ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA V5 THIẾT KẾ HỘP SỐ CƠ KHÍ TRÊN Ơ TƠ Bùi Hà Trung, Phạm Văn Hải, Nguyễn Văn Huỳnh Khoa Cơ khí Động lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Ngày tòa soạn nhận báo: 14/09/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 15/10/2019 Ngày báo duyệt đăng: 25/10/2019 Tóm tắt Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất xu hướng tất yếu Trong lĩnh vực Cơ khí Động lực, việc tính tốn thiết kế khâu quan trọng Do việc ứng dụng phần mềm vào thiết kế tính tốn tơ cần thiết, làm tăng độ xác thiết kế, giảm thời gian tính tốn, từ nâng cao hiệu suất cơng việc Bài báo trình bày sở tính tốn thiết kế hộp số khí tơ áp dụng sở tính tốn để tính tốn hộp số khí xe khách với trợ giúp phần mềm Catia V5 Khơng hỗ trợ tính tốn cho kết nhanh xác, phần mềm cịn hỗ trợ xây dựng vẽ thiết kế chi tiết mơ lắp ráp hộp số khí thể dạng 3D trực quan Từ khóa: Hộp số khí, Hệ thống truyền lực khí Đặt vấn đề Nội địa hóa chiến lược phát triển ngành cơng nghệ tơ nói chung nhà máy sản xuất lắp ráp tơ nước Chỉ có nội địa hóa nâng cao khả cạnh tranh thị trường cạnh tranh công nghệ với doanh nghiệp nước ngoài, đồng thời thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp ô tô nước ngành công nghiệp phụ trợ khác Một bước để nội địa hóa ngành cơng nghiệp tơ q trình tính tốn thiết kế, để thuận lợi cho trình việc sử dụng phần mềm chuyên dụng thiết kế mô cần thiết mang lại hiệu cao Trong tơ hộp số cụm chi tiết có vai trị quan trọng, làm thay đổi mô men kéo truyền từ động tới bánh xe chủ động thông qua việc lựa chọn tay số đồng thời làm cho ô tô thực chuyển động lùi ngắt dịng truyền cơng suất từ động tới bánh xe chủ động cách lâu dài Bài báo trình bày cách phương pháp tính tốn thiết kế hộp số khí cấp có ứng dụng phần mềm thiết kế Catia V5 Phương pháp tính tốn thiết kế hộp số khí Kết cấu hộp số khí gồm cụm chi tiết chính: Trục sơ cấp, trục trung gian (có thể khơng có tùy theo loại hộp số), trục thứ cấp, trục số lùi, cặp bánh số, đồng tốc, cấu vào số vỏ hộp số 2.1 Tính tốn tỷ số truyền hộp số a Tỷ số truyền tay số hộp số Tỷ số truyền tay số hộp số tính theo cơng thức mG .rb max Grb ihI M e i p i0 ic t M e max i0 i p t [2.1] Trong đó: max: Hệ số cản tổng cộng mặt đường cực đại G: Trọng lượng toàn tơ G: Trọng lượng bám rb: Bán kính làm việc trung bình bánh xe m: Hệ số phân bố tải trọng : Hệ số bám mặt đường Me; Memax: Mô men xoắn mô men xoắn cực đại động ip: Tỷ số truyền hộp số phụ io: Tỷ số truyền truyền lực ic: Tỷ số truyền truyền lực cuối t: Hiệu suất hệ thống truyền lực b Tỷ số truyền tay số trung gian Tỷ số truyền tay số trung gian hộp số tính theo cơng thức Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 45 36| Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 [2.2] ihk n1 ihn1k Trong đó: n: Số tay số hộp số k: Tay số thứ k hộp số ih1: Tỷ số truyền tay số hộp số Dựa thông số tham khảo dịng xe khách 29 chỗ tính tốn đưa tỷ số truyền tay số sau: Bảng 2.1: Tỷ số truyền tay số hộ số cấp ih1 ih2 ih3 ih4 ih5 5.3300 3.5078 2.3086 1.5194 1.0000 c Xây dựng đường đặc tính kéo tơ Với thơng số tính tốn dựa xe tham khảo xe khách 29 chỗ ngồi tỷ số truyền tay số tiến hành xây dựng đường đặc tính kéo xe hình 2.1 trụ nghiêng Việc chọ mơ đun bánh phụ thuộc vào mô men cực đại trục thứ cấp Ở ta chọn mn=3.5 (Tra theo đồ thị hình sách tính tốn thiết kế ô tô) c Xác định số bánh - Tính số bánh chủ động + Bánh nghiêng theo công thức: z gk 2.a w cos m.(1 i gk ) [2.4] Trong đó: aw: Khoảng cách trục : Góc nghiêng m: Mô đun bánh ign: Tỷ số truyền cặp bánh số i gk ik ia [2.5] ik: Tỷ số truyền tay số thứ k hộp số ia: Tỷ số truyền cặp bánh ăn khớp + Bánh thẳng theo công thức: z gk 2.a w m.(1 i gk ) [2.6] - Tính số bánh bị động theo cơng thức: ' z gk z gk i gk [2.7] d Tính xác khoảng cách trục Hình 2.1: Đồ thị đặc tính kéo xe 2.2 Tính tốn hộp số a Tính sơ khoảng cách trục Khoảng cách trục hộp số tính sơ theo cơng thức aw ka M e max [2.3] Trong đó: Memax: Mô men xoắn cực đại động ka: Hệ số kinh nghiệm, với xe lắp động diesel chọn ka=20.5 Từ tính khoảng cách trục sơ là: aw 148(mm) b Chọn mô đun bánh Trong hộp số tính tốn sử dụng cặp bánh ăn khớp bánh trụ thẳng bánh - Với bánh trụ nghiêng: aw ' m.(z gk z gk ) cos [2.8] - Với bánh trụ thẳng: ' m.( z gk z gk ) [2.9] 2.3 Xác định thơng số hình học bánh Việc xác định thơng số hình học cặp bánh tính tốn lập thành bảng, đưa thơng số hình học cặp bánh điển hình aw 46 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |37 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 Bảng 2.2: Thông số cặp bánh ăn khớp TT Tên gọi Tỷ số truyền Kí hiệu i 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Thông số ia z a' za Mơ đun pháp Bước pháp tuyến Góc nghiêng Hướng Mô đun mặt đầu mn mn=3.5 tn tn= mn Bước mặt đầu Đường kính vịng chia Đường kính vịng đỉnh Đường kính vịng chân Chiều cao Chiều cao đỉnh Chiều cao chân Bước Chiều dày Khe hở Khoảng cách trục Chiều rọng vành ts ms d Dd Dc = 300 ms m n cos ts= ms da=ms.Za da’=ms.Za’ Dda=da+2.mn Dda’=da’+2.mn Dca=da-2,5.mn Dca’=da’-2,5mn h h = 2,25 mn h’ h’=mn h’’ h’’=1,25.m Pt Pt=da.𝜋𝜋/z S S=0.5Pt s s=0.5Pt 𝑎𝑎𝑤𝑤 𝑎𝑎𝑤𝑤 =149,5mm B B=(7,08,6).mn 19 Góc ăn khớp = 0 =200 Ứng dụng phần mềm catia vào thiết kế hộp số khí tơ 3.1 Giới thiệu phần mềm Phần mềm Catia V5 có nhiều giao diện phục vụ việc thiết kế tính tốn, giao diện có mối liên kết với chặt chẽ để hỗ trợ q trình thiết kế tính tốn Hình 3.1: Giao diện Part Design * Giao diện Sketch Giao diện Sketch thực vẽ tất biên dạng (profile) dạng 2D * Giao diện lắp ghép Asembly Design Giao diện Assembly Design thực lắp ghép chi tiết cụm chi tiết để tạo lên vẽ hồn chỉnh Từ xuất vẽ kỹ thuật, mô động lực học hệ thống * Giao diện kiểm nghiệm bền Thực tính tốn kiểm nghiệm bền chi tiết, cụm chi tiết cấu hay hệ thống Ngoài phần mềm cịn có nhiều giao diện khác như: Mô chuyển động, chế tạo khuôn, gia công khí, thiết kế bề mặt, xuất vẽ 2D, … 3.2 Thiết kế chi tiết lắp ghép hoàn thiện hộp số khí a Các chi tiết điển hình hộp số khí Thơng số tham khảo lấy theo thơng số dịng xe khách 29 chỗ Từ tính tốn thơng số kết cấu thơng số hình học hộp số thiết kế Từ thông số thực thiết kế chi tiết hộp số phần mềm Catia Dưới số chi tiết điển hình: Hình 3.2: Cặp bánh ln ăn khớp * Giao diện Part Design Giao diện Part Design thực vẽ tất chi tiết dạng khối từ biên dạng (profile) dạng 2D Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 47 38| Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 Hình 3.3: Cặp bánh số Hình 3.7: Hình ảnh cắt bổ hộp số khí sau lắp ghép hồn thiện Hình 3.4: Bánh số lùi Hình 3.5: Bộ đồng tốc số số b Lắp ghép hộp số khí Sau thiết kế xong chi tiết hộp số khí, sử dụng giao diện Assembly Design thực lắp ghép cụm hộp số khí Hình 3.6: Hình ảnh cặp bánh số 3.3 Tính tốn kiểm nghiệm bền chi tiết điển hình hộp số khí Do tay số hộp số có mơ men lớn sử dụng chi tiết bánh cặp bánh số để kiểm nghiệm bền Vật liệu chế tạo thép C45 tơi cải thiện có ứng suất cho phép: []=7.106 (N/m2) Hình 3.7: Kết kiểm bền bánh Từ kết tính bền ta thấy vị trí ứng suất lớn bánh ăn khớp là: =5,98.106 (N/m2) < [] Do bánh đủ bền Kết luận Bài báo trình bày việc ứng dụng phần mềm thiết kế 3D vào thiết kế hộp số khí tơ Việc ứng dụng phần mềm vào tính tốn thiết kế cần thiết phù hợp với xu hướng phát triển ngành Cơ khí Động lực nói riêng ngành Cơ khí nói chung Đặc biệt giai đoạn Việt Nam nâng cao tỷ lệ nội địa hóa ngành Cơng nghiệp tơ Kết nghiên cứu ứng dụng phục vụ cơng tác đào tạo cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực ứng dụng thực tế chế tạo ngành công nghiệp ô tô Việt Nam 48 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |39 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin cảm ơn đề tài nghiên cứu ISSN 2354-0575 khoa học cấp trường năm 2019 có mã số UTEHY.L.2019.16 hỗ trợ hoàn thành báo Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên, Thiết kế tính tốn ơtơ máy kéo, NXB Đại học THCN Hà Nội, 1987 [2] PGS TS Nguyễn Khắc Trai, Cơ sở thiết kế ôtô, NXB Giao thông vận tải, 2006 [3] Prof Dr Georg Rill (2005), Vehicle Dynamics, FH Regensburg, University of Applied Sciences [4] Tài liệu phần mềm Catia V5 APPLICATION CATIA V5 SOFTWARE TO DESIGNED MECHANICAL GEARBOX ON AUTOMOBILE ABSTRACT With strong development of science and technology, the application of science and technology into actual production is the inevitable trend In the field of Automotive Technology, the design calculations is one of the most important stage Therefore, the application of software in automotive design calculation is required, it will increase not only accuracy of designing but also reducing computation time, thereby improving work efficiency This study presents a computational facility designed mechanical gearbox on automobile and apply this calculation to calculate the mechanical gearbox in Mini Bus with the help of Catia V5 software Not only supporting calculations for the fast and accurate results, the software also supports the construction drawings design details and assembly simulation mechanical gearbox shown in 3D very intuitive Keywords: Mechanical gearbox, Manual Transaxle Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 49 40| Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ... hình hộp số khí Thơng số tham khảo lấy theo thơng số dịng xe khách 29 chỗ Từ tính tốn thơng số kết cấu thơng số hình học hộp số thiết kế Từ thông số thực thiết kế chi tiết hộp số phần mềm Catia. .. = 0 =200 Ứng dụng phần mềm catia vào thiết kế hộp số khí tơ 3.1 Giới thiệu phần mềm Phần mềm Catia V5 có nhiều giao diện phục vụ việc thiết kế tính tốn, giao diện có mối liên kết với chặt... n: Số tay số hộp số k: Tay số thứ k hộp số ih1: Tỷ số truyền tay số hộp số Dựa thông số tham khảo dịng xe khách 29 chỗ tính toán đưa tỷ số truyền tay số sau: Bảng 2.1: Tỷ số truyền tay số hộ số