Giáo trình Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí Tập 2 – PGS. Trần Hữu Quế (Chủ biên)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vẽ Kỹ thuật Cơ khí Tập 2 do PGS. Trần Hữu Quế chủ biên, cùng sự tham gia biên soạn của PGS.TS. Đặng Văn Cứ và GVC. Nguyễn Văn Tuấn, được Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam phát hành. Đây là tài liệu giảng dạy và học tập chính quy được Hội đồng môn Hình học họa hình và Vẽ kỹ thuật thuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua, phục vụ đào tạo trình độ đại học và cao đẳng thuộc khối ngành kỹ thuật và công nghệ.

Về vị trí trong chương trình đào tạo, môn học Vẽ kỹ thuật cơ khí là học phần kỹ thuật cơ sở bắt buộc, đóng vai trò cầu nối giữa kiến thức khoa học cơ bản (hình học họa hình) và các môn học kỹ thuật chuyên ngành (Nguyên lý máy, Chi tiết máy, Công nghệ chế tạo máy, Đồ án thiết kế cơ khí).

Mục tiêu học tập của tập 2 tập trung vào việc trang bị cho người học:

  • Hệ thống quy ước biểu diễn các chi tiết máy định hình tiêu chuẩn (bánh răng, trục vít, bánh vít, lò xo, cơ cấu bánh cóc, bộ truyền đĩa xích).
  • Nguyên lý và phương pháp ghi kích thước, dung sai lắp ghép, dung sai hình dạng và vị trí bề mặt theo tiêu chuẩn.
  • Quy trình đọc, phân tích và thiết lập các bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh: bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp ráp và các bản vẽ chuyên ngành liên quan (khai triển, kết cấu hàn, sơ đồ điện tử, bản vẽ xây dựng).

Về cấu trúc và cách tiếp cận, bộ giáo trình hoàn chỉnh gồm 16 chương được chia thành hai tập. Tập 1 gồm 9 chương (từ Chương 1 đến Chương 9) tập trung vào dụng cụ, tiêu chuẩn cơ bản, hình chiếu, biểu diễn đối tượng trong môi trường máy tính (CADD) và ren ghép. Tập 2 gồm 7 chương (từ Chương 10 đến Chương 16), mở rộng vào các chi tiết máy phức tạp, tiêu chuẩn kỹ thuật bề mặt và bản vẽ sản xuất. Giáo trình tiếp cận theo hướng tích hợp giữa phương pháp biểu diễn truyền thống và công nghệ máy tính, cập nhật toàn diện theo hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) tương thích với Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO).

                            BỘ GIÁO TRÌNH VẼ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
                                   (16 Chương - 2 Tập)
                                            |
        +-----------------------------------+-----------------------------------+
        |                                                                       |
      TẬP 1 (Chương 1 - 9)                                                    TẬP 2 (Chương 10 - 16)
  - Chương 1: Dụng cụ vẽ & cách sử dụng                                  - Chương 10: Vẽ quy ước bánh răng và lò xo
  - Chương 2: Vẽ kỹ thuật trợ giúp bằng MTĐT                             - Chương 11: Dung sai và nhám bề mặt
  - Chương 3: Tiêu chuẩn trình bày bản vẽ                                - Chương 12: Bản vẽ chi tiết
  - Chương 4: Vẽ hình học                                                - Chương 13: Bản vẽ lắp
  - Chương 5: Biểu diễn vật thể                                          - Chương 14: Bản vẽ khai triển, hàn, KC kim loại
  - Chương 6: Biểu diễn đối tượng trong CADD                             - Chương 15: Sơ đồ và bản vẽ điện tử
  - Chương 7: Hình chiếu trục đo & phối cảnh                             - Chương 16: Bản vẽ xây dựng
  - Chương 8: Hình biểu diễn nổi & ảnh thực
  - Chương 9: Biểu diễn ren & chi tiết ghép

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Tập 2 kế thừa nền tảng biểu diễn vật thể để đi sâu vào các kết cấu máy cụ thể và hệ thống tài liệu thiết kế kỹ thuật:

                                TIẾN TRÌNH KIẾN THỨC TẬP 2
                                
  +-----------------------------------------------------------------------------------+
  | CHƯƠNG 10: VẼ QUY ƯỚC CHI TIẾT TIÊU CHUẨN                                         |
  | (Bánh răng trụ/côn/vít, Đĩa xích, Bánh cóc, Lò xo xoắn/cuộn/đĩa/nhíp)             |
  +-----------------------------------------+-----------------------------------------+
                                            |
                                            v
  +-----------------------------------------------------------------------------------+
  | CHƯƠNG 11: DUNG SAI LẮP GHÉP VÀ NHÁM BỀ MẶT                                       |
  | (Tính lắp lẫn, 20 cấp IT, 3 nhóm lắp, Chuẩn dung sai hình dạng/vị trí TCVN/ISO)   |
  +-----------------------------------------+-----------------------------------------+
                                            |
                                            v
  +-----------------------------------------------------------------------------------+
  | CHƯƠNG 12 & 13: BẢN VẼ CHẾ TẠO CHI TIẾT VÀ BẢN VẼ LẮP                             |
  | (Tổng hợp hình biểu diễn, chuỗi kích thước, yêu cầu kỹ thuật, bảng kê cụm máy)    |
  +-----------------------------------------+-----------------------------------------+
                                            |
                                            v
  +-----------------------------------------------------------------------------------+
  | CHƯƠNG 14, 15, 16: BẢN VẼ CHUYÊN NGÀNH MỞ RỘNG                                    |
  | (Khai triển mặt gò/kết cấu hàn, Sơ đồ mạch điện tử, Bản vẽ kiến trúc xây dựng)   |
  +-----------------------------------------------------------------------------------+
  • Chương 10 – Vẽ quy ước bánh răng và lò xo: Trình bày định nghĩa, phân loại và quy ước biểu diễn các loại truyền động cơ khí. Nội dung bao gồm bánh răng trụ (răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V), bánh răng côn, trục vít và bánh vít acsimet, cơ cấu bánh cóc và bộ truyền đĩa xích. Đồng thời, chương này chuẩn hóa quy ước vẽ các loại lò xo (lò xo xoắn ốc nén/kéo, lò xo cuộn phẳng, lò xo đĩa Belleville, lò xo nhíp). Chương 10 cũng hướng dẫn phương pháp đo vẽ bánh răng từ vật thực để tính toán môđun $m$, tra cứu tiêu chuẩn và ứng dụng thư viện chi tiết tiêu chuẩn trong môi trường CAD.
  • Chương 11 – Dung sai và nhám bề mặt: Phân tích nguyên lý lắp lẫn trong sản xuất cơ khí; định nghĩa kích thước danh nghĩa ($D, d$), kích thước giới hạn ($D_{max}, D_{min}$), sai lệch giới hạn ($ES, EI, es, ei$), và miền dung sai. Chương này chi tiết hóa 20 cấp chính xác theo tiêu chuẩn TCVN 2244:1999 (ISO 286-1:1988), 3 nhóm lắp ghép (lắp có độ hở, lắp có độ dôi, lắp trung gian) trong hệ thống lỗ cơ bản và trục cơ bản. Ngoài ra, chương 11 hướng dẫn cách ghi chỉ dẫn dung sai hình học (độ thẳng, độ phẳng, độ tròn, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đảo) theo TCVN 5906:1995 (ISO 1101:1983) và phương pháp kiểm tra kích thước bằng calíp giới hạn.
  • Chương 12 – Bản vẽ chi tiết: Hướng dẫn quy trình lập bản vẽ hoàn chỉnh cho một chi tiết máy đơn lẻ, phối hợp giữa các hình chiếu, hình cắt, mặt cắt, ghi kích thước công nghệ, chỉ dẫn nhám bề mặt, dung sai kích thước và bảng yêu cầu kỹ thuật nhiệt luyện/gia công.
  • Chương 13 – Bản vẽ lắp: Quy định cách biểu diễn mối quan hệ lắp ghép giữa các chi tiết trong một cụm máy hoặc thiết bị; quy tắc đánh số vị trí chi tiết, lập bảng kê và ghi kích thước lắp ráp/kích thước giới hạn.
  • Chương 14 – Bản vẽ khai triển, hàn và kết cấu kim loại: Cung cấp phương pháp trải mặt các vật thể gò định hình, quy ước biểu diễn và ký hiệu các mối hàn kim loại trên bản vẽ kết cấu.
  • Chương 15 – Sơ đồ và bản vẽ điện tử: Giới thiệu các ký hiệu quy ước và phương pháp thiết lập sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối trong các thiết bị điều khiển cơ điện tử.
  • Chương 16 – Bản vẽ xây dựng: Trình bày các quy ước cơ bản về mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt của các công trình công nghiệp và dân dụng liên quan đến bố trí mặt bằng nhà xưởng cơ khí.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các công thức tính toán thông số hình học và lý thuyết tiêu chuẩn hóa kỹ thuật:

  1. Hệ thống thông số bánh răng trụ tiêu chuẩn (TCVN 2257-77):
    • Bước răng: $p = \pi m$ (với $m$ là môđun tiêu chuẩn).
    • Đường kính vòng chia: $d = mZ$ ($Z$ là số răng).
    • Chiều cao đỉnh răng: $h_a = m$; Chiều cao chân răng: $h_f = 1{,}25m$; Chiều cao răng: $h = 2{,}25m$.
    • Đường kính vòng đỉnh: $d_a = d + 2h_a = m(Z + 2)$.
    • Đường kính vòng đáy: $d_f = d - 2h_f = m(Z - 2{,}5)$.
    • Khoảng cách trục khi ăn khớp chuẩn: $a = \frac{m(Z_1 + Z_2)}{2}$.
Thông số hình học Ký hiệu Công thức tính toán (Bánh răng trụ răng thẳng)
Môđun $m$ $m = \frac{p}{\pi}$ (Tra theo dãy tiêu chuẩn TCVN 2257-77)
Số răng $Z$ Số lượng răng trên vành răng
Đường kính vòng chia $d$ $d = m \cdot Z$
Đường kính vòng đỉnh $d_a$ $d_a = m(Z + 2)$
Đường kính vòng đáy $d_f$ $d_f = m(Z - 2{,}5)$
Góc ăn khớp chuẩn $\alpha$ $\alpha = 20^\circ$
  1. Quy tắc dung sai và lắp ghép (TCVN 2244:1999 / ISO 286-1:1988):
    • Phân loại 20 cấp chính xác: Cấp IT01 đến IT5 dùng cho dưỡng đo, calíp; cấp IT6 đến IT11 dùng cho mối ghép kỹ thuật; cấp IT12 đến IT18 dùng cho kích thước tự do không lắp ghép.
    • Trị số dung sai kích thước: $IT = |ES - EI|$ (đối với lỗ) hoặc $IT = |es - ei|$ (đối với trục).
    • Bảng ký hiệu đặc trưng dung sai hình dạng và vị trí theo TCVN 5906:1995: Độ thẳng ($-$), độ phẳng ($\square$), độ tròn ($\bigcirc$), độ vuông góc ($\bot$), độ song song ($//$), độ đồng tâm ($\bigodot$), độ đối xứng ($-!!-!-$), độ đảo hướng kính và toàn phần ($\nearrow, \mathbin{\nearrow!!!\nearrow}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng phân tích và tính toán thông số kỹ thuật: Đo đạc vật thể thực tế có số răng chẵn hoặc lẻ ($d_a = 2H + D_0$), tính toán bước răng trục vít $p_z$, từ đó quy đổi về dãy môđun tiêu chuẩn theo TCVN 2257-77.
  • Kỹ năng tra cứu và áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật: Tra bảng sai lệch giới hạn cho lỗ và trục theo hệ thống lỗ cơ bản (H) hoặc hệ thống trục cơ bản (h); xác định kiểu lắp ghép ưu tiên (ví dụ: $H7/k6, H7/js6, H7/f7$).
  • Kỹ năng đọc và lập bản vẽ chế tạo: Thể hiện chính xác đường nét quy ước (vòng đỉnh nét liền đậm, vòng chia nét chấm gạch mảnh, không gạch gạch mặt cắt răng); ghi đúng cấu trúc khung dung sai hình dạng - vị trí và chỉ dẫn nguyên tắc vật liệu tối đa ($\textcircled{\text{M}}$).
  • Kỹ năng ứng dụng phần mềm thiết kế: Khai thác thư viện chi tiết tiêu chuẩn (Standard Parts Library) trong các hệ thống CAD/CADD để chèn then, ổ lăn, lò xo và hiệu chỉnh thông số kỹ thuật trực tiếp trên mô hình thiết kế.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo cấu trúc sư phạm chặt chẽ, kết hợp lý thuyết quy chuẩn với hướng dẫn thực hành chi tiết:

                            PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN SƯ PHẠM
                            
      LÝ THUYẾT QUY CHUẨN                    THỰC HÀNH ĐO VẼ                   THIẾT LẬP BẢN VẼ MẪU
  (Hệ thống TCVN & ISO, công          (Xác định môđun vật thực,          (Bản vẽ chế tạo bánh răng,
   thức hình học, cấp IT)              đo góc côn, đo calíp)              trục vít, đĩa xích, lò xo)
               \                               |                               /
                \                              |                              /
                 +-----------------------------+-----------------------------+
                                               |
                                               v
                                TỔNG HỢP NĂNG LỰC THIẾT KẾ
                       (Thực hiện bản vẽ chi tiết & bản vẽ lắp máy)
  • Kết hợp minh họa trực quan và bảng biểu tra cứu: Mọi khái niệm đều đi kèm sơ đồ phân bố miền dung sai, hình vẽ minh họa quy ước biểu diễn cắt trích/cắt riêng phần, cùng các bảng tra cứu thông số kỹ thuật cụ thể (Bảng môđun tiêu chuẩn 10-1, Bảng thông số bánh côn 10-3, Bảng sai lệch giới hạn 11-1, 11-2, 11-3).
  • Hướng dẫn đo vẽ từ vật mẫu thực tế: Giáo trình hướng dẫn từng bước quy trình kỹ thuật để xác định thông số từ chi tiết thực: đếm số răng $Z$, đo đường kính đỉnh $d_a$ bằng thước cặp, xác định góc côn chia $\delta$ bằng thước đo góc vạn năng, đếm số đầu mối ren trục vít để tính bước $p$, sau đó đối chiếu quy chuẩn kỹ thuật.
  • Sử dụng bản vẽ chế tạo mẫu (Case Studies): Cung cấp các bản vẽ chế tạo hoàn chỉnh đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất công nghiệp, như:
    • Bản vẽ chế tạo bánh răng trụ (Hình 10.23).
    • Bản vẽ chế tạo bánh răng côn (Hình 10.24).
    • Bản vẽ chế tạo trục vít (Hình 10.28) và bánh vít (Hình 10.29).
    • Bản vẽ chế tạo đĩa xích (Hình 10.32).
    • Bản vẽ chế tạo lò xo nén (Hình 10.38).
  • Tài liệu bài tập thực hành đi kèm: Nội dung lý thuyết của tập 2 liên kết trực tiếp với bộ 2 tập Bài tập Vẽ kỹ thuật cơ khí của cùng nhóm tác giả Trần Hữu Quế và Nguyễn Văn Tuấn, tạo điều kiện cho sinh viên thực hiện bài tập vẽ tay định kỳ và bài tập lớn thiết kế.
  • Phương pháp đánh giá và kiểm tra: Kết quả học tập được đánh giá thông qua:
    • Khả năng đọc hiểu và giải thích đúng các ký hiệu trên bản vẽ chi tiết/bản vẽ lắp.
    • Kỹ năng dựng hình đúng quy ước tiêu chuẩn TCVN/ISO.
    • Kỹ năng tra cứu, tính toán chuỗi kích thước và ghi đúng dung sai lắp ghép trong đồ án môn học.

Điểm nổi bật và cập nhật

Bộ giáo trình phản ánh các giai đoạn cải cách và chuẩn hóa của giáo dục kỹ thuật Việt Nam:

                            LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN
                            
      NĂM 1970                          NĂM 1990 - 1991                   NĂM 2003 - NAY
  Xuất bản lần đầu bởi             Cải cách đào tạo đại học,        Soát xét theo chương trình khung,
  NXB Đại học & THCN               thông qua bởi Hội đồng môn       chuyển đổi TCVN tương thích ISO,
  (Tác giả Trần Hữu Quế)           Hình học họa hình & Vẽ KT        tích hợp công nghệ CADD hiện đại
  • Lịch sử biên soạn lâu năm: Bản đầu tiên của tác giả Trần Hữu Quế do NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp ấn hành từ năm 1970. Đến năm 1990, tài liệu được nhóm tác giả biên soạn lại theo chương trình cải cách giáo dục của Bộ Giáo dục và Đào tạo. Bản in hiện hành được cập nhật theo chương trình khung ban hành năm 2003.
  • Chuyển đổi và tương thích tiêu chuẩn quốc tế: Giáo trình cập nhật các Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) đã được soát xét và chuyển đổi tương đương với Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO), bao gồm:
    • TCVN 13-78 (phù hợp ISO 2203:1973) về quy ước vẽ bánh răng.
    • TCVN 14-78 (phù hợp ISO 2162) về quy ước vẽ lò xo.
    • TCVN 2244:1999 (chuyển đổi từ ISO 286-1:1988) về hệ thống dung sai và lắp ghép.
    • TCVN 5706:1993 (chuyển đổi từ ISO 406:1987) về ghi dung sai kích thước thẳng và góc.
    • TCVN 5906:1995 (chuyển đổi từ ISO 1101:1983) về dung sai hình dạng và vị trí bề mặt.
  • Tích hợp công nghệ tin học chuyên ngành (CADD): Đưa nội dung thiết kế và khai thác thư viện chi tiết cơ khí trên máy tính vào các chương trọng tâm (PGS.TS. Đặng Văn Cứ biên soạn các nội dung CADD ở Chương 2, 6, 8, mục 5.6 và mục 13.8), phản ánh xu thế hiện đại hóa công tác thiết kế kỹ thuật.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình phục vụ nhiều nhóm đối tượng trong hệ thống đào tạo kỹ thuật và sản xuất công nghiệp:

Nhóm đối tượng Yêu cầu kiến thức tiên quyết Mục đích & Cách thức sử dụng
Sinh viên Đại học / Cao đẳng kỹ thuật (Ngành Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử, Động lực, Ô tô) - Hình học họa hình
- Vẽ kỹ thuật Tập 1 (Phép chiếu, hình biểu diễn, ren)		 - Học tập học phần Vẽ kỹ thuật cơ khí chuyên sâu.
- Làm tài liệu tra cứu bắt buộc để thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Công nghệ chế tạo máy, Đồ án tốt nghiệp.
Giảng viên các trường kỹ thuật - Kiến thức chuyên sâu về tiêu chuẩn thiết kế cơ khí TCVN/ISO - Xây dựng đề cương bài giảng, thiết lập đề thi, đề bài tập vẽ tay và bài tập thực hành trên phần mềm CAD.
- Hướng dẫn sinh viên chuẩn hóa bản vẽ kỹ thuật theo quy định hiện hành.
Kỹ sư thiết kế, Cán bộ kỹ thuật (KCS/QC), Thợ cơ khí - Đã qua đào tạo cơ bản về đọc bản vẽ cơ khí - Tra cứu nhanh bảng dung sai, miền lắp ghép tiêu chuẩn.
- Tra cứu quy ước lập bản vẽ chế tạo phục vụ gia công, kiểm tra sản phẩm tại nhà xưởng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ sinh viên bậc đại học và cao đẳng các ngành kỹ thuật cơ khí, cơ điện tử, chế tạo máy, công nghệ ô tô và các ngành kỹ thuật liên quan. Ngoài ra, sách dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật cho kỹ sư thiết kế và cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy cơ khí.

2. Cần kiến thức nền nào trước khi học Tập 2?

Người học cần nắm vững kiến thức môn Hình học họa hình và các nội dung trong Vẽ kỹ thuật cơ khí Tập 1, bao gồm: phương pháp các hình chiếu vuông góc, hình chiếu trục đo, cách biểu diễn hình cắt - mặt cắt và quy ước vẽ các chi tiết ghép có ren.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu khác là gì?

Giáo trình có tính chuẩn hóa học thuật cao do được Hội đồng môn Hình học họa hình và Vẽ kỹ thuật của Bộ Giáo dục và Đào tạo thẩm định. Nội dung cập nhật các tiêu chuẩn TCVN mới nhất chuyển đổi từ ISO và tích hợp phần hướng dẫn sử dụng thư viện phần mềm CAD song song với phương pháp vẽ quy ước truyền thống.

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức trong sách hiệu quả?

Người học nên kết hợp chặt chẽ việc học lý thuyết với việc giải bài tập trong bộ sách bài tập đi kèm; luyện tập phân tích các bản vẽ chế tạo mẫu (bánh răng, trục vít, lò xo) và thực hành tra cứu các bảng dung sai kích thước (TCVN 2244:1999) cũng như ký hiệu dung sai hình học (TCVN 5906:1995).

5. Có tài liệu bổ trợ nào đi kèm bộ giáo trình này không?

Bộ tài liệu hoàn chỉnh gồm: Giáo trình Vẽ kỹ thuật cơ khí Tập 1, Giáo trình Vẽ kỹ thuật cơ khí Tập 2, cùng 2 tập Bài tập Vẽ kỹ thuật cơ khí do PGS. Trần Hữu Quế và GVC. Nguyễn Văn Tuấn biên soạn, phát hành qua Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam.

Kết luận

Giáo trình Vẽ Kỹ thuật Cơ khí Tập 2 của PGS. Trần Hữu Quế (chủ biên), PGS.TS. Đặng Văn Cứ và GVC. Nguyễn Văn Tuấn là tài liệu học thuật cơ sở chuẩn mực về hệ thống tài liệu thiết kế cơ khí tại Việt Nam. Giáo trình cung cấp đầy đủ các quy tắc biểu diễn chi tiết định hình, phương pháp định chuẩn dung sai - nhám bề mặt và quy trình thiết lập bản vẽ chế tạo theo tiêu chuẩn TCVN/ISO.

Để đạt hiệu quả học tập cao, người học nên hoàn thành Tập 1, kết hợp thực hành song song trên bộ 2 tập Bài tập Vẽ kỹ thuật cơ khí, đồng thời ứng dụng các công cụ phần mềm CADD hiện đại để hoàn thiện kỹ năng thiết lập tài liệu kỹ thuật trong môi trường kỹ thuật số.