THÔNG TIN THƯ MỤC HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH CƠ KỸ THUẬT (MÃ SỐ: CK19MH03)
Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Cơ kỹ thuật (Mã môn học: CK19MH03) là tài liệu học tập chính quy thuộc chương trình đào tạo nghề Lắp đặt - Vận hành - Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí ở trình độ Cao đẳng. Giáo trình được ban hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu). Tài liệu do tập thể giảng viên thuộc Bộ môn Cơ khí, Khoa Cơ khí Động lực biên soạn, gồm ông Lê Duy Nam (Chủ biên), ông Huỳnh Công Hải và ông An Đình Quân.
Trong khung chương trình đào tạo tổng thể 89 tín chỉ (2.160 giờ), môn học Cơ kỹ thuật được xếp vào khối môn học, mô đun cơ sở ngành nghề (20 tín chỉ). Môn học có khối lượng 2 tín chỉ (tổng cộng 45 giờ), được bố trí giảng dạy sau các môn học đại cương và học trước các mô đun chuyên môn ngành nghề như Kỹ thuật sửa chữa cơ khí (CK19MH09), Sửa chữa - Bảo dưỡng bơm 1 và 2 (CK19MĐ05, CK19MĐ06), Sửa chữa - Bảo dưỡng Quạt (BQMN19MĐ02), Sửa chữa - Bảo dưỡng máy nén khí (CK19MĐ07) và Cân bằng động (BQMN19MĐ01).
[Khối Môn học Đại cương]
Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể theo ba nhóm chuẩn đầu ra:
- Kiến thức (A1–A4): Trình bày các khái niệm cơ bản về Tĩnh học, Sức bền vật liệu, trạng thái chịu lực kéo - nén, xoắn, uốn, cắt dập; phân tích tải trọng, phản lực liên kết, trạng thái cân bằng ổn định của vật rắn và các thông số động học (vận tốc dài, vận tốc góc, gia tốc tiếp tuyến, gia tốc pháp tuyến).
- Kỹ năng (B1–B4): Xác định tải trọng, tính toán phản lực liên kết, tính lực ma sát; tính toán ứng suất, xác định kích thước mặt cắt ngang của thanh chịu kéo - nén, trục chịu xoắn, dầm chịu uốn, mối ghép cắt dập ở trạng thái giới hạn; vẽ biểu đồ nội lực và biểu đồ tải trọng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C4): Năng lực làm việc độc lập, kỹ năng phối hợp nhóm, tác phong kỷ luật, cẩn thận và tính toán chính xác trong xử lý bài toán cơ học.
Cấu trúc giáo trình chia làm hai phần: Phần I - Cơ lý thuyết (20 giờ) và Phần II - Sức bền vật liệu (25 giờ). Cách tiếp cận nội dung đi từ việc thiết lập các mô hình cân bằng của vật rắn tuyệt đối sang việc giải quyết bài toán biến dạng, kiểm tra độ bền và độ cứng của vật thể đàn hồi thực tế.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương và chủ đề chính
Giáo trình phân chia nội dung chi tiết thành các chương mục trọng tâm theo tiến trình logic sau:
[Chương 1: Khái niệm & Tiên đề tĩnh học]
[Chương 2: Hệ lực phẳng đồng quy]
[Chương 3: Mô men & Ngẫu lực]
[Chương 4: Ma sát (Trượt & Lăn)]
[Chương 5: Giả thuyết Sức bền vật liệu & Phương pháp mặt cắt]
[Chương 6: Kéo - Nén đúng tâm]
[Chương 7 - 9: Cắt - Dập, Xoắn thuần túy, Uốn ngang phẳng]
- Chương 1: Những khái niệm cơ bản và hệ tiên đề tĩnh học. Định nghĩa về lực, các yếu tố xác định lực (điểm đặt, phương chiều, độ lớn), đơn vị đo lực trong hệ SI ($N, \text{KG}$ với $1,\text{KG} = 9{,}81,\text{N}$); định nghĩa vật rắn tuyệt đối và hệ quy chiếu quán tính. Trình bày 4 tiên đề tĩnh học: Tiên đề cân bằng (hai lực trực đối), Tiên đề biến đổi tương đương và hệ quả lực là vectơ trượt, Tiên đề hợp lực hình bình hành, Tiên đề tác dụng tương hỗ. Phân loại các dạng liên kết và phản lực liên kết: liên kết tựa ($N$), liên kết dây mềm ($T$), liên kết thanh ($S$), liên kết gối đỡ bản lề di động/cố định ($X, Y$), liên kết bản lề trụ/cầu và liên kết ngàm.
- Chương 2: Hệ lực phẳng đồng quy. Định nghĩa hệ lực có đường tác dụng cùng nằm trong một mặt phẳng và cắt nhau tại một điểm. Trình bày hai phương pháp khảo sát:
- Phương pháp hình học: Quy tắc hình bình hành lực tính hợp lực $R = \sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2F_1F_2\cos\alpha}$, định lý hàm số sin, quy tắc đa giác lực và điều kiện cân bằng dạng đa giác lực tự đóng kín.
- Phương pháp giải tích: Chiếu lực lên hệ trục toạ độ vuông góc $Oxy$ ($F_x = \pm F\cos\alpha, F_y = \pm F\sin\alpha$), xác định hợp lực $R = \sqrt{R_x^2 + R_y^2}$ với $R_x = \sum F_{ix}, R_y = \sum F_{iy}$; thiết lập hệ điều kiện cân bằng $\sum F_{ix} = 0$ và $\sum F_{iy} = 0$; định lý ba lực không song song cân bằng.
- Chương 3: Mô men của một lực với một điểm của ngẫu lực. Định nghĩa độ lớn mômen $m_O(F) = \pm F \cdot a$ (với $a$ là cánh tay đòn), quy ước dấu và công thức $m_O(F) = 2 S_{\triangle OAB}$. Chứng minh Định lý Varignon cho hệ hai lực đồng quy, hai lực song song và hệ lực phẳng bất kỳ ($m_O(R) = \sum m_O(F_i)$). Định nghĩa ngẫu lực, các tính chất bất biến của ngẫu lực trong mặt phẳng, công thức hợp hệ ngẫu lực phẳng $m = \sum m_i$ và điều kiện cân bằng $\sum m_i = 0$.
- Chương 4: Ma sát. Phân tích cơ chế ma sát trượt và ma sát lăn:
- Ma sát trượt: Thí nghiệm Coulomb, định luật ma sát $F_{\text{max}} = f \cdot N$ (với $f$ là hệ số ma sát trượt tĩnh), góc ma sát ($\tan\varphi = f$), điều kiện cân bằng giới hạn và hiện tượng tự hãm trên mặt phẳng nghiêng.
- Ma sát lăn: Cơ chế biến dạng bề mặt tiếp xúc, ngẫu lực ma sát lăn, định luật ma sát lăn $M_{\text{max}} = k \cdot N$ (với $k$ là hệ số ma sát lăn có thứ nguyên chiều dài).
- Chương 5: Một số giả thuyết về vật liệu. Xác định nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của Sức bền vật liệu (vật thể dạng thanh). Trình bày 3 giả thuyết cơ bản: tính liên tục - đồng tính - đẳng hướng; tính đàn hồi hoàn toàn; định luật Hooke về quan hệ bậc nhất giữa lực và biến dạng. Trình bày nguyên lý độc lập tác dụng, phân loại ngoại lực (tập trung, phân bố, tĩnh, động), bản chất của nội lực, định nghĩa ứng suất toàn phần $p$, ứng suất pháp $\sigma$, ứng suất tiếp $\tau$ theo quan hệ $p = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}$, cùng nguyên lý phương pháp mặt cắt.
- Chương 6: Kéo nén đúng tâm. Thiết lập điều kiện cân bằng của thanh chịu lực dọc trục, xác định lực dọc $N_z$ và quy tắc vẽ biểu đồ nội lực. Công thức tính ứng suất pháp trên mặt cắt ngang $\sigma = \pm \frac{N}{F}$. Công thức tính biến dạng dọc tuyệt đối $\Delta l = \frac{N \cdot l}{E \cdot F}$ và biến dạng dọc tương đối $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l} = \frac{\sigma}{E}$. Thiết lập điều kiện bền $\sigma \le [\sigma]$ và phương pháp giải 3 bài toán cơ bản: kiểm tra độ bền, chọn kích thước mặt cắt ngang ($F \ge \frac{N}{[\sigma]}$) và xác định tải trọng cho phép ($N \le F \cdot [\sigma]$).
- Chương 7 đến Chương 9: Khảo sát các trạng thái chịu tải phức tạp gồm trạng thái Cắt và dập (tính toán mối ghép đinh tán thép số 3, môđun đàn hồi trượt $G$), trạng thái Xoắn thuần túy (mối liên hệ giữa công suất $P$, tốc độ quay $n$ và mômen xoắn ngoại lực $M = 9{,}55 \cdot 10^6 \frac{P}{n}$), trạng thái Uốn ngang phẳng (xác định lực cắt $Q_y$, mômen uốn $M_x$, vẽ biểu đồ nội lực và kiểm tra độ bền dầm).
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Nội dung giáo trình hình thành hệ thống lý thuyết kỹ thuật thông qua các nguyên lý:
- Hệ tiên đề Tĩnh học: 4 tiên đề nền tảng của cơ học cổ điển làm cơ sở thiết lập các phương trình cân bằng tĩnh học.
- Hệ định luật ma sát thực nghiệm: Định luật ma sát trượt Coulomb và định luật ma sát lăn xác định giới hạn tự do chuyển động trong các cụm chi tiết máy.
- Mô hình vật liệu cơ học: Giả thuyết về môi trường liên tục, đàn hồi tuyến tính tuân theo Định luật Hooke ($\sigma = E \cdot \varepsilon$).
- Phương pháp mặt cắt (Method of Sections): Nguyên lý cơ bản để tách phân tố, chuyển đổi nội lực gián tiếp thành các lực ngoài tương đương nhằm xác định ứng suất.
| Nhóm vật liệu |
Mô đun đàn hồi khi kéo/nén ($E$) |
| Thép ($0{,}1 \div 20%,\text{C}$) |
$20 \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ ($2 \cdot 10^5,\text{MN/m}^2$) |
| Thép lò xo |
$22 \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ |
| Thép Niken |
$19 \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ |
| Gang xám |
$11{,}5 \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ |
| Đồng đỏ |
$12 \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ |
| Đồng thau |
$(10 \div 12) \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ |
| Nhôm và Đura |
$(7 \div 8) \cdot 10^4,\text{kN/cm}^2$ |
| Cao su |
$0{,}8,\text{kN/cm}^2$ ($8 \cdot 10^6,\text{N/m}^2$) |
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật: Đọc và giải phóng liên kết cho các kết cấu cơ học; lập phương trình cân bằng tĩnh học giải tích trên mặt phẳng; biểu diễn và tính toán hệ lực đồng quy, ngẫu lực.
- Kỹ năng phân tích: Ứng dụng phương pháp mặt cắt để tính trị số nội lực tại các tiết diện; vẽ biểu đồ lực dọc ($N$), mômen xoắn ($M_z$), biểu đồ mômen uốn ($M_u$) và lực cắt ($Q$).
- Năng lực tính toán thực hành: Tính toán kiểm nghiệm bền, tính chọn diện tích mặt cắt ngang và tải trọng giới hạn cho các thanh chịu kéo - nén đúng tâm, dầm chịu uốn, mối ghép đinh tán (rivê) chịu cắt và dập.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình quy định cụ thể định hướng sư phạm và phương thức tổ chức dạy học theo chuẩn đào tạo nghề:
[LÝ THUYẾT: 14 GIỜ] [THỰC HÀNH / BÀI TẬP: 29 GIỜ]
- Thuyết trình ngắn - Giải bài tập tính toán kết cấu
- Nêu vấn đề kỹ thuật - Vẽ biểu đồ nội lực theo nhóm
- Hướng dẫn nguyên lý - Kiểm tra đánh giá định kỳ (2 giờ)
- Phương pháp giảng dạy: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực, kết hợp thuyết trình ngắn gọn các khái niệm lý thuyết, nêu vấn đề kỹ thuật thực tế, làm mẫu các bước tính toán và phân chia sinh viên thành các nhóm nhỏ để giải quyết bài tập.
- Tổ chức bài tập và thảo luận: Phần bài tập chiếm tỷ trọng lớn trong chương trình (29/45 giờ). Sinh viên được phân nhóm (2 người học/nhóm) để thực hiện tính toán các bài toán cơ học:
- Bài toán hệ lực phẳng đồng quy (tính lực căng dây cáp qua ròng rọc, phản lực thanh đỡ bản lề).
- Bài toán vẽ biểu đồ lực dọc qua từng phân đoạn chịu lực tập trung ($P_1, P_2, P_3$).
- Bài toán xác định độ giãn dài tuyệt đối $\Delta l_{AB} = \sum \Delta l_i$ trên thanh thép nhiều bậc.
- Bài toán kiểm tra bền mối ghép đinh tán chịu lực cắt và dập.
- Quy định chuyên cần và tự học:
- Người học phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại môn học).
- Bắt buộc tham gia 100% các buổi thực hành và bài tập (vắng quá 1 tiết không đủ điều kiện dự thi).
- Tự nghiên cứu giáo trình và chuẩn bị bài trước khi lên lớp theo danh mục tài liệu được cung cấp.
- Phương pháp đánh giá kết quả học tập: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội):
- Điểm quá trình (Trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 35 giờ) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 45 giờ) bằng hình thức lý thuyết tập trung hoặc bài tập nhóm.
- Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Thi lý thuyết và bài tập tập trung.
- Điểm môn học tính theo thang điểm 10, làm tròn một chữ số thập phân và quy đổi sang thang điểm chữ (A, B, C, D, F) cùng thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
Điểm nổi bật và cập nhật
- Tính pháp lý và chuẩn hóa chương trình: Giáo trình được biên soạn và thẩm định theo Quyết định số 189/QĐ-CĐDK năm 2020 của Trường Cao đẳng Dầu khí, tuân thủ đúng khung chương trình đào tạo nghề hệ Cao đẳng kỹ thuật của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội.
- Cấu trúc tối ưu hóa cho ngành kỹ thuật vận hành thiết bị: Khác với các giáo trình Cơ học lý thuyết hay Sức bền vật liệu chuyên sâu của bậc đại học cơ khí chế tạo, giáo trình tích hợp tinh gọn 3 phân môn (Cơ lý thuyết, Sức bền vật liệu, Chi tiết máy) trong thời lượng 45 giờ, tập trung trực tiếp vào các dạng bài toán phục vụ lắp đặt, căn chỉnh và bảo dưỡng thiết bị quay (bơm, quạt, máy nén khí).
- Tích hợp các bảng số liệu tra cứu kỹ thuật tiêu chuẩn: Tài liệu đưa vào các bảng trị số thực nghiệm phục vụ tính toán kỹ thuật:
- Bảng hệ số ma sát trượt tĩnh $f$ của các cặp vật liệu thực tế (Thép - Thép: $f = 0{,}19$; Đai truyền - Gang: $f = 0{,}18$).
- Bảng mô đun đàn hồi dọc $E$ của 8 nhóm vật liệu kim loại và phi kim (Thép cacbon, Thép lò xo, Thép Niken, Gang xám, Đồng đỏ, Đồng thau, Hợp kim Nhôm/Đura, Cao su).
- Bảng ứng suất cho phép của Thép số 3 ($[\sigma_c], [\sigma_d]$) khi tính toán kiểm nghiệm mối ghép đinh tán (rivê).
- Gắn kết trực tiếp với các mô đun chuyên ngành Dầu khí: Kiến thức tĩnh học, ma sát và sức bền là cơ sở trực tiếp cho các mô đun tiếp theo trong chương trình đào tạo như Cân bằng động (BQMN19MĐ01), Kỹ thuật sửa chữa cơ khí (CK19MH09) và thực hành bảo dưỡng hệ thống máy nén, máy bơm công nghiệp.
Đối tượng sử dụng giáo trình
- Sinh viên và học viên:
- Sinh viên hệ Cao đẳng chính quy nghề Lắp đặt - Vận hành - Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí.
- Học viên hệ Trung cấp dạy nghề các chuyên ngành thuộc Khoa Cơ khí Động lực.
- Kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
- Đã hoàn thành các môn học đại cương và cơ sở: Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02).
- Nắm vững kiến thức toán học cơ bản: Giải phương trình và hệ phương trình đại số, hình học lượng giác ($\sin, \cos, \tan$), giải tích vectơ.
- Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn để xây dựng đề cương bài giảng, phiếu học tập, đề thi và ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá thường xuyên, định kỳ.
- Tự học và tham khảo chuyên môn: Phù hợp cho kỹ thuật viên cơ khí, công nhân vận hành thiết bị công nghiệp dầu khí tự học củng cố kiến thức về phân tích lực và kiểm tra bền mối ghép, thanh trục máy.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
1. Giáo trình này được thiết kế phù hợp cho đối tượng nào?
Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên hệ Cao đẳng và học viên hệ Trung cấp kỹ thuật cơ khí, trọng tâm là nghề Lắp đặt - Vận hành - Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo nghề kỹ thuật tương đương.
2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?
Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở như Vật liệu cơ khí, Vẽ kỹ thuật, đồng thời có kiến thức toán học giải tích vectơ, lượng giác và kỹ năng giải hệ phương trình đại số để phục vụ việc thiết lập các phương trình cân bằng lực.
3. Giáo trình CK19MH03 có điểm khác biệt gì so với các giáo trình Cơ học lý thuyết thuần túy?
Giáo trình tích hợp liên hoàn hai phân môn Cơ lý thuyết và Sức bền vật liệu trong khung thời lượng 45 giờ, cắt giảm các chứng minh toán học phức tạp để tập trung vào phương pháp giải tích hệ lực phẳng, phương pháp mặt cắt, tính toán kiểm tra bền thanh, dầm và mối ghép đinh tán dùng trong thiết bị cơ khí thực tế.
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 trước khi lên lớp, ghi nhớ hệ 4 tiên đề tĩnh học và định luật Hooke, sau đó thực hành giải toàn bộ các bài tập mẫu về phân tích lực liên kết, xác định hợp lực giải tích, vẽ biểu đồ lực dọc $N_z$ và biểu đồ nội lực dầm.
5. Có những tài liệu tham khảo chính nào được liên kết với giáo trình?
Giáo trình trích dẫn và sử dụng các tài liệu tham khảo học thuật 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 (Mã số: CK19MH03) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo cơ sở chuyên ngành hoàn chỉnh, cung cấp nền tảng lý thuyết Tĩnh học vật rắn và nguyên lý tính toán độ bền vật liệu cơ học. Lộ trình học tập được thiết kế khoa học từ việc phân tích lực cân bằng, xác định ma sát đến tính toán kiểm tra ứng suất, biến dạng của các chi tiết máy chịu tải trọng kéo, nén, cắt, dập, uốn và xoắn.
Đây là học liệu trực tiếp hỗ trợ sinh viên hoàn thiện chuẩn đầu ra kỹ năng nghề nghiệp, tạo tiền đề để tiếp thu các mô đun chuyên sâu về sửa chữa, lắp đặt và vận hành hệ thống máy công nghiệp trong lĩnh vực Dầu khí. Người học có thể tham khảo kết hợp với các giáo trình chuyên khảo của GS. Đỗ Sanh và tác giả Đặng Thanh Tân để mở rộng phương pháp tính toán cơ học ứng dụng.
