Chương 3. Các vấn đề kỹ thuật và phương thức trao đổi thông tin môn Nhập môn kỹ thuật cơ khí | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

lOMoAR cPSD| 59595715
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING) Chương 3. Các
vấn ề kỹ thuật và phương thức trao ổi thông tin 3.1. Tổng quan
3.2. Tiếp cận chung ể giải quyết một vấn ề kỹ thuật
3.3. Các hệ thống ơn vị o và chuyển ổi 3.3.1. Đơn vị o cơ sở
3.3.2. Hệ thống ơn vị o quốc tế
3.3.3. Hệ thống ơn vị o của Mỹ
3.3.4. Chuyển ổi các hệ thống ơn vị o
3.4. Các chữ số có nghĩa
3.5. Sự thống nhất kích thước
3.6. Kỹ thuật ước lượng
3.7. Phương thức trao ổi thông tin trong kỹ thuật
3.7.1. Trao ổi bằng văn bản
3.7.2. Trao ổi bằng ồ họa lOMoAR cPSD| 59595715
3.7.3. Trình bày vấn ề kỹ thuật 3.1. Tổng quan
- Giới thiệu các bước cơ bản người KS phải thực hiện khi giải quyết các vấn
ề kỹ thuật và thực hiện các tính toán trong công việc hàng ngày. Các vấn ề này
xuất hiện thường xuyên như là một phần của quá trình thiết kế kỹ thuật.
- Giới thiệu qúa trình cơ bản các KS cơ khí sử dụng ể phân tích các vấn ề kỹ
thuật, tạo ra giải pháp và có thể kết nối, trao ổi với các thành viên khác - Tìm hiểu các
ại lượng thường gặp khi giải quyết vấn ề kỹ thuật như lực, mô
men, tính dẫn nhiệt, ứng suất trượt, ộ nhớt chất lỏng, mô dun àn hồi, ộng năng, số
Reynolds, nhiệt dung riêng. Mỗi ại lượng này
ược biểu diễn gồm hai thành
phần: giá trị số và thứ nguyên
- Giới thiệu các khái niệm cơ bản về các hệ thống ơn vị, chuyển ổi giữa các hệ
thống này và trình tự kiểm tra tính úng về thứ nguyên.
- Giới thiệu kỹ thuật ước lượng
- Giới thiệu các kỹ năng trao ổi thông tin trong kỹ thuật cơ khí
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN lOMoAR cPSD| 59595715
Relationship of the topics emphasized in this chapter (shaded boxes) relative to
an overall program of study in mechanical engineering lOMoAR cPSD| 59595715 3.2. Tiếp cận chung
ể giải quyết một vấn ề kỹ thuật 1. Tiếp cận (Approach)
- Trước tiên người KS cần có kế hoạch giải quyết vấn
ề ở trong ầu. Sau ó hãy
viết ra mô tả ngắn gọn vấn ề, liệt kê các khái niệm chính, các giả thiết, các
phương trình, các hệ số chuyển ổi
- Đưa ra tập các giả thiết phù hợp, ảnh hưởng ến việc giải quyết chính xác vấn ề,
nhận dạng các thông tin cho trước, tổng hợp các vấn ề ã biết và chưa biết, xác
ịnh phạm vi vấn ề cần giải quyết 2. Giải pháp (Solution)
- Giải pháp người KS ưa ra thường thông qua các văn bản, các sơ ồ mô tả các tính
toán, các bước thực hiện. Nếu có thể người KS cần có các bản vẽ mô tả ơn giản hệ
thống vật lýang khảo sát, ặt tên cho các bộ phần chính, xác ịnh các kích thước cơ bản 3. Thảo luận (Discussion)
- Sử dụng trực giác xác ịnh xem giá trị ại lượng tính toán, thiết kế có hợp lý không
- Đánh giá các giả thiết ưa ra có hợp lý không
- Nhận dạng các kết luận chính, rút ra từ giải pháp ề xuất, giải thích câu trả lời của
mình xét trên quan iểm vật lý lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN
3.3. Các hệ thống ơn vị o và chuyển ổi Các
ại lượng vật lý ược quy ịnh ơn vị trong hai hệ thống :
Hệ thống ơn vị thông dụng của Mỹ (United States Customary systems (USCS)
Hệ thống ơn vị quốc tế (International System of Units = Systeme International d’Unites or SI). 3.3.1.Đơn vị o cơ sở và ơn vị
o dẫn xuất (Base and Derived Units) Một
ơn vị cơ sở là một ại lượng cơ bản không thể chia nhỏ hơn hoặc biểu
diễn qua các .phần tử ơn giản hơn. Các ơn vị cơ sở ộc lập với nhau và tạo thành các
khối ơn vị lõi của một hệ thống ơn vị. VD: ơn vị cơ sở
o chiều dài trong hệ SI là
mét (m), còn trong hệ USCS là foot (ft) Các
ơn vị dẫn xuất là các tổ hợp hoặc nhóm từ một số ơn vị cơ sở. VD; một ơn
vị dẫn xuất là tốc ộ (chiều dài/ thời gian) là tổ hợp từ các ơn vị cơ sở o chiều dài và o thời gian lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN
3.3.2. Hệ thống ơn vị o quốc tế SI
Bảng 3.1: Các ơn vị cơ sở trong hệ thống ơn vị o lường SI Đại lượng (Quantity)
Đơn vị cơ sở theo tiêu Ký hiệu viết tắt chuẩn SI (SI. Base Unit) (Abbreviation) Chiều dài (Length) Mét (metter) m Khối lượng (Mass) Ki lô gam (kilogram) kg Thời gian (Time) Giây (second) s Cường ộ dòng iện Am pe (ampere) A (Electric current) Nhiệt ộ (Temperature) Kelvin K Lượng chất mole mol (Amount of substance) lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN Cường ộ chiếu sáng candela cd (Light intensity)
1960: hệ thống ơn vị quốc tế (SI) ược thống nhất như là một tiêu chuẩn chung
trên toàn thế giới bao gồm 7 ơn vị o cơ sở như trình bày trong bảng 3.1. Hệ này còn
ược gọi là hê mét và
ể thuận tiện người ta còn dùng các bội số gấp 10 hoặc
ước số chia mười cho các ơn vị trên
- Thế kỷ 18: Mét chuẩn ược ịnh nghĩa là tương ương một phần mười triệu chiều
dài của cung kinh tuyến xuất phát từ Bắc cực, qua Paris và kết thúc ở xích ạo. Sau
ó ược ịnh nghĩa là chiều dài của một thanh chuẩn làm bằng hợp kim Platinum- Iridium,….
- Thế kỷ 18: một kilogram ược
ịnh nghĩa là bằng khối lượng của 1000 cm3 nước.
Ngày nay một kilogram ược xác ịnh bằng khối lượng của một mẫu vật lý làm bằng
hợp kim Platinum-Iridium ược gọi là kilogram tiêu chuẩn…. - ……. lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN - Các
ơn vị dẫn xuất của SI ược trình bày trong bảng 3.2. Newton (N) là một ơn vị dẫn xuất o lực
ược ịnh nghĩa như là một lực tạo ra cho vật có khối
lượng là 1 kg gia tốc là 1m/ s2 : ) = 1 . lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN Đại lượng (Quantity) Đơn vị dẫn xuất SI Ký hiệu viết tắt Định nghĩa (SI. Derived Unit) (Abbreviation) (Defination) Chiều dài (Length) micrometer /micron µm 1 µm = 10-6 m Thể tích (Volume) lít (litter) L 1 L= 0,001 m3 Lực (Force) newton N 1 N = 1 (kg.m)/s2 Mô men (Torque, or newton-meter N.m moment of a force)
Áp suất hoặc ứng suất pascal Pa 1 Pa = 1 N/m2 (Pressure or stress)
Năng lượng, công hoặc joule J 1 J =1 N.m nhiệt (Energy, work, or heat) lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN Công suất watt W 1 W = 1 J/s (Power)
Nhiệt ộ (Temperature) degree Celsius 0 C 0 C = K – 273,15
Bảng 3.2: Các ơn vị dẫn xuất trong hệ thống ơn vị o lường SI lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN
Bảng 3.3: Các tiền tố về
ộ lớn trong SI (Order-of-Magnitude Prefixes in the SI) Tên (Name) Ký hiệu (Symbol) Hệ số nhân (Multiplicative Factor) Tera T 1.000.000.000.000 = 1012 Giga G 1.000.000.000= 109 Mega M 1.000.000= 106 kilo k 1000 = 103 hecto h 100= 102 deca da 10= 101 deci d 0,1= 10-1 centi c 0,01= 10-2 lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN mili m 0,001= 10-3 micro µ 0,000001= 10-6 nano n 0,000000001= 10-9 pico p 0,000000000001= 10-12
3.3.3. Hệ thống ơn vị o Mỹ (USCS)
USCS có nguồn gốc từ nước Anh, tuy nhiên hiện nay chủ yếu ược sử dụng tại Mỹ.
7 ơn vị cơ sở của USCS là: foot, pound, second, ampere, degree Rankine, mole, candela
Các khác biệt cơ bản giữa 2 hệ USCS và SI:
- Khối lượng là ơn vị cơ sở trong SI (kg), trong khi lực là ơn vị cơ sở trong USCS (lb)
- Trong USCS có hai ơn vị khác nhau cho khối lượng là pound-mass (lbm) và slug lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN 1 slug = 1 𝒍𝒃.𝒔𝟐 𝒇𝒕
1 lb = (1 slug)(1 𝒔𝒇𝒕𝟐) = 1
𝒔𝒍𝒖𝒈 .𝒇𝒕𝒔𝟐
1 lbm = 𝟑𝟐,𝟏𝟕𝟒 𝒇𝒕/𝒔
𝟏 𝒍𝒃𝟐 = 3,1081 x 10-2 𝒍𝒃.𝒔𝒇𝒕𝟐.
1 slug = 32,174 lbm 1 lbm = 3,1081 x 10-2 slugs 1 lbm = 0,45359237 kg Bảng
3.4: Các ơn vị cơ sở trong hệ thống ơn vị o lường Mỹ USCS Đại lượng (Quantity)
Đơn vị cơ sở theo USCS Ký hiệu viết tắt (USCS Base Unit) (Abbreviation) Chiều dài (Length) foot ft Lực (Force) pound lb lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN Thời gian (Time) Giây (second) s Cường ộ dòng iện Ampe (ampere) A (Electric current) Nhiệt ộ (Temperature) Degree Rankine 0R Lượng chất mole mol (Amount of substance) Cường ộ chiếu sáng candela cd (Light intensity) lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN Đại lượng (Quantity) Đơn vị dẫn xuất Ký hiệu viết tắt Định nghĩa (Derived Unit) (Abbreviation) (Defination) Chiều dài (Length) mil mil 1 mil = 0,001 in. inch in. 1 in. = 0,0833 ft mile mi 1 mi = 5280 ft Thể tích (Volume) gallon gal 1 gal= 0,1337 ft3 Khối lượng (Mass) slug pound- slug 1 slug = 1 (lb.s2 )/ft mass lbm 1 lbm = 3.1081 x 10-2 (lb.s2 )/ft Lực (Force) ounce oz 1 oz = 0,0625 lb ton ton 1 ton = 2000 lb lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN Mô men (Torque, or foot-pound Ft . lb --- moment of a force)
Bảng 3.5. Các ơn vị dẫn xuất trong hệ thống ơn vị o lường Mỹ USCS lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN
Bảng 3.5. Các ơn vị dẫn xuất trong hệ thống ơn vị o lường Mỹ USCS (tiếp) Đại lượng (Quantity) Đơn vị dẫn xuất Ký hiệu viết tắt Định nghĩa (Derived Unit) (Abbreviation) (Defination)
Áp suất hoặc ứng suất pound/inch2 psi 1 psi= 1 lb/in2 (Pressure or stress) Năng lượng, công foot-pound ft.lb --- hoặc nhiệt (Energy, British thermal unit Btu 1 Btu = 778,2 ft.lb work, or heat) Công suất (Power) horsepower hp 1 hp = 550 (ft.lb)/s Nhiệt ộ degree Fahrenheit 0 F 0 F = 0 R – 459,67 (Temperature) 3.3.4. Chuyển
ổi giữa 2 hệ thống SI và USCS lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN
Giá trị số trong một hệ thống ơn vị có thể chuyển sang giá trị số tương ương
trong hệ thống khác thông qua các hệ số chuyển ổi ơn vị. Các hệ số chuyển ổi giữa các
ại lượng về lĩnh vực kỹ thuật cơ khí trong 2 hệ SI và USCS ược trình bày trong bảng 3.6. Các bước thực hiện: 1.
Viết ại lượng cần chuyển ổi gồm cả con số và thứ nguyên (có thể ở dạng thập phân như kg/s hay N/m) 2. Xác
ịnh ơn cị cần chuyển ổi sang 3. Nếu có các
ơn vị dẫn xuất như L, Pa, N, lbm, mi có mặt trong ại lượng, có
thể phân tích chúng theo ịnh nghĩa thành các ơn vị cơ sở. Ví dụ: Pa = = ( ) (.)= . 4. Nếu ại lượng
ã cho có tiền tố không phù hợp với các hệ số chuyển ổi thì
chuyển về ơn vị cơ sở theo bảng ịnh nghĩa các tiền tố (bảng 3.3). Ví dụ : 1 KN = lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN 1000 N 5.
Tìm hệ số chuyển ổi thích hợp trong bảng 3.6 và nhân hoặc chia ại lượng ã cho với hệ số này. 6.
Áp dụng các luật ại số ể loại bỏ các thứ nguyên khi tính toán ể ưa thứ nguyên của
ại lượng cần chuyển ổi về ơn vị cuối cùng.
Ví dụ 1: Một ộng cơ gas có công suất 10 hp. Hãy biểu diễn cônng suất trên theo hệ ơn vị SI. P = (10 hp) (0,7457 ) = 7,457 Kw
Ví dụ 2: Đặc tính kỹ thuật của một hệ thống dập lửa là lưu lượng nước cưu hỏa
cosl 10 gal/phút. Hãy biểu diễn lưu lượng trên trên theo hệ ơn vị SI. q = (10 ) = 0,6308 lOMoAR cPSD| 59595715
CHƯƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT & PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI THÔNG TIN
Bảng 3.6. Conversion Factors between Certain Quantities in the USCS and SI