Cơ kỹ thuậthot GT Co ky thuat

1 LỜI GIỚI THIỆU Trong Trường Trung Học Chuyên Nghiệp Cao Đẳng Nghề, môn học Cơ Kỹ Thuật môn lý thuyết sở nhằm trang bị cho học sinh số kiến thức cần thiết ngành học Để giúp em học tập môn chuyên ngành vận dụng vào trình sản xuất Trên sở chương trình Bộ Giáo Dục  Đaò Tạo qui định, đồng thời cho phù hợp với mục tiêu đào tạo nghề khí Giáo trình kỹ thuật biên soạn gồm phần : Phần I: Tĩnh học Phần II: Động học Phần III: Sức bền vật liệu Phần IV: Truyền động khí Giáo trình dùng làm tài liệu giảng dạy, học tập Trường Trung Học Chuyên Nghiệp Cao Đẳng Nghề thuộc ngành khí làm tài liệu tham khảo cho ngành nghề khác Rõ ràng khơng thể đạt hồn thiện tuyệt đối, có phát triển khơng ngừng khoa học – công nghệ giới nước ta nay, thời gian có hạn, giáo trình khó tránh khỏi hạn chế, mong bạn đọc trao đổi Tác giả xin chân thành cảm ơn ! Đắk Lắk, ngày 10 tháng năm 2015 G.V Trần Văn Khi -1- MỤC LỤC Lời giới thiệu Trang Mục lục Chương 1: Tĩnh học Các khái niệm định luật tĩnh học 1.1 Các khái niệm 1.2 Các định luật tĩnh học 11 1.3 Các hệ 11 Hệ lực phẳng 13 2.1 Véc tơ mơmen hệ lực phẳng 14 2.2 Định lý dời lực song song 20 2.3 Điều kiện cân phương trình cân hệ lực phẳng 21 2.4 Bài toán hệ lực phẳng với liên kết ma sát 21 Hệ lực không gian 23 3.1 Véc tơ mơmen hệ lực không gian 27 3.2 Định lý dời lực song song 27 3.3 Điều kiện cân phương trình cân hệ lực 30 không gian 33 Kiểm tra 51 Câu hỏi ôn tập 52 Chương 2: Động học 52 Chuyển động chất điểm 55 1.1 Phương pháp véctơ 55 1.2 Phương pháp toạ độ 55 Chuyển động vật rắn 56 2.1 Hai chuyển động vật rắn 56 2.2 Chuyển động song phẳng vật rắn 56 Tổng hợp chuyển động 57 3.1 Tổng hợp chuyển động chất điểm 57 3.2 Định lý hợp vận tốc 57 3.3.Tổng hợp chuyển động vật rắn 57 Câu hỏi ôn tập 58 Chương 3: Sức bền vật liệu 58 Mở đầu 58 1.1 Nhiệm vụ đối tượng nghiên cứu môn học 58 1.2 Khái niệm 59 1.3 Tính đàn hồi vật thể 59 -2- 1.4 Khái niệm nội lực, ứng suất 1.5 Các thành phần nội lực mặt cắt ngang 1.6 Quan hệ ứng suất thành phần nội lực mặt cắt ngang 1.7 Các loại chịu lực Kéo, nén tâm- cắt 2.1 Kéo nén tâm 2.2 Cắt Xoắn tuý thẳng 3.1 Định nghĩa 3.2 Quan hệ mômen xoắn ngoại lực với cơng suất số vịng quay trục truyền 3.3.Cơng thức tính ứng suất tiếp mặt cắt ngang tròn chịu xoắn tuý 3.4 Đặc trưng học vật liệu chịu xoắn 3.5 Biến dạng tròn chịu xoắn 3.6 Điều kiện bền, điều kiện cứng Uốn phẳng thẳng 4.1 Các định nghĩa phân loại 4.2 Nội lực biểu đồ nội lực 4.3 Dầm chịu uốn phẳng tuý- Điều kiện bền Câu hỏi ôn tập Chương 4: Truyền động khí Tính tốn động học truyền động khí 1.1 Mở đầu 1.2 Xác định thơng số truyền khí Truyền động đai xích 2.1 Những vấn đề chung truyền động đai 2.2 Bộ truyền đai phẳng 2.3 Bộ truyền đai thang 2.4 Truyền động xích Truyền động bánh 3.1 Khái niệm chung 3.2 Các loại truyền bánh Ví dụ tính tốn Câu hỏi ơn tập CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC CƠ KỸ THUẬT -3- 59 59 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 78 78 79 80 81 83 85 86 88 90 92 94 96 Mã số môn học: MH10 Thời gian môn học: 45h; (Lý thuyết: 30h; Thực hành: 15h) 3.1 VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MƠN HỌC - Vị trí mơn học: Mơn học bố trí sau học sinh học xong môn học chung, trước mơn học/ mơ đun nghề - Tính chất môn học: Là môn học lý thuyết sở bắt buộc 3.2 MỤC TIÊU MƠN HỌC: - Trình bày giải thích được: Hệ tiên đề tĩnh học, liên kết phản lực liên kết, mô men lực - Giải toán hệ lực - Viết phương trình hệ lực cân hệ lực phẳng, hệ lực không gian - Xác định trọng tâm vật rắn đối xứng, hình phẳng thơng thường - Trình bày, phân biệt chuyển động vật rắn - Giải toán truyền động đai bánh - Nhận biết liên kết thông dụng lĩnh vực điện dân dụng 3.3 NỘI DUNG MÔN HỌC: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Thời gian Lý Thực Số Tên chương mục Tổng thuyết hành Kiểm TT số Bài tra* tập I Tĩnh học 12 3 - Các khái niệm định luật tĩnh học 2 - Hệ lực phẳng - Hệ lực không gian 1 - Kiểm tra Động học - Chuyển động chất điểm - Chuyển động vật rắn - Tổng hợp chuyển động III Sức bền vật liệu II -4- 12 3 2 1 15 11 - Mở đầu 1 - Kéo, nén tâm- cắt - Xoắn tuý thẳng - Uốn phẳng thẳng IV Truyền động khí 1 - Tính tốn động học truyền động khí - Truyền động đai xích 1 - Truyền động bánh Cộng 45 29 15 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết tính vào lý thuyết, kiểm tra thực hành tính vào thực hành Nội dung chi tiết: 3.4 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔN HỌC: - Vật liệu: Giấy Ao, phim - Dụng cụ trang thiết bị: Mơ hình, học cụ cấu cấu truyền động, chi tiết - Nguồn lực khác: Phịng học mơn 3.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ: Phương pháp đánh giá: Trắc nghiệm khách quan tự luận để giải tập Nội dung đánh giá: 3.5.1 Kiến thức: - Hệ lực phẳng - Hệ lực không gian - Chuyển động chất điểm - Chuyển động vật rắn - Kéo, nén - Xoắn túy thẳng - Truyền động khí 3.5.2 Kỹ năng: - Giải toán hệ lực phẳng với liên kết ma sát - Xác định thông số truyền động đai xích - Xác định thông số truyền động bánh 3.5.3 Thái độ: - Nghiêm túc học tập - Trung thực kiểm tra - Rèn luyện tính kiên nhẫn, xác 3.6 HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MƠN HỌC: -5- 3.6.1 Phạm vi áp dụng chương trình: Chương trình mơn học sử dụng để giảng dạy cho trình độ trung cấp nghề điện dân dụng 3.6.2 Hướng dẫn số điểm phương pháp giảng dạy môn học: Trước giảng dạy, giáo viên cần phải vào mục tiêu nội dung học, chọn phương pháp giảng dạy phù hợp, đặc biệt quan tâm phương pháp dạy học tích cực để người học tham gia xây dựng học Ngồi phương tiện giảng dạy truyền thống, có điều kiện giáo viên nên sử dụng máy chiếu projector, Laptop, phần mềm minh họa nhằm làm rõ sinh động nội dung học 3.6.3 Những trọng tâm chương trình cần ý: - Hệ lực phẳng - Hệ lực không gian - Chuyển động chất điểm - Chuyển động vật rắn - Kéo, nén - Xoắn túy thẳng - Truyền động khí 3.6.4 Tài liệu cần tham khảo: - Đỗ Sanh, Nguyễn văn Vượng, Phan Hữu Phúc – Giáo trình Cơ kỹ thuật – Sách dùng cho trường đào tạo hệ THCN- NXB Giáo dục - 2002 - Đỗ Sanh, Nguyễn văn Vượng, Phan Hữu Phúc –Bài tập học – Sách dùng cho trường đào tạo hệ THCN – NXB Giáo dục, 2002 3.6.5 Ghi giải thích: - Căn vào nội dung thời gian mục phân bổ chương trình mơn học tình hình thực tế trường, Hiệu trưởng đạo khoa chuyên môn tổ chức phân bổ thời gian học lý thuyết, tập cụ thể cho tiêu đề mơn học cho có hiệu đat mục tiêu môn học - Giờ kiểm tra tính theo lý thuyết -6- CHƯƠNG 1: TĨNH HỌC Mục tiêu: - Các khái niệm định luật tĩnh học - Khái niệm véc tơ chính, mơmen hệ lực phẳng hệ lực không gian - Định lý dời lực song song hệ lực phẳng hệ lực không gian - Điều kiện cân phương trình cân hệ lực phẳng hệ lực không gian Nội dung: Các khái niệm định luật tĩnh học 1.1 Những khái niệm 1.1.1 Vật rắn tuyệt đối Vật rắn tuyệt đối tập hợp vô hạn chất điểm mà khoảng cách hai điểm không đổi, hình dạng hình học khơng đổi suốt trình chịu lực 1.1.2 Cân Cân trạng thái đứng yên ( không dịch chỉnh ) vật rắn khảo sát Tuy nhiên đứng yên vật lại không đứng yên vật khác Do cần phải chọn vật làm chuyển động chung cho quan sát, vật gọi hệ quy chiếu Trong tĩnh học hệ quy chiếu gọi hệ quy chiếu quán tính, tức hệ quy chiếu thoả mãn định luật quán tính Galilê Ví dụ : Hệ quy chiếu đứng yên tuyệt đối cân gọi cân tuyệt đối 1.1.3 Lực Là tác động tương hỗ vật mà kết làm thay đổi trạng thái động học vật Hình 1.1 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 trang thái yên nghỉ tác dụng học -7- c Cường độ lực: Là số đo mạnh hay yếu tương tác học Đơn vị lực: NiuTơn (N); Kilô NiuTơn (1KN = 103N); Mega NiuTơn (1MN  = 106N) Mô hình tốn học lực vectơ kí hiệu: F ( hình 1.1 ) 1.1.4 Hệ lực - Hai hệ lực trực đối: Là hai lực đường tác dụng, trị số ngược chiều ( Hình 1.2 ) Hình 1.2 - Hệ lực: Là tập hợp nhiều lực tác dụng lên vật Hình 1.3    Ký hiệu:  ( F1 , F , ,F n ) - 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 ) Ký hiệu:      ( F1 , F , ,F n ) = R -8- F1 F2 F4 R F3 Hình 1.5 - Hệ lực cân bằng: Là hệ lực mà tác dụng vật rắn nằm vị trí     ( F1 , F , ,F n ) = cân Ký hiệu: 1.2: Các tiên đề tĩnh học 1.2.1: 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 ) Hình 1.6 1.2.2: Tiên đề ( Thêm bớt hai lực cân ) Tác dụng hệ lực lên vật rắn không thay đổi ta thêm vào ( hay bớt ) hai lực cân Hình 1.7 Hệ quả: Tác dụng lực lên vật rắn không thay đổi ta trượt lực đường tác dụng 1.2.3: Tiên đề ( Bình hành lực ) Hai lực đặt điểm tương đương với lực đặt điểm biểu diễn đường chéo hình bình hành mà hai cạnh hai véc tơ biểu diễn hai lực cho Hình 1.8 Ký hiệu: 1.2.4: Tiên đề ( Tương tác )    R  F1  F2 -9- Lực tác dụng phản lực hai lực trực đối Hình 1.9 Chú ý : Lực tác dụng phản lực hai lực cân chúng ln đặt vào hai vật khác 1.3 Các hệ 1.3.1 Hệ (Định lý trượt lực): Tác dụng lực không thay đổi ta trượt lực đường tác dụng 1.3.2 Hệ (Định lý hợp lực hệ): Khi hệ lực cân lực hệ lực lực trực hợp lực lực lại 1.3.3 Hệ (Định lý đường tác dụng lực đồng phẳng): Khi ba lực đồng phẳng cân bằng, đường tác dụng chúng đồng quy song song Hệ lực phẳng 2.1 Véc tơ mơmen hệ lực phẳng 2.1.1 Mô men lực điểm a Định nghĩa:   Tác dụng quay mà lực F gây cho vật gọi mơmen lực F điểm O, kí hiệu  mo( F ) F a O m Hình 3.1  mo( F ) = ± F.a b Quy ước: a - Cánh tay đòn  mo( F ) lấy dấu + chiều quay lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ - 10 - CHƯƠNG 4: TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Mục tiêu: - Trình bày khái niệm truyền động đai xích; truyền động bánh - Xác định thông số truyền động đai xích - Xác định thông số truyền động bánh Nội dung: Tính tốn động học truyền động khí 1.1 Mở đầu 1.2 Xác định thơng số truyền khí 1.2.1 Quan hệ hình học Thơng số hình học chủ yếu truyền đai gồm: đường kính bánh đai, khoảng cách trục A,chiều dài đai L góc ơm đai bánh nhỏ 1 Hình 4.1  Đường kính bánh đai d1 d2 Dãy tiêu chuẩn đường kính bánh đai : 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000  Chiều dài đai: L= A   d1  d  d d1  mm  4A  Khoảng cách trục: a= k  k  82 mm Trong đó: k=L-  d1  d  mm -91-  d  d1  Góc ơm đai 1  180   1.2.2 Vận tốc tỉ số truyền  Vận tốc vòng Vận tốc vòng bánh dẫn: v1 = d1n1 60.1000 (m/s) Vận tốc vòng bánh bị dẫn: v1 = d n2 60.1000 (m/s) Với : d1, d2 – Đường kính bánh dẫn bánh bị dẫn (m/s) n1, n2 – Số vòng quay bánh dẫn bánh bị dẫn (v/p)  Hệ số trượt Do đàn hồi đai nên thực tế v1 > v2, mối liên hệ chúng thể qua công thức:  = v1  v v d n =1- =1- 2 v1 d n1 v1  v2  v1 1    Với :   0,01  0,02  Tỉ số truyền u: u= n1 vd d2 = = d1 1    v2 d1 n2 Trong nhiều trường hợp, lấy gần U  n1 d  (giá trị  nhỏ) n2 d1 1.2.3 Lực đai truyền Để tạo ma sát đai bánh đai, cầu căng đai với lực căng ban đầu F0 Khi làm việc, bánh dẫn chịu tác dụng moment xoắn làm bánh đai chùng xuống, lực giảm F2, nhánh đai căng lên Lực căng thành F1 Ta có:  Lực vịng: -92- F1 = F1 - F2 = 2T1/d1=1000N/v Với : N: công suất (kw)  Moment xoắn bành dẫn T1 = d1 F1  F2   Mối quan hệ F1 F2 với lực căng ban đầu F0 lực vòng Ft: F = F0 + Ft (3.10) F = F0 - Ft  Lực căng dây F1, F2 theo cơng thức Euler: Euler tính tốn mối quan hệ F1 F2 với tải trọng có ích Ft, hệ số ma sat f góc ôm  bán dẫn: F1 =   1 Ft  Fv F2 = F – F t = Ft  Fv  1  Lực căng ban đầu để không xảy tượng trượt trơn F0  Ft    Fv  1  Khả tải đai căng đai với lực căng ban đầu Ft  2F0  Fv   1  1 Với  F1  Fv f  e F2  Fv Ta thấy tăng hệ số ma sát f góc ơm đai khả tải truyền tăng lên Trong đó: Fv = qm.v2 : Lực căng phụ lực ly tâm gây nên -93- Lực làm giảm áp suất đai bánh đai, nghĩa làm giảm lực có ích ban đầu F0 hay làm giảm khả tải truyền qm: Khối lượng đai chiều dài m(kg/m) Nếu truyền đai có vận tốc v  10 m/s, bỏ qua lực quán tính nên:  F1 f  e F2 Trong trường hợp đai thang, thay hệ số ma sát f bàng f’ = f sin  / 2 Với:  : Góc thêm đai  Lực tác dụng lên trục ổ: Thông thường Fr khoảng 2  3Ft Trong tổng lực tác dụng lên trục truyền bánh truyền xích khoảng Fr  Ft Vì vậy, lực tác dụng lên trục truyền đai lớn so với truyền bánh truyền xích Đây nhược điểm truyền đai  1     Fr  2F0 sin  Đối với truyền khơng có phận căng đai, lúc đầu ta phải căng đai với lực căng lớn F0 để bù lại giảm lực căng sau thời gian làm việc, đó, để tính lực tác dụng lên trục, ta nhân thêm 1,5 vào F0 Khi đó:  1     Fr  3F0 sin  1.2.4 Hiện tượng trượt đai truyền Hình 4.2: Trong truyền đai, có dạng trượt: Đàn hồi trươt trơn + Khi đai làm việc, theo kết thực nghiệm Jucovski, xảy tượng trượt đàn hồi trượt trơn Trượt đàn hồi xảy với tải trọng F1 tác động lên truyền Trượt trơn xảy tải + Khi đai làm việc, lực căng ban đầu F0 tăng lên thành F1 nhánh căng giảm xuống thành F2 nhánh chùng -94- + Như thế, bánh dẫn, đai vào tiếp xúc với bánh đai điểm A với lực căng F1 tương ứng đai bị biến dạng 1 rời khỏi bánh đai B với lực căng F2 tương ứng đai bị biến dạng 2 Vì F1>F2 1  2 , tức vào tiếp xúc với bánh dẫn đai bị co lại, bị trượt bánh đai chuyển động chậm bánh đai + Trên bánh bị dẫn ngược lại: đai vào tiếp xúc điểm C với lực căng F2 rời khỏi đai D với lực căng F1 Do đó, chuyển động từ C đến D đai bị giãn ra, trượt bánh đai chuyển động nhanh bánh bị dẫn + Hiện tượng biến dạng đàn hồi đai, tác dụng lực căng khác nhau, gọi trượt đàn hồi, chất dây đai nên ta khắc phục được.Trượt đàn hồi nhiều chênh lệch lực căng F1-F2=Ft lớn + Tuy nhiên, trượt đàn hồi không xảy tồn cung ơm AB CD mà xảy cung IB KD nhỏ hơn, gọi cung trượt Các cung AI CK lại gọi cung tĩnh Trên cung AI CK, đai vào tiếp xúc với bánh đai, thay đổi lực căng cịn ít, chưa lớn lực ma sát đai bánh đai đoạn biến dạng đàn hồi thay đổi chưa đáng kể Tại điểm I K, biến dạng rõ rệt trượt bắt đầu Khi tăng F t cung trượt tăng theo tiếp tục tăng lên cung trượt chiếm tồn cung ơm tượng trượt trơn bắt đầu + Trươt trơn xảy lực vòng Ft lớn lực ma sát Fs ( moment truyền T lớn moment ma sát) Nếu truyền tải phần trượt trơn phần, nếu q tải ln trượt trơn hồn tồn Khi bánh dẫn dừng lại hiệu suất Truyền động đai xích 2.1 Những vấn đề chung truyền động đai 2.1.1 Khái niệm : Một truyền đai đơn giản gồm: - Hai bánh đai - Bây đai mắt căng hai bánh đai - Bộ phận căng đai Hình 4.3: -95- Bộ truyền đai chuyển động công suất nhờ ma sát dây đai bánh đai 2.1.2 Phân loại a Theo tiết diện đai - Đai truyền phẳng (đai dẹt) - Đai thang - Đai tròn: Dùng truyền công suất nhỏ - Đai lược - Đai b Theo kiểu truyền động (dùng loại đai dẹt): - Truyền động thường: Truyền chuyển động giũa trục song song - Truyền động chéo: Sung chuyền chuyển động chiều tăng góc ơm đai Khuyết điểm: mau mòn  dung vận tốc vận tốc không lớn (v  0.5m / s ) - Truyền chuyển động hai trục thẳng góc ko mặt phẳng - Truyền động góc: trục thẳng góc nằm mặt phẳng Hình 4.4 c Theo vật liệu chế tạo đai: * Đai da: - Bền tải lớn chịu va đập tốt, độ bền mòn tốt nên thường dùng truyền chéo - Giá đắt, không dùng môi trường ẩm ướt, axit - Vận tốc đai không 40  50m/s * Đai vải cao su: - Gồm nhiều lớp vải cao su sunfua hóa - Độ bền cao, đàn hồi tốt, chịu ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm - Không chịu va đập lớn, không chịu dầu - Vận tốc đai không 30m/s * Đai sợi bơng: - Khối lượng nhỏ, giá rẻ, thích hợp với truyền vận tốc cao, công suất nhỏ - Khả chịu tải, độ bền tuổi thọ loại đai Đai mòn nhanh - Đai nhanh chóng dẻo nên cần có thiết bị căng đai - Không dùng trong môi trường ẩm ước nhiệt độ cao - Vận tốc đai không 20m/s -96- * Đai sợi len: - Chế tạo từ len dệt tẩm hổn hợp axit trì dầu gai - Có tính đàn hồi lớn  Chịu va đập chịu tải không tốt - Do tẩm hóa học nên bị ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm - Làm việc tốt môi trường bụi, axit, kiềm * Đai vật liệu tổng hợp: - Có độ bền tuổi thọ cao, chịu va đập 2.1.3 Các phương pháp căng đai Đai truyền làm việc dài ra, thiết kế phải nghĩ đến phương pháp điều chỉnh súc căng đai tuyền: - Lắp thêm bánh răng: để tăng góc ơm giàm nhẹ thiết bị căng , thường lắp bánh xe căng gần bánh đai nhỏ, ngược lại thời gian hai lần uống đai ngắn lại tuổi bền giảm xuống - Dịch chuyển trục để điều chỉnh sức căng đai truyền Thông thường cách điều chỉnh có tính chất định kỳ 2.1.4 Các phương pháp nối đai Đầu nối đai truyền thích hợp hay khơng có ảnh hưởng lớn đến việc truyền động , trường hợp vận tốc lớn khoảng cách trục ngắn Có phương pháp nối đai: dán, khâu nối kim loại a Phương pháp dán Chỉ dùng cho đai truyền da cao su phương pháp dán dùng đai truyền truyền công suất lớn tốc độ cao Hai mặt làm việc b Phương pháp khâu Có thể dùng cho nhiều loại đai truyền Hai mặt làm việc So với phương pháp dán, phương pháp nối bền c Phương pháp nối kim loại: Có thể dùng cho nhiều đai truyền, chia làm loại: đầu nối cứng đầu nối bảng lề Đầu nối cứng có độ cứng trọng lượng lớn nên dùng trường hợp truyền vận tốc thấp (v