Quá trình làm việc được cả nhóm thực hiện tại phòng học của trường, việc thiết kế thanh truyền theo bản vẽ của thầy đưa ra được sử dụng cả hai phần mềm chính đó chính là AUTOCAD và SOLID
Tổng Quan
Tổng quan về phần mềm AutoCAD và Solidworks
1.1.1 Giới thiệu về phần mềm AutoCAD: lịch sử phát triển, tính năng, ưu nhược điểm:
AutoCAD, viết tắt của "Automated Design, Drafting, and Detailing", là phần mềm CAD (Computer-Aided Design) tiên phong và phổ biến nhất toàn cầu Ra mắt vào năm 1982 bởi Autodesk, AutoCAD đã nhanh chóng thiết lập tiêu chuẩn công nghiệp cho thiết kế 2D và 3D.
AutoCAD, ban đầu được phát triển cho máy tính cá nhân, đã tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành thiết kế Qua thời gian, phần mềm này không ngừng được cải tiến và bổ sung nhiều tính năng mới, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của kỹ sư, kiến trúc sư và nhà thiết kế.
AutoCAD cung cấp một loạt các tính năng mạnh mẽ, bao gồm:
• Thiết kế 2D và 3D: Tạo ra các bản vẽ kỹ thuật 2D chi tiết và các mô hình
• Chỉnh sử và quản lý dữ liệu: Dễ dàng chỉnh sửa các đối tượng, khối, lớp và các thuộc tính khác của bản vẽ
• Phân tích và mô phỏng: Thực hiện các phân tích đơn giản và mô phỏng các hệ thống cơ khí
• Tùy chỉnh giao diện: Tùy chỉnh giao diện người dùng để phù hợp với phong cách làm việc của từng cá nhân
• Khả năng tương thích: Hỗ trợ nhiều định dạng tệp khác nhau và tích hợp với các phần mềm khác trong quy trình thiết kế
• Công cụ tự động hóa: Tự động hóa các tác vụ lặp đi lặp lại để tăng năng suất Ưu điểm
• Tiêu chuẩn công nghiệp: AutoCAD được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đảm bảo tính tương thích và khả năng chia sẻ dữ liệu
• Tính năng đa dạng: Phần mềm cung cấp một bộ công cụ đầy đủ để đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế
• Khả năng tùy chỉnh cao: Người dùng có thể tùy chỉnh giao diện và các lệnh để phù hợp với công việc của mình
• Cộng đồng người dùng lớn: Có một cộng đồng người dùng lớn, giúp dễ dàng tìm kiếm hỗ trợ và tài liệu học tập
• Giao diện phức tạp: Đối với người mới bắt đầu, giao diện của AutoCAD có thể khá phức tạp và đòi hỏi thời gian để làm quen
• Chi phí bản quyền cao: Bản quyền phần mềm có thể khá đắt đỏ, đặc biệt đối với các doanh nghiệp nhỏ
Mặc dù AutoCAD có khả năng tạo ra các mô hình 3D, nhưng phần mềm này không được tối ưu hóa cho việc sản xuất hình ảnh render chất lượng cao, do đó đồ họa không phải là điểm mạnh của nó.
AutoCAD được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
• Kiến trúc: Thiết kế bản vẽ kỹ thuật, tạo mô hình 3D cho các công trình xây dựng
• Kỹ thuật cơ khí: Thiết kế các bộ phận máy móc, tạo bản vẽ lắp ráp
• Xây dựng: Lập kế hoạch xây dựng, tạo bản vẽ thi công
• Sản xuất: Thiết kế sản phẩm, tạo bản vẽ gia công
1.1.2 Giới thiệu về phần mềm Solidworks: lịch sử phát triển, tính năng, ưu nhược điểm:
Lịch sử hình thành và phát triển
Solidworks, phần mềm CAD 3D hàng đầu, đã có một hành trình phát triển ấn tượng kể từ khi ra mắt vào năm 1995 với phiên bản Solidworks 95 Giao diện trực quan và dễ sử dụng của nó nhanh chóng thu hút sự chú ý của cộng đồng thiết kế Năm 1997, Solidworks được Dassault Systèmes, một công ty phần mềm nổi tiếng, mua lại và tiếp tục phát triển với nhiều tính năng mới.
Tính năng nổi bật của Solidworks
Solidworks cung cấp một loạt các tính năng mạnh mẽ, giúp người dùng tạo ra các mô hình 3D chi tiết và phức tạp:
• Mô hình hóa 3D: Tạo ra các mô hình 3D từ các phác thảo 2D, sử dụng các công cụ như extrude, revolve, sweep
Lắp ráp thiết kế bao gồm việc kết hợp các thành phần riêng lẻ để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh, đồng thời kiểm tra tính tương thích và xác định các thông số kỹ thuật cần thiết.
Phân tích kỹ thuật là quá trình quan trọng nhằm thực hiện các phân tích về ứng suất, nhiệt độ và động lực học Những phân tích này giúp đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu về độ bền và hiệu suất, từ đó nâng cao chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm.
• Tạo bản vẽ 2D: Tự động tạo ra các bản vẽ kỹ thuật 2D từ mô hình 3D, bao gồm các kích thước, dung sai và chú thích
• Simulation: Mô phỏng các quá trình sản xuất và hoạt động của sản phẩm để đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa thiết kế
• Rendering: Tạo ra các hình ảnh và video chất lượng cao của sản phẩm để trình bày và thuyết trình
• Các tính năng chuyên biệt: Thiết kế bề mặt, thiết kế hàn, thiết kế tấm, thiết kế ống, thiết kế khuôn, thiết kế điện
• Giao diện trực quan, dễ sử dụng: Giao diện thân thiện giúp người dùng nhanh chóng làm quen và sử dụng phần mềm
• Khả năng tương thích cao: Tương thích với nhiều định dạng file khác nhau và dễ dàng tích hợp với các phần mềm khác
• Cộng đồng người dùng lớn: Có một cộng đồng người dùng đông đảo, giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm hỗ trợ và chia sẻ kinh nghiệm
• Cập nhật liên tục: Phần mềm được cập nhật thường xuyên với các tính năng mới, cải thiện hiệu suất và khắc phục lỗi
• Ứng dụng rộng rãi: Được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như ô tô, hàng không, cơ khí, điện tử
• Chi phí bản quyền cao: So với các phần mềm thiết kế 3D khác,
Solidworks có giá thành khá cao
• Yêu cầu cấu hình máy tính cao: Để chạy mượt mà, Solidworks yêu cầu máy tính có cấu hình phần cứng mạnh
• Góc học tập dốc: Để sử dụng thành thạo Solidworks, người dùng cần dành thời gian để học và luyện tập
So sánh Solidworks với các phần mềm CAD khác
Solidworks là phần mềm CAD dễ sử dụng, phù hợp cho cả người mới và chuyên gia So với AutoCAD và CATIA, Solidworks nổi bật với giao diện trực quan, khả năng tự động hóa cao và cộng đồng người dùng lớn Mặc dù vậy, các phần mềm khác cũng có những ưu điểm riêng, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng cụ thể.
5 Ứng dụng của Solidworks trong thực tế
Solidworks là phần mềm thiết kế 3D phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ thiết kế sản phẩm tiêu dùng đến các công trình công nghiệp phức tạp Một số ví dụ về ứng dụng của Solidworks bao gồm thiết kế máy móc, mô phỏng và phân tích cấu trúc, cũng như phát triển sản phẩm mới.
• Ngành ô tô: Thiết kế ngoại thất, nội thất, động cơ và các linh kiện khác của xe hơi
• Ngành hàng không: Thiết kế các bộ phận máy bay, mô phỏng khí động học
• Ngành cơ khí: Thiết kế máy móc, thiết bị, khuôn mẫu
• Ngành điện tử: Thiết kế vỏ máy tính, điện thoại, các thiết bị điện tử khác.
Giới thiệu chung về thanh truyền và vật liệu chế tạo thanh truyền
Thanh truyền là bộ phận kết nối giữa piston và trục khuỷu hoặc guốc trượt Nó có nhiệm vụ nhận lực từ piston và truyền cho trục khuỷu, từ đó làm quay trục khuỷu Quá trình này chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Khi làm việc, thanh truyền phải chịu sự tác dụng của các lực sau:
Các lực này đều là các lực có độ tuần hoàn và va đập rất lớn
Vật liệu chế tạo thanh truyền sẽ phụ thuộc vào tốc độ của động cơ sử dụng thanh truyền đó:
• Đối với các động cơ có tốc độ thấp, thanh truyền sẽ được chế tạo từ vật liệu là thép ít cacbon hoặc thép cacbon trung bình
Thanh truyền trong động cơ ô tô máy kéo và động cơ tàu thủy cao tốc thường được chế tạo từ thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim crôm, niken.
Đối với động cơ cao tốc và cường hóa, thanh truyền được chế tạo từ thép hợp kim đặc biệt, chứa nhiều thành phần như mangan, niken và vônphram để đảm bảo độ bền và hiệu suất tối ưu.
Xu hướng ứng dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế cơ khí
Trong thời đại công nghệ 4.0, ứng dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế cơ khí là xu hướng tất yếu, giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm Các phần mềm thiết kế và chế tạo như Solidworks, AutoCAD, và CATIA ngày càng trở nên phổ biến, phản ánh tầm quan trọng của công nghệ trong ngành sản xuất.
1.2.1 Lợi ích của việc ứng dụng phần mềm CAD/CAM
Việc ứng dụng phần mềm CAD/CAM mang lại nhiều lợi ích to lớn cho quá trình thiết kế và sản xuất:
• Tăng năng suất và hiệu quả:
Tự động hóa giúp giảm thiểu lỗi sai và tiết kiệm thời gian bằng cách xử lý các công việc lặp đi lặp lại như tạo bản vẽ, tính toán và mô phỏng một cách hiệu quả.
Phần mềm tối ưu hóa thiết kế hỗ trợ kỹ sư trong việc chỉnh sửa, mô phỏng và cải tiến các thiết kế trước khi tiến hành sản xuất, từ đó giúp giảm thiểu chi phí sửa chữa và chế tạo lại.
Nâng cao chất lượng sản phẩm với độ chính xác cao là yếu tố quan trọng, khi các bản vẽ và mô hình 3D được tạo ra với độ chính xác tối ưu, giúp giảm thiểu sai số trong quá trình sản xuất.
Phần mềm phân tích ứng suất, nhiệt độ và biến dạng giúp tối ưu hóa cấu trúc sản phẩm, từ đó đảm bảo độ bền và hiệu suất tối ưu.
Tối ưu hóa thiết kế không chỉ giúp giảm lượng vật liệu sử dụng mà còn làm giảm chi phí sản xuất Bằng cách tự động hóa các công đoạn sản xuất, doanh nghiệp có thể giảm thiểu lỗi và tiết kiệm thời gian gia công, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế.
• Cải thiện khả năng cạnh tranh:
Rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường: Quá trình thiết kế và sản xuất được rút ngắn đáng kể
Nâng cao chất lượng sản phẩm: Sản phẩm có độ chính xác cao, đáp ứng được yêu cầu của khách hàng
• Hợp tác và chia sẻ thông tin hiệu quả:
Làm việc nhóm hiệu quả giúp các thành viên trong nhóm thiết kế hợp tác trên một mô hình 3D, dễ dàng chia sẻ thông tin và cập nhật tiến độ công việc.
Quản lý dữ liệu: Tất cả dữ liệu thiết kế được lưu trữ và quản lý một cách hệ thống, thuận tiện cho việc truy xuất và chia sẻ
1.2.2 Thực trạng ứng dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế chi tiết kỹ thuật
Hiện nay, nhiều doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam đã áp dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế và sản xuất Tuy nhiên, mức độ ứng dụng này còn khác nhau, tùy thuộc vào quy mô, ngành nghề và khả năng đầu tư của từng công ty.
Doanh nghiệp lớn: Đa số các doanh nghiệp lớn đã trang bị đầy đủ các phần mềm CAD/CAM hiện đại và ứng dụng chúng một cách hiệu quả
Doanh nghiệp vừa và nhỏ đang dần áp dụng phần mềm CAD/CAM, nhưng quy mô và mức độ sử dụng vẫn còn hạn chế.
Chi phí đầu tư cho phần mềm CAD/CAM thường khá cao, yêu cầu doanh nghiệp phải chuẩn bị một nguồn vốn lớn Bên cạnh đó, việc đào tạo nhân lực để sử dụng thành thạo phần mềm này cũng cần nhiều thời gian và chi phí đáng kể.
Cập nhật công nghệ: Công nghệ CAD/CAM không ngừng phát triển, doanh nghiệp cần thường xuyên cập nhật phần mềm và đào tạo lại nhân viên
• Để thúc đẩy việc ứng dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế cơ khí, cần có sự phối hợp của nhiều bên:
Nhà nước: Có các chính sách hỗ trợ doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ, đào tạo nhân lực
Các trường đại học và cao đẳng đang cập nhật chương trình đào tạo và trang bị phòng thực hành hiện đại nhằm giúp sinh viên làm quen với phần mềm CAD/CAM từ sớm.
Các nhà cung cấp phần mềm: Cung cấp các giải pháp phần mềm phù hợp với từng doanh nghiệp, hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo người dùng
Các hiệp hội ngành: Tổ chức các hội thảo, khóa đào tạo để nâng cao nhận thức và kỹ năng sử dụng phần mềm CAD/CAM cho doanh nghiệp
Việc áp dụng phần mềm CAD/CAM trong thiết kế cơ khí đang trở thành xu hướng không thể thiếu, mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho doanh nghiệp Để khai thác tối đa tiềm năng của công nghệ này, các doanh nghiệp cần đầu tư vào phần mềm, đào tạo nguồn nhân lực và phát triển một chiến lược ứng dụng hiệu quả.
Chương 2: Thiết kế thanh truyền trên AutoCAD
• Các bước thiết kế thanh truyền trên AutoCAD
Xác định các thông số thiết kế ban đầu ( chiều dài, đường kính, )
Xác định các thông số thiết kế thanh truyền là bước đầu tiên quan trọng trong quy trình thiết kế thanh truyền cho động cơ Những thông số này có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ bền và khả năng hoạt động của động cơ Dưới đây là một số thông số thiết kế cơ bản được xác định dựa trên bản vẽ.
Vẽ 2D thanh truyền tự động trên AutoCAD Mechanical bằng các công cụ vẽ và lệnh
Hình 2.1 Tạo file mới trong AutoCAD
Hình 2.2 Thay đổi tiêu chuẩn
Hình 2.3 Chọn LINE để vẽ các đường thẳng
Hình 2.4 Start, End, Radius để vẽ đường cong
Hình 2.5 Dùng lệnh center, diameter vẽ đường tròn
Hình 2.6 Dùng lệnh offset để tạo đối tượng song song hoặc đồng tâm với đối tượng ban đầu
Hình 2.7 Dùng lệnh hatch để tạo đường lưới mặt cắt
Hình 2.11 Ký hiệu dung sai
Hình 2.12 Ra hộp thoại như trên click block reference
Hình 2.13 Chọn mục LeaderLine & Arrow để chọn kiểu mũi tên
Hình 2.14 Hiển thị đường nét chính bấm Lineweight
Hình 2.15 Dùng Trim Geometry để cắt những phần thừa
Hình 2.16 Dùng Offset để tạo vòng tròn đồng tâm với khoảng cách mong muốn
Hình 2.17 Dùng Fillet để bo các góc với bán kình hoặc đường kính
Chương 3: Thiết kế thanh truyền trên Solidworks
Các bước thiết kế thanh truyền trên Solidworks
Sử dụng các công cụ chuyên dụng để thiết kế thanh truyền
Hình 3.1 Extrude sketch đầu nhỏ
Hình 3.2 Extrude 3 phần gia cố chịu lực cho đầu nhỏ thanh truyền
Hình 3.3 Draft đầu nhỏ tới đầu to thanh truyền
Hình 3.6 Cut Extrude đầu to
Hình 3.7 Extrude ba vấu trên đầu to
Hình 3.8 Extrude phần hình chữ nhật
Hình 3.9 Sử dụng lệnh Mirror
Hình 3.10 Extrude của cục oval dưới đáy miễng dên (cục 26-R10)
Hình 3.11 Draft của cục oval dưới đáy miễng dên (cục 26-R10)
Hình 3.12 Sử dụng lệnh Fillet tượng trưng
Hình 3.14 Extrude phần thân thanh truyền ( đoạn có biên dạng thẳng )
Hình 3.15 Extrude khúc nối đầu nhỏ
Hình 3.16 Draft khúc nối đầu nhỏ
Hình 3.17 Extrude khúc nối đầu to
Hình 3.18 Draft khúc nối đầu to
Hình 3.19 Cut extrude đầu nối lớn
Hình 3.20 1 vài fillet lớn tượng trưng (fill 8, fill5)
Hình 3.21 1 fill R12 giữa đầu to và phần nối của khúc giữa
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
4.1 Đánh giá hiệu quả của việc ứng dụng AutoCAD và Solidworks trong thiết kế thanh truyền
Việc ứng dụng AutoCAD và SolidWorks trong thiết kế thanh truyền nâng cao độ chính xác và hiệu quả, đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí SolidWorks nổi bật với tính năng mô phỏng và thiết kế 3D, trong khi AutoCAD mạnh về bản vẽ 2D và quản lý bản vẽ Sự kết hợp cả hai phần mềm mang lại hiệu quả tối ưu cho quá trình thiết kế.
4.2 So sánh ưu nhược điểm của hai phần mềm Ưu điểm
AutoCAD và Solidworks đều đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ chính xác trong thiết kế kỹ thuật AutoCAD cung cấp các công cụ vẽ 2D chính xác cao, cho phép tạo ra các bản vẽ chi tiết của thanh truyền với các thông số hình học được tuân thủ nghiêm ngặt Trong khi đó, Solidworks với khả năng mô hình hóa 3D chi tiết giúp kiểm tra va chạm và khoảng hở giữa các răng, đảm bảo hoạt động trơn tru của bơm.
• Nâng cao hiệu quả thiết kế: o Thư viện: Cả hai phần mềm đều có thể vẽ thanh truyền, vật liệu, giúp tiết kiệm thời gian thiết kế