Nhập môn kỹ thuật cơ khí| Bài giảng môn Nhập môn kỹ thuật cơ khí| Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Trường Đại học Bách khoa Hà nội Viện Cơ khí
Nhập môn Kỹ thuật cơ khí
Người soạn: PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên
Bộ môn: Gia công vật liệu & Dụng cụ công nghiệp Hà nội, 2018
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Chương 1. Giới thiệu lĩnh vực cơ khí 1 2
Chương 2. Thiết kế cơ khí 3
Chương 3. Các vấn đề kỹ thuật và phương thức trao đổi thông tin Nhập môn kỹ 4
Chương 4. Lực trong các cơ cấu và máy thuật cơ khí 5
Chương 5. Vật liệu và ứng suất 6
Chương 6. Hệ thống nhiệt và năng lượng 7
Chuyển động và biến đổi công suất 2
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Chương 1. Giới thiệu lĩnh vực cơ khí
1.1. Khái niệm về kỹ thuật
1.2. Khái niệm về kỹ thuật cơ khí
1.3. Khả năng làm việc của kỹ sư cơ khí
1.4. Các khía cạnh khác trong kỹ thuật cơ khí
1.5. Chương trình đào tạo ngành KTCK
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
1.1. Khái niệm về kỹ thuật
- Kỹ thuật : “ Engineering” xuất phát từ chữ Latin “ Ingeniere” có nghĩa là thiết kế hoặc phát minh
 Kỹ sư: “ Engineer” người làm nghề kỹ thuật với nhiệm vụ là thiết kế và sáng tạo ra các sản phẩm.
- Kỹ sư vận dụng các kiến thức của mình về toán học, khoa học và vật liệu cũng
như các kỹ năng của mình trong giao tiếp và kinh doanh nhằm phát triển các
công nghệ mới và tốt hơn. -
Kỹ sư đã được đào tạo để sử dụng các công cụ như toán học, các nguyên tắc
khoa học, và mô phỏng bằng máy tính nhằm tạo ra các thiết kế nhanh hơn,
chính xác hơn và kinh tế hơn
 Kỹ sư (engineer) ≠ nhà khoa học (scientist). Nhà khoa học phát minh ra các
luật vật lý mới hơn là ứng dụng các hiện tượng này vào phát triển các sản phẩm mới.
- Kỹ thuật là cầu nối giữa phát minh khoa học và các ứng dụng sản phẩm. Kỹ
thuật là động lực cho sự phát triển xã hội và kinh tế và là là một thành phần
nguyên vẹn của chu kỳ kinh doanh
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING) (b)
Hàng ngày, các kỹ sư cơ khí sử dụng các công cụ hỗ trợ mạng hiện đại để thiết kế,
hình dung, mô phỏng và cải tiến sản phẩm (On a day-to-day basis, mechanical
engineers use state-of-the-art cyber-enabled tools to design, visualize, simulate, and improve products)
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Robot được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền lắp ráp công nghiệp tự động đòi hỏi
độ chính xác khi thực hiện các công việc lặp đi lặp lại, chẳng hạn như hàn hồ quang
(Robots are used extensively in automated industrial assembly lines that require
precision when repetitive tasks, such as arc welding, are being performed)
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Bộ Lao động Mỹ đã tổng kết nghề kỹ thuật như sau:
Các kỹ sư áp dụng các lý thuyết và nguyên tắc của khoa học và toán học để nghiên cứu
và phát triển các giải pháp kinh tế cho các vấn đề kỹ thuật. Công việc của họ là cầu nối
giữa nhu cầu xã hội được nhận thức và các ứng dụng thương mại. Các kỹ sư thiết kế
các sản phẩm, máy móc để tạo ra các sản phẩm đó, các nhà máy sản xuất các sản
phẩm đó, và các hệ thống đảm bảo chất lượng của sản phẩm và hiệu quả của lực lượng
lao động và quy trình sản xuất. Các kỹ sư thiết kế, lập kế hoạch và giám sát việc xây
dựng các tòa nhà, đường cao tốc và hệ thống vận chuyển. Họ phát triển và thực hiện
các cách cải tiến để chiết xuất, xử lý và sử dụng các nguyên liệu thô, chẳng hạn như
dầu mỏ và khí đốt tự nhiên. Việc phát triển các vật liệu mới vừa nâng cao hiệu suất của
sản phẩm vừa tận dụng được những tiến bộ của công nghệ. Họ khai thác nhu cầu điện
năng và tạo ra hàng triệu sản phẩm sử dụng điện năng. Họ phân tích tác động của sản
phẩm mà họ phát triển hoặc hệ thống mà họ thiết kế đối với môi trường và những người
sử dụng chúng. Kiến thức kỹ thuật được áp dụng để cải thiện nhiều thứ, bao gồm chất
lượng chăm sóc sức khỏe, sự an toàn của các sản phẩm thực phẩm và hoạt động của hệ thống tài chính.
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Kỹ thuật có thể được định nghĩa như là phần giao của các hoạt động liên quan đến toán
học, khoa học, mô phỏng máy tính và phần cứng
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Sự phân bố kỹ sư trong các ngành nghề chính tại Mỹ:
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Of the 13 major industry sectors, engineering was the most popular major for CEOs in nine of them:  Business services  Chemicals  Communications
 Electricity, gas, and sanitary  Electronic components
 Industrial and commercial machinery  Measuring instruments  Oil and gas extraction  Transportation equipment
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
1.2. Khái niệm về kỹ thuật cơ khí
- Kỹ thuật cơ khí bao gồm các thuộc tính về lực, vật liệu, năng lượng, chất lỏng, và
chuyển động, cũng như là các ứng dụng của các lĩnh vực này trong sáng tạo các sản
phẩm nhằm thúc đẩy sự phát triển xã hội và cải thiện cuộc sống con người.
- Bộ lao động Mỹ mô tả nghề kỹ thuật cơ khí như sau:
“ Mechanical engineer research, develop, design, manufacture and test tools, engines,
machines, and other mechanical devices. They work on power – producing machines such
as electricity-producing generators, internal combustion engines, steam and gas turbines,
and jet and rocket engines. They also develop power – using machines such as
refrigeration and air – conditioning equipment, robots used in manufacturing, machine
tools, materials handling systems, and industrial production equipment “
Kỹ sư cơ khí nghiên cứu, phát triển, thiết kế, sản xuất và thử nghiệm các công cụ, động cơ,
máy móc và các thiết bị cơ khí khác. Họ làm việc trên các máy sản xuất điện như máy phát
điện, động cơ đốt trong, tua bin hơi nước và khí đốt, động cơ phản lực và tên lửa. Họ cũng
phát triển các máy móc sử dụng năng lượng như thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí,
rô bốt được sử dụng trong sản xuất, máy công cụ, hệ thống xử lý vật liệu và thiết bị sản xuất công nghiệp
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Kỹ sư cơ khí khai thác các yếu tố như lực, vật liệu, chất lỏng, năng lượng, chuyển
động,… để phát minh ra các máy và các cấu trúc nhằm phục vụ cho mục đích có
ích và giải quyết một vấn đề
Kỹ sư cơ khí thiết kế máy và các thiết bị truyền động sử dụng nhiều loại bánh răng
cũng như nhiều loại chi tiết máy khác
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Xe robot tự hành Mars Exploration Rover
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
 Kỹ thuật cơ khí được định nghĩa như là một nghề nghiệp mà trong đó các máy
móc tạo ra năng lượng và các máy tiêu thụ năng lượng được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
 Các kỹ sư cơ khí sáng chế ra các máy cung cấp năng lượng hoặc các máy tiêu
thụ năng lượng trong một phạm vi rất rộng.
Mechanical engineers work with machines that produce or consume power over a remarkably wide range
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
1.3. Mười thành tựu nổi bật của kỹ thuật cơ khí trong thế kỷ 20 1. Ô tô (The automobile)
2. Chương trình Apollo (The Apollo program)
3. Tạo điện năng (Power generation)
4. Cơ giới hóa nông nghiệp (Agricultural mechanization) 5. Máy bay (The airplane)
6. Sản xuất lớn các IC (Integrated-circuit mass production)
7. Điều hòa và tủ lạnh (Air conditioning and refrigeration)
8. Công nghệ CAE (Computer-aided engineering technology) 9. Cơ y sinh (Bioengineering)
10. Mật mã và tiêu chuẩn (Codes and standards)
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING) 1. Ô tô (The automobile)
 Sự phát triển và thương mại hóa ô tô được xem là một thành tựu có ý nghĩa nhất về nghề nghiệp trong thế kỷ 20
 Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phát triển công nghệ ô tô là :
 Động cơ nhẹ, công suất cao
 Các quá trình hiệu quả cao cho sản xuất lớn
 Kỹ sư người Đức Nicolaus Otto được xem là người thiết kế đầu tiên về động cơ đốt trong 4 thì
 Sự cạnh tranh trong thị trường ô tô dẫn đến sự phát triển về các lĩnh vực trong ô tô như:
độ an toàn, tính kinh tế về nhiên liệu, tính tiện nghi, kiểm soát khí thải.
 Một số công nghệ mới: ô tô chạy bằng năng lượng điện – khí (hybrid gas-electric
vehicles), hệ thống phanh chống bó cứng (antilock brakes), lốp chống xẹp hơi (run-flat
tires), túi khí (air bags), sử dụng vật liệu composite, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển
bằng máy tính, hệ thống định vị vệ tinh, ….
 Ô tô  sự phát triển về máy công cụ, vật liệu, công nghiệp phù trợ, dịch vụ CN,..
 Ô tô ngành kinh tế then chốt của thế giới ảnh hưởng lớn đến kinh tế, xã hội
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2. Chương trình Apollo (The Apollo program)
 1961 TT. Mỹ thông qua kế hoạch đưa người lên mặt trăng và quay trở về trái đất an toàn. :
 1969 tầu vũ trụ Apollo 11 hạ cánh trên bề mặt mặt trăng cùng 3 nhà du hành vũ trụ Neil
Armstrong, Michael Collins, Buzz Aldrin
 Chương trình Apollo dựa trên 3 phát triển chính: xe du hành Saturn V, modun ra lệnh và
bảo trì, mô dun thám hiểm mặt trăng.
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING) 3.
Tạo điện năng (Power generation)
Một nhiệm vụ quan trọng của KTCK là thiết kế máy có thể biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác.
 Thế kỷ 20 xã hội loài người thay đổi hoàn toàn khi điện năng được tạo ra và truyền dẫn
đến mọi nhà, công sở, nhà máy,..
 Kỹ sư cơ khí tham gia phát triển hiệu quả các công nghệ nhằm biến đổi các dạng năng
lượng khác nhau thành điện năng. Ví dụ như: năng lượng hóa tích trữ như than, khí tự
nhiên, dầu; động năng của gió dẫn động tuoocpin phát điện, năng lượng hạt nhân trong
các nhà máy điện, tầu, tầu ngầm hay tầu không gian; năng lượng của dòng nước hay thủy triều,… (a) (b) (c)
Mechanical engineers design machines for producing energy from a variety of renewable sources, such
as (a) wave energy power plants, (b) solar power towers, and (c) innovative wind turbines
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING) 4.
Cơ giới hóa nông nghiệp (Agricultural mechanization)
 Các KS cơ khí đã phát triển các công nghệ nhằm cải thiện hiệu quả công nghiệp nông nghiệp:
 Ứng dụng các máy móc tiên tiến, công nghệ GPS,…máy tổ hợp trong cấy, trồng, thu hoạch
 Quan sát, dự báo thời tiết
 Bơm tưới hiệu quả cao, máy vắt sữa,…
 Thiết bị, dây chuyển chế biến thức ăn, đồ uống,…
Robotic vehicles under development can learn the shape and terrain of a
field of grain and harvest it with essentially no human supervision
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING) 5. Máy bay (The airplane)
 KS cơ khí phát triển hoặc tham gia vào hầu hết các lĩnh vực của công nghệ hàng không.
 Thiết kế các hệ thống buồng đốt, turbine, hệ thống điều khiển động cơ phản lực,..
This prototype of the X-48B, a blended wing-body aircraft, is being tested at the
full-scale wind tunnel at NASA Langley Research Center in Virginia