UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CƠ KỸ THUẬT NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: ………. của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG 1. Lời giới thiệu 2 2. Chƣơng trình môn học Cơ kỹ thuật 5 4.
Phần 1: Cơ học vật rắn biến dạng 7 5. Chƣơng 1: Những khái niệm 7 6. Chƣơng 2: Kéo nén đúng tâm 67 7. Chƣơng 3: Cắt – Dập 25 8.
Chƣơng 4: Xoắn thanh tròn 30 9. Chƣơng 5: Uốn phẳng của thanh thẳng 40 10. Chƣơng 6: Những khái niêm cơ bản của nguyên lý 62 máy 12. Chƣơng 7: Cơ cấu truyền chuyển động quay 67 13.
Chƣơng 8: Cơ cấu biến đổi chuyển động 90 14. Tài liệu tham khảo 98 1 TÊN MÔN HỌC: CƠ KỸ THUẬT Mã môn học: MH 08 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: + Cơ kỹ thuật là môn học kỹ thuật cơ sở đƣợc đƣa vào giảng dạy ngay từ học kỳ đầu tiên của khoá học, bố trí song song với các môn học khác nhƣ vẽ kỹ thuật, vật liệu, đo lƣờng kỹ thuật. + Là môn học bắt buộc Mục tiêu của môn học: - Viết đƣợc các phƣơng trình cân bằng cho một hệ lực phẳng bất kỳ; - Trình bày đƣợc phƣơng pháp vẽ biểu đồ nội lực cho thanh có các dạng chịu lực khác nhau; - Trình bày đƣợc cách phân tích lực, xác định mặt cắt nguy hiểm và tính toán độ bền cho một số kết cấu đơn giản; - Viết đƣợc phƣơng trình cân bằng và tính đƣợc phản lực cho các liên kết cơ bản; - Tính toán đƣợc kiểm bền đƣợc cho một số kết cấu có sẵn; - Tính toán thiết kế đƣợc kích thƣớc của một số kết cấu thƣờng dùng trong lắp đặt; - Rèn luyện tính cẩn thận, khả năng tƣ duy sáng tạo, phong cách làm việc độc lập cũng nhƣ kỹ năng hoạt động theo nhóm. Nội dung của môn học: Thời gian Kiểm Thực Số tra* Tên chƣơng/mục Tổng Lý hành TT (LT số thuyết Bài hoặc tập TH) Các khái niệm 6 6 Các định nghĩa và khái niệm Tải trọng I Nội lực và ứng suất Phƣơng pháp mặt cắt Biến dạng Các giả thiết cơ bản về vật liệu II Kéo nén đúng tâm 6 4 1 1 Lực dọc và biểu đồ lực dọc Ứng suất, định luật Húc trong kéo nén đúng tâm Biến dạng 1 Các bài toán cơ bản về kéo nén đúng tâm III Cắt, Dập 5 4 1 Lực cắt và ứng suất Biến dạng cắt, định luật húc trong cắt Biến dạng dập Các bài toán cơ bản về cắt dập IV Xoắn thanh tròn 5 4 1 Mô men xoắn nội lực, biểu đồ mô men Ứng suất Biến dạng Các bài toán cơ bản về xoắn V Uốn ngang phẳng thanh thẳng 8 5 2 1 Nội lực, biểu đồ nội lực Ứng suất Các bài toán cơ bản về uốn VI Các khái niệm cơ bản về nguyên lý 3 3 máy Lịch sử phát triển môn học Các định nghĩa VII Các cơ cấu truyền chuyển động quay 6 5 1 Cơ cấu bánh răng Cơ cấu xích Cơ cấu Trục vít - Bánh vít Cơ cấu đai truyền Cơ cấu bánh ma sát VIII Cơ cấu biến đổi chuyển động 6 5 1 Cơ cấu Bánh răng - Thanh răng Cơ cấu Tay quay - Con trƣợt Cơ cấu Cam Cơ cấu Cu lít Cơ cấu cóc Cơ cấu Man Cộng 45 36 7 2 2 PHẦN I: CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG CHƢƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM Mã chƣơng: MH08 – 01 Mục tiêu: - Nêu đƣợc các khái niệm về: Tải trọng, nội lực, ứng suất và các giả thiết cơ bản về vật liệu.
- Xác định đƣợc giới hạn nghiên cứu của môn học. - Phân tích đƣợc trạng thái làm việc, biến dạng của thanh - Xác định đƣợc dạng biến dạng cơ bản của thanh - Sử dụng phƣơng pháp mặt cắt để xác định nội lực trong thanh; - Rèn luyện tính cẩn thận, khả năng tƣ duy sáng tạo, phong cách làm việc độc lập cũng nhƣ kỹ năng hoạt động theo nhóm. Nội dung chính: 1. NHIỆM VỤ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU CỦA MÔN HỌC: 1.
Nhiệm vụ: Cơ học vật rắn biến dạng nghiên cứu các hình thức biến dạng của vật thực, để tìm ra những kích thƣớc thích đáng cho mỗi cơ cấu hoặc tiết máy sao cho bền nhất và rẻ nhất. Trong ngành chế tạo máy hoặc trong các công trình, các vật liệu nhƣ thép gang, bê tông. là các vật rắn thực. Nghĩa là vật thể sẽ biến dạng, bị phá huỷ dƣới tác dụng của ngoại lực, nhiệt độ.
Khi thiết kế các bộ phận công trình hoặc các chi tiết máy ra phải đảm bảo: - Chi tiết máy không bị phá huỷ tức là đủ bền. - Chi tiết máy không bị biến dạng quá lớn tức là đủ cứng. - Chi tiết máy luôn giữ đƣợc hình dạng cân bằng ban đầu tức là đảm bảo điều kiện ổn định. Môn cơ học vật rắn biến dạng có nhiệm vụ đƣa ra các phƣơng pháp tính toán độ bền, độ cứng và độ ổn định của các bộ phận công trình hoặc các chi tiết máy.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu của môn học là vật rắn biến dạng, mà chủ yếu là các thanh. Thanh là một vật thể đƣợc tạo ra do một hình phẳng F có tiết diện là hình F F Trôc thanh Trôc thanh 3 1-1 Hinh tròn hay hình chữ nhật. di chuyển trong không gian sao cho trọng tâm C của nó luôn luôn ở trên một đoạn đƣờng cong trong không gian, còn hình phẳng thì luôn vuông góc với đƣờng cong . Chiều dài đƣờng cong lớn gấp nhiều lần so với kích thƣớc của tiết diện F.
Khi di chuyển nhƣ vậy hình phẳng F dựng lên trong không gian một vật thể gọi là Thanh (Hình 1-1). - Đoạn đƣờng cong đƣợc gọi là trục của thanh. Hình phẳng F đƣợc gọi là mặt cắt của thanh. - Trục thanh và mặt cắt ngang của thanh là hai yếu tố đặc trƣng cho khái niệm thanh.
- Thanh có mặt cắt ngang không thay đổi hoặc thay đổi theo từng đoạn. Trong tính toán ta thƣờng biểu diễn thanh bằng đƣờng trục của nó (trục thanh có thể là đƣờng thẳng hoặc đƣờng cong). - Tóm lại, dựa theo kích thƣớc theo ba phƣơng: thanh là vật thể có kích thƣớc theo hai phƣơng rất nhỏ so với phƣơng thứ ba. TẢI TRỌNG - ỨNG SUẤT: 2.
Ngoại lực: Những lực tác động từ môi trƣờng bên ngoài hay từ các vật khác lên vật thể đang xét gọi là ngoại lực. Ngoại lực bao gồm tải trọng tác động và phản lực tại các liên kết. Căn cứ vào hình thức tác dụng, ngoại lực đƣợc phân ra lực tập trung và lực phân bố. - Lực tập trung là lực tác dụng trên một diện tích truyền lực bé, có thể coi là một điểm trên vật (lực P).
- Lực phân bố là lực tác dụng trên một đoạn dài hay trên một diện tích truyền lực đáng kể của vật (hình 1-2). Nội lực: Dƣới tác động của ngoại lực, vật thể bị biến dạng, các lực liên kết giữa các phân tố của vật tăng lên để chống lại sự biến dạng của vật. Độ tăng của lực liên kết chống lại sự biến dạng của vật đƣợc gọi là nội lực. Nếu tăng dần ngoại lực thì nội lực cũng tăng dần để cân bằng với ngoại lực.
Tuỳ từng loại vật liệu, 4 nội lực chỉ tăng đến một giới hạn nhất định. Nếu tăng ngoại lực quá lớn, nội lực không đủ sức chống lại, vật liệu sẽ bị phá hỏng. Vậy nội lực là các lực liên kết giữa các phân tử bên trong vật thể phát sinh nhằm chống lại sự biến dạng của vật dƣới tác dụng của ngoại lực. Ứng suất: Ứng suất là trị số nội lực trên một đơn vị diện tích của mặt cắt.
Thứ nguyên của ứng suất là N/cm2, kN/cm2, ký hiệu P. - Giả sử lấy một điểm C nào đó trên mặt cắt phần A. Ta lấy một diện P tích F chứa C. Trên diện tích F có nội lực phân bố với hợp lực có véc tơ A P P : ta có: Ptb F C F Ptb : đƣợc gọi là ứng suất trung bình tại C.
Hinh 1-3 Chiều của véc tơ Ptb cùng chiều với véc tơ P. Nếu F tiến đến không thì Ptb tiến đến một giới hạn. Giới hạn đó đƣợc gọi là ứng suất toàn phần tại điểm C. Trong tính toán ngƣời ta phân ứng suất toàn phần ra làm hai thành phần (Hình 1-3).
- Thành phần vuông góc với mặt cắt đƣợc gọi là ứng suất pháp: ký hiệu - Thành phần nằm trong mặt cắt đƣợc gọi là ứng suất tiếp. Nhƣ vậy: P 2 2 Những điều vừa phân tích ở trên đối với A cũng làm tƣơng tự nhƣ phần B P B F C Hinh 1-4 Từ nay về sau ta quy ƣớc về dấu và cách viết ứng suất nhƣ sau: - Ứng suất pháp đƣợc coi là dƣơng khi véc tơ biểu diễn có chiều cùng với chiều dƣơng pháp tuyến ngoài mặt cắt. 5 - Ứng suất tiếp đƣợc coi là dƣơng khi pháp tuyến ngoài của mặt cắt quay một góc 90o theo chiều quay của kim đồng hồ sẽ trùng với chiều của ứng suất tiếp (hình 1-7) y MÆt c¾t xy x x z xz xy H×nh 1-5 H×nh 1-6 Ứng suất tiếp kèm theo hai chỉ số. Chỉ số thứ nhất chỉ chiều pháp tuyến ngoài, chỉ số thứ hai chỉ chiều ứng suất tiếp.
Ví dụ: xz, xy, (hình 1-6). Trạng thái ứng suất: Nếu qua C xét các mặt cắt khác nhau thì tƣơng ứng với mỗi vị trí của mặt cắt ta đƣợc một véc tơ P có giá trị khác nhau. Tập hợp mọi ứng suất P ứng với tất cả các mặt cắt qua C đƣợc gọi là trạng thái ứng suất. Ngƣời ta đã chứng y minh đƣợc: Qua một điểm ta luôn tìm đƣợc ba mặt cắt Q vuông góc với nhau.
Trên p ba mặt cắt đó thành phần ứng suất tiếp bằng 0. Các x mặt cắt đó đƣợc gọi là mặt cắt chính, ứng suất trên mặt cắt đó đƣợc gọi là ứng suất z chính. F Hình 1-7 Đối với ba mặt chính xảy ra ba trƣờng hợp: - Trạng thái ứng suất đơn: Trên một mặt chính có ứng suất pháp. Trên hai mặt chính còn lại ứng suất pháp bằng không (hình 1-8).
- Trạng thái ứng suất phẳng: Trên hai mặt chính có ứng suất pháp. Trên một mặt chính còn lại ứng suất pháp bằng không (hình 1-9). - Trạng thái ứng suất khối: Trên ba mặt chính đều có ứng suất pháp (hình 1-10).