Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cơ kỹ thuật được tác giả tự biên soạn nhằm mục đích giảng dạy trên khối các trường Cao đẳng, Đại học. Giáo trình này được biên soạn logic đầy đủ các nội dung về Cơ học, sức bền vật liệu và chi tiết máy.
Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn trường cao đẳng nghề giới ninh bình Giáo trình môn học MH 09 Cơ kỹ thuật Ninh Bình, Năm 2010 Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn trường cao đẳng nghề giới ninh bình Giáo trình môn học MH 09 Cơ kỹ thuật Tài liệu dùng giảng dạy cho hệ Cao đẳng nghề & Trung cấp nghề chuyên ngành kỹ thuật Nguyễn Văn Tam Ninh Bình, Năm 2010 Lời nói đầu Môn học Cơ kỹ thuật môn học kü thuËt c¬ së cung cÊp cho ngêi häc kiÕn thức sở lĩnh vực: học, động học, tĩnh học, sức bền vật liệu chi tiết máy Môn học thuộc ngành khoa học ứng dụng mang tính lý ln vµ thùc tiƠn cao, gióp häc sinh, sinh viên vận dụng lý thuyết vào thực tế đáp ứng nhu cầu công nghiệp hoá đại hoá trình độ cao Giáo trình gồm chương, gồm nội dung chuẩn Tổng cục dày nghề quy định năm 2009 cho chuyên ngành Cơ khí thuộc Trường Cao đẳng nghề Trong trình biên soạn đà cố gắng cho tài liệu súc tích thiết thực, nhiên không tránh khỏi thiếu sót định, mong nhận góp ý phê bình bạn đọc Biên soạn: Nguyễn Văn Tam Mơc lơc Ch¬ng c¬ häc lý thut – tÜnh häc i 1.1 Các tiên đề tĩnh học 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Hệ tiên đề tĩnh học 1.1.3 Liên kết phản lực liên kết 1.2 Hệ lực phẳng đồng quy hệ lực phẳng song song 1.2.1 HƯ lùc ph¼ng ®ång quy 1.2.2 HƯ lùc ph¼ng song song 10 1.3 Mômen lực ®iÓm - NgÉu lùc 11 1.3.1 Mômen lực điểm 11 1.3.2 NgÉu lùc 11 1.4 Gi¶i phóng liên kết - Điều kiện cân tĩnh học 13 1.5 Ma s¸t 16 1.5.1 Ma sát trượt toán cân vật có ma sát trượt 16 1.5.2 Ma sát lăn toán cân vật có ma sát lăn 18 1.6 trọng tâm cân ổn định vật rắn 20 1.6.1 Träng t©m 20 1.6.2 Cân ổn định 22 1.7 Chuyển động vật rắn 23 1.7.1 Chun ®éng thẳng vật rắn 24 1.7.2 Chun ®éng cong cđa vËt r¾n 26 1.7.3 Chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định 27 1.7.4 Chuyển động song phẳng 29 1.8 C«ng lượng 35 1.8.1 Các định luật động lực học 35 1.8.2 C«ng - C«ng suÊt - HiÖu suÊt 37 1.8.3 Động năng, năng, định luật bảo toàn 41 ch¬ng søc bỊn vËt liƯu 44 2.1 Những khái niệm 44 2.1.1 Nhiệm vụ, đối tượng môn học Sức bề vËt liÖu 44 2.1.2 Khái niệm tính đàn hồi vật thể 44 2.1.3 Những giả thuyết vật liệu 45 2.1.4 Ngoại lực toán phẳng 45 2.1.5 Néi lùc, phương pháp mặt cắt xác định nội lực 47 2.1.6 Các loại biến dạng 51 2.1.7 Quan hƯ gi÷a øng suất biến dạng 51 2.2 Kéo, nén tâm 53 2.2.1 Khái niệm, nội lực biểu đồ néi lùc 53 2.2.2 ứng suất, biến dạng chịu kéo, nén tâm 55 2.2.3 Tính toán kéo, nén tâm 58 2.3 c¾t – dËp 61 2.3.1 Kh¸i niÖm 61 2.3.2 øng suÊt, biÕn dạng chịu cắt 62 2.3.3 DËp 63 2.4 xoắn tuý thẳng 66 2.4.1 Kh¸i niệm chịu xoắn tuý 66 2.4.2 Néi lùc vµ biĨu ®å néi lùc 67 2.4.3 øng suÊt, biÕn dạng tròn chịu xoắn 68 2.4.4 Tính toán xoắn tuý 70 2.5 Uèn ph¼ng th¼ng 72 2.5.1 Kh¸i niÖm chung 72 2.5.2 Néi lùc, biÓu ®å néi lùc uèn ngang ph¼ng 73 2.5.3 Uốn tuý phẳng 76 2.5.4 Tính toán uốn phẳng 78 2.6 khái niệm chịu biến dạng phức tạp 81 Chương 3: chi tiÕt m¸y 82 3.1 Những khái niệm cấu máy 82 3.1.1 Các khái niệm 82 3.1.2 Lược đồ động học sơ đồ ®éng 85 3.2 Cơ cấu truyền động ăn khớp 86 3.2.1 C¬ cấu bánh 86 3.2.2 C¬ cÊu xÝch 95 3.2.3 Cơ cấu bánh vít trôc vÝt 97 3.3 Cơ cấu biến đổi chuyển ®éng 99 3.3.1 Cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến 99 3.3.2 Cơ cấu biến chuyển động quay thành chuyển động lắc 103 3.3.3 C¬ cÊu biÕn chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián ®o¹n 104 Phơ lơc 106 Ch¬ng c¬ häc lý thuyết tĩnh học 1.1 Các tiên đề tĩnh học 1.1.1 Các khái niệm Vật rắn tuyệt đối: Vật rắn tuyệt đối vật thể có hình dạng bất biến, nghĩa khoảng cách hai phần tử luôn không đổi Vật thể có hình dạng biến đổi gọi vật biến dạng Để đơn giản hoá tĩnh học vật rắn tuyệt đối gọi vật rắn thực tế vật tác dụng ngoại lực bị biến dạng, giới hạn cho phép biến dạng mà nhỏ không ảnh hưởng tới trình nghiên cứu người ta coi vật vật rắn; (Vd: vật làm từ sắt, gạch, coi vật rắn) Lực định nghĩa lực Lực đại lượng đặc trưng cho tác dụng học vật với Lực biểu diễn đại lượng véc tơ với ba yếu tố đặc trưng: phương, chiều độ lớn §Ĩ biĨu diƠn lùc ngêi ta ký hiƯu b»ng c¸c chữ in hoa có dấu véc tơ Thí dụ lực: P; N Đơn vị lực Newton (N) kylô newton (kN) Sau giới thiệu số định nghĩa trường hợp lực: F - Lực tập trung: Là lực tác dụng lên điểm vật (sau lực tập trung gọi đơn giản lực), (hình 1-1), lực A tập trung thường ký hiệu F, N có đơn vị Newton (N) hay kylô newton (kN) + Trọng lực: Là lực hút trái đất lên vật, trọng lực Hình 1-1 thường ký hiệu P xác định theo công thức: P = m.g; (1-1) Trong đó: m khối lượng vật (kg); g = 9,81 m/s2 – gäi lµ gia tèc träng trêng; P – träng lùc (N; kN) + Lùc đàn hồi: Là lực sinh để chống lại biến dạng lò xo lò xo bị kéo hay bị nén, lực đàn hồi xác định theo công thức: Fđh = - k.x; (1-2) Trong đó: k - độ cứng lò xo (N/m ; kN/cm); x - độ biến dạng lò (m; cm); Fđh lực đàn hồi ngược với chiều biến dạng lò xo Trọng lực lực đàn hồi nói trường hợp riêng lực tập trung q - Lực phân bố: Là lực tác dụng đơn vị chiều dài lên vật (hình 1-2), lực phân bố thường ký hiệu q có đơn vị N/m hay kN/cm Công thức quy đổi từ lực phân bố tương đương với lực L tập trung đặt trung điểm chiều dài tác dụng lực phân bố: F = q.l; Hình 1-2 (1-3) Trong đó: q Cường độ lực phân bố (N/m; kN/cm); l chiều dài tác dụng lực phân bè (m; cm); F – Lùc tËp trung quy ®ỉi (N; kN) p - áp lực: Là lực tác dụng đơn vị diện tích bề mặt chịu lực vật (hình 1-3), áp lực thường ký hiệu p, đơn vị áp lực là: N/m2 kN/cm2 s Công thức quy đổi áp lực tương đương với lực tập trung Hình 1-3 đặt trọng tâm phần diện tích chịu lực: F = p.s; (1-4) Trong đó: p - Cường độ áp lực (N/m2; kN/cm2); s- diện tích chịu áp lực (m2; cm2); F - lực tập trung quy đổi đặt trọng tâm diện tích s (N; kN) - HƯ lùc: HƯ lùc lµ mét tập hợp nhiều lực tác dụng lên vật rắn Hình 1- cho ta hệ lực gồm n lùc (F1; F2; F3 F2 F3 F1 Fn-1 Fn-1; Fn) - Lực tương đương: Hai lực tương đương hay hai hệ lực tương đương hai lực hay hai hệ lực có tác động học Fn Hình 1-4 nhau, nghÜa lµ chóng cïng lµm cho vËt biÕn dạng hay chuyển động Để biểu diễn hai lực tương đương hay hai hệ lực tương đương người ta dùng dấu tương đương toán học Thí dụ lực F P tương đương ta viết : F ~ P Hai hÖ lùc ( F 1; F 2; F 3; F n-1; F n) vµ ( P 1; P 2; P P n-1; P n) tương đương ta viết: ( F 1; F 2; F 3; F n-1; F n) ~ ( P 1; P 2; P P n-1; P n) - Hợp lực: Hợp lực hệ lực lực tương đương với hệ lực đà cho NÕu ta gäi R lµ hỵp lùc cđa hƯ lùc ( F 1; F 2; F 3; F n-1; F n) th× ta cã biÓu thøc: R = F + F + F + + F n-1 + F n - HÖ lùc cân bằng: Hệ lực cân hệ lực có hợp lực không Thí dụ hÖ lùc ( F 1; F 2; F 3; F n-1; F n) hệ lực cân khi: R = F + F + F + + F n-1 + F n = O (1- 4*) 1.1.2 Hệ tiên đề tĩnh học Tiên đề (Hệ hai lực cân bằng) Điều kiện cần đủ để hai lực cân hai lực có độ lớn, phương ngược chiều đặt lên vật rắn Ta có ( F 1; F 2) ∽ O F = - F Tiên đề (Thêm bới hệ lực cân bằng) Tác dụng hệ lực lên vật rắn không đổi ta thêm vào bới hệ lực cân Tiên đề (Hợp lực theo nguyên tắc hình bình hành) Hai lực đặt vào điểm vật rắn có hợp lực F1 R biểu diễn đường chéo hình bình hành mà hai cạnh lực đà cho Hình 1-5 biểu diễn hợp lực cđa hai lùc F vµ F phương diện véctơ viết: F2 Hình 1-5 R = F + F Tiên đề (Lực tác dụng tương hỗ) Lực tác dụng tương hỗ hai vật rắn có độ lớn, phương ngược chiều Thí dụ: hình 1-6 vật A tác dụng vào vật B lực F vật B tác dụng lại vật A lực N theo tiên đề ta cã: F = - N N A B Hình 1-6 F 1.1.3 Liên kết phản lực liên kết Vật rắn tự vật rắn không tự Vật rắn tự do: Là vật rắn có khả di chuyển theo phía quanh vị trí xét vật Hình 1-7 cho ta thÊy mét vËt tù kh«ng gian cã tèi đa di chuyển có bản, chuyển động tịnh tiến theo trục x-x; y-y; z-z chun ®éng quay quanh trơc ox, oy, oz mx, my mz Trong toán phẳng vật rắn có tối đa di chuyển bản, chuyển động tịnh tiến theo hai phương x - x; y - y chuyển động quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng xoy z z-z Nếu vật rắn bị ngăn cản hay nhiều chiều di chuyển gọi vật rắn không tự Những mz vật rắn với (liên kết hình học) Thí dụ: vật A đặt xx liên kết Trong tĩnh học xét liên kết tiếp súc my A điều kiện ràng buộc di chuyển vật rắn khảo sát gọi x y-y y mx Hình 1-7 bàn B vật A vật rắn không tự do, phương chuyển động bị cản trở, điều kiện ràng buộc di chuyển A theo phương thẳng dứng vËt A lµ bµn B vËy bµn B bµn B gọi vật liên kết vật A gọi vật khảo sát Phản lực liên kết (Phản lực) Theo tiên đề vật khảo sát vật liên kết xuất lực tác dụng tương hỗ, người ta gọi lực tác dụng tương hỗ từ vật liên kết lên vật khảo sát phản lực liên kết hay để đơn giản sau người ta gọi phản lực Số phản lực liên kết phụ thuộc vào số ràng buộc liên kết vật khảo sát vật liên kết Nếu ràng buộc cản trở vật khảo sát di chuyển thèo phương tịnh tiến phản lực lực tập trung, ràng buộc cản trở vật khảo sát di chuyển theo chuyển động quay quanh trục phản lực mômen quay quanh trục Để xác định số phản lực ta xác định loại liên kết cụ thể sau: - Liên kết tựa (vật khảo sát tựa lên vật liên kết) Theo dạng phản lực liên kết có điểm đặt điểm tiếp xúc hai vật có phương theo phương pháp tuyến chung hai mặt tiếp xúc Trường hợp đặc biệt tiếp xúc điểm nhọn tựa lên mặt hay ngược lại phản lực liên kết có phương pháp tuyến với mặt điểm tiếp xúc (hình 1-8 a 1-8b cho ta mô hình biểu diễn liªn kÕt tùa) N2 N1 A B N F a) b) Hình 1-8 - Liên kết khớp lề: Khớp lề di động (hình 1-9) liên kết hạn chế chuyển động vật khảo sát theo chiều vuông góc với mặt phẳng trượt, có phản lực liên kết theo phương vuông góc với mặt phẳng trượt Khớp lề cố định (hình 1-10) chØ cho vËt quay quanh trơc cđa b¶n lỊ hai thành phần chuyển động theo hai phương vuông góc bị hạn chế phản lực liên kết có hai thành phần vuông góc N Ny Nx Hình 1-9 khớp lề di động Hình 1-10 khớp lề cố định - Liên kết gót trục (liên kết ngàm) Là liên kết mà vật khảo sát bị hạn chế hai phương chuyển Ny động tịnh tiến vuông góc chuyển động quay, thành Mz Nx phần phản lực có ba thành phần; hai thành phần lực tập trung theo hai phương vuông góc thành phần mômen phản lực Hình 1-11 biểu diễn phản lực liên kết ngàm Hình 1-11 - Liên kết dây mềm hay cứng Các liên kết dạng hạn chế chuyển động vật khảo sát theo chiều dây phương cứng Do phương phản lực liên kết phương dây N1 T T1 N2 N3 T2 Hình 1-12: Liên kết dây mềm Hình 1-13: Liªn kÕt cøng Ta cã : i C45 = ω - ωC ω5 - ω C V× i45C lµ tû sè trun cđa hƯ thêng, gåm ba bánh nón 4, 3, số bánh 4,5 nên : i C45 = - Z5 Z3 =-1; DÊu cđa tû sè trun nµy xác định theo quy ước đánh dấu Z4 Z4 (xem hình vẽ) Thay vào ta được: i C45 = ω - ωC 1;hay: ω4 - ωC = ωC - ω5 ω4 + ω5 =2ωC ω5 - ω C Tõ biĨu thøc trªn ta thÊy : Khi xe chạy vào đường vòng, tốc độ bánh quay chậm vòng tốc độ bánh quay tăng nhanh lên nhiêu vòng để đảm bảo tốc độ quay hai bánh hai lần tốc độ quay cần C (cũng tốc độ quay bánh 2) Khi ô tô chạy đường thẳng =5 = c Hệ bánh vi sai dùng ô tô, máy kéo, máy nông nghiệp ta gặp hệ bánh vi sai máy tính, truyền động vô cấp v.v Ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng cấu bánh răng: - Ưu nhược điểm: Gọn nhẹ, chiếm chỗ, khả truyền tải lớn, hiệu suất truyền động cao, có tỷ số truyền cố định, tuổi thọ cao, làm việc chắn làm việc tốt phạm vi công suất, tốc độ tỷ số truyền rộng, dễ bảo quản, thay - Nhược điểm : Đòi hỏi chế tạo x¸c cao, cã nhiỊu tiÕng ån vËn tèc cao, chịu va đập Trong trình sử dụng bánh thường gặp dạng hư hỏng sau : - Mặt bị tróc mảng chế tạo lắp ghép thiếu xác, độ tiếp xúc hai mặt nhỏ nên không đủ sức chịu đựng, dính vào nhau, rời tróc mảng - Răng bị sứt mẻ thường trục bị cong lắp trục không song song, ứng suất tập trung vào phía khiến bị sứt mẻ - Răng bị mài mòn bôi trơn sử dụng lâu ngày 94 Bộ bánh tốt làm việc phát tiếng kêu u Nếu kêu to khe hở cạnh nhỏ khoảng cách tâm nhỏ mức bình thường Nếu có tiếng gầm lớn tăng tốc kêu lớn mặt chế tạo sai lệch không đồng đều, mặt có vết lõm kẽ nứt Nếu tiếng kêu không theo chu kỳ tâm bánh không trùng với tâm trục v.v Để hạn chế hư hỏng cần phải sử dụng bảo quản hợp lý : - Phải bảo đảm độ xác khoảng cách tâm, độ song song vuông góc trục, khe hở cạnh độ tiếp xúc mặt - Phải thực chế độ bôi trơn đủ loại dầu mỡ, tránh bụi bặm mạt bẩn bám vào, truyền tải lớn độ xác cao 3.2.2 Cơ cấu xích Khái niệm: Cơ cấu xích dùng để truyền chuyển động quay trục cách xa (có thể đến 8m) nhờ ăn khớp mắt xích với đĩa xích Hình (3-15) lược đồ cấu xích gồm Z2 khâu dẫn có đĩa xích với số Z1 lắp cố định trục I, khâu bị dẫn có đĩa xích với Z1 số Z2 lắp cố định trục II, khâu trung gian chuỗi mắt xích nối với Hình 3-15 Hình 15-14 khớp lề, khâu khung cố định lại giá Ngoài lắp thêm thiết bị phụ thiết bị căng xích, thiết bị bôi trơn, hộp che xích Đôi người ta dùng xích để truyền ®éng tõ ®Üa dÉn sang nhiỊu ®Üa bÞ dÉn XÝch thường chia làm ba loại : - Xích trục (hình 3-16a) làm a/ d/ b/ e/ việc với vận tốc thấp 0,25m/s tải trọng lớn, dùng palăng - Xích kéo (hình 3-16) làm việc với vận tốc không 2m/s dùng để vận chuyển vật nặng g/ c/ máy trục, băng tải, thang Hình 3-16 Hình 15-15 máy máy vận chuyển khác 95 - Xích truyền động làm việc với vận tốc cao để truyền từ trục sang trục khác gồm : xích ống (hình 3-16c), xích ống lăn (hình 3-16d), xích (hình 3-16e), xích định hình (3-16g) Tỷ số truyền : Công thức tÝnh tû sè trun cđa xÝch gièng nh c«ng thøc tính tỷ số truyền bánh i12 = n1 Z = 2; n2 Z1 (3-6) Trong ®ã n1, n2 số vòng quay phút đĩa dẫn đĩa bị dẫn Z1, Z2 số đĩa dẫn đĩa bị dẫn (Ta thấy đĩa có số đĩa quay nhanh hơn) Tỷ số truyền hạn chế khuôn khổ kích thước truyền, thông thường i < Cần ý rằng, vận tốc đĩa xích tăng đĩa xích chóng mòn, tải trọng động lớn xích làm việc ồn Vì thường lấy vận tốc xích không 15m/s, mặt khác đĩa xích có số đĩa xích xích chóng mòn, va đập xích không 15m/s Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng: Cơ cấu xích chủ yếu dùng trường hợp : Các trục có khoảng cách trung bình, dùng truyền động bánh phải thêm nhiều bánh trung gian không cần thiết Yêu cầu kích thước nhỏ gọn, làm việc không trượt (dùng đai không thoả mÃn yêu cầu này) Cơ cấu xích dùng nhiều máy vận chuyển (xe đạp, xe máy) máy nông nghiệp v.v Truyền động xích có ưu điểm : - Có thể truyền động hai trục cách xa (đến 8m) - Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn so với truyền đai - Hiệu suất cao, đạt tới 98% chăm sóc bôi trơn tốt sử dụng hết khả tải - Lực tác dụng lên trục nhỏ so víi trun ®éng ®ai - Cã thĨ cïng mét lúc truyền động cho nhiều trục 96 Tuy nhiên truyền động xích có nhược điểm sau : - Đòi hỏi chế tạo lắp ráp xác so với truyền đai, chăm sóc phức tạp - Chóng mòn, bôi trơn không tốt làm việc nơi nhiều bụi - Vận tốc tức thời đĩa xích không ổn định, số đĩa xích - Có tiếng ồn làm việc - Giá thành cao Trong trình làm việc cấu xích thường gặp hư hỏng sau : - Xích đĩa xích bị mòn, làm bước xích tăng lên, xích ăn khớp với đĩa gần đỉnh nên dễ làm cho xích trượt khỏi đĩa xích Đôi lúc má mòn làm gẫy đứt xích đĩa xích mòn làm khả truyền động xích - Khi lắp hai đĩa xích không nằm mặt phẳng làm cho xích bị vặn lắp căng gây tải trọng phụ chùng gây va đập vận tốc lớn - Để tránh hư hỏng trên, cần phải thực chế độ bảo quản sử dụng cấu xích hợp lý Chủ yếu đảm bảo bôi trơn tốt không để cát bụi bám vào làm cho xích đĩa xích nhanh mòn Không để rơi vật cứng vào chỗ ăn khớp, phải che chắn với xích truyền động có tốc độ lớn, tải trọng nặng để đảm bảo an toàn 3.2.3 Cơ cấu bánh vít trục vít Khái niệm: Cơ cấu trục vít - bánh vít thuộc nhóm cấu bánh đặc biệt, dùng để truyền chuyển động quay hai trục chéo nhau, thường góc hai trục 900 (hình 3-17) Hình 3-17 Cơ cấu bánh vít trục vít gåm cã : - B¸nh vÝt gièng nh mét b¸nh nghiêng 97 - Trục vít có cấu tạo giống trục có ren để ăn khớp với bánh vít Trục vít thường làm liền thép hợp kim, bánh vít làm liền vành đồng gắn với thân gang Tỷ số truyền: Thông thường trục vít khâu chủ động Gäi Z1 lµ sè mèi ren cđa trơc vÝt (trơc vít 1, 2, đầu mối ren) Z2 số bánh vít Tỷ số trun cđa trơc vÝt - b¸nh vÝt b»ng tû sè số bánh vít với số mối ren trôc vÝt i12 = n1 Z = 2; n2 Z1 (3-7) V× sè mèi ren cđa trơc vÝt nhá, cã đầu mối, Z1 = (đối với bánh lấy Z = được), truyền bánh vít - trục vít đạt tỷ số truyền lớn mà truyền khác không thực Ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng: Cơ cấu trục vít - bánh vít có hiệu suất thấp nên thường dùng để truyền công suất nhỏ trung bình (thường không 50 - 60kw) Tỷ số truyền thường khoảng từ - 100, đặc biệt tới 1000 (nhưng dùng với công suất nhỏ) Cơ cấu bánh vít - trục vít dùng cấu lên dây đàn, cấu lái ô tô, máy nâng, máy cắt gọt kim loại v.v Cơ cấu bánh vít trục vít có ưu điểm chÝnh sau : - Tû sè trun lín - Lµm việc êm dịu, ồn - Có khả tự hÃm Nhược điểm cấu : - HiƯu st thÊp (trong c¸c bé trun tù h·m hiệu suất thấp) - Cần dùng vật liệu giảm ma sát (như đồng thanh) để làm bánh vít nên giá thành cao Do đặc điểm kết cấu, cấu bánh vít trục vít đòi hỏi lắp ráp gia công xác, đảm bảo chế độ bôi trơn tốt không chất lượng sử dụng giảm nhiều, phát nhiệt lớn, mài mòn nhanh hiệu suất thấp 98 Để cấu bánh vít - trục vít làm việc tốt cần ý : - Đường tâm bánh vít trục vít phải xác không nghiêng lệch đảm bảo yêu cầu kích thước - Giữa bánh ren trục vít phải có khe hở cần thiết - Mặt cạnh tiếp xúc tốt Cơ cấu lắp xong phải quay trơn nhẹ nhàng Nếu quay nặng chứng tỏ lắp ghép không tốt, nghiêng lệch nhiều, khe hở bé, cần phải kịp thời điều chỉnh để cấu làm việc bình thường 3.3 Cơ cấu biến đổi chuyển ®éng C¬ cÊu biÕn ®ỉi chun ®éng cã nhiƯm vơ : Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ngược lại : Cơ cấu bánh răng, cấu tay quay trượt, cấu vít đai ốc, cấu cam cần đẩy Biến chuyển động quay thành chuyển động lắc : Cơ cấu cam - cần lắc, cấu cu lít Biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn cấu bánh cóc, cấu man Dưới ta nghiên cứu cấu chuyển động nói 3.3.1 Cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến Cơ cấu bánh Khái niệm : Cơ cấu bánh biến thể cấu bánh răng, gồm bánh ăn khớp với Thanh phần bánh có đường kính vô lớn Khi bánh quay theo chiỊu vËn tèc gãc quay quanh O cđa gi¸ chuyển động tịnh tiến theo chiều vận tốc v Khi bánh quay theo chiều ngược lại chuyển động tịnh tiến theo chiều ngược lại (hình 3-18) 99 a/ b/ Hình 3-18 Hình 16-1 c/ d/ Hình 3-18 lược đồ cấu bánh răng, răng, hình (3-18a) ký hiệu chung không rõ loại răng, (hình 3-18, b, c, d) rõ thẳng, nghiêng chữ V ứng dụng: Cơ cấu bánh biến chuyển động quay bánh thành chuyển động tịnh tiến răng, dùng nhiều thiết bị máy móc cấu bánh bơm cao áp động điezen để điều chỉnh nhiên liệu phun vào buồng đốt, dùng thiết bị nâng kích, máy tiện v.v Cơ cấu tay quay trượt : Khái niệm : Cơ cấu tay quay trượt gồm có khâu (hình 3-19) : Tay quay 1, truyền 2, trượt giá C Khi tay quay quay quanh A lµm trun chuyển O động tác động vào trượt làm trượt chuyển động tịnh tiến thẳng qua lại rÃnh trượt B Khi trượt vị trí thấp cao tay quay A truyền nằm đường thẳng, vị trí trượt đổi chiều chuyển động Hình16-2 3-19 Hình Nếu cấu tay quay trượt dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua lại trượt tay quay khâu dẫn, trượt khâu bị dẫn truyền khâu trung gian Ngược lại cấu dùng để biến chuyển động tịnh tiến qua lại trượt thành chuyển động quay trượt lúc lại khâu dẫn, tay quay khâu bị dẫn, truyền khâu trung gian ứng dụng: Cơ cấu tay quay trượt có khả truyền tải lớn nên dùng nhiều kỹ thuật Trong động đốt dùng để biến chuyển động tịnh tiến pít tông (nhận lực đẩy áp suất cao sinh đốt cháy nhiên liệu) thành chuyển động quay tròn trục khuỷu động (chúng ta nghiên cứu kỹ phần động đốt trong môn học Cấu tạo ô tô) máy búa người ta lại biến chuyển động quay tròn trục động thành chuyển động qua lại đầu búa để rÌn, dËp v.v 100 C¬ cÊu VÝt me - đai ốc Khái niệm: Cơ cấu vít me đai èc gåm vÝt 1, ®ai èc VÝt cã cÊu tạo trục, trục gia công ren hình thang ren hình vuông chiều dài tham gia ăn khớp gọi trục vít me Đai ốc gia công loại ren tương ứng Có thể đai ốc liền đai ốc hai nửa ghép lại tuỳ theo công dụng Hình 3-20 (Hình 3-20) sơ đồ cấu vít đai ốc Nếu cấu dùng để biến chuyển động quay trục vít me thành chuyển động tịnh tiến đai ốc trục vít me khâu dẫn đai ốc khâu bị dẫn ngược lại Mn cho trơc vÝt me võa quay võa chun ®éng tịnh tiến cố định đai ốc vào giá ứng dụng Cơ cấu vít đai ốc dùng thích hợp chuyển động gián đoạn trục vít me đai ốc máy tiện, cấu vít me đai ốc gặp cấu nâng hạ cánh cống thoát nước, máy tiện, loại máy nén v.v Cơ cấu cam cần đẩy Khái niệm: Hình 3-21 sơ đồ cấu cam đẩy Khâu gọi cam thêng cã chun ®éng quay ®Ịu, trun ®éng cho khâu bị dẫn gọi cần đẩy có chuyển động tịnh tiến thẳng lại thông qua lăn tỳ mặt cam, khâu lại gọi giá cố định Nếu quỹ đạo cần đẩy qua tâm quay cam, gọi cam cần đẩy trùng tâm (hình 321a) Nếu quỹ đạo cần đẩy cách tâm quay e cam khoảng e gọi cấu cấu cam cần đẩy lệch tâm (hình 3-21b) Khoảng cách e gọi tâm sai 1 a/ b/ Hình 3-21 Hình 16-4 Phân loại cam: Trong thực tế cấu cam ứng dụng rông rÃi ngành kỹ thuật người ta ®· chÕ t¹o cam cã nhiỊu lo¹i øng dơng nhiều trường hợp khác (hình 3-22) 101 - Theo chuyển động cam: có cam quay (hình a,c,d,e,f,g) cam chuyển động tịnh tiến (hình b) - Theo chuyển động cần lắc: lắc (hình a,f), tịnh tiến (hình- b,c,e,g), chuyển động song phẳng (hình d) Hình 3-22 - Theo dạng đáy cần đẩy (con đội): (hình c), nhọn (hình g), lăn (hình b,d,e), dạng (hình f) Ngoài người ta chế tạo loại cam không gian (hình 3-23) Cơ cấu cam không gian dùng biến chuyển động quay thành chuyển động lắc thông qua rÃnh dẫn hướng mặt cam Trong bơm cao áp hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động ô tô có sử dụng cấu cam dạng Hình 3-23 ứng dụng: Cơ cấu cam cần đẩy biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến dùng nhiều máy cắt kim loại tự động, động ô tô Xét ứng dụng cấu cam dùng để đóng mở supap để nạp nhiên liệu thải khí thải hình (3-24) (Hình 3-24) sơ đồ cấu phân phối khí động đốt Cơ cấu phân phối khí có tác dụng nạp không khí hỗn hợp đốt vào xi lanh để thoát đà đốt cháy khỏi động thời điểm cần thiết Khi phần lồi cam tỳ vào đội thông qua đẩy 3, mổ cò đẩy xupáp mở Khi cam quay qua khỏi phần lồi, xu páp đóng lại nhờ lò xo Hình 3-24: 1- Cam, 2- đội, ( Phần nghiên cứu kỹ 3- đẩy, 4- mổ cò, 5- lò xo, Suppáp phần ®éng c¬ ®èt trong) 102 3.3.2 C¬ cÊu biÕn chun động quay thành chuyển động lắc Cơ cấu cam cần lắc: Khái niệm: Cơ cấu cam cần lắc có sơ đồ (hình 3-25) khâu dẫn cam có chuyển động quay truyền động cho khâu bị dẫn cần lắc có chuyển động lắc qua lắc lại góc định Quy luật chuyển động cần lắc dạng cam chi phối để đảm bảo cho đầu cần tiếp xúc với dạng Hình 3-25 cam người ta thường dùng lò xo ứng dụng: Cơ cấu cam cần lắc biến chuyển động quay cam thành chuyển động lắc qua lại cần lắc dùng máy cắt kim loại tự động, máy dệt, máy bào gỗ loại máy khí khác Hình 3-26 sơ đồ cấu cam cần lắc dùng máy tiện tự động rơ von ve Cam quay làm cho cần l¾c l¾c quanh trơc O2 nhËn chun động lắc truyền cho bàn dao M chuyển động tịnh tiến thẳng lại để công tác; lò xo có nhiệm vụ giữ cho đầu cần lắc tiếp xúc với cam vị trí làm việc Hình 3-26 Cơ cấu cu lít Khái niệm: Cơ cấu cu lít gồm khâu : Khâu dÉn lµ tay quay OA B B1 B2 quay quanh tâm O nằm giá 4, đầu A lắp trượt truyền chuyển động làm cho cu lít cần BC lắc qua lắc lại góc OA quanh tâm C nằm giá Cung B1B2 quỹ đạo đầu b (hình 3-27) øng dơng: C¬ cÊu culÝt biÕn chuyển động quay khâu dẫn thành C Hình Hình3-27 16-9 chuyển động lắc qua lắc lại góc định khâu bị dẫn, thường dùng máy bào 103 3.3.3 Cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn Cơ cấu bánh cóc Khái niệm: Cơ cấu bánh cóc gồm khâu dẫn cần lắc lắc qua lắc lại quanh trục O (cùng trục hình học với bánh cóc), cần lắc đặt cóc quay quanh lề C, khâu bị dẫn bánh cóc 3, khâu lại giá (hình 328) Khi khâu dẫn thực chuyển động lắc (do cấu khác tạo nên từ truyền AB) Khi OA l¾c tõ A1 B A A2 đến A2 cóc lọt vào rÃnh đẩy bánh quay C chiều góc tương ứng Khi khâu dẫn quay ngược lại (hành o trình về) có lướt lưng nên bánh cóc đứng p yên Con cóc P có tác dụng hÃm bánh cóc quay ngược lại ứng dụng : A1 Hình 3-28 Hình 16-11 Cơ cấu cóc dùng biến chuyển động quay liên tục khâu dẫn thành chuyển động quay gián đoạn khâu bị dẫn Thường dùng máy đóng đồ hộp, máy chiếu phim máy cắt kim loại Cơ cấu Man (Malt) Khái niệm: Cơ cấu man cấu khâu (hình 3-29) gồm khâu dẫn tay quay đầu có lắp chốt A Khâu bị dẫn bánh hình có nhiều rÃnh hướng tâm, giá trục quay O1O2 Tay quay quay quanh trơc O1 Khi chèt A lät vµo mét r·nh đĩa làm cho đĩa Hình 3-29 quay quanh trơc O2 Khi chèt A khái r·nh th× ®Üa ngõng quay cho ®Õn lóc chèt A lät vào rÃnh khác đĩa làm cho đĩa quay tiếp Tuỳ theo yêu cầu số lần gián đoạn vòng quay khâu bị dẫn mà chế tạo số rÃnh tương ứng hình 3-29 đĩa có rÃnh, tức khâu dẫn quay vòng khâu bị dẫn quay vòng sau lần gián đoạn 104 Để tăng số lần chuyển động đĩa người ta làm tăng chốt tay quay khân dẫn, song gọi số chất A k số rÃnh đĩa Z k phải đảm bảo điều kiện theo c«ng thøc thùc nghiƯm sau: k 2.Z ; Z-2 (3-8) ứng dụng: Cơ cấu malt dùng để biến đổi chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn Thường dùng máy tự động bán tự động 105 Phụ lục Bảng 1: Đặc trưng hình học mặt cắt ngang JIS G3192 - 1990 Kích thước danh nghĩa Kích thước mặt cắt ngang Diện tích mặt cắt ngang KL 1m Chiều dài Mơmen qn tính Bán kính xoay Mơmen chống uốn H X B t1 t2 r1 r2 A G Ix Iy ix iy Wx Wy mm mm mm mm mm cm2 Kg/m cm4 cm4 cm cm cm3 cm3 150x75 5.5 9.5 4.5 21.83 17.1 819 57.5 6.12 1.62 109 15.3 200x100 7.0 10.0 10 5.0 33.06 26.0 2,170 138 8.11 2.05 217 27.7 200x150 9.0 16.0 15 7.5 64.16 50.4 4,460 753 8.34 3.43 446 100.0 7.5 12.5 12 6.0 48.79 38.3 5,180 337 10.30 2.63 414 53.9 10.0 19.0 21 10.5 70.73 55.5 7,310 538 10.20 2.76 585 86.0 9.0 15.0 13 6.5 74.58 58.5 15,200 702 14.30 3.07 870 93.5 12.0 24.0 25 12.5 111.10 87.2 22,400 1,180 14.20 3.26 1,280 158.0 10.0 18.0 17 8.5 91.73 72.0 24,100 864 16.20 3.07 1,200 115.0 12.5 25.0 27 13.5 122.10 95.8 31,700 1,240 16.10 3.18 1,580 165.0 11.0 20.0 19 9.5 116.80 91.7 39,200 1,510 18.30 3.60 1,740 173.0 13.0 26.0 27 13.5 146.10 115.0 48,800 2,020 18.30 3.72 2,170 231.0 13.0 25.0 25 12.5 169.40 133.0 98,400 2,460 24.10 3.81 3,280 259.0 16.0 35.0 38 19.0 224.50 176.0 130,000 3,540 24.10 3.97 4,330 373.0 250x125 350x150 400x150 450x175 600x190 TCVN 1655 - 75 H X B t1 t2 r1 r2 A G Ix Iy ix iy Wx Wy mm m m m m cm2 Kg/m cm4 cm4 cm cm cm3 cm3 100x55 4.5 7.2 7.0 2.5 12.0 9.46 198 17.9 4.06 1.22 39.7 6.49 120x64 4.8 7.3 7.5 3.0 14.7 11.50 350 27.9 4.88 1.38 58.4 8.72 140x73 4.9 7.5 8.0 3.0 17.4 13.70 572 41.9 5.73 1.55 81.7 11.5 160x81 5.0 7.8 8.5 3.5 20.2 15.90 873 58.6 6.57 1.70 109.0 14.50 106 Bảng Môđuyn đàn håi cđa mét sè vËt liƯu [5] Tªn vËt liƯu Gang xám gang trắng Thép cacbon Thép hợp kim Thép đúc Đồng Nhôm Đuya-ra Gỗ Cao su Bê tông E(N/cm2) (1216).106 (2021).106 21.106 17,5.106 10.106 (6,9 7,1).106 (1 1,2).106 (0,05 1).106 0,0008.106 (1,461,96).106 (1,642,14).106 (1,822,34).106 G (N/cm2) 4,5.106 8,1.106 8,1.106 Ghi chó (3,5 4,5).106 2,7.106 Thí däc Thí ngang Cã giíi h¹n bỊn 1kN.cm2 Cã giíi h¹n bỊn 1,5 kN.cm2 Cã giíi h¹n bền 2kN.cm2 Bảng 3: Đặc trưng học thép; [5] Tªn vËt liƯu ThÐp CT1 ThÐp CT2 ThÐp CT3 40X 40XH Giới hạn bền Giới hạn chảy ch (N/mm2) b (N/mm2) 380 420 350 450 400 500 760 1050 1000 1450 180 200 240 650 900 800 1300 Uèn -1u (N/mm2) 160 220 120 160 170 220 320 480 460 600 Giới hạn mỏi Xoắn Kéo, nén -1x (N/mm ) -1kn (N/mm2) 80 120 120 150 85 120 120 160 100 130 126 160 210 260 240 340 310 420 Bảng 4: Đặc trưng học gang; [5] VËt liÖu C15 - 32 C24 - 44 C38 - 60 KÐo k 150 240 380 Giíi h¹n bỊn (N/mm2) NÐn n Xo¾n bx 650 240 850 300 1300 460 n bu 320 440 600 Giíi h¹n mái (N/mm2) -1u -1x 70 50 120 100 150 115 B¶ng 5: Đặc trưng học gỗ; [5] Vật liệu Chò nâu Dổi đá Dổi tẻ Lim mật Sến mật NÐn thíi ngang 7 10 17 21 16 22 Giíi h¹n bỊn (N/mm2) ë ®é Èm trung b×nh 12% NÐn thí KÐo thíi KÐo thí Uèn tÜnh däc ngang däc däc thí 40 3,4 90 46 89 85 52 118 88 104 58 101 2,8 3,3 107 111 71 4,5 161 134 139 n ®éng däc thí 2,2 2,6 4,4 5,1 5,2 6,8 7,6 Chú ý: Trong tính toán bền vật liệu để xác định ứng suất cho phép: Đối với kéo: [k] = ch/n; ®èi víi nÐn [n] = b/n; ®èi víi xoắn [] = ch/n; trường hợp chịu uốn đổi với vật liệu dẻo [] = [k] = [n] Trong n hệ số an toàn chọn theo tiêu chuẩn tùy loại vật liệu làm đặc điểm tính quan trọng kết cấu sử dụng, n luôn phải lớn (n > 1) 107 Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình môn học Cơ kỹ thuật Tổng cục dạy nghề bàn hành, 2009 [2] Đỗ Sanh, Cơ kỹ thuật, NXB GD & ĐT, 2000 [3] Đoàn Đình Kiến, Cơ kết cấu, NXB KHKT, 2007 [4] PGS.Ts Phạm Văn Tờ, Cơ lý thuyết, Trường ĐHNN-HN, 2005 [5] TS Lê Minh L, Søc bỊn vËt liƯu, Trêng §HNN-HN, 2003 [6] Ts Nguyễn Văn Lẫm, Nguyễn Trọng Hiệp, Thiết kế truyền chi tiÕt m¸y, NXBKHKT, 2000 108 ... bình Giáo trình môn học MH 09 Cơ kỹ thuật Tài liệu dùng giảng dạy cho hệ Cao đẳng nghề & Trung cấp nghề chuyên ngành kỹ thuật Nguyễn Văn Tam Ninh Bình, Năm 2010 Lời nói đầu Môn học Cơ kỹ thuật. .. công nghiệp hoá đại hoá trình độ cao Giáo trình gồm chương, gồm nội dung chuẩn Tổng cục dày nghề quy định năm 2009 cho chuyên ngành Cơ khí thuộc Trường Cao đẳng nghề Trong trình biên soạn đà cố... (1-19) HÖ phương trình (1-19) hệ phương trình cân tĩnh học, tuỳ số phản lực liên kết N phải tìm mà ta sử dụng số phương trình hệ (1-19) Nếu có phản lực N1 số phương trình cần lập trương trình đủ, trường