Faits:
A. A fin 1985, Y._ a pris en location un appartement de quatre pièces situé dans un immeuble à Lausanne, dont A._, B._ et C._ ont acquis la propriété par la suite. Par avenant au contrat de bail, Y._ et X._ sont devenues colocataires de l'appartement dès le 1er avril 2003. Depuis le 1er octobre 1991, le loyer mensuel s'élève à 1'350 fr., dont 100 fr. d'acompte de chauffage et d'eau chaude.
Au nom de divers locataires de l'immeuble dont X._, V._ a, au début 2006, contesté auprès de la gérance les décomptes de chauffage et d'eau chaude 2004/2005. Le litige a été réglé le 4 septembre 2006 dans le sens que le supplément demandé aux colocataires X._ et Y._ était réduit de moitié.
Par courrier du 12 janvier 2007, V._ a informé la gérance que les deux colocataires contestaient le décompte 2005/2006 et suspendaient le paiement du supplément réclamé.
Par formules officielles du 16 janvier 2007, A._, B._ et C._ (les bailleurs) ont résilié le bail avec effet au 30 septembre 2007.
B. B.a Saisie par les colocataires, la Commission de conciliation en matière de baux à loyer du district de Lausanne a dit que les résiliations étaient valables et que le bail était prolongé de manière ultime et définitive jusqu'au 1er juillet 2009.
X._ et Y._ ont alors ouvert action contre les bailleurs devant le Tribunal des baux du canton de Vaud, concluant à l'annulation du congé et, subsidiairement, à une prolongation du bail de quatre ans, soit jusqu'au 31 octobre 2011. Les bailleurs ont conclu au rejet de la requête des locataires.
B.b Par lettre du 25 octobre 2007, les bailleurs ont invité X._ à cesser avec effet immédiat l'activité commerciale qu'elle exerçait dans l'appartement, faute de quoi le bail serait résilié. Ils relevaient avoir découvert que la colocataire faisait une exploitation commerciale de l'appartement destiné à l'habitation, car elle y avait domicilié la société W._ Sàrl dont le but social est la prestation de tout service et conseil technique, la fourniture de matériel dans le domaine graphique, la traduction de textes et l'interprétation simultanée, ainsi que l'assistance en matière de relations publiques. Ils ajoutaient que l'occupation des lieux par cette société était une sous-location à laquelle ils s'opposaient.
Les colocataires ont répondu que X._ était l'unique employée de la société en cause, qui était la forme juridique choisie par elle pour exercer son activité professionnelle de traductrice indépendante. A leur sens, il ne s'agissait pas d'une sous-location.
W._ Sàrl a payé un loyer de 9'000 fr. en 2003 et de 5'400 fr. par an en 2004, 2005 et 2006.
Le 15 novembre 2007, les bailleurs ont imparti un dernier délai de cinq jours à X._ pour cesser toute activité commerciale dans les locaux loués et pour domicilier la société ailleurs. Par formules officielles du 13 décembre 2007, ils ont résilié le bail avec effet au 25 mars 2008.
B.c X._ et Y._ ont à nouveau saisi la Commission de conciliation, laquelle a annulé la résiliation par décision du 19 mai 2008.
Les bailleurs ont ouvert action devant le Tribunal des baux, demandant notamment que les résiliations du 13 décembre 2007 soient déclarées fondées et valables. Les colocataires ont conclu au rejet des conclusions des bailleurs.
B.d Le Tribunal des baux a joint les deux procédures. Par jugement du 5 novembre 2008, il a annulé les résiliations ordinaires du 16 janvier 2007 et déclaré nulles les résiliations extraordinaires du 13 décembre 2007.
Les bailleurs ont recouru contre ce jugement. Statuant le 21 octobre 2009, la Chambre des recours du Tribunal cantonal du canton de Vaud a rejeté le recours et confirmé le jugement rendu par le Tribunal des baux.
C. A._, B._ et C._ interjettent un recours en matière civile. A titre principal, ils concluent à ce que, premièrement, les congés signifiés le 13 décembre 2007 pour le 25 mars 2007 (recte: 2008) soient déclarés valables, subsidiairement soient convertis en résiliations ordinaires avec effet au 30 avril 2007 (recte: 2008); deuxièmement, à ce que les congés signifiés le 16 janvier 2007 pour le 30 septembre 2007 soient déclarés valables. Ceci posé, les recourants demandent qu'ordre soit donné aux colocataires de vider l'appartement de tout son contenu, de le nettoyer et de le quitter au plus tard dans un délai de dix jours dès la notification de l'arrêt à intervenir. A titre subsidiaire, les bailleurs concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause à la Chambre des recours.
Les intimées proposent le rejet du recours.
Considérant en droit:
1. 1.1 Les contestations portant sur l'usage d'une chose louée sont de nature pécuniaire; elles ne peuvent donc être soumises au Tribunal fédéral, par un recours en matière civile, que si elles atteignent la valeur litigieuse prescrite par la loi. En matière de droit du bail à loyer, cette valeur s'élève à 15'000 fr. (art. 74 al. 1 let. a LTF).
En cas de litige portant sur la résiliation d'un bail, la valeur litigieuse se détermine selon le loyer dû pour la période durant laquelle le contrat subsiste nécessairement, en supposant que l'on admette la contestation, et qui s'étend jusqu'au moment pour lequel un nouveau congé aurait pu être donné ou l'a été effectivement. Pour déterminer la prochaine échéance possible, il faut donc supposer que l'on admette la contestation, c'est-à-dire que le congé litigieux ne soit pas valable. Lorsque le bail bénéficie de la protection contre les congés conférée par les art. 271 ss CO, il convient, sauf exceptions, de prendre en considération la période de trois ans prévue à l'art. 271a al. 1 let. e CO (ATF 119 II 147 consid. 1 p. 149; 111 II 384 consid. 1 p. 386; plus récemment, arrêt 4A_130/2008 du 26 mai 2008 consid. 1.1, in SJ 2008 I p. 461).
En l'espèce, le loyer annuel en cause s'élevant déjà à plus de 16'000 fr., la valeur litigieuse requise est manifestement atteinte.
1.2 Exercé par les consorts qui ont succombé en instance cantonale (art. 76 al. 1 LTF), et dirigé contre une décision finale (art. 90 LTF) rendue en matière civile (art. 72 al. 1 LTF) par une autorité cantonale de dernière instance (art. 75 al. 1 LTF), le recours est recevable, puisqu'il a été déposé dans le délai (art. 100 al. 1 LTF en liaison avec l'art. 46 al. 1 let. c LTF) et la forme (art. 42 LTF) prévus par la loi.
1.3 Le recours en matière civile peut être interjeté pour violation du droit, tel qu'il est délimité par les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral n'entre pas en matière sur la violation d'un droit de rang constitutionnel ou sur une question afférente au droit cantonal ou intercantonal si le grief n'a pas été invoqué et motivé de manière détaillée par la partie recourante (art. 106 al. 2 LTF). Pour le reste, il applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF), sans être limité par les arguments soulevés dans le recours ni par la motivation retenue dans la décision déférée; il peut donc admettre un recours pour d'autres motifs que ceux qui ont été articulés, ou à l'inverse, rejeter un recours en adoptant une argumentation différente de celle de l'autorité précédente (ATF 135 III 397 consid. 1.4 p. 400; 134 III 102 consid. 1.1 p. 104). Cependant, compte tenu de l'exigence de motivation contenue à l'art. 42 al. 1 et 2 LTF, sous peine d'irrecevabilité (art. 108 al. 1 let. b LTF), le Tribunal fédéral n'examine en principe que les griefs invoqués; il n'est pas tenu de traiter, comme le ferait une autorité de première instance, toutes les questions juridiques qui se posent, lorsque celles-ci ne sont plus discutées devant lui (ATF 135 III 397 consid. 1.4 p. 400; 134 III 102 consid. 1.1 p. 105).
Par ailleurs, le Tribunal fédéral conduit son raisonnement juridique sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Il ne peut s'en écarter que si les constatations de l'autorité précédente ont été établies de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. (ATF 135 III 127 consid. 1.5 p. 130, 397 consid. 1.5 p. 401; 135 II 145 consid. 8.1 p. 153) - ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF), et pour autant que la correction du vice soit susceptible d'influer sur le sort de la cause (art. 97 al. 1 LTF). Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (art. 99 al. 1 LTF).
2. 2.1 Invoquant un arrêt du Tribunal fédéral du 10 mars 2009 (cause 4A_487/2008), les recourants soutiennent tout d'abord que les résiliations extraordinaires du 13 décembre 2007 sont valables, dès lors que les intimées ont sous-loué partie de l'appartement à la société W._ Sàrl en violation de l'art. 22 des Dispositions paritaires romandes et règles et usages locatifs du Canton de Vaud (RULV). Selon cette disposition dérogeant, pour le canton de Vaud, à l'art. 262 CO, le locataire qui veut sous-louer tout ou partie de la chose louée doit préalablement demander le consentement écrit du bailleur.
2.2 La question de savoir si la domiciliation de la société W._ Sàrl dans l'appartement loué par les intimées est une sous-location n'a pas été tranchée par la Chambre des recours, au motif qu'une éventuelle violation de l'art. 22 RULV n'aurait de toute manière pas justifié un congé extraordinaire. L'arrêt précité du 10 mars 2009 n'est d'aucun secours aux bailleurs pour contrer cette conclusion. En effet, dans cet arrêt rendu en séance publique, la cour de céans a jugé qu'une résiliation ordinaire intervenant à la suite d'une sous-location faite en violation de l'art. 22 RULV n'était pas abusive au sens de l'art. 271 CO (consid. 2.7 et 2.8). Elle ne s'est pas prononcée sur la validité d'une résiliation extraordinaire et, par conséquent, rien ne peut être déduit de cette jurisprudence en faveur de la thèse des bailleurs.
3. Les recourants font valoir ensuite qu'une résiliation extraordinaire était également fondée parce que les intimées ont persisté à violer les stipulations concernant l'affectation des locaux malgré les avertissements. Ils invoquent à cet égard l'arrêt publié aux ATF 132 III 109.
3.1 L'art. 257f al. 3 CO accorde au bailleur la faculté de résilier le contrat de manière anticipée lorsque le maintien du bail est devenu insupportable pour lui ou les personnes habitant l'immeuble parce que le locataire, nonobstant une protestation écrite, persiste à enfreindre son devoir de diligence ou à manquer d'égards envers les voisins.
La jurisprudence à laquelle les recourants se réfèrent (ATF 132 III 109) a précisé la portée de l'art. 257f al. 3 CO lorsqu'est en jeu le non-respect des stipulations contractuelles concernant l'utilisation de la chose. Après avoir reconsidéré sa position, le Tribunal fédéral a ainsi jugé qu'en cas de violation persistante des stipulations concernant l'affectation des locaux loués, le bailleur pouvait résilier le contrat sur la base de l'art. 257f al. 3 CO, même si l'activité du locataire n'engendrait pas une situation insupportable selon cette disposition (consid. 5 p. 113 ss). Dans le cas jugé, les locaux loués pour des bureaux avaient été utilisés pour l'exploitation d'un salon de massages érotiques.
3.2 Les circonstances du cas particulier ne sont en rien comparables à celles qui ont donné lieu à la jurisprudence précitée. L'exécution de travaux de traduction dans une partie de l'appartement dans lequel les locataires vivent ne constitue pas une affectation contraire aux fins d'habitation. Désireux de résilier le contrat de manière anticipée, les bailleurs n'étaient ainsi pas dispensés d'établir que la situation était grave au point d'être insupportable pour eux ou le voisinage. Or, à ce propos, l'autorité cantonale a retenu qu'aucun va-et-vient gênant de clients n'avait été constaté et que le fait d'effectuer à domicile des traductions à titre indépendant n'était pas apte à troubler quiconque. Les recourants ne démontrent pas que ces constatations sont arbitraires. Il ne saurait dès lors être question d'une situation insupportable justifiant un congé extraordinaire.
La conclusion est la même si l'on se place sous l'angle d'une éventuelle sous-location non autorisée. En effet, dans ce cas-là, un congé anticipé est fondé lorsqu'un examen rétrospectif des faits permet de conclure que le bailleur aurait disposé d'un motif valable au sens de l'art. 262 al. 2 CO pour s'opposer à la sous-location (ATF 134 III 300 consid. 3.1 p. 304). Le seul motif entrant en considération en l'espèce est celui des inconvénients majeurs pour le bailleur (art. 262 al. 1 let. c CO). Or, un tel motif n'est manifestement pas réalisé dans le cas particulier.
4. 4.1 Les recourants soulignent également que, si une résiliation extraordinaire n'est pas possible, les locataires peuvent impunément violer l'art. 22 RULV et les règles sur la sous-location, puisque l'autorité cantonale a admis qu'une résiliation ordinaire était exclue pendant les trois ans qui ont suivi l'arrangement du 4 septembre 2006.
4.2 Un congé est annulable s'il intervient dans les trois ans à compter du moment où bailleur et locataire se sont entendus hors procédure sur une prétention relevant du bail (art. 271a al. 1 let. e et al. 2 CO). Cette règle n'est pas absolue; en particulier, elle ne s'applique pas lorsque le congé est donné pour violation grave par le locataire de son devoir de diligence ou pour de graves manques d'égards envers les voisins (art. 271a al. 3 let. c CO). En revanche, en cas de violations moins importantes, le locataire peut effectivement tirer profit du fait qu'une résiliation ordinaire n'est pas possible et que le bailleur doit attendre l'échéance de la période de protection de trois ans. Il s'agit là de la conséquence inévitable de la protection accordée au locataire durant trois ans contre des congés qui ne sont pas, en eux-mêmes, abusifs. En particulier, il ne se justifie pas de réduire le degré de gravité exigé pour la violation des obligations contractuelles. En effet, cela reviendrait à priver le locataire, dans certains cas, du délai ordinaire de résiliation dont il bénéficierait s'il n'était pas spécialement protégé contre les congés, ce qui serait contraire au but de la loi.
5. 5.1 Enfin, les recourants sont d'avis que, s'il n'est pas valable, le congé extraordinaire du 13 décembre 2007 doit être converti en un congé ordinaire pour la prochaine échéance contractuelle du 30 avril 2008.
5.2 Cet argument ne peut être que rejeté. En effet, dans un arrêt récent, le Tribunal fédéral a précisément exclu la conversion d'une résiliation extraordinaire inefficace en un congé ordinaire valable (ATF 135 III 441 consid. 3.3 p. 444 s.).
6. 6.1 En ce qui concerne les résiliations ordinaires du 16 janvier 2007, les recourants soutiennent qu'elles ne sont pas annulables. Ils contestent l'application en l'espèce de la règle empêchant le bailleur de résilier le contrat pendant la période de protection de trois ans (art. 271a al. 2 CO en liaison avec l'art. 271a al. 1 let. e CO), car, à leur sens, l'arrangement du 4 septembre 2006 concernait un cas bagatelle; ils relèvent à cet égard que le supplément annuel de 675 fr. pour le chauffage et l'eau chaude représente seulement 4,17% du loyer annuel.
6.2 Il est vrai que les litiges portant sur des cas bagatelles - par exemple sur 6 fr.50 de loyer mensuel ou 57 fr.40 de frais de réparation - ne tombent pas sous le coup de l'art. 271a al. 2 CO (cf. ATF 130 III 563 consid. 2.1 p. 566; arrêt 4C.266/1993 du 5 janvier 1994 consid. 4a et 4b/cc, in MRA 1995 39). Un montant de 675 fr. de frais supplémentaires de chauffage et d'eau chaude pour une année ne correspond toutefois pas à un cas bagatelle. En valeur absolue, une telle somme n'est pas insignifiante pour un locataire ordinaire. En outre, elle représente plus de la moitié du total annuel des acomptes de chauffage et d'eau chaude dus par les intimées, lesquels s'élèvent à 100 fr. par mois. Même en se fondant sur la comparaison préconisée par les recourants, la proportion de 4,17% du loyer représente un montant supérieur à la réduction ou à l'augmentation de loyer entraînée par une modification du taux hypothécaire de 0,25% (cf. art. 13 al. 1 OBLF, RS 221.213.11). Or, un litige à ce sujet ne constituerait manifestement pas un cas de peu d'importance qui serait exclu du champ d'application de l'art. 271a al. 1 let. e et al. 2 CO. La cour cantonale n'a dès lors pas violé le droit fédéral en refusant de considérer la présente espèce comme un cas bagatelle.
7. Sur le vu de ce qui précède, c'est à bon droit que les résiliations extraordinaires du 13 décembre 2007 ont été déclarées nulles et que les congés ordinaires du 16 janvier 2007 ont été annulés. Le recours sera ainsi rejeté.
8. Les recourants, qui succombent, prendront à leur charge les frais de la procédure (art. 66 al. 1 LTF) et verseront des dépens aux intimées (art. 68 al. 1 et 2 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis solidairement à la charge des recourants.
3. Une indemnité de 3'500 fr, à payer à titre de dépens aux intimées, est mise solidairement à la charge des recourants.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Chambre des recours du Tribunal cantonal du canton de Vaud.
Lausanne, le 1er avril 2010
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: La Greffière:
Klett Godat Zimmermann