Giáo trình Nguyên lý - Chi tiết máy - Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Dưới đây là các meta tags được tạo cho bài viết: { "ai_description": "Giáo trình chi tiết nguyên lý chi tiết máy nghề công nghệ kỹ thuật cơ khí cho CĐ công

• Trường học: Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại Vĩnh Phúc
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Giáo trình Nguyên lý chi tiết máy
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Vĩnh Phúc

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nguyên lý Chi tiết Máy Công Nghệ Kỹ Thuật

Nguyên lý chi tiết máy là môn học nền tảng trong nghề công nghệ kỹ thuật cơ khí. Nó nghiên cứu cơ cấu, động lực học máy và chi tiết máy. Các sinh viên cao đẳng cần nắm vững kiến thức này để thiết kế, chế tạo và bảo dưỡng máy móc. Môn học gồm hai phần chính: cơ cấu máy và chi tiết máy. Phần cơ cấu máy tập trung vào cấu tạo, động học và động lực học. Phần chi tiết máy nghiên cứu các mối ghép, bộ truyền động. Kiến thức này áp dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất công nghiệp.

1.1. Vai trò và Vị trí của Nguyên Lý Chi Tiết Máy

Môn học này là cầu nối giữa lý thuyết cơ học và ứng dụng thực tiễn. Nó cung cấp công cụ tính toán, phương pháp thiết kế máy. Kỹ sư cơ khí phải hiểu rõ cơ cấu máy để tối ưu hóa hiệu suất. Kiến thức về chi tiết máy giúp lựa chọn vật liệu, kích thước phù hợp.

1.2. Cấu Trúc Nội Dung Chương Trình Cao Đẳng

Chương trình gồm sáu chương cơ cấu máy và bảy chương chi tiết máy. Mỗi chương kết hợp lý thuyết, bài tập và thiết kế. Học viên thực hành tính toán bậc tự do, phân tích lực, động lực học. Phần chi tiết máy tập trung vào mối ghép, bánh răng, bộ truyền động, trục và vòi bi.

II. Phân Tích Cấu Tạo Cơ Cấu và Động Học Máy

Cơ cấu máy bao gồm các khâu liên kết bằng khớp động. Khâu là thành phần cứng nhắc của máy. Khớp động cho phép chuyển động tương đối giữa các khâu. Bậc tự do xác định số độc lập chuyển động trong cơ cấu. Công thức Axua tính bậc tự do cơ cấu phẳng là W = 3n - 2p₅ - p₄. Động học cơ cấu phân tích vận tốc, gia tốc của các khâu. Phương pháp vẽ hoạ đồ là công cụ hiệu quả để xác định chuyển động. Động lực học cơ cấu nghiên cứu lực tác dụng và mô men quán tính.

2.1. Khái Niệm Khâu Khớp Động và Bậc Tự Do

Khâu là vật thể cứng nhắc chuyển động theo qui luật xác định. Khớp động là liên kết cho phép chuyển động tương đối. Khớp loại 5 là khớp chỉnh động, có một bậc tự do. Bậc tự do của khâu là số cách chuyển động độc lập. Cơ cấu máy bình thường có bậc tự do từ 1 đến 3.

2.2. Xếp Loại Cơ Cấu và Phương Pháp Tách Nhóm Axua

Nguyên lý Axua phân tích cơ cấu thành nhóm nhỏ. Nhóm Axua loại 2 là nhóm cân bằng lực. Phương pháp tách nhóm từ bước khâu dẫn. Các nhóm Axua kết hợp tạo thành cơ cấu hoàn chỉnh. Xếp loại cơ cấu giúp chọn phương pháp phân tích thích hợp.

III. Phương Pháp Thiết Kế Chi Tiết Máy và Mối Ghép Động

Chi tiết máy là các thành phần cơ bản của máy. Mối ghép nối kết các chi tiết với nhau. Có năm loại mối ghép chính: đinh tán, hàn, then, ren, ghép cạnh. Mỗi mối ghép có qui tắc tính toán riêng dựa trên ứng suất cho phép. Bộ truyền động truyền năng lượng giữa các trục. Bánh răng là bộ truyền chính xác, hiệu suất cao. Bộ truyền đai dùng cho khoảng cách trục lớn. Trục là chi tiết tải trọng lớn, cần tính toán độ bền. Vòi bi giảm ma sát, tăng tuổi thọ máy.

3.1. Tính Toán và Thiết Kế Mối Ghép Đinh Tán Hàn Then

Mối ghép đinh tán chịu tải trọng cắt và kéo. Công thức tính ứng suất cắt trên đinh: τ = F/(πd²n/4). Mối ghép hàn yêu cầu kiểm tra ứng suất trong lớp hàn. Mối ghép then truyền mô men xoắn, tính toán dựa trên cạnh. Tính toán yêu cầu xác định số lượng, kích thước chi tiết ghép phù hợp.

3.2. Bánh Răng Bộ Truyền Động và Trục

Bánh răng trụ răng thẳng là loại phổ biến nhất. Tính toán ứng suất bề mặt, ứng suất gốc răng. Bộ truyền đai sử dụng đối với tốc độ cao. Trục chịu uốn và xoắn, cần tính độ bền toàn diện. Lựa chọn vật liệu thép phù hợp với tải trọng, tốc độ.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Nguyên Lý Máy trong Sản Xuất

Kiến thức nguyên lý máy áp dụng trong thiết kế, sản xuất, bảo dưỡng máy công nghiệp. Các công ty sản xuất dùng nguyên lý này để tối ưu hiệu suất. Bảo dưỡng định kỳ dựa trên phân tích động lực học máy. Sự cân bằng, độ chính xác chi tiết ảnh hưởng tuổi thọ máy. Trong công nghiệp dệt may, chế biến thực phẩm, cơ khí chính xác đều áp dụng. Thiết kế hiện đại kết hợp tính toán CAD, phần mềm mô phỏng. Sinh viên cần kỹ năng tính toán, vẽ kỹ thuật, sử dụng phần mềm.

4.1. Ứng Dụng trong Thiết Kế Cơ Khí Công Nghiệp

Thiết kế máy dệt yêu cầu cơ cấu chính xác. Máy chế biến thực phẩm cần cơ cấu ổn định, an toàn. Thiết kế ôtô, máy công trình dùng nguyên lý máy phức tạp. Bộ truyền động cần chọn sao cho hiệu suất cao. Tuổi thọ máy phụ thuộc vào thiết kế chi tiết.

4.2. Bảo Dưỡng Sửa Chữa và Nâng Cấp Máy Móc

Bảo dưỡng định kỳ dựa trên phân tích động lực học. Phát hiện sớm hư hỏng tránh dừng sản xuất. Sửa chữa cần biết nguyên lý cơ cấu máy. Nâng cấp máy cũ yêu cầu tính toán lại cơ cấu. Kỹ thuật viên phải hiểu sâu về chi tiết máy, bộ truyền.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Nguyên lý - Chi tiết máy (Mã môn học: MĐCC17011061) được biên soạn và ban hành theo Quyết định của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại (Bộ Công Thương) năm 2018, phục vụ đào tạo nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí ở trình độ Cao đẳng. Môn học giữ vị trí kỹ thuật cơ sở bắt buộc trong khung chương trình đào tạo, đóng vai trò bản lề kết nối khối kiến thức khoa học cơ bản với các môn học và mô-đun chuyên môn ngành chế tạo máy.

Mục tiêu học tập của giáo trình trang bị cho người học năng lực nhận biết công dụng, cấu tạo và phân loại các cơ cấu chuyển động cùng các chi tiết máy thông dụng; phân tích động học, động lực học cơ cấu phẳng; nhận diện các dạng hỏng hóc kỹ thuật; từ đó vận dụng các tiêu chuẩn và công thức để tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm độ bền các chi tiết hoặc bộ phận máy đơn giản.

Giáo trình có tổng thời lượng 75 giờ (bao gồm 65 giờ lý thuyết, 7 giờ bài tập và 3 giờ kiểm tra định kỳ). Về cấu trúc, tài liệu được chia thành hai phần rõ rệt: Phần 1 (Nguyên lý máy) gồm 6 chương và một bài mở đầu, tập trung vào cấu trúc, động học và động lực học cơ cấu; Phần 2 (Chi tiết máy) gồm 10 chương, đi sâu vào tính toán các mối ghép cố định, các bộ truyền cơ khí và các chi tiết đỡ, trục. Cách tiếp cận của giáo trình đi từ mô hình hóa lý thuyết cơ cấu tổng quát đến tính toán kỹ thuật cụ thể cho từng chi tiết cơ khí thực tế.

Điểm đặc thù của giáo trình là sự tinh giản các chứng minh toán học phức tạp, ưu tiên sử dụng phương pháp đồ họa - giải tích (phương pháp vẽ họa đồ vectơ) để giải quyết các bài toán động học và động lực học máy, đồng thời cung cấp các bước tính toán thiết kế chi tiết máy theo trình tự quy chuẩn kỹ thuật.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được cấu trúc theo tiến trình logic từ phân tích nguyên lý chuyển động tổng quát đến thiết kế cấu kiện cơ khí cụ thể:

• Bài mở đầu & Chương 1 (Cấu tạo cơ cấu): Giới thiệu đối tượng nghiên cứu (máy và cơ cấu), phân loại khâu, khớp động (khớp cao, khớp thấp từ loại 1 đến loại 5) và chuỗi động. Thiết lập công thức xác định bậc tự do của cơ cấu không gian $W = 6n - (\sum_{j=1}^5 j P_j - R_{tr} - R_{th}) - W_{th}$ và cơ cấu phẳng $W = 3n - (2P_5 + P_4 - R_{tr})$. Trình bày nguyên lý cấu tạo nhóm tĩnh định tối giản (nhóm A-xua loại 2, loại 3) và quy tắc thay thế khớp cao loại 4 bằng khớp thấp loại 5.
• Chương 2 (Động học cơ cấu): Phương pháp vẽ họa đồ xác định vị trí (họa đồ chuyển vị), vận tốc ($\vec{v}_B = \vec{v}A + \vec{v}{BA}$) và gia tốc ($\vec{a}B = \vec{a}A + \vec{a}{BA}^n + \vec{a}{BA}^t$) của cơ cấu phẳng loại 2; xử lý thành phần gia tốc Coriolis khi phương trượt quay; định lý đồng dạng họa đồ.
• Chương 3 (Phân tích lực cơ cấu phẳng): Phân loại ngoại lực (lực phát động, lực cản kỹ thuật, trọng lực), nội lực (áp lực khớp động $\vec{N}$ và lực ma sát $\vec{F}{ms}$), và lực quán tính theo nguyên lý D'Alembert ($P{qt} = -m a_s, M_{qt} = -J_s \varepsilon$). Xác định điều kiện tĩnh định ($3n - 2P_5 = 0$) và giải bài toán áp lực khớp động trên nhóm A-xua loại 2 bằng phương pháp đa giác lực.
• Chương 4, 5 & 6 (Động lực học máy và các cơ cấu truyền động): Thiết lập phương trình chuyển động của máy dưới dạng biến thiên động năng $\Delta E = A$; xác định khâu thay thế, mômen quán tính thay thế $J_T$ và mômen lực thay thế $M_T$; nguyên lý hoạt động của cơ cấu khớp loại thấp và cơ cấu khớp loại cao (bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, bánh răng nghiêng, bánh răng nón, hệ thống bánh răng).
• Phần 2 - Các mối ghép (Chương 1 - 4): Nguyên lý làm việc, vật liệu, ứng suất cho phép và phương pháp tính toán độ bền của mối ghép đinh tán, mối ghép hàn, mối ghép then/trục then và mối ghép ren (bao gồm biện pháp chống tự tháo lỏng).
• Phần 2 - Các bộ truyền và cụm trục (Chương 5 - 10): Lý thuyết truyền động, thông số hình học, dạng hỏng, chỉ tiêu tính toán và quy trình thiết kế các bộ truyền cơ khí thông dụng: bộ truyền đai, bộ truyền bánh răng, bộ truyền trục vít - bánh vít, bộ truyền xích, cùng phương pháp tính toán thiết kế trục và chọn ổ trục (ổ lăn, ổ trượt).

Progression logic của giáo trình tuân thủ chặt chẽ chuỗi liên kết: Giải tích cấu trúc cơ cấu $\rightarrow$ Động học $\rightarrow$ Lực học $\rightarrow$ Động lực học máy $\rightarrow$ Thiết kế chi tiết máy đơn lẻ $\rightarrow$ Tính toán cụm truyền động.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết cấu trúc Assur (A-xua): Hệ thống hóa cách phân tích và thành lập cơ cấu bằng việc ghép các nhóm tĩnh định có bậc tự do bằng không vào khâu dẫn và giá.
• Cơ học máy và nguyên lý cân bằng D'Alembert: Đưa hệ thống chuyển động có gia tốc về trạng thái cân bằng tĩnh học quy ước nhằm xác định phản lực khớp động và mômen cân bằng.
• Lý thuyết biến thiên động năng: Xây dựng phương trình chuyển động thực của máy thông qua việc quy đổi hệ thống nhiều khâu về một khâu thay thế duy nhất.
• Nguyên lý tính toán độ bền chi tiết máy: Xác định tải trọng, ứng suất cho phép, độ bền mỏi và các dạng hỏng hóc cơ học (mòn, biến dạng dẻo, tróc rỗ bề mặt làm việc, dính tiếp xúc).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Biểu diễn lược đồ động học; dựng họa đồ vận tốc, gia tốc, họa đồ lực theo đúng tỷ xích ($\mu_l, \mu_v, \mu_a$); tính toán các thông số hình học và kích thước làm việc của các bộ truyền cơ khí.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân loại chuỗi động kín/hở; nhận diện các ràng buộc trùng ($R_{tr}$), ràng buộc thừa ($R_{th}$) và bậc tự do cục bộ ($W_{th}$); phân tích các yếu tố gây mất ổn định chuyển động hoặc phá hủy chi tiết máy trong quá trình vận hành.
• Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận dụng tiêu chuẩn kỹ thuật để lựa chọn vật liệu, tra bảng ứng suất cho phép, tính toán kiểm nghiệm mối ghép hàn, ren, đinh tán, then, trục và đề xuất chế độ bôi trơn thích hợp cho các bộ truyền cơ khí.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật ứng dụng, kết hợp giảng giải lý thuyết cơ sở với rèn luyện kỹ năng tính toán và dựng hình:

• Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên sử dụng phương pháp diễn dịch từ các mô hình tổng quát (hệ vật rắn, chuỗi động) sang các cơ cấu máy cụ thể; kết hợp phương pháp giải tích với phương pháp đồ thị (vẽ họa đồ vectơ). Phương pháp họa đồ được chú trọng nhờ tính trực quan, thời gian giải nhanh và cung cấp kết quả trực tiếp cho các bước phân tích tiếp theo.
• Hệ thống bài tập và ví dụ thực hành: Giáo trình tích hợp các ví dụ minh họa và bài tập áp dụng thực tế gắn liền với từng chương học, bao gồm:
  • Tính bậc tự do của cơ cấu máy ép thủy động, máy dập cơ khí, cơ cấu nâng thúng hạt giống, cơ cấu cắt kẹo tự động.
  • Phân tích động học cơ cấu bốn khâu bản lề, cơ cấu tay quay con trượt chính tâm, cơ cấu cu-lít (tang một góc).
  • Tính toán áp lực khớp động trên cơ cấu máy sàng, cơ cấu tính sin.
  • Thiết kế các bộ truyền đai, bánh răng trụ răng thẳng, bánh răng nón, trục vít - bánh vít và bộ truyền xích.
• Phương pháp đánh giá: Quá trình đánh giá kết quả học tập bao gồm:
  • Đánh giá thường xuyên qua mức độ hoàn thành bài tập vẽ họa đồ và bài tập tính toán thiết kế (chiếm 7 giờ bài tập trên lớp).
  • Đánh giá định kỳ qua các bài kiểm tra lý thuyết và tính toán (3 giờ kiểm tra được phân bổ theo tiến độ môn học).
  • Đánh giá tổng kết dựa trên khả năng giải quyết các bài toán phân tích lực, động học và trình tự thiết kế chi tiết máy.
• Hướng dẫn tự học: Cuối mỗi chương đều có hệ thống câu hỏi ôn tập định hướng trọng tâm kiến thức. Người học tự luyện tập thông qua hệ thống bài tập tính toán và đối chiếu với phần "Trả lời các câu hỏi và bài tập" được bố trí ở phần cuối giáo trình.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tính chuẩn hóa theo khung chương trình Cao đẳng 2018: Giáo trình được biên soạn căn cứ theo chương trình đào tạo nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí được chuẩn hóa của Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại, đảm bảo tính liên thông và tính thực tế cho bậc cao đẳng kỹ thuật.
• Liên kết chặt chẽ với các môn học tiền đề: Nội dung giáo trình tận dụng trực tiếp kiến thức từ các môn học đã hoàn thành trước đó như Vẽ kỹ thuật, Sức bền vật liệu, Cơ lý thuyết, Dung sai - Đo lường kỹ thuật, Vật liệu cơ khí và phần mềm đồ họa AutoCAD.
• Tích hợp mô hình cơ cấu công nghiệp thực tế: Các đối tượng phân tích trong giáo trình không dừng lại ở sơ đồ trừu tượng mà được gắn với các cụm máy sản xuất thực tế như cụm piston - thanh truyền trong động cơ đốt trong, đầu máy bào, máy dập, máy sàng nông sản, máy nâng chuyển.
• Tập trung vào chỉ tiêu hỏng và điều kiện làm việc: Đối với từng chi tiết máy và bộ truyền, giáo trình phân tích rõ nguyên nhân hỏng hóc kỹ thuật (như mỏi tiếp xúc, gãy răng do uốn, trượt đai, mòn xích, kẹt ren), từ đó đưa ra các giải pháp công nghệ tương ứng: chọn vật liệu chế tạo, phương pháp nhiệt luyện, kết cấu chống lỏng và chế độ bôi trơn (ma sát ướt, nửa khô).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên mục tiêu: Sinh viên năm thứ hai bậc Cao đẳng ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử và các ngành kỹ thuật liên quan.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học và mô-đun nền tảng:
  • Vẽ kỹ thuật & AutoCAD (kỹ năng đọc, lập bản vẽ kỹ thuật, vẽ lược đồ cơ cấu).
  • Cơ học lý thuyết (kiến thức về tĩnh học, động học và động lực học chất điểm/vật rắn).
  • Sức bền vật liệu (tính toán ứng suất, biến dạng, độ bền kéo, nén, uốn, xoắn).
  • Vật liệu cơ khí (tính chất cơ lý của kim loại, hợp kim, phương pháp nhiệt luyện).
  • Dung sai - Đo lường kỹ thuật (hệ thống dung sai lắp ghép và độ nhám bề mặt).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng giáo trình làm tài liệu giảng dạy chuẩn cho học phần Nguyên lý - Chi tiết máy với định mức 75 tiết, làm cơ sở biên soạn bài giảng, xây dựng ngân hàng đề thi, phiếu đánh giá và hướng dẫn bài tập lớn/đồ án môn học.
• Tự học và tham khảo kỹ thuật: Học viên các hệ đào tạo nghề cơ khí hoặc kỹ thuật viên xưởng có thể sử dụng giáo trình làm tài liệu tra cứu các công thức tính toán bộ truyền cơ khí, lựa chọn ổ lăn và thiết kế mối ghép thông dụng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho cán bộ, kỹ thuật viên làm việc trong lĩnh vực bảo trì, chế tạo cơ khí.

2. Cần trang bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?

Người học cần hoàn thành 6 học phần tiên quyết bao gồm: Vẽ kỹ thuật, AutoCAD, Cơ học lý thuyết, Sức bền vật liệu, Vật liệu cơ khí và Dung sai - Đo lường kỹ thuật.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các giáo trình cùng tên ở bậc Đại học?

Giáo trình bậc cao đẳng tập trung chủ yếu vào phương pháp hình học (vẽ họa đồ vectơ) thay vì đi sâu vào các thuật toán giải tích ma trận phức tạp; nội dung chú trọng quy trình tính toán thiết kế chi tiết máy theo các bảng tra tiêu chuẩn kỹ thuật sẵn có nhằm phục vụ trực tiếp kỹ năng thực hành nghề nghiệp.

4. Phương pháp nào giúp tự học giáo trình này hiệu quả?

Người học cần nắm vững quy tắc xác định tỷ xích họa đồ ($\mu_l, \mu_v, \mu_a$), thực hiện đầy đủ các bước tách nhóm A-xua, vẽ họa đồ vận tốc - gia tốc cho các cơ cấu mẫu và tự giải các bài tập tính toán thiết kế bộ truyền ở cuối mỗi chương, sau đó đối chiếu kết quả với phần đáp án.

5. Giáo trình có tích hợp phần tài liệu bài tập và đáp án đi kèm không?

Có. Giáo trình tích hợp hệ thống câu hỏi ôn tập lý thuyết, bài tập phân tích/tính toán cụ thể ở cuối mỗi chương và bố trí phần "Trả lời các câu hỏi và bài tập" ở cuối tài liệu (từ trang 223) để hỗ trợ sinh viên tự kiểm tra kết quả.

---

Kết luận

Giáo trình Nguyên lý - Chi tiết máy (2018) của Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại hệ thống hóa toàn bộ kiến thức kỹ thuật cơ sở về phân tích cơ cấu và tính toán thiết kế các chi tiết máy thông dụng. Nội dung giáo trình cung cấp phương pháp tiếp cận cân bằng giữa nền tảng lý thuyết cơ học và yêu cầu thực hành thiết kế chế tạo.

Lộ trình học tập khuyến nghị cho sinh viên: Nắm vững cấu trúc và bậc tự do của cơ cấu $\rightarrow$ Thực hành vẽ họa đồ động học và động lực học $\rightarrow$ Lập phương trình chuyển động của máy $\rightarrow$ Thực hiện các bài toán tính toán độ bền mối ghép và bộ truyền $\rightarrow$ Hoàn thiện kỹ năng tính toán trục và chọn ổ lăn. Để nâng cao hiệu quả, người học nên kết hợp sử dụng giáo trình cùng các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế cơ khí, sổ tay dung sai lắp ghép và tiêu chuẩn vật liệu kỹ thuật hiện hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 giới thiệu những khái niệm cơ bản, cách xây dựng lược đồ cơ cấu, và nghiên cứu những khả năng chuyển động của cơ cấu trong không gian. Mục tiêu: + Xác định được bậc tự do của cơ cấu; + Phân tích được và xếp loại được cơ cấu phẳng; + Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập. Nội dung chính: 1. Những khái niệm cơ bản Mục tiêu: - Trình bày được định nghĩa khâu, bậc tự do của khâu, nối động, khớp động, thành phần khớp động, chuỗi động và cơ cấu; - Tính được số bậc tự do của khâu trong không gian và khâu phẳng; - Vẽ được lược đồ khớp động của các khớp thông dụng; - Chủ động tích cực trong học tập.

Khâu Trong cơ cấu/ máy có những bộ phận có chuyển động tương đối đối với nhau, mỗi bộ phận có chuyển động riêng biệt này được gọi là khâu. Khâu có thể là một tiết máy hoặc nhiều tiết máy được ghép cứng lại với nhau. Khâu cũng có thể là vật rắn biến dạng (lò so), vật rắn không biến dạng (pít tông), vật rắn dạng dây dẻo (dây đai), hay chất lỏng hoặc khí. Trong chương trình này, cơ cấu/ máy được nghiên cứu với giả thiết các khâu của chúng là vật rắn không biến dạng.

Bậc tự do của khâu 1. Định nghĩa 12 - Bậc tự do giữa hai khâu là khả năng chuyển động độc lập giữa hai Y khâu đó khâu đó. Ty B - Số bậc tự do giữa hai khâu là Qy số khả năng chuyển động độc lập giữa A hai khâu đó khâu đó. X Qz O Tx Qx 1.

Bậc tự do của khâu trong không gian Z Tz Xét hai khâu A và B để rời nhau Hình 1.1Bậc tự do của khâu trong không gian, hình 1. trong không gian Gắn cho khâu A một hệ qui chiếu OXYZ. Khâu A được coi là đứng yên (còn đựoc gọi là giá) và khâu B chuyển động tương đối đối với khâu A trong hệ qui chiếu này, (khâu B còn được gọi là khâu động). Xét theo các trục OX, OY, OZ, khâu B có những chuyển động tương đối đối với khâu A như sau: - Ba chuyển động tịnh tiến theo các trục tương ứng: Tx, Ty, Tz.

- Ba chuyển động quay quanh các trục tương ứng: Qx, Qy, Qz. Các chuyển động trên hoàn toàn độc lập với nhau và mỗi khả năng chuyển động độc lập này được gọi là một bậc tự do. Như vậy giữa hai khâu để rời nhau trong không gian có 6 bậc tự do. Nếu có n1 khâu động để rời nhau trong không gian thì so với 1 khâu (giá) sẽ có 6(n1–1) bậc tự do.

Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng Nếu khâu A và B để rời nhau trên cùng một mặt phẳng; Ví dụ: Mặt phẳng Oxz, (hình 1.2) khâu B chỉ còn lại ba khả năng chuyển động tương đối với khâu A: Qy, Tx, Tz. Như Y vậy giữa hai khâu để rời trên cùng một mặt phẳng có 3 bậc tự do. Nếu có n1 khâu động để rời nhau trên cùng một mặt Qy phẳng, thì so với khâu giá sẽ có 3(n1-1) bậc tự do. Nối động và khớp động O Tx 1.

Nối động các khâu B Z Tz Hình 1. Bậc tự do của khâu trên mặt phẳng 13 Muốn từ các khâu để rời nhau có chuyển động không xác định đối với nhau tạo thành cơ cấu, (các khâu có chuyển động tương đối xác định đối với nhau), phải hạn chế bớt số bậc tự do tương đối giữa chúng. Muốn vậy phải nối động các khâu lại với nhau. Nối động các khâu là hình thức bắt các khâu luôn tiếp xúc với nhau, theo một quy cách nhất định trong quá trình chuyển động, nhằm làm giảm bớt số bậc tự do giữa chúng.

Thành phần khớp động và khớp động - Thành phần khớp động là chỗ tiếp xúc trên mỗi khâu khi nối động - Khớp động: hai thành phần khớp động trong một mối ghép động tạo thành một khớp động. Ví dụ 1: Cho một khâu là quả cầu A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B (hình1. Trong quá trình chuyển động, với hình thức nối động này đã tạo ra một khớp động C, mà hai thành phần khớp động là hai tiếp điểm: CA và CB, (điểm CA thuộc khâu A và điểm CB thuộc khâu B). Khớp C hạn chế được một bậc tự do đó là Ty.

Ví dụ 2: Cho một khâu là hình trụ A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B, (hình1. Trong quá trình chuyển động, với hình thức nối động này đã tạo ra Y Y Y Qy Qy Qy B A X X A X A O C Qx Tx C C' Qx Tx Tx Qz B B Tz Tz Z Z Z Tz Hình 1.3 Khớp cao C Hình 1.4 Khớp cao CC’ Hình 1.5 Khớp thấp một khớp động CC’, mà hai thành phần khớp động là hai đoạn thẳng: CAC’A và CBC’B, (đoạn thẳng CAC’A thuộc khâu A và đoạn thẳng CBC’B thuộc khâu B). Khớp CC` hạn chế được hai bậc tự do đó là Ty và Qz. Ví dụ 3: Cho một khâu là hình hộp A tiếp xúc với một khâu là mặt phẳng B, (hình1.5) Trong quá trình chuyển động, với hình thức nối động này đã tạo ra một khớp động, mà thành phần khớp động là hai mặt phẳng tiếp xúc: một mặt phẳng thuộc khâu A và một mặt phẳng thuộc khâu B.

Khớp động này hạn chế được ba bậc tự do đó là Ty, Qx, Qz. Phân loại khớp động Khớp động được phân loại theo tính chất tiếp xúc hoặc theo số bậc tự do bị hạn chế. Phân loại khớp động theo tính chất tiếp xúc - Khớp loại cao (khớp cao) : là các khớp động có thành phần khớp động là điểm hoặc đường, (Khớp động tại ví dụ 1 và ví dụ 2) - Khớp loại thấp (khớp thấp): là các khớp động có thành phần khớp động là mặt (mặt cầu, mặt trụ, hoặc mặt phẳng). Khớp động tại ví dụ 3 là khớp thấp vì có thành phần khớp động là mặt phẳng.

Phân loại Khớp động theo số bậc tự do bị hạn chế hay số ràng buộc Có 5 loại khớp động: - Khớp loại 1; hạn chế được 1bậc tự do, hay có 1 ràng buộc, (khớp C, ví dụ 1 ). - Khớp loại 2; hạn chế được 2 bậc tự do, hay có 2 ràng buộc,(khớp tại ví dụ 2 ). - Khớp loại 3; hạn chế được 3 bậc tự do, hay có 3 ràng buộc, (khớp tại ví dụ 3 ). - Khớp loại 4; hạn chế được 4 bậc tự do, hay có 4 ràng buộc, (ví dụ khớp trụ ).

- Khớp loại 5; hạn chế được 5 bậc tự do, hay có 5 ràng buộc, (ví dụ khớp bản lề) 1. Lược đồ khớp động Để đơn giản cho việc vẽ hình, các khớp động được vẽ dưới dạng lược đồ qui ước. Sau đây là một số lược đồ khớp động thường hay dùng trong kỹ thuật: Bảng 1: Một số lược đồ khớp động thường dùng trong kĩ thuật Stt Tên KĐ Loại KĐ phẳng Số RB Lược đồ KĐ Khớp bản lề 1 (khớp quay) Khớp thấp loại 5 5 Khớp trượt 2 (khớp tịnh tiến) Khớp thấp loại 5 5 3 Khớp cao phẳng Khớp cao loại 4 4 4 Khớp vít Khớp thấp loại 5 5 Loại KĐ không Stt Tên KĐ Số RB Lược đồ KĐ gian 15 6 Khớp cầu Khớp thấp loại 3 3 7 Khớp trụ Khớp thấp loại 4 4 8 Khớp trụ quay Khớp thấp loại 5 5 9 Khớp tịnh tiến Khớp thấp loại 5 5 1. Lược đồ khâu và kích thước động của khâu a.

Kích thước động của khâu Kích thước động của khâu là thông số xác định vị trí tương đối giữa các thành phần khớp động trên cùng một khâu. Ví dụ: Thanh truyền trong động cơ đốt trong được nối với tay quay và pít tông bằng hai khớp bản lề. Các thành phần khớp động trên thanh truyền là các mặt trụ trong của bạc biên có đường trục song song nhau. Kích thước động của thanh truyền này là chiều dài khoảng cách giữa hai đường trục của hai bạc biên.

Lược đồ khâu Để đơn giản hoá trong việc vẽ hình, các khâu được biểu diễn dưới dạng lược đồ. Lược đồ khâu phải thể hiện được đầy đủ các khớp động và kích thước động của khâu. Luîc ®å kh©u KÝch thuíc ®éng cña kh©u Hình 1.6 Lược đồ của khâu thanh truyền trong cơ cấu động cơ đốt trong. Chuỗi động và cơ cấu 1.

Chuỗi động * Định nghĩa: Nhiều khâu nối động với nhau tạo thành một chuỗi động * Phân loại - Phân loại theo cấu trúc hình học có hai loại chuỗi động: chuỗi động kín và chuỗi động hở. 16 + Chuỗi động kín là chuỗi động trong đó có các khâu được nối động với ít nhất hai khâu khác; tức là tham gia ít nhất 2 khớp động, (hình 1.7) + Chuỗi động hở (hình.8) là chuỗi động trong đó có các khâu chỉ được nối động với một khâu khác; tức là chỉ tham gia một khớp động.7 Chuỗi động kín Hình 1.8 Chuỗi động hở - Phân loại theo chuyển động có hai loại chuỗi động: chuỗi động phẳng và chuỗi động không gian. + Chuỗi động phẳng là: chuỗi động trong đó các khâu chuyển động trên cùng một mặt phẳng hoặc trên những mặt phẳng song song với nhau.8) + Chuỗi động không gian là: chuỗi động trong đó các khâu chuyển động trên những mặt phẳng không song song với nhau (chéo nhau hoặc giao nhau).9) Chuỗi động trên hình 1.9 gồm 4 khâu, nối nhau bằng 3 khớp quay có đường trục vuông góc với nhau từng đôi một, do đó các khâu chuyển động trong các mặt phẳng không song song với nhau. Mặc khác, khâu 3 và khâu 4 chỉ được nối với một khâu khác nên đây là một chuỗi động không gian hở.9 Chuỗi động không gian Định nghĩa:Cơ cấu là một chuỗi động có một khâu được lấy làm hệ qui chiếu gọi là giá và các khâu còn lại gọi là khâu động có chuyển động xác định trong hệ qui chiếu này.10 Cơ cấu phẳng đóng kín Hình 1.11 Cơ cấu phẳng hở 1.

Giá 17 Lưu ý: thực tế khâu gọi là giá có thể cố định (như vỏ máy hoặc móng máy) hoặc không cố định, khi xét chuyển động các khâu với giá, giá được xem là cố định. Bậc tự do của cơ cấu Mục tiêu: A - Trình bày được khái niệm về bậc tự do  của cơ cấu, bậc tự do thừa; 1 - Trình bày được định nghĩa khâu dẫn và ý B  C nghĩa của bậc tự do của cơ cấu; 2 - Viết được công thức tính bậc tự do của cơ cấu phẳng và cơ cấu không gian; Hình 1.12 Cơ cấu - Tính được số bậc tự do của cơ cấu phẳng không gian.