Giáo trình Cơ kỹ thuật (Nghề Vận hành máy thi công mặt đường - Trình độ Trung cấp): Phần 1 - CĐ GTVT Trung ương I

Giáo trình Cơ kỹ thuật (Nghề Vận hành máy thi công mặt đường - Trình độ Trung cấp): Phần 1 gồm các chương: Chương 1 những khái niệm cơ bản và các tiên đề tĩnh học, chương 2 hệ lực phẳng đồng quy, chương 3 hệ lực song song - momen - ngẫu lực, chương 4 hệ lực phẳng bất kỳ, chương 5 hệ lực không gian, chương 6 ma sát. Mời các bạn cùng tham khảo.

Hà Nội, 2017

GIAO TRINH MON HOC: CO KY THUAT NGHE: VAN HANH MAY THI CONG MAT DUONG

TRINH DO: TRUNG CAP

Hà Nội - 2017

Môn học: Cơ kỹ thuật là một trong những môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề , vận hành máy thi công mặt đường, Trình độ trung cấp ;

Đây là một môn học cơ sở rất quan trọng trong chương trình đảo tạo, môn học này giúp cho người học nắm được cơ sở chuyên nghành, nâng cao được kỹ năng nghề

nghiệp;

Môn này có thê tiến hành học trước các môn học, mô đun chuyên môn; Chúng tôi gồm các Thạc sỹ, Cử nhân, giáo viên có tay nghề cao nghề Vận hành máy thi công mặt đường có nhiều kinh nghiệm trong giảng dạy, đã sưu tầm, bằng kinh nghiệm, bằng kiến thức chuyên môn, có gắng biên soạn ra giáo trình nội bộ cho môn học nay, nhằm giúp người học nhanh chóng tiếp thu được môn học;

Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi

những khiếm khuyết, chúng tôi rất mong được sự góp ý, bổ sung để chúng tôi hoàn

thiện hơn nữa

Chúng tôi chân thành cảm ơn

1 | Nội dung chương trình, vị trí, tính chât môn học 6

2 | Tài liệu học tập, phương pháp học tập và các điêu kiện khác 6

Phân I: Cơ học vật răn tuyệt đôi 8

Chương I; Những khái niệm cơ bản và các tiên đê tĩnh học 8

1.2 | Các tiên đê tĩnh học 10

13 | Liên kết và phản lực liên kêt 11

1.4 | Xác định hệ lực tác dụng lên vật răn khảo sát 14

Chương II: Hệ lực phăng đông quy 15

21 | Khảo sát hệ lực phăng đông quy băng phương pháp hình học 15 2.2 | Khảo sát hệ lực phăng đông quy băng phương pháp giải tích 18 Chương II: Hệ lực song song- Mô men- Ngâu lực 24

3.3 | Mô men của lực đôi với một điêm 29 3.4 | Điêu kiện cân băng của một vật lật 31

4.2 | Điêu kiện cân băng của hệ lực phăng bât kỳ 37

4.3 | Bài toán hệ vật ran can bang 40

5.2 | Mô men của một lực đôi với một trục 44

Phân II: Cơ học vật răn biên dạng 57

Chương VIII: Những khái niệm cơ bản 57

8.1 | Nhiệm vụ và đôi tượng nghiên cứu của sức bên vật liệu 57

82 | Một số giả thiệt cơ bản về vật liệu 57

8.3 | Ngoại lực, nội lực, ứng suât và phương pháp mặt cất 58

10.1 | Những khái niệm cơ bản vê máy và cơ câu 94

10.4

Các cơ câu biên đôi chuyên động

1.Vị trí, tính chất của môn học:

- Vi tri cla môn học:

Môn học được bố trí sau khi học sinh học xong các môn học chung

- _ Tính chất của môn học:

Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc Môn học này trang bị những kiến thức để

giải một số bài toán kỹ thuật đơn giản về tác dụng lực, về ma sát về sức bền vật liệu

Ngoài ra còn trang bị cho học sinh kiến thức cơ bản về cấu tạo, đặc điểm làm việc và

phạm vi ứng dụng của các chỉ tiết máy thông dụng

2 Mục tiêu của môn học

- Trinh bay được các khái niệm cơ bản về hệ tiên đề tĩnh học, điều kiện cân bằng

của các hệ lực, khái niệm về ứng suất, các loại ứng suất, điều kién bén ;

- _ Trình bảy được kết cấu, đặc điểm làm việc của các loại mối ghép, các cơ cấu

truyền động;

- Vận dụng được các kiến thức để giải được các bài toán cơ bản về hệ lực cân bằng,

kiểm tra bền khi kéo nén đúng tâm, xoắn;

- _ Cần thận, khoa học trong tính toán;

- _ Nghiêm túc thực hiện các nhiệm vụ học tập

II Tài liệu học tập, phơơng pháp học tập và các điều kiện khác

1.Vật liệu, dụng cụ và trang thiết bị:

+ Mô hình, học cụ, các cơ cầu truyền động, chi tiết máy của các máy thông dụng

+ Bảng viết, phần viết, máy chiếu, máy vi tính và phần mềm hỗ trợ

- Học liệu: Giáo trình Cơ ứng dụng và Cơ kỹ thuật do Bộ giáo dục xuất bản

- Nguồn lực khác: Phòng học lý thuyết đủ điều kiện, đủ tài liệu tham khảo

2 Phương pháp đánh giá:

-_ Công cụ đánh giá:

+ Hệ thống ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm về cơ học lý thuyết, cơ học ứng dụng

+ Hệ thống ngan hang bai tap về liên kết, mô men lực, lực, ma sát, trọng tâm, cân bằng lực, kéo (nén) đúng tâm, uốn, xoắn, độ bền các mối ghép bằng đinh tán,

bằng hàn và bằng ren

- Phuong pháp đánh giá:

3 Phạm vi áp dụng chương trình :

Chương trình môn học được sử dụng để giảng dạy cho học sinh nghề Vận hành

cần, cầu trục và làm tài liệu tham khảo cho các ngành nghề kỹ thuật khác

4.Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy môn học :

-_ Giáo viên trước khi giảng dạy cần phải căn cứ vào nội dung của từng bài học chuẩn bị đầy đủ các điều kiện thực hiện bài học để đảm bảo chất lượng giảng dạy

- _ Khi thực hiện chương trình môn học cần xác định những điểm kiến thức cơ bản,

xác định rõ các yêu cầu về kiến thức, kỹ năng ở từng nội dung

- _ Cần liên hệ kiến thức với thực tế sản xuất và đời sống, đặc biệt là các liên kết

trong lĩnh vực vận hành và sửa chữa cần, cầu trục

5 Những trọng tâm chương trình cần chú ý:

Hướng dẫn sinh viên thực hiện các bài toán ứng dụng để tính toán về liên kết, mô

men lực, lực, ma sắt, trọng tâm, cân bằng lực, kéo (nén) đúng tâm, uốn, xoắn, độ bền

các môi ghép bằng đinh tán, bằng hàn và bằng ren.

1.1 Nh+ng kh Ă niOm c= bfn

1.1.1 Lực

a Đbnh nghÙa:

+ Lực lụ số đo sự †,c dụng †-ơng hẹ gi+a c.c vẼt thể mụ kẾt qu4 lum

cho vEt thay đeei vEn tộc ho/Ec lum cho vEt biOn d'ng

ad V=0 F V

LŨ] — +4 _è

b C,c yOu tộ vO lic

- Luc đ-ic @Ac tr-ng bội: Điểm đ/Êt,

h-ớng( Ph-ơng, chiều) , c-ờng độ lực

+ Điểm đ/Êt của lực: Lụ điểm mụi

t'i @A vEt nhEn đ@-ic t,c dong t6 vEt kh,c

+ Ph-ơng vụ chiều của lic: Lu ph-

ơng vụ chiOu chuyOn động của vet, t6

tring th,i đang y?n d-ới t,c dụng cơ học

+ Biểu diễn lực bằng vée tơ lực: Gốo véc tơ biểu diễn điểm đ/Êt lực, h-

ớng véc tơ biểu diễn h-ớng của lực, độ dụi của véc tơ biểu diện c-ờng độ lực + Ký hiệu lực bằng một ch- c.Ă có dỀu véc tơ bõn ten’ F,” P

+ G-ờng độ của lực: Lụ số đo độ m'nh yếu của t-ơng †,c cơ học

+ Đn vP của lực lụ Niutơn (N)

1 MN=10°N

c- C.ch biểu diOn luc

Lực lụ đùi I-ỡn ng vec t+ đ-ic biOu diễn bằng vec t=

luc, ky hiOu: F

- CA gộc tring vii điểm đ/Et của lực

- Ph-ơng, chiều lụ ph-ơng chiều của lực, độ dụi tụ 10 với trP số của lực

điểm bất kỳ thuộc hệ luôn không đaii

Hay nói kh c đi vẾt r3⁄4n tuyệt đũi lựi vẾt khi chPu †,c dụng, có hxnh

d,ng vụ kỸch th-ớc không đai

( Trong thực tế không có VỆI r3⁄4n tuyệt đàối Trong nh+ +ng @iOu kiOn

có t,c động kh,c nhau, VẼt thể sẽ có nhzng biến ding bb, vai sai sộ cho

phDp thx có thể bỏ qua biOn 1 ding Bui to,n ca KO @On biOn ding đ-ic khfo s,t trong c,c men sgc bOn vEt liOu, c- hac kOt cEu)

1.1.3 Tring th Ă cân bằng của vẼt

Để tính to,n ta th-ờng g3⁄n vao hệ quy chiếu một hệ trục to! @ộ

- Tring th,i cOn bằng cfia vEt rn Iu tring th,i đang y2n cha na so vii

hO quy chiOu 'đ-ic chăn

- Tring th,i cCOn bằng cdng mang tYnh chEt t-ơng đối ( Nó cân bằng vii hO quy chiOu nh-ng không cân bằng vii hO quy chiOu kh,c)

HLP đảng quy HLP song song HLP bEt ki

Một lực duy nhất t-ơng đ-ơng với t,c dụng c4 hệ:

(Ft, Fa, Fn) ~R thx Blu hip lực của (Fy, Fo, Fn)

bằng d‹ới t,c dụng của hai lực lựi hai lực đó phi

cùng c-ờng độ , cùng ph-ơng vịt ng-ic chiều

b, Tin đề 2: ( Tiần đề về thõm bớt hai lực cân bằngq)

T,c dụng của hệ lực l°n vẾt r3⁄n không thay

đai nu ta thõm vụo hay bớt đi 2 lực cân bằng

HỖ qu: T,c dụng của lực lõn một vẾt r3⁄n không thay đai khi tr-ùt lực

trõn đ-ờng †,c dụng của nó

—> —> > > + —> —>

Chứng minh: T1i B ta thõm 2 lực F2, F3 Trong đó F2 = - F3 vụ F2 = F1 —F3

=- ẩ1 _›ẩ1 +'F3 = 0 chile I ch kh,c F1 I 8iểm @/Êt trớ 6iểm B,

hay dời lực từ A đện B trõn đ-ờng t,c dụng của nó

c.Ti8n @O 3: ( Tiờn đề hxnh bxnh hụnh lực )

Hai lực †.c dụng lần vEt r34n t'i cing một @iOm tơng đ-ơng với một lực

đ@/Et tớ tỉ cĩng 6iểm đó x,c đbnh bằng 8-ờng chéo của hxnh bxnh hụnh vẽ

từ hai lực @- cho (Fy, Fo)~R

Từ đó cũng có thể x,c đbnh đ-jc 1 hip luc t6 nhiOu lic t,c dụng t'i một điểm

d.Ti#n @O 4: ( Lực †.c dụng vu phn luc t.c dộng )

Lực t,c dộng vp phfin Ic Ip hai luc truc @ội Tuy nhi#n luc t,c dong vp ph{in lực t,c dụng không ph{i lụ hai lực cân bằng vx chúng đ/Et vụo 2 vEt kh,c nhau

Quyển s,ch Lư”

oe Bun 1.3.Liờn kết và phần lực liờn kết

1.3.1.Khỏi niờm

- VẾt tự do lụ vẾt có thể di chuyển từ vb trí đang khflo s,t đến vP trí kh,c

- VEt khffo s,t I VEt cGn xem xDt tring th,Ă cễn bằng hay chuyển động

- Liờn kOt lu điOu kiOn cn trộ chuyOn động của vẼt khfo s.†

- VẾT liờn kOt Ip vEt tto ra c, cĐn trẻ chuyển động

- Lic li8n kOt Ip lực xuất hiện tri c,c liờn kẾt

+ Ph9n luc Ip luc cha vet li2n kOt t,c

dụng lần vẾt kho s,t đ-ic @AEt vpo vEt

khfo s,t(N)

+ ,p luc Ip lc cha vEt khfo s,t t,c

dụng lần vẾt liờn Kết ( N )

Theo tiờn đề 4 :

N” N”

Phfn lực cùng ph-ơng, ng-ic chiều với h-ớng chuyển động của vẼt khf[o

s,t TrP số của ph4ịn lực li2n kOt phd thuộc vpo Itc t,c dộng t6 vEt khfo s.t

Tiờn đề 6 ph,t biểu nh- sau : VEt chPu li#n kết cân bằng đ-†c coi Iu

vEt tự do nOu thay liờn kOt bằng phn lic lin kOt

OD (1,5 Tit )

a- Li#n kOt tua

b ZT

Liờn kẾt tựa lụ liờn kẾt mụ vẾt nụy tua lõn vẾt kh,c vii gif thiOt m/Et tua nh1⁄4n vụ r3⁄4n

, phn lic h-ing theo ph,p tuyến chung của m/Et tiếp xúc , ng-ùc vii

Liờn: kOt tua cin trễ chuyển động của vEt khfo s,t sph luc vuông gac

m#Êt tiếp xúc có chiOu @i vO phYa vEt khfo s.t Ký hiệu: N

d.Li8n kOt thanh

C4n trộ vEt khfo s,t chuyOn động

theo ph-ơng của thanh ( Bỏ qua trang

l-ing của thanh ) Phin lực có ph-ơng

dọc theo thanh, nằm trõn đ-ờng th1⁄4ng

nối trục hai bƒn Iề

Ký hiệu: s”

1.4 X.c đbnh hệ lực t.c dụng lõn vẼt khfio s.t

HỖ lực †,c dụng lõn vẾt kho s,† gõm: ti trăng ( Luc t,c dong )vp phĐn lic

T,ch vEt khfo s,t khai c,c lin kOt thay vuo đó c,c phfn lực t-ơng ứng,

lum nh-vEy gai lL gifi phang li#n kOt

Sau khi gifi phóng liờn kOt vEt khfo s.t ly vEt tu do cOn bằng d-ii t,c

dụng của hệ lực gảm lực t,c dụng vu phfn luc

+ Ví dụ: Qu4[ cCu đảng nhất có trọng I-ing P treo vuo m/Et t-ộng nh1⁄2n, th1⁄4ng đứng nhờ dễy [: X.c đbnh hệ lực t,c dụng lần qu4[ cu

- VEt khfo s.t: Qu] cGu

- Luc đ: cho: Trang I-ing P

- Gifi phóng liờn kểt: -

+ Thay liền kểt dây bằng sức c”ng: TA

——>

- + Thay li8n kết tựa ẽ B bằng ph{in luc tua: NB

Ta xem qu cGu cân bằng d-ii t,c dộng cfia hO luc :

> —->

(P ,TA,NB

PR CHGJONG I: HE LUC PHANG BONG QUY

2.1 Khfo s,t hệ lực ph1⁄4nq đảng quy bằng ph-ơng ph,p hxnh hac 2.1.1 Đbnh nghÙa:

HỖ lực ph1⁄4ng đõng quy lụ hệ lực gảm c.c lực có đ-ờng †,c dụng nằm trong một m/Êt ph1⁄4ng vụ c3⁄ nhau t!i một điễm

Theo tiờn đề 3 ta ca hip luc Rỗ⁄Êt tớ 0 ph-ơng chiều trP số x,c đbnh nh- sau:

sin dị = sind = sin( 1800 -a)

sin(1800 —a )= sin a

œ, œa X,o đbnh ph-ơng chiều của R

b €.c tr-ờng hip đ⁄Êc biệt:

- Hai lực F+, Fa cùng ph-ơng, cing chiOu

song cing chiOu cing trP sé Fo

Cho hệ lực ph1⁄4ng ( Fy, Fo, Fz ) @ang

quy tới 0

Txm hip luc cha hO lic tr@n Tr-ic

hOt ta a, hip F Fy vp Fo theo tam gi,c lực ta

"Rcó gốc Š 0 cồn mút trùng với véc tơ đảng 81⁄ng với lực cuối

Hip Itc R @ang kYn @a gi,c luc IEp bai e,c lực đ- cho

* KỐt luấn: HỖ lực ph1⁄ng đảng quy có hùp lực Hùp lực đ/Êt t!i iểm

đảng quy vụ đ-ỡc x,c đbnh bằng quy †3⁄4c hxnh bxnh hụnh

2.1.4 Điều kiện cân bằng của hệ lực ph1⁄nq đảng quy bằng ph-ơng ph,p hxnh học

Đ0 hO lic _ph⁄4ng đảng quy cễn bằng thx hip luc cha na ca trP sộ

beng 0 muộn vEy @a gi,c lc phi tự đóng kín ( NghÙa lụ trõn đa gi,c lực

mot cha vBc t- cuội cing ph{i trùng với gốc của véc †ơ lực đCu tiền )

2.1.5.Bui tEp :

2.2.Khflo s.t hệ lực ph1⁄4ng đảng quy bằng ph-ơng ph p gi4li tích

2.2.1 Chiếu một lực lõn hệ to!độ vuông gấc

cho lực ẩ vụ hệ to! độ vuông góc xoy

Txm hxnh chiOu efia c,c luc I2n trộc ox vụ oy

Luc If hip vii trac ox một gc a

2.2.2.X c @bnh hip lực của hệ lực ph1⁄q đảng quy bằng ph-ơng ph_p gifi tích( Ph-ơng ph,p chiệu lực )

—>—>—>

Cho hệ lực ph1⁄4ng đảng quy ( F+, Fa, Fn ) vụ hệ trục to! độ vuông góc xoy

a.Ph-¬ng ph p gifli bui to.n vẾt r3⁄4n c©n b»ng

d-íi t.c dông cña hÖ lùc ph1⁄4ng ®ảng quy

d©y n»m ngang t!o víi OA mét gècAOB X,c ®bnh lùc c”ng d©y OB vy luc

nÐn thanh OA ( Ba qua trang I-ing thanh )

Bui gifi:

_, Khffo s,t g@n bằng & một 0 chPu 3 luc đông quy, gam : Trang I-ỡng

P, Luc cng T cha d@y ) OB vp phfn luc S cha thanh OA

Nút cân bằng d‹ới t,c dụng của 3 lực[,T 7S)

Gifi bụi to ,n theo 2 ph-ơng ph,b

Gifi ph-ơng trxnh ( 1):

T=SCos 45°

-ýí2

T =100V2 ~7- =100N

2.2.5 Đbnh lý về 3 lực ph1⁄nq không song song cân bằng

a ĐPnh lý

NỐu có 3 lực ph1⁄4ng không song song cân bằng thx đ-ờng †,c dụng

của chúng sỈ đõng quy t!è một @iểm

_„ Chứng minh: Gif sộ ca 3 lực Fi,

Fo , F3 cing nằm trong một m/Et

ph'4ng, không song song vu cân bằng

nhau

` —* —*

Do 2 lực: Fị , Fa không song song

nấn Đảng quy tớn một điểm A, ta

tr-it c,c luc Fi, ; Fe vO A rai teeng hip

2 lực có đ-ic:

>>

R=FitFa

Khi đó hệ lic (F1, Fo, F3) ~ (R, Fa)

Do vEy ( Fy , Fo, F3 ) COn bằng thx (R , Fz ) cong cOn bằng

— (R,Fa)=0

Theo tiờn đề 1 thx R vụ Fa phi trực đối nghÙa lụ Fa có đ-ờng †,c dụng đi qua A b ,p dụng để x,c đbnh ph-ơng của phĩin lực li2n kết Bui tEp 1: Một vEt ca trang I-f -ing P= 2000N treo bằng c,p v%t qua rong rac A ca b,n kYnh không đ,ng kể vụ nối với trục kéo D X,c đbnh

ph'fn lực của c,c 'thanh AB, AC (C,c góc cho trõn hxnh vi)

A

+ RBng rac A c©n b»ng d-fi tc déng cfia luc P, c,c phfn luc S1 ,S2 wT

Do b,n kỲnh rồng räc kh«ng ®,ng kÔ nên ta cã P, S1, S2, T ®ảng quy tri 0 + Ba qua ma s.t 6 rBng rac n?n T =P

Chăn hÖ trôc x0y cã oy trïng ph-¬ng cña P

ChiÕu c„c lùc lân 2 trôc ta cã :

Cho mét thanh AB ®-ic gi= béi b§n IÒ cè ®bnh B vụ d©y CD , ®Cu A cña

thanh treo vEt n/Eng trang I-ing P = 5KN Txm sec c’ng T vu phn lic 6 b§n 10 B XDt c©n b»ng cña thanh AB

Hai đCu thanh AB dui 0,6 m treo hai triing lac P;} =60KN vu

P¿ =20KN X,c đbnh khofng c,ch từ điểm A đến điểm D để thanh nằm ngang

r1

3.1.2 Ph©n tYch mét lic thunh hai luc song song cing

chiOu Gif] sé cd luc F @/Et ti A, phOn F thunh Fp vp Fe

NOu F Ri > > Rạ th †hx hip in Rsi cing chiệu Rị Ng-i ic

Iti nOu Ry < Ro thx | hip luc R sic cing chiOu vii Ro è

-VO điểm đÊt: X,c đPnh bằng c,ch x.c đPnh điểm đ/Êt hùp lic cha hai lực met đOn khi đ-ic điểm đÊt € cuối cùng Nếu có n lực phi thực

hiện ( n - 1 ) phép hip luc để có C

3.2 Ngẫu lực

3.2.1 Đbnh nghÙa

Ta thấy rằng teeng hip một hO Itc ph⁄4ng gảm 2 lực song _Song ng- ic

chiOu ca trP số bằng nhau, không cùng đ-ờng t,c dụng, không ca hip luc vu

hO cdng không cOn bằng mu si lum cho vEt quay thx gai Iu ngEu lic

VEy : NgEu lic In một hO Itc gam 2 lic song song, ng-ic chiOu vu

ca trP sộ bằng nla

Ký hiệu ( Fj ó Tạ), a lụ c,nh tay Đụn của

ngẫu lực 3.2.2 C.c yếu tố của ngẫu lực

- M/Et ph1⁄ng t,c dụng: lự m/Êt ph1⁄4ng chứa c„c lực của ngẫu lực

- ChiOu quay cfia ngEu: Iu chiOu quay chia vEt do ngEu luc t'o ra Ky hiOu b»ng

moi t?n

TrP sè m« men ngÉu lùc: B»ng tÝch sè gi+a trP sè lùc vụ c,nh tay @Bn, ký hiÖu : m

m=+F.a DÊu ( + ) ngÉu lùc lum cho vẼt quay ng-ïc chiÒu kim ®ảng hả

DÊu ( - ) ngÉu lùc lùm cho vẼt quay thuỄn chiÒu kim ®ảng hả

- §sn vP: Nm, KNm

§¬n vb m« men lùc : Kgm, KNm

3.2.3 TÝnh chÊt cña ngÉu lùc trân mét m/Et phi4ng

a.TÝnh chÊt 1: T,c dông cña ngÉu lùc kh«ng thay ®ai khi ta di chuyÓn ngEu luc trong m/Et ph1⁄4ng t,c dông cña nã

b TÝnh chÊt : 2: Ta ci thO biOn @eei trP sè cña lùc vụ c,nh tay ®Bn cña

ngEu luc, miOn Iu kheng lum thay @eei trP sé m« men cha ngEu luc

3.2.4.Hip hO ngEu lic phang

Cho hÖ lùc ph'4ng gam 3 ngEu luc,