Giáo trình Nguyên lý máy - Bài mở đầu: Thiết kế nguyên lý máy

Bài mở đầu
Thiết kế Nguyên lý máy
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 5
Nội dung
 Khái niệm về máy
 Những bộ phận cơ bản của một máy
 Quy trình thiết kế máy mới (Original Design)
 Cấu tạo của máy trên quan điểm cơ học
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 6
Khái niệm về máy
Vai trò của máy là gì?
Quá trình công nghệ
Thay thế và mở rộng các chức
năng lao động của con người.
Máy thực hiện công việc gì?
Vật liệu thô
Bán thành phẩm, 
thành phẩm
Xử lý và
biến đổi
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 7
Khái niệm về máy (tiếp)
Vận chuyển vật
liệu
Sản sinh/biến
đổi năng lượng
Xử lý vật liệu
Biến đổi vật liệu
Truyền tin
(s/x hiện đại)
Quá trình công
nghệ
• Các thao tác có điều
khiển
• Tổ chức sản xuất
• Hình dáng
• Kích thước
• Cơ tính
• 
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 8
Các loại máy điển hình
Máy năng lượng Máy tổ hợp
Động cơ• Máy phát
điện
• Máy điều
hòa không
khí
• Máy làm lạnh
Máy công tác Thông tin
• Đo
• Kiểm tra
• Giám sát
• Điều
chỉnh
• 
Biến đổi vật
liệu
• vị trí
• hình dạng
• kích thước
• trạng thái
vật lý
Sản sinh
cơ năng
từ các
dạng năng
lượng
khác
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 9
Ví dụ - Máy năng lượng
Động cơ điện Động cơ đốt trong - kiểutrục khuỷu
Đông cơ đốt trong – kiểu tuốc bin khí
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 10
Ví dụ - Máy năng lượng
Trạm khí nén phân phối năng lượng đến các máy công tác
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 11
Ví dụ - máy công tác
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 12
Ví dụ - Máy tổ hợp
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 13
Máy có cấu trúc đặc biệt
250µm
A
B
C
1cm
Vi tay máy 3 bậc tự do (Kleindiek GmbH)
Vi tay kẹp sử dụng công nghệ MEMS
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 14
Các bộ phận chức năng của máy với một
động cơ
Q – Lực tổng quát
q – tọa độ tổng quát
P – Lực (thực) tác dụng giữa bộ phận làm việc của HTCK và đối tượng công
nghệ
x – tọa độ (thực) của bộ phận làm việc của HTCK 
up- tín hiệu điều khiển ứng với quy luật chuyển động cho trước
u - tín hiệu điều chỉnh sai lệch
u – tín hiệu thực sự điều khiển động cơ
Hệ
thống
cơ khí
Hệ thống
điều khiển
phản hồi
Quá
trình
công
nghệ
Năng
lượng
Hệ thống
điều khiển
theo
chương
trình
Q 
q 
x2
x1
P
Động cơ
u 
up u 
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 15
Các bộ phận chức năng của máy với nhiều
động cơ
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 16
Cấu tạo cơ bản của máy
= 
“Mỗi cơ cấu đều do một số vật thể chuyển
động tương đối đối với nhau (gọi là khâu) hợp
thành, có chuyển động xác định, dùng để
truyền hoặc biến đổi chuyển động”
Máy Nguồn năng lượng Cơ cấu+
Thiết kế cơ cấu (thiết kế nguyên lý máy) 
là bước đầu và trung tâm của thiết kế máy
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 17
Câu hỏi
 Thiết kế máy là gì?
 Vai trò thiết kế nguyên lý máy
trong quá trình thiết kế máy là gì?
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 18
Thiết kế: Quá trình lặp
1. Ý tưởng sơ khai (mơ
hồ)
2. Định hình ý tưởng
3. Xác định mục tiêu
4.Thu hẹp vấn đề
5.Tổng hợp
6. Phân tích
7. Lựa chọn
8. Thiết kế chi tiết
9. Làm mẫu và thử nghiệm
10. Sản xuất
5 Yêu cầu cơ bản
đối với máy:
a) Hiệu quả sử
dụng
b) Khả năng làm
việc
c) Độ tin cậy cao
d) Tính an toàn
trong sử dụng
e) Tính công nghệ
và tính kinh tế
Nội dung chính
trong đào tạo
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 19
Thiết kế máy
Chọn LOẠI cơ
cấu, kích thước
động học
Phân tích động
học, lực, động
lực học
Thiết kế chi 
tiết máy
Vật liệu
Nguyên lý
làm việc
Công nghệ
chế tạo
Thiết kế nguyên lý máy
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 20
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
 Dữ liệu: 
 Hành trình của đầu bào
 Tốc độ lớn nhất, tốc độ nhỏ nhất
của đầu bào
 Lực cắt lớn nhất, biểu đồ lực
 
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 21
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Đầu bào
chuyển
động tịnh
tiến qua lại
Bước 5 “ Tổng hợp”: Chọn sơ đồ cấu trúc cho chuyển động
cắt Dao - Phôi
Bàn gá
phôi
Dao
Phôi
Động cơ
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 22
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
a) Cơ cấu chính tạo chuyển động qua lại cho đầu bào?
b) Cơ cấu tạo bước chạy dao?
c) Cơ cấu truyền động từ động cơ đến đầu bào?
d) Các cơ cấu điều chỉnh khác?
Bước 5 “ Tổng hợp” – tiếp: Chọn sơ đồ nguyên lý và kết
cấu sơ bộ cho hệ thống truyền động
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 23
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Sơ đồ động học của một kiểu máy bào ngang
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 24
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
Một số kiểu máy bào ngang 
H 
P 
1 B 
1 
G 
y D 
1 
2 
3 
4 
5 6 
E 
A 
C 
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 25
Ví dụ - Thiết kế máy bào ngang
a) Đặc tính động học: chuyển vị, vận tốc, gia tốc?
b) Phân tích lực tác dụng lên các khâu và suy ra:
- Tải trọng tác dụng lên từng chi tiết
- Tải trọng tác dụng lên các ổ
Làm cơ sở cho thiết kế hoàn chỉnh về kết cấu/công
nghệ (Bước 7 - 8)
c) Sau khi có kết cấu hoàn chỉnh, phân tích động lực
học để kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng về độ êm, 
rung động, đều 
Bước 6 “ Phân tích”: Khảo sát các đặc tính của (các) 
phương án được chọn
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 26
Vai trò của Nguyên lý máy
 Cung cấp và bồi dưỡng các kiến thức cơ sở về
nguyên lý hoạt động của máy và cơ cấu
 Là nguồn kiến thức quan trọng để khởi đầu thiết kế
một máy hay một hệ thống máy
 Giải quyết những vấn đề liên quan đến chất lượng
làm việc của máy cứng
 Là cơ sở cho các kỹ thuật toán thiết kế chi tiết máy
(đặc biệt chi tiết máy truyền động)
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 28
Nội dung học phần
Phần 1 Cấu trúc cơ cấu
Phần 2 Thiết kế máy (tập trung cơ cấu phẳng)
Ví dụ máy bào ngang, động cơ đốt trong (ô tô)
Phần 3 Lý thuyết về các cơ cấu có khớp cao
- Cam
- Bánh răng
- Hệ thống bánh răng
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 29
Kế hoạch và công việc
 Giảng
 Bài tập
 Thảo luận
Bài mở đầu: Thiết kế Nguyên lý máy 31
Tài liệu học tập
 Tài liệu tham khảo
1. Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm: Nguyên lý máy. Tập 1. Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
2. Đinh Gia Tường, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến: Nguyên lý máy. Nhà xuất bản 
Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1970
3. Tạ Ngọc Hải: Bài tập Nguyên lý máy. Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, 2009
4. M. Z. Kolovsky et al: Advanced Theory of Mechanisms and Machines. Springer, 2000
5. R. L. Norton: Design of Machinery. 2nd edition, McGraw-Hill, 1999
6. R. L. Norton: Machine Design – An integrated approach. 3rd edition, Pearson Prentice 
Hall, 2006
 Slide bài giảng
 Phần mềm: MATLAB, Geogebra, Cabri3D, SolidWorks, Inventor...