Giáo trình Nghề công nghệ ô tô - Cơ học ứng dụng (Phần 2)

 33 
CHƯƠNG 2: SỨC BỀN VẬT LIỆU 
Thời gian (giờ) 
Tổng số Lý thuyết 
20 20 
MỤC TIÊU 
 Học xong chương này người học có khả năng: 
- Trình bày đầy đủ các khái niệm cơ bản về nội lực, ứng suất và các giả thuyết 
về vật liệu 
- Tính toán được nội lực của vật liệu bằng phương pháp sử dụng mặt cắt. 
- Trình bày đầy đủ khái niệm và công thức xác định độ giãn của thanh bị kéo - 
nén 
- Trình bày đầy đủ khái niệm và công thức xác định tấm phẳng hoặc thanh bị 
cắt dập 
- Giải thích được các khái niệm và công thức xác định thanh bị xoắn 
- Giải thích được khái niệm và công thức xác định dầm, thanh chịu uốn 
NỘI DUNG 
1- Những khái niệm cơ bản về sức bền vật liệu (3h) 
1.1- Nhiệm vụ và đối tượng của sức bền vật liệu 
- Nhiệm vụ và đối tượng của sức bền vật liệu: 
Nhiệm vụ: Cơ học vật rắn biến dạng nghiên cứu các hình thức biến dạng của 
vật thực để tìm ra kích thước thích đáng cho mỗi cơ cấu hoặc tiết máy sao cho bền 
nhất và rẻ nhất. 
Đối tượng nghiên cứu: Vật để chế tạo cơ cấu hoặc tiết máy là những vật thật. 
Nói chung vật thật có nhiều hình dạng khác nhau, song đối tượng nghiên cứu vật thực 
của cơ học vật rắn biến dạng là các thanh thẳng có mặt cắt không đổi, thường được 
biểu diễn bằng đường trục của thanh. Mặt cắt của thanh là mặt vuông góc với trục 
thanh. 
- Một số giả thuyết cơ bản về sức bền vật liệu. 
+ Giả thuyết về sự liên tục, đồng tính và đẳng hướng của vật liệu: mỗi điểm 
trong vật và theo mọi phương đều có tính chất chịu lực như nhau, hơn nữa mỗi phần t 
dù bé cũng chứa vô số chất điểm. Giả thiết này đúng với vật liệu kim loại. 
 + Giả thuyết về sự đàn hồi của vật liệu: Nếu lực gây ra biến dạng không vượt 
quá 1 giới hạn nhất định thì vật liệu tồn tại tại một sự liên hệ bậc nhất giữa biến dạng 
của vật và lực gây ra biến dạng đó. Giả thiết này do Robe Huc phát hiện và được gọi là 
định luật Huc. 
 + Vật liệu ở trạng thái tự nhiên: trước khi có ngoại lực tác dụng thì nội lực đều 
bằng 0. 
 34 
1.2- Nội lực 
- Ngoại lực: Ngoại lực là lực từ những vật khác hoặc từ môi trường xung quanh 
tác dụng lên vật đang xét. 
Đối với ngoại lực chúng ta cần phân biệt tải trọng và phản lực. 
Tải trọng là lực tác động trực tiếp lên vật thể, thí dụ trọng lượng của trục và các 
bánh răng lắp trên trục. 
Phản lực là lực phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa các vật thể tác động lên vật đang 
xét, thí dụ như lực phát sinh ở các gối đỡ tác động lên trục. 
- Nội lực: 
Dưới tác dụng của ngoại lực, các lực liên kết giữa các phân tố của vật tăng lên 
để chống lại sự biến dạng của vật do ngoại lực gây nên. Độ tăng của lực liên kết chống 
lại sự biến dạng của vật được coi là nội lực. Nếu tăng dần ngoại lực thì nội lực cũng 
tăng dần để cân bằng với ngoại lực. Tùy 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. 
Vì vậy, việc xác định nội lực phát sinh trong vật dưới tác dụng của ngoại lực là 
một trong những vấn đề cơ bản của cơ học vật rắn biến dạng. 
1.3- Phương pháp mặt cắt 
Nội lực được xác định bằng phương pháp mặt cắt (hình 2.1). 
Giới thiệu tổng quát phương pháp mặt cắt để xác định nội lực 
 Hình 2.1 
Tưởng tượng cắt vật ra làm 2 phần A và B, gọi F là diện tích của mặt cắt. 
Giả sử xét riêng sự cân bằng của phần A, ta phải tác dụng lên mặt cắt của hệ lực 
phân bố đó nội lực cần tìm. 
Vì phần A nằm trong trạng thái cân bằng nên nội lực và ngoại lực tác dụng lên 
phần đó hợp thành 1 hệ lực cân bằng. Điều đó cho phép chúng ta áp dụng điều kiện 
cân bằng tĩnh học để xác định nội lực dưới tác dụng của ngoại lực. 
Như vậy muốn xác định nội lực của một mặt cắt nào đó ta có thể xét sự cân 
bằng của phần phải hoặc phần trái của mặt cắt đó. 
P1 
P4 
P2 
P3 π 
A 
B A 
P2 
P1 
N 
 35 
1.4- Ứng suất 
Nội lực là một hệ lực phân bố liên tục trên mặt cắt. Ta cần xác định nội lực trên 
một đơn vị diện tích của mặt cắt và được gọi là ứng suất. 
Như vậy ứng suất là trị số của nội lực trên một đơn vị diện tích của mặt cắt. 
Đơn vị của ứng suất là N/m2. 
Giả sử có một có một ứng suất p
 tai một diện 
tích nào đó (hình 2.2). Ta phân tích p
 làm hai thành 
phần: Thành phần vuông góc với mặt cắt gọi là ứng 
suất pháp, ký hiệu là 
 Thành phần nằm trong mặt 
cắt gọi là ứng suất tiếp, ký hiệu là 
 
 p 
Tùy theo hình thức biến dạng, ứng suất 
được xác định bằng những công thức khác nhau. Hình 2.2 
2- Kéo và nén (4h) 
2.1- Khái niệm về kéo nén 
2.1.1- Định nghĩa 
Một thanh được gọi là kéo hoặc nén đúng tâm khi ngoại lực tác dụng là 2 lực 
trực đối có phương trùng với trục thanh. 
Nếu hai lực trực đối hướng vào thanh thì thanh chịu nén và ngược lại là chịu 
kéo. (hình 2.3) 
 Hình 2.3 
Một dây cáp trong cần trục dùng để nâng vật liệu là một thí dụ về kéo hoặc một 
ống khói dưới tác dụng của trọng lượng bản thân là 1 ví dụ về nén. 
2.1.2- Nội lực 
Nội lực trong thanh chịu kéo hoặc chịu 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). 
Muốn xác định lực dọc ta dùng phương pháp mặt cắt, tùy theo vị trí của từng 
mặt cắt mà lực dọc biến thiên theo trục hoành. 
Ta biểu diễn sự biến thiên đó bằng biểu đồ gọi là biểu đồ lực học. 
Ví dụ 2-1: 
Vẽ biểu đồ lực dọc của một thanh chịu kéo biểu diễn trên hình (hình 2.4). 
P P 
P P 
A 
P 
σ 
 
 36 
Biết P1 = 5.104 N; P2 = 3.104 N; P3 = 2.104 N 
 Hình 2.4 
Bài giải: 
Để vẽ được biểu đồ lực dọc của thanh, ta chia thanh ra làm 2 đoạn I1, I2 
Đối với đoạn thứ nhất I1, thực hiện mặt cắt I-I và khảo sát sự cân bằng của phần 
bên trái. Áp dụng phương trình cân bằng tĩnh học: P1 – N1 = 0 
Rút ra N1 = P1 = 5.104 N 
Khi mặt cắt I-I biến thiên trong đoạn I1 thì lực dọc N1 không đổi và bằng 5.104 
N, như vậy biểu đồ lực dọc trong đoạn này là 1 hằng số có trị số bằng 5.104 N. 
Đối với đoạn I2, thực hiện mặt cắt II-II ta được. 
P1 – P2 – N2 = 0 
Rút ra: N2 = P1 – P2 = 5.104 – 3.104 = 2.104 N 
Khi mặt cắt II-II biến thiên trong đoạn I2 thì lực dọc trong suốt cả thanh được 
biểu diễn trên hình 2.4, hoành độ biểu thị cho trục thanh, tung độ biểu thị lực dọc N 
tương ứng với các mặt cắt trên trục thanh. 
P1 
P2 N2 
P1 N1 P1 
P2 
P1 P3 
I 
I 
II 
II 
N1 = 5.104 N 
N2 = 2.104 N 
 37 
2.1.3- Ứng suất 
Trước khi thanh chịu kéo (hình 2.5 a), ta kẻ trên mặt của thanh những đường 
song song với trục tạo thành các thớ dọc và những đường vuông góc với trục tượng 
trưng cho các mặt cắt của thanh. 
Sau khi thanh chịu kéo (hình 2.5 b), các thớ dọc vẫn song song với nhau và 
song song với trục thanh (dịch lại gần nhau hơn), các mặt cắt ngang vẫn phẳng và 
thẳng góc với trục thanh (dịch ra xa nhau hơn). 
 Hình 2.5 
Từ đó suy ra, trong thanh kéo hoặc nén đúng tâm phát sinh ứng suất σ và phân 
bổ trên mặt cắt của thanh. 
Gọi F là diện tích của mặt cắt, ta có: 
σF = N hay 
F
N
  
Tổng quát: 
F
N
  (2 – 1) 
“Trị số ứng suất pháp trên mặt cắt của thanh chịu kéo hoặc nén bằng tỉ số giữa 
lực kéo hoặc nén với diện tích cắt tương ứng” 
Trị số σ lấy dấu + khi thanh chịu kéo và lấy dấu – khi thanh chịu nén. 
2.2- Biến dạng, định luật Húc 
Dưới tác dụng của lực kéo, thanh giãn dài thêm, nhưng chiều ngang co lại. 
Ngược lại, dưới tác dụng của lực nén, thanh co ngắn lại nhưng chiều ngang phình ra 
(hình 2.6). 
Biến dạng dọc tuyệt đối là : ∆1 = 11 – 1 
Nếu thanh bị kéo thì ∆1 gọi là độ giãn, thanh bị nén ∆1 gọi là độ co. 
Biến dạng dọc tương đối sẽ là: 
1
1 
  ( là hư số) 
Qua nhiều thí nghiệm kéo và nén những vật liệu khác nhau, nhà vật lý học Robe 
Huc tìm thấy: 
Khi lực tác dụng chưa vượt qua 1 giới hạn nhất định thì biến dạng học tuyệt đối 
tỷ lệ thuận với lực: 
EF
LP
L
.
 hay E
L
L
F
P
.
 hay σ = E 
b) 
P P 
a) 
 38 
 Hình 2.6 
- Định luật Huc: 
Khi lực chưa vượt quá 1 giới hạn nhất định, ứng suất kéo – nén tỉ lệ thuận với 
biến dạng dọc tương đối . 
 σ = E (2 – 2) 
Hệ số tỉ lệ E phụ thuộc vào từng loại vật liệu và được gọi là mô đun đàn hồi 
dọc, có đơn vị đo là N/m2. 
Qua thí nghiệm người ta đã xác định được giá trị E của từng lại vật liệu. 
Dưới đây là bảng mô đun đàn hồi dọc của một vài vật liệu thường gặp. 
Vật liệu E (MN/m2) 
Thép làm lò xo 
Thép có chứ 0,15-0,20% các bon 
Thép niken 
Gang xám 
Đồng, đồng vàng, đồng thau 
Nhôm, đua ra 
Gỗ 
Bê tông 
Cao su 
2,2.105 
2.105 
1,9.105 
1,15.105 
1,2.105 
0,7.105 
0,1.105 
0,1-0,3.105 
0,00008.105 
L 
L+∆L 
P P 
b+∆b b 
L 
L+∆L 
P 
P 
b+∆b b 
 39 
2.3- Tính toán về kéo nén 
- Ứng suất cho phép – Hệ số an toàn: 
Để đảm bảo điều kiện an toàn cho thanh chịu kéo hay nén, ứng suất lớn nhất 
trong thanh phải nhỏ hơn giới hạn nguy hiểm của nó, giới hạn chảy với vật liệu dẻo, 
giới hạn bền với vật liệu giòn. Nói một cách khác ứng suất tính toán lớn nhất trong 
thanh chịu kéo hay nén không được vượt quá 1 trị số giới hạn nhất định cho từng loại 
vật liệu. Trị số giới hạn đó gọi là ứng suất cho phép. 
Ký hiệu [σk] là ứng suất cho phép khi kéo 
[σ n] là ứng suất cho phép khi nén. 
Ứng suất cho phép được xác định như sau: 
+ Đối với vật liệu dẻo: [ σ k] = [σ n] = [σ] = σ c / n 
+ Đối với vật liệu giòn: [ σ k] = σ BK / n và [σ n] = σ BN / n 
Trong đó, n gọi là hệ số an toàn (n>1) 
Việc chọn hệ số an toàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như phương pháp tính 
toán, vật liệu, mức độ quan trọng của chi tiết 
Dưới đây là bảng ứng suất cho phép của một vài vật liệu loại thường dùng 
Vật liêu k (MN/m2) n (MN/m2) 
Thép xây dựng 
Thép chế tạo máy 
Gang xám 
Đồng 
Nhôm 
Đuya ra 
(1,4 – 1,6)102 
(1,4 – 1,6)102 
(0,28 – 0,8)102 
(0,3 – 1,2) 102 
(0,3 – 0,8) 102 
(0,8 – 1,5) 102 
(1,4 – 1,6)102 
(1,4 – 1,6)102 
(1,2 – 1,5)102 
(0,3 – 1,2) 102 
(0,3 – 0,8) 102 
(0,8 – 1,5) 102 
- Điều kiện bền của thanh chịu kéo (nén): 
Một thanh chịu kéo (nén) đảm bảo điều kiện bền khi ứng suất pháp lớn nhất 
trong thanh nhỏ hơn hoặc bằng ứng suất cho phép. 
][max  
F
N
 (2-3) 
Từ điều kiện bền ta có ba bài toán cơ bản trong kéo và nén: 
- Kiểm tra độ bền 
- Chọn kích thước của mặt cắt 
- Chọn tải trọng cho phép 
* Ví dụ 2-2: 
Kiểm tra độ bền của thanh chịu kéo ở hình 2.4 bằng thép xây dựng có diện tích 
mặt cắt không đổi F = 5cm2 Và [ σk] = 1,4.102MN/m2 
 40 
Bài giải 
 Ở ví dụ 2-1 ta đã vẽ biểu đồ lực dọc của thanh có Nmax = 5.104N 
 Vậy ứng suất lớn nhất của thanh là : 
2
4
max
max /100
0005,0
10.5
mMN
F
N
 
Ta thấy rằng max < [ σk] nên thanh đảm bảo an toàn 
* Ví dụ 2-3: 
 Một dây cáp được bện bằng 36 dây nhỏ, đường kính mỗi dây d1 = 2cm. Hỏi tải 
trọng tác dụng bằng bao nhiêu để dây cáp được an toàn. Biết ứng suất cho phép của 
cáp là : [σ k] = 60MN/m2 
Áp dụng công thức 2-3 ta có: 
    
KNMN
d
FP kk 68068,060.36
4
10.2
4
222
   
 Vậy dây cáp chịu tải trọng lớn nhất là 680 KN 
3- Cắt dập (4h) 
3.1- Cắt 
3.1.1- 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 hai mặt 
cắt rất gần nhau của thanh (hình 2.7). 
Mối ghép bằng đinh tán là 1 thí dụ đơn giản về thanh 
chịu cắt. Mỗi đinh tán là 1 thanh chịu cắt (hình 2.8). 
 Hình 2.7 
 Hình 2.8 
m 
P1 
P1 
n 
P 
P 
P 
P 
 41 
- Nội lực: Nội lực trong thanh chịu cắt là lực cắt Q nằm trong mặt cắt. 
Chẳng hạn dưới tác động của lực P, mỗi đinh tán chịu lực tác dụng hai lực bằng 
nhau: 
n
P
P 1 ( n là số đinh tán) 
Tác dụng của các lực P1 muốn cắt đinh tán ra làm đôi theo mặt phẳng giáp nhau 
m – n của hai tấm ghép. Lực cắt trên mặt này : Q = P1 
3.1.2- 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 bố đều trên mặt cắt, 
tức là: c . Fc = Q hay c = Q / FC (2 – 4) 
Trong đó: 
 c là ứng suất cắt 
Q là lực cắt 
FC là diện tích mặt cắt. 
3.1.3- Biến dạng 
Trong quá trình chịu cắt, hai mặt cắt gần 
nhau phát sinh hiện tượng trượt (hình 2.9). 
Độ trượt tuyệt đối: ∆S = cc’ = dd’ 
Độ trượt tương đối: 
ac
S 
  
Ta có định luật Húc về cắt: Khi lực chưa 
vượt quá một giới hạn nhất định, ứng suất tỷ lệ 
thuận với độ trượt tương đối. C =  G (2 – 5) 
 Hình 2.9 
- Hệ số tỷ lệ G gọi là mô đuyn đàn hồi trượt. 
Đơn vị đo là MN/m2. (bảng mô đuyn đàn hồi của 1 số vật liệu thường gặp) 
- Điều kiện bền của thanh chịu 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 cho phép). 
][ C
C
C
F
Q
 (2 -6) 
Từ đó ta có 3 bài toán cơ bản về cắt: 
+ Kiểm tra bền 
+ Chọn kích thước mặt cắt 
+ Chọn tải trọng cho phép 
C 
D B 
P 
P 
A 
C’ 
D’ 
 42 
3.2- Dập 
3.2.1- Định nghĩa 
Dập là hiện tượng nén cục bộ xảy ra trên một diện tích truyền lực tương đối nhỏ 
của hài cấu kiện ép vào nhau, chẳng hạn thân đinh tán chịu dập do thành lỗ ép vào nó 
(hình 2.10). 
 Hình 2.10 
Như vậy, tại mối ghép đinh tán, mỗi đinh tán ngoài chịu cắt còn chịu dập với 
lực dập 
n
P
Pd 
3.2.2- Ứng suất 
Dưới tác dụng của lực dập, ta quy ước trên mặt cắt dọc trục đinh tán phát sinh 
ứng suất dập σ d. Giả thiết dập σ d phân bố đều ta có σ d = Pd / Fd Trong đó Pd 
là lực dập 
Fd là hình chiếu của diện tích mặt bị dập lên mặt phẳng vuông góc với lực dập 
(Fd = d.b) 
- 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). 
σ d = Pd / Fd [σ d] (2 – 7) 
 Từ đó 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: Mối ghép gồm 6 đinh tán chịu tác dụng bởi lực P = 30KN để ghép 
2 tấm tôn, mổi tấm có chiều dày là 10 mm . Đường kính đinh tán d =10 mm. Hãy kiểm 
tra độ bền mối ghép, biết   2/80 mMNC  ;  
2/30 mMNd  . 
Bài giải 
Mỗi đinh tán chịu lực cắt KN
n
P
Q 5
6
30
Pd 
Pd 
d 
b 
Pd 
 43 
 Chịu lực dập KN
n
P
Pd 5
6
30
- Kiểm ta độ bền về cắt , áp dụng công thức (2-6) ta có 
2
23
3
/7,63
4
10.10
14,3
10.5
mMN
F
Q
c
c 
 
2/7,63 mMNc  <  
2/80 mMNC  nên mối ghép đảm bảo độ bền về cắt. 
- Kiểm ta độ bền về dập , áp dụng công thức (2-8) ta có 
2
33
3
/25
10.10.10.20
10.5
mMN
F
P
d
d
d 
 
2/25 mMNd  <  
2/30 mMNd  nên mối ghép đảm bảo độ bền về dập 
Kết luận: Mối ghép đảm bảo độ bền. 
* Ví dụ 3.2 : Tính số đinh tán cần thiết cho một mối ghép đinh tán chịu tải trọng 
P =720 KN. Loa ... ao, có thể đạt tới 90% nếu được chăm sóc tốt và sử dụng hết khả 
năng tải. 
+ Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn so với truyền động đai. 
+ Có thể cùng một lúc truyền động cho nhiều trục. 
Tuy nhiên truyền động bằng xích có những nhược điểm sau: 
+ Đòi hỏi chế tạo và lắp ráp chính xác hơn so với bộ truyền bằng đai, chăm sóc 
phức tạp. 
+ Chóng mòn, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc nơi nhiều bụi. 
+ Vận tốc tức thời của xích, đĩa bị dẫn không ổn định, nhất là khi số răng đĩa ít. 
+ Có tiếng ồn khi làm việc. 
+ Giá thành cao. 
Trong quá trình làm việc, cơ cấu xích thường gặp những hư hỏng sau: 
+ Xích và đĩa bị mòn, làm bước xích tăng lên, xích ăn khớp với răng đĩa ở gần 
đỉnh răng nên dễ dàng làm cho xích trượt khỏi đĩa xích. Đôi lúc má xích quá mòn làm 
gẫy hoặc đứt xích hoặc đĩa xích quá mòn làm mất khả năng truyền động của xích. 
+ Khi lắp, hai đĩa xích không cùng nằm trên một mặt phẳng làm cho xích bị 
vặn, lắp quá căng gây tải trọng phụ hoặc quá chùng gây ra va đập khi vận tốc lớn. 
 Để tránh các hư hỏng trên, cần phải thực hiện chế độ bảo quản sử dụng cơ cấu 
xích hợp lý, chủ yếu là bôi trơn không tốt để cát bụi bám vào làm cho xích và đĩa 
chóng mòn, không để rơi vật cứng vào chỗ ăn khớp, phải che chắn với các xích truyền 
động có tốc độ lớn, tải trọng nặng để đảm bảo an toàn. 
 74 
3.3- Cơ cấu bánh vít trục vít 
3.3.1- Khái niệm 
Cơ cấu bánh vít – trục vít thuộc nhóm cơ cấu bánh răng đặc biệt, dùng để 
truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau,thường góc hai trục là 90o (hình 
3.22). 
 Hình 3.22 
Cơ cấu bánh vít – trục vít gồm có: 
+ Bánh vít giống như một bánh răng nghiêng. 
+ Trục vít cấu tạo giống như một trục nghiêng, trên trục đó có nhiều vòng ren 
dùng để ăn khớp với bánh vít. 
Trục vít làm liền với trục bằng thép hợp kim, bánh vít có thể làm liền hoặc ghép 
vành bằng đồng thanh với đĩa bằng gang. 
3.3.2- Tỉ số truyền 
Thông thường trục vít là khâu dẫn truyền chuyển động quay cho bánh vít. 
Gọi z1 là số mối ren của trục vít (trục vít có thể có 1, 2, 3 hoặc 4 mối ren). 
z2 là số răng của bánh vít. 
Tỉ số truyền của cặp bánh vít – trục vít bằng tỉ số giữa số răng bánh vít với số 
mối ren của trục vít. 
1
2
2
1
12
z
z
n
n
i (3 - 10) 
Vì số mối ren z1 của trục vít nhỏ, có khi lấy z1= 1 cho nên bộ truyền bánh vít – 
trục vít có thể đạt được tỉ số truyền rất lớn mà các bộ truyền khác không thực hiện 
được. 
 75 
3.3.3- Ứng dụng 
 Cơ cấu bánh vít – trục vít có hiệu suất thấp nên thường dùng để truyền công 
suất nhỏ và trung bình (thường không quá 50-60kw) tỉ số truyền thường trong khoảng 
8-100 đặc biệt có thể tới 1000 nhưng chỉ dùng với công suất nhỏ. 
Cơ cấu bánh vít – trục vít dùng trong máy trục, máy cắt kim loại, ô tô 
Cơ cấu bánh vít – trục vít có các ưu điểm chính sau: 
+ Tỉ số làm việc lớn 
+ Làm việc êm, ít ồn 
+ Có khả năng tự hãm 
Nhược điểm chủ yếu của cơ cấu bánh vít – trục vít là: 
+ Hiệu suất thấp, trong các bộ truyền tự hãm, hiệu suất càng thấp. 
+ Cần dùng vật liệu giảm ma sát (đồng thanh) để làm bánh vít nên giá thành 
cao. 
Do đặc điểm về kết cấu bánh vít – trục vít đòi hỏi lắp và gia công chính xác, 
đảm bảo chế độ bôi trơn, nếu không, chất lượng sử dụng giảm nhiều, phát nhiệt lớn, 
mài mòn nhanh và hiệu suất thấp. 
Để cơ cấu bánh vít – trục vít làm việc tốt cần bảo đảm các điều kiện sau: 
+ Đường tâm của bánh vít – trục vít phải chính xác, không nghiêng lệch và bảo 
đảm kích thước. 
+ Giữa bánh răng vít và ren trục vít có khe hở cần thiết. 
+ Mặt cạnh tiếp xúc tốt. 
+ Cơ cấu quay nhẹ nhàng, trơn. 
Nếu quay nặng chứng tỏ lắp ghép không tốt, nghiêng lệch nhiều, nhiều khe hở. 
Cần phải điều chỉnh kịp thời. 
4- Cơ cấu truyền động cam (4h) 
4.1- Khái niệm 
Cơ cấu cam – cần đẩy gồm có ba khâu: 
Khâu 1 gọi là cam, thường có chuyển động quay đều, truyền động cho khâu bị 
dẫn 2 gọi là cần đẩy có truyền động tịnh tiến thẳng đi lại thông qua con lăn tỳ trên mặt 
cam, khâu còn lại gọi là giá. 
Nếu quỹ đạo của cần đẩy đi qua tâm quay của cam, ta có cơ cấu cam – cần đẩy 
trùng tâm (hình 3.23 a). Nếu quỹ đạo của cần cách tâm quay của cam một khoảng e 
thì gọi là cơ cấu cam – cần đẩy lệch tâm, khoảng cách e gọi là tâm sai (hình 3.23 b). 
 76 
 Hình 3.23 
4.2- Ứng dụng 
Cơ cấu cam – cần đẩy biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, 
được dùng trong các mắt cắt kim loại tự động, trong cơ cấu điều tiết nhiên liệu của 
động cơ đốt trong, trong các máy dệt và các máy công nghiệp khác. 
(Hình 3.24) là sơ đồ máy cuốn chỉ, cam 1 quay làm cần đẩy 2 tịnh tiến thẳng đi 
lại, trên đầu B của cần đẩy có luồn chỉ để rải đều sợ chỉ vào ống 3, đồng thời truyền 
động phối hợp qua bộ truyền trục vít – bánh vít để đảm bảo tốc độ quay của ống chỉ 
với hành trình kép của cần đẩy. 
 Hình 3.24 
 77 
Hình 3.25 là sơ đồ cơ cấu phân phối khí xupáp kiểu đặt dùng trong động cơ đốt trong 
Hình 3.25: Sơ đồ cấu tạo cơ cấu phân phối khí kiểu xupáp đặt 
 1. Đế xupáp; 2. Xupáp; 3. Ống dẫn huớng; 4. Lò xo; 5. Móng hãm; 
6. Bulông điều chỉnh; 7. Đai ốc hãm; 8. Con đội; 9. Cam 
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu như sau: 
- Khi động cơ làm việc, trục khuỷu động cơ thông qua cặp bánh răng dẫn động 
làm cho trục cam và vấu cam (9) quay theo. 
- Khi cam quay từ vị trí thấp nhất tới vị trí đỉnh cao nhất của vấu, cam tiếp xúc 
với con đội (8), đẩy con đội đi lên, đẩy xupáp đi lên mở cửa nạp (hoặc xả). Lúc này lò 
xo (4) của xupáp bị nén lại. 
- Khi cam quay từ vị trí đỉnh cao nhất về vị trí thấp nhất, nó vẫn tiếp xúc với 
con đội, lò xo (4) giãn ra và nhờ sức căng của lòxo đẩy xupáp chuyển động đóng kín 
cửa nạp (xả) . Kết thúc quá trình nạp (xả) của động cơ.. 
5- Các cơ cấu truyền động khác (Lý thuyết 5h +kiểm tra 1h) 
5.1- Cơ cấu tay quay thanh truyền 
5.1.1- Khái niệm 
Cơ cấu tay quay – thanh truyền gồm có 4 khâu (hình 3.26): tay quay 1, thanh 
truyền 2, con trượt 3 và giá 4. Khi tay quay, thanh truyền 2 truyền chuyển động quay 
từ tay quay 1 đến con trượt 3, làm cho con trượt 3 chuyển động tịnh tiến thẳng trong 
rãnh trượt. Khi con trượt ở vị trí thấp hoặc cao nhất thì tay quay 1 và thanh truyền 2 
nằm trên một đường thẳng tại các vị trí đó, con trượt chuyển sang hành trình ngược lại. 
 78 
Nếu cơ cấu tay quay – thanh truyền dùng để biến chuyển động quay của tay 
quay thành chuyển động thẳng tịnh tiến đi lại của con trượt, thì tay quay là khâu dẫn, 
con trượt là khâu bị dẫn và thanh truyền là khâu trung gian. 
Ngược lại, nếu cơ cấu tay quay – thanh truyền 
dùng để biến chuyển động thẳng tịnh tiến đi lại của 
con trượt thành chuyển động của tay quay thì con trượt 
lại là khâu dẫn và tay quay trở thành khâu bị dẫn, còn 
thanh truyền là khâu trung gian. 
5.1.2- Ứng dụng 
Cơ cấu tay quay – con trượt có khả năng truyền 
tải lớn nên được dùng nhiều trong kỹ thuật, như ở 
động cơ đốt trong máy hơi nước, nó được dùng để biến 
chuyển động tịnh tiến của pittong thành chuyển động 
quay của trục cơ; ở máy búa hơi, để biến chuyển động 
quay của trục động cơ thành chuyển động thẳng tịnh 
tiến đi lại của đầu búa làm nhiệm vụ rèn đập. 
 Hình 3.26 
5.2- Cơ cấu cóc 
5.2.1- Khái niệm: 
Cơ cấu bánh răng cóc gồm khâu dẫn là cần lắc qua lại quanh trục O (có trục 
hình học với bánh răng cóc) trên cần lắc đặt 1 con cóc 2 quay được quanh bản lề C, 
khâu bị dẫn là bánh răng cóc 3, khâu còn lại là giá (hình 3.27). 
 Hình 3.27 
 79 
Khi khâu dẫn thực hiện chuyển động lắc (do một cơ cấu khác tạo nên, trên hình 
chỉ biểu diễn 1 phần của thanh truyền AB), từ A1 đến A2, cóc 2 lọt vào rãnh răng của 
bánh răng cóc sẽ đẩy bánh răng cóc quay cùng chiều một góc tương ứng. 
Khi khâu dẫn quay ngược lại (hành trình về) thì cóc lướt trên lưng các răng của 
bánh răng nên các bánh răng cóc đứng yên, con cóc D có tác dụng hãm không cho 
bánh răng cóc quay ngược lại. 
5.2.2- Ứng dụng: 
Cơ cấu bánh răng cóc biến chuyển động quay của khâu dẫn thành chuyển động 
quay gián đoạn của khâu bị dẫn, thường được dùng trong các máy đóng hộp, máy 
chiếu phim và các máy cắt kim loại. 
5.3. Cơ cấu các đăng 
5.3.1- Khái niệm 
 - Cơ cấu các đăng dùng để truyền dẫn mô men xoắn giữa hộp số với 
cầu chủ động và giữa cầu trước chủ động với bánh xe (truyền dẫn giữa các trục không 
đồng tâm và có dịch chuyển tương đối) 
 - Yêu cầu 
 + Truyền dẫn hết mô men xoắn ở bất cứ mọi tốc độ quay. 
 + Làm việc êm, ít rung và có hiệu suất truyền lực cao. 
 + Kết cấu đơn giản và có độ bến cao. 
 + Kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa thuận lợi dễ dàng. 
 5.3.2 - Phân loại 
 Truyền động các đăng được phân loại: 
 a, Theo công dụng 
 - Các đăng nối giữa hộp số chính với cầu chủ động hoặc với các thiết bị phụ (tời). 
 - Các đăng nối giữa cầu chủ động với bánh xe. 
 b, Theo đặc điểm động học 
 - Các đăng khác tốc 
 - Các đăng đồng tốc 
 c, Theo kết cấu 
 - Các đăng có chốt chữ thập. 
 - Các đăng kiểu bi. 
5.3.3 - Cấu tạo và hoạt động truyền động các đăng 
 a- Truyền động các đăng khác tốc (các đăng đơn) 
 - Cấu tạo (hình 3.28) 
 + Trục chủ động : Trục chủ động 1 làm bằng thép ống bên trong có then 
hoa để lắp với trục bị động, một đầu có mặt bích để lắp nạng chữ U và lắp với hai đầu 
chốt chữ thập thông qua hai ổ bi kim. 
 80 
 + Trục bị động : Trục bị động 2 gồm hai phần được lắp nối với nhau bằng then 
hoa, hai đầu có nạng chữ U và có lỗ lắp với hai đầu còn lại của chốt chữ thập bằng hai 
ổ bi kim. Các trục các đăng đều được cân bằng chính xác và có dấu lắp ghép ở hai đầu 
nạng (khớp nối). 
- Nguyên lý hoạt động 
 Khi hai trục được lắp với nhau bằng một khớp: Nếu đồng tâm thì tốc độ 
quay cả hai trục như nhau (ω2 = ω1), nếu hai trục không đồng tâm (lệch nhau một góc) 
thì tốc độ quay của chúng khác nhau (ω2 ≠ ω1) và góc lệch α càng lớn, sự chênh lệch 
tốc độ càng lớn làm tăng tải trọng động cho truyền động các đăng. 
b- Truyền động các đăng đồng tốc (các đăng kép) 
- Cấu tạo (hình 3.29) 
 + Trục chủ động 
 Trục chủ động làm bằng thép ống bên trong có then hoa (hoặc mặt bích) 
để lắp với phải, một đầu có mặt bích chế tạo liền với nạng chữ U để lắp với hai đầu 
chốt chữ thập thông qua hai ổ bi kim. 
 + Trục trung gian 
Hình 3.29 a- Cấu tạo các đăng kép (đồng tốc) 
Hình 3.28- Sơ đồ cấu tạo truyền động các đăng khác tốc (loại trục chữ thập) 
Hình 4 -2. Cấu tạo cá c đăng khác tốc 
 a- Hộp phân phối một cấp; b- Hộp phân phối hai cấp 
Nạng các đăng 
Nạng các đăng 
Trục bị động 
Trục chủ động 
Chốt chữ thập 
Ổ bi kim Chốt chữ thập 
 81 
Trục trung gian gồm hai phần được lắp nối với nhau bằng then hoa, hai đầu có 
nạng chữ U và có lỗ lắp với hai đầu còn lại của chốt chữ thập bằng hai ổ bi kim. 
+ Trục bị động 
Trục bị động có ống then hoa để lắp với then hoa đầu trục chủ động truyền lực 
chính của cầu chủ động và một đầu có mặt bích và nạng bị động lắp với trục trung gian 
bằng một khớp chữ thập. Các trục và khớp các đăng đều được cân bằng chính xác và 
có dấu lắp ghép ở hai đầu nạng (khớp nối). 
Trên ô tô luôn dùng liên hợp hai khớp các đăng khác tốc (các đăng kép), bố trí 
theo sơ đồ dạng chữ Z hay chữ V, bao gồm ba trục: trục chủ động, trục trung gian 
(gồm hai nửa) và trục bị động. 
 - Nguyên lý hoạt động 
 Truyền động các đăng kép bao gồm hai khớp và ba trục, trục chủ động và trục 
bị động đặt lệch với trục trung gian một góc ω2 = ω1. Khi trục chủ động quay với tốc 
độ ω1 thông qua hai chốt chữ thập, làm cho trục trung gian quay tốc độ ω2 ≠ ω1 (khác 
tốc) và đồng thời làm quay trục bị động với tốc độ ù3, để truyền mô men xoắn từ phải 
đến cầu chủ động. 
 Điều kiện để trục bị động và trục chủ động quay đều ω3 = ω1 (đồng tốc), khi 
góc α1 = α2 và mặt phẳng các đầu nạng của trục trung gian cùng nằm trên một mặt 
phẳng (lắp đúng dấu). 
 Phần then hoa trên trục trung gian, đảm bảo độ dịch chuyển dọc trục khi cơ 
cấu treo của ô tô đàn hồi. 
 Loại các đăng kép bố trí cầu sau chủ động có khoảng cách giữa các cụm lớn, 
thường bố trí thêm gối đỡ trung gian để treo ổ bi và trục trung gian lên khung xe làm 
tăng độ cứng vững của truyền lực các đăng. 
Hình 3.29 b - Cấu tạo các đăng kép (loại có gối đỡ trung gian và ổ bi treo) 
 82 
c- Truyền động các đăng đồng tốc kiểu bi 
- Cấu tạo (hình 3.30 ) 
 Truyền động các đăng đồng tốc khiểu bi được lắp trên cầu trước dẫn hướng 
và chủ động bao gồm: 
+ Trục chủ động 
 Làm bằng thép có then hoa để lắp với hộp vi sai, một đầu có nạng khớp cầu 
chữ C, hai bên nạng có các rãnh tròn chứa các viên bi truyền lực. 
+ Trục bị động 
 Có cấu tạo tương tự trục chủ động, lắp đối diện tạo thành một khớp chứa 5 
viên bi, một viên nằm ở tâm khớp có lỗ và chốt định vị và 4 viên bi nằm xung quanh 
để truyền lực. 
- Nguyên lý hoạt động: 
Nguyên lý hình thành các đăng kiểu bi có thể xem xét trên cơ sở một bộ truyền 
bánh răng côn ăn khớp có kích thước hình học giống nhau hoàn toàn. 
Khi hai đường tâm trục thay đổi, tức là khi thay đổi góc nghiêng truyền mômen 
để có điều kiện đồng tốc (ω2 = ω1) thì phải đảm bảo: 
+ Giữ nguyên khoảng cách từ điểm truyền lực tới điểm giao nhau của hai 
đường tâm trục. 
+ Điểm truyền lực luôn luôn nằm trên mặt phẳng phân giác của góc tạo nên 
giữa hai đường tâm trục, khi góc tạo nên giữa hai đường tâm trục là 300 thì cho phép 
các viên bi nằm trong mặt phẳng lệch với trạng thái trung gian 150. 
+ Để đảm bảo điều kiện làm việc truyền mô men xoắn của khớp bi, tránh hiện 
tượng các viên bi chạy khỏi rãnh tròn của nạng thì góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn 
hướng không vượt 300. 
 Hình 3.30. Sơ đồ cấu tạo truyền động các đăng đồng tốc 
 83 
Câu hỏi ôn tập 
1. Nêu định nghĩa về cơ cấu Truyền động. Hãy kể tên một số cơ cấu truyền 
động 
2. Nêu định nghiã về khâu, khớp, lược đồ của khâu, khớ. Cho một vài ví dụ cụ 
thể. 
3. Viết công thức tính tỷ số truyền của một cặp bánh răng và một hệ bánh răng 
thường. 
4. Nêu ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu truyền động xích. 
5. Nêu ứng dụng của cơ cấu tay quay con trượt và cơ cấu cam cần đẩy vào công 
nghệ ô tô. 
6- Hãy mô tả cấu tao và trình bày nguyên lý làm việc của cơ cấu Các đăng đơn 
trên hình vẽ. 
 84 
Tài liệu tham khảo 
1- Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Đình, Nguyễn văn Khang (2009) - Giáo trình Cơ học- 
Tập1 (Tĩnh học và động học) - NXB Giáo dục 
2- Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Vượng, Phan Hữu Phúc (2009) - Giáo trình Cơ kỹ 
thuật - NXB Giáo dục 
3- Nguyễn Khắc Đam (1992) - Giáo trình Cơ kỹ thuật - NXB Giáo dục 
4- Nguyễn Quang Tuyến, Nguyễn Thị Thạch (2005) - Giáo trình Cơ kỹ thuật - 
Sở giáo dục đào tạo Hà Nội - NXB Hà Nội