THÔNG TIN THƯ MỤC VÀ MÔ TẢ HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH CƠ KỸ THUẬT

  • Tên giáo trình: Giáo trình môn học Cơ kỹ thuật
  • Mã số môn học: CK19MH03
  • Nghề đào tạo: Cắt gọt kim loại
  • Trình độ đào tạo: Cao đẳng
  • Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam) theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020
  • Đơn vị biên soạn: Bộ môn Cơ khí, Khoa Cơ khí Động lực
  • Ban biên soạn: Lê Duy Nam (Chủ biên), Huỳnh Công Hải, An Đình Quân
  • Địa điểm & Năm xuất bản: Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ kỹ thuật (Mã môn học: CK19MH03) là tài liệu giảng dạy bắt buộc thuộc khối môn học, mô-đun kỹ thuật cơ sở trong chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí. Môn học có thời lượng 4 tín chỉ (tổng cộng 60 giờ theo chương trình khung hoặc 45 giờ phân bổ chi tiết gồm 14 giờ lý thuyết, 29 giờ bài tập/thảo luận và 2 giờ kiểm tra). Trong tiến trình đào tạo, môn học được bố trí học sau các môn khoa học cơ bản, đại cương (Toán học, Tin học cơ bản, Vẽ kỹ thuật 1 và 2) và xếp trước các môn học, mô-đun chuyên ngành như Nguyên lý - Chi tiết máy (CG19MH02), Dung sai (CK19MH05), Máy cắt kim loại (CG19MH04), cũng như các học phần thực hành gia công trên máy tiện, phay, mài và CNC.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể qua ba nhóm chuẩn đầu ra:

  1. Kiến thức (A1–A4): Trình bày các khái niệm về tĩnh học, sức bền vật liệu; phân tích trạng thái kéo-nén, xoắn, uốn, cắt-dập; xác định tải trọng, phản lực liên kết, trọng tâm và điều kiện cân bằng ổn định của vật rắn; phân tích các thông số động học chuyển động, vận tốc và gia tốc.
  2. Kỹ năng (B1–B4): Tính toán tải trọng, phản lực liên kết và lực ma sát; tính toán ứng suất, biến dạng và kích thước mặt cắt ngang của thanh chịu kéo-nén, trục chịu xoắn, dầm chịu uốn và mối ghép chịu cắt-dập ở cả trạng thái nguy hiểm lẫn an toàn; vẽ hoàn chỉnh biểu đồ nội lực.
  3. Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C4): Năng lực làm việc độc lập, phối hợp làm việc nhóm, thực hiện đúng kỷ luật học tập và có tính cẩn thận, chính xác trong giải quyết bài toán kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo logic suy diễn chặt chẽ: thiết lập hệ tiên đề và mô hình hóa lực đối với vật rắn tuyệt đối (Phần I: Cơ lý thuyết), tiếp nối sang khảo sát nội lực, ứng suất và độ bền của vật rắn biến dạng (Phần II: Sức bền vật liệu). Cách tiếp cận này tạo tiền đề phương pháp luận giúp người học chuyển tiếp từ tư duy toán học thuần túy sang giải quyết các bài toán cơ học ứng dụng trong kỹ thuật chế tạo máy.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH CƠ KỸ THUẬT (CK19MH03)
     PHẦN I: CƠ LÝ THUYẾT                                      PHẦN II: SỨC BỀN VẬT LIỆU
(Vật rắn tuyệt đối - Tĩnh học)                             (Vật rắn thực - Biến dạng đàn hồi)

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ thành 2 phần lớn gồm 9 chương lý thuyết và bài tập chuyên đề:

  • Chương 1: Những khái niệm cơ bản và hệ tiên đề tĩnh học: Trình bày định nghĩa lực, các yếu tố xác định lực (điểm đặt, phương chiều, độ lớn), khái niệm vật rắn tuyệt đối và trạng thái cân bằng. Thiết lập 4 tiên đề tĩnh học cổ điển (Tiên đề cân bằng, Tiên đề biến đổi tương đương kèm hệ quả véc-tơ trượt, Tiên đề hình bình hành hợp lực, Tiên đề tác dụng tương hỗ). Phân loại 6 dạng liên kết và phản lực liên kết cơ bản: liên kết tựa ($N$), liên kết dây mềm ($T$), liên kết thanh ($S$), khớp bản lề cố định và di động ($X, Y$), bản lề trụ/cầu, và liên kết ngàm.
  • Chương 2: Hệ lực phẳng đồng quy: Khảo sát điều kiện cân bằng bằng hai phương pháp: phương pháp hình học (quy tắc hình bình hành, quy tắc đa giác lực khép kín) và phương pháp giải tích (chiếu hệ lực lên hai trục tọa độ vuông góc $Oxy$ với điều kiện $\sum F_{ix} = 0$, $\sum F_{iy} = 0$). Trình bày định lý ba lực không song song cân bằng trong mặt phẳng.
  • Chương 3: Mô men của một lực đối với một điểm của ngẫu lực: Xác định độ lớn mô men lực $M_O(\vec{F}) = \pm F \cdot a = \pm 2S_{OAB}$; chứng minh Định lý Varignon về mô men của hợp lực bằng tổng mô men các lực thành phần; phân tích tính chất của ngẫu lực trên mặt phẳng và điều kiện cân bằng của hệ ngẫu lực phẳng ($\sum m_i = 0$).
  • Chương 4: Ma sát: Khảo sát ma sát trượt thông qua thí nghiệm Coulomb, thiết lập định luật ma sát $F_{\max} = f \cdot N$, góc ma sát $\tan \varphi = f$, và điều kiện tự hãm ($\alpha \le \varphi$); khảo sát ma sát lăn với mô men cản lăn $M_{\max} = k \cdot N$ (trong đó hệ số $k$ có thứ nguyên độ dài).
  • Chương 5: Một số giả thuyết về vật liệu: Giới thiệu nhiệm vụ của môn Sức bền vật liệu; nêu các giả thiết về tính liên tục, đồng tính, đẳng hướng và tính đàn hồi hoàn toàn của vật liệu; nguyên lý độc lập tác dụng; phân loại ngoại lực (lực tập trung, lực phân bố, tải trọng tĩnh, tải trọng động); định nghĩa nội lực và ứng suất (ứng suất toàn phần $p$, ứng suất pháp $\sigma$, ứng suất tiếp $\tau$ với hệ thức $p = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}$); thiết lập phương pháp mặt cắt biến nội lực thành ngoại lực khảo sát.
  • Chương 6: Kéo nén đúng tâm: Định nghĩa thanh chịu kéo-nén; xác định lực dọc $N_z$ và vẽ biểu đồ lực dọc; công thức ứng suất pháp $\sigma = \pm \frac{N}{F}$; định luật Hooke về biến dạng dọc $\Delta l = \frac{N \cdot l}{E \cdot F}$ và $\sigma = E \cdot \varepsilon$; cung cấp bảng tra mô đun đàn hồi $E$ của thép, gang, đồng, nhôm, cao su; giải 3 bài toán cơ bản về cường độ: kiểm tra bền, định kích thước tiết diện và xác định tải trọng cho phép theo điều kiện $\sigma \le [\sigma]$.
  • Chương 7: Cắt và dập: Khái niệm ứng suất cắt $\tau$, biến dạng góc $\gamma$, định luật Hooke về cắt $\tau = G \cdot \gamma$; tính toán kiểm nghiệm mối ghép đinh tán (rivê) chịu cắt ($\tau = \frac{P}{F_c} \le [\tau]$) và chịu dập ($\sigma_d = \frac{P}{F_d} \le [\sigma_d]$) dựa trên bảng ứng suất cho phép của Thép số 3.
  • Chương 8: Xoắn thuần túy: Khảo sát mô men xoắn nội lực $M_z$ và biểu đồ nội lực; thiết lập mối liên hệ giữa công suất truyền động $N$ (kW), vận tốc vòng quay $n$ (vòng/phút) và mô men xoắn ngoại lực $M_x$; tính toán ứng suất tiếp và góc xoắn của thanh tiết diện tròn.
  • Chương 9: Uốn ngang phẳng: Định nghĩa thanh/dầm chịu uốn phẳng; xác định lực cắt $Q_y$ và mô men uốn $M_x$; phương pháp vẽ biểu đồ nội lực dầm; xác định ứng suất pháp khi uốn thuần túy $\sigma = \frac{M_x}{W_x}$ và điều kiện bền của dầm.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng ba trụ cột kiến thức nền tảng:

  1. Hệ tiên đề và nguyên lý tĩnh học vật rắn: Cung cấp cơ sở thiết lập phương trình cân bằng giải tích cho các hệ lực không gian và phẳng, giải quyết bài toán xác định phản lực tại các cơ cấu gá đặt và gối đỡ cơ khí.
  2. Mô hình vật rắn biến dạng đàn hồi: Xây dựng hệ giả thuyết liên tục, đẳng hướng và quan hệ tuyến tính giữa biến dạng với tải trọng (Định luật Hooke), đóng vai trò cầu nối chuyển tiếp từ cơ học thuần túy sang tính toán độ bền kết cấu.
  3. Phương pháp mặt cắt giải tích: Quy chuẩn hóa quy trình phân tách vật thể để lượng hóa các thành phần nội lực ($N_z, Q_y, M_x, M_z$) xuất hiện bên trong phân tố vật liệu dưới tác động của hệ ngoại lực.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Vận dụng công cụ toán học (lượng giác, hệ phương trình, đại số véc-tơ) để tính toán chính xác phản lực liên kết, hợp lực và thông số mô men.
  • Kỹ năng giải tích biểu đồ: Lập phương trình và vẽ biểu đồ biến thiên của lực dọc, lực cắt, mô men uốn và mô men xoắn dọc theo trục thanh kết cấu.
  • Kỹ năng kiểm tra và thiết kế độ bền: Thực hiện thuần thục 3 bài toán cơ bản trong cơ kỹ thuật: kiểm tra điều kiện bền của chi tiết hiện hữu, chọn kích thước hình học mặt cắt ngang hợp lý, và xác định giới hạn tải trọng làm việc an toàn của thiết bị gia công.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức dạy và học theo định hướng tích cực hóa hoạt động của người học, chia thành các cấu phần chuẩn:

Hoạt động Trách nhiệm của Giảng viên (Người dạy) Nhiệm vụ của Sinh viên (Người học)
Giờ lý thuyết Giảng dạy tích cực, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, làm mẫu các bước giải bài toán cơ học, hướng dẫn thường xuyên. Đọc trước tài liệu giáo trình của từng chương tại nhà; chuẩn bị đầy đủ học liệu; theo dõi làm mẫu và ghi chép.
Giờ bài tập & thảo luận Phân chia nhóm nhỏ và giao bài tập tính toán kết cấu; hướng dẫn sinh viên chữa bài, nhận xét và rút kinh nghiệm. Hoạt động theo nhóm nhỏ (nhóm 2 sinh viên) hoặc độc lập; luân phiên làm bài tập, thảo luận phương pháp giải.
Giờ thực hành xưởng Hướng dẫn thao tác kỹ thuật; theo dõi an toàn và kiểm tra việc ứng dụng lý thuyết vào máy móc thực hành. Hoàn thành bài tập thực hành trên thiết bị (máy tiện, máy phay, máy hàn); đối chiếu kết quả đo kiểm với lý thuyết.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá học phần

Căn cứ quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, quy trình đánh giá kết quả học tập tại Trường Cao đẳng Dầu khí được quy định như sau:

  • Trọng số điểm thành phần:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, kiểm tra sau 35 giờ học) + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2, kiểm tra sau 45 giờ học): Tổng chiếm 40% điểm tổng kết môn học.
    • Điểm thi kết thúc môn học (Tập trung, thi lý thuyết sau 45 giờ học): Chiếm 60% điểm tổng kết môn học.
  • Thang điểm: Đánh giá theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ (A, B, C, D, F) và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định đào tạo tín chỉ.

Quy định chuyên cần và tự học

  • Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; nếu vắng quá 31% số tiết lý thuyết buộc phải học lại môn học.
  • Sinh viên phải tham dự 100% các buổi thực hành; nếu vắng quá 1% số tiết thực hành sẽ không đủ điều kiện dự thi và phải học lại môn học.
  • Chủ động lập kế hoạch tự học, khai thác tài liệu tại thư viện hoặc trên hệ thống trực tuyến của nhà trường theo hướng dẫn của giảng viên.

Điểm nổi bật và dữ liệu kỹ thuật cập nhật

Giáo trình Cơ kỹ thuật của Trường Cao đẳng Dầu khí được chuẩn hóa nội dung trực tiếp cho công tác đào tạo kỹ thuật thực hành nghề Cắt gọt kim loại, thể hiện qua các dữ liệu định lượng cụ thể:

  • Hệ thống dữ liệu vật liệu chuẩn xác: Giáo trình cung cấp bảng tra số liệu mô đun đàn hồi khi kéo/nén ($E$) cho các loại vật liệu công nghiệp thông dụng:
    • Thép carbon (0,1 ÷ 20% C): $E = 20 \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$ ($2 \cdot 10^5\text{ MN/m}^2$)
    • Thép lò xo: $E = 22 \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$
    • Thép Nickel: $E = 19 \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$
    • Gang xám: $E = 11,5 \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$
    • Đồng: $E = 12 \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$; Đồng thau: $E = (10 \div 12) \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$
    • Nhôm và Đura: $E = (7 \div 8) \cdot 10^4\text{ KN/cm}^2$
    • Cao su: $E = 8 \cdot 10^6\text{ N/m}^2 = 0,8\text{ KN/cm}^2$
  • Dữ liệu hệ số ma sát thực nghiệm: Cung cấp hệ số ma sát trượt tĩnh phục vụ tính toán các cụm cơ cấu máy: Thép tiếp xúc Thép ($f = 0,19$), Đai truyền tiếp xúc Gang ($f = 0,18$).
  • Tính gắn kết với thực tiễn sản xuất: Bài toán cơ học được xây dựng trực tiếp trên các chi tiết máy điển hình như mối ghép đinh tán (rivê) sử dụng Thép số 3, bài toán dầm chịu uốn trong kết cấu sàn thao tác, và trục truyền công suất động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay $n$ và công suất $N$.

Đối tượng sử dụng giáo trình

                       ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG GIÁO TRÌNH CK19MH03
Sinh viên Cao đẳng    Giảng viên bộ môn              Sinh viên ngành      Cán bộ kỹ thuật
 Cắt gọt kim loại     Cơ khí Động lực                Kỹ thuật cơ sở       xưởng cơ khí
 (Chính quy/Nghề)   (Giáo án & Đề thi)              (Bảo dưỡng/Sửa chữa)  (Tra cứu độ bền)
  1. Sinh viên hệ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại: Giáo trình là tài liệu học tập chính khóa bắt buộc nhằm trang bị nền tảng tính toán trước khi tiếp cận các xưởng thực tập máy công cụ.
  2. Sinh viên các ngành kỹ thuật liên quan: Phù hợp làm tài liệu cơ sở kỹ thuật cho sinh viên các nghề Sửa chữa cơ khí, Sửa chữa bảo dưỡng bơm và van công nghiệp, Vận hành thiết bị dầu khí.
  3. Điều kiện tiên quyết đối với người học: Đã hoàn thành các môn chung và môn cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01), Vẽ kỹ thuật 2 (CK19MH02), có kiến thức cơ bản về toán giải tích và hình học véc-tơ.
  4. Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu khung để biên soạn bài giảng điện tử, phiếu học tập, ngân hàng câu hỏi kiểm tra thường xuyên, định kỳ và đề thi kết thúc học phần.
  5. Cán bộ kỹ thuật tại xưởng: Dùng làm tài liệu tham khảo nhanh để tra cứu công thức tính bền sơ bộ, tính kích thước bulông, đinh tán và kiểm tra biến dạng trục gá.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này được biên soạn cho đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn chính thức cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại theo chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho hệ Trung cấp nghề và các ngành kỹ thuật cơ khí bảo dưỡng.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức Toán học phổ thông (đặc biệt là giải hệ phương trình, lượng giác học, véc-tơ), các môn học đại cương và học phần Vẽ kỹ thuật 1, 2 để đọc hiểu bản vẽ cơ khí và sơ đồ phân tích lực.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với giáo trình Cơ học lý thuyết thuần túy là gì?

Giáo trình tích hợp cô đọng hai phân môn trọng tâm: Cơ học lý thuyết (phần tĩnh học) và Sức bền vật liệu (các dạng chịu lực cơ bản). Giáo trình giản lược các chứng minh toán học phức tạp, tập trung trực tiếp vào phương pháp lập biểu đồ nội lực, công thức tính ứng suất và giải 3 bài toán độ bền phục vụ nghề cơ khí chế tạo.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu trước lý thuyết từng chương, tự giải lại các bài tập ví dụ mẫu có lời giải trong giáo trình (ví dụ bài toán treo vật bằng dây cáp, tính thanh bậc chịu kéo nén), làm việc theo nhóm 2 người để thảo luận các bài tập tính phản lực liên kết và luyện kỹ năng vẽ biểu đồ $N_z, Q_y, M_x$.

5. Những tài liệu tham khảo chính thức nào được sử dụng bổ trợ cho giáo trình?

Giáo trình trích dẫn và khuyến nghị sử dụng 3 tài liệu tham khảo chính thống:

  • Đỗ Sanh (2001), Cơ học ứng dụng, Nhà xuất bản Giáo dục.
  • Đặng Thanh Tân, Giáo trình Cơ học lý thuyết, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật.
  • Đặng Thanh Tân, Giáo trình Sức bền vật liệu, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật.

Kết luận

Giáo trình Cơ kỹ thuật (CK19MH03) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu học thuật cơ sở chuẩn mực, cung cấp đầy đủ hệ thống lý thuyết tĩnh học vật rắn và sức bền vật liệu cho nghề Cắt gọt kim loại. Tài liệu xác lập quy trình tính toán cơ học định lượng, rèn luyện tư duy phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng và kỹ năng thiết lập biểu đồ nội lực cho các kết cấu thanh, dầm, trục và mối ghép đinh tán.

Nắm vững toàn bộ kiến thức trong giáo trình là điều kiện tiên quyết để người học hoàn thành lộ trình đào tạo chuyên môn, tạo nền tảng vững chắc cho các môn học Nguyên lý - Chi tiết máy, Máy cắt kim loại và các mô-đun thực hành gia công cơ khí chuyên sâu.