Nghiên cứu tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật cơ khí động lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN VĂN MỪNG NGHIÊN CỨU TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH THIẾT KẾ KHUNG Ơ TƠ KHÁCH CHUN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ NGÀNH: 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS: NGUYỄN VĂN BANG Hà Nội - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mà cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các phần nội dung, số liệu, kết trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2015 Học viên thực Trần Văn Mừng ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực nghiên cứu, luận văn “Nghiên cứu tự động hóa q trình thiết kế khung tơ khách”, ngồi nỗ lực làm việc thân, em nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình từ phía gia đình, thầy tập thể bạn bè giúp em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu trƣờng Đại học Giao Thông Vận Tải - Quý Thầy Khoa Cơ khí - Thầy PGS TS Nguyễn Văn Bang tận tình giúp đỡ em hồn thành luận văn Trong trình thực đề tài học viên cố gắng thực hiện, đạt đƣợc kết định nhiên chắn nhiều sai xót Rất mong nhận đƣợc góp ý Quý thầy cô bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện Trân trọng cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sự cần thiết đề tài 1.2 Những vấn đề chung trình thiết kế khung ô tô khách 1.3 Hiện trạng nghiên cứu nƣớc 1.3.1 Nghiên cứu nƣớc 1.3.2 Nghiên cứu nƣớc 1.4 Xác định mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Kết luận chƣơng CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀ CATIA TRONG THIẾT KẾ KHUNG XƢƠNG Ô TÔ KHÁCH 2.1 Giới thiệu phần mềm 2.1.1 Giới thiệu phầm mềm Ansys 2.1.1.1 Tổng quan Ansys Workbench 2.1.1.2 Quy trình thực mơ Ansys Wrokbench 11 2.1.2 Giới thiệu phần mềm Catia 12 2.1.2.1 Một số ứng dụng phần mềm 13 2.1.2.2 Chức modul Citia 15 2.2 Ứng dụng phần mềm thiết kế 18 2.2.1 Phần mềm Ansys Workbench 18 2.2.2 Phần mềm Catia 31 2.3 Kết luận chƣơng 35 CHƢƠNG 3: TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ KHUNG XƢƠNG Ơ TƠ KHÁCH 36 3.1 Giới thiệu tơ khách thiết kế 36 iv 3.2 Tự động hóa thiết kế kết cấu khung xƣơng 41 3.2.1 Q trình xây dựng mơ hình hình học khung xƣơng tơ khách 42 3.2.1.1 Khung xƣơng mảng sàn 43 3.2.1.2 Khung xƣơng mảng trần 44 3.2.1.3 Khung xƣơng mảng đầu 45 3.2.1.4 Tạo liên kết mảng khung xƣơng 46 3.2.1.5 Tự động hóa thay đổi vẽ kết cấu khung xƣơng 47 3.2.2 Quá trình nhập chỉnh sửa mơ hình 49 3.3 Tự động hóa tính tốn bền khung xƣơng 52 3.3.1 Các tiêu độ bền 52 3.3.2 Tự động hóa tính toán bền khung xƣơng 55 3.4 Tự động xuất vẽ phục vụ chế tạo khung xƣơng 64 3.5 Kết luận chƣơng 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Thanh công cụ Tootbox Hình 2.2: Sơ đồ phân tích Hình 2.3: Sơ đồ chia sẻ liệu giải 10 Hình 2.4: Nhập mơ hình CAD vào Workbench 11 Hình 2.5: Khung xƣơng xe khách thiết kế Catia 13 Hình 2.6: Động lực học máy bay mô Catia 13 Hình 2.7: Mơ gia công phay Catia 14 Hình 2.8: Phân tích động lực học Catia 14 Hình 2.9: Thiết kế xây dựng kiến trúc Catia 14 Hình 2.10: Thiết kế đƣờng ống cấp Catia 15 Hình 2.11: Module Mechanical Design 16 Hình 2.12: Module Shape 16 Hình 2.13: Module Machining 17 Hình 2.14: Module Machining Simulation 17 Hình 2.15: Khởi động Geometry DesignModeler 18 Hình 2.16: Nhập mơ hình CAD 19 Hình 2.17: Mơ hình CAD 19 Hình 2.18: Boolean mặt đáy 20 Hình 2.19: Boolean cạnh cịn lại 20 Hình 2.20: Tạo Part cho Boolean 21 Hình 2.21: Q trình chọn chỉnh sửa kích thƣớc cho tiết diện 22 Hình 2.22: Gán mặt cắt ngang cho line body 22 Hình 2.23: Mơ hình CAD hoàn chỉnh 23 Hình 2.24: Khởi động Static Structural 23 Hình 2.25: Kích thƣớc lƣới chia tự động 24 Hình 2.26: Kích thƣớc lƣới sau làm mịn 25 Hình 2.27: Các tiêu chuẩn chất lƣợng lƣới 25 Hình 2.28: Đặt hạn chế chuyển vị 26 Hình 2.29: Đặt khối lƣợng tập trung 27 Hình 2.30: Đặt lực trọng trƣờng cho toán 27 vi Hình 2.31: Thƣ viện vật liệu 28 Hình 2.32: Xuất kết q trình mơ 29 Hình 2.33: Chuyển vị tổng thể khung xe 29 Hình 2.34: Ứng suất toàn khung xe 29 Hình 2.35: Nhập mơ hình CAD gán tiết diện mặt cắt 30 Hình 2.36: Chuyển vị tổng thể khung xe 30 Hình 2.37: Ứng suất tồn khung xe 31 Hình 2.38: Tạo Part Design 32 Hình 2.39: Vẽ chỉnh sửa kích thƣớc 33 Hình 2.40: Vẽ đƣờng thẳng đối xứng 33 Hình 2.41: Tạo mặt phẳng đối xứng 34 Hình 2.42: Vẽ chỉnh sửa cạnh 34 Hình 2.43: Khung mơ hình xây dựng dạng đƣờng Line 34 Hình 2.44: Bản vẽ mơ hình 2D 35 Hình 3.1: Tuyến hình tơ khách TB115CT – WLFII 36 Hình 3.2: Bố trí khoang hành khách 37 Hình 3.3: Ơ tơ satxi sở 40 Hình 3.4: Kết cấu khung satxi tơ sở 41 Hình 3.5: Bảng thơng số Excel 43 Hình 3.6: Bản vẽ tổng khung xƣơng ô tô khách 47 Hình 3.7: Quá trình thay đổi kết cấu khung xƣơng 48 Hình 3.8: Bản vẽ tổng khung xƣơng ô tô khách 48 Hình 3.9: Quá trình nhập mơ hình CAD từ file Catia 49 Hình 3.10: Tạo Boolean cho mảng khung xƣơng 50 Hình 3.11: Mơ hình 3D mảng 51 Hình 3.12: Mơ hình 3D mảng sàn 51 Hình 3.13: Mơ hình 3D mảng hơng trái phải 51 Hình 3.14: Mơ hình 3D mảng đầu mảng 52 Hình 3.15: Mơ hình 3D tổng thể kết cấu khung xƣơng ô tô khách 52 Hình 3.16: Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn 57 Hình 3.17: Đặt hạn chế chuyển vị 59 vii Hình 3.18: Đặt khối lƣợng tập trung 59 Hình 3.19: Đặt lực trọng trƣờng cho toán 60 Hình 3.20: Chọn vật liệu cho mơ hình 60 Hình 3.21: Kết mơ chuyển vị tổng thể khung xƣơng 61 Hình 3.22: Kết mơ ứng suất tổng thể khung xƣơng 62 Hình 3.23: Thay đổi tiết diện mặt cắt 63 Hình 3.24: Kết mô chuyển vị sau thay đổi 63 Hình 3.25: Bản vẽ 2D khung xƣơng mảng sàn 66 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật xe ô tô khách TB115CT – WLFII 37 Bảng 3.2: Các lệnh xây dựng mơ hình khung xƣơng mảng sàn 43 Bảng 3.3: Các lệnh xây dựng mơ hình khung xƣơng mảng trần 44 Bảng 3.4: Các lệnh xây dựng mơ hình khung xƣơng mảng đầu 45 Bảng 3.5: Các lệnh tạo liên kết mảng khung xƣơng 46 Bảng 3.6: Các lệnh q trình tự động hóa thay đổi kết cấu khung xƣơng 47 Bảng 3.7: Các lệnh trình tạo liên kết Excel hàm (fx) 49 Bảng 3.8: Khối lƣợng cụm, tổng thành hành khách 55 Bảng 3.9: Tiêu chuẩn lƣới khối lƣợng thân khung 58 Bảng 3.10: Kết mô chuyển vị tổng thể khung xƣơng 61 Bảng 3.11: Kết chuyển vị sau tối ƣu 64 Bảng 3.12: Các lệnh tạo liên kết mảng khung xƣơng 64 ix MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, nƣớc ta tiến hành cơng nghiệp hóa đại hóa với mục tiêu phấn đấu đƣa Việt Nam trở thành nƣớc cơng nghiệp Đã có nhiều sách mở cửa đầu tƣ thu hút vốn đầu tƣ nƣớc nhằm phát triển ngành cơng nghiệp Trong phát triển ngành cơng nghiệp tơ đƣợc quan tâm sâu sắc, có khả đáp ứng nhu cầu thị trƣờng nƣớc vƣơn khu vực giới Hiện nay, doanh nghiệp nƣớc cố gắng tăng tỉ lệ nội địa hóa nhằm góp phần giảm giá thành phẩm sản phẩm, tăng công ăn việc làm cho lao động nƣớc Các công ty nƣớc thƣờng nhập xe satxi từ nƣớc dựa sở tiếp tục hồn thiện phần khung vỏ hồn thiện nội ngoại thất phù hợp với nhu cầu, điều kiện sủ dụng nƣớc Trong kết cấu ô tô khách, kết cấu khung xƣơng đóng vai trị quan trọng, nơi chứa hành khách, lái xe hành khách, có ảnh hƣởng trực tiếp đến độ bền vững, dao động độ an toàn thân xe Tuy nhiên từ trƣớc tới việc tự động hóa q trình thiết kế cịn hạn chế làm cho kết cấu khung tơ khách chƣa hợp lí (Khối lƣợng lớn, sức bền độ cứng chƣa đồng đều,…vv) thời gian thiết kế kéo dài Với việc thực đề tài: “Nghiên cứu tự động hóa trình thiết kế khung tơ khách” hi vọng khắc phục đƣợc phần khiếm khuyết Đề tài đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn Thầy PGS TS Nguyễn Văn Bang, trƣờng Đại học Giao Thơng Vận Tải Trong qua trình nghiên cứu học viên khơng tránh khỏi sai xót, mong nhận đƣợc vảo từ tất Quý thầy Xin trân trọng cảm ơn! Bảng 3.11: Kết chuyển vị sau tối ưu Object Name Total Deformation State Solved Scope Scoping Method Geometry Selection Geometry All Bodies Definition Type Total Deformation By Time Display Time Last Calculate Time History Yes Identifier Suppressed No Results Minimum 1.3588e-002 mm Maximum 7.5665 mm Minimum Occurs On mangdau Maximum Occurs On mangsan Minimum Value Over Time Minimum 1.3588e-002 mm Maximum 1.3588e-002 mm Maximum Value Over Time Minimum 7.5665 mm Maximum 7.5665 mm Information Time s Load Step Substep Iteration Number 3.4 Tự động xuất vẽ phục vụ chế tạo khung xƣơng Sau thiết kế tính tốn bền cho khung xƣơng ô tô khách ta thực xuất vẽ phục vụ cho việc chế tạo, sản xuất lắp ráp Xuất vẽ phục vụ chế tạo khung xƣơng lệnh sau: Bảng 3.12: Các lệnh tạo liên kết mảng khung xương STT Lệnh Nhấn chuột trái chọn Start, chọn Mechanical Design, chọn Drafting, chọn 64 Ok cửa sổ New Drawing Creation Chọn lệnh Sheet Background công cụ Edit Chọn lện New Ply Book để chọn khung tên có sẵn Catia, chọn Apply, chọn Ok cửa sổ Manage Frame Andtle Block Chọn View Creation Wizard để chọn kiểu xuất hình chiếu, chọn Next, chọn Finish Qua mơi trƣờng Assembly Design kích vào vẽ tự động chuyển qua môi trƣờng Sheet Nhấn đúp chuột trái vào hình chiếu vật thể chỉnh sửa tỉ lệ cửa sổ Properties, chọn Ok Chọn lệnh Dimensions để tạo thông số kích thƣớc Vào cơng cụ File chọn Save As, lƣu lại vẽ Kết thúc trình 65 Hình 3.25: Bản vẽ 2D khung xương mảng sàn Dùng lệnh tƣơng tự, ta xuất đƣợc vẽ 2D mảng cịn lại khung xƣơng tơ khách cần thiết kế 3.5 Kết luận chƣơng Xây dựng đƣợc đƣợc quy trình tự động hóa thiết kế khung xƣơng tơ khách, thay đổi thơng số để đƣa đƣợc mơ hình phù hợp với yêu cầu thiết kế đặt Xây dựng đƣợc quy trình tự động hóa tính tốn bền khung xƣơng tơ khách thay đổi có thông số tiết diện mặt cắt, kết cấu khung ô tô Đƣa quy trình xuất vẽ 2D phục vu trình chế tạo, sản xuất lắp ráp khung xƣơng ô tô khách 66 KẾT LUẬN VÀ KẾT NGHỊ KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu để tài “Nghiên cứu tự động hóa q trình thiết kế khung ô tô khách” học viên thực nội dung sau: - Phân tích đƣợc tình hình nghiên cứu thiết kế khung xƣơng tơ khách nƣớc Từ đƣa mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi phƣơng pháp nghiên cứu đề tài - Tìm hiểu, nắm đƣợc ứng dụng phần mềm thiết kế tính tốn bền chun dụng, từ xây dựng q trình tự động hóa thiết kế khung tơ khách - Xây dựng đƣợc đƣợc quy trình tự động hóa thiết kế khung xƣơng tơ khách, thay đổi thông số đầu vào nhƣ tải trọng, số hành khách ta có đƣợc mơ hình khung xƣơng phù hợp yêu cầu - Xây dựng đƣợc quy trình tự động hóa tính tốn bền khung xƣơng tơ khách thay đổi có thơng số tiết diện mặt cắt, kết cấu khung ô tô - Đƣa quy trình xuất vẽ 2D phục vụ cho việc chế tạo, sản xuất lắp ráp khung ô tô khách KIẾN NGHỊ - Học viên thực nghiên cứu, hồn thành luận văn nhƣng thời gian có hạn nên luận văn số vấn đề chƣa giải đƣợc nhƣ: Tính tốn bền cho khung xƣơng ô tô khách chế độ tải trọng soắn nguy hiểm, chế độ tài trọng phanh gấp chế độ tải trọng quay vòng gấp Học viện xin kiến nghị để phát triển hoàn thiện kết nghiên cứu - Học viên mong muốn kết nghiên cứu đƣợc ứng dụng việc chế tạo, sản xuất lắp ráp khung xƣơng ô tô khách nƣớc - Học viên mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến Quý thầy cô bạn bè để luận văn đƣợc hoàn thiện 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chí Thiện; Tơ Đức Long; Nguyễn Văn Bang “Kết cấu tính tốn tơ” Nhà xuất GTVT, 1984 Đinh Bá Trụ; Hoàng Văn Lợi “Hƣớng dẫn sử dụng Ansys” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2000 Trƣơng Mạnh Hùng “Bài giảng Cấu tạo ô tô” Trƣờng ĐH Giao Thông Vận Tải Quy chuẩn quốc gia: QCVN 09:2011/BGTVT; QCVN 10:2011/BGTVT; QCVN 11:2011/BGTVT Josifina Falck “Effect of side windows, stiffening plate and roof sheet on the stiffness of the bus body” Master of Science Thesis in Medical Engineering, School of Technology and Health, Stockholm, Svenska 2013 Hussein, Hussein MA; Harrich Alexader “Computer Aided Bus Skeleton Design (BUS – CAD) International Journal of Engineering & Technology, Aug 12, Vol 12 Issue 4, p113 68 PHỤ LỤC KẾT CẤU KHUNG XƢƠNG Ô TÔ KHÁCH TB115CT – WLFII ĐƢỢC SẢN XUẤT LẮP RẮP TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN Ô TÔ TRƢỜNG HẢI 69 70 Phụ lục 1: Liên kết cầu sau với khung ô tô 71 Phụ lục 2: Liên kết khung xƣơng với khung ô tô 72 Phụ lục 3: Tổng thể khung xƣơng 73 Phụ lục 4: Khung xƣơng sàn 74 Phụ lục 5: Khung xƣơng trần 75 Phụ lục 6: Khung xƣơng hông trái 76 Phụ lục 7: Khung xƣơng hông phải 77 Phụ lục 8: Khung xƣơng đầu 78 Phụ lục 9: Khung xƣơng đuôi