Mô phỏng động học cơ cấu phân phối khí động cơ IFA trên Catia P3 pot

Tính năng của phần mềm Catia Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R

Chọn dạng cam lồi cho động cơ IFA:loại này có trị số tiết diện lưu thông lớn nhất trong các dạng cam nhưng gia tốc dương lớn gây va đập lớn Tuy vậy loại cam này có gia tốc

âm bé nhất không đòi hỏi lò xo có độ cứng lớn giảm được mài mòn cho trục cam

3.2.3.3 Dạng cam lồi :

Góc công tác của cam nạp ϕn = (1800+ ϕo 1+ϕ o 2 )/2= (1800+80+380)/2=1130

Góc công tác của cam thải ϕt = (1800+ϕo 5+ϕ o 6)/2=(1800+440+80)/2= 1160

Với: ϕo 1 , ϕ o 2 , ϕ o 5 , ϕ o 6: góc mở sớm đóng muộn xupap nạp và thải

Chọn: - đường kính trục cam dc=22 (mm)

Độ nâng lớn nhất của con đội hx=h/i

hnmax=8,5/1,72= 4,94 (mm)

htmax=8,5/1,72= 4,94 (mm)

Bán kính cung thứ nhất và cung thứ 3 của cam:R=dc/2+(1÷2,5)=22/2+2=13mm

Chọn bán kính cung đỉnh cam: r = 3,64 (mm)

Cách dựng :

• Đối với cam nạp ϕn = (1800+ ϕo 1+ϕ o 2 )/2= (1800+80+380)/2=1130)

+Vẽ vòng tròn tâm O có bán kính R ,xác định góc AOÀ = ϕn

+Trên đường phân giác của AOÀ lấy EC= hnmax=h/i=8,5/1,72=4,94 (mm)(E∈ Vòng tròn

bk R)

+Vẽ vòng tròn đỉnh cam có tâm O1 bán kính r nằm trên đường phân giác ấy,vòng tròn ấy

đi qua C

+Vẽ cung tròn bán kính ρ tiếp tuyến với 2 vòng tròn trên có tâm O2 nằm trên đường kéo dài của AO , ρ được xác định như sau:

Hình 3-13: Dựng hình cam lồi Hình 3-14: Xác địng Bán kính ρ

Kẻ O1M vuông góc AO.Xét tam giác vuông O1MO2 có (O1O2)2 = O1M2 +O2M2 Đặt D = R+h-r ta có (ρ-r)2 = (Dsinϕ/2)2 + [(ρ - R) + Dcos(ϕn /2)]

⇒ ρ=

) 2 cos D r R (

2

R 2 cos RD 2 r

ϕ

−

−

+

ϕ

−

−

ρ =

) 2

113 cos 3 , 14 64 , 3 13 ( 2

13 2

113 cos 3 , 14 13 2 64 , 3 3

.

o o

−

−

+

−

−

=53,75 (mm)

D =R+hx-r =13+4,94-3,64=14.3(mm)

Góc quay của cam sinθmax = O1M/(ρ-r) = D sin(ϕn/2)/( ρ-r)

sinθmax =14,3 sin(113o/2)/( 53,75-3,64)=0,24⇒θmax= 13,88o

• Đối với cam thải cách dựng hoàn toàn tương tự (ϕt = 1160)

3.2.3.4 Động học của con đội hình trụ :(Đối với cam nạp)

3.2.3.4.1 Động lực học của con đội trong giai đoạn 1:

Hình 3-15: Động học con đội đáy bằng giai đoạn I

a) Chuyển vị của con đội: khi con đội trượt đến một ví trí bất kì ứng với góc θ nào đó, con đội tiếp xúc với cam tại M, chuyển vị :

] cos ) ( [ )

) cos 1

)(

R

(

hθ = ρ− − θ

Khi θ=θmax=13,88o

max) cos

1 )(

(

b) Vận tốc con đội :

θ ω

=

θ θ

=

θ

d

dh dt

d d

dh dt

dh

dt

d

c

θ

= ω nên: vθ =ωc(ρ−R)sinθ

Mà vận tốc của trục cam:

dt

dθ

= 30 n c

π = 2 30 n k

π =

2 30

2250 14 3

= 117,75 (rad/s)

Nên: vθ = ωc.(ρ - R1).sinθ

Vậy: vθ =117,75.(53,75 - 13).103 sinθ = 4,79 sinθ (m/s)

c) Gia tốc của con đội

Lấy đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính gia tốc của con đội con đội:

jθ =

dt

dvθ =

dt

d d

θθ = ωc dθθ

dv

Do đó: jθ = ωc2.(ρ - R1).cosθ

jθ = 117,75 2.(53,75 - 13) 10− 3.cosθ = 565 cosθ (rad/s)

Khi con đội tiếp xúc tại điểm A của cam thì θ = 0 Khi con đội tiếp xúc tại B Thì θ = θmax, góc θ max xác định theo tam giác O1O2M, O1M vuông góc với O2A

sinθmax =

2 1

1

O O

M O

=

r

− ρ

ϕ 2 sin

=14,3 sin(113o/2)/( 53,75-3,64)=0,24

⇒θmax= 13,88o

Nhận xét khiθ = 0 thì gia tốc đạt cực đại

jθ (max) = ωc 2.(ρ - R) = (53,75 - 13).10− 3 117,752

⇒ jθ (max) = 565 (rad/s2)

3.2.3.4.2 Động lực học của con đội trong giai đoạn 2:

Hình 3-16: Động học con đội đáy bằng giai đoạn 2

a) Chuyển vị của con đội:

hγ = EM = MO2 + O1N - EN

⇒ hγ = r + D.cosγ - R

hγ = 3,64 + 14,3.cosγ - 13 = 14,3.cosγ - 9,36

b) Vân tốc của con đội

Lấy đạo hàm hai vế phương trình theo thời gian, ta có công thức tính tốc độ của con đội con đội:

vγ =

dt

dhγ =

dt

d d

dh γ γ

γ

Vì tại điểm C có γ = 0 và tại điểm B có γ = γmax như vậy góc γ tính ngược lại với chiều quay của trục cam nên:

dt

dγ = -ωc

Do đó:

vγ = -ωc

dt

dhγ Rút ra: vγ = ωc.D.sinγ

vγ = 117,75.14,3.sinγ.10− 3 = 1,68.sinγ

c) Gia tốc của con đội con đội

Lấy đạo hàm hai vế của phương trình đối với thời gian, ta có công thức tính gia tốc của con đội:

jγ =

dt

dvγ

=

dt

d d

dv γ γ

γ

= -ωc

dt

dvγ Rút ra: jγ = -ωc2.D.cosγ = -(117,75)2.14,5.cosγ.10-3

jγ = -201,04 cosγ

Vậy: jγ = -201,04 cosγ (m/s2) (γ =

2

n

ϕ -θ )

4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CATIA

4.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CÁC TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM CATIA

4.1.1 Lịch sử ra đời Catia

CATIA bắt đầu được hãng sản xuất máy bay Pháp Avions Marcel Dassault phát triển, vào thời điểm đó là khách hàng của các phần mềm CADAM CAD Lúc đầu phần mềm tên là CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive - tiếng Pháp

nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và có tương tác ) Nó đã được đổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault tạo ra một chi nhánh để phát triển và bán các phần mềm và ký hợp đồng không độc quyền phân phối với IBM

Năm 1984, Công ty Boeing đã chọn CATIA là công cụ chính để thiết kế 3D, và trở thành khách hàng lớn nhất

Năm 1988, CATIA phiên bản 3 đã được chuyển từ các máy tính Mainframe sang UNIX

Năm 1990, General Dynamics/Electric Boat Corp đã chọn CATIA như là công cụ chính thiết kế 3D, thiết kế các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Hoa Kỳ

Năm 1992, CADAM đã được mua từ IBM và các năm tiếp theo CADAM CATIA V4 đã được công bố Năm 1996, nó đã được chuyển từ một đến bốn hệ điều hành Unix, bao gồm IBM AIX, Silicon Graphics IRIX, Sun Microsystems SunOS và Hewlett-Packard HP-UX

Năm 1998, một phiên bản viết lại hoàn toàn CATIA, CATIA V5 đã được phát hành, với sự hỗ trợ cho UNIX, Windows NT và Windows XP từ 2001

Năm 2008, Dassault công bố CATIA V6, hỗ trợ cho các hệ điều hành Windows, các

hệ điều hành không phải Windows không được hỗ trợ nữa

4.1.2 Tính năng của phần mềm Catia

Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R19 , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết

kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA Các Môdun chính của CATIA như sau:

Hình 4-1 Mô hình sản phẩm catia

- Mechanical Design:

Cho phép xây dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí Vẽ và thiết kế các chi tiết 2D, 3D Xuất bản vẻ 2D, lắp ráp các chi tiết, mô phỏng quá trình lắp ráp các chi tiết Tạo mô hình khung dây và mặt ngoài Ghi, chú thích và sai số kích thước trong không gian 3D

Hình 4-2 Mô hình tạo bằng Mechanical Design

- Shape design and styling:

Modul này cho phép thiết kế các bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp trong lĩnh vực thiết kế võ ô tô, tàu biển, máy bay…Thiết lập bản vẽ nhanh, vẽ các biên dạng phức tạp Tối ưu các biên dạng bề mặt, xây dựng các hình dạng chi tiết bằng số hóa tọa

độ các điểm Tạo những hình ảnh tương tác bắt mắt qua việc thay đổi camera, gán vật liệu, củng như tạo chuyển động, diễn tả kết quả ở không gian phối cảnh qua chức năng Photo Studio Nó có thể tái lập nhanh cấu trúc bề mặt một chi tiết

Hình 4-3 Mô hình tạo bằng Shape Design and Styling

- Catia solids geometry:

Mô hình hóa thể tích để tạo hình, hiệu chỉnh và phân tích vật thể Nó cho phép các toán tử logic giữa các vật thể (hợp, giao, trừ) Vật thể được tạo từ các đối tượng đơn giản bằng việc dịch chuyển hoặc quay Profile.(hình 4.4)

- Catia kinematics:

Giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mô phỏng và phân tích chuyển động, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết, cơ cấu, đường chuyển động và giải quyết các bài toán va chạm.(hình 4.5)

- Catia image design:

Tạo sự biểu diễn thực với phần khuất hoàn toàn, xác định điều kiện chiếu sáng và các thông số bề mặt của đối tượng

- Catia finite element modeller:

Tạo mô hình tổng thể, mô tả tính chất vật lý và vật liệu, điều kiện biên và tải trọng đối tượng.(hình 4.6)

-Catia nc - lathe:

Tạo chương trình chứa phần nguyên công tiện dưới dạng đầu ra APT hoặc CL-File (hình 4.7)

- Catia nc - mill:

Tạo chương trình chứa phần nguyên công phay.(hình 4.8):

Hình 4-6 Thể hiện sự mô tả tính chất vật lý của vật liệu

Hình 4-7 Thể hiện modul tiện trong catia

- Catia robotic:

Thiết kế và mô phỏng robot với các lệnh chuẩn, định nghĩa cấu trúc robot, đặc trưng hình học, động học, đồng bộ hóa nhiều robot…(hình 4.9)

Hình 4-9 Mô phỏng hoạt động trong Catia

- Catia building design and facilities layout:

Tạo thiết kế các bản vẽ xây dựng, sắp đặt các đối tượng và định nghĩa mối quan hệ giữa chúng

- Catia shematics:

Công cụ để sắp đặt vị trí những phần tử cơ bản, vẽ các sơ đồ, thiết lập các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng

- Catia piping and tubing:

Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, toán tử logic với vật thể, thăm dò va

chạm…(hình 4.10):

Hình 4-8 Thể hiện modul phay trong Catia

- Catia structural design and steelwak:

Công cụ tổ hợp cho thiết kế các sản phẩm phức tạp có tính chất vật liệu khác nhau (hình 4.11):

Hình 4-11

4.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 3D TRONG MODUL PART DESIGN

Để thiết kế ra một sản phẩm 3D người thiết kế có thể bắt đầu bằng những đường cơ

sở khác nhau nhưng đều phải bắt đầu từ sketcher cơ bản rồi từ đó xuất sang 3D để sử dụng những công cụ sẵn có thiết lập lên mô hình 3D

Hình 4-12 Màn hình giao diện sketch Sau khi tạo ra được hình vẽ phác 2D bằng các lệnh trong sketch, ta bắt đầu tạo các chi tiết dạng 3D Môi trường vẽ chi tiết 3D dạng solid thuộc trình ứng dụng Part Design,

mô trường Part Design gồm các thuộc tính xây dựng chi tiết cơ bản, các kỷ năng dựng khối Cung cấp các khả năng quản lý thông số chi tiết, hiệu chỉnh và thay đổi bất kỳ một định dạng nào của chi tiết

Hình 4-12 Môi trường làm việc Part Design

Kỷ năng dựng khối trong Catia rất đa dạng, chúng ta có thể dựng những khối có biên dạng phức tạp hay dựng đồng thời nhiều biên dạng với các kích thước bất kỳ

Hình 4-13 Dựng khối trong Catia Ngoài việc dựng khối theo biên dạng, Catia củng cho phép chúng ta lựa chọn tính năng giới hạn các biên dạng ngoài của chi tiết được tạo ra bởi một đường dẫn xung quanh các Section

Hình 4-14 Tạo chi tiết bằng lệnh Multi-Section Solid

Trong Catia các thuật toán bề mặt Surface-Based Features là một trong những thuật toán linh hoạt, nó dùng để xữ lý các bề mặt và tạo nên các sản phẩm Solid một cách hoàn hảo Như thuật toán Split dùng để cắt khối bởi một bề mặt cho trước, thuật toán Surface tạo khối từ một bề mặt bất kỳ bằng cách lấy bề dày cho bề mặt đó theo hai hướng ( hình 4.15 )

Hình 4-15 Mô tả thuật toán Surface Ngoài ra nó còn có một số lệnh đặc thù như lệnh Stiffener dùng trong thiết kế các gân tăng cứng hay gân chịu lực của vật thể một cách nhanh chóng.( hình 4.16 )

Hình 4-16 Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener

4.3 TRÌNH ỨNG DỤNG LẮP RÁP ASEMBLY DESIGN

4.3.1 Tính năng của Assembly Design

Trong thiết kế máy hoặc một hệ thống thiết bị, người thiết kế thường được đòi hỏi

kỷ năng thiết kế lắp ráp Vì trong nguyên tắc thiết kế chế tạo máy, một bản vẽ lắp hoàn chỉnh phải được thiết kế trước, sau đó mới tính đến các thông số hình học trong từng chi tiết đơn

Trong môi trường ứng dụng CAD/CAM, nhờ những thông số hình học của từng chi tiết đơn ấy chúng ta dễ dàng thiết kế và dựng mô hình 3D cho sản phẩm Sau đó chúng ta

sẽ lắp ráp chúng lại với nhau theo từng thuộc tính ràng buộc và các mối quan hệ tương

tác của các chi tiết, từ đó dễ dàng phát hiện ra những sai sót trong thiết kế ban đầu để hiệu chỉnh và thay đổi mô hình một cách nhanh chóng

Vơi phần mềm Catia, tính năng của trình ứng dụng lắp ráp Assembly Design rất dễ

dàng sử dụng và đầy đủ các tính năng ràng buộc Nhờ đó mà ta có thể xây dựng mô hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng với những thuộc tính cho phép gán vật liệu mà sản phẩm 3D hoàn chỉnh có một cách thể hiện trung thực

Hình 4-17 Môi trường làm việc Assembly Design

4.3.2 Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design

Sau khi thiết kế nên các chi tiết chúng ta sẽ sữ dụng tính năng của trình ứng dụng

lắp ráp Assembly để xây dựng nên mô hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng với những thuộc tính cho phép gán vật liệu vào sản phẩm 3D tạo ra cách nhìn trung thực cho sản phẩm

Để tiến hành thiết kế một bản vẽ lắp chúng ta cần gọi tên các chi tiết đã được thiết

kế hoặc gọi các sản phẩm có sẳn từ thư viện của Catia Tùy vào mối liên hệ ràng buộc giữa các chi tiết mà chúng ta lựa chọn nên các ràng buộc cho các chi tiết đó Những ràng buộc lắp ghép củng tuân thủ theo các dạng chuyển động tự do của chi tiết Một chi tiết trong không gian có 6 chuyển động tự do hay còn gọi là 6 bậc tự do

Ràng buộc là cụm từ dùng để khống chế các phương chuyển động tự do của vật thể trong không gian 3 chiều Ở đây, chúng ta vừa khống chế phương chuyển động tự do vừa tạo mối quan hệ giữa vật thể tự do và vật thể cố định Khi thay đổi vị trí của vật thể cố định sẽ kéo theo các vật thể tự do có mối quan hệ với nó

Trong thiết kế bản vẽ lắp bằng Assembly có 4 ràng buộc cơ bản đó là:

- Concidence Constrain: ràng buộc đồng trục, điểm, mặt phẳng cho các đối tượng

Hình 4-18 Ràng buộc đối tượng đồng trục

- Contact Constraint: ràng buộc tiếp xúc cho các đối tượng

Hình 4-19 Ràng buộc đối tượng tiếp xúc

- Offsets Constrain: ràng buộc khoảng cách song song giữa các đối tượng

Hình 4-20 Ràng buộc khoảng cách

- Angle Constrain: ràng buộc theo góc giữa các đối tượng

Sau khi lắp ráp xong sản phẩm nếu thấy cần phải hiệu chỉnh bất kỳ một phần nào đó của chi tiết con trong môi trường lắp ghép chúng ta vẫn có thể chỉnh sữa từng chi tiết đó

để tạo ra sản phẩm với độ chính xác cao hơn Lúc đó giao diện sẽ trở về trình Part Design

và chúng

cần hiệu

Mộ

sản phẩm

ráp sản

nhiều gó

g ta có thể

u chỉnh

ột ứng dụng

m trước và

phẩm một

óc độ khác n

thao tác ch

g quan trọng sau khi lắp cách trung nhau và lưu

Hình 4-2

hỉnh sữa gi

g nửa của t

p ráp Nó ch

g thực và c

u lại cảnh lắ

21 Trạng th

iống như tro

trình Assem

ho chúng ta chính xác C

ắp ráp cho t

hái hình ảnh

ong trình P

mbly là tạo h

a cách nhìn Chúng ta c từng trạng th

h bản vẽ lắp

Part Design

hình ảnh ch trực quan v

ó thể xem hái

p dạng rời

đối với ch

ho các trạng

về quá trình sản phẩm

hi tiết

g thái

h lắp dưới