Bài giảng Nguyên lý máy - Bài 4: Cơ cấu Cam - Nguyễn Trọng Du

cấu cam phẳng A 2 1 B C  1 A  D 2 C 1 A  B C 2 1 A  B C 2 1 A  B C 3 1 A  B C 2 3 B D 2 1 2 3 D 1 2 A A B C B C (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 4.1. Đại cương 4.1.2. Phân loại Bài 7: Cơ cấu Cam 4 ◼ Cơ cấu cam KHÔNG GIAN 4.1. Đại cương 4.1.2. Phân loại Bài 7: Cơ cấu Cam 5 4.1. Đại cương 4.1.3. Bảo toàn khớp cao Dùng lực lò xo Bài 7: Cơ cấu Cam 6 4.1. Đại cương 4.1.3. Bảo toàn khớp cao Cam vành Cam rãnh Cam đều cữ Cam kép Dùng ràng buộc hình học Bài 7: Cơ cấu Cam 7 4.1. Đại cương 4.1.4. Ví dụ ứng dụng Dùng để điều khiển một quá trình có tính lặp lại hay tuần hoàn như gia công chế tạo, động cơ, máy thực phẩm Bài 7: Cơ cấu Cam 8 4.1. Đại cương 4.1.4. Ví dụ ứng dụng Bài 7: Cơ cấu Cam 9 4.1. Đại cương 4.1.4. Ví dụ ứng dụng Bài 7: Cơ cấu Cam 10 Góc công nghệ, góc định kỳ 4.1. Đại cương 4.1.5. Thông số cơ bản của cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 11 - Khi khớp cao B đi từ Bg đến Bx thì đầu cần ngày càng xa tâm cam nên gọi đây là thời kỳ “đi xa”. Góc quay của cam là đ, góc mặt cam tương ứng là đ. - Khi khớp cao B đi từ Bx đến B’x thì đầu cần đứng yên ở vị trí xa tâm cam nhất, gọi là giai đoạn “đứng xa” (ở xa)  x, x. - Khi khớp cao B đi từ B’x đến B’g thì đầu cần càng về gần tâm cam hơn, gọi là giai đoạn “về gần” v, v. - Khi khớp cao B đi từ B’g đến Bg thì đầu cần đứng yên ở vị trí gần tâm cam nhất, gọi là giai đoạn “đứng gần” (ở gần)  g, g.  A d Bg C Bx B'x B'g B 1 2 x v g 1 B A H e C 2 Quá trình chuyển động của cần ứng với một vòng (chu kì) quay của cam (2) gồm bốn giai đoạn: Góc công nghệ, góc định kỳ 4.1. Đại cương 4.1.5. Thông số cơ bản của cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 12 đ ≠ đ ≠ 0; v ≠ v ≠ 0; x = x; g = g Cơ cấu cam cần đẩy, đáy nhọn, ngoài những thông số đặc trưng của cam như đã trình bày ở trên ta còn có thêm một thông số nữa gọi là tâm sai e. Tâm sai e là khoảng cách từ tâm quay của cam A đến phương tịnh tiến của cần đẩy BC, e = AH. Đường tròn (A,e) gọi là đường tròn tâm sai. Nếu e = 0 ta có cam cần đẩy chính tâm, còn khi e ≠ 0 ta có cam lệch tâm. ▪đ, x, v, g  góc định kì (th.số đ.học của cam) ▪đ, x, v, g  góc công nghệ (th.số h.học của cam) Ta thấy đ + x + v + g = đ + x + v + g = 2. Tuy nhiên nói chung thì các góc định kì và công nghệ ở thời kì đi xa và về gần không bằng nhau (và phải khác 0), còn thời kì đứng xa và đứng gần chúng bằng nhau (và có thể bằng 0): Góc công nghệ, góc định kỳ  A d Bg C Bx B'x B'g B 1 2 x v g 1 B A H e C 2 4.1. Đại cương 4.1.5. Thông số cơ bản của cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 13 Thông số lực học của cơ cấu cam Góc áp lực là góc giữa áp lực tác dụng từ khâu dẫn (1) lên khâu bị dẫn (2) và phương vận tốc điểm đặt lực trên khâu bị dẫn, kí hiệu là - Ứng với những điểm khác nhau có những góc áp lực khác nhau. ( , )N V = 4.1. Đại cương 4.1.5. Thông số cơ bản của cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 14 • Phân tích cơ cấu cam. GT: - Cho cc cam: b.dạng cam, tâm cam, cần. - Cho quy luật c.động của cam, 1 = const. KL: - Xđ quy luật c.động của cần (vị trí, v.tốc, g.tốc): bài toán đ.học - Đại lượng đ.l.học: góc áp lực , ma sát, h.suất của cơ cấu. • Tổng hợp cơ cấu cam. GT: - Quy luật c.động của cần và điều kiện đ.l.học (góc áp lực ) KL: - Tìm k.thước h.học của cam (b.dạng, vị trí tâm cam, cần) ▪ 2 bài toán: ➢Tổng hợp động học --> Vẽ biên dạng cam. ➢Tổng hợp động lực học --> Tâm cam A. (cơ cấu cam phẳng) 4.1. Đại cương 4.1.6. Nội dung Bài 7: Cơ cấu Cam 15 4.2. Phân tích động học ◼ Cho lược đồ cơ cấu với ◼ Biên dạng cam ◼ Tâm cam A ◼ Tâm cần C ◼ Chiều dài cần l2 ◼ Quy luật c/đ của Cam 1=const ◼ Tìm quy luật c/đ của cần ◼ Chuyển vị: () ◼ Vận tốc: () ◼ Gia tốc: () ◼ Phương pháp: Có thể sử dụng nhiều phương pháp để phân tích động học cơ cấu cam như: ◼ - Phương pháp chuyển động tuyệt đối (dựa vào chuyển động tuyệt đối của các khâu trong cơ cấu). ◼ - Phương pháp đổi giá. ◼ - Phương pháp tâm quay tức thời ◼ - Phương pháp giải tích. Bài 7: Cơ cấu Cam 16 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn - Dựng l.đồ cơ cấu, tỷ lệ xích l - Ban đầu, cam và cần tiếp xúc tại B0 = Bg (bắt đầu cung đi xa). -Lấy AC làm gốc để đo góc quay của cần  khi cam quay ứng với mỗi vị trí  của cam thì cần có vị trí xác định . - Dựng hệ trục toạ độ O với tỉ lệ xích của các trục là  [rad/mm],  [rad/mm]. Nội dung của phương pháp chính là xác định chuyển vị i (i = 0,1,2, ,n) của cần theo các góc quay liên tiếp của cam i (khi đầu cần tiếp xúc với các điểm trên biên dạng cam). Từ đó xây dựng đồ thị (). Việc xác định các cặp giá trị (i, i) dựa trên chuyển động thực của cơ cấu. A1 C B0 Bi 1 Bi 2 Bx 1 Bx 2 i đ 0 i i đ Bài 7: Cơ cấu Cam 17 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn A1 C B0 Bi 1 Bi 2 Bx 1 Bx 2 i đ 0 i i đ Bài 7: Cơ cấu Cam 18 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 19 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) Làm tương tự cho các góc quay i (i = 0,1,2, ,n) khác trong một chu kỳ động học, sau đó nối các điểm i lại với nhau bằng 1 đường cong trơn ta sẽ thu được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa góc lắc của cần  theo góc quay  của cam: (). Đạo hàm đồ thị chuyển vị của cần () ta thu được đồ thị vận tốc góc của cần () và đồ thị gia tốc góc của cần () theo góc quay . Vận tốc góc của cần: Gia tốc góc của cần Nếu cam quay đều, ta có Trên hình vẽ ta có: Góc định kỳ đi xa là: Góc công nghệ đi xa là: ( ) 1 1 d d d d t dt d dt d . ( )            = =  =  = ( ) 2 2 2 21 1 1 1 12 2 2 dd d d d d d d d t dt dt d dt d d dt d d ( )                  = =  =  +   =  +  ( ) 2 2 1 2 d t d     =  21 ˆ xxđ BAB= 0 1 ˆBABxđ = 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 20 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) Nhược điểm của phương pháp: ➢ Phải đo 2 góc i, i --> sai số lớn. ➢ Khó xác định được các giá trị i cách đều nhau để tiện biểu diễn trên trục hoành (khi 1 = const) 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 21 Khi sử dụng phương pháp chuyển động tuyệt đối, ta gặp phải khó khăn đó là, rất khó chọn các điểm Bi 1 trên mặt cam để có được các góc quay i của cam cách đều nhau. Để khắc phục điều đó, phương pháp đổi giá cho phép xác định chuyển vị của cần theo các góc quay chọn trước của cam. Phương pháp đổi giá - Dựng lược đồ cơ cấu với tỷ lệ xích l. Xét thời điểm ban đầu, cam và cần tiếp xúc nhau tại điểm B0 (điểm bắt đầu cung đi xa), vị trí cơ cấu là AB0C0. - Lấy đường giá AC (nối tâm quay của cam và tâm quay của cần) làm gốc để đo góc quay của cần. - Dựng hệ trục toạ độ O với tỉ lệ xích của các trục là , . -Cho cả cơ cấu quay với vận tốc – ω1 quanh tâm quay A. Khi đó vận tốc các khâu tương ứng sẽ là: Cam 1: Cần 2 : Giá :011 =− 12  − 1− 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 22 Phương pháp đổi giá 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 23 - Cam 1 được xem như đứng yên (được đổi thành “giá”) và giá 0 chuyển động với vận tốc – ω1. Quỹ đạo của điểm C là đường tròn tâm A, bán kính AC gọi là vòng tròn tâm cần. Chia vòng tròn tâm cần thành n khoảng đều nhau (giả sử n = 8) và đánh dấu bằng các điểm Ci (i = 0 -> n) theo chiều quay của giá – ω1 (ngược chiều kim đồng hồ). Tại thời điểm i, vị trí tâm cần là Ci, vị trí khớp cao nối cam và cần là Bi = giao điểm của cung tròn tâm Ci, bán kính CB (chiều dài cần) cắt biên dạng cam. Như vậy ta có trong chuyển động đổi giá, góc quay của giá (tương ứng với góc quay của cam trong chuyển động thực) là i = , chuyển vị tương ứng của cần là i = .Biểu diễn cặp giá trị (i , i) này trên hệ trục toạ độ O ta được điểm i thuộc đồ thị () cần tìm. Phương pháp đổi giá iCAC  0 ACB ii ˆ 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 24 Chuyển vị thật của cần là i = i – 0 Làm tương tự cho các điểm i (i = 0,1,2, ,n) khác trong một chu kỳ động học, sau đó nối các điểm i lại với nhau bằng 1 đường cong trơn ta sẽ thu được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa góc lắc của cần  theo góc quay  của cam: (). Đạo hàm đồ thị chuyển vị của cần () ta thu được đồ thị vận tốc góc của cần () và đồ thị gia tốc góc của cần () theo góc quay . Trên hình vẽ ta có: Góc định kỳ đi xa là: Góc công nghệ đi xa là: Phương pháp đổi giá        ii i i == , xđ CAC ˆ 0= 0 ˆBABxđ = 4.2. Phân tích động học 4.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 25 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) 4.2. Phân tích động học 4.2.2. Cơ cấu cam cần đẩy nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 26 Phương pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối) 4.2. Phân tích động học 4.2.2. Cơ cấu cam cần đẩy nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 27 Phương pháp đổi giá 4.2. Phân tích động học 4.2.2. Cơ cấu cam cần đẩy nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 28 Mục đích Nhằm mục đích xác định mối quan hệ giữa cấu tạo (tâm cam, biên dạng) và động học (hành trình, vận tốc) với lực (góc áp lực ) Od B A C  P V 4.3. Phân tích lực trong cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 29 4.3. Phân tích lực trong cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 30 4.3. Phân tích lực trong cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 31 4.3. Phân tích lực trong cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 32 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm quay của cam a. Cần lắc đáy nhọn Bài toán 1: Bài 7: Cơ cấu Cam 33 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm quay của cam a. Cần lắc đáy nhọn Bài toán 1: Bài 7: Cơ cấu Cam 34 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm quay của cam a. Cần lắc đáy nhọn Bài toán 1: Bài 7: Cơ cấu Cam 35 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm quay của cam a. Cần lắc đáy nhọn Bài toán 2: Bài 7: Cơ cấu Cam 36 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm quay của cam a. Cần lắc đáy nhọn Bài toán 2: Bài 7: Cơ cấu Cam 37 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm cam b. Cần đẩy đáy nhọn Bài 7: Cơ cấu Cam 38 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm cam c. Cần đẩy đáy con lăn Bài 7: Cơ cấu Cam 39 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm cam d. Cần đẩy đáy bằng (TỰ NC) Bài 7: Cơ cấu Cam 40 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm cam d. Cần đẩy đáy bằng Bài 7: Cơ cấu Cam 41 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.1. TH ĐLH cơ cấu cam: Xác định tâm cam d. Cần đẩy đáy bằng Bài 7: Cơ cấu Cam 42 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.2. TH động học cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 43 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.2. TH động học cơ cấu cam Bài 7: Cơ cấu Cam 44 4.4. Tổng hợp cơ cấu cam 4.4.2. TH động học cơ cấu cam