LẠI KHẮC LIỄM
:
T
BẢI TẬP Cơ HỌC MÁY
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Lại Khắc Liễm
BÀI TẬP
c ơ HỌC MẤY
(Tái bản lần thứ tư)
TRƯƠNG BẠI HỌC NHATRANG
Ti H
s Ỉw ĩ
4
* -1 s
- __
(
30034394
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
TP PIỒ CHÍ MINH - 2013
GT.05.VL(V)
DHQG.HCM-13
155-2012/CXB/08-08
GT.VL..20-13(T)
3
MỤC LỤC
Lời nói đầu
5
C hương m ột
CẤU TRÚC C ơ CẤU
7
1.1 Phân loại khớp động
1.2 Vẽ lược đồ - Tính bậc tự do - Tách nhóm
7
11
C hương hai
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC c ơ CẤU
31
2.1 Phân tích động học cơ cấu hạng 2
31
2.2 Phân tích động học cơ cấu hạng 3
53
Chương ba
PHÂN TÍCH L ự c C ơ CẤU
58
C hương bốn
MA SÁT - HIỆU SUẤT
72
Chương năm
CHUYỂN ĐỘNG THựC VÀ LÀM ĐỂU CHUYỂN ĐỘNG MÁY
85
Chương sáu
Cơ CẤU PHẲNG TOÀN KHỚP THẤP
98
Chương bảy
THIẾT KẾ Cơ CẤU CAM
106
7.1 Thiết kế cơ cấu cam
106
7.2 Xác địilh qui luật chuyển động của cơ cấu cam
112
Chương tám
HỆ THỐNG 3ÁNH RÀNG
Phụ lục
122
132
1. Giải các bài toán tỉ lệ bằng phương pháp vẽ
132
2. Chọn tỉ lệ xích
136
ịiv, ịla
3. Thu gọn lực quán tính
140
4. Tích phân đồ thị
143
Đáp s ố n h ữ ng bài tập chưa giải
147
Tài liệu th a m khảo
153
t
Lời nói đầu
B À I T Ậ P C ơ H Ọ C M Ả Y được biên soạn theo nội d u n g chương
tr ìn h đào tạo các n g à n h Cơ k h í Trường Đại học B ách k h o a - Đ ại học
Quốc g ia TP H C M .
S á c h là tài liệ u đ i k èm với Giáo trìn h c ơ H Ọ C M Ả Y - tài liệ u
th a m kh ả o [1] nên k h ô n g có p h ầ n tóm tắt lý th u yết. N goài m ụ c đ ích
g iú p s in h viên g iả i các bài tập trong quá trìn h học c ơ H Ọ C M Á Y , sách
còn lậ p lu ậ n , đ ặ t vấn đề, hướng dẫn đ ể người đọc h iể u rõ hơn lý th u y ế t
m ôn C ơ H Ọ C M Á Y . Đ ể g iả i m ộ t số bài tập, người đọc cần q u a n tâ m
đến p h ầ n p h ụ lục. S á ch c ũ n g có th ể làm tài liệu th a m k h ả o cho sin h
viễn đ a n g là m lu ậ n án tốt nghiệp hay trong quá tr ìn h công tác sau này
k h i có n h u cầu quan tâ m đến nội dung c ơ HỌ C M A Y .
T ác g iả cảm ơn a n h P h ạ m H uy H oàng - cán bộ g iả n g d ạ y m ô n c ơ
H Ọ C M Á Y đã đọc toàn bộ sách và cho n h ậ n xét.
L ầ n đ ầ u x u ấ t bản chắc chắn sách còn n hiều th iế u sót, n h ầ m lẫn.
Tác g iả m ong n h ậ n được n h iề u ý kiến đóng góp của bạn đọc đ ể lầ n tái
bản sau quyển sách được hoàn th iện hơn.
Đ ịa ch ỉ liề n hệ: B ộ m ôn T h iế t k ế m áy - Khoa Cơ k h í T rư ờ n g Đ ại
học B ách kh o a - Đ ại học Quốc gia TPHCM , 268 Lý T hư ờ ng K iệ t Q.10.
L ạ i K h ắ c L iễ m
Chương một
CẤU TRÚC
cơ CẤU
1.1 PHÂN LOẠI KHỚP ĐỘNG
T heo tín h c h ấ t tiếp xúc, khớ p động được ch ia ra: khớp cao là kh ớ p có th à n h
p h ầ n tiế p xúc là đường hoặc điểm còn khớp loại th ấ p là khớp có th à n h p h ầ n tiế p
xúc là m ặt.
T heo sô r à n g buộc của khớp, người ta gọi khớ p loại k là kh ớ p có k rà n g buộc.
Chỉ có th ê có khớ p loại 1, 2,..., 5, k h ô n g th ế có khớp loại k h ô n g (vì chưa tiế p xúc
với n h a u để tạ o th à n h khớp); cũng k h ô n g th ể có khớp loại sáu (vì đã nôi cứng với
nhau).
Việc x é t khớ p th ấ p hay khớp cao khòng có gi khó k h ă n . Đ ể x é t loại khớ p ta
p h ái x é t số rà n g buộc của khớp tức là cố định m ột khâu và đ ặ t lên k h â u cô đ ịn h
hệ trụ c toạ độ O xyz rồi x ét n h ữ ng chuyến động của khâu k ia bị m ấ t đi do liê n k ế t
giữa h a i k h âu (đê tạo th à n h khớp).
T ro n g k h i x é t chuyến động tương đối độc lập cần lưu ý:
1- Việc đ ặ t trụ c toạ độ nh ư th ế nào cùng không ả n h hưởng đến số rà n g buộc
n h ư n g đế dễ n h ậ n b iế t các chuyển động, nên đ ặ t hệ toạ độ O xyz sao cho:
- Gôc o tạ i điểm tiếp xúc h a y tr ê n đường tiế p xúc hay tr ê n tâ m đôi xứng của
m ặ t tiế p xúc.
- Các trụ c to ạ độ trù n g với tâ m h ìn h học của các th à n h p h ầ n kh ớ p động càng
n h iề u càng tô t.
2- Gôc 0 do ta chọn n ê n k h á i n iệm ”quay quanh trục x ” v à k h á i n iệm “quay
q u a n h trục song song với trụ c x ” là n h ư nhau.
Sau đây ta x ét loại khớp qua m ộ t sô' b ài tập :
8
CHƯƠNG MỘT
H ìn h b à i 1-1
9
CẤU TRÚC C ơ CẤU
B à i g iả i:
T r ê n h ệ to ạ độ Oxỵz g ắ n cứng trê n v ậ t B, ta x é t chuyển động tương đối, độc
lập của v ậ t A:
H ìn h a: V ậ t A còn các chuyển động quay quan h trụ c
Qx, Qy, Qz ), tịn h tiế n th eo trụ c
X
X, y , z
(ký h iệ u là
(Tx ) và tịn h tiế n theo trụ c 2 ( Tz ). Thực r a k h i
v ậ t tịn h tiế n th eo trụ c 2 có làm cho vị tr í v ậ t A trê n trụ c
y
th a y đổi n h ư n g sự
th a y đổi n à y liê n quan đến Tz (do m ặ t cong của v ậ t B quyết định). K hi dừng
chuyển đ ộ n g Tz th ì k h ô n g th ể có chuyển động Ty n ê n kh ớ p ở h ìn h a có m ộ t rà n g
buộc (m ấ t ch u y ển động Ty ) n ê n khớ p ở h ìn h a là khớp loại 1.
H ìn h b: V ậ t A có các chuyển động Qx, Qy, Qz, TX,TZ có m ột rà n g buộc (m ấ t đi
Ty ) n ê n k h ớ p ở h ìn h b là khớp loại 1.
H ìn h c: V ậ t A có các chuyển động Qx, Qy, Tx, Tz có hai rà n g buộc (m ấ t đi
Ty, Qz ) n ê n là khớp loại 2.
H ìn h d: V ậ t A có các chuyển động Qx, Tz có bốn rà n g buộc Qy, Qz , Ty, Tx (xin
lưu ý: Ở đ â y v ậ t A, B có bề dày n h ư nhau cho n ên để đ ảm bảo tín h c h ấ t tiế p xúc
giữa h a i v ậ t k h ô n g th ể có chuyển động Qy, Tx ) n ê n đây là khớ p loại 4.
H ìn h e: Đ ây là h a i m ặ t trụ c trò n xoay tiế p xúc với n h au ở vị tr í h a i đường
tâ m của h a i m ặ t trụ trự c giao. K hi cố định v ật B, v ậ t A có các chuyển động:
Qz , Tz (h o ặc Ty ) tức là có bốn rà n g buộc: Qy, Qx, Tx, Ty (hoặc Tz kh ớ p loại 4.
)
-
H ìn h f: Đ ây là h a i b á n h ră n g h ìn h trụ ră n g th ẳ n g ă n khớp với nhau. Sự tiế p
xúc của h a i b á n h ră n g h ìn h trụ ră n g th ẳ n g là sự tiế p xúc của h a i m ặ t tr ụ có
đường sin h so ng song với n hau- để đảm bảo độ dài tiế p xúc (đảm bảo b ề n ) các
b á n h r ă n g k h ô n g được dịch chuyển theo dọc đường sin h (m ất Tz ). ơ đây b á n h
r ă n g A chỉ còn lại h ai chuyển động độc lập là Qz và Tx (hoặc Ty ). N hư vậy khớ p
h ìn h f có b ố n rà n g buộc: Qx, Qy, Tz , Ty (hoặc Tx )- khớp loại 4.
N ếu x é t th eo tín h c h ấ t tiế p xúc th ì các khớp ỏ' h ìn h a, b, e tiế p xúc th eo điểm ;
k h ớ p ở h ìn h c tiế p xúc th eo đường; còn các khớp ở h ìn h d, f tiế p xúc th eo đường
n ế u bề d ày các v ậ t A, B là đ á n g k ể hoặc có th ể coi là tiế p xúc đ iểm nếu bề dày
các v ậ t k h ô n g đ á n g kể.
N hư v ậ y các khớp ở h ìn h vẽ b ài 1-1 là các khớp loại cao.
10
CHƯƠNG MỘT
■
X
BAI 1-2:
X ét loại khớp cho các khớp động biểu d iên ở h ìn h vẽ b à i 1-2.
H ìn h b à i 1-2
11
CẤU TRÚC C ơ CẤU
1.2 VẼ LƯỢC ĐỔ - TÍNH BẬC Tự DO - TÁCH NHÓM
Đ ể vẽ, đọc và h iểu được lược đồ la p h ả i n ắm vừng các qui ước vẽ lược đồ các
khớp đ ộ n g v à chú ý th êm các điểm sau đây:
1Đ iều q u a n trọ n g là p h ải hiếu rà n g buộc ở m ột khớ p nào đó còn phụ thuộc
vào các k h ớ p k ề với nó. Cụ th ế: trê n h ìn h 0-1, nếu biểu diễn khâu 1 (giá) nối với
khâu 2 b á n g k h ớ p A nh ư h ìn h a th ì ta hiếu đây là khớ p loại 4 (còn h a i chuyển
động tư ơ n g đôi là quay và tịn h tiến); m uôn th ể h iệ n m ấ t th ê m chuyến động quay
phải vẽ n h ư ở h ìn h b. N hư ng khi khâu 2 nôi với k h â u 3 b ằ n g khớp b ả n lề tạ i Cn g h ĩa là k h â u 2 chỉ còn chuyến động quay q u an h tâm c (vuông góc với m ặ t p h a n g
giấy- k h ô n g còn quay q uanh đường tâm tro n g m ặ t p h ẳ n g giấy) nên nếu nôi k h â u 2
với giá b ằ n g k h ớ p tịn h tiế n ở D th ì chỉ cần vẽ nh ư h ìn h d- n g h ỉa là k h ô n g cần
gạch chéo tr ê n k h â u 2 (như ng do tác dụng của khó'p b ả n lề c, khớp D chỉ là khớ p
tịn h tiế n loại 5 n h ư khớ p B).
.2
2
A
1
/7777777"
1
B
/7777777
a)
b)
c)
d)
Hình 0-1
2P h ả i b iế t đặc điểm làm việc của các k h âu tạo n ê n khớp đế b iết các chuyên
động (các r à n g buộc). Ví dụ: trê n h ìn h vè 0-2, khớp A ở h ìn h a nôi giữa k h â u 1 với
k h âu 2 là k h ớ p loại 4 (còn chuyên động quay và tịn h tiên ); khớp B ớ h ìn h b là
khớp b ản lề (chỉ còn quay). N hưng nếu khâu 2 là m ột b á n h ră n g ã n khớp với m ột
b á n h ră n g k h á c (không th ề có chuyên động dọc trục tro n g quá trìn h chuyến động)
th ì chỉ cần vê n h ư h ìn h c (giông h ìn h a) m à khớp c, D vẫn được hiểu là khớ p b ản
lề (loại 5).
c)
H ìn h 0-2
CHƯƠNG MỘT
12
3P h ả i b iế t k h â u được biểu diễn là cái gì đế b iế t đặc điểm tiế p xúc; từ đó xác
đ ịn h được loại khớp. Cụ th ế ở h ìn h 0-2c tr ê n đây, khâu 2, 3 là h a i b á n h r ă n g ă n
k h ớ p với n h a u ở E cho n ê n E là khớ p cao m à tro n g cơ cấu p h ẵn g khớp cao là
k h ớ p loại 4.
N goài ra ta còn biểu diễn:
C ặp b á n h ră n g h ìn h trụ tru y ền chuyển động giữa h ai trụ c song song n h ư tr ê n
h ìn h 0-3 th ế h iệ n h a i b á n h ră n g ăn k hớ p ngoài, còn tr ê n h ìn h 0-4 th ể h iệ n h ai
b á n h ră n g ă n khớp trong, ơ cả hai h ìn h vẽ 0-3 v à h ìn h 0-4, h ìn h a biểu d iê n lược
đồ tro n g m ặ t p h ẳ n g chuyển động (m ặt p h ẳ n g vuông góc với tâm quay). H ai vòng
trò n tượng trư n g cho hai b á n h răng. Đế p h â n b iệ t với h a i h ìn h trụ trò n tiế p xúc
và tru y ề n chuyển động nhờ m a sá t (không có ră n g ầ n khớp) ta có th ể vẽ th ê m h a i
m ặ t ră n g tiế p xúc với n h au như trê n h ìn h 0-3a và h ìn h 0-4a. H ai h ìn h b biểu d iễn
tro n g m ặ t p h ẳ n g chứa tâ m quay. N hư vậy, tro n g trường hợp cần th iế t lược đồ có
th ế được biểu d iễn tro n g nhiều m ặt p h ẳ n g k h á c nhau.
Hình 0-3
Hình 0-4
H ìn h 0-5 biếu d iễn hai b án h ră n g nón tru y ề n chuyển động quay giữa h a i trục
giao n hau. H ìn h 0-6 là lược đồ của cặp b á n h ră n g trự tru y ền chuyên dộng giữa h ai
trụ c chéo n h a u (không song song và cũng k h ô n g giao nhau).
Hình 0-6
Sau đây ta sẽ x é t các bài tập về vẽ lược đồ, tín h bậc tự do và cả về tá c h
nhóm , xếp loại nhóm , xếp loại cơ cấu:
13
CẤU TRÚC C ơ CẤU
BÀI 1-3:
Vẽ lược đồ và tín h bậc tự do của cơ cấu b á n h ră n g n h ư h ìn h vẽ b à i l-3 a
tro n g đó b á n h ră n g zx và b á n h ră n g Z3 quay quanh đường tâ m cố đ ịn h 0 10 1,
b á n h ră n g Z2 ă n khớ p ngoài với b á n h ră n g z x, b á n h ră n g z '2 ă n kh ớ p tro n g với
b á n h ră n g Z 3 , b á n h ră n g z 2, Z '2 quay quanh đường tâ m ỡ 20 2 và đường tâ m
0 20 2 quay q u a n h đường tâ m cố đ ịn h 0)0]^ nhờ lắp trê n cần
c.
o.
-L B
2
_ c 1
o,
Z'.
o,
b)
V77?ì
A
^
Cần
ư
H ìn h b à i 1-3
D
E
14
CHƯƠNG MỘT
B à i g iả i:
Q ua mô tả ta th ấ y b á n h răn g Z j, Z 3 và cần đều nôi với g iá b ằ n g khớ p b ả n lề;
k h ớ p giữa b á n h ră n g Z Ị với
z2 v à Z'2 nối
z2,
giữa b á n h ră n g Z '2 với
z3 là
k h ớ p cao. Ở đây
cứng với n h au qua trục n ên cùng m ột k h â u và k h â u n à y nối với cần
b ằ n g khớ p b ả n lề. Lược đồ động của cơ cấu được th ế h iện trê n h ìn h vẽ b à i l-3 b .
T ín h bậc tự do: đây là cơ cấu p h ẳ n g n ê n bậc tự do được tín h th e o công thức :
w = 3/7 - (2p 5 + p4 - r ) - s
T ro n g đó: sô khâu động: /7 = 4 (gồm b á n h ră n g
zx,
b á n h ră n g
z3,
cần, b á n h
ră n g Z 2 - Z ' 2 ). Sô khớp loại 5 (khớp b ả n lề): p 5 = 4 (hai khớp ở A, m ột khớp ỡ
c,
m ột khớ p ở E). Số khớp loại 4 (khớp cao) Pị - 2 (ở B,D).
Cơ cấu n ày không có ràn g buộc thừa, kho n g có bậc tự do thừ a.
V ậy bậc tự do:
BAI 1-4:
w = 3x4
- ( 2 x 4 + 2 - 0) - 0 = 2
Vẽ lược đồ và tín h bậc tự do cơ cấu n hư trê n h ìn h l-4 a .
B à i g iả i:
Cơ cấu có k h âu 1, 3 nối với giá b ằn g khớp bản lề ở A, D. Có th ế quay quanh
hai đường tâ m vuông góc với nhau; khâu tru n g gian 2 nối với k h â u 1, 3 lần lượt
b ằ n g khớp ở B, c vừa quay vừa tịn h tiến .
a)
b)
H ìn h b à i 1-4
15
CẢU TRÚC C ơ CẤU
V ậy lược đồ cơ cấu được vẽ n hư ở h ìn h l-4b. Đây là cơ cấu k h ô n g gian có số
k h âu động: n - 3 (ký h iệu 1, 2, 3).
Số k h ớ p loại 5: p 5 = 2 (ở A, D); số khớp loại 4: p 4 = 2 (ở B, C); số rà n g buộc
trù n g r = 1 (x é t số rà n g buộc trùng: tưởng tượng khâu 3 chưa nối với giá b ằ n g
khớp ở D n h ư n g do tá c dụng của các khớp ở A, B, c khâu 3 đã có rà n g buộc Qz ;
khi nối k h â u 3 với giá b ằn g khớp b ả n lề ớ D và coi khớp n à y có các rà n g buộc
Tx , Ty , T z , Qz , Qx th ì rõ rà n g đã có m ột rà n g buộc trù n g Qz ).
V ậy bậc tự do của cơ cấu là:
w = 6x3-(5x2 +4x2-l) = l
BÃI 1-5:
T ín h bậc tự do cơ cấu ellip có lược đồ như h ìn h vẽ b à i 1-5 với chú ý: ở
đây k h â u 3 và 4 tịn h tiế n tr ê n h ai phương vuông góc với n h a u và giao n h au tạ i A
với kích thước A B = B C - BD
Hình bài 1-5
B à i g iả i:
Đ ây là cơ cấu p h ẳ n g có 4 k h â u động, 6 k hớ p loại th ấ p n ê n bậc tự do là:
w = 3 x 4 - 2 x 6 = 0?
Điều n à y k h ông th ế vì cơ cấu chuyển động được, ở cơ cấu n à y k h i k h âu 3, 4
t ịn h tiế n tr ê n h a i phương vuông góc với n h a u th ì quĩ tíc h của điểm nào tr ê n
th a n h CD cũng là ellip (sẽ th ấ y rõ ở p h ầ n sau của giáo trìn h ). N hư vậy về m ặ t
h ìn h học, ở cơ cấu n à y th ừ a k h âu 1 (hay k h âu 3 hoặc khâu 4) k èm th eo h ai khớp
t h ấ p tức là cơ cấu có 1 rà n g buộc thừ a. Vậy cơ cấu này có 1 b ậc tự do.
16
CHƯƠNG MỘT
_X
BAI 1-6:
T ín h bậc tự do, tác h nhóm , xếp loại cơ cấu m áy bơm n h ư h ìn h b à i l- 6 a .
H ìn h b à i i-ổ
17
CẤU TRÚC C ơ CẤU
B à i g iả i:
Đ ây là cơ cấu p h ả n g có 6 k h â u động, 8 khớp loại th ấ p , 1 khớp loại cao n ê n
bậc tự do cơ cấu là:
w = 3 x 6 - ( 2 x 8 + l) = l
Đê tá c h n hóm ta th a y khớp cao b ằn g h ai khớp th ấ p M, N và k h â u 7 với lược
đồ như h ìn h b- cơ cấu gồm h a i nhóm : nhóm h ạ n g b a gồm bốn k hâu: 6, 5, 4, 3
(k h âu 4 là k h â u cơ sở), sáu khớp: H , G, E, F, D, C; nhóm h ạ n g h a i gồm h a i k h â u
2, 7 ba khớp: B, N, M và khâu dẫn 1 như h ìn h vẽ c. N hư vậy đây là cơ cấu h ạn g ba.
BAI 1-7:
Cho cơ cấu n h ư trênh ìn h vẽ bài 1-7 bao gồm k h âu 1
quay q u a n h trục X m a n g quả cầu
tâ m A, b á n k ín h rỵ; k h â u 2 quay
q u an h trụ c y m an g quả cầu tâ m
B, b án k ín h r2 . H ai quá cầu tiêp
xúc và tru y ề n chuyển động cho
n h au . H ãy:
a) T in h bậc tự do cơ cấu.
b) Nèu tín h c h ấ t chuyến
động (tương đối) cua điếm A, B.
c) T h ay th ế kh ớ p cao bằng
k h ớ p th ấ p , vẽ lược đồ và tín h
bậc tự do của cơ cấu th a y th ế.
BÀI 1-8:
Vẽ lược đồ và tín h bậc tự do cơ cấu n â n g h ạ b á n h tiế p đ ấ t của m áy bay
n h ư h ìn h vẽ bài 1-8.
18
CHƯƠNG MỘT
BAI 1-9:
Vẽ lược đồ và tín h bậc tự do cơ cấu C á c-đ ă n g (C ard an ) n h ư h ìn h vẽ b ài
l-9 a ,b ,c (xin lưu ý: ỏ đây k h â u 4 được nối với g iá b ằ n g khớp b ả n lề ở A). So sá n h
các cơ cấu với n h a u và so s á n h với k h i k h â u 4 n ố i cứng với giá.
H ì n h b à i 1-9
19
CẤU TRÚC C ơ CẤU
BAI 1-10:
T ìm hiếu h o ạ t động (gồm n h ữ n g cơ cấu gì, chuyển động các k h âu , dù n g
đề làm gì,...) và tín h bậc tự do các cơ cấu n h ư h ìn h vẽ b ài 1-10 sau đây:
a) Cơ cấu tự động xả nước.
b) Cơ cấu di chuyển đầu k h u ấ y K.
c) Cơ cấu dập b ằ n g tay.
d) Cơ cấu m áy dập.
e) Cơ cấu p h a n h .
f)
Cơ cấu cân n h ư h ìn h f với kích thước:
D E = FG = K H và D F = E G = E H = D K ■
g) Cơ cấu ta y quay kép với A B = DC = A E - D F và BC - E F .
b)
20
CHƯƠNG MỘT
- Xem thêm -
.PDF 
153 
5277 
99 
