MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU II CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 1 1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 1 1.1.1. Công dụng 1 1.1.2. Phân loại 2 1.1.3. Yêu cầu 2 1.2. Các hệ thống có trợ lực lái 5 1.2.1. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực 6 1.2.2. Hệ thống lái trợ lực điện 8 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, LẮP RÁP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI BẰNG PHẦN MỀM INVENTOR 12 2.1. Giới thiệu về phần mềm Inventor 2019 12 2.1.1. Các tiện ích của Inventor 12 2.1.2. Giao diện người dùng 13 2.1.3. Các thanh lệnh sau khi khởi động 3 2.1.4. Khởi động môi trường vẽ phác thảo và tạo chi tiết 3 2.2. Sử dụng phần mềm Inventor thiết kế các chi tiết 11 2.2.1. Thiết kế thanh răng bằng phần mềm Inventor 11 2.2.2. Thiết kế mô tơ trợ lực bằng phần mềm Inventor 15 2.3. Sử dụng Autodest Inventor tính bền một số chi tiết 19 2.3.1. Các bước tính bền trong Inventor 19 3.3.2. Tính bền bánh răng 19 2.4. Lắp ráp các chi tiết 20 2.5. Mô phỏng chuyển động hệ thống lái 24 KẾT LUẬN 27
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ
Công dụng, phân loại, yêu cầu
Hệ thống lái ô tô giúp duy trì hoặc điều chỉnh hướng di chuyển khi cần thiết Việc thay đổi hướng chuyển động có thể được thực hiện thông qua các cơ chế điều khiển chính xác.
+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng
+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động.
+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên.
Hệ thống lái có nhiều loại, thông thường bao gồm các bộ phận chính như:
- Vành lái: là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp của người điều khiển
- Cơ cấu lái: là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảm nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái
Dẫn động lái bao gồm các thành phần như đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang lái và đòn quay ngang, có nhiệm vụ kết nối cơ cấu lái với bánh xe và dẫn động cho bánh xe dẫn hướng.
Trợ lực lái là tính năng giúp giảm bớt lực quay vòng của người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngoài, có thể có hoặc không trên xe Tính năng này thường được áp dụng cho các loại xe có tải trọng vừa và lớn.
Tuỳ thuộc yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại sau:
Theo cách bố trí vành lái
Hệ thống lái với vành lái bên trái được áp dụng cho ô tô tại các quốc gia có luật giao thông đi bên phải, như Việt Nam và một số nước khác.
Hệ thống lái với vành lái bên phải được sử dụng trên ô tô ở các quốc gia có luật giao thông đi bên trái, như Anh, Nhật Bản và Thụy Điển.
Theo số lượng cầu dẫn hướng
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
Theo kết cấu của cơ cấu lái
- Cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít.
- Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng.
- Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn.
- Cơ cấu lái loại trục vít – chốt quay.
- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng).
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ – thanh răng.
Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hoá
- Hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực.
- Hệ thống lái có trợ lực khí nén.
- Hệ thống lái có trợ lực liên hợp.
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
Hành trình tự do của vô lăng là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian Khe hở này tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ, không vượt quá 15 độ khi có trợ lực và không quá 5 độ khi không có trợ lực.
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một khoảng thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
Đảm bảo động học quay vòng chính xác là rất quan trọng để ngăn chặn tình trạng trượt lê của bánh xe, từ đó giúp giảm thiểu mòn lốp, tiết kiệm năng lượng và tăng cường tính ổn định cho xe.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp chướng ngại vật.
Điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện là yếu tố quan trọng trong việc sử dụng vô lăng, với lực điều khiển lớn nhất (Plmax) được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn ngành.
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
Để đảm bảo cảm giác lái chính xác, cần duy trì tỷ lệ hợp lý giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay của bánh xe dẫn hướng, đồng thời đảm bảo sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và bánh xe dẫn hướng.
1.2 Tính dẫn của ô tô hướng
Tính dẫn hướng của ô tô là khả năng duy trì hướng di chuyển theo góc quay của vô lăng dưới tác động của các lực và mômen bên ngoài Khi xe thực hiện quay vòng, hệ thống lái cần đảm bảo động lực cho cả chuyển động và quay vòng, cho phép người lái điều khiển vô lăng để bánh xe dẫn hướng quay theo một góc nhất định.
Quỹ đạo chuyển động của ô tô phụ thuộc vào tính dẫn hướng và mối quan hệ giữa bánh xe với nền đường Sự chuyển động trên các loại đường khác nhau, cùng với việc sử dụng lốp đàn hồi, ảnh hưởng đến khả năng điều khiển và độ ổn định của xe Khi xe chuyển động, bánh xe sẽ xuất hiện góc lăn lệch do chịu lực kéo và lực bên, gây ra biến dạng bên của lốp Biến dạng này làm sai lệch quỹ đạo di chuyển của ô tô Để khắc phục hiện tượng này, hệ thống lái cần được trang bị cơ cấu bù đắp sự biến dạng của lốp.
Hình 1.2: Biến dạng của lốp
Hệ thống lái trên ôtô có đặc điểm khác biệt so với hệ thống chuyển động thẳng, chủ yếu nhờ vào mômen trả lái M Mômen này xuất hiện do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt là góc Caster Khi ôtô quay vòng, lực ngang tác động lên lốp cao su, gây ra sự biến dạng đàn hồi, từ đó tạo ra mômen giúp lốp trở về trạng thái ổn định.
Để nâng cao tính an toàn trong chuyển động, việc tăng diện tích tiếp xúc của lốp với mặt đường và giảm áp suất lốp là cần thiết Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc người lái phải sử dụng lực lớn hơn để đánh lái Để giảm cường độ lao động cho người lái và cải thiện tính an toàn cho hệ thống điều khiển, hầu hết các xe ô tô hiện đại đều được trang bị hệ thống trợ lực lái.
Các hệ thống có trợ lực lái
Để nâng cao an toàn và giảm bớt gánh nặng lao động cho người lái, hầu hết các loại xe ô tô hiện nay đều được trang bị hệ thống trợ lực lái.
Người điều khiển Hệ thống lái Bánh xe
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực
Yêu cầu đặt ra đối với trợ lực là:
+ Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được.
Trợ lực lái cần duy trì cảm giác về sức cản của mặt đường khi xe quay vòng, với khả năng tăng cường trợ lực khi mô men cản quay vòng lớn và giảm trợ lực khi xe di chuyển ở tốc độ cao.
Hệ thống lái trợ lực trên xe hiện đại có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thủy lực, trợ lực điện.
1.3.1 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Hệ thống lái trợ lực thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất dầu, hỗ trợ việc xoay bánh xe dẫn hướng và điều khiển hướng di chuyển của ô tô Khi người lái xoay vô lăng, một van điều khiển sẽ kích hoạt dòng dầu, giúp quá trình lái xe trở nên nhẹ nhàng và dễ dàng hơn.
Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm dầu trợ lực (bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanh lực.
Ưu nhược điểm của hệ thống:
Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ta thấy hệ thống có các ưu điểm, nhược điểm là như sau:
Hệ thống lái trợ lực thủy lực giúp người lái điều khiển xe dễ dàng hơn so với hệ thống không có trợ lực nhờ vào tác động của piston-xy lanh lực lên thanh răng, do áp suất dầu từ bơm trợ lực Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơi, hệ thống này đảm bảo an toàn về hướng trong quá trình di chuyển.
Trong hệ thống lái trợ lực thủy lực, nguồn năng lượng được tạo ra từ bơm dầu, được dẫn động bởi trục khuỷu của động cơ, sử dụng một phần công suất của động cơ Mặc dù xe di chuyển thẳng, bơm dầu vẫn hoạt động, dẫn đến lãng phí công suất khi không cần trợ lực Hệ thống yêu cầu độ kín khít cao để duy trì áp suất dầu, do đó cần thường xuyên kiểm tra rò rỉ Ngoài ra, hệ thống phát ra tiếng ồn do bơm và dầu chảy qua ống, van, và dầu thải ra cũng gây ô nhiễm môi trường.
Hệ thống trợ lực thủy lực hiện tại chỉ hỗ trợ người lái trong việc điều khiển nhẹ nhàng, tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục.
Hệ thống làm việc dựa trên hai thông số chính là momen và góc quay của trục lái, do người điều khiển tác động Tuy nhiên, hệ thống này chỉ cung cấp mặt trợ lực mà chưa điều chỉnh được tỷ số truyền lực theo tốc độ của xe.
Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực hoạt động dựa trên áp suất và lưu lượng của bơm, phụ thuộc vào tốc độ động cơ Khi xe di chuyển ở tốc độ thấp và quay vòng, cần nhiều trợ lực hơn, nhưng áp suất trong hệ thống lại thấp, ảnh hưởng đến hiệu quả hỗ trợ lái Ngược lại, ở tốc độ cao, bơm cung cấp lưu lượng và áp suất lớn, trong khi yêu cầu trợ lực lại giảm đi.
Tỷ số truyền động học của xe gặp hạn chế lớn, đặc biệt là ở tốc độ thấp cần tỷ số truyền thấp để giúp người lái quay vòng hiệu quả Ngược lại, ở tốc độ cao, tỷ số truyền cần cao hơn do mức phản ứng của xe trở nên nhạy bén hơn, nhưng hệ thống hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu này.
+ Trong khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng.
Khi hệ thống trợ lực gặp sự cố, lực điều khiển trở nên nặng nề hơn so với hệ thống không có trợ lực, do phải vượt qua lực cản từ dầu chuyển động trong hệ thống.
1.3.2 Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện tạo mômen trợ lực nhờ môtơ trợ lực vận hành lái và giảm lực đánh lái.
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái.
1: ECU điểu khiển; 2: Mô tơ trợ lực; 3: Cảm biến mô men.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện:
ECU điều khiển là bộ phận quan trọng trong hệ thống, tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến mô men, cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG và tốc độ xe Sau đó, ECU sẽ thực hiện tính toán và điều khiển mô tơ trợ lực để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Mô tơ trợ lực được kết nối với trục lái thông qua bộ giảm tốc trục vít – bánh vít, và được điều khiển bởi ECU Mô tơ này có khả năng đảo chiều và hoạt động với nhiều tốc độ khác nhau, tùy thuộc vào mức độ đánh lái của người lái và mô men cản khi quay vòng.
Cảm biến mô men được lắp đặt bên trong trục lái, sử dụng hiệu ứng Hall để tạo ra điện áp tương ứng với mô men đánh lái và mô men cản Điện áp này sẽ được truyền đến ECU để điều khiển mô tơ trợ lực.
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện
Nguyên lý làm việc của hệ thống lái điện dựa trên việc ECU tiếp nhận các tín hiệu quan trọng từ cảm biến mômen của trục lái, cảm biến tốc độ xe và tín hiệu B + Dựa vào các tín hiệu này, ECU tính toán để điều khiển mô tơ trợ lực phù hợp với điều kiện lái Khi lực đánh lái tăng, mô tơ trợ lực cung cấp nhiều hơn, nhưng mô men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng.
Khi người điều khiển quay vành lái, hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn xảy ra, khiến cảm biến mô men thay đổi điện áp theo chiều quay và độ lệch giữa hai đầu thanh xoắn Tín hiệu này được truyền về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe từ cảm biến tốc độ, giúp ECU tính toán dòng điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực một cách phù hợp.
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC
Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic
Bảng 2.1: Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic
STT Thông số Trị số và đơn vị
2 Trọng lượng không tải 1240 KG
3 Trọng lượng toàn tải 1615 KG
4 Hộp số 5 số tự động
5 Kiểu xi lanh 1.8 lít siêu tăng áp
6 Dung tích xi lanh 1799 cc
7 Chiều dài cơ sở 2700 mm
8 Chiều dài toàn bộ 4525 mm
9 Chiều cao của xe 1450 mm
10 Chiều rộng của xe trước/sau 1500x1530 mm
11 Chiều rộng cơ sở 1755 mm
12 Khoảng cách sáng gần xe 170 mm
13 Bán kính quay vòng tối thiểu 5.8 m
14 Dung tích bình nhiên liệu 50 lít
Phanh - Giảm sóc - Lốp xe
16 Phanh trước Đĩa tản nhiệt
18 Giảm xóc trước Độc lập/lò xo
19 Giảm xóc sau Tay đòn kép/lò xo
21 Vành mâm xe Lazang đúc-15 inch
22 Động cơ 4 xi lanh thẳng hàng SOHC i-VTEC
23 Đường kính xi lanh 81 mm
24 Hành trình pit-tông 87.3 mm
27 Tốc độ tối đa 200 (km/h)
28 Hệ thống lái Dẫn động cầu trước
29 Kiểu lái Trợ lực điện tử
30 Momen xoắn cực đại 174/4300 Nm
31 Công suất cực đại 103/6300 Kw/rpm
33 Hệ thống nạp nhiên liệu EFI: Phun nhiên liệu điện tử
34 Mức tiêu hao nhiên liệu 10 lít/100Km
35 Tiêu chuẩn khí thải EURO 3
Tính toán động lực học
Việc tính toán động lực học nhằm phân phối tỷ số truyền của cơ cấu lái, tăng cường độ tin cậy cho ô tô trong giao thông và đảm bảo sự phù hợp với tốc độ của xe.
2.2.1 Tính mômen cản quay vòng
Mômen cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định khi ô tô di chuyển trên đường nhựa khô và đủ tải Mômen này đạt giá trị lớn nhất khi xe chạy trên đường xấu, mặt đường nghiêng hoặc khi xe thực hiện quay vòng tại chỗ.
Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:
Mc – mômen cản quay vòng tổng cộng;
M1 – mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra;
M2 – mômen cản quay vòng khi có lực ngang Y;
M3 – mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang của trụ quay đứng.
2.2.2 Xác định mômen cản quay vòng M 1 do lực cản lăn gây ra
Mômen cản quay vòng M1 được sinh ra do lực cản lăn của bánh xe với mặt đường trong quá trình quay vòng Mômen này tác động lên đòn quay và qua cơ cấu lái ảnh hưởng đến vành tay lái Giá trị của mômen này được xác định bằng một công thức cụ thể.
Hình 2.1: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng
Gbx – tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng
Gbx=Gxe/440/410 KG f – hệ số cản lăn, chọn f = 0,02 e – cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hướng, e0 mm = 0,13 m.
2.2.3 Xác định mômen cản M 2 do các lực ngang gây ra
Khi quay vòng, lực ngang Y xuất hiện và tổng hợp các lực thành phần sẽ dịch chuyển về phía sau tâm vết tiếp xúc một đoạn x Giá trị của x được xác định là 1/4 chiều dài vết tiếp xúc.
Hình 2.2: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng
Vậy ta có công thức sau:
Trong đó: r – bán kính tự do của bánh xe, r B d / 2
Với bánh xe có cỡ lốp là: 195/65R15 / 2.1
Với B là chiều cao lốp : B = 0,65.195 6,75 (mm)
Với d là đờng kính vành bánh xe : d = 15 (ins) = 15.25,4 381 (mm)
Rbx – bán kính làm việc của bánh xe x
Với: - hệ số biến dạng lốp, chọn = 0,93
Ro – với lốp áp suất thấp
Rbx=0,93.317,25)5 (mm) Thay các giá trị váo công thức (2 - 6) ta có: x=0.5 X,36 (mm)=0,05836 (m)
Mômen cản M2 do bánh xe trượt lê được tính theo công thức:
Y – hệ số bám ngang, chọn Y = 0,7 Vậy ta có: M2 = 310 0,7 0,05836 = 12,66 (KG.m) Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng, người ta làm các góc đặt bánh xe:
- góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
- góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe
- góc chụm của bánh xe dẫn hướng
- góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng.
Để đảm bảo sự ổn định cho hệ thống lái, các góc được điều chỉnh, tuy nhiên điều này cũng dẫn đến sự xuất hiện của mômen cản M3 Trong quá trình tính toán, giá trị mômen cản M3 được xác định thông qua hệ số .
Như vậy, tổng mômen quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định bằng công thức:
- hệ số tính đến ảnh hưởng của M3 do đầu trước của ô tô bị nâng lên khi lái, = 1,07 1,15 Ta chọn = 1,1.
Hiệu suất của xe được tính toán dựa trên mức tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối trong chuyển động lái Đối với xe thiết kế có một cầu dẫn hướng ở phía trước, hiệu suất này dao động trong khoảng từ 0,05 đến 0,7 Trong trường hợp này, ta chọn hiệu suất là 0,7.
Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (3 – 8) ta có:
2.2.4 Tính mômen cản quy dẫn tới vành tay lái
Ta có công thức: t d c c cvl i i
M cvl – mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái ic – tỷ số truyền cơ cấu lái, ic = 23,4 id – tỷ số truyền của dẫn động lái, chọn id=0,95
t - hiệu suất thuận của cơ cấu lái, chọn t = 0,72.
Thay các giá trị trên vào công thức (2 – 9), ta có:
* Lực tác dụng lớn nhất của người lái lên vành tay lái khi chưa có trợ lực:
Với: Rvl – bán kính vành tay lái, Rvl = 0,25 m
Mcvl – mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
Lực tác động của người lái lên vành tay lái rất lớn, gây mệt mỏi cho người lái Để khắc phục nhược điểm này, cần cải tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cường hoá Mục tiêu là giảm sức lao động cho người lái, đồng thời tăng cường độ cơ động của ô tô và đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển.
Tính toán bộ truyền cơ cấu lái
2.3.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau:
Để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế, trước tiên cần chọn đường kính vòng lăn của bánh răng, từ đó tính toán số vòng quay của bánh răng có phù hợp hay không Cụ thể, với một số vòng quay (n) nhất định, thanh răng cần phải dịch chuyển một đoạn X1 = 84,78 mm.
Để xác định bán kính vòng lăn của bánh răng, trước tiên cần chọn số vòng quay của vành lái Đối với hệ thống lái sử dụng bánh răng - thanh răng, số vòng quay của vành lái tương ứng với số vòng quay của bánh răng.
Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe quay là n = 1,5 vòng.
2.3.2 Xác định các thông số của bánh răng
Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy.
Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2R = 2.9 = 18 (mm ) mn : Môdun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5.
: Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng = 12 0
Từ công thức (2.20) ta suy ra số răng của bánh răng : cos 18.cos12 0
Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có :
Môdun ngang của bánh răng : t cos n m m
Lấy Zmin Như vậy Zmin = 13 >7 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh, ta chọn kiểu dịch chỉnh đều = 0.
Từ đó ta tính được các thông số của bộ truyền bánh răng :
+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy = 20 0
+ Đường kính cơ sở của bánh răng:
+ Chiều cao răng : h= (hf ’ + hf ” )m =(1 +1.25)2,5 = 5,625mm.
+ Chiều cao đỉnh răng: h ’ = (f ’ + ) m = (1+ 0.538) 2,5 = 4,12 mm.
+ Chiều dày của răng trên vòng chia:
2.3.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất: d= 3 0, 2 M x x ( 2.10)
x : ứng suất tiếp xúc cho phép tại tiết diện nguy hiểm nhất.
Mx: Mô men xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, chính bằng mômen cản quay vòng từ bánh xe:
Thay các thông số vào công thức (2.23) ta được : d = 3 0, 2 M x x = =0,011 m = 11 mm
Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng :
Mặt khác ta có: dc = t Z 1
Hệ số dịch chỉnh thanh răng :
+ Đường kính vòng chia của thanh răng:
+ Đường kính vòng đỉnh của thanh răng:
+ Chiều cao của thanh răng h = (f ’ + f ’’ ) mn = (1+ 1,25).2,5 = 5,625 mm
2.3.4 Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng Đối với loại truyền động trục răng - thanh răng phải đảm bảo cho các răng có độ bền cao
+ Xác định lực tác dụng lên bộ truyền trục răng - thanh răng.
Lực vòng tác dụng lên bánh răng:
Lực hướng tâm tác dụng lên trục răng theo công thức:
Lực dọc tac dụng lên trục răng:
Trong quá trình làm việc của trục răng, thanh răng phải chịu ứng suất uốn và tải trọng va đập từ mặt đường, dẫn đến hiện tượng rạn nứt chân răng Hiện tượng này ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái.
+ Ứng suất cho phép: ứng suất tiếp xúc cho phép:
Giới hạn bền mỏi tiếp xúc của trục răng:
HLim 2 b 70 2.260 70 590 MPa ứng suất tiếp xúc cho phép của trục răng:
SH: Là hệ số an toàn ; lấy SH = 1,1.
ZR: Hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám; ZR = 0,95.
ZV: Hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng; ZV = 1,1.
KXH: Hệ số xét ảnh hưởng của kích thước trục răng; KXH = 1.
KF: Hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn; KF = 1.
Thay các thông số vào công thức (2.24) ta được:
Giới hạn bền mỏi uốn của trục răng:
Chọn KFL = 1; Với bộ truyền quay hai chiều ta chọn KFC = 0.7
FLim 1.0,7.360 327 MPa ứng suất uốn cho phép:
SF: Là hệ số an toàn; lấy SF = 1 ,7.
YS: Là hệ số xét tới ảnh hưởng của mô đun với m = 2,5; ta chọn YS = 1,03.
+Kiểm nghiệm độ bền uốn.
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
ZM = 175 MPa (Đối với trục răng bằng thép).
� ( là hệ số trùng khớp ngang, được tính theo công thức sau):
Thay các thông số vào công thức (2.29) ta được:
Vậy: H 486 05 MPa H 560 5 MPa Do đó thoả mãn điêù kiện tiếp xúc.
+ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: ứng suất uốn được tính theo công thức:
Với: YF1, YF2 là hệ số dạng răng.
Theo đồ thị trên Hình (10.21) tài liệu chi tiết máy với hệ số dạng răng dịch chỉnh = 0.647 và số răng tương đương.
KF = 1,25 (Tra theo đồ thị 10 - 14 tài liệu chi tiết máy.)
KF : Tính theo công thức: K F 1 2 TK K F b d
Thay các thông số vào công thức (2.28) ta được:
Vậy điều kiện được thoả mãn Bộ truyền trục răng - thanh răng đảm bảo bền.
Tính bền dẫn động lái
2.4.1 Kiểm tra bền trục lái
Kích thước trục lái(xem hình 2.7).
- Đường kính ngoài: Dtl = 25 (mm)
- Đường kính trong: dtl = 17 (mm) Hình 2.3: Mặt cắt trục lái
Trục lái được chế tạo từ ống thép 35, không trải qua quá trình nhiệt luyện, với ứng suất tiếp xúc cho phép từ 50 đến 80 MPa Ứng suất xoắn phát sinh do lực tác động lên vành lái.
R P trong đó: Wx – là mômen chống xoắn của tiết diện tính toán
Thay số vào công thức ta có:
Kết luận: vậy trục lái đảm bảo độ bền.
2.4.2 Kiểm tra bền Rô-tuyn
Khoảng cách từ tâm cầu đến vị trí ngàm: eN = 23 (mm).
Đường kính tại vị trí ngàm tính toán: dN = 18 (mm).
Đường kính cầu rôtuyn: Dc = 28 (mm)
Đường kính bề mặt tỳ với đệm rôtuyn: k = 16 (mm)
Vật liệu:trụ cầu được chế tạo bằng thép xêmăngtít hoá 15HM, có nhiệt luyện bề mặt để tăng tính chống mòn, có:
- Ứng suất chèn dập cho phép là: [σ ] 35( cd MPa ).
- Ứng suất uốn cho phép tại vị trí ngàm: [σ ] 300( u MPa ).
- Ứng suất cắt cho phép tại vị trí ngàm: [τ] 80( MPa )
Khớp cầu được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền uốn và cắt tại vị trí ngàm.
Lực tác dụng lên khớp cầu lớn nhất chính là lực cực đại tác dụng lên đòn kéo ngang N = 7994,47 (N).
Sơ đồ lực tác dụng xem hình 2-10
- Kiểm tra ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu: c cd F
F - diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyn
Trong thức tế làm việc, diện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu, nên bề mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu.
Dc - đường kính cầu rôtuyn, Dc = 28mm
, vậy chốt cầu thoả mãn điều kiện chèn dập tại bề mặt làm việc.
- Kiểm tra theo độ bền uốn:
Kiểm tra độ bền uốn của chốt cầu tại vị trí ngàm. ứng suất uốn tại vị trí ngàm: σ uc N u
W trong đó : Wu – mômen chống uốn của tiết diện tính toán, ta có :
Wu = 0,1.d 3 N Thay số vào ta có :
uc < [ uc ] chốt cầu đảm bảo độ bền uốn tại vị trí nguy hiểm nhất.
- Kiểm tra theo độ bền cắt:
Kiểm tra rôtuyn tại vị trí ngàm. Ứng suất cắt tại vị trí ngàm: c c F
c < [] khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm nhất.Kết luận: Khớp cầu đủ bền trong quá trình làm việc.
Tính toán trợ lực điện
2.5.1 Xây dựng đặc tính cường hóa lái
Theo giáo trình Thiết kế tính toán ôtô, đặc tính của cường hoá thể hiện sự đặc trưng trong quá trình hoạt động của bộ cường hoá hệ thống lái Nó mô tả mối quan hệ giữa lực mà người lái tác động lên vành tay lái Pl và mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng Mc.
Khi không có cường hoá, lực tác động lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng, với các hằng số R, ic, id, và η th Đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ Tại điểm quay vòng ôtô tại chỗ, mômen cản quay vòng đạt giá trị lớn nhất, xác định tọa độ điểm B [42,32; 10,56] trên đường đặc tính Do đó, đường đặc tính P1 = f(Mc) sẽ đi qua gốc toạ độ và điểm B [43,22; 10,56].
Khi hệ thống lái được lắp cường hoá, đường đặc tính của nó thể hiện mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng Mc, đây là mối quan hệ bậc nhất Đồ thị các đường đặc tính trước và sau khi cường hoá được thể hiện qua Pvl = f(Mc) và Pc = f(Mc) như hình vẽ dưới đây.
Hình 2.5: Đường đặc tính cường hoá
Khi lực tác động lên vành tay lái vượt quá 14 N, đường đặc tính của hệ thống lái sẽ thay đổi so với khi chưa có cường hóa, giúp người lái cảm nhận rõ sức cản từ mặt đường Nếu mômen cản quay vòng vượt quá 42,32 Nm, hệ thống lái sẽ hoạt động như một hệ thống lái cơ khí ban đầu, nghĩa là người lái cần phải tác động một lực lớn hơn Pc để quay vòng ô tô.
Trong đoạn OB, lực Pvl bằng với Pc và phụ thuộc vào Mc, cho thấy rằng người lái hoàn toàn đảm nhận lực này Trong khi đó, đoạn AC thể hiện rằng Pc cũng phụ thuộc vào Mc, phản ánh lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường.
Hiệu số các toạ độ của hai đường Pc và Pvl chính là lực tạo nên bởi bộ cường hoá Nếu
Khi sử dụng PC lớn, việc quay các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ trở nên nặng nề hơn Ngược lại, nếu PC quá nhỏ, người lái sẽ không cảm nhận đầy đủ chất lượng mặt đường.
2.5.2 Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực
Ta có mô men cản lớn nhất của bánh xe dẫn hướng là 243 Nm
Ta có mô men của trục lái được tính như sau:
Trong đó: Mvl là mô men của người lái tác dụng lên vành lái
Mtl là mô men trợ lực
Suy ra Mtl = M - Mvl =9 –2,82 = 6,18 Nm
Với bộ truyền trục vít - bánh vít có tỉ số truyền u = 7
Suy ra mô men của motor điện là: Mm= = = 0,88
Motor điện có số vòng quay n = 900 v/p
Suy ra vận tốc góc 94, 2( / )
Vậy công suất của motor điện là: P = Mm ω = 0,88.94,2 ,9 W
2.5.3 Tính toán điều khiển motor điện Để motor trợ lực thay đổi theo tốc độ của ô tô thì ta thay đổi mô men trợ lực bằng cách điều khiển dòng điện cấp cho motor theo tốc độ xe và theo mô men tác động trên trục lái:
Với vận tốc xe nhỏ nhất vmin = 0(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là60(A).
Với vận tốc xe lớn nhất vmax = 160(km/h), thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 17(A).
Vì vậy ta tính dòng điện cực đại cho motor ở các vận tốc khác nhau theo công thức sau:
Hình 2.12: Bảng giá trị dòng điện điều khiển theo vận tốc
Lực tác dụng lên vành lái nhỏ nhất khi bắt đầu trợ lực là 20N, dẫn đến mô men tác dụng trên trục lái là 5 N.m, với bán kính vành lái Rvl là 0,25m.
Ta có lực tác dụng lên vành lái lớn nhất khi trợ lực hoạt động cực đại là 60N, như vậy mô men tác dụng trên trục lái là = 60.0,25 = 15 (Nm).
Ta có đồ thị sau:
Hình 2.6: Đặc tính điều khiển motor điện.
Khi vận tốc xe tăng, độ dốc của đồ thị giảm, cho thấy dòng điện cung cấp cho motor cũng giảm với mô men tác dụng không đổi trên trục lái Điều này chỉ ra rằng mô men trợ lực của motor thay đổi theo tốc độ xe; khi tốc độ xe cao, hệ thống lái trợ lực sẽ giảm thiểu.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, LẮP RÁP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI
Giới thiệu về phần mềm Inventor 2011
Autodesk Inventor là phần mềm CAD chuyên dụng cho thiết kế cơ khí, nổi bật với khả năng mạnh mẽ trong việc tạo ra các mô hình Solid Phần mềm này cung cấp giao diện người dùng thân thiện và trực quan, giúp người dùng dễ dàng thực hiện các công việc thiết kế.
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về môi trường thiết kế và các chức năng cơ bản của AutodestInventor.
3.1.1 Các tiện ích của Inventor
3.1.1.1 Tiện ích tạo mô hình
Khác với các công cụ tạo mô hình khác, Inventor được thiết kế đặc biệt cho lĩnh vực cơ khí, cung cấp các công cụ tiện ích để tạo ra các mô hình chi tiết một cách hiệu quả.
- Derived Parts: Tạo 1 bản vẽ chi tiết từ 1chi tiết khác.Dùng Dirived Parts để khảo sát các bản thiết kế hay các quá trình sản xuất khác nhau
Mô hình rắn cho phép tạo ra các đối tượng hình học phức tạp thông qua khả năng kết hợp mô hình lai, tích hợp các bề mặt với các đối tượng rắn Autodesk Inventor sử dụng công cụ mô hình hóa hình học tiên tiến A CIS TM để nâng cao hiệu quả thiết kế.
Kim loại tấm là vật liệu quan trọng trong thiết kế cơ khí, cho phép tạo ra các đối tượng và chi tiết thông qua các công cụ mô hình hóa chuyên dụng Các công cụ như uốn (Bend), viền mép (Hem), gờ (Flange) và mẫu phẳng (flat pattern) hỗ trợ tối ưu trong việc thiết kế và sản xuất các chi tiết kim loại tấm, mang lại độ chính xác và hiệu quả cao trong quy trình chế tạo.
- Adaptive Layout: Dùng các Word Feature (mặt, trục, điểm) để lắp các chi tiết
2D với nhau Nó có thể được dùng để khảo sát và hợp lí hóa cụm lắp trước khi chính thức chuyển thành mô hình 3D.
Các chi tiết và mối lắp thích nghi cho phép tạo ra các thành phần linh hoạt, có thể thay thế bằng các chi tiết khác Người dùng có thể chỉnh sửa các chi tiết ở bất kỳ vị trí nào trong mô hình và theo bất kỳ thứ tự nào, không nhất thiết phải tuân theo thứ tự tạo lập ban đầu.
- Design Elements: Truy cập và lưu trữ các đối tượng trong một catalog điện tử để có thể sử dụng lại được Có thể định vị, chỉnh sửa chúng.
Kỹ thuật hợp tác tạo ra một môi trường làm việc cho nhóm đông người cùng tham gia vào một cụm lắp ráp Phương pháp này giúp giảm thiểu thời gian thiết kế mà vẫn đảm bảo tối ưu hóa khả năng làm việc của từng cá nhân trong nhóm.
3.1.1.2 Tiện ích quản lí thông tin
Tạo mô hình mới chỉ là bắt đầu quá trình thiết kế Autodest Inventor còn cung cấp các công cụ giao tiếp hiệu quả.
Để duy trì sự liên kết giữa các tệp, cần tổ chức các tệp một cách hợp lý trước khi thiết kế Điều này giúp Autodesk Inventor xác định và tham chiếu chính xác đến các tệp cũng như các tệp liên quan.
Quản lý bản vẽ giúp người dùng tạo ra các bản vẽ một cách dễ dàng thông qua các công cụ tối ưu hóa quy trình Những bản vẽ này được thiết kế và quản lý theo các tiêu chuẩn quốc tế như ANSI, BSI, DIN, GB, ISO, JIS, cũng như các tiêu chuẩn riêng biệt của từng hãng.
- Design Assistant: Tìm kiếm chi tiết theo các thuộc tính như: mã số chi tiết, vật liệu tạo báo biểu trong và ngoài môi trường Inventor.
- Engineer’s Notebook: Truy cập và ghi chú thông tin thiết kế và gắn với các đối tượng, cho phép lưu giữ thông tin về quá trình thiết kế.
3.1.1.3 Hệ thống hỗ trợ người dùng
Autodest Inventor có một hệ thống hỗ trợ người dùng phong phú, tiến lợi và hiệu quả.
Hệ thống nào được nhúng trực tiếp trong Inventor, giúp cho việc truy cập nhanh chóng Chúng gồm:
- Hệ thống hỗ trợ người dùng (Design support System – DSS): Một hệ thống lớn, cho phép đạt được “day-one productivity” trong thiết kế.
- Web: Từ DSS có thể liên kết với Autodesk Point A và Redspark để tìm thông tin bổ sung trên web, liên kết với site của các nhà cung cấp,
- Autodesk online: Download phiên bản cập nhật của Autodesk Inventor và tìm thông tin về sản phẩm, hỗ trợ kĩ thuật và các thông tin khác.
Bao gồm hai thành phần chính trong giao diện của Autodesk Inventor theo chuẩn chung các ứng dụng trên windows.
Cửa sổ ứng dụng xuất hiện mỗi khi Autodesk Inventor được mở ra.
Cửa sổ đồ họa hiển thị một file được mở Nếu có nhiều file cùng được mở thì file làm việc sẽ nằm trên cửa sổ hiện hành
Hoặc từ Destop : Ta nhấp đôi chuột vào biểu tượng Inventor
Giao diện của phần mềm
Hình 3.2: Giao diện sau khi khởi động Inventor
Quản lý thuộc tính đối tượng thiết kế
Trạng thái ẩn / hiện của các gốc tham chiếu hoặc các thành phần
Cấu trúc của cụm lắm ráp
Các menu trong phần mềm
Menu file dùng để tạo mới hoặc mở một tệp tin
Hình 3.3: Giao diện của menu file
Menu View dùng để tùy chỉnh các hiển thị của phần mềm
Hình 3.4: Giao diện của menu View
Menu Tools dùng để cài đặt hiệu chỉnh phần mềm
Hình 3.5: Giao diện của menu Tools
Manage đưa ra một số trợ giúp trực tuyến của phần mềm
3.1.3 Các thanh lệnh sau khi khởi động
Sketch (Hiển thị trong môi trường vẽ phác)
Hình 3.7: Giao diện thanh công cụ vẽ Sketch
Models (Hiển thị trong môi trường dựng khối 3D)
Hình 3.8: Giao diện thanh công cụ vẽ 3D
Assembly (Hiển thị trong môi trường lắp ráp)
Hình 3.9: Giao diện thanh công cụ lắp ghép 3.1.4 Khởi động môi trường vẽ phác thảo và tạo chi tiết a Khởi động
1 Trong menu file ta chọn New
Hoặc click vào biểu tượng New
Hoặc dùng phím tắt Ctrl + N
2 Trong hộp thoại xuất hiện ta chọn Standard.ipt
Hình 3.10: Khởi động môi trường vẽ phác thảo
Giao diện môi trường vẽ phác thảo và vị trí các lệnh chức năng
Hình 3.11: Giao diện môi trường Standard b Các lệnh vẽ trong 2D sketch
Một số công cụ Sketch có nhiều lựa chọn Nếu có mũi tên xuất hiện bên cạnh
Bảng 3.1: Các lệnh 2D sketch vẽ thông thường
Nút Lệnh vẽ Công dụng Chỉ dẫn
Spline -Vẽ đường đa tuyến Circle -Vẽ đường tròn
-Vẽ hình chữ nhật hoặc hình vuông -Vẽ hình chữ nhật biết 2 điểm
- Vẽ hình chữ nhật biết 3điểm
-Vẽ cung tròn 3 điểm -Tiếp xúc với đoạn thẳng hoặc đường cong tại điểm cuối của đoạn thẳng -Đi qua 2 điểm và tâm
Fillet -Bo tròn góc của Sketch Chamfer -Vát góc của Sketch Polygon -Vẽ đa giác
Ellipse -Vẽ elip Trim -Cắt bỏ một phần đối tượng
Offset Tạo đường thẳng hoặc cong song song và cách một khoảng cho trước
Mirror Đối xứng đối tượng và gán các ràng buộc đối xứng
-Nhân đối tượng lên theo phương ngang hay dọc-Nhân đối tượng theo đường trònMove -Di chuyển hoặc quay đối tượngDimension Gán kích thước cho Sketch
Coincident Tạo ràng buộc cứng Parallel Tạo ràng buộc song song Perpendicular Tạo ràng buộc vuông góc Tangent Tạo ràng buộc tiếp xúc Concentric Tạo ràng buộc đồng tâm
Các biểu tượng ràng buộc
Nút Tên ràng buộc Ghi chú
Vertical Perpendicular Parallel c Chuyển môi trường 2D Sketch sang 3D standard
Sau khi hoàn thành việc phác thảo một biên dạng, bạn cần sử dụng một số lệnh cần thiết để chuyển đổi nó thành khối hình học 3D, giúp bạn rời khỏi môi trường vẽ phác thảo.
Sau khi chuyển sang môi trường 3D, tab lệnh Model tự động kích hoạt chứa các lệnh tạo mô hình 3D.
Bảng 3.2: Các lệnh trong môi trường 3D
Biểu tượng Tên lệnh Công dụng Ghi chú
Extruded Lệnh tạo khối đùn
Revolve Lệnh xoay đối tượng quanh một trục
Sweept Lệnh quét một biên dạng theo đường dẫnLoft Tạo khối có tiết diện thay đổi
Revolve Cut Lệnh cắt khối theo tiết diện quay quanh một trục
Sweept Cut Lệnh cắt khối theo biên dạng và đường dẫn
Fillet Lệnh bo cung tròn
Chamfer Lệnh vát góc đối tượng
Shell Lệnh tạo thành mỏng
Môi trường lắp ghép : Assembly
Sau khi hoàn thành việc tạo ra các chi tiết, bước tiếp theo là lắp ráp chúng lại với nhau để hình thành một cụm chi tiết, tạo nên một cơ cấu máy với các thành phần có vị trí tương quan với nhau.
Khởi động môi trường lắp ghép:
Xuất hiện hộp thoại New File ta chọn biểu tượng Standard.iam
Hình 3.12: Khởi động môi trường lắp ghép
-Giao diện môi trường lắp ghép
Hình 3.13: Giao diện của môi trường lắp ghép Bảng 3.3: Các lệnh cơ bản trong môi trường lắp ghép
Biểu tượng Tên lệnh Công dụng Ghi chú
Assemble Chỉnh sửa part trong khối lắp ghép Creat Thêm part mới vào môi trường lắp ghép Constrain Tạo ràng buộc với giữa các part
Move Di chuyển 1 part trong khối lắp ghép Pattern Lệnh sao chép nhanh part theo quy luật
Mirror Lệnh đối xứng chi tiết
Sau khi hoàn tất quá trình thiết kế 3D , để chuyển chúng sang bản vẽ 2D ta dùng môi trường xuất bản vẽ :
Bấm vào biểu tượng New
Xuất hiện hộp thoại New file ta chọn Standard.idw
Hình 3.14: Khởi động môi trường Standard.idw
Giao diện của môi trường Standard.idw:
Hình 3.15: Giao diện của môi trường Standard.idw Bảng 3.4: Các lệnh cơ bản trong môi trường Standard.idw
Biểu tượng Tên lệnh Công dụng Ghi chú
Standard 3 View Tạo 3 hình chiếu của part
Model View Tạo hình chiếu trục đo
Project View Tạo hình chiếu chính
Auxiliary View Tạo hình chiếu phụ
Section View Tạo hình cắt
Break Lệnh cắt ngắn chi tiết
Sử dụng phần mềm Inventor thiết kế các chi tiết
3.2.1 Thiết kế thanh răng bằng phần mềm Inventor
- Chi tiết thanh răng có các thông số sau:
Chiều dài thanh răng : l = 1000 (mm), Đường kính thanh răng: d1 = 25 (mm), l10 (mm). Đường kính tiện ren 2 đầu: d2 = 20 (mm), Đường kính đoạn răng của thanh: d3= 40 (mm),
Chiều dài đoạn chứa răng:l3 `0(mm),
- Khởi động phần mềm Inventor
Hình 3.16: Khởi động phần mềm Inventor
- Mở môi trường làm việc , chọn New / standard.ipt
Hình 3.17: Vào môi trường vẽ Standard.ipt
- Giao diện của môi trường Standard.ipt
Hình 3.18: Giao diện của môi trường vẽ phác thảo
-Ta sử dụng lệnh Circle để tạo biên dạng cho thanh răng và gán kích thước bằng lệnhDimension Ta có hình dạng sau:
Hình 3.19: Giao diện vẽ biên dạng 2D của thanh răng
- Sau đó ta sử dụng lệnh để chuyển sang môi trường 3D.
- Ta dùng lệnh Extruded để tạo biên dạng 3D lần lượt cho từng đoạn kích thước:
Hình 3.20: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 20mm dài 1000mm
Hình 3.21: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 25mm
Hình 3.22: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 40mm dài 600mm
- Sau khi sử dụng lệnh Extruded tạo khối 3D ta được hình như trên.
- Tạo gen cho 2 đầu thanh răng:
Hình 3.23: Tạo gen cho 2 đầu thanh răng
- Sau đó tạo bề mặt răng và vắt mép cho thanh răng ở đầu những đoạn thay đổi kích thước như sau:
Hình 3.24:Thanh răng được hoàn thành 3.2.2 Thiết kế mô tơ trợ lực bằng phần mềm Inventor
Mở môi trường làm việc , chọn New / standard.ipt
Hình 3.25: Vào môi trường vẽ Standard.ipt
Ta tạo biên dạng 2D cho chi tiết:
Hình 3.26: Tạo biên dạng 2D cho mô tơ
Sau đó ta Revolve các biên dạng tròn như hình vẽ dưới đây:
Hình 3.27: Tạo khối cho 1 vài biên dạng thân mô tơ
Tiếp theo ta Revolve thêm các biên dạng được như hình vẽ dưới đây:
Hình 3.28: Tạo khối biên dạng phía trước thân mô tơ
Ta đi vào hoàn thiện hình dạng và kết cấu của mơ tơ trợ lực:
Hình 3.29: Mô tơ trợ lực lái được hoàn thiện
Sử dụng Autodest Inventor tính bền một số chi tiết
3.3.1 Các bước tính bền trong Inventor
Để kiểm bền các chi tiết bằng phần mềm Inventor 2011, ta có thể áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn với các bước sau: đầu tiên, chọn kiểu phần tử như phần tử phẳng, phần tử khối hay phần tử bậc thấp, sau đó khai báo các hằng số thực như chiều dày, chiều cao, diện tích mặt cắt và mô men quán tính phù hợp với kiểu phần tử đã chọn Tiếp theo, cần khai báo các tính chất vật liệu như mô đun đàn hồi, hệ số Poisson và trọng lượng riêng Sau khi xây dựng mô hình bằng cách nhập tọa độ vào hệ trục tọa độ đã chọn, ta tiến hành chia phần tử bằng cách chọn các nút hoặc khai báo số lượng phần tử để chương trình tự động tạo lưới Tiếp theo, đặt các điều kiện biên bằng cách lựa chọn ràng buộc bậc tự do cho các nút liên kết giữa các phần tử và đặt tải trọng lên vật thể Cuối cùng, chọn các yêu cầu khi giải bài toán như số bước tính toán, chỉ tiêu hội tụ và cách xuất kết quả vào file dữ liệu.
3.3.2 Kiểm bền đòn kéo ngang của hình thang lái (thanh ổn định)
- Lập mô hình tính toán bền:
Mô hình đòn kéo ngang hình thang lái:
Các bươc tính bền hình thang lái:
Hình 3.30: Mô hình đòn kéo ngang
Hình 3.31: Chọn vật liệu cho đòn kéo ngang là thép
- Tạo ràng buộc cố định.
- Đặt lực và momen tác dụng
Hình 3.33: Đặt lực tác dụng
- Tạo lưới các phần tử
Hình 3.34: Tạo lưới các phần tử
- Tính toán và kết quả:
- Điểm chịu ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất
Hình 3.36: Điểm chịu ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất
Kết luận : Tính bền theo phương pháp truyền thống Ứng suất uốn dọc δud = 4514.4 (KG/cm 2 )
Theo ứng dụng Simulation Ứng suất uốn dọc δud = 5007,6( MN/cm 2 )
Giá trị ứng suất của đòn kéo ngang từ phần mềm và phương pháp tính toán truyền thống không khác biệt nhiều, cho thấy độ chính xác tương đối cao của mô hình phần mềm Do đó, chúng ta có thể tin tưởng vào việc sử dụng phần mềm để xác định ứng suất trong các bài toán kiểm tra bền.
Các bước tính toán tương tự như tính đòn kéo ngang Ta thu được kết quả tính toán như sau
Hình 3.37: Kết quả tính bền bánh răng
Kết quả tính toán theo phương pháp truyền thống Ứng suất uốn bánh răng: δu = 46,22 MN/m 2
Kết quả tính theo phần mềm Ứng suất uốn: δkn = 47.6( MN/m 2 )
Kết luận: Kết quả tính toán bằng phần mềm so với phương pháp truyền thống sai lệch không đáng kể