CHƯƠNG 2: SỨC BỀN VẬT LIỆU Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết 20 20 MỤC TIÊU Học xong chương người học có khả năng: - Trình bày đầy đủ khái niệm nội lực, ứng suất giả thuyết vật liệu - Tính toán nội lực vật liệu bằng phương pháp sử dụng mặt cắt - Trình bày đầy đủ khái niệm công thức xác định độ giãn bị kéo nén - Trình bày đầy đủ khái niệm công thức xác định tấm phẳng hoặc bị cắt dập - Giải thích khái niệm công thức xác định bị xoắn - Giải thích khái niệm công thức xác định dầm, chịu uốn NỘI DUNG 1- Những khái niệm sức bền vật liệu (3h) 1.1- Nhiệm vụ đối tượng sức bền vật liệu - Nhiệm vụ đối tượng sức bền vật liệu: Nhiệm vụ: Cơ học vật rắn biến dạng nghiên cứu hình thức biến dạng vật thực để tìm kích thước thích đáng cho cấu hoặc tiết máy cho bền nhất rẻ nhất Đối tượng nghiên cứu: Vật để chế tạo cấu hoặc tiết máy những vật thật Nói chung vật thật có nhiều hình dạng khác nhau, song đối tượng nghiên cứu vật thực học vật rắn biến dạng thẳng có mặt cắt không đổi, thường biểu diễn bằng đường trục Mặt cắt mặt vuông góc với trục - Một số giả thuyết sức bền vật liệu + Giả thuyết liên tục, đồng tính đẳng hướng vật liệu: điểm vật theo phương có tính chất chịu lực nhau, nữa phần t dù bé chứa vô số chất điểm Giả thiết đúng với vật liệu kim loại + Giả thuyết đàn hồi vật liệu: Nếu lực gây biến dạng không vượt giới hạn nhất định thì vật liệu tồn tại tại một liên hệ bậc nhất giữa biến dạng vật lực gây biến dạng đó Giả thiết Robe Huc phát gọi định luật Huc + Vật liệu trạng thái tự nhiên: trước có ngoại lực tác dụng thì nội lực bằng 33 1.2- Nội lực - Ngoại lực: Ngoại lực lực từ những vật khác hoặc từ môi trường xung quanh tác dụng lên vật xét Đối với ngoại lực chúng ta cần phân biệt tải trọng phản lực Tải trọng lực tác động trực tiếp lên vật thể, thí dụ trọng lượng trục bánh lắp trục Phản lực lực phát sinh chỗ tiếp xúc giữa vật thể tác động lên vật xét, thí dụ lực phát sinh gối đỡ tác động lên trục - Nội lực: Dưới tác dụng ngoại lực, lực liên kết giữa phân tố vật tăng lên để chống lại biến dạng vật ngoại lực gây nên Độ tăng lực liên kết chống lại biến dạng vật coi nội lực Nếu tăng dần ngoại lực thì nội lực tăng dần để cân bằng với ngoại lực Tùy loại vật liệu, nội lực tăng đến một giới hạn nhất định Nếu tăng ngoại lực lớn, nội lực không đủ sức chống lại, vật liệu bị phá hỏng Vì vậy, việc xác định nội lực phát sinh vật tác dụng ngoại lực một những vấn đề học vật rắn biến dạng 1.3- Phương pháp mặt cắt Nội lực xác định bằng phương pháp mặt cắt (hình 2.1) Giới thiệu tổng quát phương pháp mặt cắt để xác định nội lực P1 π A P3 P1 N B A P4 P2 P2 Hình 2.1 Tưởng tượng cắt vật làm phần A B, gọi F diện tích mặt cắt Giả sử xét riêng cân bằng phần A, ta phải tác dụng lên mặt cắt hệ lực phân bố đó nội lực cần tìm Vì phần A nằm trạng thái cân bằng nên nội lực ngoại lực tác dụng lên phần đó hợp thành hệ lực cân bằng Điều đó cho phép chúng ta áp dụng điều kiện cân bằng tĩnh học để xác định nội lực tác dụng ngoại lực Như muốn xác định nội lực một mặt cắt đó ta có thể xét cân bằng phần phải hoặc phần trái mặt cắt đó 34 1.4- Ứng suất Nội lực một hệ lực phân bố liên tục mặt cắt Ta cần xác định nội lực một đơn vị diện tích mặt cắt gọi ứng suất Như ứng suất trị số nội lực một đơn vị diện tích mặt cắt Đơn vị ứng suất N/m2  Giả sử có một có một ứng suất p tai một diện   tích đó (hình 2.2) Ta phân tích p làm hai thành P phần: Thành phần vuông góc với mặt cắt gọi ứng  suất pháp, ký hiệu  Thành phần nằm mặt  A σ cắt gọi ứng suất tiếp, ký hiệu     p    Tùy theo hình thức biến dạng, ứng suất xác định bằng những công thức khác Hình 2.2 2- Kéo nén (4h) 2.1- Khái niệm kéo nén 2.1.1- Định nghĩa Một gọi kéo hoặc nén đúng tâm ngoại lực tác dụng lực trực đối có phương trùng với trục Nếu hai lực trực đối hướng vào thì chịu nén ngược lại chịu kéo (hình 2.3) P P P P Hình 2.3 Một dây cáp cần trục dùng để nâng vật liệu một thí dụ kéo hoặc một ống khói tác dụng trọng lượng thân ví dụ nén 2.1.2- Nội lực Nội lực chịu kéo hoặc chịu nén lực dọc N có phương vuông góc với mặt cắt Lực dọc coi dương lực kéo (hướng mặt cắt) coi âm lực nén (hướng vào mặt cắt) Muốn xác định lực dọc ta dùng phương pháp mặt cắt, tùy theo vị trí mặt cắt mà lực dọc biến thiên theo trục hoành Ta biểu diễn biến thiên đó bằng biểu đồ gọi biểu đồ lực học Ví dụ 2-1: Vẽ biểu đồ lực dọc một chịu kéo biểu diễn hình (hình 2.4) 35 Biết P1 = 5.104 N; P2 = 3.104 N; P3 = 2.104 N I P2 II P1 P3 I II PP1 N1 P2 P1 N2 N2 = 2.104 N N1 = 5.104 N Hình 2.4 Bài giải: Để vẽ biểu đồ lực dọc thanh, ta chia làm đoạn I1, I2 Đối với đoạn thứ nhất I1, thực mặt cắt I-I khảo sát cân bằng phần bên trái Áp dụng phương trình cân bằng tĩnh học: P1 – N1 = Rút N1 = P1 = 5.104 N Khi mặt cắt I-I biến thiên đoạn I1 thì lực dọc N1 không đổi bằng 5.104 N, biểu đồ lực dọc đoạn hằng số có trị số bằng 5.104 N Đối với đoạn I2, thực mặt cắt II-II ta P1 – P2 – N2 = Rút ra: N2 = P1 – P2 = 5.104 – 3.104 = 2.104 N Khi mặt cắt II-II biến thiên đoạn I2 thì lực dọc suốt biểu diễn hình 2.4, hoành độ biểu thị cho trục thanh, tung độ biểu thị lực dọc N tương ứng với mặt cắt trục 36 2.1.3- Ứng suất Trước chịu kéo (hình 2.5 a), ta kẻ mặt những đường song song với trục tạo thành thớ dọc những đường vuông góc với trục tượng trưng cho mặt cắt Sau chịu kéo (hình 2.5 b), thớ dọc vẫn song song với song song với trục (dịch lại gần hơn), mặt cắt ngang vẫn phẳng thẳng góc với trục (dịch xa hơn) a) b) P P Hình 2.5 Từ đó suy ra, kéo hoặc nén đúng tâm phát sinh ứng suất σ phân bổ mặt cắt Gọi F diện tích mặt cắt, ta có: N F N Tổng quát:    F σF = N hay   (2 – 1) “Trị số ứng suất pháp mặt cắt chịu kéo hoặc nén bằng tỉ số giữa lực kéo hoặc nén với diện tích cắt tương ứng” Trị số σ lấy dấu + chịu kéo lấy dấu – chịu nén 2.2- Biến dạng, định luật Húc Dưới tác dụng lực kéo, giãn dài thêm, chiều ngang co lại Ngược lại, tác dụng lực nén, co ngắn lại chiều ngang phình (hình 2.6) Biến dạng dọc tuyệt đối : ∆1 = 11 – Nếu bị kéo thì ∆1 gọi độ giãn, bị nén ∆1 gọi độ co Biến dạng dọc tương đối là:  1 ( hư số) Qua nhiều thí nghiệm kéo nén những vật liệu khác nhau, nhà vật lý học Robe Huc tìm thấy: Khi lực tác dụng chưa vượt qua giới hạn nhất định thì biến dạng học tuyệt đối tỷ lệ thuận với lực: L  P.L EF hay P L  E hay σ = E F L 37 P P b+∆b b L L+∆L P P b b+∆b L+∆L L Hình 2.6 - Định luật Huc: Khi lực chưa vượt giới hạn định, ứng suất kéo – nén tỉ lệ thuận với biến dạng dọc tương đối  σ = E (2 – 2) Hệ số tỉ lệ E phụ thuộc vào loại vật liệu gọi mô đun đàn hồi dọc, có đơn vị đo N/m2 Qua thí nghiệm người ta xác định giá trị E lại vật liệu Dưới bảng mô đun đàn hồi dọc một vài vật liệu thường gặp Vật liệu Thép làm lò xo Thép có chứ 0,15-0,20% bon Thép niken Gang xám Đồng, đồng vàng, đồng thau Nhôm, đua Gỗ Bê tông Cao su E (MN/m2) 2,2.105 2.105 1,9.105 1,15.105 1,2.105 0,7.105 0,1.105 0,1-0,3.105 0,00008.105 38 2.3- Tính toán kéo nén - Ứng suất cho phép – Hệ số an toàn: Để đảm bảo điều kiện an toàn cho chịu kéo hay nén, ứng suất lớn nhất phải nhỏ giới hạn nguy hiểm nó, giới hạn chảy với vật liệu dẻo, giới hạn bền với vật liệu giòn Nói một cách khác ứng suất tính toán lớn nhất chịu kéo hay nén không vượt trị số giới hạn nhất định cho loại vật liệu Trị số giới hạn đó gọi ứng suất cho phép Ký hiệu [σk] ứng suất cho phép kéo [σ n] ứng suất cho phép nén Ứng suất cho phép xác định sau: + Đối với vật liệu dẻo: [ σ k] = [σ n] = [σ] = σ c / n + Đối với vật liệu giòn: [ σ k] = σ BK / n [σ n] = σ BN / n Trong đó, n gọi hệ số an toàn (n>1) Việc chọn hệ số an toàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, phương pháp tính toán, vật liệu, mức độ quan trọng chi tiết… Dưới bảng ứng suất cho phép một vài vật liệu loại thường dùng Vật liêu Thép xây dựng Thép chế tạo máy Gang xám Đồng Nhôm Đuya k (MN/m2) (1,4 – 1,6)102 (1,4 – 1,6)102 (0,28 – 0,8)102 (0,3 – 1,2) 102 (0,3 – 0,8) 102 (0,8 – 1,5) 102 n (MN/m2) (1,4 – 1,6)102 (1,4 – 1,6)102 (1,2 – 1,5)102 (0,3 – 1,2) 102 (0,3 – 0,8) 102 (0,8 – 1,5) 102 - Điều kiện bền chịu kéo (nén): Một chịu kéo (nén) đảm bảo điều kiện bền ứng suất pháp lớn nhất nhỏ hoặc bằng ứng suất cho phép  max  N  [ ] F (2-3) Từ điều kiện bền ta có ba toán kéo nén: - Kiểm tra độ bền - Chọn kích thước mặt cắt - Chọn tải trọng cho phép * Ví dụ 2-2: Kiểm tra độ bền chịu kéo hình 2.4 bằng thép xây dựng có diện tích mặt cắt không đổi F = 5cm2 Và [ σk] = 1,4.102MN/m2 39 Bài giải Ở ví dụ 2-1 ta vẽ biểu đồ lực dọc có Nmax = 5.104N Vậy ứng suất lớn nhất :  max  N max 5.10   100 MN / m F 0,0005 Ta thấy rằng max < [ σk] nên đảm bảo an toàn * Ví dụ 2-3: Một dây cáp bện bằng 36 dây nhỏ, đường kính dây d1 = 2cm Hỏi tải trọng tác dụng bằng để dây cáp an toàn Biết ứng suất cho phép cáp : [σ k] = 60MN/m2 Áp dụng công thức 2-3 ta có:  2 d2  k    2.10 P  F  k    4  36.60  0,68 MN  680 KN Vậy dây cáp chịu tải trọng lớn nhất 680 KN 3- Cắt dập 3.1- Cắt 3.1.1- Định nghĩa Một gọi chịu cắt ngoại lực tác dụng hai lực song song, ngược chiều có trị số nằm hai mặt cắt rất gần (hình 2.7) Mối ghép bằng đinh tán thí dụ đơn giản chịu cắt Mỗi đinh tán chịu cắt (hình 2.8) (4h) P P Hình 2.7 P P P1 n m P1 Hình 2.8 40 - Nội lực: Nội lực chịu cắt lực cắt Q nằm mặt cắt Chẳng hạn tác động lực P, đinh tán chịu lực tác dụng hai lực bằng nhau: P1  P ( n số đinh tán) n Tác dụng lực P1 muốn cắt đinh tán làm đôi theo mặt phẳng giáp m – n hai tấm ghép Lực cắt mặt : Q = P1 3.1.2- Ứng suất Vì nội lực lực cắt Q nằm mặt cắt nên ứng suất cắt ứng suất tiếp  Trong tính toán cắt, ứng suất tiếp  giả thiết phân bố mặt cắt, tức là: c Fc = Q hay c = Q / FC (2 – 4) Trong đó: c ứng suất cắt Q lực cắt FC diện tích mặt cắt P 3.1.3- Biến dạng Trong trình chịu cắt, hai mặt cắt gần phát sinh tượng trượt (hình 2.9) Độ trượt tuyệt đối: ∆S = cc’ = dd’ Độ trượt tương đối: A C’ B S   ac Ta có định luật Húc cắt: Khi lực chưa vượt giới hạn định, ứng suất tỷ lệ thuận với độ trượt tương đối C =  G (2 – 5) C D D’ P Hình 2.9 - Hệ số tỷ lệ G gọi mô đuyn đàn hồi trượt Đơn vị đo MN/m2 (bảng mô đuyn đàn hồi số vật liệu thường gặp) - Điều kiện bền chịu cắt: Một chịu cắt bảo đảm điều kiện bền ứng suất cắt lớn nhất phát sinh nhỏ ứng suất cắt cho phép (tối đa bằng ứng suất cho phép) C  Q  [ C ] FC (2 -6) Từ đó ta có toán cắt: + Kiểm tra bền + Chọn kích thước mặt cắt + Chọn tải trọng cho phép 41 3.2- Dập 3.2.1- Định nghĩa Dập tượng nén cục bộ xảy một diện tích truyền lực tương đối nhỏ hài cấu kiện ép vào nhau, chẳng hạn thân đinh tán chịu dập thành lỗ ép vào nó (hình 2.10) d Pd Pd Pd b Hình 2.10 Như vậy, tại mối ghép đinh tán, đinh tán chịu cắt chịu dập với lực dập Pd  P n 3.2.2- Ứng suất Dưới tác dụng lực dập, ta quy ước mặt cắt dọc trục đinh tán phát sinh ứng suất dập σ d Giả thiết dập σ d phân bố ta có σ d = Pd / Fd Trong đó Pd lực dập Fd hình chiếu diện tích mặt bị dập lên mặt phẳng vuông góc với lực dập (Fd = d.b) - Điều kiện bền chịu dập: Một chịu dập bảo đảm điều kiện bền ứng suất dập lớn nhất phát sinh chịu dập nhỏ ứng suất dập cho phép (tối đa bằng ứng suất dập cho phép) σ d = Pd / Fd  [σ d] (2 – 7) Từ đó ta có toán dập: + Kiểm tra bền + Chọn kích thước mặt dập + Chọn tải trọng cho phép * Ví dụ 3.1: Mối ghép gồm đinh tán chịu tác dụng lực P = 30KN để ghép tấm tôn, mổi tấm có chiều dày 10 mm Đường kính đinh tán d =10 mm Hãy kiểm tra độ bền mối ghép, biết  C   80MN / m ;  d   30MN / m Bài giải Mỗi đinh tán chịu lực cắt Q  P 30   5KN n 42 Tỉ số truyền hệ bánh thường tỉ số tốc độ góc giữa trục dẫn I trục bị dẫn IV  n i14    4 n4 Trong đó tỉ số truyền cặp bánh là: Z   Z  Z i12    ; i23    3, ; i34    4, 2 Z1 3 4 Z2 Z3 Nhân tỉ số truyền với nhau:     i12 i23 i34    i14  3   Tức là: i14  i12 i23 i34  Hay: i14  (1) 1 n1   n4 Z2 Z3 Z4 Z Z ' Z '3 Viết tổng quát cho hệ bánh thường có số bánh từ từ k là: (3 - 7) i1k  i12 i23 .i( k 1) k i1k  (1) m Z Z2 Z3 k Z Z ' Z ' k 1 (3 - 8) 3.1.3- Ứng dụng Cơ cấu bánh sử dụng phổ biến nhiều thiết bị máy móc vì: + Truyền động chính xác + Thực tỉ số truyền lớn cực lớn, dạt nhiều tỉ số truyền khác + Có thể thay đổi chiều quay trục bị dẫn So với cấu truyền động khác, cấu bánh có nhiều ưu điểm, bật: + Gọn, nhẹ, chiếm ít chỗ, khả truyền tải lớn + Hiệu suất truyền động cao, tỉ số truyền cố định + Sử dụng lâu dài, làm việc chắn + Dễ bảo quản, thay Tuy nhiên cấu bánh nhược điểm: + Đòi hỏi chế tạo chính xác + Có nhiều tiếng ồn vận tốc lớn + Chịu va đập kém Trong trình sử dụng, bánh thường gặp dạng hư hỏng sau: + Mặt bị tróc mảng, chế tạo hoặc lắp ghép thiếu chính xác, độ tiếp xúc hai mặt nhỏ nên không đủ sức chịu đựng, đột nhiên dính vào nhau, rời tróc mảng 70 + Răng bị sét mẻ, thường trục bị cong hoặc lắp trục không song song, ứng suất tập trung vào một phía khiến bị sứt mẻ + Răng bị mài mòn bôi trơn kém hoặc sử dụng lâu ngày Bộ bánh tốt làm việc phát tiếng kêu u Nếu kêu to, lọc có thể kẻ hở cạnh lớn sinh va chạm Nếu tiếng kêu ken két, máy bị rung có thể khe hở cạnh nhỏ hoặc khoảng tâm nhỏ bình thường Nếu có tiếng gầm lớn, tăng tốc kêu lớn có thể mặt chế tạo sai, không đồng đều, mặt có vết lõm hoặc kẽ nứt Nếu tiếng kêu không theo chu kì có thể tâm bánh không trùng với tâm trục… Để tránh hư hỏng nói trên, cần phải thực chế độ sử dụng bảo quản hợp lý: + Phải bảo đảm độ chính xác khoảng cách tâm, độ song song hoặc vuông góc giữa trục, khe hở cạnh độ tiếp xúc mặt + Phải thực chế độ bôi trơn đủ đúng loại dầu mỡ, tránh bụi bặm mặt bẩn lẫn vào, nhất bộ truyền tải lớn độ chính xác cao 3.2- Cơ cấu xích 3.2.1- Khái niệm Cơ cấu xích dùng để truyền động quay giữa trục cách xa (có thể đến 8m) nhờ ăn khớp mắt xích với đĩa xích (Hình 3.20) lược đồ cấu xích, gồm khâu dẫn có đĩa xích với số Z1 lắp cố định trục I, khâu bị dẫn có đĩa xích với số Z2 lắp cố định trục II, khâu trung gian một chuỗi mắt xích nối với bằng lề, khâu lại giá Ngoài có thể lắp thêm thiết bị phụ thiết bị căng xích, thiết bị bôi trơn hộp che Đôi dùng một xích để truyền động từ đĩa dẫn sang nhiều đĩa bị dẫn Hình 3.20 71 Xích thường chia làm ba loại: + Xích trục (hình 3.21 a) làm việc với vận tốc thấp, 0,25m/s tải trọng lớn, dùng tời ba lăng… + Xích kéo (hình 3.21 b) làm việc với vận tốc không 2m/s để vận chuyển vật nặng máy trục, băng tải, thang máy máy vận chuyển khác + Xích truyền động làm việc với vận tốc cao để truyền từ trục sang trục khác, gồm: xích ống (hình 3.21 c), xích ống lăn (Hình 3.21 d), xích (hình3.21 e), xích định hình (hình 3.21 g) Hình 3.21 3.2.2- Tí số truyền Công thức tính tỉ số truyền xích tương tự công thức tỉ số truyền bánh i12  n1 Z  n2 Z1 (3 - 9) Trong đó n1, n2 số vòng quay phút đĩa dẫn đĩa bị dẫn; Z1, Z2 số đĩa dẫn đĩa bị dẫn Tỉ số truyền hạn chế khuôn khổ kích thước bộ truyền, thông thường i  Cần chú ý rằng, vận tốc đĩa xích tăng thì đĩa xích chóng mòn, tỉ trọng động lớn xích làm việc ồn Vì thường lấy vận tốc xích không 15m/s Mặt khác số đĩa xích tí xích chóng mòn, va đập mắt xích đĩa tăng, xích làm việc ổn 72 3.2.3- Ứng dụng Cơ cấu xích chủ yếu dùng trường hợp: + Các trục có khoảng cách trung bình, dùng truyền động bánh thì phải thêm nhiều bánh trung gian không cần thiết + Yêu cầu kích thước nhỏ gọn làm việc không trượt (truyền động bằng đai không thỏa mãn được) Cơ cấu xích dùng máy vận chuyển máy nông nghiệp Truyền động xích có ưu điểm là: + Có thể truyền động giữa hai trục xa đến 8m + Có khuôn khổ kích thước nhỏ gọn so với cấu đai truyền + Không trượt truyền động đai + Hiệu suất cao, có thể đạt tới 90% chăm sóc tốt sử dụng hết khả tải + Lực tác dụng lên trục nhỏ so với truyền động đai + Có thể một lúc truyền động cho nhiều trục Tuy nhiên truyền động xích có nhược điểm sau: + Đòi hỏi chế tạo lắp ráp chính xác so với bộ truyền bằng đai, chăm sóc phức tạp + Chóng mòn, nhất bôi trơn không tốt làm việc nơi nhiều bụi + Vận tốc tức thời xích, đĩa bị dẫn không ổn định, nhất số đĩa ít + Có tiếng ồn làm việc + Giá thành cao Trong trình làm việc, cấu xích thường gặp hư hỏng sau: + Xích đĩa bị mòn, làm bước xích tăng lên, xích ăn khớp với đĩa gần đỉnh nên dễ dàng làm cho xích trượt khỏi đĩa xích Đôi lúc má xích mòn làm gẫy hoặc đứt xích hoặc đĩa xích mòn làm mất khả truyền động xích + Khi lắp, hai đĩa xích không nằm một mặt phẳng làm cho xích bị vặn, lắp căng gây tải trọng phụ hoặc 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 bôi trơn không tốt để cát bụi bám vào làm cho xích đĩa chóng 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 73 3.3- Cơ cấu bánh vít trục vít 3.3.1- Khái niệm Cơ cấu bánh vít – trục vít thuộc nhóm cấu bánh đặc biệt, dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau,thường góc hai trục 90o (hình 3.22) Hình 3.22 Cơ cấu bánh vít – trục vít gồm có: + Bánh vít giống một bánh nghiêng + Trục vít cấu tạo giống một trục nghiêng, trục đó có nhiều vòng ren dùng để ăn khớp với bánh vít Trục vít làm liền với trục bằng thép hợp kim, bánh vít có thể làm liền hoặc ghép vành bằng đồng với đĩa bằng gang 3.3.2- Tỉ số truyền Thông thường trục vít khâu dẫn truyền chuyển động quay cho bánh vít Gọi z1 số mối ren trục vít (trục vít có thể có 1, 2, hoặc mối ren) z2 số bánh vít Tỉ số truyền cặp bánh vít – trục vít bằng tỉ số giữa số bánh vít với số mối ren trục vít i12  n1 z  n2 z1 (3 - 10) Vì số mối ren z1 trục vít nhỏ, có lấy z1= bộ truyền bánh vít – trục vít có thể đạt tỉ số truyền rất lớn mà bộ truyền khác không thực 74 3.3.3- Ứng dụng Cơ cấu bánh vít – trục vít có hiệu suất thấp nên thường dùng để truyền công suất nhỏ trung bình (thường không 50-60kw) tỉ số truyền thường khoảng 8-100 đặc biệt có thể tới 1000 dùng với công suất nhỏ Cơ cấu bánh vít – trục vít dùng máy trục, máy cắt kim loại, ô tô… Cơ cấu bánh vít – trục vít có ưu điểm chính sau: + Tỉ số làm việc lớn + Làm việc êm, ít ồn + Có khả tự hãm Nhược điểm chủ yếu cấu bánh vít – trục vít là: + Hiệu suất thấp, bộ truyền tự hãm, hiệu suất thấp + Cần dùng vật liệu giảm ma sát (đồng thanh) để làm bánh vít nên giá thành cao Do đặc điểm kết cấu bánh vít – trục vít đòi hỏi lắp gia công chính xác, đảm bảo chế độ bôi trơn, không, chất lượng sử dụng giảm nhiều, phát nhiệt lớn, mài mòn nhanh hiệu suất thấp Để cấu bánh vít – trục vít làm việc tốt cần bảo đảm điều kiện sau: + Đường tâm bánh vít – trục vít phải chính xác, không nghiêng lệch bảo đảm kích thước + Giữa bánh vít ren trục vít có khe hở cần thiết + Mặt cạnh tiếp xúc tốt + Cơ cấu quay nhẹ nhàng, trơn Nếu quay nặng chứng tỏ lắp ghép không tốt, nghiêng lệch nhiều, nhiều khe hở Cần phải điều chỉnh kịp thời 4- Cơ cấu truyền động cam 4.1- Khái niệm (4h) Cơ cấu cam – cần đẩy gồm có ba khâu: Khâu gọi cam, thường có chuyển động quay đều, truyền động cho khâu bị dẫn gọi cần đẩy có truyền động tịnh tiến thẳng lại thông qua lăn tỳ mặt cam, khâu lại gọi giá Nếu quỹ đạo cần đẩy qua tâm quay cam, ta có cấu cam – cần đẩy trùng tâm (hình 3.23 a) Nếu quỹ đạo cần cách tâm quay cam một khoảng e thì gọi cấu cam – cần đẩy lệch tâm, khoảng cách e gọi tâm sai (hình 3.23 b) 75 Hình 3.23 4.2- Ứng dụng Cơ cấu cam – cần đẩy biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, dùng mắt cắt kim loại tự động, cấu điều tiết nhiên liệu động đốt trong, máy dệt máy công nghiệp khác (Hình 3.24) sơ đồ máy chỉ, cam quay làm cần đẩy tịnh tiến thẳng lại, đầu B cần đẩy có luồn để rải sợ vào ống 3, đồng thời truyền động phối hợp qua bộ truyền trục vít – bánh vít để đảm bảo tốc độ quay ống với hành trình kép cần đẩy Hình 3.24 76 Hình 3.25 sơ đồ cấu phân phối khí xupáp kiểu đặt dùng động đốt Hình 3.25: Sơ đồ cấu tạo cấu phân phối khí kiểu xupáp đặt Đế xupáp; Xupáp; Ống dẫn huớng; Lò xo; Móng hãm; Bulông điều chỉnh; Đai ốc hãm; Con đội; Cam Nguyên lý hoạt động cấu sau: - Khi động làm việc, trục khuỷu động thông qua cặp bánh dẫn động làm cho trục cam vấu cam (9) quay theo - Khi cam quay từ vị trí thấp nhất tới vị trí đỉnh cao nhất vấu, cam tiếp xúc với đội (8), đẩy đội lên, đẩy xupáp lên mở cửa nạp (hoặc xả) Lúc lò xo (4) xupáp bị nén lại - Khi cam quay từ vị trí đỉnh cao nhất vị trí thấp nhất, nó vẫn tiếp xúc với đội, lò xo (4) giãn nhờ sức căng lòxo đẩy xupáp chuyển động đóng kín cửa nạp (xả) Kết thúc trình nạp (xả) động 5- Các cấu truyền động khác (Lý thuyết 5h +kiểm tra 1h) 5.1- Cơ cấu tay quay truyền 5.1.1- Khái niệm Cơ cấu tay quay – truyền gồm có khâu (hình 3.26): tay quay 1, truyền 2, trượt giá Khi tay quay, truyền truyền chuyển động quay từ tay quay đến trượt 3, làm cho trượt chuyển động tịnh tiến thẳng rãnh trượt Khi trượt vị trí thấp hoặc cao nhất thì tay quay truyền nằm một đường thẳng tại vị trí đó, trượt chuyển sang hành trình ngược lại 77 Nếu cấu tay quay – truyền dùng để biến chuyển động quay tay quay thành chuyển động thẳng tịnh tiến lại trượt, thì tay quay khâu dẫn, trượt khâu bị dẫn truyền khâu trung gian Ngược lại, cấu tay quay – truyền dùng để biến chuyển động thẳng tịnh tiến lại trượt thành chuyển động tay quay thì trượt lại khâu dẫn tay quay trở thành khâu bị dẫn, truyền khâu trung gian 5.1.2- Ứng dụng Cơ cấu tay quay – trượt có khả truyền tải lớn nên dùng nhiều kỹ thuật, động đốt máy nước, nó dùng để biến chuyển động tịnh tiến pittong thành chuyển động quay trục cơ; máy búa hơi, để biến chuyển động quay trục động thành chuyển động thẳng tịnh tiến lại đầu búa làm nhiệm vụ rèn đập Hình 3.26 5.2- Cơ cấu cóc 5.2.1- Khái niệm: Cơ cấu bánh cóc gồm khâu dẫn cần lắc qua lại quanh trục O (có trục hình học với bánh cóc) cần lắc đặt cóc quay quanh lề C, khâu bị dẫn bánh cóc 3, khâu lại giá (hình 3.27) Hình 3.27 78 Khi khâu dẫn thực chuyển động lắc (do một cấu khác tạo nên, hình biểu diễn phần truyền AB), từ A1 đến A2, cóc lọt vào rãnh bánh cóc đẩy bánh cóc quay chiều một góc tương ứng Khi khâu dẫn quay ngược lại (hành trình về) thì cóc lướt lưng bánh nên bánh cóc đứng yên, cóc D có tác dụng hãm không cho bánh cóc quay ngược lại 5.2.2- Ứng dụng: Cơ cấu bánh cóc biến chuyển động quay khâu dẫn thành chuyển động quay gián đoạn khâu bị dẫn, thường dùng máy đóng hộp, máy chiếu phim máy cắt kim loại 5.3 Cơ cấu đăng 5.3.1- Khái niệm - Cơ cấu đăng dùng để truyền dẫn mô men xoắn giữa hộp số với cầu chủ động giữa cầu trước chủ động với bánh xe (truyền dẫn giữa trục không đồng tâm có dịch chuyển tương đối) - Yêu cầu + Truyền dẫn hết mô men xoắn bất cứ tốc độ quay + Làm việc êm, ít rung có hiệu suất truyền lực cao + Kết cấu đơn giản có độ bến cao + Kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa thuận lợi dễ dàng 5.3.2 - Phân loại Truyền động đăng phân loại: a, Theo công dụng - Các đăng nối giữa hộp số chính với cầu chủ động hoặc với thiết bị phụ (tời) - Các đăng nối giữa cầu chủ động với bánh xe b, Theo đặc điểm động học - Các đăng khác tốc - Các đăng đồng tốc c, Theo kết cấu - Các đăng có chốt chữ thập - Các đăng kiểu bi 5.3.3 - Cấu tạo hoạt động truyền động đăng a- Truyền động đăng khác tốc (các đăng đơn) - Cấu tạo (hình 3.28) + Trục chủ động : Trục chủ động làm bằng thép ống bên có then hoa để lắp với trục bị động, một đầu có mặt bích để lắp nạng chữ U lắp với hai đầu chốt chữ thập thông qua hai ổ bi kim 79 + Trục bị động : Trục bị động gồm hai phần lắp nối với bằng then hoa, hai đầu có nạng chữ U có lỗ lắp với hai đầu lại chốt chữ thập bằng hai ổ bi kim Các trục đăng cân bằng chính xác có dấu lắp ghép hai đầu nạng (khớp nối) Nạng đăng Chốt chữ thập Chốt chữ thập Ổ bi kim Trục bị động Trục chủ động Nạng đăng Hình 3.28- Sơ đồ cấu tạo truyền động đăng khác tốc (loại trục chữ thập) - Nguyên lý hoạt động Khi hai trục lắp với bằng một khớp: Nếu đồng tâm thì tốc độ quay hai trục (ω2 = ω1), hai trục không đồng tâm (lệch một góc) thì tốc độ quay chúng khác (ω2 ≠ ω1) góc lệch α lớn, chênh lệch tốc độ lớn làm tăng tải trọng động cho truyền động đăng b- Truyền động đăng đồng tốc (các đăng kép) - Cấu tạo (hình 3.29) + Trục chủ động Trục chủ động làm bằng thép ống bên có then hoa (hoặc mặt bích) để lắp với phải, một đầu có mặt bích chế tạo liền với nạng chữ U để lắp với hai đầu chốt chữ thập thông qua hai ổ bi kim + Trục trung gian Hình -2 Cấu tạo cá c đăng khác tốc a- Hộp phân phối cấp; b- Hộp phân phối hai cấp Hình 3.29 a- Cấu tạo đăng kép (đồng tốc) 80 Trục trung gian gồm hai phần lắp nối với bằng then hoa, hai đầu có nạng chữ U có lỗ lắp với hai đầu lại chốt chữ thập bằng hai ổ bi kim + Trục bị động Trục bị động có ống then hoa để lắp với then hoa đầu trục chủ động truyền lực chính cầu chủ động một đầu có mặt bích nạng bị động lắp với trục trung gian bằng một khớp chữ thập Các trục khớp đăng cân bằng chính xác có dấu lắp ghép hai đầu nạng (khớp nối) Trên ô tô dùng liên hợp hai khớp đăng khác tốc (các đăng kép), bố trí theo sơ đồ dạng chữ Z hay chữ V, bao gồm ba trục: trục chủ động, trục trung gian (gồm hai nửa) trục bị động - Nguyên lý hoạt động Truyền động đăng kép bao gồm hai khớp ba trục, trục chủ động trục bị động đặt lệch với trục trung gian một góc ω2 = ω1 Khi trục chủ động quay với tốc độ ω1 thông qua hai chốt chữ thập, làm cho trục trung gian quay tốc độ ω2 ≠ ω1 (khác tốc) đồng thời làm quay trục bị động với tốc độ ù3, để truyền mô men xoắn từ phải đến cầu chủ động Điều kiện để trục bị động trục chủ động quay ω3 = ω1 (đồng tốc), góc α1 = α2 mặt phẳng đầu nạng trục trung gian nằm một mặt phẳng (lắp đúng dấu) Phần then hoa trục trung gian, đảm bảo độ dịch chuyển dọc trục cấu treo ô tô đàn hồi Loại đăng kép bố trí cầu sau chủ động có khoảng cách giữa cụm lớn, thường bố trí thêm gối đỡ trung gian để treo ổ bi trục trung gian lên khung xe làm tăng độ cứng vững truyền lực đăng Hình 3.29 b - Cấu tạo đăng kép (loại có gối đỡ trung gian ổ bi treo) 81 c- Truyền động đăng đồng tốc kiểu bi - Cấu tạo (hình 3.30 ) Truyền động đăng đồng tốc khiểu bi lắp cầu trước dẫn hướng chủ động bao gồm: + Trục chủ động Làm bằng thép có then hoa để lắp với hộp vi sai, một đầu có nạng khớp cầu chữ C, hai bên nạng có rãnh tròn chứa viên bi truyền lực + Trục bị động Có cấu tạo tương tự trục chủ động, lắp đối diện tạo thành một khớp chứa viên bi, một viên nằm tâm khớp có lỗ chốt định vị viên bi nằm xung quanh để truyền lực - Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hình thành đăng kiểu bi có thể xem xét sở một bộ truyền bánh côn ăn khớp có kích thước hình học giống hoàn toàn Khi hai đường tâm trục thay đổi, tức thay đổi góc nghiêng truyền mômen để có điều kiện đồng tốc (ω2 = ω1) thì phải đảm bảo: + Giữ nguyên khoảng cách từ điểm truyền lực tới điểm giao hai đường tâm trục + Điểm truyền lực luôn nằm mặt phẳng phân giác góc tạo nên giữa hai đường tâm trục, góc tạo nên giữa hai đường tâm trục 300 cho phép viên bi nằm mặt phẳng lệch với trạng thái trung gian 150 + Để đảm bảo điều kiện làm việc truyền mô men xoắn khớp bi, tránh tượng viên bi chạy khỏi rãnh tròn nạng thì góc quay lớn nhất bánh xe dẫn hướng không vượt 300 Hình 3.30 Sơ đồ cấu tạo truyền động đăng đồng tốc 82 Câu hỏi ôn tập Nêu định nghĩa cấu Truyền động Hãy kể tên một số cấu truyền động Nêu định nghiã khâu, khớp, lược đồ khâu, khớ Cho một vài ví dụ cụ thể Viết công thức tính tỷ số truyền một cặp bánh một hệ bánh thường Nêu ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng cấu truyền động xích Nêu ứng dụng cấu tay quay trượt cấu cam cần đẩy vào công nghệ ô tô 6- Hãy mô tả cấu tao trình bày nguyên lý làm việc cấu Các đăng đơn hình vẽ 83 Tài liệu tham khảo 1- Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Đình, Nguyễn văn Khang (2009) - Giáo trình Cơ họcTập1 (Tĩnh học động học) - NXB Giáo dục 2- Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Vượng, Phan Hữu Phúc (2009) - Giáo trình Cơ kỹ thuật - NXB Giáo dục 3- Nguyễn Khắc Đam (1992) - Giáo trình Cơ kỹ thuật - NXB Giáo dục 4- Nguyễn Quang Tuyến, Nguyễn Thị Thạch (2005) - Giáo trình Cơ kỹ thuật Sở giáo dục đào tạo Hà Nội - NXB Hà Nội 84 [...]... ô bền về cắt , áp dụng công thức (2- 6) ta có c  Q  Fc 5.10 3 10.10  3 2 3,14  63,7 MN / m 2 4  c  63,7MN / m <  C   80MN / m 2 nên mối ghép đảm bảo ô bền về cắt 2 Kiểm ta ô bền về dập , áp dụng công thức (2- 8) ta có - Pd 5.10 3 d    25 MN / m 2 3 3 Fd 20 .10 10.10  d  25 MN / m 2 <  d   30MN / m 2 nên mối ghép đảm bảo ô bền về dập Kết luận: Mối ghép đảm bảo ô ... 1.1 .2- Khái niệm về cơ cấu truyền ô ng Cơ cấu truyền ô ng là tập hợp các tiết máy dùng để truyền hoặc biến đổi một chuyển ô ng sẵn có thành một chuyển ô ng mong muốn bao gồm: + Cơ cấu truyền chuyển ô ng quay như: cơ cấu bánh răng, cơ cấu xích, cơ cấu bánh vít – trục vít, cơ cấu đai truyền, cơ cấu bánh ma sát + Cơ cấu biến đổi chuyển ô ng như: cơ cấu bánh răng – thanh răng, cơ. .. WO Để lập công thức tính toán các trục uốn xoắn ô ng thời, ta áp dụng thuyết bền (không chứng mính)  tinh   2 max  4 2 mã  M U2 M X2   W X2 WO2 M U2 4 M X2   W X2 4W X2 M U2  M X2 W X2 Đặt M tinh  M U2  M X2 và gọi là mô men tính toán Ta có:  tinh  M tinh WX (2 – 15) Một thanh uốn-xoắn ô ng thời đảm bảo điều kiện bền khi ứng suất tính tại tiết diện nguy hiểm phải nhỏ hơn... mã lực để truyền đến nguồn tiêu thụ Trục quay đều với vận tốc n = 150 vòng/phút 44 Bài giải Các mô men tác dụng lên các pu ly : N1 50  71 62  23 87 N n 150 N 30 m2  71 62 2  71 62  14 32 N n 150 N 150 m3  71 62 3  71 62  71 62 N n 150 N 70 m4  71 62 4  71 62  33 12 N n 150 m1  71 62 Để vẽ biểu ô mô men nội lực, ta dùng các mặt căt chia trục thành các đoạn như (hình 2. 11-b) Áp dụng các phương... bằng lược ô nên các cơ cấu truyền ô ng cũng được biểu diễn bằng lược ô và gọi là lược ô cơ cấu truyền ô ng đều được biểu diễn bằng lược của nó Thời gian: 4 giờ 2 Cơ cấu truyền động ma sát 2. 1 Cơ cấu truyền ô ng đai 2. 1.1-Khái niệm 2 ω1 11 1 I O1 O2 11 1 11 1 I I a) b) c) Hình 3.5 Cơ cấu truyền ô ng đai dùng để truyền chuyển ô ng quay giữa hai trục cách xa nhau Bộ truyền ô ng đai... bền * Ví dụ 3 .2 : Tính số đinh tán cần thiết cho một mối ghép đinh tán chịu tải trọng P = 720 KN Loại đinh tán có đường kính 20 mm, chiều dày mỗi tấm tôn là t = 10 mm Biết  C   100 MN / m 2 ;  d   24 MN / m 2 Bài giải Tính số đinh tán chịu cắt, áp dụng công thức (2 -6) ta có : P Q 4P c   n2    c  Fc d nd 2 4 4P 4. 720 10 3   24 d 2  c  3,14 20 .10 3 2 100 10 6 => n... từng mặt cắt ta được một trị số Mx tương ứng Ta biểu diễn trị số Mx của các mặt cắt trên trục bằng biểu ô gọi là biểu ô mô men xoắn * Ví dụ 4-1: Vẽ biểu ô mô men xoắn của trục chịu xoắn trên (hình 2. 11-a) Cho biết: Pu ly 3 truyền cho trục một công suất N3 = 150 mã lực Pu ly 1 nhận công suất N1 = 50 mã lực, Pu ly 2 nhận công suất N2 = 30 mã lực, Pu ly 4 nhận công suất N4 = 70 mã... bền của dầm, biết  u   120 MN / m P A B 2m Hình 2. 22 56 Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết 22 22 CHƯƠNG 3: CHI TIẾT MÁY MỤC TIÊU Học xong chương này người học có khả năng: - Giải thích được các khái niệm về khâu, chi tiết máy, khớp ô ng, chuỗi ô ng, cơ cấu, máy - Chuyển đổi được các khớp, khâu, các cơ cấu truyền ô ng thành các sơ ô truyền ô ng đơn giản - Trình bày được các cấu tạo,... MN/m2 P 2m 2m Mu Mu max = Pl/4 Hình 2. 20 Bài giải: Biểu ô MU được biểu diễn trên hình 12- 3 có: M U max  q.l 0,18.4   0,18 MN m 4 4 Áp dụng công thức 12- 2:  m az   min M U max ab 2 M U max  hay WX 6 [ U ] Mà b = 2a nên 4a 3 M U max  6 [ U ] và a  3 3.0,18  0,3m 2. 10 5.4- Khái niệm về thanh chịu lực phức tạp Trong thực tế các trục chuyền chuyển ô ng thường chịu uốn và xoắn ô ng... thân của ô ng cơ hoặc điều chỉnh bằng vít 2. 1 .2- Tỷ số truyền Trong truyền ô ng đai có hai dạng trượt của đai trên bánh đai là trượt trơn và trượt đàn hồi Trượt trơn chỉ xảy ra khi bộ truyền làm việc quá tải, trượt đàn hồi xảy ra do sự đàn hồi của đai Do trượt đàn hồi nên tỷ số truyền của đai không ổn định i n1 D2  n 2 D1 (1   ) (3 - 1) 62 Trong đó: n1, n2 là số vòng quay một phút