Tài liệu Nguyên lý máy - Chương 1: Cấu trúc và xếp loại cơ cấu

CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC VÀ XẾP LOẠI CƠ CẤU
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu phối hơi đầu máy xe lửa trên hình 1.1a và 1.1b.
A
B
C
D
E
F
G
H
I
K
O1
O2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
G
O1
1
A
6
I
9
H
G
K
E
7
8
B
2
D
3
C
A
D
5
4
F
C
E
 Hình 1.1a Hình 1.1a.a
Bậc tự do cơ cấu được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 9 – (2 * 13 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, nhóm tĩnh đinh được tách ra bao gồm 4 nhóm loại 2 (6,9; 7,8; 2,3; 4,5) như hình 1.1a.a. Đây là cơ cấu loại 2.
L
H
I
K
8
9
10
O2
11
M
O1
Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 + 0 + 0
A
O1
1
M
O1
A
B
C
D
E
F
L
H
I
K
O1
O3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
G
O1
10
O2
M
O1
G
C
D
E
F
4
5
6
7
G
O1
11
B
2
3
A
 Hình 1.1b Hình 1.1b.b
Bậc tự do cơ cấu được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 11 – (2 * 16 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, nhóm tĩnh đinh được tách ra bao gồm 1 nhóm loại 2 (2,3) và 2 nhóm loại 3 (4,5,6,7; 8,9,10,11) như hình 1.1b.b. Đây là cơ cấu loại 3.
Công thức cấu tạo cơ cấu: 1 = 1 + 0 + 0 + 0 
Tính bậc tự do và cơ cấu máy dập cơ khí (hình 1.2a) và máy ép thuỷ động (hình 1.2b)
A
O2
2
3
B
A
O1
1
O2
B
C
2
3
4
5
O1
1
A
B
C
4
5
 Hình 1.2a Hình 1.2a.a
Bậc tự do cơ cấu được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 7 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, nhóm tĩnh đinh được tách ra bao gồm 2 nhóm loại 2 (2,3; 4,5) như hình 1.2a.a. Đây là cơ cấu loại 2.
A
O1
1
C
O1
O2
B
D
E
2
3
4
5
A
Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 
A
O1
1
C
O1
O2
B
D
E
2
3
4
5
 Hình 1.2b Hình 1.2bb
Bậc tự do cơ cấu được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 7 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, khi tách nhóm ta chỉ có 1 nhóm tĩnh đinh loại 3 (2,3,4,5 như hình 1.1bb. Đây là cơ cấu loại 3.
Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu động cơ diesel (hình 1.3a)
A
B
C
D
E
F
O3
O1
1
2
3
4
5
6
7
C
E
O3
4
5
A
B
C
2
3
E
F
6
7
A
O1
1
 Hình 1.3a Hình 1.3b
Bậc tự do cơ cấu được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 7 – (2 * 10 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, khi tách nhóm ta chỉ có 3 nhóm tĩnh đinh loại 2 (2,3; 4,5; 6,7) như hình 1.3b. Đây là cơ cấu loại 2.
Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 + 0
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu bơm oxy (hình 1.4a)
A
B
C
D
E
G
O1
O2
O6
1
2
3
4
5
6
A
B
O1
O2
1
2
C
D
E
G
O6
3
4
5
6
K
H
2’
Hình 1.4b
Hình 1.4a
Bậc tự do cơ cấu được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 6 – (2 * 8 + 1) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao là hai biên dạng răng đang tiếp xúc với nhau tai A, do vậy ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp (hình 1.4b). 
Bậc tự do cơ cấu thay thế: Hình 1.4c
W = 3 * 7 – (2 * 8 + 0) + 0 – 0 = 1 
 khi tách nhóm ta có 1 nhóm tĩnh đinh loại 2: (2’,2) và nhóm loại 3: (3,4,5,6) như hình 1.4c. Đây là cơ cấu loại 2. 
Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu điều khiển nối trục (hình 1.5a)
5
4
3
2
1
2
3
1
2
3
4
5
5
4
 Hình 1.5a Hình 1.5b Hình 15c
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.5a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 6 + 1) + 0 – 1 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao là khớp cam do vậy ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp (hình 1.5b). 
Bậc tự do cơ cấu thay thế: 
W = 3 * 5 – (2 * 7 + 0) + 0 – 0 = 1 
Khi tách nhóm ta có 2 nhóm tĩnh đinh loại 2: (2,3; 4,5) như hình 1.5c. Đây là cơ cấu loại 2. 
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu máy dệt vải dày, đập khổ dở (hình 1.6a)
A
B
C
D
O4+4
O1+4
O2+4
O3+4
O6+4
1
2
3
4
6
D
O6+4
6
C
A
B
C
D
O4+4
O1+4
O2+4
O3+4
O6+4
1
2
3
4
6
C
O4+4
4
B
O1+4
1
B
O2+4
2
O3+4
3
 Hình 1.6a Hình 1.6b Hình 1.6c
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.6a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 8 – (2 * 10 + 2) + 0 – 1 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao là khớp cam và khớp bánh răng, do vậy ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp (hình 1.6b). 
Bậc tự do cơ cấu thay thế: 
W = 3 * 9 – (2 * 13 + 0) + 0 – 0 = 1 
Khi tách nhóm ta có 4 nhóm tĩnh đinh loại 2 như hình 1.6c. Đây là cơ cấu loại 2. 
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 + 0 + 0 
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu cắt kẹo tự động (hình 1.6a):
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.6a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 7 – (2 * 9 + 1) + 0 – 1 = 1
Hình 1.6a
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao là khớp cam (tiếp xúc giữa cam 1 và con lăn 2, do vậy ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp (hình 1.6b). 
Bậc tự do cơ cấu thay thế: 
W = 3 * 7 – (2 * 10 + 0) + 0 – 0 = 1 
Khi tách nhóm ta có 3 nhóm tĩnh đinh loại 2 như hình 1.6c. Đây là cơ cấu loại 2. 
Công thức cấu tạo cơ cấu : 
1 = 1 + 0 + 0 + 0 + 0 
A
O3
B
C
2
3
K
O1
O2
A
O3
B
C
E
O7
D
1
2
3
4
5
6
C
E
O7
5
7
B
O7
D
4
6
K
O1
1
 Hình 1.6b Hình 1.6c
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu máy nghiền (hình 1.8a):
A
B
C
O1
O3
O5
1
2
3
4
5
A
B
C
O3
O5
2
3
4
5
O1
1
O3
A
B
2
3
5
4
O5
C
B
O1
1
 Hình 1.8a Hình 1.8b Hình 1.8c
 Bậc tự do cơ cấu Hình 1.8a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 6 + 1) + 0 – 1 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao là khớp cam (tiếp xúc giữa cam 1 và con lăn 2), do vậy ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp (do biên dạng cam tại vị trí tiếp xúc là phẳng nên thay thế khớp thấp là khớp tịnh tiến)(hình 1.8b). 
Bậc tự do cơ cấu thay thế: 
W = 3 * 5 – (2 * 7 + 0) + 0 – 0 = 1 
Khi tách nhóm ta có 2 nhóm tĩnh đinh loại 2 như hình 1.8c. Đây là cơ cấu loại 2. 
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu phanh má (hình 1.9a)
2
3
D
B
O3
O1
1
D
O1
1
D
O1
1
2
3
4
5
D
A
B
O3
O54
5
2
O54
B
4
4
O44
3
5
A
O54
O3
A
 Hình 1.9a Hình 1.9b Hình 1.9c
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.9a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 6 + 2) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao là khớp cam (tiếp xúc giữa cam 3 và khâu 4 và 5), do vậy ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp (do biên dạng cam tại vị trí tiếp xúc là phẳng nên thay thế khớp thấp là khớp tịnh tiến)(hình 1.9b). 
Bậc tự do cơ cấu thay thế: 
W = 3 * 7 – (2 * 10 + 0) + 0 – 0 = 1 
Khi tách nhóm ta có 3 nhóm tĩnh đinh loại 2 như hình 1.9c. Đây là cơ cấu loại 2. 
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 + 0 
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu vẽ đường thẳng Lipkin với các chiều dài AD = AE, BD=DC=CE=EB, AF = FB (hình 1.11a)
A
B
C
D
E
F
1
2
3
4
5
6
7
A
A
B
D
E
2
3
4
5
6
7
C
B
F
1
 Hình 1.10a Hình 1.10b
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.10a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 7 – (2 * 10 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có chuỗi động kín BDCE nên khi tách nhóm ta có 1 nhóm tĩnh định loại 4 như hình 1.10b. Đây là cơ cấu loại 4
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 
A
B
C
F
E
G
1
2
3
D
4
5
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu chuyển động theo quỹ đạo cho trước (hình 1.11a)
C
F
4
5
G
A
B
C
F
E
G
1
2
3
D
4
5
B
C
E
2
3
A
G
1
D
 Hình 1.11a Hình 1.11b Hình 1.11c
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.11a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 5 + 2) + 0 – 2 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, vì có khớp loại cao chỗ tiếp xúc của hai con lăn 3 và 4 với giá và khâu 5 nên ta phải thay thế khớp cao thành khớp thấp như hình 1.11b. Bậc tự do cơ cấu thay thế:
W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth = 3 * 5 – (2 * 7 + 0) + 0 – 0 = 1
Khi tách nhóm ta có 2 nhóm tĩnh định loại 2 như hình 1.11c. Đây là cơ cấu loại 2
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu nâng thùng hạt giống (hình 1.12a) và cơ cấu nhấc lưỡi cày của máy nông nghiệp (hình 1.12b)
Xét hình 1.12a:
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.12a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 5 – (2 * 7 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, tách nhóm ta có 2 nhóm tĩnh định loại 2 (2,3; 4,5) như hình 1.12aa. Đây là cơ cấu loại 2
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0
A
B
C
D
O1
O5
1
2
3
O3
4
5
A
B
C
D
O5
O1
O3
5
4
3
2
1
 Hình 1.12a Hình 1.12aa
F
G
O7
6
7
Xét hình 1.12b:
B
C
D
O3
2
3
A
1
A
B
C
D
E
F
G
O5
O3
O7
1
2
3
4
5
6
7
D
E
F
O5
4
5
 Hỉnh 1.12b Hình 1.12bb
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.13b được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 7 – (2 * 10 + 0) + 0 – 0 = 1
Chọn khâu 1 là khâu dẫn, tách nhóm ta có 3 nhóm tĩnh định loại 2 (2,3; 4,5; 6,7) như hình 1.12bb. Đây là cơ cấu loại 2
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 1 = 1 + 0 + 0 + 0
Tính bậc tự do và xếp loại cơ cấu trong máy tính : cộng (hình 1.13a) và nhân (hình 1.13b)
Xét hình 1.13a:
B
C
D
E
3
4
5
6
A
B
C
D
E
F
1
2
3
4
5
6
a1
a2
x2
x3
x1
A
B
1
E
F
2
 Hình 1.13.a Hình 1.13aa
Khi a1 = a2 thì 
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.14a được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 6 – (2 * 8 + 0) + 0 – 0 = 2
Chứng tỏ cơ cấu co 2 khâu dẫn, Chọn khâu 1 và 2 là khâu dẫn, tách nhóm ta có 1 nhóm tĩnh định loại 3 (3, 4, 5, 6) như hình 1.13aa. Đây là cơ cấu loại 3
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 2 = 2 + 0 
Xét hình 1.14b:
h
y
4
x
zx
2
3
5
6
1
4
2
3
5
6
1
 Hình 1.13b Hình 1.13bb
hi khâu 2 cố định: , do vậy z = tx
Bậc tự do cơ cấu Hình 1.13b được tính theo công thức:
 W = 3n – (2P5 + P4) + rth - Wth
 = 3 * 6 – (2 * 8 + 0) + 0 – 0 = 2
Chứng tỏ cơ cấu co 2 khâu dẫn, Chọn khâu 1 và 6 là khâu dẫn, tách nhóm ta có 1 nhóm tĩnh định loại 3 (2, 3, 4, 5) như hình 1.13bb. Đây là cơ cấu loại 3
 Công thức cấu tạo cơ cấu : 2 = 2 + 0