA1=vA2, vB2=vB3
vC2=vC4,
vD4=vD5 ,
Vận tốc góc của khâu OA ω1= = =251.2(s-1)
Phương trình mô tả quan hệ vận tốc của các điểm đặc biệt.
Xét cơ cấu khi điểm A≡A6.
• Xét 2 điểm A,B trên khâu 2.
=
+
(1)
B3
A2
B3 A2
// OB
⊥ OA
⊥ AB
------ω1.OA
ω2.AB
?
27,65 (m/s)
?

, véc tơ ab 

V

B3A2.


-

Dựa vào định lý tam giác đồng dạng thuận với khâu 2, ta có
thuận với

∆

abc đồng dạng

∆

ABC từ đó ta xác định được điểm c2 trên họa đồ.
• Xét 2 điểm C,D trên khâu 4.
=
+
D5
C2
D5 C2
// OD
xác định
⊥ CD
---ω4.CD
?

Dựa vào định lý đồng dạng thuận ta có: as 2/ab =AS2/ABas2=ab AS2/AB , từ đó
×

ta xác định được s2 trên họa đồ , tương tự ta cơ cs 4=cd CS4/CD, ta đó xác định được s4
uv

trên họa đồ,véc tơ Ps2 
2.

uv

V

S2

, véc tơ Ps4 

V

S4.

Xác định vận tốc của các điểm cần thiết.
- Đo chiều dài các véc tơ trên họa đồ ta được vận tốc cần tính:
×

×

V3= VB3 =Pb3 µv = 35.73 0.5= 17,86(m/s)
×



ω4=VD5C2/lCD = cd µv /CD µl =30.99 0,5/0,33=46.95(1/s)
Lập bảng các kết quả tính toán tại 14 vị trí. (lập bảng tính trong bài toán gia tốc.)
Xây dựng đồ thị mô tả sự thay đổi của vận tốc dài của các điểm thuộc các khâu
chuyển động tịnh tiến và các khâu chuyển động quay theo vị trí của cơ cấu.
B: BÀI TOÁN GIA TỐC.

1.

Phương trình mô tả quan hệ gia tốc của các điểm đặc biệt.

π

×

×

π

Ta có ω1=
n/30 = 2400
/30 = 251,2 (s-1)
Lấy µl = 1/300()
•
Xét 2 điểm A,B trên khâu 2,ta có.
×
Gia tốc pháp của điểm A nA2 = ω21 lOA =251,22 × 0,033=2082.34(m/s2)
5



------21 lOA
1 lOA
2
?
2313.72(m/s ) 0

n

+
AB

B3A2

B A
ì



B3A2

(1)

ì

22 lAB
2 lAB
561.34
?

V ha vn tc cho (1) theo t xớch àl= 1/300(m/mm); àa =80 (m/mms2)


D5

C2

+

n
D5C2

+



D5C2

//OD
xỏc nh
DC
DC
ì
ì
----| |
24 lCD
4 lDC
? (m/s2)
| |
178.55
?
V ha vn tc cho (2) theo t xớch àl= 1/300(m/mm); àa =80 (m/mms2)


×

×

ε2 = aτB3A2/lAB = nB3A2 b3 µa / AB µl = 2623,67(s-2).
×
×
ε4 = aτD5C2/lCD = nD5C2 d5 µa / CD µl = 3871,47(s-2)
3.

Bảng các giá trị vận tốc,gia tốc của 12 vị trí.

ĐL
VT
1
2
3
4
5-13
6
7
8
9
10
11-14
12
ĐL
VT
1

- 13,12
- 73,54
- 25,12
- 22,07
-13,12
0
13,12
22,07

8,03
- 6,77
- 18,98
- 25,12
- 25,62
- 46,95
- 7,86
6,275
18,36
25,21
25,66
20,46

0
9,77
19,77
27,64
28,10
17,86
0
- 17,87


22,73
28,00
27,83
21,810
13,85
- 20,28
- 24,62
- 29,06
- 25,58
- 20,43
- 13,85
16,49

ε 2(s-2)

ε 4 (s-2)

a3(ms-2)

a5(ms-2)

aS2(ms-2)

aS4(ms-2)

0.00
2623,67
4957,55
-9915.82

-3215.78
-1029.98
+1090.74
+2055.10

+5409,55
2039,52
-2311,87
-3026.42
-3813.24
63678,41
-3156.54
-1406.32
+351.57
+1520.80
+2178.61
+2494.47

6223,93
5399,79
4933,60
2041.31
2207.73
6117,66
3032.70
3436.57
3032.707
2207.73
2041.31
2445.60

1.
Tách các nhóm Axua đặt các lực xác định được ngay vào cơ cấu
- Trọng lượng các khâu.
- Lực phát động hoặc lực cản kỹ thuật.
- Lực vào mô men quán tính tại các khâu
- Phản lực tại khớp động.
2.
Phân tích phản lực tại các khớp cần thiết
2.1.
Xác định áp lực thực tế P của píttông.
Lực công nghệ P=pi.F
F=

F: là diện tích mặt cắt ngang của xilanh.

= . 0.182= 0.0254( m2)

pi là áp suất chỉ thị: pi=i . μp (bar)
i =y : tung độ của biểu đồ công đo được từ đường áp suất khí quyển đến đường
cong áp suất trong xilanh.
μp tỷ xích của đồ thị công μp =3,5(bar/mm).
Với 1 bar = 105 (N/m2) ta có:
P3 = pi . F =i . μp.105.F (N)
P5= pi .F =i . μp.105 .F (N)
Bảng giá trị lực tại 14 vị trí như sau.
Ta nghiên cứu bài toán lực trong một vòng quay của khâu dẫn ( OA quay 360 0)


Vi trÝ
pi 3

3.955
NÐn

3.955
NÐn

3.955
NÐn

3.955
NÐn

11.865
NÐn

27.685
NÐn

8


Vi trÝ
pi 3

(mm)
P3(N)
Hµnh tr×nh

3



23.730
Næ

11.865
Næ

7.910
Næ

9

10

11

12

1

2

Với píttông D



Vi trÝ
pi 5

(mm)

0
X¶

Vi trÝ

3

4

5

6

7

8

0

0

0

0

0

0

0

Xác định các hợp lực quán tính.
Lực quán tính sinh ra do sự chuyển động không đều của các khâu. Lực quán tính
thay đổi cả độ lớn và phương chiều theo chu kỳ động học.
• Lực quán tính của khâu 2.(thanh AB)
Vì thanh AB chuyển động song phẳng nên ta có
+ Lực quán tính

P2qt

ngược chiều chuyển động của gia tốc aS2 của khâu 2

P2qt = −m2 × a S 2

•

Độ lớn
,
Điểm đặt tại S2
qt
+Mô men quán tính M 2 ngược chiều quay của ε4 ,
Độ lớn Mqt2=-J2 . ε2 (dấu - ngược chiều)
Lực quán tính của khâu 3.(con trượt B)
Khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên có

9


P3qt

L c quỏn tớnh.

Đại lng
Vị Trí
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

(KN)

(KN)

28,33
12,25
- 17,11
- 52,39
-71,06
-56.80
-29,69
12,24
41,84
49,70
46,76


(N.m)

(KN)

28,61
37,26
41,68
37,26
28,61
-42,82
31,01
33,55
34,10
33,54
31,01
26,83

1.313,24
694,11
0
-694,16
-1.313,27
-1.588,07
-1.313,16
-694,16
0
694,16
1.313,16
1.588,07


D

t
R24

bằng phơng trình cân bằng mô men đối với điểm D2

t
( F ) = P4 qt .lDS .sin(P4 qt , DS ) M qt 4 + R24
.lCD = 0

10


P4qt .lDS .sin( P4qt , DS ) + M 4qt
R =
lCD
t
24

-

Phơng trình cân bằng lực cả nhóm là:

ur
R05 + P5 + P5qt + P4qt + R24t + R24n = 0

Vẽ hoạ đồ theo (1) vi p theo từng vị trí =>



-

Ta xác định lực lực

m

B

R12t

bằng phơng trình mô men cân bằng tại điểm B:

( F ) = R .l AB M 2qt R42 .lCB . sin(R42 , CB) P2qt .l BS . sin( P2qt , AB) = 0
t
12

M 2qt + R42 .lCB .sin( R42 , CB ) + P2qt .lBS .sin( P2qt , AB)
R =
l AB
t
12


-

Phơng trình cân bằng lực cả nhóm:

R03 + P3 + P3qt + R42 + P2qt + R12t + R12n = 0
R12n R03

Xét phơng trình cân bằng lực cho khâu dẫn ta có :
R01

R21

R01 = R21

+
=0
.Giá trị :R21=R01, R12 R01 chính là phản lực khớp O.
Các giá trị tính đợc cho trong bảng sau:
R24

R05

R45

R23

1

(N)
42.53

(N)
8.74

(N)
29.64


7.30

(N)
62.21

32.55

11.96

19.04

79.75

18.17

55.70

93.26

1.10

6

43.98

7

M cb
R01 (N) (N.m)
62.21


1.83

107.16

107.18

1.13

3.51

62.07

48.50

19.19

76.03

76.03

5.64

39.46

9.02

30.915

52.42


21.95

58.01

45.41

13.84

148.09

148.09

0

10

79.4

17.93

60.33

49.36

21.17

160.17

160.17


14.49

108,24

108.24

4.14

Xỏc nh Mcb bng phng phỏp chuyn v kh d.
C cu chuyn ng trong mt phng nờn phng trỡnh cõn bng cụng sut
khụng cú s tham gia trng lng cỏc khõu.
Phng trình cân bằng công suất của cơ cấu là:
4.

M cb . 1 + P2qt .Vs 2 + M 2qt . 2 + P3qt .Vs 3 + P3 .Vs 3 + P4qt .Vs 4 + M 4qt . 4 + P5qt .Vs 5 + P5 .Vs 5 = 0
12

(*)


Ta chọn vị trí 4 để tính Mcb:
Đại lng
(KN)
(KN)
-56.80
-19,76
V trớ 6

(Nm)

.(
)
+
M
.(
)
( P3 .V3 + P5 .V5 )


i
j
1
1
1
i =1
j =1
MD =
=
(*)
- Mô men quán tính khối lợng thu gọn.
5

V

J T = mk .( sk ) 2 + J sk .( sk ) 2
1
1
k =1
=
[( J s1 + m2 .(

JT(Kg.m
0,102
0,087
0,065
)
V trớ
7
8
9
MD(Nm)
636
210
716
2
JT(Kg.m
0,094
0,081
0,06
)

4
4409

5
3619

6
1779

0,058

-

Vẽ biểu đồ M

với

-

Tích phân đồ thị M

àM =

( )

xớch A = M. V . H=

100(N.m/mm) , 3(độ/mm) = 0,052 (rad/mm).

(với cự ly gốc H=30 mm )ta đợc đồ thị Ađ

( )

với tỷ lệ

100 ì 0, 052 ì 30 =

-

156 (Nm/mm).
Ac ( )

0,102 ì 335,1032 = 11.454( kg.m 2 / s 2 )

Bng giỏ tr ()

2.2.

V trớ

1

2

3

4

5

6

( )

335,10

325,65

331,91

415,03


472,08

ồ thị biểu diễn trên hình vẽ
3.
Tính gần đúng hệ số không đều của khâu thay thế.
Theo kết quả ở trên ta có : max =698,163 (1/s)

min =325,653 (1/s)
=> tb = = 511.908 (1/s)
Hệ số không đều tính theo công thức: = = =

698,163 325,653
=
511,908

0,728

Xỏc nh mụ men quỏn tớnh khi lng ca bỏnh lm u chuyển động
S dng phng phỏp th Writlenbauer.

4.

t

-

Vẽ biểu đồ E(J ) bằng cách khử thông số của đờng cong
14



E

,cho cắt trên trục O




).Các tiếp tuyến này lần lợt làm với
E một đoạn BD. Đoạn này biểu diễn

là biến thiên cực đại của động năng bánh đà. th cú

à E = à A = 156( Nm / mm)

v

à J = 0.002( Nm / mm)
.

= 0.728

Theo hệ số chuyển động không đều của máy
và vận tốc góc trung bình
tb = 511.92 (rad/s) ta xác định max , min theo các đẳng thức sau:
à
0, 002
tg max = J tb2 (1 + ) =
ì 511,9082 (1 + 0, 728) = 2,903
2à E
2 ì156

3, 52 ì 156
=
0, 003( Kgm 2 )
2
2
tb ì
511, 908 ì 0, 728

4j
D2
4 ì 0, 003
Jv = m
=> m = 2v =
= 0,3( Kg )
4
D
0, 22
Mặt khác ta có


Phn V: THIT K C CU CAM.
15


Góc quay của cam trong các giai đoạn chuyển động.
Góc
Giá trị (độ)

51


a) Giai đoạn đi xa (0 )
S= = 5.[1- cos()] (mm)

S’ == sin = (sin t) (mm)
S” = = )2 cos π () = 62.2837 cos() (mm)

b)

Trong đó đặt t = (0≤t ≤1).
Giai đoạn đứng xa. ( 0≤ φ≤ )
S ≡ h=10mm , S’≡ 0 , S” ≡ 0
16


Giai đoạn về gần.( 0≤ φ≤)
S= = 5.[1+ cos()] (mm)
S’ == - sin = (sin t) (mm)
S” = = )2 cos π () = - 62.2837cos() (mm)
Trong đó đặt t = (0≤t ≤1).
d) Giai đoạn đứng gần. .( 0≤ φ≤ φG = )
S ≡ 0 , S’≡ 0 , S” ≡ 0
Bảng sau đây trình bày giá trị của hàm số d 2S/dφ2, dS/dφ và S=S(φ) tại những vị trí
khác nhau trong một chu kỳ chuyển động (360 0) của cơ cấu cam đã cho. Kết quả tính
toán theo các công thức nêu trên với sự hỗ trợ của bảng tính Excel.
c)

Giá trị của hàm d2S/dφ2, dS/dφ và S(φ)
GIAI
ĐOẠN


39
42
45
48
51
0÷24
0
3
6
9
12
15
18
21
24

0
0.05882
0.11764
0.17646
0.23528
0.2941
0.35292
0.41174
0.47056
0.52938
0.5882
0.64702
0.70584
0.76466

-61.2202
-62.2837
0.00000
-62.2837
-61.2234
-58.0786
-52.9563
-46.031
-37.5384
-27.7678
-17.0517
-5.75502

0
3.242352
6.374309
9.289235
11.88788
14.08178
15.79622
16.97283
17.57156
17.57202
16.97419
15.79843
14.08477
11.89155
9.293453
6.378935
3.247228

10
10
9.914881
9.662421
9.251216
8.695267
8.013503
7.229136
6.368872
5.462

62.28374
61.30855
58.41618
53.70511
47.33575
39.52495
30.53865
20.68282
10.29302
-0.27699
-10.6673
-20.5242
-29.5121
-37.3249
-43.6966
-48.4104
-51.3056
-52.2837
10

0.76466
0.82348
0.8823
0.94112
1

5.737584
17.03484
27.75209
37.52445
46.01919
52.94708
58.07224
61.22017
62.2837

-17.572
-16.9742
-15.7984
-14.0848
-11.8916
-9.29345
-6.37893
-3.24723
-0.00164

4.539399
3.63248
2.772122
1.987619

D

D

D

18

D+

X

D

+

X+

V


II. Xác định bán kính nhỏ nhất của biên dạng cam
Đối với các cơ cấu cam cần đẩy đáy bằng bán kính nhỏ nhất r 0 của biên dạng cam
được xác định dựa theo điều kiện lồi của biên dạng cam. Ta xác định r 0 theo trình tự
sau.
Bước 1. Cộng giá trị thực của hai hàm số S ” (φ) và S(φ). Trong bài toán đang xét,
tổng giá trị thực của hàm số này được thể hiện ở cột cuối cùng của bảng Excel.
Bước 2. Tìm giá trị âm nhỏ nhất của tổng nói trên : min {S”+S}. Với bài toán đang
xét tổng cho min {S”+S} =52.2837mm
Bước 3.Xác định bán kính nhỏ nhất của cam theo công thức

19


Bước 5. Từ các điểm Ck (k= 0, 1, 2…) lần lượt vẽ các đường thẳng k ( biểu diễn phương
đáy cần) thỏa mãn các điều kiện sau.
+ k vuông góc với tia Atk tương ứng
+k cách điểm tương ứng một khoảng bằng S(φk) theo tỷ xích μL đã chọn
Kết quả nhận được sau 5 bước này chính là đường thẳng k.
Bước 6. Vẽ đường cong trơn khép kín là hình bao của tất cả các đường thẳng k đã được
vẽ trên , ta sẽ nhận được biên dạng cam.
V
X

D

t

k

Ck

t

S(

A

0

C0


X

29
31

D

33
35

A

C0

12
0
8
6
4

G

20

t12
t10
t8
t6
t4