Giáo trình Cơ kỹ thuật (Nghề Hàn Cao đẳng)

SỞ LAO ĐỘNG TB & XH TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ KỸ THUẬT NGHỀ: HÀN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 285/QĐ-CĐN ngày 21 tháng năm 2017 Trường Cao đẳng nghề Hà Nam) Hà Nam - Năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Ngày khoa học kỹ thuật phát triển vũ bão, ngành kỹ thuật chiếm vị trí quan trọng kinh tế Vì việc đào tạo nhân lực cho ngành kỹ thuật đóng vai trị quan trọng để tạo nguồn nhân lực có lực phục vụ cho kinh tế phát triển nước ta Cơ kỹ thuật môn học sở giảng dạy trường cao đẳng, đại học kỹ thuật Nó khơng mơn học sở cho nhiều mơn học chun ngành mà cịn có tiềm lực phát triển tư kỹ thuật cho sinh viên Giáo trình “Cơ kỹ thuật” xây dựng sở giáo trình giảng dạy trường kỹ thuật kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy giáo viên ngành Giáo trình biên soạn cho phù hợp với đặc điểm sinh viên trường cao đẳng nghề Giáo trình “Cơ kỹ thuật” biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới, nội dung đề cập tới kiến thức bản, cốt lõi để đáp ứng tính chất đặc trưng nghề khí Trong biên soạn giáo trình tác giả có nhiều cố gắng không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến từ bạn đọc Hà Nam, ngày … tháng … năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đào Văn Hiệp MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC CHƯƠNG TĨNH HỌC Đại cương học vật rắn tuyệt đối 1.1 Khái niệm tĩnh học 1.2 Các định luật tĩnh học (Các tiên đề tĩnh học) 1.3 Liên kết phản lực liên kết 1.4 Các liên kết thường gặp Hệ lực phẳng đồng quy 2.1 Các khái niệm 2.2 Điều kiện cân hệ lực phẳng đồng quy 12 2.3 Định lý lực đồng quy cân 13 Ngẫu lực 13 3.1 Khái niệm 13 3.2 Các định luật ngẫu lực 14 3.3 Hợp lực mặt phẳng 14 Hệ lực phẳng 16 4.1 Véc tơ chính, momen hệ lực phẳng 16 4.2 Momen hệ lực phẳng điểm 16 4.3 Thu gọn hệ lực phẳng 17 4.4 Điều kiện cân bằng, phương trình cân hệ lực phẳng 17 Ma sát 21 5.1 Khái niệm ma sát 21 5.2 Ma sát trượt 21 5.3 Ma sát lăn 22 CHƯƠNG 2: CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU LỰC CỦA VẬT RẮN 25 Nội lực, ngoại lực, ứng suất 25 1.1 Nội lực 25 1.2 Ngoại lực 26 1.3 Ứng xuất 27 2 Kéo-nén tâm 28 2.1 Định nghĩa 28 2.2 Ứng suất pháp mặt cắt ngang 28 2.3 Biểu đồ ứng suất mặt cắt ngang 29 2.4 Điều kiện bền 30 Cắt, dập 31 3.1 Cắt 31 3.2 Dập 32 Xoắn túy 33 4.1 Định nghĩa 33 4.2 Mô men xoắn-biểu đồ mô men xoắn 33 4.3 Thiết lập công thức ứng suất tiếp mặt cắt ngang tròn chịu xoắn túy 34 Uốn túy 35 5.1 Định nghĩa 35 5.2 Tính tốn uốn 41 CHƯƠNG 3: CÁC CƠ CẤU VÀ BỘ PHẬN MÁY ĐIỂN HÌNH 44 Các cấu truyền chuyển động quay 44 1.1 Cơ cấu bốn khâu lề 44 1.2 Cơ cấu culit 46 1.3 Cơ cấu tay quay trượt 47 Cơ cấu biến đổi chuyển động 48 2.1 Cơ cấu bánh 48 2.2 Cơ cấu đai truyền 49 2.3 Cơ cấu cam 51 Trục, ổ trục khớp nối 52 3.1 Trục 52 3.2 Ổ trục 53 3.3 Khớp 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ kỹ thuật Mã mơn học: MH10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí trước mơn học/mơ đun đào tạo nghề - Tính chất: Là mơn học lý thuyết sở bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học: mơn học cung cấp cho người học kiến thức học lý thuyết, sức bền vật liệu chi tiết máy để giúp người học có sở để tiếp thu kiến thức chuyên môn liên quan học mô đun chuyên ngành Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm học vật rắn tuyệt đối vật rắn biến dạng + Giải toán tĩnh học liên kết thường gặp, toán chịu lực thanh: kéo-nén tâm, uốn tuý, xoắn tuý, cắt dập + Trình bày nguyên lý tạo thành chuyển động cấu máy - Về kỹ năng: + Tính tỷ số truyền đại lượng biến đổi chuyển động + Nhận biết chức số chi tiết máy quan trọng yêu cầu vật liệu chế tạo - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Làm việc độc lập làm việc theo nhómgiải toán tĩnh học, nhận biết chức chi tiết máy, yêu cầu vật liệu chế tạo điều kiện làm việc thay đổi + Hướng dẫn, giám sát người giải toán tĩnh học, nhận biết chức chi tiết máy, yêu cầu vật liệu chế tạo + Đánh giá toán tĩnh học, nhận biết chức chi tiết máy, yêu cầu vật liệu chế tạo thành viên nhóm Nội dung mơn học: CHƯƠNG TĨNH HỌC Mã chương: MH 10-01 Giới thiệu: Những khái niệm giúp hiểu biết đặc trưng, mối liên hệ đại lượng tính tốn phần Mục tiêu: - Trình bày khái niệm vật rắn tuyệt đối, hệ lực phẳng, ngẫu lực ma sát - Giải thích ý nghĩa chúng toán tĩnh học vật rắn - Rèn luyện tính tự giác, ý thức tham gia học tập Nội dung chính: Đại cương học vật rắn tuyệt đối 1.1 Khái niệm tĩnh học 1.1.1 Vật rắn tuyệt đối Vật rắn tuyệt đối vật thể có hình dạng bất biến nghĩa khoảng cách hai phần tử luôn không đổi 1.1.2 Lực Lực đại lượng đo tác dụng học vật thể với nhau, kết làm thay đổi trạng thái động học vật Theo hình thức tác dụng lực có hai loại: + Lực tác dụng trực tiếp phản lực, lực va trạm + Lực tác dụng gián tiếp lực hấp dẫn, lực điện từ Lực biểu diễn đại lượng véc tơ có ba yếu tố đặc trưng: độ lớn (còn gọi cường độ), phương chiều điểm đặt Ta thường dùng chữ có dấu véc tơ để ký hiệu véc tơ lực Thí   dụ dụ lực, p , F , v.v.v Đơn vị lực: Niutơn: N; Các bội số: Kilô Niutơn (KN) , 1KN = 1000 N 1.1.3 Hệ lực    Hệ lực tập hợp nhiều lực tác dụng lên vật rắn Kí hiệu: F , F , …Fn Hai lực trực đối hai lực phương, trị số ngược chiều Hệ lực tương đương: hai hệ lực tương đương chúng tác dụng       học Ví dụ hai hệ lực tương đương ( F F F ) ~( N N N ) Hệ lực cân bằng: Là hệ lực tác dụng vào vật không làm thay đổi trang thái    vật Giả sử hệ lực cân bằng, ta kí hiệu ( F , F , … F n )~0     Hợp lực lực tương đương với tác dụng hệ lực ( F , F , … F n )~ K Trạng thái cân bằng: Một vật trạng thái cân vật đứng yên hay chuyển động thẳng Vật trạng thái cân vật chịu tác động hệ lực cân 1.2 Các định luật tĩnh học (Các tiên đề tĩnh học) 1.2.1 Tiên đề 1: Điều kiện cần đủ để hai lực tác dụng lên vật rắn cân hai lực phải trực đối 1.2.2 Tiên đề 2: Tác dụng hệ lực lên vật rắn không đổi ta thêm vào bớt hệ lực cân 1.2.3 Tiên đề 3: Hai lực đặt vào điểm vật rắn có hợp lực biểu diễn đường chéo hình bình hành mà hai cạnh hai lực cho (hình 1.1) Hình 1.1 1.2.4 Tiên đề 4: Lực tác dụng tương hỗ hai vật rắn có độ lớn, phương ngược chiều (hình 1.2) Hình 1.2 1.2.5 Tiên đề 5: Một vật không tuyệt đối rắn trạng thái cân hố rắn giữ ngun trạng thái cân ban đầu 1.2.5 Tiên đề 6: Trước phát biểu tiên đề cần đưa số khái niệm về: Vật rắn tự do, vật rắn không tự do, liên kết phản lực liên kết 1.3 Liên kết phản lực liên kết 1.3.1 Liên kết Vật rắn tự vật rắn có khả di chuyển theo phương không gian mà không bị cản trở Ngược lại vật rắn không tự vật rắn bị ngăn cản hay nhiều phương di chuyển Những điều kiện cản trở chuyển động vật gọi liên kết Vật không tự gọi vật chịu liên kết (còn gọi vật khảo sát) Vật gây cản trở chuyển động vật khảo sát gọi vật gây liên kết Ví dụ: Quyển sách đặt mặt bàn (hình 1.3) sách vật khảo sát, mặt bàn vật gây liên kết Hình 1.3 1.3.2 Phản lực liên kết Do tác dụng lực tương hỗ, vật khỏa sát tác dụng lên vật gây liên kết lực, lực gọi lực liên kết (cịn gọi phản lực)   Ví dụ (hình 1.3) F lực tác dụng, N phản lực Phản lực liên kết đặt vào vật khảo sát (chỗ tiếp xúa hai vật) phương ngược chiều chiều chiều với hiều chiều chuyển động bị cản trở vật khảo sát Trị số phản lực phụ thược vào lực tác dụng vào vật khỏa sát 1.4 Các liên kết thường gặp 1.4.1 Liên kết tựa Liên kết tựa liên kết cản trở vật khảo sát chuyển động theo phương vng góc với mặt tiếp xúc chung vật khảo sát vật gây lên kết Phản lực có phương vng góc với mặt tiếp xúc chung, có chiều phía vật khảo sát,  thường kí hiệu N (hình 1.4) Hình 1.4 1.4.2 Liên kết mềm Liên kết mềm liên kết cản trở vật khảo sát theo phương dây (hình 1.5) Phản lực liên kết dây có phương trùng với phương trùng với phương dây, hướng từ vật khảo sát ra, thường kí hiệu , chua xác định trị số Hình 1.5 1.4.3 Liên kết Liên kết liên kết cản trở vật khảo sát chuyển động theo  phương Phản lực kí hiệu S , có phương dọc theo thanh, ngược chiều với xu hướng chuyền động vật khảo sát bỏ liên kết (hình 1.6) Hình 1.6 1.4.4 Liên kết lề Khớp lề di động (hình 1.7) hạn chế chuyển động vật khảo sát theo chiều vuồng góc với mặt phẳng trượt phản lực liên kết có phương vng góc với mặt trượt Hình 1.7 Khớp lề cố định (hình1.8) cho phép vật khảo sát quay quanh trục lề hạn chế chuyển động vng góc với trục quay lề Trong trường hợp phản lực có hai thành phần vng góc với trục lề (hình 1.8) Hình 1.8 1.4.5 Liên kết ngàm (hình 1.9) Vật khoả sát bị hạn chế khơng di chuyển theo phương mà hạn chế chuyển động quay Trong trường hợp phản lực liên kết có lực mơ men phản lực Hình 1.9 Hệ lực phẳng đồng quy 2.1 Các khái niệm 2.1.1 Hệ lực phẳng Hệ lực phẳng hệ lực mà tất lực nằm mặt phẳng 2.1.2 Hệ lực phẳng đồng quy Hệ lực phẳng đồng quy hệ lực có đường tác dụng lực lằm mặt phẳng cắt điểm (hình 1.10) Hình 1.10 2.1.3 Hợp hai lực đồng quy a Quy tắc hình bình hành lực   Giả sử có hai lực F , F Đương ồng quy O phương hai lực hợp với  góc α Theo tiên đề hợp lực R đường chéo hình bình hành    (hình 1.11): R = F + F - Trị số R = F12  F22  2F1F2 cos  - Phương: Nếu phương R hợp với F1 , F2 góc tương ứng 1 ,  thì: F1 F2 sin 1 = R sinα ; sin  = R sinα mặt cắt nguy hiểm Khi vẽ biểu đồ Q, M dầm ta cần theo bước sau đây: a) Xác định phản lực b) Chia dầm làm nhiều đoạn, đoạn phải đảm bảo cho nội lực không thay đổi đột ngột Muốn phải dựa vào mặt cắt có đặt lực hay mơmen tập trung, có thay đổi đột ngột lực phân bố để phân đoạn c) Vẽ biểu đồ Q, M Đặt trục hồnh song song với trục dầm Trên trục tung vng góc với trục hồnh, đặt giá trị Q M theo tỷ lệ xích định Dùng biểu thức Q M để vẽ biểu đồ chúng Ta quy ước rằng: - Các tung độ dương Q đặt phía trục hồnh, tung độ âm đặt phía - Các tung độ dương M đặt phía trục hồnh, tung độ âm đặt phía CÂU HỎI, BÀI TẬP Ngoại lực gì? Khi ngoại lực coi lực tập trung lực phân bố Nội lực gì? Nêu phương pháp xác định nội lực Ứng suất gì? Đơn vị ứng suất Ứng suất cho phép gì? Ứng suất cho phép xác định có ý nghĩa Thế chịu kéo, nén tâm ? Tên gọi, ký hiệu cách tính ứng suất chịu kéo, nén Viết giải thích cơng thức tính biến dạng chịu kéo, nén Phát biểu định luật Húc kéo nén Thế chịu cắt, dập ? Tên gọi, ký hiệu cách tính ứng suất chịu cắt, dập Tính tốn cắt, dập ? Thế chịu xoắn ? Trong chịu xoắn phát sinh ứng suất ? Quy luật phân bố ? Viết giải thích cơng thức tính ứng suất lớn mặt cắt chịu uốn Thế chịu uốn ? Nội lực chịu uốn có tính chất ? Nêu rõ thành phần ứng suất phát sinh Quy luật phân bố ? 10 Phát biểu viết biểu thức điều kiện bền chịu kéo, nén, cắt, dập, xoắn, uốn 11 Với thép dài l = 4m, đường kính d = 12m, cần phải đặt lực P để bị giãn 0,5cm Ứng suất phát sinh tác dụng lực Biết E = 2.105MN/m2 42 12 Xác định số đinh tán cần thiết có đường kính 20mm để ghép tơn có chiều dày 10mm 8mm Biết P= 102kN, [σd]=3,2.102MN/m2 13 xác định đường kính trục truyền mơ men xoắn Mx=300Nm, biết [tx]= 20MN/m2 Đáp số d=40mm 14 Kiểm tra bền uốn dầm thép vuông chịu lực biết P = 53,3kN, mặt cắt: dầm vng kích thước 10x10cm, [σu]= 300MN/m2 (Hình 3) Đáp số: σmax=240MN/m2