Mh 09 cơ kỹ thuật (ngành công nghệ ô tô)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP BẮC NINH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MH 09 - CƠ KỸ THUẬT NGÀNH: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG ( Ban hành kèm theo Quyết định số: 433a/QĐ- CĐCN, ngày 12 tháng 10 năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Bắc Ninh - 2022 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 Giáo trình Cơ kỹ thuật, biên soạn theo chương trình giảng dạy nhà trường năm 2022 Nội dung giáo trình biên soạn sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu Các kiến thức tồn giáo trình có mối quan hệ lơgíc chặt chẽ Giáo trình tài liệu cần thiết cho người dạy, người học Ngoài cần tham khảo thêm giáo trình có liên quan Mơn học để việc sử dụng giáo trình có hiệu Nội dung giáo trình biên soạn gồm chương sau: Chương Đại cương Chương Hệ lực phẳng đồng quy Chương Ngẫu lực Chương Hệ lực phẳng Chương Ma sát Chuyển động vật rắn Chương Các khái niệm Chương Kéo (nén) tâm Chương Cắt – Dập Chương Xoắn túy Chương 10 Uốn phẳng Chương 11 Khái niệm cấu truyền động tiết máy thông thường Chương 12 Cơ cấu truyền động quay Chương 13 Cơ cấu biến đổi chuyển động Chương 14 Trục - Ổ trục – Khớp nối Chương 15 Các tiết máy ghép Giáo trình biên soạn cho đối tượng học viên hệ cao đẳng, trung cấp quy liên thơng ngành Cơng nghệ tơ Ngoài tài liệu tham khảo cho học viên ngành nghề khác có liên quan Mặc dù đội ngũ biên soạn cố gắng không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp chia sẻ để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị liên kết, tác giả nhà xuất sách tham khảo giúp đỡ chúng tơi hồn thành giáo trình Bắc Ninh, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Nguyễn Văn Hiệu – Chủ biên Lê Đức Tùng – Thành viên Nguyễn Văn Hạnh - Thành viên MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu Phần I : Cơ học vật rắn tuyệt đối Chương Đại cương Các khái niệm Các tiên đề tĩnh học Liên kết phản lực liên kết Bài tập Chương Hệ lực phẳng đồng quy Định nghĩa Hợp lực hai lực đồng qui Hợp lực hệ lực phẳng đồng qui Điều kiện cân hệ lực phẳng đồng qui Bài tập Chương Ngẫu lực Momen lực điểm Ngẫu lực Bài tập Chương Hệ lực phẳng Định nghĩa Thu gọn hệ lực phẳng tâm Điều kiện cân hệ lực phẳng Điều kiện cân hệ lực phẳng song song Cân ổn định Bài tập Chương Ma sát Chuyển động vật rắn Khái niệm phân loại ma sát Chuyển động vật rắn Bài tập Phần II : Cơ học vật rắn biến dạng Chương Các khái niệm Nhiệm vụ đối tượng học vật rắn biến dạng Các giả thiết vật liệu Ngoại lực, nội lực, ứng suất Chương Kéo (nén) tâm Khái niệm kéo nén tâm 7 10 12 15 15 15 16 19 21 25 25 27 29 31 31 31 34 35 35 36 38 39 46 48 51 51 52 53 56 56 Tính chất học vật liệu Tính tốn kéo (nén) tâm Bài tập Chương Cắt – Dập Cắt Dập Bài tập Chương Xoắn túy Khái niệm xoắn túy Tính tốn xoắn túy Bài tập Chương 10 Uốn phẳng Khái niệm uốn phẳng Ứng suất biến dạng dầm uốn túy Tính tốn uốn phẳng Bài tập Phần III: Cơ cấu truyền động tiết máy thông thường Chương 11 Khái niệm cấu truyền động tiết máy thông thường Khái niệm tiết máy Khái niệm cấu truyền động Khái niệm máy Chương 12 Cơ cấu truyền động quay Cơ cấu bánh Cơ cấu xích Cơ cấu bánh vít - trục vít Cơ cấu đai truyền Cơ cấu bánh ma sát Chương 13 Cơ cấu biến đổi chuyển động Cơ cấu bánh - Cơ cấu tay quay trượt Cơ cấu vít - đai ốc Cơ cấu cam Cơ cấu cu lít 60 61 62 66 66 67 69 73 73 75 76 78 78 79 82 86 88 88 88 89 91 91 95 97 98 100 103 103 103 104 104 105 Cơ cấu bánh cóc Chương 14 Trục - Ổ trục – Khớp nối Trục Ổ trục Khớp nối Chương 15 Các mối ghép thường dùng Ghép đinh tán Ghép hàn Ghép ren Ghép then Tài liệu tham khảo 105 107 107 108 109 111 111 112 114 116 120 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: CƠ KỸ THUẬT Mã số môn học: MH 09 Thời gian môn học: 60 (Lý thuyết: 39 giờ; Bài tập, thực hành, thí nghiệm: 17 giờ; Kiểm tra: 04 giờ) I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: + Mơn học kỹ thuật mơn học kỹ thuật sở Nội dung kiến thức hỗ trợ cho việc học tập mơn kỹ thuật sở khác mơn chun mơn có liên quan + Môn học xếp vào học kỳ I năm thứ - Tính chất mơn học: môn sở nghề bắt buộc II Mục tiêu mơn học: - Kiến thức: + Trình bày khái niệm học vật rắn tuyệt đối vật rắn biến dạng + Trình bày khái niệm kéo nén, xoắn, uốn, cắt dập giải thích q trình phát sinh ứng suất, biến dạng vật liệu chịu kéo nén, xoắn, uốn cắt, dập + Trình bày khái niệm máy, cấu truyền động + Phân biệt cấu tạo, giải thích trạng thái làm việc phạm vi ứng dụng cấu máy - Kỹ năng: + Giải toán tĩnh học liên kết thường gặp, toán chịu lực thanh: kéo (nén) tâm, uốn tuý, xoắn tuý, cắt dập, uốn xoắn túy + Tính tốn, chọn ứng suất, kích thước mặt cắt chịu kéo nén, trục chịu xoắn, dầm chịu uốn bị cắt dập trạng thái nguy hiêm trạng thái an toàn vật liệu + Chọn lựa cấu truyền động chi tiết máy thông dụng để áp dụng cho trường hợp truyền động thực tế - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có ý thức trách nhiệm chủ động học tập + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm cơng việc III Nội dung mơn học: PHẦN CƠ HỌC VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG Các khái niệm 1.1 Lực Là tác động tương hỗ vật mà kết làm thay đổi trạng thái động học vật a Điểm đặt lực: Là điểm mà vật nhận tác dụng từ vật khác b Phương chiều lực: Là phương chiều chuyển động chất điểm (vật có kích thước vô bé) từ trạng thái yên nghỉ tác dụng học c Cường độ lực: Là số đo mạnh hay yếu tương tác học Đơn vị lực: NiuTơn (N); Kilô NiuTơn (1KN = 10 3N); Mega NiuTơn → (1MN = 106N) Mơ hình tốn học lực vectơ kí hiệu: F (Hình 1.1) B F A Hình 1.1 1.2 Vật rắn tuyệt đối Vật rắn tuyệt đối tập hợp vô hạn chất điểm mà khoảng cách hai điểm ln ln khơng đổi, có hình dạng hình học khơng đổi suốt q trình chịu lực 1.3 Vật rắn cân Cân trạng thái đứng n vật rắn (vị trí không thay đổi) so với vật rắn khác chọn làm chuẩn (hệ quy chiếu) Trong tĩnh học hệ quy chiếu chọn phải thoả mãn định luật quán tính Galilê (hệ quy chiếu đứng yên tuyệt đối), cân gọi cân tuyệt đối 1.4 Hệ lực Hai hệ lực trực đối: Là hai lực đường tác dụng, trị số ngược chiều ( Hình 1.2 ) F2 F1 Hình 1.2 - Hệ lực: Là tập hợp nhiều lực tác dụng lên vật → → → Ký hiệu:  ( F1 , F , , F n ) ( Hình 1.3) F1 F2 F4 F3 Hình 1.3 - Hệ lực tương đương: Hai hệ lực gọi tương đương chúng gây cho vật rắn trạng thái chuyển động học (Hình 1.4) → → → Ký hiệu :  ( F1 , F , , F n ) =  ( 1 , 2 , , n )  F1   F2 F4  F3 Hình 1.4 - Hợp hệ lực: Là lực tương đương với hệ lực.(Hình 1.5) → → → →  ( F1 , F , , F n ) = R Ký hiệu: F1 F2 F4 R F3 Hình 1.5 - Hệ lực cân bằng: Là hệ lực mà tác dụng vật rắn nằm vị → → → trí cân Ký hiệu:  ( F1 , F , , F n ) = Các tiên đề tĩnh học 2.1 Tiên đề (Sự cân hai lực) Điều kiện cần đủ để hai lực tác dụng lên vật rắn cân chúng phải trực đối (Hình 1.6) 0 F1 F2 F1 F2 Hình 1.6 2.2.Tiên đề (Thêm bớt hai lực cân bằng) Tác dụng hệ lực lên vật rắn không thay đổi ta thêm vào (hay bớt đi) hai lực cân F4 F1 F2 F1 F4 F2 F3 F3 Hình 1.7 Hệ quả: Tác dụng lực lên vật rắn không thay đổi ta trượt lực đường tác dụng 2.3 Tiên đề (Bình hành lực) Hai lực đặt điểm tương đương F1 R với lực đặt điểm biểu diễn đường chéo hình bình hành mà hai cạnh hai véc tơ biểu diễn hai lực cho → → A → Ký hiệu: R = F1 + F2 2.4 Tiên đề (Tương tác) Lực tác dụng phản lực hai lực trực đối N F Hình 1.9 F2 Hình 1.8 Hình 13.5 Cơ cấu cóc Thanh lắc 2, Con cóc Bánh cóc Giá Lị xo Chuyển động cấu bánh cóc: chuyển động qua lại Một số dạng cấu bánh cóc 6.2 Ứng dụng Dùng nhiều để thực chuyển động gián đoạn cấu dịch chuyển bàn máy theo phương ngang máy bào, cấu thay dao máy tiện tự động,… 106 CHƯƠNG 14 TRỤC - Ổ TRỤC – KHỚP NỐI Trục 1.1 Khái niệm Trục tiết máy có nhiệm vụ đỡ tiết máy quay nó, nhiều trường hợp trục truyền mômen xoắn 1.2 Phân loại Theo điều kiện làm việc chia ra: Trục tâm trục truyền - Trục tâm: Là trục đỡ chi tiết máy quay mà không truyền mô men xoắn Chia thành loại: trục tâm quay (Hình 14.1a) khơng quay (Hình 14.1b) VD: trục xe gng, trục mang bánh toa xe hoả, trục xe bò, Điều kiện làm việc loại trục chủ yếu chịu uốn - Trục truyền: Là trục vừa đỡ chi tiết máy quay vừa truyền mô men xoắn VD: Trục truyền lực, trục truyền hộp giảm tốc, Điều kiện làm việc loại trục chủ yếu chịu uốn xoắn đồng thời, ngồi cịn chịu lực dọc trục Theo hình dáng đường tâm chia ra: Có loại - Trục thẳng: Là trục trục có đường tâm nằm đường thẳng (Hình 14.1c,d) - Trục khuỷu: Là trục có đường tâm khơng đường thẳng (Hình 14.1e) Theo cấu tạo chia ra: trục đặc, trục rỗng, trục trơn trục có bậc Hình 14.1 1.3 Các dạng hỏng trục biện pháp tăng sức bền trục a Các dạng hỏng trục - Trục bị gẫy mỏi bị tải Khi trục làm việc tác dụng tải trọng, ứng suất phát sinh trục thường xuyên thay đổi, sau thời 107 gian làm việc xuất vết nứt tế vi mỏi, từ chỗ tập trung ứng suất rãnh then, lỗ khoan, tiết diện chuyển tiếp v.v , vết nứt phát triển dần đến lúc làm cho trục gẫy- gọi trục bị gẫy mỏi - Trục bị biến dạng uốn xoắn Nếu trục không đủ độ cứng máy làm việc tải dẫn tới trục bị biến dạng - Trục bị mòn ma sát phần ngõng trục lắp với ổ trượt b Các biện pháp làm tăng sức bền trục - Tạo góc lượn nơi có kích thước thay đổi vai, gờ Để giảm tập trung ứng suất - Bề mặt gia công nhẵn cần lắp ghép xác tránh xuất vết nứt bề mặt - Chọn vật liệu chế độ nhiệt luyện trục thích hợp - Khơng để trục làm việc chế độ tải Ổ trục 2.1 Khái niệm: Dùng để trục ,giữ cho trục có vị trí xác định khơng gian tiếp nhận tải trọng truyền đến bệ máy 2.2 Phân loại a.Theo dạng ma sát ổ trục - Ổ ma sát trượt gọi ổ trượt - Ổ ma sát lăn gọi ổ lăn b Theo hình thức chịu lực : - Ổ đỡ chựu lực xuyên tâm phần dọc trục nhỏ - Ổ chặn chịu lực dọc trục - Ổ đỡ chặn có kết cấu đặc biệt nên chịu lực xuyên tâm dọc trục 2.3 Ổ trượt a Khái niệm T Ổ trượt ổ trục có ma sát T T ổ ma sát trượt bề mặt M M làm việc ổ mặt trụ M (Hình 14.2a) mặt phẳng (Hình c) 14.2b) mặt cầu (Hình 14.2c) b) a) Hình 14.2 b Phân loại kết cấu ổ trượt Ổ trượt gồm loại: + Ổ nguyên ổ lỗ liền vào thân máy có ống lót khơng 108 + Ổ ghép ổ gồm có thân (1), nắp (2) ống lót ổ (3), ổ ghép vào thân máy bu lông (4) Nắp thân ghép với nhâu bulông vít cấy (6) (Hình 14.3a)+ Ổ tự lựa ổ trượt có cấu tạo cho phép đường tâm trục thay đổi góc + Ống lót ổ ống thay được, trực tiếp bao quanh ngõng trục (Hình 14.3b) ống lót ổ cố định vào thân ổ (Hình 14.3b) a) b) Hình 14.3 a) b) Hình 14.4 2.4 Ổ lăn a Khái niệm: Ổ lăn ổ trục đảm bảo cho trục quay ổ lăn (Hình 14.4) b Phân loại kết cấu ổ lăn - Theo dạng lăn có: ổ bi, ổ đũa, ổ kim - Theo khả chịu tải: + Ổ đỡ: chịu lực hướng tâm + Ổ chặn: chịu lực dọc chục + Ổ đỡ chặn: chịu hai lực dọc trục lực hướng tâm - Theo khả tự lựa: có ổ tự lựa khơng tự lựa - Theo dãy số dãy lăn: dãy - dãy Kết cấu ổ lăn thường gồm phận: vòng 1, vịng ngồi 2, lăn vòng cách Khớp nối 3.1 Khái niệm Khớp nối dùng để nối hai đầu trục liền Nó truyền chuyển động quay mômen xoắn từ trục sang trục 3.2 Một số loại khớp nối thường gặp * Khớp nối ống 109 Khớp nối ống cấu tạo giản đơn, kích thước nhỏ Nhược điểm khó tháo lắp, không bù trừ độ lệch tâm trục không giảm chấn động làm việc, nên dùng nối hai trục có độ động tâm cao * Khớp nối ống bổ đôi Khớp nối ống bổ đôi tháo lắp dễ, không bù trừ độ lệch tâm hai trục giảm chấn động nên dùng nối hai trục có độ đồng tâm cao, phải thường xuyên kiểm tra bu lông nối * Khớp nối đĩa Khớp nối đĩa gồm đĩa lắp hai đầu trục then ghép với bu lông Hai đĩa định tâm cách: phần lồi đĩa lắp vào phần lõm đĩa hai đĩa có phần lồi lắp vào vịng định tâm Ưu điểm khớp nối đĩa lắp ráp thuận tiện, có nhược điểm như: khớp ống nối nên dùng nối hai trục có độ đồng tâm cao, lắp cần bảo đảm độ thẳng góc mặt cạnh đĩa với trục * Khớp nối vòng đàn hồi Khớp nối vịng đàn hồi có hình dáng bên ngồi giống khớp nối đĩa Dùng từ đến 12 chốt có bọc vịng da cao su để ghép chặt hai đĩa đai ốc Mỗi chốt có từ đến vịng, vịng có mặt cắt hình thang để dễ đàn hồi Loại khớp có ưu điểm hai trục di động theo chiều dọc, chiều ngang nghiêng góc đó, đồng thời giảm chấn động va đập, quay bù trừ thiếu sót lắp * Khớp li hợp vấu Khớp li hợp vấu dùng để nối hai trục tách rời hai trục lúc nào, với vận tốc tiếp tuyến vấu nhỏ (V 1m/s) số vịng quay hai trục khơng chênh lệch nhiều Khớp li hợp vấu gồm hai nửa, nửa lắp chặt đoạn cuối trục thứ nhất, nửa lại lắp đoạn cuối trục thứ hai nhờ then then hoa Khi đóng li hợp, vấu chúng gài vào nhau, qua truyền chuyển động quay mômen xoắn từ trục sang trục khác * Khớp li hợp ma sát Khớp li hợp ma sát truyền chuyển động mômen xoắn nhờ lực ma sát sinh bề mặt tiếp xúc nửa li hợp Khớp li hợp ma sát đóng mở êm khớp li hợp vấu, làm việc an tồn q tải đột ngột (tự trượt), dùng nhiều loại li hợp khác 110 D=2d d d D=2d d d D=2d d D=1,5d D=1,5d CHƯƠNG 15 CÁC MỐI GHÉP THƯỜNG DÙNG Ghép đinh tán Ghép đinh tán thuộc R=0,8d R=1,5d vào loại mối ghép cố định tháo rời Các chi tiết r r H 0,5d l H 0,25d l ghép chặt với nhờ đinh tán b) a) Đinh tán chế tạo từ R=1,5d r kim loại trịn có mũ làm sẵn, gọi mũ sẵn, mũ thứ hai r H 0,45d l H 0,25d l hình thành sau tán, gọi c) d) mũ tán Vật liệu làm đinh tán R=1,5d thường thép cácbon thấp CT2, CT3, 10, 15, v.v r H 0,25d l mối ghép kim loại màu hợp e) kim màu, đinh tán làm Hình 15.1 kim loại màu Trên hình 15-1 giới thiệu hình dáng quan hệ kích thước số loại đinh tán tiêu chuẩn, l chiều dài ban đầu đinh tán, tính theo cơng thức: l =  + (1,5 ÷ 1,7).d (15-1) Với  tổng chiều dày ghép, d đường kính đinh tán 1     1 Các mối ghép đinh tán: - Theo công dụng mối ghép chia làm hai loại: mối ghép dùng kết cấu thép chịu tải trọng nặng, ví dụ cụm kết cấu thiết bị bay, … Mối ghép kín: dùng nồi hơi, thùng áp lực, … Ngồi u cầu tải trọng nặng, cịn phải đảm bảo độ kín khít e t e Hình 15-2 Hình 15-3 111 Hình 15-4  - Theo hình thức cấu tạo mối ghép chia sau: mối ghép chồng (hình 15-2), mối ghép giáp nối với đệm (hình 15-3), mối ghép giáp nối với hai đệm (hình 15-4) - Theo số lượng hàng đinh, chia thành: mối ghép có hàng đinh bên (hình 15 -2 15 -3), mối ghép có hai hàng đinh bên (hình 15 - 4) Mối ghép đinh tán có ưu điểm chắn, dễ kiểm tra chất lượng, làm hư hỏng chi tiết máy cần tháo rời Nhưng nhược điểm tốn kim loại, giá thành cao, hình dạng kết cấu không hợp lý nên phạm vi ứng dụng thu hẹp lại nhiều trường hợp thay mối ghép hàn Tuy nhiên mối ghép đinh tán dùng phổ biến, chẳng hạn, mối ghép đặc biệt quan trọng mối ghép trực tiếp chịu tải trọng chấn động va đập Những mối ghép đốt nóng bị vênh giảm chất lượng (nên khơng hàn được) mối ghép vật liệu chưa hàn Ghép hàn Ghép hàn mối ghép không tháo Ghép nối hàn tạo nhờ lực hút phân tử đốt nóng cục chi tiết mối ghép hàn Có nhiều phương pháp hàn, theo hình thức cơng nghệ chia thành hai nhóm bản: hàn nung chảy hàn áp lực Phân loại mối ghép hàn: (a) P P b b P P P P (c) (b) Hình 15-5 ln 112  K ln - Theo vị trí tương đối ld P P P P chi tiết ghép: mối ghép gối đầu (hay gọi ghép giáp mối) L = 2ln (a) (b) L = 2ld (hình 15-5), mối ghép chồng (hình 15-6), mối ghép chữ T (hình 15-7), ld P P mối ghép góc (hình 15-8) - Theo phương chiều h L = 2ld + (c) (d) đường hàn so với phương chiều ln Hình 15-6 lực tác dụng: mối ghép ngang (hình 15-5a), mối ghép xiên (hình 15-5b), mối ghép dọc (hình 15-6b), mối ghép hỗn hợp (hình 15-6c) P P P    K - Theo hình dạng mối hàn: mối ghép với đường hàn liên tục (hình 15-5a), mối ghép với mối hàn điểm (hình 15-9a), mối ghép với mối hàn rãnh (hình 159b) - Theo phương pháp công nghệ: + Mối ghép hàn hồ quang điện, hàn xỉ điện hàn Các phương pháp làm kim loại chi tiết máy ghép bị nóng chảy khiến chúng gắn lại với mà không cần lực ép P (b) (a) P P (c) Hình 16-7 (b) P P (c) d Hình 15-8 ld (a) b K ln a + Mối ghép hàn tiếp xúc: phương pháp P P làm kim loại chi tiết máy ghép bị nóng chảy dẻo, dùng lực nén, ép chúng dính lại với (b) (a) Hình 15-9 + Mối ghép hàn vẩy: phương pháp làm cho chi tiết máy ghép không bị nung chảy mà vật liệu hàn làm nóng chảy để kết dính chúng lại với - Theo mức độ tự động hố, ta có: hàn tự động, bán tự động, hàn thủ công (bằng tay) 61070