LỜI NÓI ĐẦU

   Hiện nay ngành công nghiệp ô tô ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng khẳng định vai trò to lớn của mình trong các ngành công nghiệp trọng điểm của quốc gia. Nhận thấy tiềm năng của công nghiệp ô tô lên nước ta đã chủ động mở cửa cho các nhà đầu tư nước ngoài xây dựng các nhà máy lắp ráp cũng như sản xuất linh kiện ô tô trong nước góp phần giải quyết vấn đề nhân lực cũng như thúc đẩy kinh tế, đóng góp không nhỏ vào nguồn thu của chính phủ.Với tốc độ phát triển mạnh mẽ như vậy càng đòi hỏi nguồn nhân lực trong ngành công nghiệp ô tô cần phải có trình độ và chuyên môn cao. Điều đó đang được thể hiện bằng việc ra đời rất nhiều trung tâm chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế tính toán, mô phỏng lắp ráp ô tô… trong các trường đại học việc khuyến khích sinh viên nghiên cứu các công nghệ mới trên ô tô hiện đại cũng đang được sinh viên nhiệt tình tham gia.

  Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của Ôtô, nó đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của người sử dụng, đặc biệt với các loại xe hiện đại có tốc độ cao.Do đó người ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.

   Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học hàng đầu của cả nước, việc tìm hiểu ứng dụng các công nghệ tiên tiến trên thế giới để áp dụng vào thực tế nước ta cần phải được chú trọng đặc biệt. Bởi vậy chúng em đã được giao nhiệm vụ “Ứng dụng MATLAB và CATIA tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch”.Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt mỏi.

   Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề còn khá mới mẻ đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án của chúng em không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề không được đề cập tới. Em mong các thầy và các bạn đồng nghiệp góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Qua đó cũng mở ra một hướng nghiên cứu mới đối với thiết kế tính toán các hệ thống trên ô tô song song với tính toán thiết kế truyền thống.

   Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy: T.S ….......……… đã tận tình chỉ bảo để chúng em có thể hoàn thành đồ án này. Và chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng - Viện cơ khí động lực- trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ chúng em trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án này.

                                                                                                                        Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                Sinh viên thực hiện         

                                                                                                                    ………..……

CHƯƠNG I:  TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan hệ thống lái

1.1.1. Công dụng

Hệ thống lái là một hệ thống an toàn dùng để thay đổi hướng chuyển động của xe. Nó có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng cũng như quay vòng xe khi cần thiết.

Cấu tạo chung

Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực. Gồm có vành tay lái, trục lái, và dẫn động lái.

Vành tay lái:

Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mô men quay cần thiết khi người lái tác dụng một lực vào vành tay lái. Vành tay lái có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí đều hay không đều quanh vành trong của vành lái.

Cơ cấu lái:

Cơ cấu lái có tác dụng biến chuyển động quay truyền đến từ vành lái thành chuyển động lắc. Các loại cơ cấu lái thường gặp nhất là: Cơ cấu lái trục vít ê cu bi, Cơ cấu lái trục răng thanh răng, cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn...

Đòn quay đứng:

Đòn quay đứng có tác dụng truyền momen từ trục đòn quay của cơ cấu lái tới các đòn kéo dọc hoặc kéo ngang được nối với cam quay của ánh xe dẫn hướng.

Đòn kéo:

Đòn kéo được dùng để truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam quay của bánh xe đẫn hướng. Tuỳ theo phương đặt đòn mà người ta có thể gọi là đòn kéo dọc hoặc đòn kéo ngang.

1.1.2. Phân loại

- Theo bố trí bánh lái chia ra hệ thống lái với bánh lái bố trí bên phải hoặc bên trái (tính theo chiều chuyển động của xe). Bánh lái bố trí bên trái dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía phải như ở các nước xã hội chủ nghĩa. Bánh lái bố trí bên phải dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía bên trái như ở Anh, Hồng Kông, Thụy Điển…

-  Theo số lượng bánh dẫn hướng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước, ở hai cầu và ở tất cả các cầu.

1.2. Tổng quan về thiết kế hệ thống lái

Ngày nay việc sử dụng máy tính và các phần mềm thiết kế mô phỏng đã được sử dụng rộng rãi, giúp cho người thiết kế tiết kiệm được thời gian công sức mà vẫn đạt được những kết quả chính xác và nhanh chóng. Từ những công thức tính toán cơ bản chúng ta đã phát triển và đưa ra được nhiều phuơng án tính toán mới.

1.2.1. Thiết kế tính toán thông dụng

Sau khi đã lựa chọn được phương án thiết kế khả thi cho từng cụm chi tiết của hệ thống lái, ta tiến hành tính toán các thông số của từng chi tiết.

- Xác định thông số cơ bản của hình thang lái

- Xác định thông số cơ bản của cơ cấu lái

1.2.2. Thiết kế tính toán với phần mềm Matlab và Catia

1.2.2.1. Tính toán kết quả bằng phần mềm Matlab dựa trên cơ sở lý thuyết

 Matlab là một phần mềm hỗ trợ tính toán rất mạnh, nó cho phép tính toán các biểu thức tính phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác. Các công thức lý thuyết của hệ thống lái được xây dựng trong Matlab, chương trình sẽ tự động tính toán và xuất ra kết quả một cách nhanh chóng. 

1.2.2.2. Thiết kế 3D hệ thống lái

Trước đây công việc của nhà thiết kế ta có thể hình dung như sau: thể hiện ý tưởng bằng một mô hình ba chiều phác hoạ trên giấy, vẽ các bản vẽ kỹ thuật với một số thông số ban đầu (thiết kế sơ bộ), sau đó tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kỹ thuật, bổ sung hiệu chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạm…Tóm lại đây là một quy trình đòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn nại của nhà thiết kế vì các bản vẽ luôn phải sửa đổi, bổ sung, hiệu chỉnh,…

1.3. Mục đích phương pháp thực hiện đề tài

Dựa trên các nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, các phương pháp và sản phẩm thiết kế trong nước trong thời gian qua chúng em đã lựa chọn đề tài “Ứng dụng MATLAB và CATIA tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch”.

Đề tài được thực hiện để giải quyết những mục tiêu sau:

- Thiết kế các thông số cơ bản của hệ thống lái dựa trên phần mềm MATLAB có giao diện tiếng Việt dễ sử dụng. Tạo ra một chương trình hữu ích trong tính toán hệ thống lái.

- Thiết kế 3D các chi tiết trong hệ thống lái, mô tả quy trình tháo lắp, nguyên lý hoạt động.

Kết luận: Chương I đã giới thiệu tổng quát nhất về hệ thống lái: công dụng, yêu cầu, phân loại… Qua đó rút ra được mục đích và phương pháp thực hiện đề tài. Những nội dung thiết kế, tính toán, mô phỏng cụ thể sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo.

CHƯƠNG 2

  ỨNG DỤNG MATLAB TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI

2.1. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

2.1.1. Phương án thiết kế dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.

2.2.2 Phương án thiết kế cơ cấu lái

- Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo.Vì vậy cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.

- Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái.

- Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.

Hiện nay cơ cấu lái thường dùng trên ôtô có những loại: trục răng – thanh răng, trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp.

2.2.2.1. Kiểu bánh răng – thanh răng

  Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, bánh răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng.

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của  bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.

Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:

+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác.

+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.

2.2.2.2. Cơ cấu lái trục vít con lăn

Cơ cấu lái gồm trục vít G bôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có 3 ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái. 

Ưu điểm:

- Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren.

- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.

2.2.2.4. Cơ cấu lái trục vít cung răng

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.

Ưu điểm:

Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn.

Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi. Hiệu suất thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại ôtô khác nhau.

2.2.2.5. Cơ cấu lái loại liên hợp

Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng. Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít. Nhờ có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn. 

2.2.3. Phương án trợ lực lái

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.

2.2.3.1. Các phần tử cơ bản của trợ lực

- Van điều khiển lưu lượng:

Van điều khiển lưu lượng điều khiển lượng dầu từ bơm tới cơ cấu lái, đảm bảo một lưu lượng không đổi không phụ thuộc vào vận tốc bơm. Tuy nhiên, rất nhiều bơm hiện nay sử dụng một ống điều khiển cùng với van điều khiển lưu lượng để giảm lưu lượng dầu khi bơm đạt đến một tốc độ nhất định.

- Bơm cánh  gạt :

Bơm cánh gạt gồm các bộ phận sau: vòng cam, rô to, cánh và van điều khiển lưu lượng. Khi rô to quay trong vòng cam, vòng cam bắt chặt với vỏ bơm.Trong rô to có các rãnh các cánh gạt đặt trong các rãnh đó. 

Các cánh gạt tỳ lên nhau trong vòng cam nhờ có lực ly tâm lẫn áp suất dầu tác dụng tác dụng lên cạnh trong của cánh nên làm kín rất tốt, do vậy khi bơm hoạt động  sinh ra dầu có áp suất cao mà không bị rò rỉ tại phần tiếp xúc giữa cánh gạt và vòng cam.Thể tích tại buồng dầu tăng tại cửa hút nên dầu trong bình chứa được hút vào  buồng dầu từ cửa hút. 

2.2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái khi có trợ lực

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lái lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.

2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế hệ thống lái

2.3.1. Tính toán động học hình thang lái

Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách chính xác nhất và động học đúng của đòn quay đứng khi có sự biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống truyền dẫn động lái.

Khi bánh xe bên trái  quay đi một góc a và bên phải quay đi một góc b, lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phường ngang một góc (q-b) và ánh xe bên trái là (q +a).

- Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết:

Trên hệ trục toạ độ đề các a0b ta xác định được đường cong đặc tính lý thuyết qua quan hệ b = f(q,a), với góc

- Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế:

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được đường cong biểu thị hàm số a = f(q,b). Theo mối quan hệ này thì nếu biết trước một góc q nào đó ứng với một giá trị của góc b thì ta có một giá trị của góc a. Mối quan hệ giữa các góc q, b và a theo công thức (2.15) và (2.16).

Dựa vào công thức (2.12) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế ứng với mỗi giá trị của góc b= (0⁰, 5⁰, ... 40⁰) . sau khi đã có các giá trị a theo b

ứng với mỗi giá trị q, ta tiến hành vẽ đồ thị kiểm tra độ sai lệch góc quay vòng giữa thực tế và lý thuyết. Chọn góc q sao cho a và b thực tế sai lệch nhỏ nhất so với lý thuyết.

2.3.3. Tính bền chi tiết

2.3.3.1.Tính bền trục lái

Trục lái làm bằng thép 20 có ứng suất c ho phép . Trục lái chế tạo đặc có đường kính D

2.3.3.2.Tính bền đòn kéo ngang

Trong quá trình làm việc đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương dọc trục. Do vậy khi tính bền ta chỉ cần tính kéo, nén và lực tác dụng từ bánh xe. Tính bền đòn kéo ngang theo chế độ phanh cực đại.

2.3.3.3. Tính bền đòn kéo dọc

Để đảm bảo an toàn và tính ổn định trong quá trình làm việc, đòn bên được làm bằng thép 20X. Đòn bên của dẫn động lái chủ yếu chịu ứng suất uốn. Do vậy ta tính bên theo điều kiện uốn. Theo tài liệu chuyên ngành, lấy hệ số an toàn n = 1.5 và với thép 20X .

2.3.3.5. Tính bền khớp cầu (Rô - tuyn)

Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hệ thống lái. Chúng là khâu quan trọng của dẫn động lái. Các khớp cầu được phân loại theo cách thức bù đắp khe hở của các bề mặt làm việc khi chúng bị mòn. Hiện nay trên ôtô thường sử dụng hai loại khớp cầu:

- Khớp cầu có loxo nén đặt hướng kính.

- Khớp cầu có loxo nén đặt hướng trục.

Vật liệu chế tạo khớp cầu là thép 20XH có cơ tính.

Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. Khớp cầu được kiểm nghiệm độ bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.

2.3.4.2. Xây dựng đặc tính cường hoá lái:

Theo giáo trình Thết kế tính toán ôtô thì đặc tính của cường hoá chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hoá hệ thống lái. 

Qua đây ta thấy khi không có cường hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (vì R, i_w, i_d, h_th là những hằng số). Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ. Theo tính toán ở phần trước khi quay vòng ôtô tại chỗ mô men cản quay vòng là lớn nhất, toạ độ xác định điểm này trên đường đặc tính là B [P­_vlmax ; M_cmax]. Vậy đường đặc tính được xác định P₁ = f(M_c) sẽ đi qua gốc toạ độ và đi qua điểm B [P­_vlmax ; M_cmax].

Do bộ cường hoá được thiết kế ở van phân phối có thanh xoắn. Khi những va đập ở mặt đường truyền ngược lên vành tay lái nếu nằm trong giới hạn lực nén sơ bộ ban đầu của thanh xoắn thì lực đó được truyền lên vành tay lái. Nếu như lực ngược đó mà vượt quá giới hạn đó thì thanh xoắn sẽ được nén tiếp dẫn đến ống trong của van phân phối bị lệch về một phía và bộ cường hoá bắt đầu làm việc. Cụ thể, để bộ cường hoá làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn  P­₀ (N). Ở giai đoạn này đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi chưa có bộ cường hoá.

Đồ thị các đường đặc tính khi chưa cường hoá P_l = f(M_c) và được lắp bộ cường hoá P_c = f(M_c) được thể hiện ở hình dưới đây.

Ta thấy rằng:

-  Đặc tính khi chưa có cường hoá là đường bậc nhất, đoạn OB.

-  Đặc tính khi có cường hoá là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hoá.

-  Đoạn OA: P_l = P_c = f(M_c). Lực do người lái hoàn toàn đảm nhận.

-  Đoạn AC: P_c = f(M_c). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường

-  Từ C trở đi: P_c = f(M_c) song song với đường P_l = f(M_c).

Hiệu số các toạ độ của hai đường P_c và P_l chính là lực tạo nên bởi bộ cường hoá. Lực này phải phụ thuộc vào áp suất môi trường làm việc và đường kính của xilanh.

Nếu chọn P_c lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chon P_c quá nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường.      

Thực tế lưu lượng bơm còn phải lớn hơn như vậy để bù vào sự rò rỉ của van phân phối. lưu lượng rò rỉ là :                             = (0.05 ¸ 0.1)*Q. Chọn  =  0.08* Q.

 Vậy:                                         Q_tt = Q +  

Bơm thuỷ lực dùng cho xe Toyota corolla là loại bơm cánh gạt. Các cụm cơ bản bao gồm: Cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn và lưu lượng, các cụm vỏ và nắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm và được nối với bơm bằng ống dẫn dầu.

2.4. Xây dựng giao diện tính toán thiết kế hệ thống lái

2.4.1. Giới thiệu phần mềm

 Matlab là 1 phần mềm ứng dụng chạy trong môi trường Windows do hãng MathWorks sản xuất và cung cấp. Có thể coi Matlab là ngôn ngữ của kỹ thuật. Nó tích hợp các công cụ rất mạnh phục vụ tính toán, lập trình, thiết kế, mô phỏng,... trong một môi trường rất dễ sử dụng trong đó các bài toán và các lời giải được biểu diễn theo các ký hiệu toán học quen thuộc.

Các ứng dụng điển hình là:

- Toán học và tính toán.

- Phát triển thuật toán.

- Tạo mô hình, mô phỏng và tạo giao thức.

- Khảo sát, phân tích số liệu.

- Thư viện toán học Matlab: Đây là tập hợp khổng lồ các thuật toán tính toán từ các hàm cơ bản như cộng, sin, cos, số học phức...Tới các hàm phức tạp hơn như nghịch đảo ma trận, tìm trị riêng của ma trận, phép biến đổi Fourier nhanh.

- Giao diện chương trình ứng dụng Matlab API (Application Program Interface): Đây là một thư viện cho phép bạn viết các chương trình C và Fortran tương thích với Matlab.

Giao diện của GUI

- Mở phần mềm Matlab, gõ lệnh sau vào cửa sổ Command: >> GUI.

Giao diện GUI hiện ra:

Trong cửa sổ GUI Quick Start có nhiều lựa chọn theo một trong các khuân mẫu sau:

Create New GUI: Tạo một hộp thoại GUI mới theo một trong các loại sau

- Blank GUI (Default): Hộp thoại GUI trống không có một điều khiển uicontrol nào cả.

- GUI with Uicontrols: Hộp thoại GUI với một vài uicontrol như button, … Chương trình có thể chạy ngay.

- GUI with Axes and Menu: Hộp thoại GUI với một uicontrol axes và button, các menu để hiển thị đồ thị.

- Modal Question Dialog: Hộp thoại đặt câu hỏi Yes, No.

Open Existing GUI: mở một project có sẵn.

Nhấn OK. Cửa sổ GUI hiện ra

- Thay đổi các thuộc tính của các điều khiển: Click đúp vào Edit Text bên trái để xuất hiện cửa sổ các thuộc tính của điều khiển. Có thể sắp xếp theo chức năng hoặc theo thứ tự A-Z của tên thuộc tính bằng nút hiện ở gõ bên trái.

2.4.2. Tạo giao diện tính toán thiết kế hệ thống lái

2.4.2.1. xác định các thông số tính toán

Sau khi tìm hiểu cơ bản về cách thức sử dụng phần mềm cũng như ứng dụng của các nút điều khiển ta tiến hành viết chương trình tính toán các thông số cơ bản của hệ thống lái “bánh răng – thanh răng” có trợ lực thủy lực. Các thông số đầu vào được lựa chọn từ xe tham khảo TOYOTA COROLLA

2.4.2.2. Sơ đồ trình tự tính toán hệ thống lái

- Thông số chung của xe: những thông số cơ bản đầu vào của xe. Các số liệu này sử dụng để tính toán tất cả các hệ thống trên xe

- Thông số vào: ứng với việc tính toán các cụm chi tiết đều có các thông số đầu vào riêng biệt.

- Các bảng kết quả: sau khi nhập các thông số đầu vào và nhấn nút KQ chương trình sẽ tự động tính toán và hiển thị các bảng kết quả của từng cụm tính toán trong hệ thống lái.

Trên giao diện ta có các ô ghi thông số nhập vào, các nút bấm để hiển thị kết quả đạt được, ngoài ra có các nút “lưu bảng kết quả”để lưu thông số vào thư viện, “mở bảng kết quả” để gọi ra các bộ thông số đã có trong thư viện từ các lần tính toán trước, và nút tiếp theo để chuyển sang các tính toán tiếp theo.

Kết luận: Bằng việc viết chương trình tính toán thiết kế các thông số cơ bản bằng phần mềm Matlab đã cho ta kết quả tính toán một cách nhanh chóng và chính xác. Các thông số thiết kế này có thể dễ dàng thay đổi để có được kết quả tối ưu nhất mà vẫn đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật đặt ra bằng cách thay đổi các thông số đầu vào. Các kết quả tính toán trên sẽ được sử dụng để tiến hành thiết kế 3D cũng như mô phỏng gia công ở chương tiếp theo.

CHƯƠNG 3

ỨNG DỤNG CATIA THIẾT KẾ 3D CÁC CHI TIẾT MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, QUY TRÌNH THÁO LẮP HỆ THỐNG LÁI XE DU LỊCH

3.1. Giới thiệu phần mềm Catia

3.1.1. Giới thiệu, mục đích ứng dụng Catia trong mô phỏng 3D

Phần mềm Catia là một phần mên CAD/CAM tiêu biểu và phổ biến trong lĩnh vực cơ khí chính xác. Với sự xuất hiện và nhanh chóng  được ứng dụng lần đầu tiên  vào năm 1981 trong ngành công nghiệp hàng không, tàu thủy và ôtô đã phát triển vượt bậc. Cho đến này, có rất nhiều tập đoàn lớn đều ứng dụng phần mền như hãng hàng không Airbus hoặc tập đoàn Toyota, HonDa của Nhật, BMW của Đức …

3.1.2. Mục đích ý nghĩa ứng dụng Catia trong mô phỏng 3D

- Trong quá trình thiết kế, giảng dạy hay sửa chữa để cho người đọc, người học có thể hiểu được các chi tiết một cách rõ ràng và minh bạch, thì ngoài bản vẽ 2D ra, việc mô phỏng các chi tiết bằng 3D là rất cần thiết. Qua đó người học, người đọc dễ dàng nắm bắt được các chi tiết, và nguyên lí hoạt động của nó.

- Catia với rất nhiều các modun chuyên nghiệp để mô phỏng trình tự tháo lắp, nguyên lí hoạt động của cơ cấu lái, quan sát được hình dáng của chi tiết bên ngoài, cũng như mặt cắt của hệ thống ở những góc cạnh, mặt phẳng khác nhau, cũng kiểm tra được tính chính xác quan hệ kích thước, quan hệ động học của các chi tiết, mối liện hệ giữa bản vẽ 2D và 3D. Điều này phục vụ rất tốt cho quá trình thiết kế, cũng như sửa chữa…

Sau khi lắp các chi tiết trong hệ thống lái thành các cụm chi tiết như trên ta tiến hành lắp các cụm đó lại vớí nhau để được hệ thống lái hoàn thiện.

3.2. Ứng dụng Catia trong tính bền rotuyn

Catia Analysis cung cấp đầy đủ cho người sử dụng những chức năng mô phỏng thiết kế mang tính thực tế trong môi trường Catia. Catia Analysis hỗ trợ việc thực hiện lặp đi lặp lại thiết kế một cách nhanh nhất từ những part đơn giản đến những Assembly phức tạp. Sự tiện dụng đặc trưng giúp cho Catia Analysis luôn thích hợp cho những người thiết kế và kỹ sư đưa ra những thiết kế có kích thước chuẩn xác và có thể đánh giá thật nhanh sản phẩm của họ. Trong phần trước đã giới thiệu về ứng dụng Catia trong thiết  kế 3D chi tiết,  mô tả nguyên lý hoạt động và quy trình tháo lắp.

Việc tính bền chi tiết trong thiết kế 3D là rất quan trọng nó giúp chúng ta đánh giá được chất lượng sản phẩm và xác định được khả năng làm việc trong giới hạn của các chi tiết trong những điều kiện khác nhau, qua đó ta có thể xác định được vật liệu để chế tạo chi tiết đó cho phù hơp với điều kiện làm việc chi tiết.

Quy trình tính bền theo phương pháp phần tử hữu hạn trong Catia

Quá trình tính bền các chi tiết bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong Catia bao gồm có 7 bước chính sau:

- Thiết kế 3D chi tiết.

- Chọn vật liệu cho chi tiết.

- Chia lưới cho chi tiết.

- Tạo các ràng buộc cho chi tiết.

- Đặt lực lên chi tiết.

- Chọn thuật toán và chạy chương trình tính toán.

- Kết quả thu được.

3.3. Gia công ảo CNC

Catia là một phần mền rất mạnh tích hợp được rất nhiều chức năng trong đó có chức năng gia công ảo rồi xuất mã code sang máy CNC để gia công. Đối với những chi tiết trong ôtô cần có độ chính xác cao đặc biệt là những chi tiết trong hệ thống lái cần phải đảm bảo tốt tính năng dẫn hướng cho ôtô vì vậy gia công trên máy CNC sẽ đảm bảo tốt yêu cầu làm việc cho hệ thống lái, cũng như tiếp cận với các phương pháp chế tạo hiện đại, đạt độ chính xác cao và năng suất lớn.Vì vậy em đã tiến hành tìm hiểu và tiến hành gia công một chi tiết điển hình nhất cho hệ thống lái đó là Rotuyn.

3.3.1. Tạo phôi

Thông thường có 2 cách chọn phôi trong khi gia công:

- Máy tự động chọn phôi cho chi tiết.

- Ta tự thiết lập quá trình chọn phôi.

Chọn phương pháp tiến hành chọn phôi. Do Rotuyn có dạng hình trụ tròn nên em chọn phôi cho Rotuyn là một khối có dạng hình trụ tròn gần giống Rotuyn.

3.3.2. Các bước tiến hành tiện

Ta thực hiện mở Part để gia công trên máy.

-  Chọn File > Open, chọn file chứa chi tiết cần gia công.

-  Chọn Machining > Lathe Machining từ Start menu. Môi trường làm việc gia công trên máy xuất hiện.

3.3.4. Tiện tinh Rotuyn

- Chọn biểu tượng Groove Turning  .

Hộp thoại Groove Turning xuất hiện.

- Các bước làm tiếp theo tương tự như ở phần tiện thô bề mặt ngoài chi tiết Rotuyn mà đã trình bày ở phần trên.

Click OK để hoàn tất quá trình khoan lỗ trên Rotuyn.

3.4. Mô phỏng quy trình tháo lắp

Việc mô tả được quy trình tháo lắp các chi tiết trong hệ thống lái giúp cho chúng ta hiểu được tác dụng của các chi tiết cũng như từng  bộ phận trong hệ thống qua đó hiểu được mối liên hệ giữa các chi tiết, giữa các cụm với nhau. Việc mô tả qui trình tháo lắp để phục vụ cho việc học tập, giảng dạy và nghiên cứu có hiệu quả hơn giúp cho người đọc dễ dàng nắm bắt được tốt hơn. Ngoài ra nó còn phục vụ cho quá trình sản xuất, sửa chữa hệ thống được hiệu quả cao, việc tháo và lắp các bộ phận đúng qui trình sẽ tiết kiệm thời gian và chi phí, phục vụ cho quá trình sản xuất hàng loạt.

Kết luận: Trên đây đã giới thiệu sơ lược về phương pháp thiết kế, gia công, tháo lắp cũng như tính bền các chi tiết bằng phần mềm Catia. Qua đó càng nổi bật lên tính ưu việt ứng dụng máy tính vào tính toán thiết kế các hệ thống trên Ô tô

CHƯƠNG 4

BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI

4.1. Những hiện tượng hư hỏng chính của hệ thống lái

Một số hiện tượng hư hỏng trong hệ thống lái, cách phát hiện, nguyên nhân và phương pháp sử lý được tóm tắt trong bảng dưới đây

4.2. Cách sửa chữa một số hư hỏng thường gặp:

- Những hư hỏng chính của các chi tiết cơ cấu lái là mòn cụm trục răng thanh răng và ống lót của đòn quay đứng, vòng bi, ổ để lắp vòng bi, mặt bích bắt mặt các te bị sứt mẻ hoặc nứt, lỗ ở cácte để lắp ống lót trục của đòn quay đứng bị mòn.

4.3. Bảo dưỡng và sửa chữa bơm dầu

 - Để sửa chữa cần tháo dời bơm ra, xả hết dầu nhờn cọ rửa cẩn thận. Sau đó, tháo các chi tiết phải cọ rửa trong thùng dung dịch rồi rửa bằng nước sau đó thổi sạch bằng không khí nén, kiểm tra cánh gạt nếu mòn phải thay thế, thân bơm mòn phải thay mới.

- Sau khi lắp ráp nên chạy rà bơm trên bệ thử và kiểm tra lưu lượng và áp suất phát huy được theo đúng yêu cầu kỹ thuật.

Kết luận: Thông qua việc trình bày các hư hỏng thường gặp của hệ thống lái cũng như cách sửa chữa giúp cho chúng ta có thêm các kiến thức cơ bản khi sử dụng xe cũng như chẩn đoán hư hỏng khi gặp các tình huống bất thường.

KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu về ứng dụng, cách thức sử dụng 2 phần mềm Matlab, Catia cũng như tìm hiểu thực tế về hệ thống lái của xe du lịch hiện đại ngày nay, cùng giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo: T.S ……....……  cùng các thầy trong bộ môn, đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng MATLAB và CATIA tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch” của nhóm sinh viên chúng em đã hoàn thành và thu được một số kết quả sau:

- Thực hiện từ việc tính toán, thiết kế bằng phần mềm Matlab cho tới xây dựng các cụm chi tiết 3D, sau đó tính bền, mô phỏng tháo lắp và gia công chi tiết là một chu trình khép kín.

- Nắm bắt được các phần mềm mới là Matlab và Catia, từng bước tiếp cận được các phương pháp thiết kế, tính toán tiên tiến trên thế giới. Giảm thời gian cũng như chi phí cho thử nghiệm thực tế qua cách kiểm nghiểm các mô hình đã thiết kế. Xây dựng được thuật toán và khai thác các thế mạnh của phần mềm, từng bước mở rộng, áp dụng trong các hệ thống khác trên ôtô nói chung và cơ khí nói riêng.

- Việc tính toán thông số khi sử dụng Matlab giúp rút ngắn thời gian thiết kế nhưng vẫn thu được các kết quả vô cùng chính xác. Ta cũng có thể lặp lại việc tính toán để tối ưu hóa các thông số 1 cách nhanh chóng. Ngoài ra chương trình sử dụng giao diện tiếng Việt rất dễ dàng sử dụng.

- Việc thiết kế các chi tiết 3D của hệ thống lái cho phép trực quan hóa chi tiết, kiểm tra được độ chính xác trong tổng thể lắp ráp thiết kế chung, có được các thuộc tính của vật thể để phục vụ cho các bài toán nâng cao như tính bền, tối ưu hóa, gia công chi tiết… Mô tả kết cấu của các cụm một cách trực quan và sinh động, phục vụ công tác giảng dạy kết cấu, cho sinh viên chuẩn bị đi thực tập và các công nhân trong các trường dạy nghề và các phân xưởng.

  Mặc dù đã rất cố gắng nhưng vì thời gian cũng như kiến thức còn hạn chế nên đề tài cũng không tránh được các thiếu sót trong quá trình tính toán thiết kế các chi tiết của hệ thống lái. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy trong bộ môn để đồ án của nhóm chúng em được hoàn chỉnh hơn để có thể áp dụng làm một công cụ bổ trợ cho việc giảng dạy cũng như  kiểm tra kết quả tính toán cho các sinh viên khóa sau.

  Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].  PGS. TS – Nguyễn Trọng Hoan – Tập bài giảng Thiết kế Tính Toán Ôtô – Hà Nội – 2007.

[2]. PGS. TS – Nguyễn Khắc Trai – Cơ sở Thiết kế Ôtô – NXB Giao Thông Vận Tải – 2006.

[3].  Phạm Minh Thái - Hướng dẫn làm đồ án môn học: Thiết kế hệ thống lái của ôtô - máy kéo bánh xe.

[4]. Nguyễn Hữu Cẩn – Dư Quốc Thịnh – Phạm Minh Thái – Nguyễn Văn Tài – Lê Thị Vàng – Lý thuyết Ôtô Máy Kéo – NXB khoa học kỹ thuật – 2005.

 [5]. PGS.TS. Trịnh Chất – TS. Lê Văn Uyển – Tính toán thiết kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí – Tập 1,2 – NXB Giáo dục – 2003.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"