Giáo trình Sức bền vật liệu (Nghề Chế tạo thiết bị cơ khí)

Nói chung vật thực có nhiều hình dạng khác nhau song đối tượng nghiên cứu vật thực của cơ học vật rắn biến dạng là các thanh có mặt cắt không đổi Hình 1.1.1a thường được biểu diễn bằng đ

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT -ĐỨC

GIÁO TRÌNH

MÔN H ỌC: SỨC BỀN VẬT LIỆU

H ệ cao đẳng nghề, nghề CTTBCK

(Lưu hành nội bộ)

M ỤC LỤC Chương 1: Những khái niệm mở đầu

1 Nhiệm vụ và đối tượng của cơ học vật rắn biến dạng…… 3

2 Ngoại lực - nội lực - phương pháp mặt cắt - ứng suất…… 5

3 Các loại biến dạng cơ bản ……… 9

Chương 2: Kéo (nén) đúng tâm 1 Lực dọc - biểu đồ lực dọc……… 11

2 Ứng suất - biến dạng - định luật Húc trong kéo (nén) đúng tâm 13

3 Tính chất cơ học của vật liệu - ứng suất cho phép……… 19

4 Điều kiện bền và tính toán về kéo (nén) đúng tâm 23

5 Mối ghép ren……….……… 25

6 Đai truyền……….……… 28

Chương 3: Cắt - dập - xoắn thanh tròn - uốn phẳng 1 Cắt - dập…… ……… 30

2 Xoắn thanh tròn ……….……… …41

3 Uốn phẳng……….……… 48

Chương 4: Thanh chịu lực phức tạp 1 Uốn xiên… ……….……… 59

2 Uốn đồng thời kéo ( nén) - nén (kéo) lệch tâm ….…… 63

3 Uốn xoắn đồng thời……….… 66

Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU

Th ời gian: 1h

1.1 NHI ỆM VỤ Sức bền vật liệu là môn học nghiên cứu sự chịu lực của vật liệu để đề

ra phương pháp tính toán độ bền, độ cứng và ổn định của các công trình hay chi tiết máy

dưới tác dụng của ngoại lực

- Yêu cầu đảm bảo độ bền nghĩa là chi tiết không bị phá hũy khi chịu lực

- Yêu cầu đảm bảo độ cứng nghĩa là bộ phận công trình hay chi tiết máy phải có

kích thước sao cho biến dạng trong quá trình chịu lực không làm ảnh hưởng đến sự làm

việc bình thường của bộ phận đó

- Yêu cầu đảm bảo điều kiện ổn định là các bộ phận phải có kích thước sao cho

khi chịu lực bộ phận đó không mất hình dáng ban đầu

Ðể đáp ứng yêu cầu trên, môn sức bền vật liệu phải giải quyết những yêu cầu sau :

1 Nghiên cứu tính chất cơ học của các loại vật liệu khác nhau

2 Nghiên cứu các phương pháp tính toán về độ bền, độ cứng và độ ổn định của

các chi tiết máy trong quá trình chịu lực để từ đó rút ra kích thước và hình dạng hợp lý

của chúng

Yêu cầu về đảm bảo độ bền vững và tiết kiệm là những yêu cầu có tính chất mâu

thuẫn nhau Nhưng chính sự mâu thuẩn đó đòi hỏi chúng ta phải tìm những phương pháp

tính toán tốt nhất để xác định hình dạng và kích thước hợp lý nhất của chi tiết nghĩa là chi

tiết phải có độ bền vững đạt yêu cầu nhưng cũng tiết kiệm nhất Do đó mâu thuẩn trên trở

thành một yếu tố quan trọng thúc đẩy môn học phát triển

Những bài toán cơ bản của môn sức bền vật liệu là:

1 Kiểm tra điều kiện bền của công trình hay chi tiết máy trong những trường hợp

chịu lực khác nhau

2 Xác định kích thước và hình dáng hợp lý nhất cho từng bộ phận của công trình

hay chi tiết máy

3 Xác định trị số lực lớn nhất có thể đặt lên công trình hay chi tiết máy

- Vật để chế tạo cơ cấu hoặc tiết máy là những vật thực Nói chung vật thực có

nhiều hình dạng khác nhau song đối tượng nghiên cứu vật thực của cơ học vật rắn biến

dạng là các thanh có mặt cắt không đổi (Hình 1.1.1a) thường được biểu diễn bằng đường

trục của thanh (Hình 1.1.1b) Mặt cắt của thanh là mặt vuông góc với trục thanh

- Khái niệm về thanh: Thanh là một vật thể được tạo ra do một hình phẳng F có

tiết diện là hình tròn hay hình chữ nhật di chuyển trong không gian sao cho trọng tâm C

của nó luôn luôn ở trên một đoạn đường cong ∆ trong không gian, còn hình phẳng thì

luôn vuông góc với đường cong ∆ Chiều dài đường cong ∆ lớn gấp nhiều lần so với kích thước của tiết diện F Khi di chuyển như vậy hình phẳng F dựng lên trong không gian một vật thể gọi là thanh (hình 1.1.2)

+ Thanh có mặt cắt ngang không thay đổi hoặc thay đổi theo từng đoạn

Trong tính toán ta thường biểu diễn thanh bằng đường trục của nó (trục thanh có thể là đường thẳng hoặc đường cong) Tóm lại, dựa theo kích thước theo ba phương: thanh là vật thể có kích thước theo hai phương nhỏ so với phương thứ ba

1.3.1 Gi ả thuyết 1: Vật liệu có tính liên tục, đồng chất và đẳng hướng

Ta gọi vật liệu là đồng chất khi tính chất cơ học của vật liệu ở mọi điểm trong vật thể là giống nhau Theo quan điểm của vật lý thì cấu trúc của vật liệu ở mọi điểm là không liên tục và không hoàn toàn giống nhau Song ta có thể thừa nhận giả thuyết này vì khi xét một phân tố vật liệu thì phân tố đó cũng đủ lớn để chứa nhiều nguyên tử hay phân

tử và với một thanh cụ thể thì tính chất cơ học của vật liệu ở mọi điểm trong thanh không khác nhau nhiều lắm Giả thuyết này cho phép ta áp dụng phép tính vi tích phân trong quá trình tính toán và có thể nghiên cứu với một phân tố bé để suy rộng ra cho cả vật thể lớn Ta gọi vật thể có tính chất đẳng hướng khi tính chất cơ lý của vật liệu theo mọi phương là như nhau Ðối với kim loại ta có thể xem là những vật liệu đẳng hướng Tuy nhiên đối với những vật liệu khác như chất dẻo, gỗ, tre vì tính chất cơ lý của chúng theo những phương rất khác nhau nên ta không thể xem chúng là đẳng hướng được Ta gọi đó

là những vật liệu không đẳng hướng và trong quá trình tính toán phải chú ý tính chất không đẳng hướng của chúng

1.3.2 Gi ả thuyết 2: Ta xem vật liệu làm việc trong giới hạn đàn hồi và tính đàn hồi của

vật liệu được xem là đàn hồi tuyệt đối Trong thực tế dù lực bé đến đâu vật liệu cũng không hoàn toàn có tính đàn hồi tuyệt đối Song khi lực chưa vượt quá một giới hạn nhất định, biến dạng dẻo trong vật thể là bé nên ta có thể bỏ qua được

Giả thuyết thứ 2 này cũng là điều nêu rõ phạm vi nghiên cứu của môn sức bền vật

liệu, nghĩa là trong suốt toàn bộ giáo trình chúng ta chỉ tính toán khi vật liệu còn làm việc

trong giai đoạn đàn hồi và ta xem tương quan giữa lực và biến dạng là bậc nhất (Ðịnh

luật Húc)

1.3.3 Gi ả thuyết 3: Biến dạng của vật thể do ngoại lực gây ra được xem là bé so với

kích thước của chúng, vì vậy khi vật thể chịu lực ta có thể xem điểm đặt của lực không

thay đổi khi vật thể bị biến dạng

Th ời gian:1h

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 được phân ra lực tập trung và lực

2.2.1 Khái ni ệm Dưới 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 được 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, 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

2.2.2 Các thành ph ần nội lực trên mặt cắt ngang của thanh Muốn xác định nội lực ta

phải dùng phương pháp mặt cắt Giả sử xét sự cân bằng của phần phải hợp lực của hệ nội

lực đặc trưng cho tác dụng của phần trái lên phần phải được biểu diễn bằng vectơ P đặt

tại kiểm K nào đó (hình 1.2.2a) Thu gọn hợp lực P đặt tại điểm K về trọng tâm O của

mặt cắt ngang Ta sẽ được một lực R có vectơ bằng R và một ngẫu lực có momen M

(vectơ chính và mômen chính của hệ nội lực) Lực R và M có phương chiều bất kỳ

trong không gian Để thuận lợi ta phân R làm ba thành phần trên hệ trục tọa độ vuông góc chọn như hình 1.2.2b

a) b)

Hình 1.2.2

- Thành phần nằm trên trục Z gọi là lực dọc Ký hiệu: Nz

- Thành phần nằm trên các trục X và Y trong mặt cắt ngang gọi là lực cắt Ký hiệu

Qx, Qy

Ngẫu lực M cũng được phân làm ba thành phần:

- Thành phần mômen quay xung quanh các trục X, Y (tác dụng trong các mặt phẳng ZOY và ZOX vuông góc với mặt cắt ngang) gọi là mômen uốn Ký hiệu Mx và

tưởng dùng mặt phẳng cắt vuông góc qua điểm cần xét Phương pháp như thế gọi là phương pháp mặt cắt Phương pháp mặt cắt được trình bày như sau: Xét một vật thể chịu lực ở trạng thái cân bằng (hình 1.2.3)

Hình 1.2.3 Hình 1.2.4

Để tìm nội lực tại mặt cắt a nào đó, ta tưởng tượng dựng mặt phẳng  qua mặt a, cắt vật thể ra làm hai phần I và II Ta xét riêng một phần nào đó, ví dụ phần I (hình

1.2.4)

Phần I cân bằng dưới tác dụng của các ngoại lực tác động lên nó ( )P1, P2 và lực tương hỗ tác động từ phần II lên phần I Hệ lực đó chính là nội lực trên mặt cắt aa Từ đó

ta có thể xác định được giá trị nội lực qua giá trị của ngoại lực ở phần I

Hình 1.2.5 giới thiệu tổng quát dùng phương pháp mặt cắt để xác định nội lực của bốn hình thức biến dạng cơ bản

H ình 1.2.5

2.4.1 Khái ni ệm Trị số nội lực trên một đơn vị diện tích của mặt cắt được gọi là ứng

suất 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 tích ∆F chứa

C Trên diện tích ∆F có nội lực phân bố với hợp lực có vectơ ∆P, ta có: P tb

được gọi là ứng suất trung bình tại C

- Chiều của vectơ P tb cùng chiều với vectơ P Nếu F tiến đến 0 thì P tb tiến đến một giới hạn Giới hạn đó được gọi là ứng suất toàn phần tại điểm C Ký hiệu P

F

P P

+ Thành phần vuông góc với mặt cắt được gọi là ứng suất pháp, ký hiệu: 

+ Thành phần nằm trong mặt cắt được gọi là ứng suất tiếp, ký hiệu:  Như vậy:

dương pháp tuyến ngoài mặt cắt, ký hiệu:  x

- Ứng suất tiếp được coi là dương khi pháp tuyến ngoài của mặt cắt quay một góc

900 theo chiều quay của kim đồng hồ sẽ trùng với chiều của ứng suất tiếp (hình 1.2.8)

Hình 1.2.6 Hình 1.2.7

Hình 1.2.8

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

2.4.2 Quan h ệ giữa ứng suất và các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang Gọi P là ứng suất tại một điểm M(x, y) bất kỳ trên mặt cắt ngang (hình 1.2.9) Các thành phần hình chiếu của P là:

- Ứng suất pháp z

- Ứng suất tiếp  được phân làm hai thành phần zx, zy

Lấy một diện tích phân tố F chứa M Các lực phân tố do các ứng suất gây ra là:

z, F, zx, F ,zy, F

Hình 1.2.9 Hình 12.10

Tổng cộng tất cả các tác dụng của các lực phân tố đó trên toàn thể mặt cắt, chính

là các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang

Từ ý nghĩa đó ta có các biểu thức liên hệ giữa ứng suất và các thành phần nội lực sau: N z =z.F a)

M x =z. d)

x F

M y =z. e)

M z =zy −zx  f) Riêng biểu thức liên hệ giữa ứng suất tiếp với mômen xoắn khi mặt cắt ngang tròn tại điểm M ta phân ra thành hai thành phần (hình 1.2.10):

- Một thành phần vuông góc với bán kính, ký hiệu .

- Một thành phần hướng theo bán kính, ký hiệu r

Khi đó ta có công thức liên hệ sau: M z =..F (1.2.5)

3 C ÁC LOẠI BIẾN DẠNG CƠ BẢN: Th ời gian: 1h

Ngoại lực tác dụng lên chi tiết có thể gây nên các biến dạng khác nhau Thường

người ta phân biệt năm loại chịu lực đơn giản sau: kéo, nén, cắt, uốn, xoắn

theo chiều trục thanh, điểm đặt lực tại trọng tâm mặt cắt ngang (hình 1.3.1) Sau khi chịu

lực thanh sẽ dài ra, tiết diện thanh bị giảm đi, ta nói thanh chịu kéo

3.2 C ẮT Khi tác dụng hai lực ngược chiều thẳng góc với trục thanh Mặt cắt ngang đó

bị trượt tương đối với nhau theo hướng của lực tác dụng (hình 1.3.3a, b) Hiện tượng đó được gọi là thanh chịu cắt

mặt phẳng vuông góc với trục thanh Ta thấy các đường kẻ song song với trục thanh sẽ bị

quay đi theo chiều quay của ngẫu lực nhưng vẫn thẳng (hình 1.3.4) Hiện tượng thanh bị biến dạng như vậy gọi là thanh chịu xoắn

Hình 1.3.3

Hình 1.3.4 Hình 1.3.5

3.4 U ỐN Một thanh thẳng, tiết diện có ít nhất một trục đối xứng Cho hai ngẫu lực

ngược chiều nhau tác dụng trong mặt phẳng chứa trục thanh và trục đối xứng Ta thấy trục thanh bị uốn cong đi, các đường kẻ song song với trục thanh cũng bị uốn cong đi như (hình 1.3.5) Ta gọi là thanh chịu uốn

Chương 2: KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM

1 L ỰC DỌC - BIỂU ĐỒ LỰC DỌC Th ời gian: 1h

là hai lực trực đối có phương trùng với trục thanh Hay nói cách khác: Một thanh gọi là

chịu kéo, hay nén đúng tâm khi trên mặt cắt ngang của thanh chỉ có một thành phần nội lực là lực dọc Ví dụ thanh thẳng AB ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của hai ngoại lực đặt tại A và B như (hình 2.1.1a, b)

Hình 2.1.1

1.1.2 N ội lực Để xác định nội lực trên mặt cắt ngang, tưởng tượng cắt thanh AB làm hai

phần bởi mặt cắt 1-1 vuông góc với trục thanh Chọn hệ trục Oxyz như (hình 2.1.2), rồi xét sự cân bằng của phần phải (chú ý đây là bài toán phẳng từ mặt cắt có 6 thành phần nội lực rút xuống còn 3, ở đây là Nz, Qy, Mx):

- Tổng hình chiếu các lực đối với điểm O, suy ra Mx = 0

- Tổng hình chiếu các lực trên trục y, suy ra Qy = 0

Hình 2.1.2 H ình 2.1.3

Tổng hình chiếu các lực trên trục z, ta có: N z − P=0 Suy ra: N z =P

Vậy trên mọi mặt cắt ngang chỉ có thành phần nội lực là lực dọc N z 0, còn các thành phần mômen uốn Mx, lực cắt Qy là bằng không

Dấu của lực dọc được quy ước: lực dọc được coi là dương khi thanh chịu kéo (hình 2.1.3a) có nghĩa lực dọc hướng ra ngoài mặt cắt và làm thanh dãn dài ra Lực dọc

âm khi thanh chịu nén, có nghĩa lực dọc hướng vào mặt cắt và thanh co lại (hình 2.1.3b)

Một dây cáp trong cần trục dùng để nâng vật liệu là một ví dụ về kéo hoặc một

ống khói dưới tác dụng của trọng lượng bản thân là một ví dụ về nén

hoặc nén là lực dọc N có phương vuông góc với mặt cắt Lực dọc được coi là dương nếu

là lực kéo (hướng ra ngoài mặt cắt) và được coi là âm nếu là lực nén (hướng vào trong mặt cắt) Lực dọc có thể thay đổi từ mặt cắt ngang này sang mặt cắt ngang khác hoặc từ đoạn thanh này sang đoạn thanh khác Để biểu diễn sự thay đổi của lực dọc theo trục của thanh ta vẽ biểu đồ lực dọc Vậy biểu đồ lực dọc là đường biểu diễn sự biến thiên của lực dọc theo trục của thanh

Ví d ụ 2.1.1: Vẽ biểu đồ lực dọc của một thanh chịu lực như (hình 2.1.4a)

Bài gi ải

dọc cú giỏ trị khụng đổi

Từ điều kiện cõn bằng của phần phải, ta được: N=N Z2+P2−P1=0

Suy ra: N Z2=P1−P2=40−60=−20kN0, - lực nộn

Ta cú thể xem xột phần trỏi, chọn gốc toạ độ C Khi đú phương trỡnh được viết trong khoảng 0 < Z2  a (hỡnh 2.1.4d) Ta nhận được kết quả như nhau Biểu đồ lực dọc được vẽ trờn (hỡnh 2.1.4c)

Vớ d ụ 2.1.2: Vẽ biểu đồ lực dọc Nz và xác định đoạn nguy

hiểm của thanh chịu lực nh- hình vẽ?

- Sử dụng ph-ơng pháp vẽ nhanh biểu đồ nội lực

Vẽ biểu đồ từ d-ới lên trên với các tải trọng tập trung ta có biểu đồ là đ-ờng thẳng

Lực kéo tập trung t-ơng ứng với biểu đồ có dấu d-ơng và ng-ợc lại nh- hình vẽ

Hỡnh 2.1.5

Hỡnh 2.1.6

ĐÚNG TÂM: Th ời gian: 1h

2.1.1 Ứng suất phỏp trờn mặt cắt ngang

a Quan sát m ột mẫu thí nghiệm chịu kéo Mẫu là một thanh lăng trụ, trước khi thí

nghiệm ta kẻ các đường vạch song song và vuông góc với trục thanh trên bề mặt thanh (Hình 2.2.1) Những vạch vuông góc với trục thanh được xem là vết của mặt cắt ngang Khi thanh chịu kéo hay nén ta quán sát thấy:

b Bi ểu thức ứng suất pháp trên mặt cắt ngang

Ví dụ 2.2.1: Tính ứng suất tại mặt cắt 1-1, 2-2 (Hình 2.1.4) Biết diện tích của thanh F =

4cm2

Bài gi ải

Tại mặt cắt 1-1, ứng suất kéo có giá trị NZ1 = 40kN

kN F

kN F

N Z

trục thanh một góc  như (Hình 2.2.2) Xét sự cân bằng của phân tố ABC

 , ứng suất tiếp Zy=0 Trên mặt nghiêng

AC có ứng suấtđược phân ra làm hai thành phần: ứng suất pháp  =.cos, ứng suất tiếp  =.sin

Phân tố ABC cân bằng dưới các nội lực: ,F;'.F;'Z.F Trong đó F là diện tích mặt cắt ngang F' là diện tích mặt cắt nghiêng

Tổng hình chiếu các lực xuống phương , ta được: F'−Z F.cos =0

Suy ra:     cos2

'

cos

Z Z

Suy ra:        sin2

2

1sin.cos'

sin

Z Z

Z

F

Từ biểu thức (2.2.2), ta thấy ứng suất pháp trên mặt cắt ngang có giá trị lớn nhất

co lại Ngược lại, dưới tác dụng của lực nén thanh co ngắn lại nhưng chiều ngang phình

ra

2.2.1 Bi ến dạng dọc Xét một thanh chịu kéo như hình 2.2.3 Tính độ dãn dài của thanh

khi chịu kéo và độ co của thanh khi chịu nén (Hình 2.2.4)

Từ công thức biểu diễn định luật Húc k =Ek(a) Thay giá trị

F

P F

Trong đó tích số EF gọi là độ cứng của thanh; F là diện tích mặt cắt ngang

Công thức trên chỉ áp dụng cho trường hợp thanh có độ cứng không đổi, lực dọc

NZ không đổi dọc theo chiều dài thanh Trong thực tế ta còn gặp các bài toán NZ thay đổi theo chiều dài thanh, mặt cắt ngang thay đổi, khi đó ta phải sử dụng biểu thức tổng quát hơn Tách từ thanh ra một phân tố có chiều dài vô cùng bé dz, gọi dz là độ dãn dài tuyệt đối của đoạn dz, từ đó ta có:

Z Z

1

0 E

l N dz E

N

  (2.2.6) Nếu hàm dưới dấu tích phân chỉ liên tục trong từng đoạn thì biểu thức (2.2.6) được viết như sau:  =−n

Z dz F E

N l

Nếu trong từng đoạn giá trị NZi, EiFi không đổi thì biểu thức (2 2.7) có dạng:

dz F E

l N l

n

i Zi

Hình 2.2.5

Bài giải Biểu đồ lực dọc được vẽ trên hình 2.2.5 Vì tỷ số

F E

l N F E

l N F E

l N F E

l N F E

l N l

n

i

4 4

4 4

4

4 4

4 4 3 3

3 3 2 2

2 2

1 1 1

1 1

10.6,02010.2

60.42010.2

20.31010.2

60.31010.2

50

−

=

++

l mang dấu - chứng tỏ cột bị co lại

2.2.2 Bi ến dạng ngang (hệ số Poát Xông) Ta nhận thấy, khi một thanh chịu kéo, chiều

dài của nó bị dãn ra, còn bề ngang bị co lại Khi thanh bị nén chiều dài thanh bị ngắn lại còn bề ngang thì phình ra (Hình 2.2.6)

h h y

0

0 0

l l l

Trong đó:  - biến dạng tỷ đối theo phương ngang: ng  - biến dạng tỷ đối theo d

phương dọc;  - hệ số biến dạng ngang (hay hệ số Poát Xông) là một hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu và nằm trong giới hạn từ 0 đến 0,5

Dấu (-) trong (2.2.9) chứng tỏ  và ng  d luôn luôn ngược dấu nhau, nghĩa là theo phương dọc thanh ngang bị dãn ra thì theo phương ngang thanh bị co lại và ngược lại

B ảng 2.2 Một vài giá trị của 

Thép Gang Đồng

0,25-0,33 0,23-0,27 0,31-0,34

Nhôm

Đá hộc

Bê tông

0,32-0,36 0,16-0,14 0,08-0,18

Ví d ụ 2.2.3: Một thanh thép hình chữ nhật có h = 20 mm, h = 100 mm, chiều dài l = 4,3

m chịu lực kéo P = 160000 kN Hãy tính:

a Ứng suất

b Độ dãn dài tuyệt đối

c Độ dãn dài tỷ đối theo các phương của hệ trục toạ độ

d Sự thay đổi kích thước mặt cắt ngang

Với E = 21,5.106kN/cm2, =0,3

Bài giải

0 0

/800010

.2

160000

cm kN h

b

P F

E

l

10.5,31

430.8000

03,0.000372,

0

000372,

0430

16,0

z

y l l

d Sự thay đổi kích thước:

cm h

h h h

cm b

b b b

x

y

00112,0000112,

0.10

000224,

0000112,

0.2

Từ đoạn đường thẳng OU của đồ thị kéo thép Ta cần suy ra sự liên hệ tuyến tính giữa tải trọng tác động P và độ dãn dài l đến giới hạn tỷ lệ

Xét các tam giác đồng dạng (hình 2.2.7), ta có thể viết quan hệ giữa lực P và độ

l

P l

P l

Hình 2.2.7 Hình 2.2.8

Chuyển lực sang ứng suất, biến dạng sang biến dạng tỷ đối (hình 2.2.8), ta có:

k k k

k kl

2 2

Hằng số E chỉ phương đoạn thẳng OU gọi là môđun đàn hồi khi kéo Nó xác định rất chính xác quan hệ giữa ứng suất và biến dạng tỷ đối Biểu thức toán học có dạng:

k

k E

 = (2.2.10) Biểu thức này biểu hiện một định luật rất quan trọng trong khoa học về độ bền gọi

là định luật Húc khi kéo "ứng suất pháp thì tỷ lệ thuận với độ dãn dài tỷ đối"

Bằng lý tương tự, định luật Húc vẫn đúng cho thanh chịu nén trong miền tỷ lệ (miền đàn hồi tuyệt đối): n = E.n (2.2.11)

Định luật Húc trình bày như sau: Ứng suất pháp tỷ lệ thuận với độ dãn dài tỷ đối

Từ biểu thức (2.2.11), môđun đàn hồi khi kéo - nén có thứ nguyên lực/chiều dài2, đơn vị thường dùng là 2; 2; 2

mm

kN cm

kN m

kN

Môđun đàn hồi là một hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào từng loại vật liệu, là hằng số của vật liệu đồng nhất, đẳng hướng được xác định từ thực nghiệm

B ảng 2.1 Giá trị E của một số vật liệu

Thép lò xo Thép cácbon Thép Niken Gang xám

Bài gi ải

Môđun đàn hồi được tính từ định luật Húc, suy ra:

000058,

0200

017,0

22.575004

cm kN d

P F

0

18300

cm

kN E

cứng của thanh, trước hết ta cần nghiên cứu đặc trưng cơ học của vật liệu Muốn hiểu rõ

các tính chất cơ học của vật liệu ta thường làm các thí nghiệm để quan sát các tính chất

và quá trình biến dạng của các loại vật liệu khác nhau kể từ lúc bắt đầu chịu lực cho đến

khi bị phá huỷ

Vật liệu trong tự nhiên rất đa dạng, nhưng căn cứ vào biến dạng của mẫu thí

nghiệm cho tới khi mẫu bị phá hỏng, ta có thể chia vật liệu ra làm hai loại:

- Vật liệu dẻo là những vật liệu bị phá hoại sau khi đã biến dạng lớn, ví dụ như

thép, đồng, nhôm, v.v

- Vật liệu giòn là vật liệu bị phá hoại sau khi vừa biến dạng rất bé, ví dụ như gang,

đá, bê tông, v.v

Trước hết ta hãy làm thí nghiệm về kéo và nén Thí nghiệm được tiến hành trên

các máy thử kéo - nén Các mẫu thí nghiệm, quy trình thí nghiệm và các phương pháp

xác định vật liệu đều được tiến hành theo một tiêu chuẩn hoá, ví dụ theo TCVN (tiêu

chuẩn Việt Nam)

Sau đây sẽ trình bày kết quả thí nghiệm kéo nén với hai loại vật liệu thường được

sử dụng trong nghành chế tạo máy là thép và gang Thép đặc trưng cho loại vật liệu dẻo

và gang đặc trưng cho loại vật liệu giòn

(hình 2.3.2) biểu diễn đồ thị của mẫu kéo bằng gang Ký hiệu P là trị số lực kéo, l là độ

giãn dài của mẫu thí nghiệm Đối với thép CT3 Đồ thị liên hệ giữa lực và độ biến dạng

dài có ba giai đoạn cơ bản sau:

- Giai đoạn đàn hồi được biểu diễn bằng đường OU và đoạn đường cong OK

Đoạn đường thẳng OU được gọi là giai đoạn đàn hồi tuyến tính hay giai đoạn tỷ lệ Trong

giai đoạn này sự liên hệ giữa lực kéo P và độ giãn dài tuyệt đối có quan hệ bậc nhất

Đoạn OK rất bé được gọi là giai đoạn đàn hồi phi tuyến

- Giai đoạn chảy được biểu diễn bằng đoạn KA Đặc điểm của giai đoạn này là lực kéo không tăng trong khi đó biến dạng vẫn tiếp tục tăng

- Giai đoạn cũng cố

Hình 2.3.1

Sau khi qua giai đoạn chảy, lực có tăng thì biến dạng mới tăng nhưng đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối l là một đường cong - đường AB Ta tiếp tục tăng cho đến khi lực đạt tới giá trị lớn nhất - điểm B, tại một nơi nào đó của mẫu thì mặt cắt ngang bị thắt lại Sau đó lực giảm dần nhưng mẫu vẫn tiếp tục dài ra cho đến khi đứt ngay tại chỗ thắt, lực đứt tại điểm O

Ở giai đoạn đàn hồi, nếu bỏ tải thì biến dạng trở lại vị trí không ban đầu Ở giai đoạn chảy và giai đoạn cũng cố, nếu bỏ tải thì nó trở về theo đường thẳng song song với đường OU Do đó mẫu vẫn còn lại một độ biến dạng O 'C' gọi là độ biến dạng dư

PH: lực tỷ lệ ứng với lực kéo lớn nhất trong giai đoạn tỷ lệ

Pch: lực chảy ứng với lực kéo ở giai đoạn chảy

PB: lực ứng với lực kéo lớn nhất ở giai đoạn củng cố

F0: diện tích mặt cắt ngang của mẫu trước khi thí nghiệm

L0: chiều dài của phần mẫu trước khi thí nghiệm

F1: diện tích mặt cắt ngang của mẫu tại chổ thắt lúc mẫu bị đứt

L1: chiều dài của phần mẫu thí nghiệm sau khi thí nghiệm (được tính theo tiêu chuẩn)

- Giới hạn tỷ lệ, ký hiệu t1 được xác định bởi số:

0

1 1

- Độ dãn dài tỷ đối của mẫu sau khi đứt, ký hiệu  được tính theo %:

%1001

11

0

0 1 0

%

0

1 0

Ví d ụ 2.3.1: Một thanh thử hình trụ bằng thép non có đường kính d0 = 20mm, chiều dài

thử là 10 = 200mm, sau khi đứt đo được chiều dài khi đứt 11 = 252mm và đường kính tại chỗ đứt d1 = 12mm Tính độ dãn dài tỷ đối, độ thắt tỷ đối của thanh

Bài gi ải

200

2002521001

11

%6410010

1211001

1004

44100

2 2

2 0

2 1 2

0

2 1

2 0

d d

F

F F

3.1.2 Thí nghi ệm nén Mẫu thí nghiệm thường là hình trụ có h = 2d để tránh có thể bị

cong do nén hay hình lập phương (bê tông)

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa ứng suất pháp  và biến dạng dài tỷ đối  có dạng:

- Vật liệu dẻo (mẫu thép), có giới hạn tỷ lệ, giới hạn chảy không có giới hạn bền, càng nén mẫu càng dẹt xuống (hình 2.3.3)

- Vật liệu giòn (mẫu gang), không có giới hạn tỷ lệ, giới hạn chảy nhưng có giới hạn bền Tới giới hạn bền, trên mẫu có những vết nứt nghiêng 450 (hình 2.3.4)

Hình 2.3.4

Giới hạn chảy của thép khi nén và khi kéo coi như bằng nhau Còn giới hạn bền khi nén của gang lớn hơn rất nhiều giới hạn bền khi kéo Đồ thị trên hình 2.3.5, hình 2.3.6 cho kết quả bằng số của một loại vật liệu thép cácbon và gang xám

Hình 2.3.5 Hình 2.3.6

Các đặc trưng cơ học của vật liệu trên thực tế còn phụ thuộc nhiều yếu tố như nhiệt độ, thời gian, vận tốc biến dạng (liên quan đến tải trọng tĩnh, động), v.v mà ở đây

ta chưa xét đến Dưới đây là giới hạn bền của một số vật liệu thường dùng

Thép xây dựng Thép chế tạo Gang xám Hợp kim đồng

3.2 ỨNG SUẤT CHO PHÉP Khi tính sức bền các chi tiết, các kết quả tính toán phải

đảm bảo cho chúng không bị phá hỏng Ví dụ đối với vật liệu giòn, chưa phát sinh của vết nứt Đối với vật liệu dẻo, chưa có biến dạng lớn Muốn vậy ứng suất tính toán lớn nhất tại một điểm nào đó trong quá trình chịu lực không được vượt quá một giới hạn quy định cho từng loại vật liệu Ta gọi đó là giới hạn nguy hiểm, ký hiệu là  Trong bài 0

toán kéo, nén, đúng tâm đối với vật liệu giòn ta chọn  là gi0 ới hạn bền, còn đối với vật liệu dẻo ta chọn là giới hạn chảy vì khi đạt tới giới hạn đó, tuy vật liệu chưa bị phá huỷ nhưng biến dạng đã quá lớn so với biến dạng đàn hồi

Để đảm bảo an toàn, trong thực tế ta thường dử dụng một giá trị ứng suất bé hơn ứng suất nguy hiểm gọi là ứng suất cho phép, ký hiệu là   :  

n

0



 = (2.3.7)

n là hệ số an toàn, có giá trị lớn hơn 1

Như vậy đối với vật liệu dẻo:    

n

ch k n





 = = (2.3.8) Đối với vật liệu giòn, vì khả năng chịu nén tốt hơn chịu kéo k

B n

  , nên ta có hai ứng suất cho phép khác nhau:  

n

n B n



 = (2.3.10) Trong đó:   : n ứng suất cho phép khi nén   : k ứng suất cho phép khi kéo n

B

 , k B

 : giới hạn bền khi nén, khi kéo  : gich ới hạn chảy

Việc chọn các hệ số an toàn thích hợp cho các chi tiết là một việc rất khó và rất quan trọng Nếu chọn hệ số an toàn bé thì tiết kiệm được nguyên vật liệu, nhưng chi tiết không được bền lâu Trái lại nếu chọn hệ số an toàn lớn, chi tiết có thể bền lâu nhưng lại tốn nhiều vật liệu Trong thực tế, để chọn hệ số an toàn, người ta thường dựa vào kinh nghiệm thực tế trong thiết kế cũng như trong sử dụng Dưới đây là bảng ứng suất cho phép của một vài loại vật liệu thường dùng:

Thép xây dựng Thép chế tạo máy Gang xám

Đồng Nhôm Đua ra

Hiện nay có những phương pháp khác nhau để tính toán điều kiện bền Trong giáo trình này chỉ trình bày phương pháp tính toán điều kiện bền theo ứng suất cho phép Theo phương pháp này thì thanh chịu kéo - nén đúng tâm đủ bền khi đối với vật liệu dẻo:

Ý nghĩa của phương pháp là tìm những điểm có trị số ứng suất pháp lớn nhất khi kéo hoặc khi nén, đó là điểm nguy hiểm Khi điểm nguy hiểm đã thoả mãn điều kiện bền thì tất cả điểm còn lại đều thoả mãn Rõ ràng phương pháp này đơn giản nhưng độ an toàn lớn Từ điều kiện bền (2.4.1), ta có thể suy ra ba bài toán cơ bản sau:

pháp lớn nhất trong thanh nhỏ hớn ứng suất cho phép (tối đa là bằng ứng suất cho phép)

max =

F

N  [] (2.4.6) Giả sử đã biết vật liệu (tức biết ứng suất cho phép), biết kích thước mặt cắt ngang

và lực tác dụng thì ta có thể kiểm tra được độ bền của thanh Muốn vậy đầu tiên ta xác định lực dọc trong thanh, sau đó tính trị số ứng suất pháp lớn nhất theo công thức (2.4.6) Nếu giá trị này không vượt quá ứng suất cho phép thì ta có thể kết luận là thanh đủ bền Ngược lại nếu vượt quá ứng suất cho phép thì thanh không đủ bền Trong kỹ thuật sai số cho phép khoảng 5%

Ví dụ 2.4.1: Một thanh thép kết cấu có mặt cắt ngang là hình chữ nhật h = 60m, b =

10mm chịu tải trọng tĩnh dọc trục P = 72000 kN, vật liệu có ứng suất cho phép [] =

13000 kN/cm2 Kiểm tra xem có đủ bền không?

Bài giải

6.1

72000

cm kN bh

P F

N Z



Vì 12000 kN/cm2  13000kN/cm2 Vậy thanh đủ bền

tác động lên thanh, ta có thể xác định mặt cắt cần thiết của thanh sao cho thanh được

bền Khi thiết kế một chi tiết về phương diện độ bền, sau khi chọn vật liệu, xác định lực tác dụng thiết kế phải tính kích thước mặt cắt ngang cần thiết để chi tiết làm việc được

bền Xác định lực dọc theo công thức (2.4.1) ta suy ra điều kiện để chọn kích thước mặt cắt ngang:  Z

N

F  (2.4.7)

Ví dụ 2.4.2: Chọn kích thước mặt cắt ngang cho thanh chịu kéo bởi tải trọng P = 40000

kN Biết tiết diện là hình chữ nhật có bề dày

4

h

b= : ứng suất cho phép   = 10000 kN/cm2

Bài giải

Theo công thức tính (2.4.7), ta có:     10000 4 2

40000

cm P

cm F

h

14

44

44.44

thanh ta có thể xác định được tải trọng của thanh Với một chi tiết đã biết được kích thước mặt cắt ngang, biết được vật liệu sử dụng ta có thể xác định được giá trị lực lớn nhất tác dụng lên chi tiết đó Từ điều kiện bền (2.4.7) suy ra lực dọc lớn nhất cho phép là:

max F

N Z  (2.4.8) Dựa vào đó ta tìm được tải trọng cho phép

Ví d ụ 2.4.3: Tìm tải trọng P cho phép cho một ống thép chịu kéo như hình 2.4.1 Biết

đường kính ngoài của ống d1 = 60mm Đường kính của ống d2 = 52mm, ứng suất cho phép 12000 kN/cm2

64

d d

Theo (2.4.8), tải trọng cho phép là:  

kN P

kN F

N

8040

804012000

.7.6

5 M ỐI GHÉP REN: Th ời gian: 1h

khi chịu lực một chiều thì đó là ren thang lệch (hình 2.5.1c) Ngoài ra còn có ren vuông nhưng không được tiêu chuẩn hoá Loại ren này ít tổn thất vì ma sát hơn so với ren hình thang do đó hiệu suất truyền động cũng cao hơn Tuy vậy, ren vuông khó chế tạo và độ

bền kém hơn, khó khắc phục khe hở chiều trục nên ngày nay ít được dùng mà thường

được thay thế bằng ren thang

Hình 2.5.1: Kích thước kết cấu của ren tiêu chuẩn công dụng chung

a Ren h ệ mét (hình 2.5.2): Loại ren này có biên dạng hình tam giác, góc ở đỉnh bằng

600; bước ren có hai loại là loại bước lớn và bước nhỏ, các kích thước đã được tiêu chuẩn hoá

Hình 2.5.2: Biên d ạng của ren hệ mét

Ren (hệ mét) bước lớn được quy ước có in chữ M trước giá trị của đường kính ren

Ví dụ, M14 là ren hệ mét bước lớn, đường kính 14mm Ren (hệ mét) bước nhỏ ngoài quy ước như đối với ren bước lớn còn có ghi thêm giá trị của bước ren sau giá trị của đường kính Ví dụ, M14x0,75 là ren hệ mét bước nhỏ (0,75mm) đường kính 14mm

Như trên hình 2.5.2 cho thấy, bước ren càng nhỏ thì rãnh càng nông, mặt khác góc nâng  của ren càng bé Qua đó cho thấy với cùng đường kính ngoài d thì đường kính trong d1 ở ren bước nhỏ thì có giá trị lớn hơn ở ren bước lớn, do đó sức chịu tải của thân bulông với ren bước nhỏ cũng lớn hơn Ngoài ra, khả năng tự hãm của ren bước nhỏ cũng cao hơn do góc nâng  của nó bé hơn, hay nói cách khác, ren bước nhỏ ít khả năng tự lỏng hơn so với ren bước lớn Nhờ hai ưu điểm trên ren bước nhỏ hay được dùng trong các tiết máy chịu rung động hoặc va đập, trong các tiết máy nhỏ, mỏng (như trong máy bay, máy chính xác, máy vô tuyến điện ) Mặc dù vậy, ren bước lớn vẫn được dùng rộng rãi do kích thước ren cao và dày nên những sai sót nhỏ thường gặp trong khi chế tạo cũng không đến nỗi làm ren bị loại bỏ, hơn nữa thời gian chịu mài mòn cũng được lâu hơn

b Ren ống: vừa có tác dụng kẹp chặt vừa đảm bảo độ kín trong các mối ghép ống Hình

2.5.3 trình bày cách nối ống qua cút cong có ren ống

Hình 2.5.3: N ối ống thông qua cút cong

Thường thì đường kính trong (lỗ thông thuỷ) của ống được dùng làm kích thước

cơ bản đặc trưng cho ren ống và đường kính đó được ghi trên bản vẽ theo hệ Anh Ren ống không có khe hở ở đỉnh ren và chân ren nhằm đảm bảo độ kín khít và là ren bước nhỏ Ren ống có hai loại: Ren ống trụ và ren ống côn Ren ống trụ: là ren bước nhỏ, có biên dạng hình tam giác cân, góc ở đỉnh bằng 550 (hình 2.5.2d)

Ren ống côn: đảm bảo độ kín khít cao mà không cần đến chi tiết đệm kín riêng, đồng thời cho phép tháo lắp nhanh Cũng như đối với ren ống trụ, bước ren ống côn được

đo song song với đường tâm ống, còn đường phân giác của góc ở đỉnh phải thẳng góc với đường tâm ống, nhờ vậy ren ống trụ cũng có thể lắp được với ren ống côn cùng kích thước Ren ống côn có hai loại: Ren ống côn hệ Anh với góc biên dạng  = 600 và ren ống côn hệ mét với góc biên dạng  = 550 (hình 2.5.2f)

Hình 2.5.4 giới thiệu các tiết máy hay gặp nhất của mối ghép bằng ren để dùng kẹp chặt: bulông, vít cấy và vít; chúng có ren hệ mét (Hình 2.5.2a) với bước ren lớn

Hình 2.5.4: Các chi ti ết cơ bản của mối ghép bằng ren dùng để kẹp chặt

6 ĐAI TRUYỀN: Th ời gian: 1h

vào lực ma sát giữa đai với các bánh đai mà truyền chuyển động và cơ năng từ bánh đai dẫn 1 tới bánh đai bị dẫn 2 (Hình 2.6.1)

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẽ;

- Truyền động mềm dẻo, giảm được rung động khi tải trọng va đập

- Vận hành êm và không ồn (khi mối nối đai được thực hiện tốt)

- Do có sự trượt giữ đai và bánh đai nên khi quá tải đột ngột cũng không làm hỏng các chi tiết của bộ truyền

- Đối với bộ truyền tốc độ chậm và trung bình có thể châm chước phần nào về yêu cầu về độ chính xác lắp ráp

- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau và giữa các các trục dược bố trí thích hợp trong không gian

Hình 2.6.2: Các bi ện pháp căng đai

6.2 2 Nhược điểm

- Kích thước không nhỏ gọn, nhất là khi truyền công suất lớn;

- Do có trượt đai nên không đảm bảo được độ chính xác về tỷ số truyền;

- Do phải có lực căng đai ban đầu nên áp lực lên trục và gối đỡ tăng lên so với truyền động bánh răng; Không sử dụng dược ở những nơi kém an toàn do tính nhiễm điện của đai; Khi bị dầu khoáng dính vào thì giảm khả năng làm việc và tưổi thọ

6.2.3 Ph ạm vi ứng dụng Công suất truyền có thể đạt tới 2 000 mã lực (bộ truyền đặc

biệt có thể đến 3000 KW); Tốc độ đai có thể đạt tới 30 m/s đối với truyền động trung bình; 50-60 m/s đối với truyền động tốc độ cao và 100 – 120 m/s đối với truyền động siêu cao; Tỷ số truyền có thể đạt tới i ≤ 5, nếu có thiết bị căng đai có thể đạt tới i ≥ 10

6.3 PHÂN LO ẠI ĐAI Theo hình dáng tiết diện đai có thể chia ra:

- Đai phẳng (đai dẹt) có tiết diện ngang là hình chử nhật (Hình 2.6.3a)

- Đai thang, có tiết diện ngang là hình thang (Hình 2.6.3b)

- Đai tròn, có tiết diện ngang là hình tròn (Hình 2.6.3c)

- Đai hình lược, thực chất là gồm nhiều đai thang kết hợp lại (Hình 2.6.3d)

- Đai răng (Hình 2.6.3e)

Hình 2.6.3: Các lo ại đai

C hương 3: CẮT - DẬP - XOẮN THANH TRÒN - UỐN PHẲNG

1 C ẮT – DẬP Th ời gian: 3h

1.1.1 Định nghĩa Một thanh gọi là chịu cắt khi ngoại lực tác dụng là hai lực song song,

ngược chiều, có cùng trị số và nằm trên cùng hai mặt cắt rất gần nhau của thanh

Mối ghép bằng đinh tán (Hình 3.1.1) là thí dụ đơn giản về thanh chịu cắt Mỗi đinh tán là một thanh chịu cắt

1.1.3 Ứng suất Vì nội lực là lực cắt Q nằm trên mặt cắt, nên ứng suất cắt là ứng suất

tiếp  Trong tính toán về cắt, ứng suất tiếp  được giả thiết phân bổ đều trên mặt cắt, tức là: c.Fc = Q Hay: c =

Fc

Q

Trong đó: c - là ứng suất cắt, Q - lực cắt, Fc - diện tích mặt cắt

1.1.4 Bi ến dạng Trong quá trình chịu cắt, hai mặt cắt gần nhau phát sinh hiện tượng

trượt (Hình 3.1.3)

H ình 3.1.3

Độ trượt tuyệt đối: s = cc’ = dd’ Độ trượt tương đối:  =

ac s



1.1.5 Định luật Húc về cắt: Khi lực chưa vượt quá một giới hạn nhất định, ứng suất cắt

 tỉ lệ thuận với độ trượt tương đối: c =  G

Hệ số tỉ lệ G gọi là môđun đàn hồi khi trượt, đơn vị đo là MN/m2 Dưới đây là môđun đàn hồi trượt của một vài vật liệu thường gặp:

1.2 ĐIỀU KIỆN BỀN VÀ TÍNH TOÁN VỀ CẮT

Một thanh chịu cắt bảo đảm điều kiện bền khi ứng suất cắt lớn nhất phát sinh trong thanh nhỏ hơn ứng suất cắt cho phép (tối đa là bằng ứng suất cắt cho phép):c =

1.3.1 Định nghĩa Dập là hiện tượng nén cục bộ xảy ra trên một diện tích truyền lực

tương đối nhỏ của 2 cấu kiện ép vào nhau Chẳng hạn thân đinh tán chịu dập do thành lỗ

1.3.2 Ứng suất Dưới tác dụng của lực dập ta qui ước trên mặt cắt dọc trục b.d đinh tán

phát sinh ứng suất dập d Giả thiết ứng suất dập d phân bố đều, ta có: d =

Fd Pd

Trong đó: Pd - là lực dập, Fd - hình chiếu của diện tích mặt bị dập lên mặt phẳng vuông góc với lực dập: Fd = d.b

1.3.3 Điều kiện bền của thanh chịu dập Một thanh chịu dập bảo đảm điều kiện bền

khi ứng suất dập lớn nhất phát sinh trong thanh chịu dập nhỏ hơn ứng suất dập cho phép (tối đa bằng ứng suất dập cho phép): d =

Fd

Pd  [d]

V ật liệu G (MN/m 2 ) V ật liệu G (MN/m 2 )

Thép Gang Đồng

Từ điều kiện bền ta cũng có 3 bài toán cơ bản về dập:

- Kiểm tra bền

- Chọn kích thước mặt dập

- Chọn tải trọng cho phép

Ví dụ 3.1.1: Mối ghép hình 3.1.1 gồm 3 đinh tán chịu tác dụng bởi lực P = 15kN Kiểm

tra bền mối ghép, biết chiều dày mỗi tấm ghép là 10 mm, đường kính đinh tán d = 10

10.5

cắt = 63,7 MN/m2 < 80MN/m2, mối ghép đinh tán chịu bền cắt

- Kiểm tra bền dập, áp dụng công thức ta có:

10.5

2

d n P

  [c] Rút ra: n 

].[

10.20

10.720

6 2

P  [d] Rút ra: n 

bd

P

d][

n 

100.10.10.10.20

10.720

3 3

Như vậy, nếu tính theo cắt thì đòi hỏi phải 24 đinh tán, còn tính theo dập đòi hỏi

15 đinh tán Cố nhiên để thỏa mãn cả hai điều kiện bền khi cắt và khi dập ta phải chọn 24 đinh tán

ghép cố định và không thể tháo rời được Các chi tiết được ghép chặt với nhau nhờ đinh tán

a Đinh tán được chế tạo từ thanh kim loại tròn có một mũ làm sẵn, gọi là mũ sẵn và mũ

thứ hai được hình thành sau khi tán còn gọi là mũ tán

* Hình dáng và quan hệ kích thước của một số loại đinh tán tiêu chuẩn được giới thiệu trên hình 3.1.5, trong đó l là chiều dài nguyên thủy của đinh tán, tính theo công thức: l=+(1,5−1,7)d

Với  là tổng chiều dày của các tấm ghép, d là đường kính đinh tán

* Theo công dụng các mối ghép đinh tán được chia làm hai loại:

- Mối ghép chắc: dùng trong kết cấu thép chịu tải trọng rất nặng, trong các cụm kết cấu của thiết bị bay

- Mối ghép chắc kín: dùng trong các nồi hơi, thùng áp lực ở đó ngoài yêu cầu chịu tải trọng nặng, còn phải đảm bảo độ kín khít

* Theo hình thức cấu tạo, có thể chia ra:

- Mối ghép chồng (hình 3.1.6)

Hình 3.1.6 Hình 3.1.7

- Mối ghép giáp mối với một tấm đệm (hình 3.1.7)

- Mối ghép giáp mối với hai tấm đệm (hình 3.1.8)

Hình 3.1.8

* Theo số lượng hàng đinh, có thể chia ra:

- Mối ghép có một hàng đinh mỗi bên

- Mối ghép có hai hàng đinh mỗi bên

+ Bước t là khoảng cách giữa hai đinh tán kề nhau trong một hàng thường được

chọn theo hệ thức: t = (3 - 6)d với d là đường kính đinh tán

+ Đường kính đinh tán lấy trong giới hạn: d = (1,5 - 2,0)min

với min là chiều dày của tấm nối mỏng nhất

+ Lỗ chứa đinh tán lấy lớn hơn đường kính đinh tán một ít và cho trong sổ tay thiết kế

bảo các yêu cầu về:

* Độ bền cắt đối với đinh tán

* Độ bền dập đối với đinh tán và thành lỗ chứa đinh tán

* Độ bền kéo (hoặc nén) đối với tấm ghép nào yếu nhất, theo tiết diện ngang đi qua lỗ đinh tán

* Độ bền cắt đối với tấm ghép theo mép lỗ đinh tán

Các công thức tính toán như sau: