Sơ lược về sự phát triển của động cơ đốt trong
1860: Năm đầu tiên động cơ đốt trong (ĐCĐT) ra đời trên thế giới
- Do kỹ sư người Pháp gốc Bỉ (Giăng Êchiên Lôna) chế tạo
- Nhiên liệu sử dụng là khí thiên nhiên 1877: ĐCĐT 4 kì đầu tiên được ra đời
- Do kỹ sư người Đức (Nicôla Aogut ôttô) và kỹ sư người Pháp ( Lăng Ghen) chế tạo
- Nhiên liệu sử dụng là khí than 1885: Động cơ xăng 4 kì đầu tiên được ra đời
- Do kỹ sư người Đức (Gôlip Đemlơ) chế tạo
- Công suất 8 mã lực, tốc độ quay 800 (vòng/phút)
- Nhiên liệu sử dụng là xăng 1897: Động cơ Điêzen 4 kì đầu tiên được ra đời
- Do kỹ sư người Đức (RuđônphơSaclơ Sređiêng Điezen) chế tạo
- Nhiên liệu sử dụng là dầu Điezen
Ngày nay, động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực và trong đời sống hàng ngày Tổng năng lượng mà động cơ đốt trong sản xuất chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng năng lượng toàn cầu.
Phân loại
Động cơ một kỳ là phiên bản cải tiến của động cơ bốn kỳ, với bốn buồng đốt và các piston di chuyển đồng thời, cho phép mỗi kỳ đều tạo ra công Động cơ hai kỳ hoàn thành chu trình làm việc trong hai hành trình của piston, tương ứng với một vòng quay trục khuỷu, chỉ thực hiện hai quá trình nén và nổ, dẫn đến sự pha trộn giữa khí nạp và khí thải Động cơ ba kỳ có hai piston trong cùng một xi lanh, di chuyển tịnh tiến trên cùng một trục khuỷu, với chu trình cháy diễn ra trong một vòng quay trục khuỷu Cuối cùng, động cơ bốn kỳ hoàn thành chu trình trong bốn hành trình của piston, tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu, với khí nạp và khí thải được tách biệt hoàn toàn, mặc dù chúng có thể tiếp xúc trong thời gian ngắn.
Có nhiều loại động cơ sử dụng nhiên liệu khác nhau, bao gồm động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ ga (khí đốt), và các động cơ sử dụng nhiên liệu khác như khí hóa lỏng (LPG), cồn (methanol, ethanol) và khí hydro.
Trong đó, động cơ diesel là động cơ được sử dụng phổ biến nhất
Động cơ piston là một loại động cơ quan trọng, bao gồm nhiều loại như động cơ piston đẩy kết hợp với thanh truyền và trục khuỷu, động cơ Wankel với thiết kế piston tròn, động cơ piston quay và động cơ piston tự do Mỗi loại động cơ này có cách chuyển động riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Theo phương pháp tạo hòa khí
Theo phương pháp tạo hỗn hợp đốt, động cơ đốt trong được chia thành hai loại chính: động cơ tạo hòa khí bên ngoài và động cơ tạo hòa khí bên trong Động cơ tạo hòa khí bên ngoài sử dụng bộ chế hòa khí để tạo hỗn hợp nhiên liệu và không khí bên ngoài xi lanh, sau đó hỗn hợp này được đưa vào xi lanh và đốt cháy bằng tia lửa điện, bao gồm động cơ xăng và động cơ ga Ngược lại, động cơ tạo hòa khí bên trong tạo hỗn hợp hơi nhiên liệu và không khí ngay trong xi lanh nhờ bơm cao áp và vòi phun, gọi là hỗn hợp dị thể Hỗn hợp này được phun vào xi lanh gần điểm chết trên và tự bốc cháy do bị nén ở nhiệt độ cao, với các loại động cơ như động cơ diesel và động cơ phun xăng điện tử.
Động cơ làm mát bằng nước sử dụng nước hoặc hỗn hợp nước-etylen glycol bơm tuần hoàn trong các khoang rỗng quanh xi lanh, giúp truyền nhiệt từ xi lanh đến nước và sau đó đến bộ phận két nước để trao đổi nhiệt với không khí bên ngoài Hỗn hợp này có thể được thêm chất chống ăn mòn và chất chống xâm thực khí, với etylen glycol giúp hạ nhiệt độ xuống −50 °C Ngược lại, động cơ làm mát bằng không khí sử dụng không khí để làm mát thông qua thiết kế cánh tản nhiệt hoặc gờ nổi, tăng cường bề mặt trao đổi nhiệt Cuối cùng, động cơ làm mát bằng dầu nhờn, như động cơ Elsbett, thường có công suất thấp và năng suất giải nhiệt không cao do dầu bôi trơn có tính giải nhiệt thấp.
Cấu tạo của động cơ đốt trong gồm có 2 cơ cấu và 4 hệ thống sau:
- Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
- Cơ cấu phân phối khí
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí
Cơ cấu trục khủy thanh truyền
Cơ cấu trục khủy thanh truyền là bộ phận quan trọng trong động cơ, có nhiệm vụ nhận năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu Bộ phận này bao gồm ba thành phần chính, mỗi thành phần có cấu tạo và chức năng riêng biệt.
Piston bao gồm ba phần: đầu, thân và piston, có nhiệm vụ tiếp nhận lực từ khoang buồng đốt và truyền vào xi lanh để đảm bảo hoạt động của động cơ Piston thực hiện hai nhiệm vụ chính: kết hợp với xi lanh và nắp xi lanh để tạo thành buồng đốt, đồng thời chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh, giúp truyền áp suất khí cháy qua tay biên và chốt piston đến trục khuỷu.
Thanh truyền bao gồm ba phần: đầu nhỏ, đầu to và thân, có nhiệm vụ chuyển đổi lực tác động và biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động tròn của trục khuỷu Phần đầu trên biên, hay đầu biên nhỏ, nối trực tiếp với trục piston, trong khi đầu dưới biên, hay đầu biên lớn, kết nối với chốt trục khuỷu Đầu dưới biên thường được chia thành hai nửa để dễ dàng lắp ráp vào trục khuỷu; nửa trên nối với biên và nửa dưới được gọi là nắp biên Hai nửa này được ghép lại bằng hai bu lông.
Trục khuỷu bao gồm 6 chi tiết chính: đầu trục khuỷu, cổ khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng và đuôi trục khuỷu Bộ phận này nhận lực từ thanh truyền và chuyển hóa lực thẳng thành lực quay thông qua hệ thống liên động cơ khí Trục khuỷu được giữ cố định bằng các ổ trục chính, cho phép nó xoay một cách hiệu quả.
Cơ cấu phân phối khí
Cơ cấu phân phối khí đảm nhận vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh thời điểm đóng mở các cửa nạp và thải, giúp động cơ thực hiện hiệu quả quá trình nạp khí mới vào xi lanh và thải khí đã cháy ra ngoài.
Hệ thống vận chuyển dầu bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm ma sát giữa các chi tiết động cơ, từ đó cải thiện hiệu suất hoạt động và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí
Hệ thống cung cấp hoà khí là một phần quan trọng trong cấu tạo của động cơ đốt trong, có nhiệm vụ cung cấp hỗn hợp không khí và nhiên liệu với tỷ lệ tối ưu trước khi đưa vào buồng xi lanh, đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ trong các chế độ làm việc khác nhau.
Hệ thống làm mát là bộ phận quan trọng giúp duy trì nhiệt độ các chi tiết động cơ trong giới hạn cho phép, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động và kéo dài tuổi thọ của các thành phần.
Hệ thống khởi động có chức năng quan trọng trong việc khởi động động cơ bằng cách quay trục khuỷu đến một tốc độ nhất định, giúp động cơ tự nổ máy.
Hình 1.2 Cấu tạo động cơ đốt trong
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong dựa trên việc đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu trong xilanh, tạo ra nhiệt Nhiệt độ cao từ quá trình đốt cháy làm cho khí giãn nở, tạo ra áp suất tác động lên piston, từ đó giúp piston di chuyển.
Hiện nay, có nhiều loại động cơ đốt trong hoạt động theo chu trình tuần hoàn, bao gồm bốn bước chính: nạp, nén, nổ (đốt) và xả Trong đó, bước xả và nạp giúp thay thế khí thải bằng nhiên liệu mới, như hòa khí trong động cơ xăng hoặc không khí trong động cơ diesel Bước nén và nổ có vai trò quan trọng trong việc đốt cháy khí và nhiên liệu, từ đó tạo ra công.
Quá trình hoạt động của động cơ bốn kỳ trải qua 4 giai đoạn nạp, nén, nổ, thải để thực hiện toàn quá trình tạo ra cơ năng của xe:
Trong Kỳ 1 - Kỳ nạp, piston di chuyển xuống dưới, tạo ra áp suất chân không, từ đó hút hỗn hợp nhiên liệu vào xi lanh qua đường nạp của động cơ.
Kỳ nén là giai đoạn quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ, khi hỗn hợp nhiên liệu được nạp vào buồng đốt Piston di chuyển từ dưới lên, làm giảm thể tích buồng đốt, dẫn đến việc hỗn hợp nhiên liệu bị nén, từ đó làm tăng áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt.
Kỳ 3 - Kỳ nổ: Khi piston di chuyển gần đến "điểm chết trên", bugi sẽ phát tia lửa điện trong động cơ xăng hoặc hỗn hợp tự cháy trong động cơ diesel Quá trình đốt cháy này tạo ra áp suất lớn, đẩy piston đi xuống và sinh ra cơ năng cho xe.
- Kỳ 4 - Kỳ thải: Khí thải sau quá trình đốt cháy được piston di chuyển từ dưới lên và đẩy ra ngoài qua đường xả động cơ
Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động (động cơ 4 kỳ) Động cơ hai kỳ
Động cơ hai kỳ hoạt động mà không cần van nạp và van xả như động cơ bốn kỳ, thay vào đó, nó sử dụng các lỗ nạp và xả khí nằm trực tiếp trên thành xi lanh Các lỗ này được đóng hoặc mở nhờ vào chuyển động của piston, tạo nên nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ hai kỳ.
Kỳ nén bắt đầu khi piston gần điểm chết trên, lúc này lỗ nạp và lỗ xả đều đóng Piston nén hỗn hợp hòa khí trong xi lanh và đồng thời nạp thêm hòa khí mới vào buồng đốt Khi piston đạt đến điểm chết trên, quá trình nổ sẽ diễn ra.
Kỳ nổ là quá trình mà hoà khí, khi được đốt cháy ở nhiệt độ và áp suất cao, sẽ giãn nở và đẩy piston di chuyển từ điểm chết trên xuống dưới Khi piston gần đến điểm chết dưới, lỗ xả nạp sẽ mở ra, cho phép hầu hết lượng khí cháy thoát ra khỏi xi lanh.
Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động (động cơ 2 kỳ)
Ứng dụng của động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp động lực cho nhiều ngành sản xuất, bao gồm máy phát điện, tàu thủy, ô tô và máy bay Trong nông nghiệp, động cơ này được sử dụng trong các máy móc như máy cày, máy kéo và máy gặt, hỗ trợ quá trình trồng trọt và thu hoạch Trong ngành công nghiệp, động cơ đốt trong là thành phần thiết yếu của hệ thống máy phát điện và nhiều loại máy móc khác, thể hiện ứng dụng rộng rãi và hiệu quả của nó.
Hiệu quả sử dụng động cơ đốt trong ngày càng tăng nhờ vào sự tiến bộ của khoa học Những cải tiến liên tục sẽ giúp nâng cao hiệu suất và mang lại lợi ích lớn hơn cho người dùng.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ 3D,
Giới thiệu phần mềm Creo
Creo Parametric là giải pháp thiết kế 3D tham số hàng đầu, cung cấp bộ công cụ mạnh mẽ và linh hoạt, giúp tối ưu hóa quy trình phát triển sản phẩm Với khả năng mở rộng và tốc độ vượt trội, Creo Parametric đáp ứng chính xác nhu cầu thiết kế, thúc đẩy sự sáng tạo và hiệu quả trong từng giai đoạn phát triển sản phẩm.
Bộ phận kỹ thuật phải đối mặt với nhiều thách thức khi phát triển sản phẩm đột phá, yêu cầu làm việc chính xác theo quy trình kỹ thuật và thông tin trao đổi giữa các nhóm phát triển Trước đây, các công ty thường tìm kiếm công cụ CAD dễ sử dụng nhưng thiếu chiều sâu, hoặc chọn giải pháp lớn hơn nhưng không đủ tính năng Với Creo Parametric, các công ty có được giải pháp đơn giản và mạnh mẽ để tạo ra sản phẩm tuyệt vời mà không cần thỏa hiệp.
Creo Parametric giúp đạt chất lượng cao và độ chính xác tối ưu cho mô hình kỹ thuật số Với khả năng kết nối liên tục, nó cung cấp cho các nhóm thiết kế quyền truy cập vào thông tin, nguồn hỗ trợ và tính năng cần thiết từ ý tưởng đến phân tích, phát triển công cụ và sản xuất Mô hình số trung thực cao và tính liên kết mạnh mẽ cho phép thay đổi sản phẩm dễ dàng, đảm bảo cập nhật được chuyển giao nhanh chóng Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của mô hình kỹ thuật số đáng tin cậy trước khi đầu tư lớn vào tìm kiếm nguồn cung ứng, năng lực sản xuất và khối lượng sản xuất.
• Nhanh chóng tạo các sản phẩm chất lượng cao nhất và sáng tạo nhất
• Tăng tốc thiết kế ý tưởng với các tính năng thiết kế FreeStyle
• Tăng năng suất với khả năng thiết kế 3D chi tiết hiệu quả hơn và linh hoạt hơn
• Tăng chất lượng của mô hình, đẩy mạnh việc tái sử dụng dữ liệu gốc và dữ liệu đa CAD, giảm thiểu sai sót cho mô hình
• Xử lý các yêu cầu phức tạp trên bề mặt một cách dễ dàng
• Kết nối ngay lập tức với thông tin và tài nguyên trên Internet – một quá trình phát triển sản phẩm có hiệu quả cao
Creo Parametric mang đến quy trình làm việc linh hoạt và giao diện thân thiện, giúp quản lý năng suất kỹ thuật cá nhân vượt trội hơn so với các phần mềm 3D CAD khác Với trải nghiệm người dùng hàng đầu, phần mềm cho phép mô hình hóa trực tiếp và cung cấp các tính năng xử lý cùng công cụ truy bắt điểm thông minh, giúp người dùng xem trước tác động của các thay đổi trước khi đưa ra quyết định Hơn nữa, Creo Parametric dựa trên giao diện tiêu chuẩn Windows ® quen thuộc, tạo điều kiện cho người dùng dễ dàng tiếp cận và mở rộng các tiêu chuẩn để giải quyết những thách thức độc đáo trong thiết kế sản phẩm 3D.
Mặc dù các nhà sản xuất đầu tư vào CAD và công nghệ phát triển sản phẩm, nhưng lợi nhuận không luôn đạt yêu cầu Thiếu khả năng tương tác, hạn chế năng lực, khả năng sử dụng kém và sự gián đoạn trong quá trình phát triển ý tưởng thiết kế đã cản trở nỗ lực của các nhóm kỹ thuật trong việc tạo ra các mô hình sản phẩm kỹ thuật số chất lượng cao và hiệu quả hơn.
Creo Parametric cung cấp tính năng sâu và rộng, giúp kỹ sư thiết kế đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng mà không bị hạn chế bởi phần mềm Phần mềm này cho phép tạo ra sản phẩm kỹ thuật số thông tin liền mạch qua tất cả các quy trình kỹ thuật, bao gồm các ứng dụng từ CAD, CAM, CAE đến việc tạo đường dẫn gia công NC Hơn nữa, Creo Parametric nổi bật trong môi trường đa CAD và đảm bảo tính tương thích với dữ liệu từ các phiên bản Pro/ENGINEER™ trước đó.
Sự phối hợp nhanh chóng và an toàn giúp tăng năng suất và giảm thiểu rủi ro Creo Parametric cung cấp khả năng kết nối nhanh đến các nguồn tài nguyên quý giá thông qua trình duyệt Web tích hợp Là một phần của hệ thống phát triển sản phẩm tích hợp (PDS) của PTC, Creo Parametric mang đến trải nghiệm người dùng liền mạch với Windchill®.
Dựa trên công nghệ Pro/ENGINEER đã được chứng minh, Creo Parametric là lựa chọn hàng đầu cho hơn 600.000 thiết kế và kỹ sư tại gần 19.000 công ty trên toàn cầu, cung cấp những tính năng 3D CAD tiên tiến nhất cho thiết kế chi tiết Không có giải pháp nào tốt hơn về giá trị, chất lượng và tính năng Là nhà thiết kế chuyên nghiệp, việc sử dụng công cụ không đáng tin cậy có thể ảnh hưởng đến quy trình sản phẩm và năng suất Với Creo Parametric, bạn sẽ luôn có công cụ chính xác để tối ưu hóa hiệu quả công việc một cách nhanh chóng và an toàn.
Các tính năng của Creo Parametric:
• Tạo hình học chính xác, bất kể độ phức tạp của mô hình
• Tự động tạo kích thước của sketch để việc tái sử dụng nhanh và dễ dàng
• Nhanh chóng xây dựng các tính năng kỹ thuật mạnh mẽ như các vòng, cạnh nghiêng, lỗ đục và nhiều hơn nữa
• Tạo một phần phiên bản bằng cách sử dụng bảng tập hợp mô hình hóa lắp ráp thiết thực
• Tận hưởng một cách thông minh hơn và nhanh hơn trong hoạt động lắp ráp mô hình
• Đơn giản hóa việc tạo ra các mô hình một cách tốc hành
• Trọng lượng chia sẻ gọn nhẹ, nhưng hoàn toàn chính xác mô hình mẫu bằng cách sử dụng công cụ Shrinkwrap™ độc đáo
• Tận dụng thời gian thực tế phát hiện va chạm
Sử dụng AssemblySense ™ giúp gắn kết các thành phần một cách nhanh chóng và chính xác, nhờ vào khả năng nhận diện phù hợp, hình dạng và chức năng Hệ thống này đi kèm với bộ tài liệu chi tiết, bao gồm các bản vẽ 2D và 3D, hỗ trợ tối ưu hóa quy trình lắp ráp.
• Tạo bản vẽ 2D và 3D theo tiêu chuẩn quốc tế, bao gồm ASME, ISO và JIS
• Tạo một phiếu vật tư liên kết (BOM) và gắn liền các ghi chú một cách tự
• Tự động hóa việc tạo ra các bản vẽ với các mẫu có sẵn
Xây dựng mô hình lắp ráp nhanh hơn với bất kỳ kích thước bằng cách sử dụng khả năng định vị linh kiện tốt nhất trong Creo Parametric
Tạo bề mặt kỹ thuật
• Tạo hình dáng tự do phức tạp nhanh hơn với tính năng FreeStyle
• Xây dựng hình dáng bề mặt phức tạp bằng cách sử dụng việc quét, pha trộn, mở rộng, độ lệch, và một loạt các tính năng chuyên ngành khác
• Cắt tỉa / mở rộng bề mặt bằng cách sử dụng các công cụ như loại bỏ, xoay quanh, pha trộn, và quét
• Thực hiện các thao tác trên bề mặt chẳng hạn như sao chép, merge, extend và transform
• Xác định hình dạng bề mặt phức tạp một cách rõ ràng
Công Nghệ cải tiến Warp
• Làm biến dạng toàn phần các hình dạng được lựa chọn trong 3D
• Các mô hình hình thang, kéo giãn, uốn cong và xoắn một cách năng động
• Áp dụng ứng dụng Warp để nhận các hình dạng từ các công cụ CAD khác
Mô hình hóa tấm kim loại
• Tạo những mặt tường, uốn cong, các lỗ đục, các rãnh, các dạng và phù điêu bằng cách sử dụng giao diện được sắp xếp hợp lý
• Tự động tạo ra các mô hình phẳng từ hình dạng 3D
• Sử dụng một loạt các phép tính hỗ trợ việc uốn cong để tạo ra các mô hình mẫu thiết kế
Flat pattern previews in sheetmetal design in Creo Parametric update dynamically so you can see your design edits in real-time
Mô hình hóa nhân tố kỹ thuật
• Chèn và thao tác một hình nhân kỹ thuật số bên trong mô hình CAD của chúng ta với tính năng Lite Manikin
Đạt được cái nhìn sâu sắc về sự tương tác giữa sản phẩm của chúng ta và những người sản xuất, sử dụng, cũng như phục vụ các sản phẩm trước đó trong quy trình thiết kế là rất quan trọng.
Mô hình hóa các mối hàn và lưu trữ
• Xác định các yêu cầu mối nối
• Trích xuất thông tin có giá trị từ mô hình, chẳng hạn như thuộc tính, dung sai, sự giao cắt và các dữ liệu về chi phí
• Dễ dàng tạo ra dữ liệu hàn 2D hoàn chỉnh
Các tính năng phân tích
• Thực hiện phân tích cấu trúc cơ bản tĩnh trên các bộ phận và các lắp ráp với tính năng CAE Lite
• Xác nhận các chuyển động động lực
Khả năng tích hợp phần mềm PTC Mathcad® với các bảng tính cho phép dự đoán tính năng và quản lý các thông số cùng kích thước quan trọng, nhờ vào các tùy chọn sẵn có trong Mathcad.
• Hỗ trợ thêm tập tin Microsoft® Excel® vào thiết kế của chúng ta
Cơ chế thiết kế cho phép chúng ta tạo ra các kết nối cơ khí và mô phỏng chuyển động trên lắp ráp động lực
Việc dựng hình ảnh theo thời gian thực
• Tạo ra chính xác hình ảnh thực của sản phẩm một cách nhanh chóng, thậm chí có thể tạo dựng các lắp ráp lớn nhất
• Làm thay đổi hình dạng sống động trong khi vẫn duy trì các hiệu ứng về hình ảnh thực như bóng đổ, khúc xạ, họa tiết và trong suốt
Tích hợp việc thiết kế ảnh động
• Tạo ra các lắp ráp / tháo gỡ các hình ảnh động trực tiếp từ môi trường mô hình hóa
• Tái sử dụng mô hình một cách dễ dàng với các tùy chọn bao gồm việc mô
Khả năng tích hợp NC
• Tạo 2 chương trình phay 2.5 trụcs trong thời gian ít nhất với khả năng tích hợp CAM Lite
• Kiểm soát các nhóm bản vẽ với trình thuật nhận bản vẽ 2D
Working with various standard file formats is essential, including STEP, IGES, DXF, STL, VRML, AutoCAD DWG, and DXF, which allows for the reception of 3D drawings linked to 2D representations Additionally, the import and export of ACIS and Parasolid formats are crucial for seamless data exchange in design and modeling processes.
• Tạo các tham số với đầy đủ các tính năng thiết kế 3D từ bản vẽ 2D bằng cách sử dụng trình chuyển đổi AutobuildZ
Hỗ trợ nhận và xuất dữ liệu từ CATIA® V4, CATIA V5 và NX®, bao gồm cả công nghệ Associative Bus Topology độc quyền của PTC™, có sẵn để mua riêng.
Cung cấp tính năng truy cập vào website ngay lập tức
• Hỗ trợ Internet/Intranet, truy cập nhanh vào email, FTP và website - tất cả từ trong Creo Parametric
• Truy cập liên tục đến nội dung và quy trình quản lý Windchill
Một thư viện đầy đủ các bộ phận, tính năng, công cụ và nhiều hơn nữa
• Tải về các bộ phận và các ký hiệu được xác định trước bằng cách sử dụng giao diện chương trình J-Link
• Dễ dàng tùy chỉnh giao diện trong Creo Parametric để phục vụ nhu cầu cụ thể của chúng ta
• Đạt được tốc độ nhanh hơn với hướng dẫn tích hợp, nguồn hỗ trợ và việc truy cập thêm nội dung đào tạo Đại học PTC
Tận dụng kết nối các trang web để thu thập thông tin và danh mục sản phẩm, đồng thời quản lý dữ liệu tùy chọn (PDM) và truy cập giải pháp hợp tác hiệu quả.
Các modul mở rộng, không giới hạn
Khả năng mở rộng không giới hạn của Creo Parametric cho phép dễ dàng thêm người dùng, mô-đun và tính năng mới, đáp ứng nhu cầu phát triển công việc mà không lo về dữ liệu không tương thích hay giao diện mới Các phần mở rộng được tích hợp liên tục giúp Creo Parametric nâng cao khả năng mở rộng, bao gồm nhiều sản phẩm đa dạng.
3D CAD - Giải pháp Thiết kế nâng cao
Giới thiệu lập trình Visual Basic trong Excel
Excel là một trong những phần mềm phổ biến nhất toàn cầu, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và môi trường làm việc Với sự hỗ trợ của VBA, Excel cho phép người dùng ghi lại các Macro, từ đó tự động hóa các tác vụ và nâng cao chức năng cho biểu mẫu, báo cáo và điều khiển Thêm vào đó, VBA còn giúp tạo ra giao diện trực quan, giúp người dùng dễ dàng tương tác với các Macro.
User Form trong VBA là một công cụ hữu ích cho lập trình Visual Basic, giúp tạo giao diện nhập và quản lý dữ liệu hiệu quả Công cụ này sử dụng nhóm đối tượng ActiveX Controls như Command Button, TextBox, ListBox, ComboBox và CheckBox để nâng cao khả năng tương tác với người dùng.
Biểu mẫu UserForm trong Excel là một công cụ nhập liệu hiệu quả, giúp kiểm soát thông tin người dùng nhập vào, từ đó nâng cao độ tin cậy của dữ liệu và đảm bảo an toàn thông tin.
Quản lý thông tin khách hàng trên file Excel có thể gặp rủi ro về độ chính xác nếu nhân viên nhập liệu trực tiếp Các thông tin quan trọng như tên khách hàng, năm sinh, số lượng sản phẩm và danh sách sản phẩm có thể bị sai sót, ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu.
• Nhập năm sinh bị sai
• Nhập sản phẩm không tồn tại
Việc nhập số âm không đáp ứng yêu cầu có thể dẫn đến tình trạng không đồng bộ dữ liệu, đặc biệt khi giao cho người khác thực hiện Để khắc phục vấn đề này, giải pháp hiệu quả là tạo một form nhập dữ liệu, giúp kiểm tra thông tin cẩn thận trước khi thêm vào danh sách.
Cách tạo UserForm trong VBA Để tạo UserForm thì chúng ta thực hiện theo các bước như sau:
Khi một form xuất hiện, hộp thoại Toolbox sẽ hiện ra, chứa các điều khiển ActiveX Control mà chúng ta có thể thêm vào userform Bên cạnh đó, trong phần project, một module UserForm1 sẽ được tạo ra.
Để sử dụng đối tượng form control, hãy nhấp vào nó trong hộp thoại Toolbox và kéo thả vào form Hình ảnh dưới đây minh họa việc đã thêm 3 TextBox và 1 Command Button vào form.
Hình 2.5 Chèn các đối tượng trong userform
Chạy UserForm bằng cách tại Visual Basic Editor hãy nhấn F5 thì nó sẽ xuất hiện một giao diện như sau:
Hình 2.6 Giao diện hiển thị userform
Hai thuộc tính quan trọng của UserForm
User Form không tự động hiển thị mà cần phải sử dụng một đoạn mã kết hợp với một sự kiện cụ thể Ví dụ, khi có UserForm1, các thuộc tính của nó sẽ được thiết lập như sau.
Thuộc tính Show dùng để hiển thị Form: userform1.show Thuộc tính Hide dùng để ẩn form: UserForm1.Hide Một ví dụ về cách sử dụng UserForm trong VBA
Quản lý dữ liệu cho một khách sạn 5 sao tại Mỹ yêu cầu nhân viên tiếp nhận đơn hàng và nhập thông tin vào danh sách theo mẫu quy định.
Hình 2.7 Giao diện nhập danh sách
Thay vì nhập trực tiếp vào file Excel thì ta sẽ nhập thông qua form này
Các bước thực hiện như sau
Bước 1: Xây dựng giao diện form
1 Mở Visual Basic Editor Nếu Project Explorer không có thì hãy click vào View -> Project Explorer để mở nó ra
2 Click Insert -> UserForm thì sẽ xuất hiện một form Nếu không có hộp thoại Toolbox thì hãy chọn View -> Toolbox Lúc này giao diện sẽ như sau
Thêm các điều khiển VBA để giao diện giống như hình đầu tiên trong phần 4, mà không cần chú ý đến tên của các form control.
Thay đổi Name và Caption của các control Để thay đổi tên và caption cho các control thì click chuột phải vào đối tượng, sau đó chọn Properties
Hình 2.9 Mở thuộc tính cho điều khiển nút
Một hộp thoại xuất hiện, cần phải đổi thông tin ở vùng khoanh tròn
Hình 2.10 Bảng thuộc tính cho điều khiển nút
Userform DinnerPlannerUserForm Dinner Planner Text Box NameTextBox
Text Box PhoneTextBox List Box CityListBox Combo Box DinnerComboBox
Check Box DateCheckBox1 June 13th
Check Box DateCheckBox2 June 20th
Check Box DateCheckBox3 June 27th
Option Button CarOptionButton1 Yes Option Button CarOptionButton2 No Text Box MoneyTextBox
Command Button ClearButton Clear Command Button CancelButton Cancel
7 Labels Không đổi Name:, Phone Number:, etc
Lưu ý: Combobox sẽ được thêm dữ liệu ở những bước tiếp theo Bước 2: Hiển thị form
1 Tạo một Command Button ở ngoài trang tính Excel, sau đó viết sự kiện show form cho nó như sau
Mục đích mong muốn khi click vào button này thì sẽ hiển thị form nhập dữ liệu
2 Tại sự kiện UserForm_Initialize, chúng ta sẽ thêm dữ liệu cho các combobox Chúng ta hãy click chuột phải vào Form và chọn View Source Sau đó tại phần danh sách xổ xuống chúng ta chọn đối tượng là UserForm, Event là Initialize => Một Sub xuất hiện, đây chính là hàm khởi tạo khi form được load lên
Hình 2.11 Lập trình cho Combobox
Sau đó nhập code cho các Sub để tạo phần giao diện và code xử lý lúc khởi tạo form Bước cuối cùng sẽ tạo code chương trình chính
Phần kiểm tra ứng dụng sẽ được thiết lập sau đó để kiểm tra Userform đã tạo hoạt động tốt.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU TRÊN PHẦN MỀM EXCEL
Bánh đà
Bảng 3.1 Thông số của bánh đà
Trục khuỷu
- Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất và giá thành cao nhất của động cơ đốt trong
Lực tác dụng trên Piston được tiếp nhận và truyền qua thanh truyền, biến chuyển động tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục Quá trình này giúp đưa công suất ra ngoài, dẫn động các máy công tác khác.
- Lực khí thể trong xylanh
- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm Piston
- Lực quán tính của trục khuỷu
- Những lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh
- Trục khuỷu phải có sức bền lớn, độ cứng vững lớn trọng lượng nhỏ và ít mòn
STT Thông số Đơn vị Số liệu
1 Đường kính vành ngoài (D vn ) mm 200
3 Đường kính vành trong (mặt trên thẳng) (Dvt1) mm 170
4 Đường kính vành trong (mặt dưới cong) (Dvt2) mm 160
5 Đường kính lỗ nối trục khuỷu (Dbđ) mm 26
- Các bề mặt làm việc của trục khuỷu cần có độ bóng bề mặt và độ cứng cao
- Không xảy ra hiện tượng dao động cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng
- Kết cấu của trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và tính đồng đều của động cơ
- Đảm bảo tính công nghệ dễ chế tạo
2.4 Chọn phương án thiết kế :
- Vật liệu chế tạo : Thép Cacbon
- Sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức bằng các mạch dầu
- Sử dụng trục khuỷu có chốt khuỷu rỗng
- Chiều dài chốt trục khuỷu:
Lck = (0,5 ÷ 0,65) Dck = (13÷16,9) mm; chọn: L ck = 16 mm
- Khoảng cách giữa 2 cổ trục khuỷu:
Bảng 3.2 Thông số của trục khuỷu
STT Thông số Đơn vị Số liệu
1 Chiều dài chốt trục khuỷu (Lck) mm 16
2 Khoảng cách giữa 2 cổ khuỷu (Lk) mm 45
3 Đường kính đuôi trục khuỷu (D tk ) mm 26
4 Đường kính chốt trục khuỷu (D ck ) mm 26
Xy lanh
Bảng 3.3 Thông số của xy lanh
Thanh truyền
Bảng 3.4 Thông số của thanh truyền
Piston
Piston là một bộ phận thiết yếu của động cơ đốt trong, chịu trách nhiệm tiếp nhận lực khí thể và truyền lực đó cho thanh truyền, giúp quay trục khuỷu trong quá trình cháy và giãn nở Ngoài ra, piston cũng tham gia vào quá trình nén khí, đẩy khí thải ra khỏi xylanh và hút khí nạp mới vào buồng cháy, đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ.
5.2 Điều kiện làm việc của Piston :
Trong quá trình hoạt động của động cơ, piston phải chịu áp lực lớn, nhiệt độ cao và ma sát đáng kể Những lực tác động và nhiệt độ cao này chủ yếu do khí thể và lực quán tính gây ra.
STT Thông số Đơn vị Số liệu
1 Đường kính khối biên dạng (Dbd) mm 90
2 Đường kính lỗ trong nối piston (D cp' ) mm 75
3 Chiều dài khối chữ nhật ( L cn ) mm 112
4 Đường kính khối chữ nhật ( D cn ) mm 30
STT Thông số Đơn vị Số liệu
1 Đường kính ngoài đầu nhỏ ( d1) mm 20
2 Đường kính trong đầu nhỏ ( d2) mm 12
3 Đường kính ngoài đầu to ( D1) mm 45
4 Đường kính trong đầu to ( D2) mm 26
5 Bề dày của thân ( Btt) mm 13
Chiều dài của thân (Lt) là 136 mm, ảnh hưởng đến ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt trong Piston Mài mòn xảy ra do thiếu dầu bôi trơn tại mặt ma sát giữa Piston và xylanh khi chịu lực.
Đỉnh piston là phần trên cùng của piston, kết hợp với xylanh và quy-lát để tạo thành buồng cháy Thiết kế đỉnh piston theo dạng đỉnh bằng giúp giảm tiết diện chịu nhiệt, đồng thời có kết cấu đơn giản và dễ chế tạo.
- Đầu piston bao gồm đỉnh piston và vùng đai lắp các xecmăng dầu và khí, làm nhiệm vụ bao kín
- Thân Piston là phần phía dưới rãnh xecmăng dầu cuối cùng ở đầu Piston, làm nhiệm vụ dẫn hướng piston Đường kính Piston: D = 75 (mm)
Bề dày đỉnh Piston: = 7,5÷15 → = 10 (mm) Đường kính đỉnh đầu: d = 60 (mm)
Chiều cao H của Piston: H = 75 ÷ 120 → 75 (mm)
Vị trí của chốt Piston (đến chân Piston ): h = 22,5 ÷ 90 → h= 25 (mm) Đường kính chốt Piston: D cp = 7.5 ÷ 33,75 → 12 (mm)
Bảng 3.5 Thông số của piston
STT Thông số Đơn vị Số liệu
3 Đường kính lỗ chốt piston ( Dcp) mm 12
4 Đường kính đỉnh đầu (d) mm 60
5 Bề dày đỉnh piston (δ) mm 10
6 Vị trí từ lỗ chốt đến chân piston (h) mm 25
TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ VỚI EXCEL TÍCH HỢP VÀO PHẦN MỀM THIẾT KẾ 3D
Tạo mẫu 3D bằng CREO
Sử dụng tính năng CREO/Design để thiết kế 3D các thành phần của động cơ đốt trong theo kích thước tùy chọn Sau đó, thực hiện lắp ráp hoàn chỉnh động cơ Việc điều chỉnh kích thước sẽ được thực hiện thông qua việc kết nối file Excel với Creo Các thành phần của động cơ đốt trong được thiết kế một cách chi tiết và chính xác.
Hình 4.2 Bản vẽ 2D của bánh đà
Hình 4.3 Bản vẽ 3D của bánh đà
Hình 4.4 Bản vẽ 2D của trục khuỷu
Hình 4.5 Bản vẽ 3D của trục khuỷu
Hình 4.6 Bản vẽ 2D của xy lanh
Hình 4.7 Bản vẽ 3D của xy lanh
Hình 4.8 Bản vẽ 2D của thân thanh truyền
Hình 4.9 Bản vẽ 2D của nắp thanh truyền
Hình 4.10 Bản vẽ 3D của thân thanh truyền
Hình 4.11 Bản vẽ 3D của nắp thanh truyền
Hình 4.12 Bản vẽ 2D của piston
Hình 4.13 Bản vẽ 3D của piston
Bằng việc thiết kế từng thành phần của động cơ đốt trong, rồi sau đó tiến hành lắp ráp ta được mẫu động cơ đốt trong
Mô hình động cơ đốt trong
Hình 4.14 Mô hình 3D động cơ đốt trong trên Creo
Tạo bảng thông số tính toán trong Microsoft Excel
Tạo một bảng tính Excel để thiết kế các thành phần động cơ đốt trong như Bánh đà, Trục khuỷu, Xy lanh, Thanh truyền và Piston, với mỗi thành phần nằm trong các sheet riêng biệt Sheet chính, được đặt tên là Main, sẽ chứa dữ liệu tổng hợp Tệp bảng tính sẽ được lưu dưới định dạng *.xlsm và sử dụng lập trình VBA để liên kết dữ liệu giữa các sheet Ngoài ra, cần tạo một nút Macro để tự động lưu dữ liệu và cập nhật từ file Excel qua CREO.
Một số bảng thiết lập thông số trong Excel
Hình 4.15 Bảng dữ liệu của trục khuỷu
Hình 4.16 Bảng dữ liệu của piston
Hình 4.17 Bảng dữ liệu của động cơ đốt trong
Tạo giao diện Graphical User Tool
Lập trình VBA cho phép xây dựng bảng điều khiển User Form, tạo giao diện tương tác cho việc tính toán động cơ đốt trong Giao diện này bao gồm các thành phần như “Frame” và “Label”, giúp người dùng dễ dàng nhập liệu và theo dõi kết quả Sử dụng VBA, bạn có thể tối ưu hóa quy trình tính toán và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Giao diện bao gồm "Textbox", "CommandButton" và "Image" cho phép người dùng nhập kích thước các thành phần của động cơ đốt trong Sau khi nhập liệu, hệ thống sẽ thực hiện tính toán và lưu trữ dữ liệu vào bảng tính Excel Người dùng có thể truy cập giao diện này thông qua nút nhấn "Mở nhập dữ liệu".
Hình 4.18 Tạo userform cho bánh đà
Phần tạo userform áp dụng cho bánh đà bao gồm các thành phần tương tự của piston Sử dụng "Frame" để tạo viền cho bảng thông số, "Label" để ghi tên các thông số điều chỉnh, "Textbox" để tạo ô trống nhập liệu, "CommandButton" để tạo nút nhấn điều khiển, và "Image" để chèn hình ảnh vào userform.
Giao diện nhập dữ liệu
Trong phần mềm Excel, sau khi lập các bảng dữ liệu, người dùng có thể sử dụng lập trình VBA để tạo giao diện tính toán cho động cơ Giao diện chính bao gồm năm thành phần quan trọng của động cơ đốt trong: Bánh đà, Trục khuỷu, Xy lanh, Piston và Thanh truyền Người dùng có thể mở giao diện con bằng cách nhấn vào các nút tương ứng và nhập dữ liệu vào các ô trống Dữ liệu này sẽ được xử lý bởi chương trình lập trình sẵn Khi dữ liệu được lưu và truyền đến file CREO, thiết kế động cơ sẽ được cập nhật Nếu có lỗi trong mẫu thiết kế, người dùng cần điều chỉnh số liệu tại giao diện con Hình 5 minh họa giao diện trực quan phục vụ cho việc tính toán động cơ đốt trong.
Hình 4.19 Giao diện nhập dữ liệu
Liên kết dữ liệu từ Excel qua CREO
Để truyền dữ liệu từ Excel sang CREO, mở thanh công cụ Excel Analysis và chọn “Load file” để tải bảng tính Excel đã tạo Sau đó, nhấp vào biểu tượng “Output Cells” và quét vùng chọn trong ô bảng tính liên quan đến các giá trị kích thước tham số cần thay đổi Nhấn “Done Sel” trong menu hộp thoại, rồi chọn nút “Compute” để tự động chuyển dữ liệu từ Excel sang CREO Tất cả ô dữ liệu từ Excel sẽ xuất hiện trong phần kết quả của hộp thoại.
Cuối cùng, nhấn trên nút “Add Feature”, đặt tên thích hợp để lưu dữ liệu này trước khi đóng hộp thoại Excel Analysis.
Gán dữ liệu với Relation
Để liên kết dữ liệu từ bảng tính Excel với khối 3D của động cơ đốt trong, hãy sử dụng tùy chọn Relation và mở hộp thoại Relation Tiến hành chèn số liệu để liên kết tất cả các giá trị kích thước tham số của đối tượng cần thay đổi kích thước, như đã thực hiện với phần Piston của động cơ Các thành phần khác của động cơ cũng được thực hiện theo cách tương tự.
Cuối cùng, việc tích hợp bảng tính Excel vào phần mềm CREO đã giúp tự động hóa các tác vụ thiết kế Người dùng chỉ cần thay đổi kích thước trong bảng tính Excel, lưu lại, sau đó điều chỉnh file Feature đã lưu trên CREO để cập nhật kích thước mới một cách dễ dàng.
Mở động cơ đốt trong trên Creo
Mở file dữ liệu trên Excel Điền vào các thông số cần thiết và nhấn Nhập
Nhấn nút Save để lưu
Nhấn chuột phải mở file PTC trong Creo bấm “Edit definition” -> nhấn OK
Hoàn thành thay đổi thiết kế mẫu
Nhấn nút Sửa để thay đổi số liệu
Nhấn nút Nhập dữ liệu trên Excel Đ
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nghiên cứu này trình bày việc tích hợp ngôn ngữ lập trình VBA trong Excel với phần mềm thiết kế 3D CREO, cho phép tự động hóa quá trình thiết kế động cơ đốt Phương pháp thiết kế tự động này không chỉ giảm thiểu thời gian và chi phí thiết kế mà còn hạ giá thành sản phẩm so với các phương pháp truyền thống.
Sự kết hợp giữa Excel và CREO mang lại lợi ích trong việc quản lý dữ liệu và truyền tải thay đổi để điều chỉnh thiết kế nhanh chóng Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào việc tính toán kích thước hình học của động cơ đốt trong mà chưa xem xét các yếu tố khác Trong tương lai, tác giả hy vọng sẽ cải thiện chương trình tính toán thiết kế động cơ đốt trong bằng cách tích hợp các yếu tố như động học, động lực học, độ bền kết cấu, hệ thống bôi trơn và hệ thống nhiên liệu.
[1] Harish Reddy, P Srinivasa Rao, “Design Automation Of Cam Lobe Modeling In CREO
Using C#”, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET),
[2] Thakkar, A M., & Patel, Y D “Integration of Pro\Engineer with Excel and C Language for design automation”, International Journal of Engineering Research & Technology
[3] Akshaykumar V Kadam, U M Nimbalkar, “Automatic Assembly Modeling for Product
Variants using Parametric Modeling Concept”, International Journal of Engineering
Research & Technology (IJERT), Vol 4 Issue 04, April-2015
[4] Adil Muminovic, Isad Saric, Mirsad Colic and Senad Rahimic, “Development of integrated intelligent computer-aided design system for mechanical power-transmitting mechanism design”, Advances in Mechanical Engineering, Vol 9(7), pp 1–16, 2017
[5] Hussein, H M A, “Computer aided blanking die design using CATIA”, Procedia Cirp, 18, pp 96-101, 2014
[6] Gulati V., “Parametric Jewelry Modeling in AutoCAD using VBA”, International Journal of Computer Application, Vol.1(2012),p.158-164
[7] Qin L., Zhou S., “Parametric Design of Turbodrill Bearing Section based on VB and Solidworks”, International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design, 2013, p.391-394
[8] Trần Thanh Hải Tùng, “Bài giảng môn học - Tính toán thiết kế động cơ đốt trong”, trang 2-33, Giáo trình lưu hành nội bộ, 2007
[9] Phan Tự Hướng, “Lập trình VBA trong Excel”, trang 310-333, Nhà xuất bản thống kê Hà Nội, 2009
[10] Bill and Syrstad, Jelen, Tracy, “Microsoft Excel 2019 VBA and Macros”, Pearson Education Inc, 2019.