i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH HỘP SỐ TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY HỌC PHẦN KẾT CẤU Ô TÔ ĐẠI HỌC HUTECH (phần thi công mô hình) NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS HUỲNH QUANG THẢO Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Đức Nhã 1711251737 17DOTC2 Lê Anh Tài 1711251757 17DOTC2 Nguyễn Trần Việt Anh 1711251920 17DOTC2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2021 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH.
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong quá trình học tập môn Kết cấu ô tô, đặc biệt là phần hộp số tự động, chúng em nhận thấy giáo trình còn khô khan, gây khó khăn cho sinh viên trong việc tiếp thu kiến thức Để cải thiện tình hình, cần có giải pháp kịp thời giúp sinh viên hình dung và hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của hộp số tự động Việc thiếu cơ hội tiếp xúc thực tế với hộp số tự động càng làm cho môn học trở nên thách thức hơn.
Phương pháp giảng dạy tại trường không có nhiều đổi mới, khiến các buổi học trờ nên nhàm chán và không thể tiếp thu được nhiều thông tin
1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài Đề tài đem lại một phương pháp để giái quyết các vấn đề làm cho việc học tập học phần kết cấu ô tô trở nên sinh động hơn Đem lại nhiều hứng thú hơn so với các trang sách khô khan
Là một cách truyền tải thông tin hiệu quả đên với sinh viên
1.1.3 Thực trạng giảng dạy và học tập học phần kết cấu ô tô
Học phần kết cấu ô tô tại đại học Hutech cung cấp cho sinh viên cái nhìn tổng quan về các bộ phận cấu thành một chiếc ô tô hoàn chỉnh, bao gồm hệ thống treo, hệ thống phanh, khung gầm và động cơ.
Một trong những thách thức lớn nhất mà sinh viên gặp phải trong học phần kết cấu ô tô là bài học về hộp số tự động.
Nội dung bài học chủ yếu được truyền đạt qua chữ viết và hình ảnh 2D, dẫn đến việc sinh viên cảm thấy khô khan và khó hình dung thực tế về hộp số cũng như nguyên lý hoạt động của nó một cách đầy đủ nhất.
Giảng viên thường gặp khó khăn trong việc truyền đạt kiến thức cho sinh viên do thiếu video, hình ảnh hoặc mô hình thực tế cần thiết cho việc mô phỏng bài học.
Sinh viên cảm thấy không có hứng thú đối với môn học càng khiến cho môn học trở nên khó khăn hơn
1.1.4 Một số phương pháp nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập học phần
Một số giải pháp được áp dụng hiện nay:
+ Chạy mô phỏng bằng các phần mềm mô phỏng
+ Quan sát mô hình thực tế tại xưởng thực hành
Hình 1.1: Giảng dạy bằng trình chiếu
Hình 1.2: Giảng dạy bằng mô phỏng lại thiết bị liên quan đến bài học
Hình 1.3: Giảng dạy tại xưởng thực hành
1.1.4.1 Ưu nhược điểm đối với từng phương pháp
* Trình chiếu video Ưu điểm:
+ Tìm kiếm nguồn video đơn giản từ Internet
Giáo viên có thể nâng cao hiệu quả giảng dạy bằng cách chuẩn bị bài giảng trên máy tính và trình chiếu cho sinh viên, học sinh theo dõi dễ dàng và nhanh chóng.
Bài giảng trở nên hấp dẫn hơn nhờ vào các phần mềm hỗ trợ hình ảnh và âm thanh như PowerPoint, cho phép giảng viên sử dụng video và file âm thanh thay vì chỉ dựa vào lời nói Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian cho giảng viên mà còn mang lại lợi ích cho người học, so với phương pháp dạy truyền thống cần nhiều công đoạn chuẩn bị như sử dụng TV hay đài cassette.
Sinh viên không thể tiếp cận thực tế với hộp số thật do chỉ được mô phỏng, điều này có thể dẫn đến việc họ dễ bị sao lãng và làm việc khác trong quá trình xem video.
+ Yêu cầu cơ sở vật chất tương đối cao đối với việc trình chiếu
* Quan sát thực tế tại xưởng thực hành đại học Hutech Ưu điểm:
+ Mô hình tại xưởng là hộp số thật nên sinh viên có thể tiếp cận gần nhất với hộp số thực tế
+ Quan sát dễ dàng các chi tiết của hộp số
Do số lượng hộp số hạn chế so với số lượng sinh viên trong lớp, việc quan sát trở nên chen chúc và không đủ thời gian để mỗi sinh viên tiếp cận với hộp số.
+ Thời điểm xuống xưởng quan sát hộp số có thể trễ hơn so với bài học trên lớp dễ gây tính mất liên kết trong bài học
+ Do là mô hình tĩnh nên việc nghiên cứu hoạt động của hộp số cũng khó khăn
Nhận thấy những khó khăn và hạn chế của các phương pháp hiện tại, chúng tôi đã đề xuất một giải pháp hiệu quả bằng cách xây dựng một mô hình thu gọn, gần gũi với hộp số thực tế Phương pháp này sẽ giúp giải quyết các vấn đề tồn tại, mang lại hiệu quả cao hơn trong quá trình ứng dụng.
+ Chủ động trong thời gian quan sát mô hình
+ Nhỏ gọn nên có thể mang đến từng lớp học có học phần Kết cấu ô tô, giải quyết vấn đề khối lượng và kích cỡ của hộp số thật
Học sinh sẽ nắm vững kiến thức về hộp số thông qua việc tìm hiểu chi tiết và chức năng hoạt động của nó, từ đó có cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về hệ thống này.
Tình hình nghiên cứu
Đề án "Phân tích động học cơ cấu hành tinh kiểu Simpson trong hộp số tự động" của lớp Cơ điện tử-K53 tại Đại học Giao thông Vận tải cơ sở 2 đã cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc và các chi tiết của hộp số tự động, góp phần nâng cao hiểu biết về hệ thống truyền động này.
Đề án trình bày các so sánh giữa các cơ cấu hành tinh phổ biến trong hộp số, bao gồm cơ cấu hành tinh Wilson, Simpson và Ravigneaux Bên cạnh đó, nó cũng nêu rõ những thông số quan trọng của hộp số như tỉ số truyền, động học và động lực học của các cơ cấu này.
Luận văn "Hộp số tự động" của Khoa Cơ khí Động lực, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, tập trung vào nghiên cứu quy trình chế tạo hộp số tự động Bài viết phân tích cấu tạo của từng bộ phận trong hộp số tự động và trình bày các bước cần thiết để thiết kế hộp số này một cách hiệu quả.
Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu này là thiết kế một mô hình hộp số tự động cho ô tô nhằm hỗ trợ giảng viên và sinh viên trong học phần Kết cấu ô tô, giúp việc giảng dạy và học tập trở nên dễ dàng hơn.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng một mô hình hộp số tự động nhỏ gọn, bao gồm đầy đủ các chi tiết và chức năng của hộp số, nhằm hỗ trợ giảng viên trong việc giảng dạy học phần kết cấu ô tô, giải quyết các vấn đề khó khăn trong quá trình truyền đạt kiến thức.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là đưa ra các hướng thi công lắp đặt và chế tạo mô hình hộp số tự động
Lựa chọn các phần mềm mô phỏng, dựng hình ảnh 3D và bản vẽ chi tiết bổ trợ cho việc chế tạo hộp số
Thi công và lắp đặt hoàn chỉnh hộp số tự động phục vụ việc giảng dạy học phần kết cấu ô tô.
Phương pháp nghiên cứu
* Phương pháp thu thập thông tin
Sử dụng lý thuyết trong sách giáo khoa Kết cấu ô tô trường đại học Hutech xuất bản
Thu thập tài liệu từ google, các diễn đàn ô tô như otohui.com, xe hay
Tham khảo các luận văn, đề án tốt nghiệp đã được công cố trước đây.
Các kết quả đạt được của đề tài
Bản vẽ thi công chi tiết hộp số
Mô hình hộp số tự động
Mô phỏng được hoạt động của từng cấp số thông qua hoạt động của mô hình
Kết cấu của đề tài
Kết cấu của đề tài bao gồm 4 chương:
+ Chương 2: Tính toán , thiết kế mô hình
+ Chương 3: Thi công và lắp đặt mô hình
+ Chương 4: Đánh giá kết quả, kết luận
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
Lựa chọn các phương án thiết kế
* Mua hộp số về làm mô hình cắt Ưu điểm:
+ Do là hộp số thật nên độ chi tiết 100%, thể hiện tất cả các bộ phận của hộp số
+ Ít sai xót cũng như sai số trong quá trình chạy thử nhiệm cũng như dựng lại mô hình 3D
+ Kích thước, khối lượng lớn gây khó khăn trong quá trình di chuyển mô hình + Giá thành cao từ 20 đến 30 triệu đồng cho một hộp số hoàn chỉnh
+ Độ khó trong việc gia công mặt cắt cao đòi hỏi phải có kinh nghiệm
* Gia công các chi tiết bằng kim loại Ưu điểm:
+ Tiết kiệm chi phí hơn so với mô hình cắt
+ Có thể điều chỉnh kích thước từng chi tiết để hoàn thiện hộp số có kích thước và trọng lượng nhẹ hơn
+ Độ sai số cao trong quá trình gia công các chi tiết dẫn đến sự không ăn khớp giữa các chi tiết với nhau
+ Độ chênh lệch về trọng lượng là không đáng kể do nguyên liệu gia công là kim loại có
+ Trọng lượng nhẹ do vật liệu gia công chủ yếu là nhựa
+ Giá thành tối ưu nhất
+ Độ chi tiết, chính xác cao, ít sai số do in từ bản thiết kế 3D
+ Phải thiết kế được bản vẽ 3D từng chi tiết để chuẩn bị cho quá trình
Do tình hình dịch Covid-19 phức tạp tại TPHCM và các tỉnh thành khác, nhóm chúng tôi đã quyết định sử dụng công nghệ in 3D Phương án này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu việc di chuyển để tìm kiếm vật liệu, từ đó đảm bảo an toàn cho tất cả các thành viên trong nhóm.
Các bước để hoàn thiện mô hình
Bước 1: Lựa chọn mô hình hộp số tự động
Bước 2: Xây dựng mô hình 3D trên phần mềm Solid Work
Bước 3: Chỉnh sửa bản vẽ, tiến hành in 3D
Bước 4: Xây dựng hệ thông dẫn động, hệ thống điều khiển và hệ thống đo lường Bước 5: Lắp ráp và tiến hành chạy thử nghiệm
Bước 6: Thực nhiệm và đánh giá kết quả
Lựa chọn mô hình hộp số tự động
Nhóm em đã quyết định lựa chọn hộp số hành tinh Simpson, dựa trên thiết kế của hộp số Allison 1000 với 6 cấp số, được sản xuất bởi hãng Allison Transmission.
Loại hộp số này thường được dùng trên các xe như: Chevrolet Silverado,
Chevrolet Kodiak, Chevrolet B-series, Hummer H1, …
Hộp số này phù hợp với các yêu cầu ban đầu đặt ra là có đủ 3 cấp số tới và 1 cấp số lùi
Nhóm chúng tôi đã áp dụng bảng vẽ thiết kế cho đồ án "Thi công thiết kế mô hình hộp số tự động" nhằm phục vụ giảng dạy học phần kết cấu ô tô tại trường đại học Hutech Trong quá trình thực hiện, chúng tôi tiến hành tính toán các thông số của hộp số để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của mô hình.
Tính toán hộp số
Cơ cấu hành tinh Simpson bao gồm hai cơ cấu hành tinh cơ bản Wilson với hai bánh mặt trời cùng một trục Các phần tử M1, N1, H1, G1 (S1, R1, P1, C1) thuộc dãy hành tinh thứ nhất, trong khi M2, N2, H2, G2 (S2, R2, P2, C2) thuộc dãy hành tinh thứ hai Chúng được ghép nối với nhau theo hình vẽ.
Hình 2.2 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Simpson
Cơ cấu này bao gồm:
+ Hai bánh răng mặt trời M1 và M2 nối đồng trục với nhau
+ Hai bộ bánh răng hành tinh H1 và H2
+ Hai bộ bánh răng bao N1 và N2
+ Giá hành tinh G2 liên kết cứng với banh răng ngoại luân N1
Hình 2.3: Sơ đồ động học cơ cấu hành tinh Simpson
Bảng 2.1: Hoạt động ở từng tay số
* Tính toán tỉ số truyền của hộp số
Thông số kích thước của các bánh răng rM1 = rM2 = 35mm; rN1 = rN2 = 80mm
Các thông số trên được lấy từ công bố của nhà sản xuất
Bảng 2.2: Nguyên lí làm việc và công thức tính tỉ số truyền cơ cấu hành tinh Simpson
Thay rM1 = rM2 = 35mm; rN1 = rN2 = 80mm vào công thức trên ta có:
+ I: Tỉ số truyền + r: bán kính của từng bánh răng
Thiết kế giá đỡ
Mô hình nhỏ gọn và hoạt động với tốc độ vừa phải, vì vậy nhóm chúng em đã quyết định sử dụng sắt hốp 10x20 để thi công giá đỡ.
Giá đỡ được thiết kế với chân đế hình chữ nhật hàn bằng sắt, giúp tăng diện tích tiếp xúc với mặt đất và mang lại sự vững chắc cho cơ cấu.
Giá đỡ hộp số được hàn thẳng đứng với chân đế, mỗi đầu đều có bộ gối đỡ tích hợp ổ lăn, giúp chịu tải trọng hiệu quả và đảm bảo mô hình hoạt động một cách trơn tru.
Nhóm chúng em dựng thêm một thanh sắt ngang giữa hai giá đỡ nhằm đảm bảo giá đỡ không bị biến dạng khi đỡ mô hình hộp số
Hình 2.5: Mô phỏng 3D giá đứng đỡ hộp số
Hình 2.6: Mô phỏng khung giá đỡ hoàn chỉnh
Tính toán chọn ổ lăn
Các phần tử trong hộp số hoạt động với chuyển động quay tròn, do đó, việc thiết kế các ổ lăn là cần thiết để hỗ trợ chuyển động của các phần tử này trong hộp số.
Các bánh răng hành tình được lắp đặt ổ lăn cỡ nhỏ có kí hiệu 6900 với các thông số sau:
Bánh răng mặt bao số 3 được lắp ổ lăn cỡ lớn có kí hiệu 6920 với các thông số sau: + d = 100mm
Trục sơ cấp và thức cấp được lắp đặt ổ lăn cỡ trung có kí hiệu 6806 với các thông số như sau:
Bánh răng mặt trời số 3 được lắp đặt ở lăn cỡ trung có kí hiệu 6010 với các thông số sau:
+ Cr: Tải động cơ bản (N)
+ Cro: Tải tĩnh cơ bản (N)
2.7 Thiết kế cơ cấu phanh li hợp và đường truyền moment
Hộp số tự động sử dụng các bộ phanh như phanh dải và phanh đĩa ma sát khô hoặc ướt để điều khiển các cơ cấu hành tinh và thực hiện các tay số khác nhau Tuy nhiên, điều kiện làm việc thực tế không cho phép sử dụng các thiết bị này, do đó, nhóm chúng tôi đã tiến hành thiết kế lại một hệ thống phù hợp với điều kiện làm việc.
2.7.1 Cơ cấu phanh ly hợp
Hình 2.5: Cơ cấu phanh ly hợp sử dụng motor step
Việc điều khiển motor step là rất quan trọng để điều chỉnh hoạt động của hệ thống xilanh, giúp tạo ra chuyển động ra vào, từ đó ép các má phanh vào đĩa ly hợp.
2.7.2 Cơ cấu truyền động moment từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp
Hình 2.6: Cơ cấu truyền động moment từ trực sơ cấp sang thứ cấp
2.8 Thiết kế hệ thống dẫn động, cơ cấu nhông xích và một số linh kiện phụ trợ
Hộp số tự động hoạt động dựa trên tốc độ quay và sử dụng biến mô thủy lực để truyền công suất từ động cơ Vì không sử dụng biên mô và có cấu trúc tĩnh, việc thiết kế một hệ thống dẫn động là cần thiết để đảm bảo hộp số hoạt động hiệu quả.
2.8.1 Dẫn động bằng máy nén khí
Hình 2.7: Sơ đồ máy nén khí
Với kích thước nhỏ gọn và vận tốc hoạt động vừa phải, mô hình này không cần sử dụng máy nén khí có công suất lớn, giúp tiết kiệm chi phí và giảm thiểu lãng phí năng lượng.
Phương pháp này sử dụng máy nén khí ban đầu kết hợp với hệ thống ống hơi và động cơ cách quạt để tạo ra chuyển động cho hộp số.
Cơ cấu này bao gồm:
2.8.2 Sử dụng động cơ xe máy Đây là phương án có thể điều khiển tốc độ biến mô một cạc linh hoạt nhưng có nhược điểm là:
+ Việc điều khiển khó khăn do phải lắp thêm bình xăng và một số thiết bị khác đồng thời còn liên quan đến vấn đề tiếng ồn môi trường
Hình 2.8: Sơ đồ lắp đặt động cơ xe máy
Phương án dẫn động này sử dụng một động cơ xe máy kết hợp với bình nhiên liệu, giúp truyền động cho hộp số thông qua hệ thống bánh răng và xích tải.
Phương án này bao gồm:
2.8.3 Sử dụng máy cắt kim loại
Hình 2.9: Sơ đồ lắp đặt máy cắt kim loại
Phương án này tiếu tốn nhiều kinh phí do giá thành máy cắt kim loại rất cao, và không thể linh hoạt điều chỉnh tốc độ vòng quay
Phương án sử dụng máy cắt kim loại kết hợp với bộ biến áp và động cơ khí nén nhằm tạo ra mô men, giúp truyền động hiệu quả cho hộp số.
Phương án này bao gồm
Hình 2.9: Sơ đồ lắp đặt motor điện
Sử dụng một motor điện 12V cấp nguồn bằng một mạch nguồn biến áp 12VDC truyền chuyển động quay cho hộp số thông qua bộ bánh răng và xích tải
Phương án sử dụng motor điện là phù hợp nhất với yêu cầu đặt ra:
+ Nhỏ, gọn không gây nặng nề
+ Có thể hiệu chỉnh tốc độ vòng quay
Hệ thống này bao gồm:
=> Nhận thấy phương án sử dụng motor điện là đáp ứng được các nhu cầu đề ra nên nhóm em sử dụng phương án trên để tiến hành
2.8.5 Cơ cấu nhông xích dẫn động và một số linh kiện phụ trợ
Mục đích sử dụng các thành phần này là để truyền động từ motor lên hộp số tự động, giúp mô hình hộp số hoạt động đồng bộ với motor.
2.8.6 Một số linh kiện phụ trợ
Hình 2.13: Vích me T8 kèm đai ốc
Hình 2.14: Nhôm định hình 2020 EU
Hình 2.16: Áo thẻ nhớ Micro SD
Các phần tử trên được sử dụng vào việt thiết kế mô hình hộp số tự động với các mục đích như sau:
+ Làm giá đỡ gắn motor
+ Làm pad kẹp các đĩa ma sát và đĩa ép với nhau
+ Kết nối bộ nhớ cho Arduino
Và một số tác vụ như: kết nối các thành phần gia cố, làm giá đỡ các thiết bị điện, thiết bị điều khiển
2.9 Xây dựng hệ thống điện và điều khiển Để có thể đóng mở cơ cấu phanh ly hợp, truyền công suất từ trực sơ cấp sang thứ cấp và truyền chuyển động từ hệ thống dẫn động vào hộp số cần phải xây dựng một hệ thống điền điều khiển các linh kiện thực hiện các tác vụ trên
Các phần tử của hệ thống điện và hệ thống điều khiển và hệ thống dẫn động bao gồm những phần tử sau đây:
+ Nam châm điện lực hút 5N
Và một số dây điện nối dài và đinh vít khác
Sơ đồ khối điều khiển của Arduino
Arduino Uno R3 Driver mở rộng
Nam châm điện Motor Step
Sau khi Arduino và Driver mở rộng nhận tín hiệu từ nguồn phát, chúng sẽ điều khiển nam châm điện và motor để thực hiện các tác vụ như đóng bộ phanh li hợp và truyền moment từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp Arduino phát tín hiệu nhờ vào một trình điều khiển, với dữ liệu được nạp vào mạch thông qua thẻ nhớ SD.
2.9.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp đầu rà 12V,5A có bảo vệ dòng
Dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn, chúng ta sẽ chọn phương pháp thiết kế phù hợp cho từng khối của bộ nguồn, từ đó xây dựng sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn một cách hiệu quả.
Biến áp được sử dụng với nguồn điện lưới 220V 50HZ, có điện áp ra là 12V DC với dòng điện 5A và công suất tối đa 60W Do đó, cần chọn một biến áp có điện áp vào 220V và điện áp ra 15V với dòng 5A.
Mạch chỉnh lưu vào bộ nguồn:
Bộ chỉnh lưu cầu được lựa chọn do những ưu điểm nổi bật như điện áp ra ổn định ít bị nhấp nháy và điện áp ngược mà diode phải chịu thấp hơn so với phương pháp cân bằng.
+Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch Ur thu được khối chỉnh lưu thành điện áp một chiều ít nhấp nhô hơn
Phương pháp lọc bằng tụ điện được lựa chọn cho khối nguồn nhờ vào tính đơn giản và chất lượng lọc cao của nó.
Thiết kế hệ thống dẫn động
Hộp số tự động hoạt động dựa trên tốc độ quay và sử dụng biến mô thủy lực để truyền công suất từ động cơ Vì không áp dụng biên mô và mô hình tĩnh, việc thiết kế một hệ thống dẫn động là cần thiết để đảm bảo hộp số hoạt động hiệu quả.
2.8.1 Dẫn động bằng máy nén khí
Hình 2.7: Sơ đồ máy nén khí
Mô hình này có kích thước nhỏ gọn và hoạt động với vận tốc vừa phải, do đó việc sử dụng máy nén khí không chỉ tốn kém mà còn thừa công suất cần thiết.
Phương pháp này sử dụng máy nén khí để tạo ra chuyển động cho hộp số thông qua hệ thống ống hơi và động cơ cách quạt.
Cơ cấu này bao gồm:
2.8.2 Sử dụng động cơ xe máy Đây là phương án có thể điều khiển tốc độ biến mô một cạc linh hoạt nhưng có nhược điểm là:
+ Việc điều khiển khó khăn do phải lắp thêm bình xăng và một số thiết bị khác đồng thời còn liên quan đến vấn đề tiếng ồn môi trường
Hình 2.8: Sơ đồ lắp đặt động cơ xe máy
Phương án dẫn động này sử dụng động cơ xe máy kết hợp với bình nhiên liệu, nhằm truyền động cho hộp số thông qua hệ thống bánh răng và xích tải.
Phương án này bao gồm:
2.8.3 Sử dụng máy cắt kim loại
Hình 2.9: Sơ đồ lắp đặt máy cắt kim loại
Phương án này tiếu tốn nhiều kinh phí do giá thành máy cắt kim loại rất cao, và không thể linh hoạt điều chỉnh tốc độ vòng quay
Phương án sử dụng máy cắt kim loại kết hợp với bộ biến áp và động cơ khí nén nhằm tạo ra mô men xoắn, từ đó truyền động hiệu quả đến hộp số.
Phương án này bao gồm
Hình 2.9: Sơ đồ lắp đặt motor điện
Sử dụng một motor điện 12V cấp nguồn bằng một mạch nguồn biến áp 12VDC truyền chuyển động quay cho hộp số thông qua bộ bánh răng và xích tải
Phương án sử dụng motor điện là phù hợp nhất với yêu cầu đặt ra:
+ Nhỏ, gọn không gây nặng nề
+ Có thể hiệu chỉnh tốc độ vòng quay
Hệ thống này bao gồm:
=> Nhận thấy phương án sử dụng motor điện là đáp ứng được các nhu cầu đề ra nên nhóm em sử dụng phương án trên để tiến hành
2.8.5 Cơ cấu nhông xích dẫn động và một số linh kiện phụ trợ
Mục đích của các thành phần này là truyền động từ motor đến hộp số tự động, giúp mô hình hộp số hoạt động theo sự điều khiển của motor.
2.8.6 Một số linh kiện phụ trợ
Hình 2.13: Vích me T8 kèm đai ốc
Hình 2.14: Nhôm định hình 2020 EU
Hình 2.16: Áo thẻ nhớ Micro SD
Các phần tử trên được sử dụng vào việt thiết kế mô hình hộp số tự động với các mục đích như sau:
+ Làm giá đỡ gắn motor
+ Làm pad kẹp các đĩa ma sát và đĩa ép với nhau
+ Kết nối bộ nhớ cho Arduino
Và một số tác vụ như: kết nối các thành phần gia cố, làm giá đỡ các thiết bị điện, thiết bị điều khiển
Xây dựng hệ thống điện và điều khiển
Để điều khiển cơ cấu phanh ly hợp, cần thiết lập một hệ thống điều khiển giúp truyền công suất từ trực sơ cấp sang thứ cấp và chuyển động từ hệ thống dẫn động vào hộp số.
Các phần tử của hệ thống điện và hệ thống điều khiển và hệ thống dẫn động bao gồm những phần tử sau đây:
+ Nam châm điện lực hút 5N
Và một số dây điện nối dài và đinh vít khác
Sơ đồ khối điều khiển của Arduino
Arduino Uno R3 Driver mở rộng
Nam châm điện Motor Step
Sau khi nhận tín hiệu từ nguồn phát, Arduino và Driver mở rộng sẽ điều khiển nam châm điện và motor để thực hiện các tác vụ như đóng bộ phanh ly hợp và truyền moment từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp Arduino phát tín hiệu nhờ vào một trình điều khiển được nạp dữ liệu từ thẻ nhớ SD.
2.9.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp đầu rà 12V,5A có bảo vệ dòng
Dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn, chúng ta tiến hành lựa chọn phương pháp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn, từ đó xây dựng sơ đồ nguyên lý cho bộ nguồn.
Biến áp được sử dụng với nguồn điện 220V 50HZ, có điện áp ra 12V DC với dòng điện 5A và công suất tối đa 60W Do đó, cần chọn biến áp có điện áp vào 220V và điện áp ra 15V với dòng 5A.
Mạch chỉnh lưu vào bộ nguồn:
Với những lợi ích vượt trội của mạch chỉnh lưu như điện áp ra ổn định và ít nhấp nháy, cùng với việc điện áp ngược mà diode phải chịu thấp hơn so với phương pháp cân bằng, bộ chỉnh lưu cầu trở thành lựa chọn tối ưu.
+Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch Ur thu được khối chỉnh lưu thành điện áp một chiều ít nhấp nhô hơn
Phương pháp lọc bằng tụ điện được ưa chuộng cho khối nguồn nhờ vào tính đơn giản và khả năng lọc chất lượng cao.
Khối bảo vệ dòng có chức năng bảo vệ mạch điện khi dòng vào tăng cao Để thực hiện điều này, chúng ta sử dụng các đặc tính của thyristor, transistor và diode để thiết kế các khối bảo vệ dòng hiệu quả.
Để thiết kế mạch ổn áp với điện áp ra 12V-5A, chúng ta sử dụng IC ổn áp LM 7812, một linh kiện phổ biến LM 7812 yêu cầu điện áp vào trong khoảng 14,5V - 27V và cung cấp điện áp ra 12V với dòng ra từ 5.0 mA đến 1.0A Để đáp ứng nhu cầu dòng điện lớn hơn, cần sử dụng thêm một transistor công suất.
Hình 2.17: Sơ đồ khối mạch nguồn
* Các tiêu chuẩn của khối nguồn bao gồm: Điện áp: 220V/15V -5A AC-50HZ Điện áp ra 12V DC
Dòng điện áp ra tải 5A
Một số đặc điểm cơ bản thông số kĩ thuật của ICLM7812 như sau:
+ Vin = 35V +Vout V + Isc =0.23A + Iout max + 5.0mA UET2 > UBT2
Transistor T2 hoạt động khi có dòng vào kích thích thrysistor, dòng này đi qua R2 và thrysistor trước khi về chân mass Đồng thời, transistor T1 bị khóa, dẫn đến việc không có dòng điện cung cấp cho các linh kiện bảo vệ và tải phía sau khối bảo vệ.
U1 - 𝑈 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 = 𝑈 𝐸𝑇2 U1 - 𝑈 𝑅3 = U1 - 𝑈 𝑡ả𝑖 R3= 𝑈 𝐵𝑇2 + Để transistor T2 thông thì 𝑈 𝐸𝑇2 > 𝑈 𝐵𝑇2 + Vậy 𝐼 𝑡ả𝑖 R3 > 0.7V
Ta chọn R3 = 0.1 Ω , công suất trở là P = 𝐼 2 R -> 𝑃 𝑅3 =2.5W
Chọn trở phân áp R4=R5300 Ω Khối điện áp lấy ra :
Hình 2.22: Khối điện áp lấy ra
Để đáp ứng dòng ra 5A, cần sử dụng một transistor có khả năng chịu dòng lớn hơn hoặc bằng 5A; trong trường hợp này, transistor công suất Tip42C được chọn để kéo dòng Điều này là cần thiết vì dòng ra tối đa của LM7812 chỉ đạt 1A.
Do có thêm tản nhiệt IC có khả năng cho ra dòng ra là 1.5A
Dòng IC qua transistor T3 là 3.5 A
Sụp áp trên transistor Tip42C khi hoạt động là U=3.1V
Dùng LED 2 để báo hiệu điện áp đầu ra
Arduino là nền tảng mã nguồn mở lý tưởng cho việc phát triển các ứng dụng điện tử tương tác, cho phép kết nối giữa các thiết bị và môi trường xung quanh Phần cứng của Arduino bao gồm một board mạch vi điều khiển có khả năng lập trình, giúp người dùng dễ dàng tạo ra các dự án sáng tạo.
Nói tới ứng dụng của Arduino phải kể tới một số lĩnh vực như sau:
Arduino là nền tảng lý tưởng để xây dựng robot với khả năng đọc các thiết bị cảm biến và điều khiển động cơ Nhờ vào Arduino, bộ xử lý trung tâm có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau thông qua các loại robot đa dạng.
+ Game tương tác: Arduino sử dụng để tương tác với màn hình, Joystick, khi chơi game như phá gạch, Mario, Tetris,
+ Máy bay không có người lái
+ Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, hiệu ứng đèn led nhấp nháy
+ Thiết kế đàn bằng ánh sáng
+ Arduno uno R3: là vi xử lí chính trong việc điều khiển các motor step, điều khiển tốc độ quay của motor
* Driver Arduino mở rộng nano V3
Hình 2.24: Driver Arduino mở rộng nano V3
Driver arduino mở rộng nano V3.0 là bord mở rộng điều khiển các motor step điều khiển các hệ thống phanh đĩa li hợp
Hình 2.25: Motor Step Động cơ motorstep, điều khiển cơ cấu ép má phanh li hợp
* Nam châm điện lực hút 5N
Các nam châm điện, đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn động moment truyền từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp
THI CÔNG, LẮP ĐẶT VÀ THỰC NGHIỆM
Lựa chọn phương án thi công
3.1.1 In một khối sau đó tách ra từng chi tiết
Phương án thi công này bao gồm việc tách rời các phần tử liên kết, sau đó in thành một khối lớn trước khi tách ra từng chi tiết nhỏ Để thực hiện phương án này, cần sử dụng máy in 3D khổ lớn và yêu cầu nhiều nguyên liệu hơn.
Sau quá trình in buộc phải bóc tách các phần tử trong khối ra do chúng liên kết cứng không thể chuyển động được
Tiêu tốn nhiều chi phí hơn vì sử dụng máy in3D khổ lớn hơn, tốn nhiều thời gian hơn, tốn nhiều nguyên liệu hơn
Chi phí bị tăng lên rất nhiều do có thêm công đoạn bóc tách cách phần tử sau đó kết nối chúng lại
3.1.2 In từng chi tiết sau đó lắp ghép
Phương án này giúp tiết kiệm chi phí đáng kể nhờ vào việc sử dụng các chi tiết in có kích thước từ vừa đến nhỏ, do đó không cần thiết phải sử dụng máy in 3D khổ lớn.
Bỏ qua bước bóc tách các phần tử giúp tiết kiệm thời gian đáng kể Việc kiểm soát độ sai số của các chi tiết đảm bảo quá trình lắp ráp sau in diễn ra thuận lợi và nhanh chóng hơn.
Thời gian in các chi tiết là không dài vì vậy có thể hạ thấp chi phí bỏ ra
Phương án 2 được đánh giá là tối ưu hơn so với phương án 1, vì vậy nhóm chúng tôi đã quyết định chọn phương án in từng chi tiết và sau đó lắp ghép lại để thực hiện mô hình hộp số.
Chuẩn bị vật tư, thiết bị
3.2.1 Chuẩn bị máy in Để tiến hành quá trình thi công sản phẩm nhóm chúng em sử dụng những loại máy in sau đây:
+ Máy in 3D Creality 3D Ender-3 V-slot Prusa I3 Diy kích thước in 220x220x250mm + Máy in 3D Creality 3D Cr-10S Pro Diy kích thước in 300x300x400mm
Hình 3.1: Máy in 3D Creality 3D Ender-3 V-slot Prusa I3 Diy
Hình 3.2: Máy in 3D Creality 3D Cr-10S Pro Diy
3.2.2 Lựa chọn vật liệu in
Nhóm chúng em lựa chọn vật liệu in là nhựa PLA bới vì đặc tính có nhiều điểm nổi trội so với các loại nhựa khác
* Một số đặc tính của nhựa PLA:
+ PLA là một loại nhựa nhiệt dẻo Vì vậy nó có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 190 o C –220 o C
+ Cũng giống với các loại nhựa nhựa in khác PLA có khả năng sử dụng tốt cho mọi loại máy in
+ Vật liệu in 3D này cũng có độ đàn hồi khá tốt Ngoài ra nó còn có tính mềm, dẻo vượt trội
+ Màu sắc in của vật liệu này đa dạng Khách hàng có thể tùy ý lựa chọn sao cho phù hợp
Vật liệu này có khả năng lặp lại quá trình chảy mềm dưới tác dụng nhiệt và trở nên rắn khi nguội, mà không thay đổi tính chất hóa học Nhờ đặc tính này, nó có thể tái sinh nhiều lần, cho phép tái chế các phế phẩm phát sinh trong quá trình sản xuất.
Chúng em đã chọn nhựa PLA vì đây là một loại phế phẩm có khả năng tái sử dụng, góp phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.
Nhóm chúng em chọn in với kích thước 1:1 so với bảng vẽ 3D Đường kính sợi 0.2mm, độ rỗng khối giảm còn 10%
3.2.3 Chuẩn bị một số ổ lăn
Cần chuẩn bị một số ổ lăn với các mã số sau để quá trình thi công và lắp đặt được diễn ra liên tục:
+ Bạc đạn mã 6900 số lượng 9 cái
+ Bạc đạn mã 6010 số lượng 1 cái
+ Bạc đạn mã 6806 số lượng 2 cái
+ Bạc đạn mã 6920 số lượng 1 cái
Quá trình thi công và lắp ráp mô hình
Quá trình in với tỉ lệ 1:1 tiêu tốn nhiều thời gian và nguyên vật liệu, trung bình mỗi chi tiết nhỏ mất từ 1 đến 1.5 giờ, trong khi các chi tiết lớn như bánh răng bao cần từ 3 đến 5 giờ Thêm vào đó, tình hình dịch bệnh phức tạp đã gây khó khăn trong việc nhập nguyên liệu do gián đoạn vận chuyển và hạn chế đi lại, khiến cho thời gian in kéo dài hơn dự kiến.
Hình 3.7: Bản vẽ 3D các chi tiết cần in
Hình 3.8: In bánh răng bao số 3
Hình 3.9: Quá trình in bánh răng bao số 2
Hình 3.10: In các bánh răng hành tinh
Sau khi hoàn thiện việc in các bánh răng hành tinh và thử nghiệm các ổ lăn để kiểm tra độ sai số, cần đảm bảo rằng các bánh răng hành tinh đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng.
+ Bánh răng phải ăn khớp tất cả các răng
+ Khe hở bánh răng cho phép bé hơn hoặc bằng 0.5mm
+ Các ổ lăn phải ôm sát rãnh đã thiết kế, không được xê dịch
+ Khi lắp các ổ lăn phải vừa với mẫu in đầu tiên không được phép khoét rộng lỗ lắp ô lăn
Hình 3.11: Bánh răng bao số 2 hoàn chỉnh
Hình 3.12: Bánh răng mặt trời số 1 và 2 gắn liền với trục thứ cấp
Hình 3.13: Bánh răng mặt trời số 3
Hình 3.14: Các đĩa ép và đĩa ma sát
Hình 3.15: Bánh răng bao số 3
Hình 3.16: Cần dẫn liên kết với các bánh răng hình tinh
Sau khi hoàn thiện và kiểm tra kỹ lưỡng các chi tiết để đảm bảo chúng đạt yêu cầu, nhóm chúng em tiến hành lắp ráp các bộ phận lại với nhau.
Hình 3.17: Lắp ráp ở trục thứ cấp
Lắp ráp các bộ phận ở trực thứ cấp bao gồm các bộ phận như: bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời số 1 số 2 và số 3
Các bánh răng hành tinh được gá lên các trục đỡ để ăn khớp với bánh răng mặt trời số 2
Các phần tử chuyển động xoay tròn được lắp các ổ lăn đã chọn trước đó
Hình 3.18: Lắp ráp bánh răng hành tinh với bánh răng bao số 2
Hình 3.19: Lắp ráp trục thứ cấp
Trục thứ cấp được lắp thêm các miếng sắt với tác dụng đóng mở đường truyền công suất thông qua nam châm điện
Các miếng sắt được gắn vào cơ cấu bằng đinh vít, nơi nhận truyền động từ motor điện Việc lắp ráp cần phải chắc chắn để đảm bảo hoạt động trơn tru và bền bỉ trong thời gian dài.
Hình 3.20: Gá lên giá đỡ kiểm tra
Sau khi hoàn tất lắp ráp sơ bộ các chi tiết trong hộp số, nhóm em đã đặt mô hình lên giá đỡ để kiểm tra độ võng và xác định độ chính xác của các gối đỡ đã được thiết kế.
Quá trình kiểm tra gặp khó khăn do mô hình bị võng xuống nhiều, tuy nhiên, các gối đỡ hộp số vẫn được lắp đặt đúng tại các vị trí đã dự kiến ban đầu.
* Khắc phục hiện tượng võng mô hình
Mô hình hộp số đã bị võng xuống đáng kể ở vị trí gần đầu ra Để khắc phục tình trạng này, nhóm chúng em đã quyết định sử dụng các bánh xe Vslot để hỗ trợ mô hình, đặc biệt là ở vị trí bánh răng bao số một ở mặt dưới và cạnh của bánh răng.
Hình 3.21: Lắp đặt các bánh xe Vslot đỡ mô hình
53 Để có thể đỡ được mô hình lên nhóm quyết định hàn thêm một đoạn sắt hộp 10x20mm lên thanh sắt gia cố giá đỡ để làm trụ đỡ
Các bánh xe được lắp vào một miếng sắt phẳng, cho phép hai bánh xe tiếp xúc với mặt dưới và cạnh của bánh răng số 1.
Bản lề và trụ đỡ được liên kết với nhau bằng đinh tán xiết chặt
* Lựa chọn các phương án cắt vỏ hộp số
Phương án 1: Cắt 1/4 vỏ hộp số
+ Phương án này tốn thêm nhiều kinh phí do phải tốn thêm nhiều nguyên liệu để có thể in được vỏ hộp số
Việc quan sát hoạt động của bánh răng và hệ thống phanh trong các bài học sau này gặp khó khăn do phần thể hiện ra bên ngoài không nhiều.
Phương án 2: Cắt 3/4 vỏ hộp số
Phương án này không chỉ giúp tiết kiệm kinh phí mà còn tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu in, đồng thời làm nổi bật các phần tử bên trong của hộp số.
+ Tuy nhiên, do phần tiếp xúc với các đĩa phanh quá ít nên có thể mô hình sẽ bị võng do không đủ lực nâng phụ
+ Diện tích tiếp xúc ít cũng dễ mau hư hỏng do quán tính quay của các đĩa ma sát khá lớn
Phương án 3: Cắt 1/2 vỏ hộp số
+ Phương án này khá khả quan do kinh phí in vừa phải
+ Phần thể hiện các bánh răng và đĩa ma sát đủ để sinh viên có thể quan sát một cách cụ thể và rõ ràng nhất
+ Phần tiếp xúc với các đĩa phanh đủ để có thể chịu được lực quán tính của chúng cũng những làm giá đỡ phụ mô hình hộp số
Nhận thấy phương án 3 có nhiều ưu điểm và phù hợp nên nhóm chúng em quyết định chọn phương án 3 để tiến hành thi công
Để đảm bảo vỏ hộp số được cố định chắc chắn trên mô hình, nhóm em đã thiết kế một giá đỡ được in liền với vỏ hộp số.
Giá được cố định bằng hai miếng sắt mỏng hàn với thanh gia cố và lắp lại bằng đinh tán Chúng tôi đã khoét một rãnh dài khoảng 5cm trên hai miếng sắt với chiều rộng đủ để bắt đinh tán Mục đích của việc này là để điều chỉnh độ ôm sát của vỏ hộp số với mô hình, vì các đĩa ma sát có thể bị ăn mòn do tiếp xúc với vỏ hộp số, dẫn đến sự tăng lên của độ hở giữa chúng và gây ra sự lỏng lẻo trong cơ cấu.
Hình 3.23: Vị trí cố định vỏ mô hình hộp số
Sau khi kiểm tra kỹ lưỡng các chi tiết để đảm bảo chúng ăn khớp, độ võng của mô hình đã được xử lý Nhóm tiến hành xiết chặt các chi tiết cố định nhằm hoàn thiện mô hình cơ khí.
Hình 3.24: Xiết cứng các chi tiết và kiểm tra lần cuối
* Thi công phần điện và điều khiển
Do dịch bệnh bùng phát trên toàn quốc, nhóm em không thể hoàn thiện phần điện và điều khiển của mô hình Việc tìm mua linh kiện gặp khó khăn vì không thể di chuyển, và các đơn vị vận chuyển cũng đã ngừng hoạt động, dẫn đến việc tiến hành dự án bị tạm dừng.
Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng
Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng mô hình hộp số tự động phục vụ công tác giảng dạy bao gồm những công việc sau đây:
+ Kiểm tra độ ăn khớp giữa các chi tiết
+ Kiểm tra độ rơ của các ổ bi
+ Kiểm tra độ ăn mòn của các đĩa ép và đĩa ma sát
+ Kiểm tra độ võng của mô hình hộp số
+ Xiết chặt các chi tiết liên kết bằng đinh tán
Việc kiểm tra và bảo dưỡng mô hình là rất quan trọng để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả và gần gũi với thực tế trong quá trình giảng dạy Cần thường xuyên tra dầu bôi trơn cho các ổ bi và kiểm tra độ mòn của bánh răng cũng như độ võng của mô hình Những biện pháp này giúp phát hiện kịp thời vấn đề, ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng và bảo vệ sự bền bỉ của mô hình.
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
Các kết quả đạt được
Đã tính toán được các thông số của mô hình để tiến hành thi công
Lựa chọn được các vật tự, nguyên liệu phù hợp với mô hình
Hoàn thiện thiết kế giá đỡ, hệ thống truyền động
Thi công và lắp đặt hoàn chỉnh mô hình cơ khí của hộp số tự động.
Đánh giá kết quả
Hoàn thành được các yêu cầu đề ra ban đầu Tuy nhiên còn một số điểm hạn chế và chưa hoàn thành như:
+ Chưa thi công lắp đặt và hoàn thiện được hệ thống điện và điều khiển của mô hình
Trong quá trình thi công, việc chọn vật liệu vẫn còn nhiều hạn chế, dẫn đến nhiều sai sót xảy ra và ảnh hưởng đến tiến độ ban đầu.
Hướng phát triển đề tài
Sau thời gian giãn cách xã hội, chúng tôi đã hoàn thiện phần điện và điều khiển cho mô hình Thiết kế hệ thống sang số được tối ưu hóa, sử dụng tốc độ vòng quay thứ cấp đạt 100% so với hộp số thật, đồng thời loại bỏ hệ thống sang số bằng nút bấm.
Kết luận 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Việc thi công và chế tạo mô hình hộp số tự động sẽ cung cấp cho giảng viên một công cụ hỗ trợ trong quá trình giảng dạy, giúp tăng cường sự hứng thú của sinh viên trong học tập và giải quyết hiệu quả một số vấn đề phát sinh trong quá trình giảng dạy.
[1] Luận văn tốt nghiệp đề tài “ Thi công và thiết kế hộp số tự động” của lớp CKOTO- K10 Đại học sư phạm kĩ thuật Vinh công bố năm 2016
[2] SGK Kết cấu ô tô Đạt học Hutech
[3] Hướng dẫn thiết kế ô tô, Lê Văn Tụy, Nhà xuất bản Đà Nẵng, năm 2006
[4] Cấu tạo hệ thống truyền lực ô tô con, Nguyễn Khắc Trai, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội, năm 1999
