TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái của ô tô
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ nhờ sự ứng dụng của công nghệ tin học, điều khiển và vật liệu mới Ô tô được sử dụng với tốc độ cao trong nhiều lĩnh vực vận chuyển, từ đường quốc lộ đến đường lâm nghiệp Do đó, động học và động lực học trở thành những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng tại các trung tâm khoa học ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản Trong cấu trúc ô tô, hệ thống lái và hệ thống phanh là hai yếu tố quan trọng nhất đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển.
Trong những năm gần đây, hàng trăm công trình khoa học và công nghệ đã được công bố nhằm hoàn thiện hệ thống lái, chủ yếu tập trung vào động học và động lực học để nâng cao tính cơ động và khả năng điều khiển Tác giả Samkar Moham từ Mỹ đã công bố nghiên cứu liên quan đến xe 4 bánh, trong khi nhiều nhà khoa học Đức cũng đang nghiên cứu hệ thống điều khiển cho các loại xe Các trung tâm khoa học lớn ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản đang nỗ lực nghiên cứu về tự động điều khiển hệ thống lái, với sự tham gia của hàng trăm nhà khoa học hàng đầu thế giới Hãng VINAXUKI cũng đã có những trình diễn đáng chú ý trong lĩnh vực này.
Trong tương lai, ba loại xe với hệ thống lái tự động sẽ được ứng dụng trên các đường thông minh Để nâng cao khả năng điều khiển và tiện nghi, các nhà khoa học đang phát triển bộ cường hóa tích cực PPS (Progressive Power Steering), nhằm đảm bảo cảm giác lái tốt hơn và tăng tính điều khiển khi xe di chuyển ở tốc độ cao, đặc biệt là các mẫu xe thế hệ mới có khả năng chạy trên 100 km/h.
Các nhà công nghệ đang liên tục phát triển các cấu trúc mới cho hệ thống lái, bao gồm việc cải tiến các cơ cấu điều khiển góc đặt trục lái và vô lăng.
Hệ thống lái TS (Tilt Steering) kết hợp với ghế ngồi điều chỉnh 3 chiều mang lại sự thuận tiện tối đa cho người lái Các trung tâm công nghiệp ôtô lớn trên thế giới đang nghiên cứu hệ thống lái tích cực, ứng dụng các công nghệ điện, điện tử và tin học để tối ưu hóa các tính năng và chế độ hoạt động của hệ thống Do đó, việc đảm bảo tính dẫn hướng của hệ thống lái đang là trọng tâm nghiên cứu của các nhà khoa học hàng đầu, với nhiều nỗ lực đáng kể.
Nghiên cứu động học của hệ thống lái được thực hiện thông qua việc phân tích mối tương quan hình học giữa các khâu độc lập Từ đó, chúng ta có thể xác định sự thay đổi động học của các khâu và đưa ra kết luận về khả năng sử dụng của hệ thống lái trên xe.
Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính toán kết luận khả năng sử dụng đối với từng hệ thống lái
Xây dựng mô hình động học hệ thống lái ôtô dựa trên các giả thuyết cơ học thực tế nhằm nghiên cứu và cải thiện tính năng điều khiển của xe.
Sau đây là một số công trình tiêu biểu nhất: Công trình của giáo sư B.ỉ.Pouonob và M.ỉuttepman [27] vào năm 1980 sử dụng hai phương phỏp
Để nghiên cứu xác định động học hệ thống lái, giáo sư đã áp dụng các thông số hình học của hệ thống lái và hệ treo phía trước, liên quan đến sự biến đổi của các góc như góc nghiêng dọc của trục đứng, góc nghiêng ngoài của bánh xe, góc chụm bánh xe, và độ chuyển dịch ngang của điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường Sự phụ thuộc này được xác định qua phương pháp đồ thị và phương pháp giải tích Phương pháp đồ thị, mặc dù trực quan, nhưng yêu cầu nhiều công sức và độ chính xác phụ thuộc vào sự cẩn thận trong thực hiện Ngược lại, phương pháp giải tích, đặc biệt khi kết hợp với máy tính, cho phép lập trình và tính toán dễ dàng cho các vị trí tiếp theo của bánh xe Nghiên cứu của giáo sư Lưxốp vào năm 1972 đã sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá các thông số hệ thống lái, bao gồm lực trên tay lái, lực trên các phần tử dẫn động lái, và các yếu tố như ma sát, độ mòn và độ bền mỏi của cơ cấu lái.
Trong khu vực ASEAN, Thái Lan và Indonesia nổi bật với ngành công nghiệp lắp ráp ô tô phát triển cao, trong khi Philippines và Malaysia có lịch sử lắp ráp ô tô kéo dài khoảng 50 năm, sản xuất hàng trăm nghìn xe mỗi năm Các quốc gia này tiếp tục ứng dụng công nghệ tiên tiến trong quá trình nội địa hóa sản phẩm, mặc dù vẫn ở mức độ nghiên cứu và ứng dụng.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:
An toàn giao thông là một vấn đề xã hội quan trọng tại Việt Nam, nơi có đường sá chật hẹp và dân số đông đúc Trình độ dân trí chưa cao cùng với số lượng xe cũ và xe cải tạo nhiều khiến an toàn giao thông trở thành mối quan tâm hàng đầu Không chỉ xe ô tô mà cả người và hàng hóa cũng gặp rủi ro, đặc biệt khi di chuyển trên các tuyến đường lâm nghiệp với nhiều đèo dốc và khúc cua Chất lượng xe, đặc biệt là hệ thống lái, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn Theo thống kê, hiện có hơn 11 liên doanh nước ngoài lắp ráp ô tô tại Việt Nam, với số lượng xe tiêu thụ trong nước năm 1997 là 5.950 xe, năm 1998 là 5.517 xe, năm 1999 là 6.984 xe, và đến tháng 10 năm 2000.
Theo số liệu từ Hội chế tạo ôtô Việt Nam, hiện có 9.525 xe các loại đang hoạt động Chính sách nội địa hóa ngày càng được thực hiện nghiêm ngặt, yêu cầu các liên doanh phải đạt 30% nội địa hóa sau 5 năm Đồng thời, việc cho phép nhập khẩu xe cũ từ nước ngoài đặt ra yêu cầu cấp bách về xác định chất lượng Chất lượng không chỉ là trách nhiệm của các nhà sản xuất mà còn là nhiệm vụ quan trọng của toàn ngành công nghiệp ôtô Việt Nam.
Trong những năm gần đây, nhiều cán bộ khoa học công nghệ đã tập trung nghiên cứu các hệ thống ôtô, đặc biệt là hệ thống lái và hệ thống phanh Nhóm nghiên cứu từ các trường Đại học đang đóng góp tích cực vào lĩnh vực này.
Nhiều nỗ lực trong nghiên cứu ôtô tại Việt Nam đã được thực hiện thông qua việc ứng dụng các phần mềm chuyển động như Alaska 2.3, Sap90 và Simulink Hiện tại, Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng nền công nghiệp ôtô với việc lắp ráp và nội địa hóa các cụm chi tiết, phụ tùng cho ôtô và xe máy GSTSKH Đỗ Sanh lãnh đạo một nhóm nghiên cứu về động học và động lực học, trong đó có nghiên cứu động học quay vòng xe ở tốc độ cao TS Nguyễn Khắc Trai cũng đã nghiên cứu sâu về thuyết quay vòng trong luận án của mình Thạc sĩ Nguyễn Xuân Châu đã bảo vệ thành công luận án về cơ cấu lái đặc biệt cho người tàn tật TS Nguyễn Xuân Thiện và NCS Lê Hồng Quân đã thử nghiệm thành công bộ trợ lực lái thủy lực do Việt Nam chế tạo cho xe xích T55 Học viện Kỹ thuật Quân sự cũng có một nhóm nghiên cứu về động học chuyển động xe trên đường quân sự, tập trung vào hệ thống điều khiển.
Trong luận án tiến sĩ của Nguyễn Thanh Quang [17], đã nghiên cứu về động học, động lực học và độ bền của hệ thống lái trên xe Mekong Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu hoàn chỉnh nào về động học, động lực học và độ bền của hệ thống lái ô tô VINAXUKI.
Tổng quan về tình hình sử dụng ô tô VINAXUKI
Trong bối cảnh giao thông Việt Nam hiện nay gặp nhiều khó khăn như hệ thống đường sá chật hẹp và mặt đường gập ghềnh, sự xuất hiện của các hãng xe như ISUZU, HOA MAI, DONGFONG, VINAXUKI đã đáp ứng nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa Những hãng xe này không chỉ hỗ trợ các ngành kinh tế mà còn phục vụ hiệu quả cho việc vận chuyển gỗ trên các tuyến đường lâm nghiệp.
Hiện nay, xe VINAXUKI Việt Nam, do công ty Xuân Kiên lắp ráp, đang trở thành một trong những lựa chọn phổ biến trên thị trường.
Theo thống kê của công ty lắp ráp ô tô VINAXUKI năm 2011, 70% xe ô tô tải được sử dụng cho các ngành kinh tế khác, trong khi 30% còn lại phục vụ cho việc vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Ô tô sử dụng trong lâm nghiệp thường hoạt động trong điều kiện khó khăn, như không có đường hoặc trên các tuyến đường mấp mô, ảnh hưởng tiêu cực đến các bộ phận quan trọng như hệ thống phanh và hệ thống lái Do đó, việc nghiên cứu động học, động lực học và độ bền của hệ thống lái ô tô VINAXUKI là cần thiết để đảm bảo an toàn và cải thiện điều kiện làm việc cho người điều khiển.
Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu động học, động lực học và độ bền
Hiện nay, mô hình hóa trên máy tính các kết cấu và chi tiết cơ khí đang ngày càng trở nên quan trọng trong sản xuất, đào tạo và nghiên cứu khoa học Nhiều phần mềm nổi tiếng đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu này, mỗi phần mềm đều có những ưu điểm và hạn chế riêng Vì vậy, nhà thiết kế cần hiểu rõ và tận dụng các ưu điểm của phần mềm để nâng cao hiệu quả công việc.
Phần mềm AutoCAD là một trong những công cụ CAD phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng, cơ khí, kiến trúc, điện và bản đồ AutoCAD hỗ trợ hiệu quả cho kỹ sư, kiến trúc sư, kỹ thuật viên và họa viên trong việc thực hiện các bản vẽ kỹ thuật, giúp họ hoàn thành sản phẩm thiết kế một cách nhanh chóng và chính xác.
Phần mềm AutoCAD cho phép người dùng thiết kế bản vẽ hai chiều 2D và mô hình ba chiều 3D với độ chính xác cao và năng suất vượt trội nhờ các lệnh sao chép AutoCAD nổi bật với khả năng trao đổi dữ liệu dễ dàng với các phần mềm khác, giúp người dùng chia sẻ bản vẽ với đồng nghiệp và khách hàng một cách hiệu quả Đây là một trong những phần mềm thiết kế chính xác nhất trên máy tính cá nhân, tương thích với nhiều phần cứng và phần mềm phổ biến trên thị trường Sự phát triển của AutoCAD gắn liền với sự tiến bộ nhanh chóng của ngành công nghiệp thông tin.
Phần mềm Autodesk Inventor nổi bật với khả năng mô hình hóa 3D và tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chất lượng cao, thể hiện sức mạnh của một công cụ CAD hàng đầu.
Autodesk Inventor là phần mềm thiết kế cơ khí 3D tiên tiến, sử dụng công nghệ thích nghi và khả năng mô hình hóa khối rắn Phần mềm này cung cấp đầy đủ công cụ cần thiết cho quá trình thiết kế, từ việc phác thảo ban đầu đến việc tạo ra các bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh.
Phần mềm Autodesk Inventor cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho việc tạo mô hình 3D, quản lý thông tin và hỗ trợ làm việc nhóm Với Autodesk Inventor, người dùng có thể tạo ra các mô hình 3D và bản vẽ 2D, thiết kế các chi tiết thích nghi và bản vẽ lắp ghép Phần mềm này cũng cho phép quản lý hàng ngàn chi tiết và các mô hình lắp ghép lớn, tích hợp ứng dụng bên thứ ba thông qua API (Application Program Interface) và sử dụng VBA để truy cập Autodesk Inventor API Người dùng có thể phát triển các chương trình thực hiện các chức năng lặp lại và dễ dàng nhận các file SAT, STEP, AutoCAD thông qua menu Help.
Autodesk Inventor là một công cụ mạnh mẽ cho việc mô hình hóa khối rắn, cho phép các nhà thiết kế tạo ra các mô hình cơ khí 3D Nó hỗ trợ làm việc với nhiều thành viên trong nhóm thiết kế và tích hợp với AutoCAD, Autodesk Mechanical Desktop cùng các file IGES Ngoài ra, Autodesk Inventor còn liên kết với các công cụ web, giúp truy cập nguồn tài nguyên công nghiệp và chia sẻ dữ liệu dễ dàng với các cộng sự.
Phần mềm Solidworks là một trong những công cụ tự động hóa thiết kế 3D hàng đầu thế giới, cho phép người dùng tạo mô hình 3D cho các chi tiết và lắp ghép thành sản phẩm hoàn chỉnh Nó không chỉ hỗ trợ kiểm tra động học mà còn cung cấp thông tin về vật liệu Đặc biệt, tính mở và khả năng tương thích của Solidworks cho phép tích hợp với nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác, đồng thời xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn, giúp người dùng dễ dàng khai thác trong các phần mềm tương thích khác.
Các phần mềm phân tích như ANSYS và MSC cho phép kiểm tra mô hình về ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, xác định tần số dao động riêng và mô phỏng tương tác của dòng chảy khí hoặc chất lỏng Trong khi đó, các phần mềm COSNOS và ADAMS chuyên kiểm tra các thông số động học và động lực học của mô hình Ngoài ra, Z-Casting và Pro-Casting được sử dụng để mô phỏng quá trình đúc sản phẩm, thể hiện tư duy thiết kế và công nghệ lập trình hiện đại.
Solidworks là một công cụ đắc lực cho việc thiết kế tự động các vật thể
Công nghệ 3 chiều (3D) cho phép các kỹ sư thể hiện ý tưởng sáng tạo của họ một cách trực quan và hiệu quả Bằng cách sử dụng mô hình 3D, họ có thể nhanh chóng trình bày thiết kế mà không cần chú trọng đến kích thước cụ thể của chi tiết, từ đó giúp tăng cường khả năng sáng tạo trong quá trình thiết kế.
Bài viết này giới thiệu 10 tiết kế được chuyển đổi thành bản vẽ kỹ thuật truyền thống (2D), phục vụ cho việc thiết kế khuôn và tạo mẫu trong lĩnh vực đúc Quy trình này giúp tối ưu hóa việc sản xuất nhanh chóng từ các chi tiết đã được thiết kế trước đó.
Sau khi hoàn thành mô hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng, chúng ta tiến hành lắp ghép chúng theo đúng thiết kế Trong Solidworks, việc lắp ghép các chi tiết trở nên dễ dàng nhờ lệnh Mate, cung cấp đầy đủ các ràng buộc như song song, vuông góc, tiếp xúc, đồng tâm, khoảng cách, góc và trùng hợp.
Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) là phần mềm chuyên dụng cho mô phỏng động lực học cơ hệ nhiều vật, được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực động lực học xe máy, va chạm, robot và công nghệ vũ trụ Phần mềm này cho phép người dùng giải quyết các vấn đề nghiên cứu khoa học mà không cần hiểu sâu về thuật toán của Adams Việc nhập các mô hình phức tạp vào Adams từ các phần mềm CAD như Catia hay ProEngineer giúp tiết kiệm thời gian, vì Adams không phải là phần mềm chuyên về CAD Sau khi xây dựng mô hình trong các phần mềm CAD, người dùng có thể xuất ra các file có định dạng tương thích để sử dụng trong Adams.
Prasolid, igbs, step hoặc dxf/dwg được nhập vào Adams để thực hiện các bước tiếp theo Thư viện phong phú về các khối nối và ràng buộc trong Adams giúp người dùng tạo ra các khớp nối động học cho cơ hệ Sau khi mô hình được thiết lập, Adams sẽ kiểm tra và chạy mô hình, thực hiện mô phỏng bằng cách giải các phương trình động lực học.
Hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô VINAXUKI hiện nay được trang bị phổ biến trên hầu hết các loại xe hiện đại, cả ở Việt Nam và trên thế giới Hệ thống này giúp người điều khiển dễ dàng điều khiển xe mà không cần sử dụng nhiều lực.
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu
Nghiên cứu về động học, động lực học và độ bền của hệ thống lái ô tô VINAXUKI là cơ sở quan trọng để cải tiến và sửa chữa kết cấu hệ thống lái Điều này đặc biệt cần thiết khi xe VINAXUKI được sử dụng để vận chuyển gỗ trên các tuyến đường lâm nghiệp.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe ô tô VINAXUKI, đặc biệt khi sử dụng để vận chuyển gỗ trên các đường lâm nghiệp Xe ô tô VINAXUKI, với một cầu chủ động và tính năng cơ động cao, thích hợp cho việc vận chuyển hàng hóa trong điều kiện nhiệt độ môi trường lên tới 40º C Hiện nay, loại xe này đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực lâm nghiệp.
Hình 2.1: Xe tải VINAXUKI loại 1240 kg
Các thông số cơ bản của xe ô tô VINAXUKI cho ở (bảng 2.1)
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật xe ô tô VINAXUKI
Loại phương tiện Ô tô tải
Loại động cơ SD485ZL2 TURBO - INTERCOOLER
Dung tích xi lanh (cc) 2156
Hệ thống truyền động Cầu sau chủ động
Hộp số 5 số tiến 1 số lùi
Hệ thống lái Không có trợ lực
Phanh chính Thủy lực trợ lực chân không
Chiều dài tổng thể (mm) 4950
Chiều rộng tổng thể (mm) 1830
Chiều cao tổng thể (mm) 2090
Chiều dài thùng hàng (mm) 3250
Chiều rộng thùng hàng (mm) 1680
Trọng lượng toàn bộ (kg) 3125
Trọng lượng không tải (kg) 1690
Tải trọng định mức cả người (kg) 1240
Xe ô tô VINAXUKI hoạt động trên đường lâm nghiệp với nhiều đèo dốc và cua gấp đòi hỏi hệ thống phanh và hệ thống lái phải hoạt động tin cậy và chính xác.
Kết cấu hệ thống lái ô tô tải nói chung và ô tô VINAXUKI nói riêng cho ở (hình 2.2)
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống lái ô tô tải
1 Vành tay lái 5 Đòn quay đứng 9,12 Tay đòn
2 Trục lái 6 Thanh kéo dọc 10 Thanh kéo ngang
3 Trục vít 7 Đòn ngang 11 Dầm cầu trước
4 Bánh vít 8 Chốt chuyển hướng 13 Cam quay
14 Trục bánh vít Muốn xe chuyển động người lái xe tác động lên vành tay lái một lực để cho vành tay lái quay sang trái hoặc sang phải lúc này sẽ được truyền chuyển động xuống trục số 2
Trục lái số 2 là một trục rỗng với hai đầu có thiết kế then hoa và ren, cho phép kết nối ê cu với trục vít ba đầu còn lại, đồng thời được gia công để lắp đặt vành tay lái.
Mô men quay được truyền từ trục vít 3 đến bánh vít 4 thông qua cơ chế ăn khớp giữa trục vít và bánh vít, khiến cho trục bánh vít 14 xoay Đòn quay đứng 5 lắc về phía trước hoặc sau, trong khi thanh kéo dọc 6 di chuyển theo hướng tương tự Đồng thời, đòn ngang 7 cùng với bánh dẫn hướng thực hiện chuyển động xoay theo hai phía.
Giữa bánh xe bên trái và bên phải liên kết với nhau bằng cơ cấu hình thang lái, đảm bảo quan hệ động học của cơ cấu lái
C O D g O g cot cot Ở đây: L – Khoảng cách giữa hai cầu ô tô hay là chiều dài cơ sở của ô tô
B - Khoảng cách giữa tâm của các ngỗng quay
Phạm vi nghiên cứu
- Dùng Solidworks 2010 để xây dựng mô hình 3D các chi tiết của cơ cấu lái
- Dùng Cosmos Motion để mô phỏng động hệ thống lái trên xe ô tô
- Dùng COSMOS XPRESS ANALYSIS WIZARD để khảo sát ứng suất, biến dạng 1 số chi tiết chính của hệ thống lái.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết chính của hệ thống lái sử dụng phần mềm Solidworks, đồng thời mô phỏng động lực học của hệ thống lái trên xe ô tô VINAXUKI thông qua Cosmos Motion.
Tôi sử dụng phần mềm Solidworks 10 để tạo các biên dạng 2D và áp dụng các lệnh như Extrude, Cut Extrude, Chamfer, Fillet, và Hole nhằm xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết trong cơ cấu lái Sau khi hoàn thành việc vẽ các chi tiết, tôi tiến hành lắp ráp và mô phỏng động của hệ thống lái xe ô tô VINAXUKI.
Thực nghiệm nhằm xác định tải trọng tác dụng lên các chi tiết của cơ cấu lái đã được thực hiện bằng cách đo lực tác dụng lên vành tay lái của xe VINAXUKI Để thực hiện việc này, tôi đã sử dụng đầu đo lực loại 980 N, được bố trí trên vành tay lái Đầu đo lực này được kết nối với thiết bị thu thập khếch đại nhiều kênh Spider - 8, và thiết bị này được ghép nối với máy tính xách tay Acer, điều khiển bởi phần mềm Catman.
Khảo sát ứng suất và biến dạng của các chi tiết chính trong hệ thống lái được thực hiện bằng COSMOS XPRESS ANALYSIS WIZARD trong Solidworks 2010 Đầu tiên, khởi động Solidworks 2010, sau đó mở file mô hình 3D của chi tiết đã được vẽ.
Vào Toots > SimulationXpress > Next > Add fixture > OK
Chọn mặt đặt lực tác dụng > Chọn vật liệu > Run > Run Simulation
Yes,continue > Showvon Misstress > Play animation ta được ứng suất
Cuối cùng tôi Click chuột vào Stop animation > Show displacement > Play animation ta được biến dạng của chi tiết
Bằng cách thực hiện các bước đã nêu cho các cụm chi tiết trong hệ thống lái, chúng ta có thể xác định được ứng suất và biến dạng của các bộ phận cần khảo sát.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP
Xây dựng mô hình 3D các chi tiết của hệ thống lái
Để tạo mô hình 3D cho các chi tiết hệ thống lái của xe VINAXUKI, tôi sử dụng phần mềm Solidworks 2010 Trước tiên, cần thiết lập môi trường vẽ phác theo các bước cụ thể.
Bước 1: Khởi động chương trình Solidworks
Bước 2 : Trong môi trường Solidworks, nhắp New trên thanh công cụ ( hoặc chọn File> New ) Hộp thoại New xuất hiện
Bước 3: Trong Tab Template, chọn biểu tượng bản vẽ Part, nhắp OK màn hình quan sát bản vẽ xuất hiện
Bước 4: Tạo lưới và chọn đơn vị đo cho bản vẽ
Nhắp Grid trên thanh công cụ Sketch ( hoặc chọn Tool > Options) Hộp thoại Options xuất hiện
Chọn Tab Document Properties Chọn Gridsnap để tạo lưới và khả năng bắt điểm cho bản vẽ, chọn Units để xác định đơn vị đo cho bản vẽ
Bước 5: Nhắp Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch, chọn mặt phẳng phác thảo (front plane, Topplane hoặc Right plane)
Môi trường vẽ phác xuất hiện, cho mặt phẳng để vẽ phác
Sau khi thiết lập môi trường vẽ phác, tôi bắt đầu xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết và cụm chi tiết Bằng cách vào môi trường vẽ phác, tôi vẽ phác các biên dạng và sử dụng các lệnh trên thanh công cụ để dễ dàng tạo ra mô hình 3D theo ý muốn.
Các chi tiết tạo ra được ghi thành một file có phần mở rộng là
Thực hiện theo trình tự các bước như trên ta sẽ xây dựng được tất cả các chi tiết, cụm chi tiết mong muốn
Căn cứ vào catalog xe VINAXUKI và các kích thước đo được trên xe thật tôi xây dựng được mô hình 3D các chi tiết của hệ thống lái xe
Hệ thống lái trên xe VINAXUKI gồm các cụm chi tiết chính như sau:
Vành tay lái, trục lái và các bộ phận như trục vít, bánh vít, đòn quay đứng, thanh kéo dọc, đòn ngang, chốt chuyển hướng, thanh kéo ngang, dầm cầu trước, cam quay và trục bánh vít là những thành phần quan trọng trong hệ thống lái của phương tiện Những bộ phận này không chỉ đảm bảo khả năng điều khiển chính xác mà còn tăng cường hiệu suất hoạt động của xe.
Dầm cầu có cấu trúc đơn giản nhưng cần phải đảm bảo khả năng chịu tải trọng từ mặt đường cũng như các chấn động do xe cộ tác động lên vành tay lái.
Chúng cần có kết cấu vững chắc, chịu được nhiều lực có hướng phức tạp và thay đổi theo chu kỳ
Để thiết kế dầm cầu trước, trước tiên vẽ tiết diện của dầm trên mặt phẳng Right Plane và sử dụng lệnh Extrude để đùn dọc theo nửa chiều dài của dầm Tiếp theo, tạo mặt phẳng làm việc song song với mặt đầu của dầm, cách khoảng 300 mm, và vẽ tiết diện thu nhỏ của dầm trên mặt phẳng này, sau đó dùng lệnh Loft để tạo ra dầm thu nhỏ Tiếp theo, vẽ tiết diện hình chữ nhật trên mặt phẳng làm việc và sử dụng lệnh Revole để quay quanh trục, rồi dùng lệnh Cut Extrude để tạo lỗ lắp chốt đứng Trên mặt phẳng của dầm, vẽ biên dạng hình vuông và bốn lỗ để lắp bu lông, sau đó sử dụng lệnh Extrude để đùn hình vuông trên mặt dầm Cuối cùng, để tạo ra nửa dầm còn lại, thực hiện lệnh đối xứng quanh mặt phẳng làm việc ban đầu bằng cách vào Insert > Pattara/Marrar > Marrar, từ đó xây dựng được dầm cầu trước như thể hiện trong hình 3.1.
Hình 3.1 Kết cấu dầm cầu trước
Chốt chuyển hướng được tạo ra bằng cách vẽ một tiết diện tròn trên mặt phẳng, sau đó sử dụng lệnh Extrude và Camper để chuyển đổi sang mô hình 3D Để thực hiện, cần tạo một mặt phẳng làm việc tiếp xúc với mặt trụ và vẽ vòng tròn trên đó.
21 theo kích thước đã đo được, dùng lệnh Cut Extrude để tạo hai vết khuyết lắp hai chốt hãm
Mô hình 3D của chốt chuyển hướng được giới thiệu ở (hình 3.2)
Cam quay – đòn ngang là một phần quan trọng trong cơ cấu lái Để tạo mô hình 3D cho chi tiết này, trước tiên cần vẽ biên dạng 2D của tấm lắp ngõng trục bánh xe dẫn hướng cùng với các lỗ bulong Sau đó, sử dụng lệnh Extrude để đùn vật thể làm giá với kích thước phù hợp.
Chọn mặt phẳng phác thảo song song với mặt phẳng lắp ráp đã được đùn lên, sau đó vẽ hai biên dạng vuông trên mặt phẳng này Tiếp theo, sử dụng lệnh Extrude để đùn lên với độ cao 50 mm.
Chọn mặt phẳng phác thảo phù hợp để vẽ vòng tròn có đường kính bằng biên dạng phía dưới, sau đó sử dụng lệnh Cut Extrude để tạo hình khối phần nhô ra, hoặc có thể dùng lệnh filet để bo tròn Tiếp theo, chọn mặt phẳng phác thảo là mặt trên hoặc mặt dưới của phần nhô ra, vẽ biên dạng tròn đồng tâm với cạnh tròn có đường kính bằng đường kính chốt chuyển hướng, và sử dụng lệnh Cut Extrude để tạo lỗ lắp chốt chuyển hướng.
Chọn mặt phẳng phác thảo là mặt bên của phần nhô ra để tạo lỗ lắp chốt hãm Tiếp theo, sử dụng lệnh hole để tạo hai lỗ lắp cho chốt hãm.
Mô hình 3D của cam quay cho ở (hình 3.3)
Để thiết kế thanh giằng ngang cho cơ cấu hình thang lái, trước tiên cần xác định đường kính và chiều dài của thanh giằng Sau đó, sử dụng lệnh Extrude để đùn chi tiết theo chiều dài Cuối cùng, vẽ thêm ren ở hai đầu thanh giằng để lắp ráp với các chi tiết khác của cơ cấu.
Mô hình 3D của thanh giằng ngang cho ở (hình 3.4)
Để thiết kế trục lái kết hợp với cơ cấu trục vít, cần xác định các thông số quan trọng như đường kính, chiều dài trục lái và kích thước của hai vòng bi đỡ ở đầu trục vít Bên cạnh đó, việc xác định kích thước các răng của phần trục vít và phần then hoa để lắp ráp với vành tay lái cũng rất cần thiết Sử dụng các lệnh vẽ phác và Extrude, chúng ta có thể xây dựng mô hình 3D của trục tay lái, như thể hiện trong hình 3.5.
Sau khi xác định các kích thước của vành tay lái, tôi xây dựng mô hình 3D của vành tay lái như sau:
Để tạo vành tay lái, đầu tiên vẽ một vòng tròn trên mặt phẳng Oplane và thoát khỏi Sket Tiếp theo, tạo một mặt phẳng làm việc vuông góc với vòng tròn đã vẽ và trên mặt phẳng đó, vẽ một vòng tròn có đường kính bằng đường kính của tiết diện ngang vành tay lái, sau đó thoát khỏi Sket Sử dụng lệnh Sweep để tạo ra vành tay lái Trên mặt phẳng phác thảo ban đầu, vẽ một vòng tròn có đường kính bằng đường kính của mayơ vô lăng và sử dụng lệnh Extrude để đùn tiết diện tròn đến chiều cao của mayơ Cuối cùng, trên mặt phẳng làm việc tại tâm vòng tròn tay lái, vẽ một đường dẫn tiếp tuyến với đường tâm của vành, sau đó vẽ một biên dạng elíp giống như tiết diện của nan hoa vành tay lái.
Để tạo ra mô hình 3D của vành tay lái, trước tiên, bạn cần extrude cho đến khi gặp biên dạng của tay lái Tiếp theo, tạo trục quay bằng cách nhấp vào Centerline, sau đó vào Insert > Pattern / Mirror > Circular Pattern Chọn đối tượng, góc độ và trục làm việc, rồi nhấn OK để hoàn tất Các bước này sẽ giúp bạn xây dựng mô hình 3D như trong hình 3.6.
Các chi tiết khác như thanh giằng và thanh đỡ các hướng trục cần được thiết kế dựa trên kích thước thực tế của xe VINAXUKI.
Lắp ráp và mô phỏng động hệ thống lái xe VINAXUKI
Sau khi hoàn thiện mô hình 3D cho các chi tiết của hệ thống lái, tôi bắt đầu lắp ráp các chi tiết và cụm chi tiết lại với nhau Quy trình lắp ráp được thực hiện theo một trình tự nhất định để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.
Để bắt đầu chương trình Solidworks, mở menu File và chọn New để tạo bản vẽ mới Khi hộp thoại New Solidworks xuất hiện, chọn Assembly và nhấn OK Tiếp theo, nhấn nút Browse trong hộp thoại Insert Component để truy cập thư mục chứa các chi tiết và cụm chi tiết đã được tạo trước đó, sau đó nhấn Open Chi tiết và cụm chi tiết sẽ được tải vào môi trường lắp ráp.
Nhấn chọn nút Insert Component trên thanh công cụ Assembly Ta dẫn tới mục chứa các chi tiết đã tạo trước đó, chọn từng chi tiết và nhấn Open
Khi đó chi tiết được chọn xuất hiện gắn liền với chỏ chuột, ta nhấn chọn một điểm để đạt vào môi trường lắp ráp
Nhấn chọn nút lệnh Mate trên thanh công cụ Assembly Khi đó hộp thoại
Mate xuất hiện Ta chọn các ràng buộc thích hợp để lắp ghép các chi tiết lại với nhau
Quá trình chuyển động của trục vít và bánh vít là bộ phận quan trọng và phức tạp nhất trong hệ thống lái Do đó, tôi đã tiến hành mô phỏng động cho quá trình này để hiểu rõ hơn về hoạt động của nó.
Bằng Cosmos Motion trong Solidworks tôi tiến hành mô phỏng động bộ phận làm việc của hệ thống lái như sau:
- Trước tiên sử dụng lệnh trong môi trường Part của Solidworks để mô phỏng hóa các chi tiết
Sau khi mô phỏng hóa các chi tiết, tiến hành lắp ráp trong môi trường assembly bằng cách sử dụng các lệnh từ thanh công cụ hoặc menu Insert Để lắp ráp hệ thống lái, ta lắp từng cụm chi tiết như vành tay lái, trục lái, trục vít, bạc trục vít, bánh vít, trục bánh vít, bạc trục vít, đòn quay đứng và thanh kéo ngang Đầu tiên, chọn New > Assembly > OK và gọi chi tiết cố định, cụ thể là bạc trục lái Sau đó, lần lượt gọi các chi tiết còn lại Để lắp trục vít 2 vào trục vít 3, sử dụng lệnh Mate, chọn Concentric và thiết lập ràng buộc khoảng cách bằng 0 Quy trình này được lặp lại cho tất cả các chi tiết trong cụm, đảm bảo lắp ráp chính xác bằng cách sử dụng lệnh Mate > Concentric với ràng buộc = 0.
28 chi tiết đầu tiên đến chi tiết cuối cùng của cụm ta sẽ được cụm chi tiết như (hình 3.9)
Hình 3.9: Lắp ráp cụm chi tiết
Sau khi hoàn tất lắp ráp cụm chi tiết, chúng ta tiến hành lắp toàn bộ các thành phần của cơ cấu lái Đầu tiên, sử dụng lệnh Insert Component để lấy các chi tiết của hệ thống lái và tiếp tục lắp ráp theo các bước sau: áp dụng các lệnh ràng buộc đồng tâm và khoảng cách để lắp thanh kéo dọc 6 và đòn ngang 7, cùng với cam quay 13 Để lắp dầm cầu trước vào cam quay phải, nhấp chuột vào Mate > Con centric, chọn ràng buộc khoảng cách bằng 0 giữa lỗ và mặt tiếp xúc của cam quay với dầm cầu trước Thực hiện tương tự cho cam quay trái Sau khi hoàn thành lắp cam quay phải và cam quay trái, tiếp theo là lắp chốt chuyển hướng.
Để lắp ghép hệ thống lái, đầu tiên cần căn chỉnh các lỗ của dầm cầu với các lỗ của cam quay, sau đó thiết lập ràng buộc khoảng cách bằng 0 giữa mặt dưới của cam quay và mặt dưới chốt chuyển hướng Tiếp theo, thực hiện các bước tương tự để lắp thanh kéo ngang vào các chi tiết của cơ cấu lái Cuối cùng, ta sẽ có sơ đồ lắp ghép hoàn chỉnh cho hệ thống lái như trong hình 3.10.
Hình 3.10: Sơ đồ lắp ghép hệ thống lái
- Sau khi lắp ráp các chi tiết, tiến hành chọn bảng Motion trong cây phả hệ vào môi trường mô phỏng động học
Để xác định đối tượng cố định và đối tượng chuyển động, trước tiên chúng ta cần phân loại chúng Sau khi xác định, để gán đối tượng cố định, hãy nhấp chọn đối tượng trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn "Ground Part" Tương tự, để gán cho đối tượng chuyển động, hãy chọn "Moving Part" Đối tượng đã được gán là chuyển động sẽ hiển thị biểu tượng khối cầu tọa độ.
Sau khi gán đối tượng chuyển động và đối tượng cố định, cần tiến hành gán khớp nối cho các đối tượng Mặc định, sau khi lắp ráp, mô hình sẽ chuyển sang môi trường mô phỏng và các đối tượng chuyển động sẽ được gán khớp động Các khớp động này bao gồm khớp xoay từ ràng buộc Concentric và Coincident, hoặc khớp trụ từ ràng buộc Concentric trong lệnh Made của môi trường lắp ráp Để quản lý các khớp động, người dùng có thể truy cập mục Constraints > Joints trong cây phả hệ Trong một số trường hợp, cần xóa bỏ các khớp nối không phù hợp và thêm vào một số khớp mới.
30 động cần thiết Để xóa khớp, ta nhắp chọn khớp cần xóa, nhắp chuột phải và chọn delete Còn để thêm khớp ta chọn Constraisnt>Joinst
- Sau khi gán khớp ta tiến hành gán lực và nguồn tạo chuyển động
Bước tiếp theo là kiểm tra và gán đơn vị lực cùng khối lượng cho mô hình Để thực hiện điều này, từ menu Cosmos Motion, bạn chọn Intelli Motion Builder và lựa chọn các thông số cần thiết cho chuyển động.
Sau khi định nghĩa các thông số, chúng ta nhấn Next để chuyển sang các trang thiết lập theo yêu cầu Để tạo đồ thị hiển thị kết quả mô phỏng cho một đối tượng, hãy chọn đối tượng trong cây phả hệ, nhấn chuột phải và chọn plot.
Sau khi hoàn tất các bước, chúng ta sử dụng nút Play trên thanh công cụ Cosmos Motion để tiến hành mô phỏng Quá trình mô phỏng có thể được xuất sang file *AVI hoặc tích hợp với các chương trình tính toán khác như FEA, MSC, ADAMS Để mô phỏng hoạt động của hệ thống lái trên xe VINAXUKI trong Solidworks, cần khai báo các thông số cho mô hình bằng cách vào cây thư mục chuyển động, nhấp chuột phải vào Motion Model, chọn Intelli Motion Builder và thiết lập các thông số cần thiết cho chuyển động.
- Khai báo hệ thống dơn vị đo (Units)
- Khai báo gia tốc trọng trường cho môi trường mô phỏng (Gravity)
- Khai báo liên kết (Joints)
Trong Cosmos Motion, việc kết nối các chi tiết được thực hiện thông qua việc tạo ra các liên kết Thư viện khớp nối của Cosmos Motion bao gồm nhiều loại khớp như khớp bản lề (Revolute), khớp trụ (Cylindrical), khớp cầu (Spherical), khớp tịnh tiến (Translation), và cô định chi tiết (Fixed).
Khi lắp ráp các chi tiết và chuyển sang môi trường mô phỏng, các khớp sẽ tự động được gán theo lệnh Mate Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần xóa các khớp mặc định và gán lại cho phù hợp với mô hình Trước khi gán khớp, cần xác định đối tượng cố định và đối tượng di động Dựa vào nguyên lý làm việc của hệ thống lái, ta sẽ khai báo liên kết các chi tiết cho đúng Mỗi liên kết có chuyển động sẽ được gán các ký hiệu cụ thể.
Các thông số của chuyển động sẽ được xác định trong bảng defined Joints:
- Khai báo các lực (Forcr/Moment)
- Lực tác dụng: Lệnh Action Only Force với hộp thoại Insert Action Only
- Mô men tác dụng: Lệnh Action Only Moment
Để mô phỏng động hệ thống lái xe ô tô VINAXUKI, trước tiên tôi mô phỏng từng cụm chi tiết, bắt đầu với bánh vít, bạc trục vít, trục vít và đòn quay đứng Tôi chọn bạc trục vít làm chi tiết cố định bằng cách nhấp chuột phải và chọn Ground Part, sau đó thực hiện tương tự cho bạc thứ hai Tiếp theo, tôi chọn bánh vít và đòn quay đứng là chi tiết chuyển động bằng cách nhấp chuột phải và chọn Moving Part Sau đó, tôi khai báo khớp ràng buộc trong COSMOS motion bằng cách vào Joints > Pixd, chọn bánh vít và trục bánh vít, rồi nhấn Apply Tiếp tục, tôi ràng buộc chi tiết đòn quay đứng và đặt lực vào COSMOS motion thông qua Porces > Action on Force Cuối cùng, tôi thực hiện mô phỏng bằng cách chọn Show Simulation trong COSMOS motion.
Sau khi thiết lập các thông số cần thiết, bạn chỉ cần nhấp vào biểu tượng "Run Simulation" ở cuối cây phả hệ để quan sát chuyển động cụ thể Mô hình mô phỏng động của cụm chi tiết được thể hiện trong hình 11.
Hình 3.11: Mô hình mô phỏng động cụm chi tiết
KHẢO SÁT ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MỘT SỐ CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÁI
Cơ sở tính toán hệ thống lái
Trục lái làm bằng ống thép rỗng được tính theo ứng suất xoắn đo lực tác dụng lên vành tay lái
Trục lái được chế tạo từ thép ống cácbon 20, 30, 40 mà không qua nhiệt luyện, với đường kính trong (D) và đường kính ngoài (d) được tính bằng mét Ứng suất tiếp xúc cho phép của trục lái dao động trong khoảng 50 đến 80 MN/m².
Với các trục lái dài cần tính toán theo độ cứng (góc xoắn trục) theo công thức:
2 ( rad) (2) Ở đây: L- Chiều dài của trục (m)
G – mô đuyn đàn hồi dịch chuyển (G = 8.10 4 MN/m 2 )
max đổi ra độ không được vượt quá (5,5 0 – 7,5 0 ): 1m Tính như trên độ dự trữ bền giới hạn chảy được trong khoảng 2,5 – 3,5
Loại trục vít vô tận và bánh răng vít hay cung răng
Khi tính toán độ bền, chúng ta cần xem xét cả hai phương pháp là uốn và chèn dập, đồng thời thừa nhận rằng có hai răng ăn khớp cùng một lúc Ứng suất uốn của răng sẽ được tính toán dựa trên các yếu tố này.
(MN/m 2 ) Ở đây: t – Bước của trục vít vô tận,
- góc nghiêng của trục vít vô tận,
37 h và b – chiều cao và chiều rộng tương ứng của răng bánh vít (m)
Lực dọc T được xác định theo công thức: t
(MN) Ở đây: r0 – bán kính vòng tròn cơ sở của trục vít
Trục vít thường chế tạo bằng thép xêmăngtít hóa 20, 20X, 20X3 Đôi khi chế tạo bằng thép 35X hay 35XH
Bánh vít thường chế tạo bằng thép 35X đôi khi chế tạo bằng thép
Xêmăngtít 20X Cung răng chế tạo bằng thép 35X, 20X Khi tính chèn dập bề mặt răng ta coi mặt tì là toàn bộ bề mặt của bánh răng vít
Ở đây: F – diện tích bề mặt tiếp xúc của răng F= 2bh (giả thiết với răng cùng ăn khớp)
Đòn quay đứng là một thành phần quan trọng trong hệ thống dẫn động lái, có chức năng truyền chuyển động từ trục thụ động đến đòn dọc Đòn quay được kết nối với dẫn động lái thông qua khớp cầu và với trục cơ cấu lái bằng then hoa hình tam giác Trong các thiết kế cũ, đòn quay thường được lắp vào đầu trục hình vuông của cơ cấu lái, tuy nhiên, cách lắp này gây khó khăn trong việc chính xác và tạo ra ứng suất chèn dập lớn trên bề mặt hình vuông.
Kích thước cơ bản của đòn quay đứng được xác định dựa trên lực truyền từ các bánh xe dẫn hướng trong quá trình ô tô di chuyển trên đường gồ ghề.
Thực nghiệm cho thấy rằng lực truyền từ bánh xe qua đòn dọc không vượt quá một nửa trọng lượng tĩnh tác động lên bánh trước của ô tô.
( 0,5 G1) Vì vậy khi tính lực quay đứng ta sẽ tính Q nào lớn hơn trong hai giá trị lực Q tác dụng lên chốt hình cầu dưới đây
Đòn quay đứng được kiểm tra độ bền uốn và xoắn, với mô men Qla và Qc Chúng được chế tạo từ thép cácbon trung bình như 40, 40X, 40XH đã qua tôi và ram Phần hoa tam giác ở đầu quay đứng cũng được kiểm tra qua các phương pháp chèn, dập và cắt.
Hệ số an toàn khi tính đòn quay đứng lấy từ 2 – 3
Tính toán các đòn dẫn động chủ yếu bao gồm đòn dọc và đòn ngang Đòn dọc được kiểm tra theo uốn dọc do lực Q, trong khi đòn ngang được kiểm tra theo uốn dọc do lực N Lực Q có thể được tính theo công thức (3) hoặc (4), và chọn giá trị lớn hơn để tính toán Lực N được xác định dựa trên giá trị lực phanh Xp.
(5) Ở đây: Xp – Lực phanh tác dụng lên một bánh xe
Mlp – hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh (mlp = 1,4) φ - Hệ số bám giữa lốp và đường φ= 0,7 Ứng suất nén trong đòn kéo dọc d n f
Ứng suất nén trong đòn kéo ngang n n f
Ở đây: fd và fn – Tiết diện ngang của đòn kéo ngang và đòn kéo dọc Ứng suất uốn dọc của đòn kéo dọc ud f
39 Ứng suất uốn ngang của đòn kéo ngang n un f
Ở đây: Jd và Jn – là mômen quán tính của tiết diện thanh dọc và thanh ngang
E – Môđuyn đàn hồi của vật liệu chế tạo thanh dọc và thanh ngang (E= 2,1.10 5 MN/m 2 ) lb, n – các kích thước chiều dài Độ dự trữ bền được tính theo 1 , 2 2 , 5 un
Đòn kéo dọc và kéo ngang được sản xuất từ thép ống loại 20, 30 và 40 Trụ cầu (rotule) trong hệ thống dẫn động lái cần được kiểm tra áp suất giữa đầu trụ cầu và đệm, với mức áp suất không vượt quá 25 – 35 MN/m2.
Chân trụ cầu cần được kiểm tra cắt và uốn tại vị trí tiếp xúc với thành lỗ đòn kéo Lực xiết lò xo ban đầu bên tấm đệm phải đạt khoảng 0,8 lần lực cực đại tác dụng lên thanh kéo dọc.
Trụ cầu được chế tạo từ thép xêmăngtít hóa 15HM, 12XH3, đóng vai trò quan trọng trong động học của truyền động lái Khi thiết kế động học cho hình thang lái, cần xác định kích thước và góc nghiêng của đòn bên so với trục dọc của ô tô, đồng thời lựa chọn tỉ số truyền phù hợp cho các đòn dẫn động lái.
Khi kiểm tra động học của hình thang lái, người ta xác định mối quan hệ thực tế giữa góc quay của các bánh dẫn hướng và một loại ô tô cụ thể, sau đó so sánh với mối quan hệ lý thuyết mà không tính đến biến dạng của lốp.
Để ô tô quay vòng mà không bị trượt, các bánh xe phải quay quanh một tâm O chung Đối với ô tô bốn bánh, tâm quay vòng O có thể nằm ngoài xe hoặc trên giao điểm giữa hai cầu sau và trục kéo dài của hai bánh dẫn hướng Trong trường hợp ô tô sáu bánh, nguyên tắc này vẫn được áp dụng để đảm bảo sự ổn định khi quay vòng.
40 hoặc nằm trên giao điểm của các trục dài của bốn bánh dẫn hướng và trường hợp ô tô có bốn bánh đều là bốn bánh dẫn hướng
Khi bánh dẫn hướng quay cùng với ngỗng quay, ngỗng nằm trong dầm cầu trước chỉ quay quanh trục mà không di chuyển vị trí Quan hệ giữa các ngỗng quay được thiết lập nhờ hình thang lái Đantô Theo lý thuyết ô tô máy kéo, góc lớn hơn góc Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo rằng hai bánh dẫn hướng quay với các góc và theo mối quan hệ không đổi, giúp điều kiện quay không bị trượt.
C O D g O g cot cot (7) Ở đây: L – Khoảng cách giữa hai cầu ô tô hay là chiều dài cơ sở của ô tô
Khoảng cách giữa tâm của các ngỗng quay (O) là giao điểm của ngỗng quay và trục của trụ đứng Phương trình (7) không tính đến độ biến dạng bên của các bánh xe Để ô tô có thể quay vòng với các bán kính khác nhau mà vẫn giữ được mối quan hệ giữa α và β như trong (7), hình thang lái Đantô cần được xác định một cách rõ ràng Mặc dù hình thang lái Đantô không hoàn toàn đáp ứng công thức (7), nhưng có thể điều chỉnh quan hệ cơ cấu hình thang lái để tạo ra sai lệch nhỏ so với mối quan hệ lý thuyết.
4.2 Thực nghiệm để xác định tải trọng tác dụng lên hệ thống lái của xe ô tô VINAXUKI Để xác định tải trọng tác dụng lên hệ thống lái của xe ô tô tôi đã tiến hành làm thực nghiệm trên xe ô tô VINAXUKI khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp (Hình 4.1) tại Tỉnh Thanh Hóa thông qua việc đo lực tác dụng lên vành tay lái
Hình 4.1: Chuẩn bị ô tô khảo nghiệm Để đo lực tác dụng lên vành tay lái tôi sử dụng những thiết bị sau:
Khảo sát ứng suất, biến dạng một số chi tiết chính của hệ thống lái trên xe ôtô VINAXUKI
4.3.1 Khảo sát ứng suất, biến dạng của cụm chi tiết cam quay – đòn ngang Để khảo sát ứng suất biến dạng cam quay – đòn ngang của hệ thống lái tôi sử dụng phần mềm Solidworks 2010
Sau đây là các bước cụ thể để tiến hành khảo sát ứng suất, biến dạng của cụm chi tiết
Khởi động Solidworks và mở file mô hình 3D để khảo sát ứng suất và biến dạng của chi tiết cam quay – đòn ngang, như được thể hiện trong hình 4.9.
Hình 4.9: Cụm chi tiết cam quay – đòn ngang
Bước tiếp theo vào Toots > SimulationXpress > Next > Add fixture (Chọn mặt cố định) > OK
Để chọn mặt và đặt lực tác dụng, bạn cần nhấp chuột vào mặt cần tác dụng, sau đó thêm lực bằng cách chọn "Add a force" Tiếp theo, nhập giá trị lực đã được tính toán ở phần trước và nhấn OK để hoàn tất.
Hình 4.10: Đặt giá trị lực đã tính toán
Bước tiếp theo tôi chọn vật liệu: Material > Choose material > Apply ta được (hình 4.11)
48 Tiếp theo tôi vào: Run > Run Simulation ta được (hình 4.12)
Tiếp theo tôi vào: Yes,continue > Showvon Misstress > Play animation ta được ứng suất (chuyển vị) của cụm chi tiết (hình 4.13)
Hình 4.13 : Chuyển vị của cụm chi tiết
Bước tiếp theo ta click chuột vào Stop animation > Show displacement
> Play animation ta được biến dạng của cụm chi tiết (hình 4.14)
Hình 4.14 : Biến dạng của cụm chi tiết 4.3.2 Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết đòn quay đứng
Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết đòn quay đứng được tiến hành theo các bước sau:
Sau khi khởi động phần mềm Solidworks 2010 ta mở file chi tiết đòn quay đứng như (hình 4.15)
Hình 4.15: Chi tiết đòn quay đứng
Bước tiếp theo vào Toots > SimulationXpress > Next > Fixtures (Chọn mặt ràng buộc) > OK > Loads > Add a force > Chọn mặt đặt lực > Material như (hình 4.16)
Hình 4.16: Mặt tác dụng lực
Sau khi xác định điểm đặt lực và vật liệu, tôi tiếp tục chọn Run > Results > Show von Mises stress > Play animation để hiển thị ứng suất tác dụng lên đòn quay đứng (hình 4.17).
Hình 4.17: Ứng suất của chi tiết
Bước tiếp theo ta click chuột vào Stop animation > Show displacement > Play animation ta được biến dạng (chuyển vị) của đòn (hình 4.18)
Hình 4.18: Chuyển vị của chi tiết
4.3.3 Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết bánh vít
Sau khi khởi động phần mềm Solidworks 2010 ta mở file chi tiết bánh vít như (hình 4.19)
Hình 4.19: Chi tiết bánh vít
Sau khi đã mở chi tiết trong thư mục ra như hình trên ta Click chuột vào: Tools > Simulation Xpress > Next > Add a flixture (Chọn mặt cố định như hình 4.20)
Hình 4.20: Chọn mặt cố định
Sau khi đã chọn mặt cố định ta chọn điểm (mặt đặt lực tác dụng)
Để thêm lực vào mô hình, chúng ta chọn các mặt bên của răng ăn khớp làm vị trí đặt lực và nhập giá trị lực đã tính ở phần trước, như minh họa trong hình 4.21.
Hình 4.21: Điểm đặt lực tác dụng
Khi đã chọn mặt tác dụng lực và giá trị lực thì ta Click chuột vào OK >
Material > Choose Material ta được (hình 4.22)
Khi đã chọn được vật liệu phù hợp ta Click chuột vào Apply
Bước tiếp theo ta chọn: Run > Change settings > Continue > Run Simulation
Bước tiếp theo ta chọn Yes,continue > Show von Mises stress > Play animation ta được ứng suất (chuyển vị) của cung răng như (hình 4.24)
Hình 4.24: Chuyển vị của chi tiết
Sau khi đã thể hiện ứng suất của chi tiết ta Click chuột vào Stop animtion > Show displacement > Play animation ta được biến dạng của cung răng như (hình 4.25)
Hình 4.25: Biến dạng của chi tiết 4.3.4 Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết trục vít
Sau khi khởi động Solidworks, mở file chi tiết mô hình 3D để khảo sát ứng suất và biến dạng của chi tiết trục vít, như thể hiện trong hình 4.26.
Hình 4.26: Chi tiết trục vít
Bước tiếp theo vào Toots > SimulationXpress > Next > Add fixture (Chọn mặt cố định) > OK
Để chọn mặt tác dụng lực, bạn cần nhấn chuột vào mặt mà bạn muốn tác động Tiếp theo, chọn "Add a force" và nhập giá trị lực đã tính toán trước đó Cuối cùng, nhấn "OK" để hoàn tất quá trình.
Hình 4.27: Đặt giá trị lực đã tính toán
8Bước tiếp theo tôi chọn vật liệu: Material > Choose material > Apply ta được (hình 4.28)
Tiếp theo tôi vào: Run > Run Simulation ta được (hình 4.29)
Tiếp theo tôi vào: Yes,continue > Showvon Misstress > Play animation ta được ứng suất của cụm chi tiết (hình 4.30)
Hình 4.30 : Ứng suất của chi tiết
Bước tiếp theo ta click chuột vào Stop animation > Show displacement
> Play animation ta được biến dạng (chuyển vị) của cụm chi tiết (hình 4.31)
Hình 4.31: Chuyển vị của chi tiết
4.3.5 Khảo sát ứng suất, biến dạng của chi tiết dầm cầu trước
Khởi động Solidworks và mở file mô hình 3D của chi tiết dầm cầu trước để tiến hành khảo sát ứng suất và biến dạng (hình 4.32).
Hình 4.32: Chi tiết dầm cầu trước
Bước tiếp theo vào Toots > SimulationXpress > Next > Add fixture (Chọn mặt cố định) > OK
Để chọn mặt tác dụng lực, bạn cần nhấp chuột vào mặt mà bạn muốn tác động Sau đó, chọn "Add a force" và nhập giá trị lực đã tính toán từ trước vào Nhấn "OK" để hoàn tất, và bạn sẽ nhận được kết quả như hình 4.33.
Hình 4.33: Đặt giá trị lực đã tính toán
Bước tiếp theo tôi chọn vật liệu: Material > Choose material > Apply ta được (hình 4.34)
Tiếp theo tôi vào: Run > Run Simulation ta được (hình 4.35)
Tiếp theo tôi vào: Yes,continue > Showvon Misstress > Play animation ta được ứng suất của cụm chi tiết (hình 4.36)
Hình 4.36: Ứng suất của chi tiết
Bước tiếp theo ta click chuột vào Stop animation > Show displacement
> Play animation ta được biến dạng (chuyển vị) của cụm chi tiết (hình 4.37)
Hình 4.37 : Chuyển vị của chi tiết
Bằng đầu đo lực tiêu chuẩn kết nối với thiết bị Spider 8 đã thực hiện đo lực tác dụng lên vành tay của hệ thống lái, cung cấp các thông số đầu vào quan trọng cho việc khảo sát ứng suất và biến dạng của các chi tiết trong hệ thống lái của xe ô tô VINAXUKI.
Qua khảo sát ứng suất và biến dạng của các chi tiết như cam quay, đòn ngang, đòn quay đứng, bánh vít, trục vít và dầm cầu trước, cho thấy rằng trong điều kiện làm việc bình thường, các chỉ số này đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép Tuy nhiên, để nâng cao độ bền cho hệ thống lái, cần cải tiến một số chi tiết, cụ thể là chế tạo thêm gân cho dầm cầu trước và tăng độ cứng cho cam quay và đòn ngang.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Kết luận
- Bằng phần mềm Solidworks 2010 tôi đã xây dựng được mô hình 3D các chi tiết của hệ thống lái trên xe ô tô VINAXUKI
- Bằng phần mềm Solidworks tôi đã lắp ráp được các chi tiết của hệ thống lái trên xe ô tô VINAXUKI
Phần mềm Cosmos Motion đã thực hiện mô phỏng động cho một số cụm của hệ thống lái trên xe ô tô VINAXUKI, giúp xác định các thông số động học của hệ thống lái một cách chính xác.
Sử dụng COSMOS XPRESS ANALYSIS WIZARD, chúng tôi đã phân tích ứng suất và biến dạng của các chi tiết quan trọng trong hệ thống lái, bao gồm cụm chi tiết cam quay, đòn ngang, đòn quay đứng, trục vít, bánh vít và dầm cầu trước.
Nghiên cứu thực nghiệm đã xác định lực tác dụng lên vành tay lái trong hệ thống lái, cung cấp tài liệu gốc cho việc mô phỏng động và phân tích ứng suất, biến dạng của các bộ phận làm việc trong cơ cấu lái.
Khuyến nghị
Các mô hình 3D và kết quả phân tích ứng suất, biến dạng từ COSMOS XPRESS ANALYSIS WIZARD có thể áp dụng để xác định các thông số động học của hệ thống lái trên một số loại xe khác như Hoa Mai và Đông Phong.
Để phân tích động lực học, ứng suất và biến dạng của các cơ cấu cũng như chi tiết trong hệ thống lái, cần sử dụng các phần mềm như Adams và Ansys nhằm so sánh hiệu quả và độ chính xác của các kết quả thu được.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1985), Thiết kế và tính toán Ô tô máy kéo, Tập III, Nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội
2 Nguyễn Hữu Cẩn và các tác giả (1998), Lý thuyết Ô tô máy kéo, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội
3 Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê
Thị Vàng (2000) Lý thuyết ô tô máy kéo, Nxb Khoa học và Kỹ thuật,
4 Nguyễn Xuân Châu, Cơ cấu lái đặc biệt cho người tàn tật, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội
5 PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu (2005), Đo lường và khảo nghiệm máy, Tập bài giảng cho cao học, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà nội
6 Nguyễn Đà Giang (2011), Khảo sát động lực học của máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo bông sen – 8, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội
7 Phạm Thượng Hàn và các tác giả (1996), Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý Tập 1, Nxb Giáo dục Hà Nội
8 Nguyễn Khắc Huân (2005), Nghiên cứu xác định ứng suất và biến dậngcủ vỏ xe khi chịu tác động va chạm bên, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội
9 Phan Đình Huấn, Tôn Thất Tài (2002), Xây dựng mô hình ba chiều và bản vẽ kỹ thuật bằng Inventor, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
10 Lương Ngọc Hoàn (2008), Nghiên cứu động lực học của tay thủy lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội
11 Nguyễn Việt Hùng, Đào Hồng Bách (2003), Hướng dẫn sử dụng
Solidwokrs trong thiết kế 3 chiều, Nxb Xây dựng, Hà Nội
12 Nguyễn Trọng Hữu (2007), Mô phỏng động trong Solidwokrs, Nxb Hồng Đức, TP Hồ Chí Minh
13 Nguyễn Trọng Hữu (2008), Thiết kế sản phẩm Solidwokrs, Nxb Thống kê,
14 Đinh Thị Hợi (2009), Nghiên cứu ứng suất biến dạngcủa tay thủy lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội
15 Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vi (1996), Thử nghiệm xe, Tài liệu dịch từ tiếng
Séc, Học viện Kỹ thuật quân sự
16 Nguyễn Hữu Lộc (2005), Sử dụng AutoCAD 2000, Nxb Tổng hợp TP Hồ
17 Nguyễn Thanh Quang (2001), Nghiên cứu động học, động lực học và độ bền hệ thống lái trên xe Mekong, Luận văn tiến sỹ, Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội
18 Ngô Xuân Quyết (2000), Cơ sở lý thuyết mỏi, Nxb Giáo dục, Hà Nội
19 Đỗ Sanh, Nghiên cứu về động học, động lực học trong đó có một phần nghiên cứu về động học quay vòng xe ở tốc độ cao
20 Nguyễn Ngọc Tân (1998), Kỹ thuật đo, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà
21 Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (1999), Nguyên lý máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
22 Nguyễn Xuân Thiện, Lê Hồng Quân, Bộ trợ lực lái thủy lực do Việt Nam chế tạo áp dụng cho xe xích T55, Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội
23 TS Nguyễn Khắc Trai, Nghiên cứu về thuyết quay vòng của hệ thống lái,
Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội
24 Lê Công Trung (1999), Đàn hồi ứng dụng, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà
25 Nguyễn Thị Tho (2010), Ứng dụng Solidwokrs và Cosmos Motion trong việc mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo bông sen – 8,
Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Nội
26 Nguyễn Mạnh Yên, Đào Tăng Kiệm, Nguyễn Xuân Thành, Ngô Đức
Tuấn (1998), Hướng dẫn sử dụng các chương trình tính kết cấu, Nxb
Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
27 B.ỉ.Pouonob và M.ỉuttepman, (1980), Sử dụng hai phương phỏp đồ thị và phương pháp đại số để nghiên cứu xác định động học hệ thống lái ,
Tài liệu dịch từ tiếng Nga
28 Lưxốp (1972, Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu xác định động học, động lực học hệ thống lái, Tài liệu dịch từ tiếng Nga
Số liệu thực nghiệm đo lực tác dụng lên vành tay lái Thời gian (s) Lực tác dung
PHỤ LỤC 2 Một số hình ảnh và tài liệu liên quan đến đề tài
Xe tải VINAXUKI loại 1240 kg
Chuẩn bị ô tô khảo nghiệm
