Giáo trình Nguyên lý Chi tiết máy nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí (Full)

Tải giáo trình Nguyên lý Chi tiết máy ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí. Tài liệu cung cấp đầy đủ lý thuyết, bài tập và công thức tính toán thiết kế.

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

Tóm tắt

I. Khái niệm và vị trí của môn học Nguyên lý Chi tiết máy

Nguyên lý Chi tiết máy là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí trình độ cao đẳng. Môn học này được bố trí sau khi sinh viên hoàn thành các môn học nền tảng như vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí, cơ lý thuyết, sức bền vật liệu và dung sai-đo lường kỹ thuật. Đây là môn học bắt buộc trước khi tiếp cộng với các môn học chuyên môn khác, mang tính chất vừa lý thuyết vừa thực nghiệm. Nội dung môn học cung cấp kiến thức toàn diện về nguyên lý cấu tạo máy, công dụng và tính toán các chi tiết máy thông dụng, tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển chuyên môn của sinh viên.

1.1. Vị trí của môn học trong chương trình đào tạo

Môn Nguyên lý Chi tiết máy được xếp vào nhóm môn học kỹ thuật cơ sở sau các môn học nền tảng. Nó là bước đệm quan trọng giúp sinh viên áp dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thiết kế và tính toán chi tiết máy thực tế. Môn học này chuẩn bị nền tảng vững chắc cho các môn học chuyên ngành tiếp theo trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí.

1.2. Tính chất và ý nghĩa của môn học

Môn học mang tính chất lý thuyết và thực nghiệm, giúp sinh viên phát triển khả năng tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm các chi tiết máy thông dụng. Nó cung cấp kiến thức về cơ cấu cơ bản, bộ truyền động và các mối ghép tiêu chuẩn, tạo nền tảng sáng tạo cho sự phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực chế tạo máy.

II. Cấu trúc nội dung giáo trình chi tiết máy

Giáo trình Nguyên lý Chi tiết máy được chia thành hai phần chính với nội dung toàn diện và hệ thống. Phần thứ nhất tập trung vào Nguyên lý Cơ cấu, bao gồm các chương về cấu tạo cơ cấu, động học, động lực học và các loại cơ cấu khác nhau. Phần thứ hai đề cập đến Chi tiết Máy, chi tiết hóa các loại mối ghép (đinh tán, hàn, then, ren) và bộ truyền động (đai, bánh răng, xích, trục). Mỗi chương được trình bày chi tiết từ khái niệm cơ bản, phân loại, đặc điểm hoạt động đến phương pháp tính toán và thiết kế thực tế, giúp sinh viên nắm vững kiến thức một cách hệ thống và ứng dụng được trong công việc.

2.1. Phần nguyên lý cơ cấu

Phần này bao gồm 6 chương chính: Cấu tạo Cơ cấu, Động học Cơ cấu, Phân tích Lực Cơ cấu, Động lực học Máy, Cơ cấu Khớp loại thấp và Cơ cấu Khớp loại cao. Nội dung giải thích chi tiết về bậc tự do, phân loại cơ cấu, phương pháp hoạ đồ và bánh răng, cung cấp kiến thức nền tảng để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các máy.

2.2. Phần chi tiết máy và bộ truyền

Phần này gồm 10 chương chuyên sâu về mối ghép: đinh tán, hàn, then, ren; và bộ truyền động: đai, bánh răng, trục vít, xích, trục và ổ trục. Mỗi chương trình bày điều kiện làm việc, vật liệu sử dụng, phương pháp tính toán chi tiết, trình tự thiết kế thực tế, cung cấp công cụ để sinh viên có thể thiết kế các bộ phận máy một cách khoa học.

III. Mục tiêu và yêu cầu của môn học

Mục tiêu chính của môn học Nguyên lý Chi tiết máy là giúp sinh viên nắm vững tính chất, công dụng của các cơ cấu và bộ truyền cơ bản, từ đó có khả năng tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết máy phù hợp trong các bộ phận máy thông dụng. Sinh viên cần phát triển kỹ năng phân tích, tư duy kỹ thuật và khả năng áp dụng tiêu chuẩn, quy chuẩn trong thiết kế. Ngoài ra, môn học còn hướng tới phát triển năng lực sáng tạo, khả năng giải quyết vấn đề thực tế trong lĩnh vực chế tạo máy, chuẩn bị cho sinh viên bước vào công việc chuyên môn sau khi tốt nghiệp.

3.1. Mục tiêu kiến thức cần đạt được

Sinh viên phải nắm vững nguyên lý hoạt động của các cơ cấu cơ bản, hiểu rõ tính chất, công dụng của từng loại bộ truyền động (đai, bánh răng, xích, trục vít), biết cách lựa chọn vật liệu phù hợp và áp dụng các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành. Ngoài ra, cần nắm vững các phương pháp tính toán ứng suất, độ bền của các chi tiết máy.

3.2. Mục tiêu kỹ năng và phẩm chất

Sinh viên phải phát triển khả năng tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm chi tiết máy, rèn luyện tư duy kỹ thuật, khả năng giải quyết vấn đề trong thực tế. Điều quan trọng là phát triển tinh thần sáng tạo, tính cẩn thận, chính xác trong công việc kỹ thuật và khả năng làm việc nhóm trong các dự án thiết kế máy.

IV. Phương pháp giảng dạy và đánh giá học tập

Môn học Nguyên lý Chi tiết máy được giảng dạy kết hợp giữa lý thuyết và thực hành để sinh viên có cơ hội trực tiếp tiếp cận kiến thức. Phương pháp giảng dạy bao gồm giảng lý thuyết, bài tập tính toán, hoạt động vẽ kỹ thuật các chi tiết máy và thực hành trong xưởng để quan sát cấu tạo thực tế. Việc sử dụng phần mềm CAD (AutoCAD) hỗ trợ thiết kế là phần không thể thiếu. Đánh giá học tập được thực hiện thông qua bài kiểm tra định kỳ, bài tập lớn thiết kế, bài thi cuối kỳ toàn diện và đánh giá thực hành trong quá trình học tập.

4.1. Phương pháp giảng dạy lý thuyết

Sử dụng giảng dạy truyền thống kết hợp công nghệ như chiếu slides, video minh họa, mô hình thực tế để giải thích nguyên lý hoạt động của các cơ cấu và bộ truyền. Các bài giảng được thiết kế để giúp sinh viên hình dung trực quan, hiểu sâu sắc lý thuyết cơ bản trước khi áp dụng vào tính toán, thiết kế chi tiết máy trong thực tế công nghiệp.

4.2. Phương pháp đánh giá kết quả học tập

Đánh giá sinh viên thông qua điểm quá trình (bài tập, bài kiểm tra định kỳ), bài tập lớn thiết kế chi tiết máy, bài thi cuối kỳ toàn diện và đánh giá thực hành. Việc kết hợp các hình thức đánh giá đa dạng giúp đánh giá toàn diện khả năng của sinh viên từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế, đảm bảo đạt chuẩn đầu ra theo yêu cầu của ngành cơ khí.

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 - Số bậc tự do giữa hai khâu là Qy B số khả năng chuyển động độc lập giữa hai khâu đó khâu đó. Bậc tự do của khâu trong Qx 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. toàn khớp thấp; - Tuân thủ đúng cách xác định số ràng buộc của các loại khớp động trong khi tính bậc tự do của cơ cấu.