Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cơ học ứng dụng (Nghề: Công nghệ ô tô - Trung cấp) cung cấp những kiến thức cơ bản đã thu gọn về cơ học lý thuyết, sức bền vật liệu, nguyên lý, chi tiết máy để đáp ứng theo mục tiêu chương trình đào tạo của nghề Công nghệ ô tô. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: sức bền vật liệu; kéo - nén đúng tâm; chi tiết máy; cơ cấu tay quay con trượt; cơ cấu truyền động xích;... Mời các bạn cùng tham khảo!
62 CHƢƠNG SỨC BỀN VẬT LIỆU Mã số chƣơng 2:MH 09-02 Giới thiệu: Trong chương đối tượng nghiên cứu vật rắn thực vật rắn dùng để chế tạo lên chi tiết, cụm máy vật dụng hay cơng trình máy móc Vật rắn bị biến dạng bị phá hủy q trình chịu lực Do thiết kế, sử dụng chi tiết, cụm máy vật dụng hay cơng trình máy móc cần phải đảm bảo độ bền, độ ổn định tính kinh tế Để đáp ứng mục tiêu nội dung kiến thức chương học đề cập tới khái niệm sức bền vật liệu, phương pháp xác định nội lực, ứng suất tính tốn cho vật liệu hình thức chịu lực đólà: kéo, nén tâm, cắt, dập,xoắn tuý,uốn tuý thẳng Mục tiêu: - Trình bày các giả thuyế t về vâ ̣t liê ̣u các khaí niê ̣m bản về nô ̣i lực, ứng suất - Xác định nô ̣i lực, ứng suất mặt cắt ngang thiết lập điều cường độ cho vật rắn chịu kéo, nén, cắt, dập, xoắn, uốn bản; - Tuân thủ quy định, quy phạm sức bền vật liệu Những khái niệm sức bền vật liệu 1.1.Nhiệm vụ đối tƣợng nghiên cứu sức bền vật liệu Nhiệm vụ sức bền vật liệu lànghiên cứu hình thức biến dạng vật rắn thựcdưới tác dụng lực từ đề phương pháp tính tốn chi tiết, máy móc, cấu kiện, cơng trình… phải đảm bảo đủ cường độ, đủ độ cứng độ ổn định đồng thời phải đảm bảo hao phí vật liệu có nghĩa phải đảm bảo tiêu kĩ thuật kinh tế Các phận cơng trình hay chi tiết máy có hình dạng khác Tuy nhiên, tuỳ theo kích thước chúng khơng gian người ta chia chúng làm ba loại -Khối: Là vật thể có kích thước theo ba phương tương đương - Tấm vỏ: vật thể có kích thước theo hai phương lớn nhiều so với phương lại - Thanh: vật thể có kích thước theo phương lớn nhiều so với hai phương lại Đối tượng nghiên cứu sức bền vật liệu vật rắn thực dạng thanh, hình dạng biểu thị đường trục mặt cắt vng góc với đường trục (hình 2.1) Hình 2.1 63 1.2 Các giả thuyết vật liệu 1.2.1 Giả thuyết liên tục, đồng tính, đẳng hƣớng - Sự liên tục vật liệu:Coi tồn thể tích vật thể phủ đầy vật liệu (khơng có khe hở) - Sự đồng tính: Coi vật liệu nơi vật thể có tính chất - Sự đẳng hướng: Coi theo hướng tính chất vật liệu 1.2.2 Giả thuyết đàn hồi vật liệu Dưới tác dụng ngoại lực, hình dạng kích thước vật thể bị thay đổi, ta nói vật thể bị biến dạng Khi thơi khơng tác dụng lực vật thể có xu hướng hồi phục hình dạng, kích thước Sự hồi phục gọi gọi đàn hồi Mức độ hồi phục phụ thuộc vào tính chất giá trị nguyên nhân tác động, chất khả chịu lực vật liệu Có hai dạng đàn hồi vật liệu - Đàn hồi hoàn toàn: trường hợp chịu lực tác dụng vật thể bị biến dạng không tác dụng lực vật thể trở lại hình dạng kích thước ban đầu - Đàn hồi khơng hồn toàn: trường hợp chịu lực tác dụng vật thể bị biến dạng không tác dụng lực vật thể có khả khơi phục lại phần hình dạng kích thước phần biến dạng lại gọi biến dạng dư Trong thực tế chịu tác dụng lực khơng có vật thể vật thể biến dạng đàn hồi hồn tồn Xong để đơn giản cho việc tính tốn lực tác dụng khơng vượt q giá trị định biến dạng vật thể nhỏ, ta cố thể coi vật có tính biến dạng đàn hồi hồn tồn 1.2.3 Giả thuyết quan hệ bậc biến dạng lực tác dụng (Định luật Húc) Định luật Húc: Trong phạm vi biến dạng đàn hồi vật liệu lực tác dụng lên vật thể không vượt trị số giới hạn biến dạng vật thể xem tỷ lệthuận với trị số lực gây biến dạng P A ∆𝑙 O P Hình 2.2 1.2.4 Nguyên lý độc lập tác dụng ∆𝑙 64 Kết gây hệ lực tác dụng tổng kết gây lực thuộc hệ tác dụng cách riêng rẽ P1 A P1 P2 D C B A P2 C B y1 y D A B y2 Hình 2.3 Trên hình 2.3 độ võng y dầm AB kết tác dụng hệ ( 𝑃1 , 𝑃2 ), độ võng y1 kết tác dụng lực 𝑃1 , độ võng y2 kết tác dụng lực 𝑃2 Theo nguyên lý thì: y = y1 + y2 1.3 Ngoại lực nội lực 1.3.1 Ngoại lực Ngoại lực lực từ vật thể khác môi trường xung quanh tác dụng vào vật thể mà ta khảo sát Ngoại lực bao gồm lực tác động (tải trọng) phản lực liên kết - Theo cách tác dụng tải trọng ta chia ra: + Lực tập trung: lực tác dụng lên vật thể với diện tích truyền lực nhỏ so với kích thước vật; + Lực phân bố:làlực tác dụng liên tục đoạn chiều dài hay diện tích bề mặt vật thểđược gọi lực phân bố - Theo tính chất tác dụng tải trọng thay đổi theo thời gian ta chia ra: + Tải trọng tĩnh: tải trọng có trị số tăng dần từ đến giá trị định sau khơng thay đổi + Tải trọng động:là lực có trịsố phương chiều thay đổi khoảng thời gian 1.3.2.Nội lực Trong vật thể, gữa phần tử cấu tạo lên vật có lực liên kết để giữ cho vật có hình dạng định Khi có ngoại lực tác dụng, lực liên kết tăng lên để chống lại biến dạng ngoại lực gây Phần lực liên kết tăng thêm đóđược gọi nội lực Như vậy:Nội lực độ tăng lực liên kết phần tử cấu tạo lên vật vật bị biến dạng Ngoại lực lực chủ động, nội lực lực bị động ngoại lực sinh ra, khơng có ngoại lực tác động nội lực khơng, ngoại lực tăng nội lực tăng ngược lại ngoại lực tăng tới giá trị giới hạn nội lực đạt giá trị cực đại, tiếp tục tăng ngoại lực vật thể bị phá hỏng 65 Để xác định nội lực vật thể ta dùng phương pháp mặt cắt Xét vật thể trạng thái cân tác dụng lực hình vẽ 2.4 P1 P4 P1 S P2 S Pn-1 B A Pn P3 Q P2 N A P3 Hình 2.4 Vật chịu tác dụng hệ lực (𝑃1 , 𝑃2 , , 𝑃𝑛 ) theo khái niệm nội lực bên vật xuất nội lực Để xác định nội lực ta tưởng tượng mặt phẳng (Q) cắt vật thể làm hai phần A B, giao mặt phẳng (Q) vật hình phẳng (S) Ta xét riêng phần đó, giả sử xét phần A Phần A chịu tác dụng ngoại lực (𝑃1 , 𝑃2 , 𝑃3 ), để phần A cân ta chưa cắt vật mặt cắt vật ta phải đặt vào hệ lực phân bố lực liên kết mà phần B tác động lên phần A, hợp hệ lực phân bố ta lực 𝑁 đó nội lực mặt cắt (S) vật Vì phần A cân ta dùng phương trình cân tĩnh học để xác định giá trị nội lực𝑁 𝑋 = => NX =𝑃𝑋1 + 𝑃𝑋2 + 𝑃𝑋3 𝑌 = => NY = 𝑃𝑌1 + 𝑃𝑌2 + 𝑃𝑌3 Tổng quát: NX = 𝑃𝑋 NY = 𝑃𝑌 Giải phương trình ta tìm nội lực 𝑁 Tương tự ta xét phần B nội mặt cắt lực liên kết mà phần A tác động lên phần B nội lực trị số, phương ngược chiều với nội lực mặt cắt ta xét phần A 1.4.Ứng suất Nội lực hệ lực phân bố liên tục mặt cắt cho phép ta xác định nội lực đơn vị diện tích mặt cắt Nội lực đơn vị diện tích mặt cắt gọi ứng xuất Để xác định ứng xuất điểm K mặt cắt (Hình 2.5) Ta lấy diện tích ∆𝐹 vơ nhỏ bao quanh điểm K, ∆𝐹 vô nhỏ coi nội lực ∆𝑁 ∆𝐹 phân bố ∆𝐹 σ K Hình 2.5 p 66 Khi tỉ số ∆𝑁 ∆𝐹 ∆𝑁 lim∆𝐹→0 ∆𝐹 = 𝑝𝑡𝑏 gọi ứng suất trung bình điểm K = 𝑝 gọi ứng suất thực điểm K , 𝑝 phương với nội lực Đơn vị tính ứng suất là: N/m2, bội số đơn vị tính ứng suất là: kN/m2; MN/m2 Để đơn giản cho việc tính tốn ứng suất phân tích làm hai thành phần: - Thành phần vng góc với mặt cắt gọi ứng suất pháp ký hiệu 𝜍 - Thành phần tiếp tuyến với mặt cắt gọi ứng suất tiếp ký hiệu 𝜏 Khi đó: 𝑝 = 𝜍 + 𝜏 (2-1) 𝜍 + 𝜏2 Về mặt trị số: p = 1.5.Ứng suất cho phép – Hệ số an tồn 1.5.1 Tính chất học vật liệu Để xác định tính chất học vật liệu người ta tiến hành thử mẫu vật liệu với hình thức chịu lực khác bị phá hỏng Kết thử nghiệm ghi lại số liệu, biểu đồ quan hệ lực tác dụng biến dạng mẫu thử qua đưa nhận xét đánh giá P Pb Pđ Pch Ptl P D E B A Pch Ptl C O ∆𝑙 B A C O ∆𝑙 b Nén vật liệu dẻo a Kéo vật liệu dẻo P P Pb Pb D Pb A A O ∆𝑙 O ∆𝑙 d Nén vật liệu giịn c Kéo vật liệu giịn Hình 2.6 67 - Kéo vật liệu dẻo: Khi tăng lực mẫu thử dãn dài ra, tiếp tục tăng lực đến giá trị giữ nguyên giá trị mẫu thử dãn dài sau dừng lại, tiếp tục tăng lực biến dạng tăng, tăng lực tới giá tri giới hạn mẫu thử bị thắt lại tới lúc lực giảm vết thắt phát triển mẫu bị đứt.Quan hệ lực tác dụng biến dạng mẫu thử biểu diễn qua biểu đồ hình 2.6a Quá trình biến dạng vật liệu diễn theo ba giai đoạn sau: + Giai đoạn tỉ lệ: Giai đoạn biểu diễn đoạn OA, lực biến dạng có quan hệ tỉ lệ bậc Giá trị lớn lực giai đoạn Ptl Gọi diện tích mặt cắt ban đầu mẫu thử Fo Ứng suất𝜍tl = 𝑃𝑡𝑙 𝐹𝑜 gọi giới hạn tỉ lệ + Giai đoạn chảy dẻo: Biểu diễn đoạn BC (Đoạn AB q ngắn bỏ qua) lực khơng tăng biến dạng tăng Giá trị lớn lực giai đoạn Pch Ứng suất 𝜍ch = 𝑃𝑐 𝐹𝑜 gọi giới hạn chảy dẻo + Giai đoạn củng cố: Biểu diễn đoạn CD, lực có tăng biến dạng tăng quan hệ lực biến dạng quan hệ bậc mà đường cong, tiếp tục tăng lực tới giá trị lớn điểm D xuất vết thắt vị trí mẫu thử Sau giảm lực vết thắt phát triển, mẫu bị dãn dài ra, đến lúc mẫu thử bị đứt vết thắt (điểm E) Giá trị lớn lực giai đoạn Pb Ứng suất 𝜍b = 𝑃𝑏 𝐹𝑜 gọi giới hạn bền - Nén vật liệu dẻo: Khi nén vật liệu dẻo nén mẫu thử dẹt xuống Vật liệu có giới hạn tỉ lệ giới hạn chảy, khơng có giới hạn bền q trình biểu diễn qua biểu đồ hình 2.6b - Kéo, nén vật liệu giịn: Vật liệu giịn q trình biến dạng khơng có giới hạn tỉ lệ giới hạn chảy mà có giai đoạn bền, tăng lực tới giá trị Pbmẫu thử bị đứt trường hợp kéo xuất vết nứt nghiêng 45o bị vỡ vụn trường hợp nén q trình biểu diễn qua biểu đồ hình 2.6c hình 2.6d Ứng suất 𝜍b = 𝑃𝑏 𝐹𝑜 giới hạn du Các giới hạn (𝜍tl, 𝜍ch, 𝜍b) trường hợp thử cắt (tl, ch, b)là đặc trưng cho tính chất học vật liệu loại vật liệu có giới hạn riêng Từ kết thí nghiệm rút số kết luận sau: - Vật liệu dẻo khả chịu kéo khả chịu nén tương đương - Vật liệu giòn khả chịu nén tốt khả chịu kéo nhiều 1.5.2 Ứng suất cho phép – Hệ số an toàn 68 - Ứng suất nguy hiểm: Là giá trị ứng suất giới hạn mà vật liệu làm việc ứng với trạng thái ứng suất giới hạn vật liệu bị phá hỏng vật thể khơng an tồn Kí hiệu: 𝜍o, o Với vật liệu dẻo: 𝜍o = 𝜍ch o = ch Với vật liệu giòn: 𝜍o = 𝜍bhoặc o = b - Ứng suất cho phép: Để cho chi tiết, cấu kiện làm việc an toàn, phải hạn chế ứng suất lớn phát sinh đạt tới giá trị giới hạn, cho giá trị giới hạn nàyluôn nhỏ ứng suất nguy hiểm, giá trị giới hạn ứng suất gọi ứng suất cho phép Kí hiệu: [𝜍] [] [𝜍] = 𝜍𝑜 𝑛 [] = 𝑜 (2-2) 𝑛 n - hệ số an tồn, có giá trị lớn Việc chọn hệ số an tồn dựa vào kinh nghiệm thực tế phụ thuộc vào yếu tố như: Mức độ quan trọng, vật liệu chế tạo, điều kiện làm việc, thời gian sử dụng, trình độ thiết kế, thi cơng chi tiết, cấu kiện Ứng suất cho phép loại vật liệu cho sẵn sổ tay vật liệu Bảng ứng suất cho phép số loại vật liệu [𝝈] (MN/m2) Vật liệu Kéo Nén 2 Thép xây dựng CT3 1,6 10 1,6 10 Thép xây dựng CT5 1,4 10 1,4 102 Đồng (0,3 – 1,2) 102 (0,3 – 1,2) 102 Nhôm (0,3 – 0,8) 102 (0,3 – 0,8) 102 Gang xám (0,28 – 0,8) 102 (1,2 – 1,5) 102 2.Kéo-Nén tâm Mục tiêu: - Tính tốn nội lực, ứng suất biến dạng của vật chịu kéo, néncơ 2.1 Định nghĩa Một gọi chịu kéo nén tâm mặt cắt ngang có thành phần nội lực lực dọc Thí dụ:Thanh chịu tác dụng hai lực trực đối có đường tác dụng trùng phương với trục (hình 2.7) P P P Kéo tâm P Nén tâm Hình 2.7 69 2.2 Nội lực – Biểu đồ nội lực 2.2.1 Nội lực Giả sử chịu kéo tâm lực 𝑃 hình 2.8 Để xác định nội lực mặt cắt ngang ta chọn trục z trùng với trụcthanh tưởng tượng cắt làm hai phần mặt cắt 1-1 vng góc với trục Xét phần trái, để phần trái cân mặt cắt 1-1ta phải đặt vào hệ lực phân bố Hợp hệ lực phân bố lực đặt trọng tâm mặt cắt có phương trùng với trục ký hiệu Nz gọi lực dọc P P P Nz Hình 2.8 Dùng phương trình cân tĩn học 𝑍 = ta dễ dàng tính Nz = P Chú ý: Trong trường hợp phần xét có nhiều ngoại lực tác dụng ta giả định chiều Nz hướng khỏi mặt cắt đóNz = 𝑃 Khi tính tốn kết Nzdương chịu kéo, cịn Nz mang dấu âm chiều hướng vào mặt cắt chịu nén 2.1.2 Biểu đồ nội lực Lực dọc thay đổi từ mặt cắt sang mặt cắt khác hay từ đoạn sang đoạn khác Để biểu diễn thay đổi lực dọc theo dọc trục ta vẽ biểu đồ lực dọc Biểu đồ lực dọc đường biểu diễn biến thiên lực dọc theo trục Quy ước vẽ biểu đồ lực dọc: - Chia làm đoạn khác cho giá trị lực dọc đoạn không đổi không thay đổi đột ngột; - Xác định giá trị lực dọc cho đoạn; - Vẽ đường chuẩn song song với trục biểu diễn vị trí mặt cắt theo dọc trục, tương ứng đoạn dựng đoạn thẳng vng góc với đường chuẩn độ dài đoạn thẳng biểu diễn giá trị lực dọc mặt cắt tương ứng theo tỉ lệ xích chọn Nếu lực dọc mang dấu (+) vẽ bên phải bên đường chuẩn, Nếu lực dọc mang dấu (-) vẽ ngược lại Thí dụ:Một chịu lực hình vẽ 2.9 Biết: P1= 50kN, P2 = 80kN, P3 = 40kN Bỏ qua trọng lượng thanh, vẽ biểu đồ lực dọc cho Bài giải: Ta chia làm đoạn: AB, BC, CD xác định lực dọc đoạn 70 - Đoạn AB: tưởng tượng mặt cắt 1-1 cắt làm hai phần xét phần bên Phần chịu tác dụng lực P1, phần cân chưa cắt ta phải đặt lực N1 vào trọng tâm mặt cắt đóchính nội lực đoạn AB Ta có: 𝑍 = => N1 – P1 = => N1 = P1 = 50kN N1 mang dấu dương => đoạn AB chịu kéo - Đoạn BC: tưởng tượng mặt cắt 2-2 cắt làm hai phần xét phần bên Phần chịu tác dụng lực P1 P2, phần cân chưa cắt ta phải đặt lực N2 vào trọng tâm mặt cắt 2-2 đóchính nội lực đoạn BC Ta có: 𝑍 = => N2 – P1 + P2 = => N2 = P1 – P2 = 50 – 80 = - 30kN 10kN D N3 3 30kN C P3 N2 P3 P2 P2 P2 Nz N1 40kN B 1 A P1 P1 P1 P1 Hình 2.9 N2 mang dấu âm chiều N2 hướng vào mặt cắt Đoạn BC chịu nén - Đoạn CD: Dùng mặt cắt 3-3 cắt làm hai phần, xét phần Tương tự ta có: 𝑍 = => N3 – P1 + P2 – P3 = => N3 = P1 – P2 + P3 = 50 – 80 + 40 = 10kN N3 mang dấu dương => đoạn CD chịu kéo Vẽ biểu đồ theo quy ước ta biểu đồ hình vẽ 2.3 Ứng suất pháp mặt cắt ngang 2.3.1 Quan sát thí nghiệm chịu kéo Để xác định ứng suất mặt cắt ngang ta tiến hành thí nghiệm kéo mẫu thử có mặt cắt ngang không đổi coi biến dạng bên bên ngồi (hình 2.10):Trước khichịu lực, vạch lên P P Hình 2.10 71 đường thẳng song song với trục thanhbiểu diễn thớ dọc đường vng góc với trục biểu diễn cho mặt cặt ngang, đường tạo thành lưới ô vuông Sau kéo, quan sát biến dạng ta thấy: - Các đường song song với trục thẳng song song với trục thanh, đường xích lại gần - Những đường vng góc với trục thẳng vng góc với trục khoảng cách đường dãn xa - Lưới vng trở thành lưới hình chữ nhật Kết luận:Thanh chịu kéo nén tâm có biến dạng dài, khơng có biến dạng góc Do vậy, mặt cắt ngang có thành phần ứng suất pháp phân bố mặt cắt ngang 2.3.2 Biểu thức ứng suất pháp mặt cắt ngang Theo kết luận ta có biểu thức tính ứng suất pháp mặt cắt ngang sau: 𝜍𝑧 = ± 𝑁𝑧 𝐹 (2-3) Trong đó: Nz giá trị lực dọc mặt cắt ngang xét (N) F: diện tích mặt cắt ngang (cm2 ) Dấu (+) đoạn chịu kéo Dấu (-)khi đoạn chịu nén 2.4 Biến dạng dọc - Định luật Húc kéo nén tâm 2.4.1.Biến dạng dọc Khi chịu kéothanh bị dãn dài ra, chiều ngang hẹp lại, chịu nén bị co lại, chiều ngang to (hình 1.11) Độ dãn dài co lại theo chiều dài chịu kéo chịu nén gọi biến dạng dọc tuyệt đối Ký hiệu ∆𝑙 Ta có: ∆𝑙 = l1 - l(2-4) - ∆𝑙> => chịu kéo Khi đó∆𝑙 gọi độ dãn dọc tuyệt đối - ∆𝑙< => chịu nén Khi đó∆𝑙 gọi độ co dọc tuyệt đối P P ∆𝑙 ∆𝑙 l l1 P P ∆𝑙 l1 l Hình 2.11 ∆𝑙 123 𝜔 v Hình 3.23 Hình 3.24 lược đồ cấu bánh răng, hình 3.24a ký hiệu chung khơng rõ loại răng, hình 3.24b, c, d cấu bánh răng thẳng, nghiêng, chữ V a b c d Hình 3.24 7.1.2 Phạm vi ứng dụng Cơ cấu bánh răngđược dùng nhiều thiết bị máy móc máy tiện dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến bàn trượt dọc, cấu gạt nước kính tơ v.v… 7.2 Cơ cấ u bánh vít tru ̣c vít 7.2.1 Nguyên lý kết cấu làm việc Bộ truyền trục vít - bánh vít thường dùng truyền chuyển động hai trục vng góc với khơng gian, chéo (hình 3.25) n2 II d2 a) Hình 3.25 d1 I n1 b) 124 Bộ truyền trục vít có phận chính: + Trục vít thường làm liền với trục dẫn, trục vít có đường ren gọi trục vít + Bánh vít 2, lắp trục bị dẫn, bánh vít có tương tự bánh Ren trục vít ăn khớp với bánh vít, tương tự truyền bánh Truyền động bánh vít, trục vít làm việc theo nguyên tắc vít đai ốc, trục vít (1) quay làm cho bánh vít chuyển động quanh tâm bánh vít làm cho bánh vít (2) chuyển động quay 7.2.2 Phân loại * Theo vị trí tương đối trục vít so với bánh vít - Bộ truyền trục vít nằm (Hình 3.26) - Bộ truyền trục vít nằm (Hình 3.27) - Bộ truyền trục vít nằm bên cạnh: (Hình 3.28) Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 * Theo hình dáng trục vít - Bộ truyền trục vít trụ (Hình 3.29) - Bộ truyền trục vít lõm (bộ truyền glơbơit)(Hình 3.30) Hình 3.29 Trục vít trụ * Theo biên dạng (profin)ren - Bộ truyền trục vít acsimet - Bộ truyền trục vít Convơlut - Bộ truyền trục vít thân khai Hình 3.30 Trục vít lõm 125 7.2.3 Ƣu nhƣợc điểm phạm vi ứng dụng a Ƣu điểm - Tỷ số truyền lớn, kích thước truyền nhỏ gọn - Làm việc êm không ồn - Có khả tự hãm b Nhƣợc điểm - Hiệu suất thấp (do tổn thất cơng suất ma sát lớn) - Phát nhiệt nhiều (do ma sát lớn) - Vật liệu chế tạo bánh vít thường phải có tính giảm ma sát tốt (đồng thanh…) nên đắt tiền c Phạm vi ứng dụng Cơ cấu trục vít dùng máy công cụ, máy nâng chuyển, hộp giảm tốc, cấu đo, dụng cụ đếm, cấu lái ô tô … 7.3 Cơ cấ u cóc 7.3.1 Khái niệm Cơ cấu cóc dùng để biến chuyển động quay liên tục tay quay thành chuyển động gián đoạn bánh cóc (hình 3.31) Cơ cấu cóc bao gồm khâu dẫn cần lắc (1) lắc qua, lắc lại quanh trục O, cần lắc (1) có đặt cóc (2) quay quanh lề C ln tì vào bánh cóc (3), bánh cóc (3) có trục O mặt ngồi có cóc cóc hãm (4) Nhận truyền động, cần lắc (1) thực chuyển động lắc từ A1 đến A2, cóc (2) lọt vào rãnh bánh cóc đẩy bánh cóc quay chiều góc tương ứng Khi cần lắc quay ngược lại cóc (2) trượt lưng cóc nên bánh cóc đứng yên, cóc hãm (4) lọt vào rãnh bánh cóc hãm khơng cho bánh cóc quay ngược lại, chuyển động cấu lặp đi, lặp lại C A2 O A1 Hình 3.31 126 7.3.2 Ứng dụng Cơ cấu bánh cóc sử dụng máy đóng đồ hộp, loại máy nông nghiệp, máy chiếu phim… 7.4 Cơ cấu cácđăng 7.4.1 Sơđồ cấu tạo cấucác đăng Cơ cấu cácđăng dùng truyền chuyển động hai trục giao mơt góc khơng lớn Góc thay đổi trình chuyểnđộng Hai trục (1), (2) giao O, hợp với góc, mỗiđầu trục mang chạc kí hiệu a, b Hai chạc nàyđược nối với qua khâu trung gian (thường có dạng chữ thập) khớp quay A, A’, B, B’ Hai nhánhAA’ BB’ khâu vuông góc với trục(1), (2) vng góc với (hình 3.32) A Chạc a B’ 𝜔1 B Chạc b O 𝛼 A’ 𝜔2 Hình 3.32 Tỷ số truyền cấu cácđăng tính theo cơng thức: i12 1 sin cos 1 2 cos Trong đó: 1, 2: Lần lượt vận tốc góc trục : Góc hợp trục 1: Góc quay trục Tỉ số truyền i12 thay đổi tuần hồn theo góc quay 1, dao động hai giá trị: - Cực tiểu, 1 1 180o i12min cos - Cựcđại, 1 90o 1 270o i12max cos Điềuđó có nghĩa vận tốc1 = const, thì2 const Nếu góc lệch hai trục lớn tỉ số truyền thay đổi nhiều (2 dao động lớn), dẫnđến dao động xoắn lớn phận bị dẫn 127 Cơ cấu cácđăng truyềnđược cơng suất lớn, đặc biệtđược dùng xe ôtôđể nối hộp tốcđộ với hộp vi sai (cầu sau) phậnđiều khiển hướng (góc hai trục thay đổi) 7.4.2 Cơ cấu đăng kép Để khắc phục dao động vận tốc góc vàđể trục dẫn (1) trục bị dẫn (3) có vận tốc góc phải dùng cấu đăng kép Trục (1) nối với trục (3) thông qua trục (2) hai khớp đăng (hình 3.33) Hình 3.33 Khớp đăng thứ truyền chuyển động từ trục dẫn sang trục trung gian với tỷ số truyền là: sin2 1 cos2 2b i21 1 cos1 Khớp đăng thứ hai truyền chuyển động từ trục sang trục bị dẫn với tỷ số truyền là: 2 sin2 cos2 2b' i23 3 cos Với 2b , 2b' : góc quay chạc b,b’của trục tính từ chạc nằm mặt phẳng chứa trục 1, 2, Tỷ số truyền trục là: i cos1 sin2 cos2 2b' i13 12 i32 cos sin2 1 cos2 2b ` 128 Muốn tỷ số truyền i13 1, cần đảm bảo đồng thời hai điều kiện sau: - Hai góc lệch nhau: 1 - Hai góc quay hai chạc b, b’của trục nhau: 2b 2b' Điều có nghĩa là: - Khi hai trục song song cắt (hình ) hai chạc b, b’ phải nằm mặt phẳng - Khi hai trục chéo phải lắp hai chạc b, b’ trục cho chạc b nằm mặt phẳng chứa trục 1, chạc b’ nằm mặt phẳng chứa trục 2, 7.4.3 Công dụng Cơ cấu cácđăng dùng truyền chuyển động hai trục giao mơt góc khơng lớn Góc thay đổi q trình chuyểnđộng Cơ cấu cácđăng truyềnđược công suất lớn, đặc biệtđược dùng xe ôtôđể nối hộp tốcđộ với hộp vi sai (cầu sau) phậnđiều khiển hướng (góc hai trục thay đổi) Trục ổ trục 8.1 Trục 8.1.1 Khái niệm Trục chi tiết máy dùng để truyền chuyển động quay (truyền mô men xoắn), để đỡ lắp đặt chi tiết máy quay để thực hai nhiệm vụ Kết cấu trụcđược xácđịnh theo tình hình phân bố lực tác dụng lên trục, cách bố trí cốđịnh tiết náy lắp trục, phương pháp gia công lắp ghép v.v Hình 3.34 Kết cấu trục 129 Trục thườngđược chế tạo có dạng hình trụ trịn trục trơn nhiều bậc (hình 3.34) Ít dùng trục trơn, cóđường kính khơng đổi theo chiều dài khơng thích hợp vớiđặcđiểm phân bốứng suất trịn trục: ứng suất thay đổi theo chiều dài trục; mặt khác lắp ghép sửa chữa khó khăn, phức tạp Khi cần giảm khối lượng làm trục rỗng, nhiên giá thành chế tạo kháđắt - Ngõng trục đoạn trục lắp với ổ trục thân trục phần trục để lắp tiết máy quay Đường kính ngõng trục thân trục phải lấy theo trị số tiêu chuẩn (theo dãy) để thuận tiện cho việc chế tạo lắp ghép Riêng đoạn trục tự (phần khơng lắp tiết máy) đường kính khơng cần tiêu chuẩn - Một lần hạ bậc trục, đường kính phép giảm tối đa từ 10-15 mm Tại nơi hạ bậc trục phải có bán kính góc lượn, bán kính góc lượn lớn tốt, dạng elíp tốt nhất; - Để đảm bảo lắp ráp, chi tiết máy tỳ sát vào bề mặt định vị vai trục giảm tập trung ứng suất bán kính góc lượn vai trục phải nhỏ bán kính góc lượn tiết máy quay đường kính vai trục phải đủ lớn; 8.1.2.Phân loại - Theo tải trọng tác dụng lên trục gồm có: + Trục tâm: đỡ chi tiết máy quay nghĩa chịu mô men uốn mà không chịu mô men xoắn (ví dụ trục tang cáp máy nâng chuyển Tang cáp quay nhờ ăn khớp vành tang Trục quay không quay với tang) + Trục truyền chung: trục quay, dùng để truyền mô men xoắn đến phận máy công tác nghĩa chịu mô men xoắn + Trục truyền: trục quay, vừa đỡ chi tiết máy quay vừa truyền mô men xoắn đến tiết máy quay ngược lại nghĩa tiếp nhận đồng thời mô men uốn lẫn mô men xoắn, (ví dụ trục hộp giảm tốc) - Theo dạng đường tâm trục + Trục thẳng: đường tâm trục đường thẳng; + Trục khuỷu: đường tâm trục đường gấp khúc (ví dụ trục khuỷu động đốt trong); + Trục mềm: dùng để truyền chuyển động quay mơ men xoắn phận máy có vị trí thay đổi làm việc (ví dụ dùng máy chữa răng) - Theo cấu tạo chia ra: trục trơn, trục bậc, trục đặc trục rỗng Với loại trục tiết diện trịn thì: + Trục trơn: có đường kính khơng đổi suốt chiều dài trục Trục trơn ngắn gọi chốt; + Trục bậc: đường kính giảm dần đầu trục; 130 + Trục đặc: tiết diện hình trịn đặc; + Trục rỗng: tiết diện hình vành khăn 8.1.3 Các biện pháp định vị tiết máy quay trục Định vị theo phương dọc trục: dùng vai trục, gờ trục, vòng chặn bắt vít vào trục, độ cơn, dùng vịng đệm cánh; Định vị theo phương tiếp tuyến: dùng lắp ghép có độ dôi, lắp ghép then then hoa Mỗi phương pháp có khả định vị tiết máy theo phương, chiều định Để định vị tiết máy trục ta phải kết hợp phương pháp 8.1.4 Vật liệu chế tạo trục Trụcđược chế tạo từ thép cacbon thép hợp kim Khi khơng cần nhiệt luyện dùng thép CT5, cần nhiệt luyện dùng thép 40, 45, 40X Đối với trục chịu tải nặng máy quan trọng dùng thép 40XH, 40XHMA, 3X nhiệt luyện Các trục quay nhanh gốiđỡ trượt thìđể nâng cao độ chịu mài mòn ngõn chịu nên dùng thép xêmentit hóa 20, 20X Nếu quay đặc biệt nhanh dùng thép 12XH3A, 18X 8.2.Ổ trục 8.2.1 Cơng dụng Ổ trục gồm hai loại ổ trượt ổ lăn phận dùng để đỡ trục, hạn chế mài mòn tăng tuổi thọ trục Ổ trục có nhiều loại khác tùy thuộc vào cơng dụng chúng Trong đó, ổ lăn phận tiêu chuẩn hóa, cần phải tính tốn khả chịu tải để chọn ổ cho phù hợp 8.2.2 Ổ trƣợt Được dùng để đỡ trục quay ổ trục chịu tác dụng lực đặt trục truyền lực vào thân máy, bệ máy Bề mặt làm việc ổ trượt giống ngõng trục mặt trụ, mặt cơn, mặt phẳng mặt cầu a Kết cấu ổ trƣợt Về kết cấu ổ trượt gồm có thân ổ, lót ổ, ngồi ịn có cấu tạo đường dầu, vú mỡ để bôi trơn cho bề mặt làm việc ổ ngõng trục hình 3.35) + Thân ổ: Có thể chế tạo liền với thân máy chế tạo rời sau ghép vào thân máy Thân ổ chế tạo nguyên (ổ nguyên) chế tạo thành hai nửa sau ghép lại với (ổ ghép) 131 + Lót ổ: Bề mặt tiếp xúc với ngõng trục phải làm vật liệu có hệ số ma sát thấp, có khả chịu mài mòn, ma sát Tuỳ theo ổ ổ nguyên hay ổ ghép mà lót ổ chế tạo nguyên dạng hai nửa cho phù hợp với ổ Hình 3.35.Kết cấu ổ trượt b Phân loạiổ trƣợt - Theo khả chịu tải, có loại: + Ổ đỡ ổ có khả chịu lực hướng tâm (Hình 3.36 a, c) + Ổ đỡ chặn ổ vừa có khả chịu lực hướng tâm, vừa có khả chịu lực dọc trục (Hình 3.36b, d) + Ổ chặn, ổ có khả chịu lực dọc trục (Hình 3.346e, f) - Theo hình dạng ngõng trục tiếp xúc với ổ, chia ra: + Ổ trụ, ngõng trục mặt trụ tròn xoay, thường dùng loại có đường sinh thẳng (Hình 3.36 a) + Ổ cơn, ngõng trục mặt nón cụt trịn xoay, thường dùng loại có đường sinh thẳng (Hình 3.36 d) + Ổ cầu, ngõng trục mặt cầu (Hình 3.36b) -Theo đặc điểm cấu tạo: + Ổ nguyên: Chế tạo đơn giản có độ cứng lớn ổ ghép ổ nguyên chế tạo rời chế tạo liền thân Tuy nhiên ổ nguyên thường có nhược điểm sau: Khi khe hở ngõng trục ổ lớn, điều chỉnh được, ngõng trục lắp từ ngồi mút vào, lắp loại trục có đường kính lớn cần lắp ổ vào ngõng khó khăn Ổ nguyên dùng máy làm việc gián đoạn, vận tốc thấp, tải trọng nhỏ + Ổ ghép: chế tạo thành hai nửa riêng biệt sau ghép lại với bu lông, đai ốc ổ ghép khơng có nhược điểm ổ ngun, khó chế tạo giá thành đắt 132 Hình 3.36 Các loại ổ trượt c Phạm vi sử dụng Ổ trượt thường đung trường hợp sau: + Khi trục quay với vận tốc cao (nếu dùng ổ lăn tuổi thọ ổ thấp); + Khi yêu cầu phương trục xác (trong máy xác) Ổ trượt gồm chi tiết nên dễ chế tạo cao điều chỉnh khe Các loạixác ổ trượt hở; Hình 16.3 Các loại ổ trượt + Khó chế tạo ổ lăn đường kính trục lớn; + Đảm bảo việc tháo lắp với trục có đường tâm đường gấp khúc (trục khuỷu); + Khi ổ làm việc điều kiện đặc biệt (trong nước môi trường ăn mịn) Do ổ trượt chế tạo vật liệu cao su, gỗ, chất dẻo v.v…nên ổ trượt thích hợp với mơi trường làm việc trên; + Khi có tải trọng va đập dao động, ổ trượt làm việc tốt nhờ khả giảm chấn màng dầu bôi trơn; + Trong cấu có vận tốc thấp 8.2.3 Ổ lăn a Công dụng Ổ lăn m ột phận máy tiêu chuẩn, dùng để đỡ trục tiết máy lắp trục Nhờ ổ mà trục quay quanh đường tâm xác định Ổ tiếp nhận tải trọng từ trục truyền cho vỏ máy (gối trục) b Cấu tạo Ổ lăn thường cấu tạo bốn phận chính: Vịng 1, vịng ngồi 2, lăn vịng cách (hình 3.37) 133 - Vịng vịng ngồi thường có rãnh lăn để lăn tự chuyển động đó, rrãnh > rcon lăn Vịng lắp với ngõng trục, vịng ngồi lắp với gối trục Tuỳ theo u cầu mà vịng vịng ngồi quay đứng yên - Con lăn có dạng cầu dạng đũa, lăn rãnh lăn - Vòng cách giữ cho hai lăn kề cách khoảng định Hình 3.37 Ổ lăn c Phân loại: - Phân loại theo hình dạng lăn: +Ổ cầu: lăn có dạng hình cầu +Ổ đũa: có loại đũa trụ đũa đũa hình trống, đũa trụ xoắn, đũa kim - Theo khả chịu lực ổ lăn chia ra: +Ổđỡ: Chỉ chịu lực hướng tâm mà không chịu chịu lực dọc trục +Ổđỡ chặn: Chịu lực hướng tâm lực dọc trục +Ổchặn đỡ: Chịu lực dọc trục đồng thời chịu phần lực hướng tâm +Ổchặn: Chỉ chịu lực dọc trục mà không chịu lực hướng tâm - Theo số dãy lăn chia ổ lăn dãy, ổ lăn hai dãy, bốn dãy - Theo cỡ đường kính ngồi ổ, chia ra; ổ lăn cỡ đặc biệt nhẹ, ổ lăn nhẹ, nhẹ, trung bình nặng - Theo cỡ chiều rộng chia ra: ổ hẹp, ổ bình thường, ổ rộng ổ rộng Ngồi cịn chia ổ lăn thành ổ tự lựa ổ không tự lựa ổ lăn tự lựa có mặt vịng ngồi mặt lõm hình cầu, tâm hình cầu trùng với điểm chiều rộng ổ nằm đường tâm ổ, cịn gọi ổ lăn lịng cầu d.Ƣu nhƣợc điểm ổ lăn so với ổ trƣợt So sánh với ổ trượt, ổ lăn có ưu, nhượcđiểm sau: Ưu điểm: + Hệ số ma sát nhỏ, mô men cản sinh mở máy ổ trượt + Chăm sóc bơi trơn đơn giản 134 + Mức độ tiêu chuẩn hố tính lắp lẫn cao, thay thuận tiện Nhược điểm: + Kích thước hướng kính lớn + Lắp ghép tương đối khó khăn + Làm việc nhiều tiếng ồn, khả giảm chấn + Lực quán tính tác dụng lên lăn lớn làm việc với vận tốc cao + Giá thành cao * Ổ lăn dùng nhiều loại máy d.Các loại ổ lăn - Ổ đũa ngắn đỡ dãy: Chủ yếu chịu lực hướng tâm Khả chịu lực hướng tâm lớn 70% so với ổ bi đỡ dạy kích thước Loại ổ có khả chịu tải lớn, chịu va đập tốt - Ổcầu đỡ lòng cầu hai dãy: Chủ yếu chịu lực hướng tâm Khả chịu lực hướng tâm lớn hai lần so với ổ bi đỡ dạy kích thước Loại ổ có khả chịu tải lớn, chịu va đập tốt - Ổ kim, ổ đũa trụ dài: Con lăn dạng đũa trụ nhỏ dài ổ kim khơng có vịng cách, khả chịu lực hướng tâm lớn, kích thước đường kính ngồi nhỏ, có đủ vịng trong, vịng ngồi khơng có vịng vịng ngồi - Ổ đũa trụ xoắn đỡ: Con lăn hình trụ rỗng thép mỏng lại Nó khơng chịu lực dọc trục, khả chịu tải va đập tốt - Ổcầu đỡ chặn dãy: Chịu lực hướng tâm lực dọc trục Khả chịu lực hướng tâm lớn khoảng 30 – 40% ổ bi đỡ dãy Để tăng khả chịu tải chịu lực dọc trục thay đổi hai chiều người ta thường lắp hai ổ gối trục - Ổ đũa côn đỡ chặn: Chịu lực hướng tâm lực dọc trục Được dùng nhiều chế tạo máy tháo lắp đơn giản, điều chỉnh khe hở bù mịn thuận tiện ổ chế tạo hay nhiều dãy, thường dùng trục có lắp bánh côn, bánh xiên -Ổ chặn: Chỉ chịu lực dọc trục làm việc với vận tốc thấp, trung bình e.Ký hiệu cách đọc ổ lăn Mỗi loại ổ lăn in ký tự số khác Tùy vào nhà sản xuất đặc tính riêng biệt ổ lăn mà ký tự số in khác phải dựa nguyên tắc khoa học chung mà tất nhà sản xuất phải tuân thủ Nguyên tắc thống tồn giới giúp ln lựa chọn loại ổ lăn hãng khác Có thể chia thơng số làm phần: Thông số thương mại thông số kỹ thuật Sau tìm hiểu ý nghĩa thông số kỹ thuật 135 Theo TCVN 3776-83, tất ổ lăn chế tạo theo tiêu chuẩn hoá ký hiệu số - Hai số đầu tính từ phải sang có từ đến 99 biểu thị đường kính ổ + Đối với ổ có đường kính từ 20 đến 495mm số có giá trị 1/5 đường kính trong, nghĩa nhân hai số với ta kích thước đường kính ổ + Đối với ổ có đường kính từ 10 đến đưới 20mm ký hiệu sau: Đường kính (mm) 10 12 15 17 Kí hiệu 00 01 02 03 + Đối với ổ có đường kính từ đến đưới 9mm hai số ( ví dụ 01, 02, 09) có giá trị đường kính ổ, số thứ ba từ phải sang phải số + Số thứ ba từ phải sang biểu thị đường kính ổ (cỡ kích thước đường kính ngồi ổ): Kí hiệu 7: chịu tải đặc biệt nhẹ Ký hiệu số 2: chịu tải nhẹ Ký hiệu số 3: chịu tải trung bình Ký hiệu số 4: chịu tải nặng Ký hiệu số 5: chịu tải đặc biệt nặng Ký hiệu số 6: chịu tải trung bình dày Ký hiệu số 9: chịu tải siêu nhẹ.Số để ổ có đường kính khơng tiêu chuẩn - Số thứ tư từ phải sang biểu thị loại ổ: Ký hiệu số : ổ bi đỡ dãy Ký hiệu số : ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy Ký hiệu số : ổ đũa trụ ngắn đỡ Ký hiệu số : ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy Ký hiệu số : ổ kim ổ đũa trụ dài Ký hiệu số : ổ đũa trụ xoắn đỡ Ký hiệu số : ổ bi đỡ chặn Ký hiệu số : ổ đũa côn Ký hiệu số : ổ bi chặn, ổ bi chặn đỡ Ký hiệu số 9: ổ đũa chặn, ổ đũa chặn đỡ - Số thứ năm thứ sáu từ phải sang biểu thị đặc điểm cấu tạo ổ, ví dụ góc tiếp xúc bi ổ đỡ chặn, có rẵnh tựa vịng ngồi (đối với kiểu ổ khơng có đặc điểm cấu tạo khơng cần dùng hai số này) 136 - Số thứ bảy từ phải sang biểu thị loạt chiều rộng ổ (cỡ chiều rộng): - đặc biệt hẹp; – hẹp; 1- bình thường; – rộng; 3, 4, 5, - đặc biệt rộng Tuỳ theo loạt đường kính, chữ số loạt chiều rộng bình thường, hẹp rộng Trong ký hiệu quy ước ổ không ghi kiểu ổ có ký hiệu số ký hiệu loạt chiều rộng dạng kết cấu 00 Cịn có kí hiệu sau: - RS(rubber shield) : phớt tiếp xúc cao su tổng hợp có khơng vịng lõi thép gia cố lắp bên ổ lăn - 2RS : Phớt tiếp xúc cao su tổng hợp có khơng vòng lõi thép gia cố, lắp hai bên ổ lăn - RS1 : Phớt tiếp xúc cao su tổng hợp Acrylonitrile Butadiene(NBR), có thép gia cố lắp bên ổ lăn - 2RS1 : RS1 lắp hai bên ổ lăn - Z : Nắp chặn thép dập lắp bên ổ lăn - 2Z : nắp chặn thép dập lắp bên ổ lăn Ví dụ: ổ lăn có thơng số 6307-2z Là vịng bi đỡ chặn, chịu tải trung bình, đường kính là: 7x5 = 35mm có nắp chặn thép dập lắp bên ổ lăn Trong trường hợp đường kính 10, 12, 15, 17 kí hiệu 63002z, 6301-2z, 6302-2z, 6303-2z 137 CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Nêu số khái niệm phân loại cấu máy 2.Trình bày nguyên lý kết cấu, phân loại, ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng cấu bánh răng? 3.Trình bày cơng thức tínhtỷ số truyền cấu bánh răng? Trình bày thơng số hình học bánh răng? Trình bày nguyên lý kết cấu, phân loại, ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng cấu truyền động đai? Trình bày nguyên lý kết cấu, phân loại, ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng cấu truyền động xích? 7.Trình bày khái niệm chung cấu truyền động cam? Trình bày nguyên lý kết cấu phân loại trục? Trình bày nguyên lý kết cấu phân loại ổ trượt? 10.Trình bày nguyên lý kết cấu phân loại ổ lăn Ưu, nhược điểm ổ lăn so với ổ trượt? 11 Trình bày ký hiệu ổ lăn cho ví dụ? ... đoạn: - Đoạn AB: N1 = - P1 = - 2kN P1 - Đoạn BC: N2 = - P1 + P2 A 2kN => N2 = - + = 3kN - Đoạn CD: N3 = N2 = 3kN l1 P2 - Đoạn DE: N4 = - P1 + P2 – P3 3kN B => N4 = - + – = - 4kN Từ giá trị lực... xây dựng CT5 1,4 10 1,4 1 02 Đồng (0,3 – 1 ,2) 1 02 (0,3 – 1 ,2) 1 02 Nhôm (0,3 – 0,8) 1 02 (0,3 – 0,8) 1 02 Gang xám (0 ,28 – 0,8) 1 02 (1 ,2 – 1,5) 1 02 2.Kéo-Nén tâm Mục tiêu: - Tính tốn nội lực, ứng. .. a.Kiểm tra độ bền: sử dụng công thức ( 2- 3 8), ( 2- 3 9), ( 2- 4 0) b.Chọn kích thước mặt cắt ngang: - Đối với dầm làm vật liệu dẻo mặt cắt đối xứng sử dụng công thức: Wx≥