Bài giảng Cơ học máy: Chương 5 - TS. Phan Tấn Tùng

Trong lĩnh vực Cơ học máy, việc phân tích lực tác dụng lên các cơ cấu chuyển động là nền tảng để thiết kế và tối ưu hóa hệ thống cơ khí. Các cơ cấu thường hoạt động với gia tốc, khiến cho ngoại lực tác dụng không tự cân bằng, đòi hỏi một cách tiếp cận khác biệt so với tĩnh học truyền thống. Tầm quan trọng của việc hiểu rõ các loại lực—từ ngoại lực như lực cản kỹ thuật, trọng lượng các khâu, lực phát động, đến nội lực giữa các khâu và đặc biệt là lực quán tính phát sinh do chuyển động—không thể bị đánh giá thấp. Chương này tập trung trình bày các phương pháp phân tích lực cơ cấu, đặc biệt là việc áp dụng nguyên lý D'Alambert để chuyển bài toán động lực học thành bài toán cân bằng tĩnh tương đương, từ đó tạo cơ sở vững chắc cho việc đánh giá và giải quyết các vấn đề kỹ thuật phức tạp.

Sinh viên, kỹ sư cơ khí, kỹ sư chế tạo, và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học máy và thiết kế cơ cấu.

Tài liệu này cung cấp một cái nhìn toàn diện về phương pháp phân tích lực trong các cơ cấu chuyển động, một khía cạnh trọng yếu trong Cơ học máy. Nó bắt đầu bằng việc phân loại chi tiết các loại lực bao gồm ngoại lực (lực cản kỹ thuật, trọng lượng, lực phát động), nội lực (phản lực liên kết, áp lực khớp động, lực ma sát) và đặc biệt là lực quán tính. Điểm cốt lõi là nhận định rằng các cơ cấu chuyển động có gia tốc không thể được phân tích bằng phương pháp tĩnh học trực tiếp. Để giải quyết vấn đề này, tài liệu giới thiệu và áp dụng nguyên lý D'Alambert, một phương pháp hiệu quả cho phép chuyển đổi bài toán động lực học của hệ lực không cân bằng thành một bài toán cân bằng tĩnh tương đương bằng cách thêm vào các lực quán tính như những ngoại lực ảo. Tiếp theo, tài liệu đi sâu vào các điều kiện tĩnh định, giải thích cách xác định số phương trình và số ẩn trong các chuỗi động để có thể giải quyết bài toán. Cụ thể, nó đưa ra công thức 3n - 2P5 - P4 = 0 áp dụng cho cơ cấu phẳng, một tiêu chí quan trọng để kiểm tra tính giải được của hệ thống. Quy trình xác định áp lực khớp động được trình bày một cách có hệ thống, bao gồm các bước tách cơ cấu thành các nhóm tĩnh định, tách từng khâu và đặt các lực tác dụng, sau đó thiết lập và giải các phương trình cân bằng lực. Phương pháp này nhấn mạnh việc giải ngược từ các nhóm xa khâu dẫn đến khâu dẫn, khác với bài toán động học. Các phương trình cân bằng lực cho cơ cấu phẳng được cung cấp (tổng Fx, Fy, Mz bằng 0), cùng với gợi ý sử dụng phương pháp giải tích vector hoặc họa đồ vector. Nội dung này trang bị kiến thức nền tảng cho việc thiết kế, đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống cơ khí, đảm bảo độ bền và an toàn trong vận hành.