Giáo trình Cơ học ứng dụng

........................................................................................... 1 1.2.1- Lực ............................................................................................................... 1 1.2.2- Hệ lực ...................................................................................................... 2 1.2.3- Các tiên đề tĩnh học ................................................................................. 3 1.3- Liên kết và phản lực liên kết ...................................................................... 4 1.3.1- Vật tự do và vật bị liên kết ...................................................................... 4 1.3.2- Phản lực liên kết ...................................................................................... 4 1.3.3- Các liên kết cơ bản .................................................................................. 4 2- Lực .................................................................................................................... 6 - Ph n t ch t lực thành h i lực đ n quy ................................................. 6 2.2- Tổn hợp lực .............................................................................................. 6 2.2.1- Hợp lực củ h i lực đ n quy ................................................................. 6 - Hợp lực củ t hệ lực ph n đ n uy ................................................ 9 2.3 - Điều kiện c n b n củ hệ lực ph n đ n quy ..................................... 12 - Hệ lực ph n song song ........................................................................... 13 3- Mô men........................................................................................................... 14 3.1- Mô en củ lực đối với t đi ........................................................... 14 3.1.1- Định n hĩ ............................................................................................ 14 - Định l về mô en (định l V rinhôn .............................................. 15 3.2- u lực ................................................................................................... 15 3.2.1- Định n hĩ ............................................................................................. 15 - T nh ch t củ n u lực trên t t ph n ......................................... 17 - Hợp hệ n u lực ph n ......................................................................... 17 - Điều kiện c n b n củ hệ lực ph n song song ..................................... 18 4- Chuyển động cơ bản của chất điểm ............................................................ 19 - Chuy n đ n cơ học ................................................................................ 19 4.2- Chuy n đ n th n .................................................................................. 20 - Chuy n đ n th n đều ........................................................................ 20 - Chuy n đ n th n biến đổi đều .......................................................... 20 4.3- Chuy n đ n con ................................................................................... 20 - Chuy n đ n cong đều.......................................................................... 20 - Chuy n đ n con biến đổi đều ........................................................... 20 5- Chuyển động cơ bản của vật rắn ................................................................. 21 - Chuy n đ n tịnh tiến củ vật rắn ........................................................... 21 - Chuy n đ n u y củ vật rắn u nh t đi cố định ......................... 21 - u đ o vận tốc i tốc củ đi thu c vật rắn u y u nh tr c cố định .................................................................................................................. 23 - Chuy n đ n tổn hợp củ đi ............................................................ 25 - Chuy n đ n song ph n ......................................................................... 25 6- Công và năng lượng ...................................................................................... 27 - Các định luật cơ bản củ đ n lực học .................................................... 27 6.2- Công ........................................................................................................ 28 - Côn u t hiê u t ................................................................................ 29 C u hỏi ôn tập ............................................................................................. 31 Bài tập.......................................................................................................... 31 C ƯƠ G 2 SỨC VẬT LIỆU ............................................................... 33 1- hững khái niệm cơ bản về sức bền vật liệu .............................................. 33 - hiệ v và đối t ợn củ c bền vật liệu............................................ 33 1.2- i lực ...................................................................................................... 34 1.3- Ph ơn pháp t cắt ................................................................................ 34 1.4- n u t ................................................................................................... 35 2- Kéo và nén ..................................................................................................... 35 2.1- Khái niệ về k o n n ............................................................................. 35 2.1.1- Định n hĩ ............................................................................................. 35 2.1.2- i lực................................................................................................... 35 2.1.3- n u t ................................................................................................ 37 - iến d n định luật H c ......................................................................... 37 - T nh toán về k o n n ................................................................................ 39 3- Cắt dập ........................................................................................................... 40 3.1- Cắt ............................................................................................................ 40 3.1.1- Định n hĩ ............................................................................................. 40 3.1.2- n u t ................................................................................................ 41 3.1.3- iến d n .............................................................................................. 41 3.2- Dập ........................................................................................................... 42 3.2.1- Định n hĩ ............................................................................................. 42 3.2.2- n u t ................................................................................................ 42 4- Xoắn................................................................................................................ 43 4.1- Khái niệ về xoắn ................................................................................... 43 - n u t trên t cắt th nh chịu xoắn .................................................... 45 - T nh toán về xoắn ..................................................................................... 48 5- Uốn .................................................................................................................. 49 5.1- Khái nệ về uốn ...................................................................................... 49 5.1.1- Định n hĩ ............................................................................................. 49 5.1.2- i lực................................................................................................... 49 - n u t trên t cắt củ d chịu uốn .................................................. 51 - iến d n củ d uốn thu n t y ......................................................... 51 - n u t trên t cắt củ d uốn thu n t y ....................................... 52 - T nh toán về uốn ...................................................................................... 53 5.4- Khái niệ về th nh chịu lực ph c t p ..................................................... 54 C u hỏi ôn tập ............................................................................................. 56 Bài tập.......................................................................................................... 56 C ƯƠ G 3 C I TIẾT MÁ ........................................................................ 57 1- hững khái niệm cơ bản về cơ cấu và máy ................................................ 57 - h n khái niệ cơ bản và định n hĩ ................................................... 57 1.1.1- Khái niệ về tiết máy ........................................................................... 57 - Khái niệ về cơ c u truyền đ n ......................................................... 58 1.1.3- Khái niệ về áy ................................................................................. 58 - L ợc đ đ n học và ơ đ đ n ............................................................. 59 2. Cơ cấu truyền động ma sát ........................................................................... 60 2.1. Cơ c u truyền đ n đ i ............................................................................ 60 2.1.1-Khái niệ ............................................................................................... 60 2.1.2- Tỷ ố truyền .......................................................................................... 62 2.1.3- n d n ............................................................................................... 63 - Cơ c u bánh ma sát .................................................................................. 64 2.2.1- Khái niệ .............................................................................................. 64 2.2.2- Tỷ ố truyền .......................................................................................... 64 2.2.3- n d n ............................................................................................... 65 3- Cơ cấu truyền động ăn khớp ........................................................................... 66 - Cơ c u bánh răn ..................................................................................... 66 3.1.1- Khái niệ .............................................................................................. 66 3.1.2- Tỉ ố truyền ........................................................................................... 69 3.1.3- n d n ............................................................................................... 70 3.2- Cơ c u x ch .............................................................................................. 71 3.2.1- Khái niệ .............................................................................................. 71 - T ố truyền ........................................................................................... 72 3.2.3- n d n ............................................................................................... 73 - Cơ c u bánh v t tr c v t ............................................................................ 74 3.3.1- Khái niệ .............................................................................................. 74 3.3.2- Tỉ ố truyền ........................................................................................... 74 3.3.3- n d n ............................................................................................... 75 4- Cơ cấu truyền động cam .............................................................................. 75 4.1- Khái niệ ................................................................................................. 75 4.2- n d n .................................................................................................. 76 5- Các cơ cấu truyền động khác ....................................................................... 77 - Cơ c u t y u y thanh truyền .................................................................. 77 5.1.1- Khái niệ .............................................................................................. 77 5.1.2- n d n ............................................................................................... 78 5.2- Cơ c u c c ................................................................................................ 78 5.2.2- n d n ............................................................................................... 79 5.3. Cơ c u các đăn ....................................................................................... 79 5.3.1- Khái niệ .............................................................................................. 79 5.3.2 - Phân lo i.............................................................................................. 79 5.3.3 - C u t o và ho t đ n truyền đ n các đăn ........................................ 79 C u hỏi ôn tập ............................................................................................. 83 Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 84 C ƯƠ G TRÌ MÔ ỌC CƠ ỌC Ứ G Ụ G Mã số môn học M 08 Thời i n củ ôn học: 60 h (L thuyết: h; Thực hành: h) I- MỤC TIÊU MÔ ỌC: ọc xong môn học này học viên có khả năng - Tr nh bày đ ợc các khái niệ cơ bản tron cơ học n d n - Tr nh bày đ ợc ph ơn pháp tổn hợp và phân t ch lực - Phân t ch đ ợc chuy n đ n củ vật rắn - T nh toán đ ợc các thông ố n i lực n u t và biến d n củ vật chịu k o n n cắt dập xoắn uốn củ các bài toán đơn iản - Chuy n đổi đ ợc các khớp khâu, các cơ c u truyền đ n thành các ơ đ truyền đ n đơn iản - Tr nh bày đ ợc các c u t o nguyên l làm việc và ph vi n d n củ các cơ c u truyền đ n cơ bản - Tuân thủ đ n quy định về iờ học tập và làm đ y đủ bài tập về nhà - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm t c cẩn thận II. ỘI U G MÔ ỌC TT Tên chương mục Thời gian Tổng số Lý thuyết I Cơ học lý thuyết 18 18 Các tiên đề tĩnh học 3 3 Lực 3 3 Mô men 3 3 Chuy n đ n cơ bản củ ch t đi 3 3 Chuy n đ n cơ bản củ vật rắn 4 4 Côn và năn l ợn 2 2 II Chương 2 Sức bền vật liệu. 20 20 h n khái niệ cơ bản về c bền vật liệu 3 3 Kéo và nén 4 4 Cắt dập 4 4 Xoắn 4 4 Uốn 5 5 III Chi tiết máy. 22 22 h n khái niệ cơ bản về cơ c u và áy 3 3 Cơ c u truyền đ n át 4 4 Cơ c u truyền đ n ăn khớp 5 5 Cơ c u truyền đ n c 4 4 Các cơ c u truyền đ n khác 6 6 Tổng cộng 60 60 III. ĐI U KIỆ T ỰC IỆ C ƯƠ G TRÌNH: - Vật liệu: M bôi trơn d u bôi trơn i ch Các đệ roăn b i y nhá - D n c và tr n thiết bị: + Máy vi tính. Máy chiếu u đ u Máy chiếu đ ph ơn tiện C chi tiết và vật th - Học liệu: iáo tr nh cơ k thuật Tr ờn Trun c p n hề TCC-Hà n i Tr nh ảnh bản vẽ treo t ờn Đĩ CD ô phỏn - u n lực khác: Ph n th n hiệ Cơ l 1 C ƯƠ G 1 CƠ ỌC LÝ T U ẾT- TĨ ỌC Thời gian (giờ) Tổn ố L thuyết 18 18 MỤC TIÊU ọc xong chương này người học có khả năng: - Tr nh bày đ ợc các tiên đề khái niệ và cách bi u di n lực; các lo i liên kết cơ bản - Tr nh bày đ ợc ph ơn pháp xác định các thông ố đ n học và đ n lực học - Phân t ch đ ợc chuy n đ n củ vật rắn - Tuân thủ các quy định quy ph về cơ học l thuyết ỘI U G 1- Các tiên đề tĩnh học (3h) 1.1- Vật rắn tuyệt đối Cơ học u n niệ vật rắn tuyệt đối là vật khi chịu tác d n c h nh d n và k ch th ớc khôn đổi Vật rắn tuyệt đối là ô h nh l t n thực tế khi chịu tác d n ọi vật đều biến đổi h nh d n và k ch th ớc h n đ đơn iản việc n hiên c u ự c n b n và chuy n đ n củ vật t c th coi vật là tuyệt đối rắn 1.2- Lực 1.2.1- Lực - Định n hĩ : Lực là tác động tương hỗ từ những vật hoặc từ môi trường xung quanh lên vật đang xét, làm cho vật thay đổi vận tốc hoặc làm cho vật biến dạng. Đ u b tác đ n lên vật r n là lực tác đ n t vật này lên vật khác trọn lực tác đ n vào vật là lực h t trái đ t lên vật đ Trọn l ợn là t thành ph n củ trọn lực với i ố nhỏ trọn l ợn củ vật coi nh tr n với trọn lực củ vật đ - Đo lực: d n lực kế Treo các vật c khối l ợn khác nh u vào t l xo th n đ n đ d n củ l xo tỷ lệ với khối l ợn củ vật M t khác t i t đi xác định trọn l ợn củ vật tỷ lệ với khối l ợn củ vật P = mg p - trọn l ợn - khối l ợn - i tốc trọn tr ờn ( = 9 8 / 2 Căn c vào kết luận này n ời t chế r t d n c đo lực ọi là lực kế Đơn vị đo trị ố củ lực là Niu tơn k hiệu: i ố củ iu tơn là ki lô Niu tơn , ký hiêu KN( 1KN =103N); mê ga Niu tơn k hiệu M ( M = 6N) Đơn vị củ khối l ợn là ki lô gam, k hiệu k - Cách bi u di n lực Lực đ ợc đ c tr n b i b yếu tố: đi đ t ph ơn chiều và trị ố i cách khác lực là t đ i l ợn v c tơ và đ ợc bi u di n b n v c tơ lực ( hình 1.1). 2 45 o F’ AB AB AB F AB F Hình 1.1 V c tơ bi u di n lực tác d n lên t vật rắn tron đ : - ốc là đi đ t củ lực A - Đ ờn th n ch là ph ơn củ lực c n ọi là đ ờn tác d n củ lực t chỉ chiều củ lực A - Đ dài củ bi u di n trị ố củ lực theo t tỷ lệ x ch nào đ Đ đơn iản th ờn k hiệu lực b n ch in ho và hi d u v c tơ trên ch in ho đ v d : F,Q, P, R, S V d : M t lực c trị ố hợp với ph ơn n n n t c o về ph trên đ ờn n n n H y bi u di n lực đ theo tỷ lệ trên đ dài ài giải Đ dài củ v c tơ lực là: 150: 5= 30mm b T k t đ ờn n n n x k đ ờn b hợp với đ ờn n n n x t c o về ph trên đ ờn n n n Đ t lên b t đ dài b n V c tơ bi u di n lực c n t ( hình1.2) A x Hình 1.2 1.2.2- Hệ lực - H i lực trực đối: Là h i lực c c n trị ố c n đ ờn tác d n nh n n ợc chiều nh u ( hình 1.3a,b) B Hình 1.3a Hình 1.3b - Hệ lực: Tập hợp nhiều lực c n tác d n lên t vật rắn ọi là hệ lực k hiệu (F1 , F2 ,F 3, .... ,Fn ) Hình 1.4, 1.5, 1.6 là các th d về hệ lực ph n đ n quy (F1 , F2 ,F 3, .... ,Fn ) ; hệ lực ph n on song (P1 , P2 ,P3 ,....,Pn ) và hệ lực ph n b t kỳ (Q1 , Q2 ,Q3 ,. .. ,Qn ) F’ 3 F3 O F2 P1 - H i lực t ơn đ ơn : H i hệ lực ọi là F1 t ơn đ ơn khi ch n c cùng tác d n cơ học lên t vật rắn (F1 , F2 ,F 3,....,Fn ) ~ (P1 , P2 ,P3 , .. ,Pn ) - Hợp lực: là t lực duy nh t t ơn đ ơn với tác d n củ cả hệ lực Hình 1.4 (F1 , F2 ,F 3,....,Fn ) ~ R Thì R là hợp lực củ hệ lực (F1 , F2 ,F 3, .... ,Fn ) - Hệ lực c n b n : Là hệ lực khi tác d n vào vật rắn ẽ khôn là th y đổi tr n thái cơ học củ vật rắn ( ếu vật đ n đ n yên th đ n yên nếu đ n chuy n đ n th n đều th chuy n đ n th n đều i cách khác hệ lực cân b n t ơn đ ơn với (F1 , F2 ,F 3,....,Fn ) ~ 0 2 Vật chịu tác d n củ hệ lực c n b n đ ợc ọi là vật tr n thái c n b n P3 P2 Hình 1.5 Hình 1.6 1.2.3- Các tiên đề tĩnh học - Tiên đề (Tiên đề về h i lực c n b n Điều kiện c n và đủ đ h i lực tác d n lên t vật rắn đ ợc c n b n là ch n phải trực đối nh u ( hình1.3-a,b) b n - Tiên đề 2 (Tiên đề về thêm và bớt hai lực cân Tác d n củ t hệ lực lên t vật rắn không F1 R th y đổi khi thê vào h y bớt đi h i lực c n b n - Tiên đề (Tiên đề h nh b nh hành lực H i lực đ t t i t đi t ơn đ ơn với t lực đ t t i đi đ và đ ợc bi u di n b n v c tơ đ ờn Hình 1.7 ch o h nh b nh hành à h i c nh là h i v c tơ bi u di n h i lực đ cho (hình 1.7). R  F1  F2 Q3 Q1 O F2 4 NC NB NA - Tiên đề ( Tiên đề t ơn tác Lực tác d n và phản tác d n là h i lực trực đối (hình 1.8. Tuy nhiên lực tác d n và phản tác d n khôn c n b n v ch n đ t vào h i vật khác nh u 1.3- Liên kết và phản lực liên kết 1.3.1- Vật tự do và vật bị liên kết N P Hình 1.8 Vật rắn ọi là vật tự do khi n c th thực hiện chuy n đ n tự theo ọi ph ơn tron khôn i n à khôn bị cản tr ợc l i vật rắn khôn tự do khi t vài ph ơn chuy n đ n củ n bị cản tr h n điều kiện cản tr chuy n đ n củ vật ọi là liên kết Vật khôn tự do ọi là vật bị liên kết (c n ọi là vật khảo át Vật cản tr chuy n đ n củ vật khảo át là vật liên kết V d cuốn ách đ trên bàn th cuốn ách là vật khảo át bàn là vật liên kết 1.3.2- Phản lực liên kết Do tác d n t ơn h vật khảo át tác d n lên vật liên kết t lực ọi là lực tác d n Theo tiên đề t ơn tác vật liên kết tác d n tr l i vật khảo át t lực ọi là phản lực liên kết Phản lực đ t vào vật khảo át ( nơi tiếp x c i h i vật c n ph ơn n ợc chiều với h ớn chuy n đ n củ vật khảo át bị cản tr Trị ố củ phản lực ph thu c vào lực tác d n t vật khảo át đến vật y liên kết 1.3.3- Các liên kết cơ bản - Liên kết tự Liên kết tự cản tr vật khảo át chuy n đ n theo ph ơn vuôn c với t tiếp x c chung i vật khảo sát và vật gây liên kết (hình 1.9). Hình 1.9 Phản lực c ph ơn vuôn c với t tiếp x c chun c chiều đi về ph vật khảo sát, k hiệu 5 Y T Y 1.10). - Liên kết d y ề Liên kết d y ề cản tr vật khảo át chuy n đ n theo ph ơn củ d y (hình Phản lực c ph ơn theo d y k hiệu P - Liên kết th nh Hình 1.10 SB Liên kết th nh (hình 1.11 cản tr vật C SA khảo sát chuy n đ n theo ph ơn củ A th nh (bỏ u trọn l ợn củ thanh) Phản lực c ph ơn dọc theo th nh k hiệu S - Liên kết bản lề ản lề cố định c th cản tr vật khảo sát chuy n đ n theo hai ph ơn : Ph ơn n ngang và ph ơn th n đ n v vậy phản lực c h i thành ph n và P phản lực toàn ph n (hình1-12 a). B Hình 1.11 R X Hình 1-12 a Hình 1-12 b hiệu ản lề di đ n phản lực c ph ơn iốn nh liên kết tự đ t t bản lề k (hình 1-12 b) TA TB 6 F1 F2 F1 F2 AB F2 F1 F1 F2 F1 F1 F2 F1 2- Lực (3h) - Ph n t ch t lực thành h i lực đ n uy - Khi biết ph ơn củ h i lực iả biết lực đ t t i đi và h i ph ơn x y (hình 1. 13) C n ph n tích thành hai lực đ t trên h i ph ơn đ Muốn thế t t C củ lực t k các đ ờn on on với h i ph ơn x y và cắt x t i và y t i T đ ợc OA  . OB  là các lực c n t - Khi biết ph ơn chiều và trị ố củ t lực iả biết hợp lực và t thành ph n (hình 1.14) c n ph n t ch lực thành hai lực Muốn thế nối các t A và B củ hai lực đ ợc v c tơ A T k v c tơ on on c n chiều và c n trị ố với . Ta đ ợc là các lực c n t y F1 R x O F2 O F2 Hình 1.13 Hình 1.14 2.2- Tổn hợp lực A R - Hợp lực củ h i lực đ n uy - uy tắc h nh b nh hành iả c hai lực đ n uy t i O (hình 1.15) Theo tiên đề h nh b nh hành lực ch n t c hợp lực đ t t i ph ơn chiều và trị ố đ ợc F1 C bi u di n b n đ ờn ch o h nh b nh hành lực Trị ố : p d n định l hà ố Co in cho tam giác OAC ta có: Hình 1.15 R 2 = F12 + F22 - 2 F1 F2 cos(180 0 -α Vì cos(180 0 -α = - co α  F2 7 2 2 1 2 1 2 F2 F2 F2 2 F '2 F2 F '2 F1 F1 R 2 = F12 + F22 + 2 F1 F2 co α R  (1 – 1) F1 * Các tr ờn hợp đ c biệt: + Hai lực c n ph ơn cùng chiều O (hình 1.16) : Hình 1.16 c α = và co α = R = F1 + F2 F2 O R H i lực (Hình 1.17) : cùng ph ơn n ợc chiều F1 c α = 8 0 co α = -1 Hình 1.17 R = F1 - F2 nếu F1 lớn hơn F2 F2 H i lực vuôn c với nh u (Hình 1.18) R c α = 9 0 co α = 0 R 2 = F12 + F 2 - uy tắc t iác lực T cách hợp h i lực đ n uy theo uy tắc h nh b nh hành lực ta c th suy ra t mút củ lực F1 đ t nối tiếp on on c n chiều và O Hình 1.18 F1 F1 F2’ c n trị ố với . Hợp lực c ốc là O và t tr n với t củ ( hình 1.19). ' R  F1  F2  F1  F2 Hợp lực đóng kín tam giác lực. Ph ơn chiều và trị ố củ hợp lực đ ợc Hình 1.19 xác định iốn nh uy tắc h nh b nh hành lực - uy tắc h nh hợp lực trên t đ x t hợp lực củ h i lực đ n uy và ph n t ch t lực thành h i lực đ n uy n cách là t ơn tự t c th r n t hợp lực củ b lực đ n uy ho c ph n t ch t lực thành b lực đ n uy à thực tế th ờn p Ch n h n ph n t ch lực cắt khi tiện (hình 1.20). F2 F2 8 X Y Z FY FX Hình 1.20 Tron t ph n ch lực và tr c , là hợp lực củ và R Z R F FZ Về trị ố: R  F  FZ R  Trong t ph n n n lực c th ph n t ch thành h i lực thành ph n: h ớn theo tr c củ chi tiết và h ớn theo bán k nh vuôn c với tr c Về trị ố: R  FX  FY R  T các bi u th c trên cho t côn th c t nh lực cắt (Hình 1.21 a). theo uy tắc h nh h p lực R  FX  FY  FZ về trị ố: R  (1 – 2) Tron uá tr nh tiện t đ u b n d o v i (Hình 1.21 c) ,  = 90o khi đ  0 Lực cắt ẽ là   c trị ố R  FY R1 FX FZ 1 Tron uá tr nh tiện r nh b n d o cắt (Hình 1.21 d),  = 0o khi đ  0 . Lực cắt ẽ là   c trị ố R  R2 FY FZ 2 Theo tiên đề t ơn tác d o ẽ tác d n lên chi tiết lực c n ph ơn n ợc chiều và c c n trị ố với lực Z X Y X Z Y Z 9 F2 F1 F2 F4 F F F1 R2 - Hợp lực củ t hệ lực ph n đ n uy - Ph ơn pháp đ iác lực iả cho hệ lực ph n (F1 , F2 ,F 3, F4 ) đ n uy t i (hình 1.21). F3’ Hình 1.21 Muốn t hợp lực củ hệ tr ớc hết hợp hai lực theo uy tắc t iác lực (t t lực đ t lực ' on on c n chiều và c n trị ố với đ ợc:  (F1 , F2 ,F 3, .... ,Fn )  R1  F1  F2  F1  F2 n cách t ơn tự hợp h i lực R và F3 đ ợc: R2  R1  F3  F1  F2  F3 Cuối c n hợp h i lực , ch n ta đ ợc hợp lực củ hệ: R  R2  F4  F1  F2  F3  F4 Tổn uát hợp lực củ hệ lực ph n đ n uy (F1 , F2 ,F 3, .... ,Fn ) là:  (1 – 3) Hợp lực c ốc tr n với ốc lực đ u c t tr n với t củ v c tơ đ n đ n với lực cuối Đ ờn y kh c F1 , F2 ,F 3,....,Fn ọi là đ iác lực Hợp lực đ n k n đ iác lực lập b i các lực đ cho - Ph ơn pháp chiếu Chiếu t lực lên hệ tọ đ vuôn c: iả cho lực và hệ tọ đ vuôn c xy h nh chiếu củ lực tr c (hình 1.22) ẽ là: lên các F1 F2’ F2 F4 F3 F4’ 10 X Y F F F F F F F y y F F O x O x FX FX Hình 1.22 H nh chiếu củ lực H nh chiếu củ lực lên tr c Ox: lên tr c Oy FX  F.cos  FY  F.sin  (1 - 4) (1 - 5) Tron h i côn th c trên:  là c nhọn hợp b i đ ờn tác d n củ với tr c x D u củ h nh chiếu là khi chiếu t đi chiếu củ ốc đến đi chiếu củ t c n với chiều d ơn củ tr c D u củ h nh chiếu là – tron tr ờn hợp n ợc l i Tr ờn hợp đ c biệt nếu lực on on với tr c ch n h n với tr c x (hình 1.23) thì: FX   F và FY  0 ( vì vuôn c với tr c y) ếu lực on on với tr c y (hình 1.24) thì: FX  0 và FY   F y y FY x O FX Hình 1.23 O x Hình 1.24 Ch : Khi biết các h nh chiếu FX và FY củ lực lên các tr c x và y ch n t hoàn toàn xác định đ ợc lực Về trị ố: F  (1 - 6) Về ph ơn chiều: tg  FX FY (1 - 7) 11 X Y Xác định hợp lực củ hệ lực ph n đ n uy b n ph ơn pháp lực chiếu lực: iả c hệ lực ph n đ n uy (F1  F2 F 3....  Fn ) c h nh chiếu t ơn n lên các tr c tọ đ vuôn c xy là: (hình 1.25). Chúng ta có: y (F1X , F2 X ,F 3 X ,....,FnX ) và (F1Y , F2Y ,F 3Y , .... ,FnY ) F2’ F1 Ry F1X O F2 F3 F2X RX Hình 1.25 F3’ x Hợp lực :     ... F1 F2 F3   H nh chiếu củ v c tơ hợp lực lên các tr c RX và RY c trị ố b n tổn đ i ố h nh chiếu các v c tơ lực thành ph n: RX  F1X  F2 X  .....  FnX   FX (1 - 8) RY  F1Y  F2Y  ..... FnY   FY Hợp lực có: Trị ố: R   (1 - 9) Ph ơn chiều xác định b i : tg  RY RX   FY  FX (1 – 10) - V d - : Hệ lực ph n đ n quy (F1 , F2 ,F 3, F4 ) cho trên (hình 1.26). Cho biết: F1 = F2 = 100 N, F3 = 150 N, F4 = 200 N c i các lực cho trên h nh vẽ Xác định hợp lực củ hệ F3X 12 ài iải: Chọn hệ tr c xy nh h nh vẽ F3 Hình 1.26 H nh chiếu củ hợp lực lên các tr c x và y là: R   F  F  F .cos 50 O  F .cos 60O  F .cos 20O  100 100.0,6428 150.0,5  200.0,9397  98,7N R   F  F .sin 50 O  F .sin 60O  F .sin  20O  1000,766 150.0,866  200.0,3420  138,1N Trị ố củ hợp lực : R    170 N Ph ơn chiếu củ hợp lực tg   FY  FX  138,1  1,4  tg54O33'  98,7 n c ph n t th b với  = 54O ’ - Điều kiện c n b n củ hệ lực ph n đ n uy - Ph ơn pháp h nh học Muốn hệ lực ph n đ n uy đ ợc c n b n th trị ố củ hợp lực phải b n đ iác lực tự đ n k n ( t củ lực cuối c n tr n với ốc củ lực đ u Kết luận: Điều kiện c n và đủ đ t hệ lực ph n đ n uy c n b n là đ iác lực tự đ n k n - Ph ơn pháp iải t ch T ơn tự trên uốn hệ lực ph n đ n uy c n b n th hợp lực phải b n 0: R ~ 0 nên: R   FX  và  FY   0 là nh n ố d ơn nên chỉ b n khi:  FX  0 và  FY  0 (1 - 11) F4 20 o F1 60 o 50 o F2 2 13 Kết luận: “Điều kiện cần và đủ để hệ lực đồng quy cân bằng là tổng đại số hình chiếu các lực lên hai trục tọa độ vuông góc đều bằng 0”. Hệ ( - ọi là hệ ph ơn tr nh c n b n củ hệ lực ph n đ n uy - Hệ lực ph n on on - Hợp h i lực on on c n chiều Định l : Hai lực song song cùng chiều có hợp lực là một lực song song cùng chiều có cường độ bằng tổng cường độ hai lực và điểm đặt tại điểm chia trong đoạn thẳng nối điểm đặt của hai lực thành những đoạn thẳng tỷ lệ nghịch với cường độ hai lực đó (hình 1.27). A O B R  F1  F2 R= F1 + F2 (1 – 12) l1  F2 l2 F1 V d thực tế: Đ n bẩy (hình 1.28) Đ n n t vật n n c trọn l ợn P t d n đ n bẩy đ o cho khoản cách t vật đến đi tự nhỏ hơn khoản cách t đi tự đến đi đ t lực F. Hình 1.27 h vậy lực F ẽ nhỏ hơn trọn l ợn P F F l2 O A B l1 R F Hình 1.28 Hình 1.29 - Hợp lực củ h i lực on on n ợc chiều Định l : Hai lực song song ngược chiều có hợp lực là một lực song song cùng chiều với lực lớn hơn, có cường độ bằng hiệu cường độ hai lực và điểm đặt tại điểm chia ngoài đoạn thẳng nối điểm đặt của hai lực thành những đoạn thẳng tỷ lệ nghịch với cường độ hai lực đó. (hình 1.29) R  F1  F2 R= F1 - F2 (1 – 13) l1  F2 l2 F1 l2 l1 O l1 l2 A 14 l2 l1 P2 P1 P1 - Ph n t ch t lực r h i lực on on n ợc chiều Ph n t ch t lực r h i lực on on n ợc chiều khi biết trị ố t lực thành ph n P1 và thành... tr đ bền củ th nh chịu k o hình 2.4 b n th p x y dựn c diện t ch t cắt khôn đổi F = c 2 Và [ k] = 1,4.10 2 MN/m 2 40 ài iải v d - t đ vẽ bi u đ lực dọc củ th nh c max = 5.10 4 N Vậy n u t lớn nh t củ th nh là :  max  N max F  5.10 4 0,0005  100MN / m2 T th y r n max < [ k nên th nh đả bảo n toàn V d -3: M t d y cáp đ ợc bện b n d y nhỏ đ ờn k nh i d y d1 = c Hỏi tải trọn tác d n b n b o nhiêu đ d y cáp đ ợc n toàn iết n u t cho ph p củ cáp là : [ k] = 60MN/m 2 p d n côn th c -3 ta có:   d 2   2.10 2 2 P  F  k   4  k   36.60  0,68MN  680KN 4 Vậy d y cáp chịu tải trọn lớn nh t là 8 K 3- Cắt dập (4h) 3.1- Cắt 3.1.1- Định n hĩ M t th nh ọi là chịu cắt khi n o i lực tác d n là h i lực on on n ợc chiều c c n trị ố và n trên h i t cắt r t n nh u củ th nh (hình 2.7). Mối h p b n đinh tán là th d đơn iản về th nh chịu cắt M i đinh tán là th nh chịu cắt (hình 2.8). Hình 2.7 P1 m n P1 Hình 2.8 41 D’ C’ - i lực: i lực tron th nh chịu cắt là lực cắt n tron t cắt Ch n h n d ới tác đ n củ lực P i đinh tán chịu lực tác d n h i lực b n nhau: P  P ( n là ố đinh tán 1 n Tác d n củ các lực P uốn cắt đinh tán r là đôi theo t ph n iáp nh u – n củ h i t h p Lực cắt trên t này : = P - n u t V n i lực là lực cắt n trên t cắt nên n u t cắt là n u t tiếp  Tron t nh toán về cắt n u t tiếp  đ ợc iả thiết ph n bố đều trên t cắt t c là: c . Fc = Q hay c = Q / FC (2 – 4) Trong đ : c là n u t cắt là lực cắt FC là diện t ch t cắt P - iến d n Tron uá tr nh chịu cắt h i t cắt n nhau phát sinh hiện t ợn tr ợt (hình 2.9). Đ tr ợt tuyệt đối: ∆ = cc’ = dd’ Đ tr ợt t ơn đối:   S ac T c định luật H c về cắt: Khi lực chưa vượt quá một giới hạn nhất định, ứng suất tỷ lệ thuận với độ trượt tương đối. C =  G (2 – 5) - Hệ ố tỷ lệ ọi là ô đuyn đàn h i tr ợt Hình 2.9 Đơn vị đo là M / 2 (bản ô đuyn đàn h i củ ố vật liệu th ờn p - Điều kiện bền củ th nh chịu cắt: M t th nh chịu cắt bảo đả điều kiện bền khi n u t cắt lớn nh t phát inh tron th nh nhỏ hơn n u t cắt cho ph p (tối đ là b n n u t cho ph p   Q  [ ] (2 -6) C C C T đ t c bài toán cơ bản về cắt: Ki tr bền Chọn k ch th ớc t cắt Chọn tải trọn cho ph p 42 3.2- Dập 3.2.1- Định n hĩ Dập là hiện t ợn n n c c b xảy r trên t diện t ch truyền lực t ơn đối nhỏ củ hài c u kiện p vào nh u ch n h n th n đinh tán chịu dập do thành l p vào n (hình 2.10). Pd Pd b Hình 2.10 h vậy t i ối h p đinh tán i đinh tán n oài chịu cắt c n chịu dập với lực dập Pd  P n - n u t D ới tác d n củ lực dập t quy ớc trên t cắt dọc tr c đinh tán phát inh n u t dập d iả thiết dập d ph n bố đều t c d = Pd / Fd Tron đ Pd là lực dập Fd là h nh chiếu củ diện t ch t bị dập lên t ph n vuôn c với lực dập (Fd = d.b) - Điều kiện bền củ th nh chịu dập: M t th nh chịu dập bảo đả điều kiện bền khi n u t dập lớn nh t phát inh tron th nh chịu dập nhỏ hơn n u t dập cho ph p (tối đ b n n u t dập cho phép). d = Pd / Fd  [ d] (2 – 7) T đ t c n c bài toán cơ bản về dập: Ki tr bền Chọn k ch th ớc t dập Chọn tải trọn cho ph p * V d : Mối h p đinh tán chịu tác d n b i lực P = K đ h p t tôn ổi t c chiều dày là Đ ờn k nh đinh tán d = H y ki tr đ bền ối h p biết  C ài iải   80MN / m2 ;    30MN / m2 . M i đinh tán chịu lực cắt Q  P  30  5KN n 6 Pd 43 d 25MN / m Q c Pd Chịu lực dập P  P  30  5KN d n 6 - Ki t đ bền về cắt áp d n côn th c ( -6) ta có  c  c  3,14 5.10 3 10.103 2 4  63,7MN / m2   63,7MN / m2 <    80MN / m2 nên ối h p đả bảo đ bền về cắt - Ki t đ bền về dập áp d n côn th c ( -8) ta có   P  5.10 3  2 F 20.10 3 .10.10 3   25MN / m2 <    30MN / m2 nên ối h p đả bảo đ bền về dập Kết luận: Mối h p đả bảo đ bền * V d : T nh ố đinh tán c n thiết cho t ối h p đinh tán chịu tải trọn P =7 K Lo i đinh tán c đ ờn k nh chiều dày i t tôn là t = mm. iết  C   100MN / m 2 ;    24MN / m2 ài iải - T nh ố đinh tán chịu cắt áp d n côn th c ( -6) ta có : P  c  F  n d 2  4P nd 2   c  => n  c 4 4P  4.720.10 3  24 d 2   3,14.20.103 2 .100.106 - T nh ố đinh tán chịu dập áp d n côn th c ( – 7) ta có: P  d  Fd  n  bd P nbd   d  => n  P bd d  720.10 3  2.10.10310.10324.106  15 Kết luận chun : Đ ối h p đả bảo đ bền th phải đả bảo đ bền cả về cắt và dập nên ố đinh tán phải b n ho c lớn hơn 24. 4- Xoắn (4h) 4.1- Khái niệ về xoắn - Định n hĩ : M t th nh đ ợc ọi là xoắn thu n t y khi n o i lực tác d n là các n u lực n tron t cắt củ th nh (th ờn là t cắt c tiết diện tròn). Ch n h n tr c truyền chịu xoắn d ới tác d n củ các u lực c ô en m1, m2, m3 và m4 (hình 2.11-a). Q F 44 m1 m2 m1 m2 m3 m4 m3 m4 Hình 2.11-a Tr c nhận và truyền năn l ợn nhờ các puli ho c các bánh răn ắn trên tr c Trên nh n puli ho c bánh răn phát inh các n u lực do các lực v n củ các b phận truyền đ n y nên T c th xác định các ô en củ các n u lực đ dự vào côn u t à puli ho c bánh răn truyền đi ho c nhận đ ợc m  7162 N (Nm) n là côn u t t nh b n lực n là ố v n u y tron ph t củ tr c (2 – 9) Ho c m  9736 N (Nm) n (2 – 10) Tron đ : côn u t t nh b n K n là ố v n u y củ tr c tron ph t - i lực: i lực tron th nh xoắn n trên t cắt củ th nh k hiệu Mx Muốn xác định vị tr ố củ n u lực ô en xoắn Mx t d n ph ơn pháp t cắt T y theo vị tr t n t cắt t đ ợc t trị ố Mx t ơn n T bi u di n trị ố Mx củ các t cắt trên tr c b n bi u đ ọi là bi u đ ô en xoắn V d -1: Vẽ bi u đ ô en xoắn củ tr c chịu xoắn trên (hình 2.11-a). Cho biết: Pu ly truyền cho tr c t côn u t 3 = lực Pu ly nhận côn u t 1 = lực Pu ly nhận côn u t 2 = lực Pu ly nhận côn u t 4 = 7 lực đ truyền đến n u n tiêu th Tr c u y đều với vận tốc n = v n /ph t 45 1 MX ài iải Các mô men tác d n lên các pu ly : m  7162 N1 1 n  7162 50 150  2387 N m  7162 N2 2 n  7162 30 150  1432 N m  7162 N3 3 n  7162 150  7162 N 150 m  7162 N4 4 n  7162 70 150  3312 N Đ vẽ bi u đ ô en n i lực t d n các t căt chi tr c thành các đo n nh (hình 2.11-b). p d n các ph ơn tr nh c n b n tĩnh học và uy ớc nh n t phải n nếu u y n ợc chiều ki đ n h n iá trị d ơn ( t c : MXI = + m1 = +2387 Nm MXII = + (m1 + m2) = + 3819 Nm MXIII = - (m1 + m2 – m3) = -3342 Nm m1 m2 I II m3 m4 III m I MX 1 II III MX II MX III Hình 2.11-b - n u t trên t cắt th nh chịu xoắn Tr ớc khi th nh chịu xoắn t k trên t củ th nh các đ ờn on on với tr c th nh bi u thị cho các thớ dọc các đ ờn vuôn c với tr c th nh bi u thị cho các t cắt (hình 2.12 a). u khi th nh chịu xoắn: (hình 2.12 b) m1 m2 m1 m3 m2 46 Hình 2.12 a m Hình 2.12 b - M t cắt củ th nh xo y đi c nào đ nh n v n tr n và i n uyên bán k nh c v n ph n và vuôn c với tr c củ th nh - Chiều dài củ th nh c n nh khoản cách i các t cắt v n i không đổi - án k nh củ t cắt v n th n và c chiều dài khôn đổi h vậy biến d n tron xoắn là biến d n tr ợt nên phát inh tiếp n x n trên t cắt và c ph ơn vuôn c với bán k nh ọi  là c xoắn tuyệt đối  =  / l là c xoắn t ơn đối  là c tr ợt t ơn đối Ta có : l =  r  = ( / l) r  = .r t củ t cắt: r = nên  = 0 t đi b t kỳ cách t khoản p p = 0.p vành n oài củ t cắt  max = 0. p max = 0.r p d n định luật Huc khi Mx ch v ợt uá iới h n nh t định n u t xoắn x tỷ lệ thuận với đ tr ợt t ơn đối x = .G Vì  biến thiên t đến lớn nh t t ơn n với ph n vật liệu t t cắt đến vành n oài củ n nên trị ố n u t tiếp biến thiên t đến x max. 47 t t cắt  = 0, x = 0 vị tr cách t khoản p: p = 0.p, p = p.G = 0pG vành n oài t cắt: max = 0.r và max = max.G = 0rG => p / max = p / r h vậy n u t x tỷ lệ với khoản cách t đi đ n x t tới tr c và đ ợc bi u di n trên hình (hình 2.13). max MX max Hình 2.13 i lực ph n bố trên ph n t diện t ch Fp là Fp. p Mô en xoắn trên ph n t diện t ch Fp là: Mp = Fp. p.p Mô en xoắn trên toàn b t cắt là: Mx = ∑Mp = ∑ Fp. p.p = ∑ Fp. max. (p / r) .p = max / r . ∑ Fp. p 2 Đ t ∑ Fp. p 2 = Jo Và ọi là ô en uán t nh đ c cực đơn vị 4 . Ta có: Mx = max . Jo / r hay max = r / Jo. Mx Đ t Wo = Jo / r (đơn vị o là m 3 ) Ta có: max = Mx / Wo (2 – 11) Wo đ c tr n cho khả năn chốn xoắn củ th nh và đ ợc ọi là ô en diện t ch chốn xoắn Với th nh tròn: JO  WO   .d 4 32  .d 3 16  0.1d 4  0.2d 3 48 O - T nh toán về xoắn - Điều kiện bền củ th nh chịu xoắn thu n t y: M t th nh chịu xoắn thu n t y đả bảo điều kiện bền khi n xu t xoắn x lớn nh t tron th nh nhỏ hơn n u t xoắn cho ph p (tối đ b n n u t xoắn cho phép).  max  M X max WO  [ x ] (2 – 12) T điều kiện trên t c bài toán cơ bản tron xoắn thu n t y: a- Ki tr bền xoắn b- Chọn k ch th ớc t cắt c- Chọn tải trọn cho ph p V d -2 : Ki tr đ bền củ tr c h nh vẽ 2.11. Cho biết đ ờn k nh củ tr c d =  x ài iải   80MN / m2 T bi u đ MX h nh -b ta có MXmax = 3819 Nm W  0,2d 3  0,265.103 3  54.106 m3 p d n côn th c ( -12) ta có:  max  M X max W0  3819 54.10 6  70MN / m 2 Kết luận : n u t lớn nh t nhỏ hơn n u t cho ph p nên tr c đả bảo đ bền V d : M t tr c b n th p c côn u t K u y với vận tốc n = v n / ph t T nh đ ờn k nh củ tr c biết  x ài iải   80MN / m2 . p d n côn th c ( -12) ta có: M X    => W  M X X 0   Mà W  0,2d 3 => 0,2d 3  M X 0 => d   X  M  m  9736 N X n  9736 300  9736 Nm  9,736.103 MNm 300 2 => d   3,8.10 m  38mm T chọn d = M X 0,2 X  3 0,2.80 9736.10 49 NA l/2 l/2 NA Mu 5- Uốn ( L thuyết h ki tr 1h) 5.1- Khái nệ về uốn 5.1.1- Định n hĩ ếu t th nh d ới tác d n củ n o i lực à tr c th nh bị uốn con t n i th nh đ chịu uốn Th nh chịu uốn ọi là d M t ph n củ d ch n o i lực tác d n ọi là t ph n tải trọn ếu tr c củ d u khi uốn v n n tron t ph n tải trọn th d đ chịu uốn ph n o i lực y uốn ph n là nh n lực tập trun lực ph n bố c ph ơn vuôn c với tr c d ho c nh n n u lực n tron t ph n đối x n ch tr c d Tron thực tế t p r t nhiều d chịu uốn V d : th n d o bào khi cắt ọt d n n tải trọn (hình 2.14). Hình 2.14 - i lực Ch n h n t x t n i lực củ d chịu uốn (hình 2.15). M Mumax =Pl/ 4 Hình 2.15 50 Lực tác d n lên d tải trọn P (đ t ch nh i d và các phản lực đ t t i h i ối đ và (theo tĩnh học các phản lực đ c trị ố b n P/ Thực hiện t cắt - khảo át ự c n b n củ ph n trái t phải đ t vào t cắt nh n n i lực: Q  P 2 M  P .Z U 2 T ọi là lực cắt Mu là ô en củ n u lực uốn n i lực ọi tắt là ô en uốn h vậy trên t cắt củ d chịu uốn c h i thành ph n n i lực: lực cắt và ô en uốn Mu. Tron thành ph n iáo tr nh này chỉ x t thành ph n MU là thành ph n chủ yếu y uốn c n bỏ u lực cắt T MU  P .Z 2 cho th y d c trị ố MU biến đổi bậc nh t theo Khi Z = O thì MU = O Khi Z  l thì M  P . l  P.l 2 U 2 2 4 Khi Z = 2 thì M  P l  P. l  0 U 2 2 Mu Mu = m q Mu Mumax = ql 2 / 8 Mumax = Pl Hình 2.16 Mumax = Pab/l Mu 51 m Lớp trung T c th bi u di n trị ố biến đổi củ MU b n bi u đ : Đ t tr c hoành on on với tr c d Đ t các tun đ củ Mu lên tr c về ph thớ i n dài củ d u bi u đ Mu t th y d c t cắt ch nh i chịu uốn lớn nh t và ọi là t cắt n uy hi c MU max  P.l 4 n cách là t ơn tự t c bi u đ Mu củ các d chịu uốn th ờn p (hình 2.16). - n u t trên t cắt củ d chịu uốn - iến d n củ d uốn thu n t y Đ tiện u n át t x t t d th n c t cắt là h nh ch nhật (hình 2.17). y x x y Hình 2.17 t bên củ d t k các đ ờn on on với tr c th nh bi u thị cho các thớ dọc các đ ờn vuôn c với tr c hoành bi u thị cho các t cắt u khi th nh chịu uốn thu n t y t th y: các đ ờn vuôn c với tr c d tr ớc và u khi biến d n v n th n và vuôn c với tr c d đ bị uốn con các đ ờn k on on với tr c d tr thành nh n đ ờn con đ n d n với tr c d đ bị uốn con 52 iả thiết biến d n tron d t ơn tự nh biến d n t n oài củ n t c kết luận: Tr ớc và u khi chịu uốn thu n t y các t cắt F đều th n và vuôn c với tr c d Khi d chịu uốn thu n t y các thớ dọc củ ph n trên củ d bị co l i các thớ ph n d ới củ d i n r đi t ph n bị co đến ph n bị i n c lớp thớ v n i n uyên chiều dài ọi là lớp trun h i o tuyến củ lớp trun h với ắt cắt ọi là tr c trun h Với t cắt đối x n tr c trun h vuôn c với tr c đối x n và đi u trọn t củ t cắt (tr c x-x trên h nh vẽ - là tr c trun hòa). h vậy biến d n tron uốn thu n t y là biến d n dọc trên t cắt xu t hiện n u t pháp u. - n u t trên t cắt củ d uốn thu n t y Thực hiện ph ơn pháp t cắt cắt d t i t cắt -I (hình 2.18). I m Mu min x ym max Hình 2.18 y x 53 Ph n trái c n b n d ới tác d n củ n o i lực c ô en và ô en uốn n i lực MU. u t nh toán và thực n hiệ : Ta có:  . max   min MU max WX (2 – 13) Tron đ maz là n u t k o lớn nh t l y d u min là n u t n n lớn nh t l y d u - Wx là ô đun chốn uốn M t cắt h nh tròn: Wx = 0,1 d 3 a3 M t cắt h nh vuôn : WX  6 - T nh toán về uốn - Điều kiện bền củ th nh chịu uốn ph n : M t th nh chịu uốn th n đả bảo điều kiện bền khi n u t lớn nh t t i tiết diện n uy hi phải nhỏ hơn n u t uốn cho ph p (tối đ là b n n u t uốn cho phép).    MU max maz W  [U ] (2 - 14) min X T điều kiện bền - t c n c b bài toán cơ bản tron uốn: Ki tr bền uốn + Chọn k ch th ớc t cắt Chọn tải trọn cho ph p - Ví dụ 12-1: Ki tr bền uốn củ t d th p ch L ố hiệu b đ t trên h i ối tự và chịu trọn tải nh u: (hình 2.19) Chiều dài củ d = tải trọn ph n bổ đều = M / [ k = [ n] = 160 MN/m 2. q Mu Mumax = ql 2 / 8 Hình 2.19 54 3 ài iải: i u đ MU đ ợc bi u di n trên h nh -4 có: MU max  q.l 2 8  120.4 8  60MN.m Với th p ch  ố hiệu b t c : X = 400 cm 3 = 0,4m 3  maz min   MU max WX  60 0,4  150MN / m2  maz min nhỏ hơn [ k,n vậy d bền uốn - V d -2: D dài d n đ n n tải trọn P = 8 k (hình 2.20). H y chọn k ch th ớc t cắt cho biết d là b n h nh ch nhật c b= và [ k,n]=10 MN/m 2 . Mu ài iải: Hình 2.20 = Pl/4 i u đ MU đ ợc bi u di n trên h nh -3 có: M  q.l  0,18.4  0,18MN.m U max 4 4 p d n côn th c -2:    MU max hay ab 2  MU max maz min X 6 [ U ] Mà b = 2a nên 4a 3 6  MU max [ U ] và a   0,3m - Khái niệ về th nh chịu lực ph c t p Tron thực tế các tr c chuyền chuy n đ n th ờn chịu uốn và xoắn đ n thời t i t t cắt b t k trên tr c c thành ph n n i lực: ô en xoắn MX và mô men uốn MU, t ơn tự t i t đi trên t cắt c hai thành ph n n u t: n u t xoắn x và n u t uốn u bi u di n trên (hình 2.21) đ biết: 2m 2m Mu max W 55 U  X M 2 M 2 W 2 W 2 X O U  X M 2 W 2 X X mã max  max  MU max W Hình 2.21 với MX = 0,1 d 3  max  X M X với o = 0,2 d 3 = 2.Wx WO Đ lập côn th c t nh toán các tr c uốn xoắn đ n thời t áp d n thuyết bền (khôn ch n nh  tinh 2 max  4 2    Đ t Mtinh  và ọi là ô en t nh toán. Ta có:   M tinh tinh W (2 – 15) X M t th nh uốn-xoắn đ n thời đả bảo điều kiện bền khi n u t t nh t i tiết diện n uy hi phải nhỏ hơn n u t uốn cho ph p (tối đ là b n n u t uốn cho phép). MU max tính X  [ U ] (2 – 16) U X W 2 X max 56 Câu hỏi ôn tập 1. Nêu các iả thuyết cơ bản về vật liệu V sao c n phải đ ra các iả thuyết đ 2. Thế nào là n o i lực i lực và n u t Tr nh bày ph ơn pháp t cắt xác định n i lực 3. Phát bi u và viết bi u th c định luật Huc tron k o n n đ n tâm. 4. Thế nào là t th nh chịu cắt Cho v d thực tế và nêu điều kiện bền củ th nh chịu cắt 5. Thế nào là t th nh chịu xoắn thu n t y L y các v d thực tế 6. Thế nào là t d chịu uốn ph n Viết côn th c t nh n u t trên t cắt củ d chịu uốn Bài tập 1- M t th nh th p tr n c đ ờn k nh d = chịu tác d n củ lực k o đ n tâm p = 102 KN. Hãy ki tra c ờn đ củ thanh, biết n u t cho ph p củ thép là  K  1,2.10 MN m . 2 2 2- Mối h p đinh tán chịu tác d n b i lực P= K đ h p t tôn ổi t c chiều dày là Đ ờn k nh đinh tán d = H y ki tr đ bền ối h p biết  C   80MN / m ;    30MN / m . 2 2 3- M t tr c truyền c đ ờn k nh d = u y với vận tốc n = 9 v n / ph t Tr c c côn u t = KW. Ki tr đ bền củ tr c biết  x  80 MN m . 2 4- D AB chịu tải trọn P = 18 KN (hình 2.22). D làm b n th p c tiết diện h nh vuôn x c H y ki tr đ bền củ d biết  u   120MN / m . 2 B Hình 2.22 2m 57 C ƯƠ G 3 C I TIẾT MÁ Thời gian (giờ) Tổn ố L thuyết 22 22 MỤC TIÊU ọc xong chương này người học có khả năng - iải th ch đ ợc các khái niệ về khâu, chi tiết máy, khớp đ n chu i đ n cơ c u máy - Chuy n đổi đ ợc các khớp khâu, các cơ c u truyền đ n thành các ơ đ truyền đ n đơn iản - Tr nh bày đ ợc các c u t o nguyên l là việc và ph vi n d n củ các cơ c u truyền đ n cơ bản - Tuân thủ các quy định quy ph về chi tiết máy. ỘI U G 1- hững khái niệm cơ bản về cơ cấu và máy (3h) - h n khái niệ cơ bản và định n hĩ 1.1.1- Khái niệ về tiết áy Tiết áy (c n ọi là chi tiết áy là b phận khôn th tháo rời r đ ợc hơn n củ áy V d : T khôn th tháo rời t bu lôn đ i ốc ho c bánh răn ch n là nh n tiết áy (hình 3.1). Hình 3.1 Tiết áy đ ợc chi là nh : Tiết áy thôn th ờn nh : v t đ i ốc đinh tán v n đệ bánh răn tr c Tiết áy đ c biệt nh : xi l nh p t tôn th nh truyền tr c khuỷu Đối t ợn n hiên c u củ ph n này là các tiết áy thôn th ờn c côn d n chun và đ ợc d n tron nhiều áy khác nh u 58 ày n y h u hết các chi tiết áy đều đ ợc tiêu chuẩn h nh c đ ch đả bảo t nh đ n nh t và khả năn đổi l n cho nh u thuận lợi cho việc d n và chế t o hàn lo t - Khái niệ về cơ c u truyền đ n Cơ c u truyền đ n là tập hợp các tiết áy d n đ truyền ho c biến đổi t chuy n đ n n c thành t chuy n đ n on uốn b o : Cơ c u truyền chuy n đ n u y nh : cơ c u bánh răn cơ c u x ch cơ c u bánh v t – tr c v t cơ c u đ i truyền cơ c u bánh át Cơ c u biến đổi chuy n đ n nh : cơ c u bánh răn – th nh răn cơ c u t y u y – con tr ợt cơ c u v t – đ i ốc cơ c u c c n đẩy cơ c u c c n lắc cơ c u cu l t cơ c u bánh răn c c cơ c u đĩ M n (L lte . Tron đ các cơ c u bánh răn – th nh răn cơ c u t y u y – con tr ợt cơ c u v t – đ i ốc cơ c u c c n đẩy đều biến chuy n đ n u y thành chuyện đ n tĩnh tiến và n ợc l i Các cơ c u c c n lắc và cơ c u cu l t biến chuy n đ n u y thành chuy n đ n lắc Các cơ c u bánh răn c c và cơ c u đĩ M n biến chuy n đ n u y liên t c ho c chuy n đ n lắc thành chuy n đ n u y ián đo n Tron cơ c u truyền đ n t chi tiết áy ho c t ố chi tiết áy đ ợc h p c n với nh u t o thành t vật th c chuy n đ n t ơn đối với nh u đ ợc ọi là kh u ch nối h i kh u với nh u ọi là khớp đ n 1.1.3- Khái niệ về áy Máy cơ kh là tập hợp các cơ c u c chuy n đ n theo uy luật nh t định nh d n ho c biến đổi năn l ợn đ là r côn c ch Máy c nhiều lo i khác nh u c th chi r theo t nh năn và tác d n củ n : áy năn l ợn áy côn tác và áy tổ hợp Máy năn l ợn c nhiệ v biến các d n năn l ợn khác nh u thành cơ năn nh : đ n cơ điện đ n cơ nổ ho c biến đổi cơ năn thành năn l ợn khác nh : áy n n kh áy phát điện Máy côn tác c nhiệ v biến đổi tr n thái t nh ch t h nh d n vị tr củ vật liệu ho c đối t ợn đ ợc i côn nh : áy cắt ọt ki lo i áy dệt áy in Máy tổ hợp là áy côn tác c đ n cơ riên đ v tự cun c p năn l ợn v thực hiện nhiệ v côn n hệ nh : các áy vận chuy n áy t đập Máy tổ hợp c th d n v n năn d n thôn th ờn tron nhiều n ành ản xu t; đ n thời áy tổ hợp c n phát tri n d n hoàn chỉnh c tr n bị thê thiết bị điều khi n theo d i ki tr đ tự đ n thực hiện uá tr nh côn n hệ ản xu t nh khôn n n n n c o năn u t và ch t l ợn ản phẩ và iả nh c l o đ n củ con n ời Lo i u này đ ợc ọi là áy tự đ n 59 - L ợc đ đ n học và ơ đ đ n V d : Th nh truyền tron cơ c u t y u y – con tr ợt các chi tiết áy nh th n nắp bu lôn và l t tr c (hình 3.2 a) là t kh u đ ợc nối đ n với t y u y và con tr ợt b n các khớp u y Đ đơn iản các kh u khớp tron các cơ c u đều đ ợc bi u di n b n l ợc đ (Hình 3.2 b) là l ợc đ củ th nh truyền (Hình 3.3) là l ợc đ khớp nối các th nh: (Hình3.3 a) nối h i th nh b n khớp bản lề (Hình 3.3 b) nối h i th nh b n khớp c u (Hình 3.4) là l ợc đ khớp nối th nh với ổ đ cố định: (Hình 3.4 a) nối th nh với ổ cố định b n khớp bản lề (Hình 3.4 b) nối th nh với cổ cố định b n khớp c u L ợc đ kh u phải bi u di n đ y đủ các khớp đ n và nêu đ ợc k ch th ớc cơ bản củ kh u (k ch th ớc và xác định vị tr t ơn đối củ các khớp đ n trên kh u v khi chuy n đ n h nh d n và kết c u cảu kh u khôn là th y đổi t nh ch t chuy n đ n chỉ nh n k ch th ớc cơ bản củ khẩu ới uyết định t nh ch t củ chuy n đ n Hình 3.2 a) b) Hình 3.3 a) b) Hình 3.4 Cơ c u chuy n đ n nào c n c t kh u cố định ọi là iá Các kh u c n l i chuy n đ n t ơn đối với nh u Kh u chuy n đ n cho tr ớc là kh u d n các kh u ph thu c vào uy luật chuy n đ n củ kh u d n ọi là kh u d n ọi là kh u bị d n 60 Các kh u và khớp đ ợc bi u di n b n l ợc đ nên các cơ c u truyền đ n c n đ ợc bi u di n b n l ợc đ và ọi là l ợc đ cơ c u truyền đ n đều đ ợc bi u di n b n l ợc củ n 2. Cơ cấu truyền động ma sát Thời gian: 4 giờ 2.1. Cơ c u truyền đ n đ i 2.1.1-Khái niệ a) b) c) Hình 3.5 nhau. Cơ c u truyền đ n đ i d n đ truyền chuy n đ n u y i h i tr c cách x truyền đ n đ i đơn iản đ i ề bắt căn qua hai bánh đ i h p cố định trên h i tr c nhờ át i đ i và bánh đ i nên khi tr c d n u y th tr c bị d n quay theo. H nh là l ợc đ b truyền đ n đ i đơn iản tron đ h nh - là l ợc đ b truyền đ i d t h nh -b là l ợc đ b truyền đ i th n h nh -c là l ợc đ b truyền đ i tr n truyền đ i d t và đ i th n đ ợc d n r n r i c n b truyền đ i tr n chỉ d n cho các áy c côn u t nhỏ nh áy kh u ho c các kh c ω1 ω2 O1 O2 61 II Hình 3.6 Đ i d t c tiết diện h nh ch nhật (h nh - là b n d thu c b n vải dệt thành nhiều lớp b n vải đ c với c o u Đ i d t b n c o u đ ợc d n phổ biến nh t v c c bền lớn và t nh đàn h i c o đ n thời t chịu ảnh h n củ nhiệt đ và đ ẩ tuy nhiên khôn đ ợc đ d u là hỏn c o u Đ i vải d n th ch hợp cho các truyền đ n vận tốc c o côn u t nhỏ và trên các bánh đ i c đ ờn k nh nhỏ nh n nơi c đ ẩ c o d n đ i vải khôn th ch hợp Đ i d c khả năn chịu lực lớn chịu v đập lớn là việc bền l u nh n iá thành đắt khon nên d n nơi c x t ho c ẩ ớt Đ i th n c tiết diện là h nh th n đ ợc chế t o thành t v n tr n kh p k n khôn c ch nối nên là việc ổn định ên tron là nh n lớp vải tổn hợp xếp ch n lên nh u bọc bên n oài là lớp vải c o u (h nh -b) Đ i tr n c tiết diện h nh tr n đ ợc là b n d ho c ợi tẩ c o u (h nh -c). C th thực hiện nhiều ki u truyền đ n đ i: Truyền đ n th ờn truyền đ n ch o truyền đ n n ch o và truyền đ n c Truyền đ n th ờn (h nh là ki u d n nhiều nh t đ truyền đ n i h i tr c on on u y c n chiều I Hình 3.7 Truyền đ n ch o (h nh 7 d n đ truyền chuy n đ n i h i tr c on on u y n ợc chiều c ô tăn lên nh n c nh ợc đi là ch n n do cọ xát ch bắt ch o khi là việc 62 Hình 3.8 Truyền đ n n ch o (h nh 8 d n đ truyền đ n i h i tr c ch o nh u (th ờn ch o c 9 o Đ tránh đ i tr ợt r n oài bánh phải bố tr đ i đi vào bánh nào th đ ờn t đ i phải n trên t ph n trun t củ bánh y c hợp b i đ ờn t củ nhánh r với t ph n đ ờn t đ khôn đ ợc lớn hơn o Truyền đ n n ch o chỉ là việc đ ợc t chiều Hình 3.9 Truyền đ n c (h nh 9 d n đ truyền đ n i h i tr c cắt nh u th ờn là vuôn c với nh u c th là việc h i chiều Truyền đ n ch o n ch o truyền đ n c c các c nh đ i ch n n nên khi c n thiết ới d n các ki u này Tron uá tr nh là việc đ i ẽ i n r nên c n d n các biện pháp điều chỉnh c căn củ đ i: u khi đ i bị ch n th cắt n ắn l i ( chỉ d n cho đ i d t D n bánh căn đ i đ lắp vào nhánh ch n và n bánh nhỏ Th y đổi khoản cách i h i tr c nhờ trọn l ợn bản th n củ đ n cơ ho c điều chỉnh b n v t 2.1.2- Tỷ ố truyền Tron truyền đ n đ i c h i d n tr ợt củ đ i trên bánh đ i là tr ợt trơn và tr ợt đàn h i Tr ợt trơn chỉ xảy r khi b truyền là việc uá tải tr ợt đàn h i xảy r do ự đàn h i củ đ i Do tr ợt đàn h i nên tỷ ố truyền củ đ i khôn ổn định i  n1 n 2  D2 D1 (1   ) (3 - 1) 63 Tron đ : n1, n2 là ố v n u y t ph t củ tr c d n và tr c bị d n D1, D2 là đ ờn k nh củ bánh đ i d n và bị d n là hệ ố tr ợt đàn h i = – 0,02 Tron ph p t nh n đ n c th bỏ u hệ ố tr ợt: i  n1 n 2  D2 D1 (3 -2) Thôn th ờn với đ i d t i ≤ với đ i th n i ≤ - n d n : Cơ c u đ i truyền c khả năn i đ ợc n toàn khi uá tải (tr ợt trơn và iả bớt i o đ n củ tải trọn (t nh đàn h i củ đ i nên th ờn đ ợc d n đ d n đ n t đ n cơ đến h p ố ho c các cơ c u là việc Truyền đ n đ i c các u đi u: - C khả năn truyền đ n i các tr c x nh u c th tới 15m. Truyền đ n ê khôn c tiến kêu n ào và iả bớt ự d o đ n củ tải trọn do vật liệu đ i c t nh đàn h i - i đ ợc n toàn cho các tiết áy khác khi uá tải v l c này đ i ẽ tr ợt trơn trên bánh đ i - Chế t o và lắp ráp đơn iản d bảo uản iá thành h h ợc đi củ truyền đ n đ i là: - Khuôn khổ và k ch th ớc lớn - Tỉ ố truyền khôn ổn định - C n c lực căn lớn đ t o r át i đ i và bánh đ i do đ tăn tải trọn lên tr c và ổ đ - Tuổi thọ th p nh t là khi đ d u rơi vào ho c khi là việc với tốc đ cao. Trong quá tr nh d n b truyền đ i th ờn p nh n h hỏn sau: - Đ i ch y r khỏi bánh đ i do tr c bánh đ i khôn on on với nh u ho c bánh đ i lệch với t quay. - Đ i truyền tr ợt trơn trên bánh đ i do đ i bị tr n ho c do uá tải y nên. - C tiến kêu phành ph ch áy là việc hơi run là do ối nối c n đ i c lên gây nên va đập - Đ i bị đ t c th y t i n n nếu khôn c bảo hi Đ tránh h hỏn c n phải thực hiện chế đ d n và bảo uản hợp l chủ yếu là: - Phải bảo đả lực căn đ i đủ c truyền tải tr c h i bánh đ i on on với nh u và bánh đ i khôn lệch t u y Với đ i d t ch nối phải đ n ui cách - Khôn đ d u rơi vào là hỏn đ i Phải che chắn n toàn nh t là các b truyền đ i c tải trọn lớn ho c tốc đ nhanh. - Đ i và bánh đ i tr ớc l c vận hành c n đ ợc l u ch b i b d n n ớc xà ph n r 64 O1 O2 I II I - Cơ c u bánh át 2.2.1- Khái niệ I Hình 3.10 Hình 3.11 Cơ c u bánh át d n đ truyền chuy n đ n u y i các tr c nhờ lực át inh r t i ch tiếp x c i các bánh át Cơ c u bánh át c h i lo ị chủ yếu: Cơ c u bánh át tr d n đ truyền chuy n đ n u y i h i tr c on on nh u (h nh cơ c u bánh át côn d n đ truyền chuy n đ n u y i h i tr c vuôn c với nh u (h nh ánh át th ờn d n là b n n nhiều l c t n oài bọc d vải c o u ho c i ăn Đ phát inh lực át phải d n nh n thiết bị riên đ t o nên lực p i các bánh át với nh u tron các l ợc đ khôn bi u di n thiết bị này 2.2.2- Tỷ ố truyền V c hiện t ợn tr ợt i các bánh át khi truyền đ n nên tỷ ố trền củ cơ c u bánh át khôn ổn định i  n1 n 2  D2 D1 (1   ) (3 -3) Tron đ : n n là ố v n u y t ph t củ tr c d n và tr c bị d n D D là đ ờn k nh củ bánh d n và bị d n là hệ ố tr ợt tron khoản - 3% Tron ph p t nh n đ n c th bỏ u hệ ố tr ợt: i  n1 n 2  D2 D1 (3 -4) 65 ω1 2 ω2 x Rmax II - n d n I 1 Hình 3.12 Truyền đ n bánh át đ ợc d n tron các thiết bị r n p c n tr c và vận chuy n các d n c đo áy cắt ki lo i nh n d n nhiều hơn cả là các b biến tốc H nh là l ợc đ b biến tốc át đơn iản nh t đĩ át u y u nh tr c cố định và bánh v u y v dịch đ n trên tr c ếu tr c là tr c d n c tốc đ và chiều u y nh t định th tốc đ củ đĩ và tr c t y theo khoản cách x Khi bánh n bên phải tr c và u y thuận chiều ki đ n h tr c c n u y thuận chiều ki đ n h Khi dịch chuy n bánh át đến n t tr c th tốc đ u y củ tr c iả d n và khi bánh n bên trái tr c th tr c u y n ợc chiều ki đ n h Do đ lo i chuy n đ n này khôn nh n c th biến đổi trị ố tốc đ u y à c n th y đổi chiều u y Tốc đ u y củ tr c bị d n tỷ lệ n hịch với khoản cách x n hĩ là: R n2  n1 x do đ i  n1  x n2 R1 ( 3 -5) Hình 3.13 I I 66 oài b biến tốc át n ời t c n d n b đảo chiều u y h nh n n (h nh c h i bánh d n T y theo ự dịch chuy n củ bánh d n theo chiều u y tr c t tron h i bánh d n này ẽ tiếp x c với bánh bị d n lắp trên tr c h vậy tr c u y chiều nh n tr c bị d n c th u y theo h i chiều c n tỷ ố truyền v n i n uyên đảo chiều đ ợc d n tron các áy r n p Cơ c u bánh át c nhiều u đi : ánh át c c u t o đơn iản Là việc khôn n C khả năn điều chỉnh vô c p ố v n u y h n c n c nh n nh ợc đi : - truyền c n kềnh v c n thiết bị đ p các bánh át l i với nh u t khác do lực p đ t o nên át lớn là cho tr c chịu lực lớn nếu uốn iả lực cho ổ l i phải d n thê thiết bị ph khác. - Tỉ ố truyền khôn ổn định v c ự tr ợt do vậy chỉ d n khi yêu c u khôn ch t chẽ về ố truyền - Tuổi thọ th p v n nh nh khi tr ợt trơn c th bị hỏn v mòn - H hỏn chủ yếu củ cơ c u át là n nh nh và n khôn đều c n phải th ờn xuyên t o đủ lực đ truyền tải nh n khôn uá lớn là cho t át ch n n và y thê tải trọn ph cho ổ và tr c 3- Cơ cấu truyền động ăn khớp ( L thuyết h ki tr h - Cơ c u bánh răn 3.1.1- Khái niệ Cơ c u bánh răn d n đ truyền chuy n đ n u y i các tr c nhờ ự ăn khớp củ h i kh u c răn Kh u c răn ọi là bánh răn ánh răn c h i lo i chủ yếu bánh răn tr d n đ truyền chuy n đ n u y i các tr c on on và bánh răn côn d n đ truyền chuy n đ n u y i các tr c ch o nh u (th ờn vuôn c với nh u (h nh Hình 3.14 67 Cơ c u bánh răn đơn iản nh t t c p bánh răn h p cố định trên h i tr c nhờ ăn khớp i các răn củ hai bánh răn nên khi tr c d n I quay làm cho tr c bị d n u y theo (H nh là l ợc đ cơ c u bánh răn tr ăn k