Giáo trình Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

TS TRẦN VĂN TÙNG GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ CĨ SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẠT MỤC LỤC Mục lục Lời mở đầu Chương KHÁI QUÁT VỀ TRỢ GIÚP MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ 1.1 Chức CAD 1.2 Trợ giúp máy tính xây dựng mơ hình hình học 10 1.3 Trợ giúp máy tính tính tốn, thiết kế 11 1.4 Một số phần mềm lĩnh vực CAD 12 1.4.1 Phần mềm 2D 12 1.4.2 Phần mềm 3D CAD 13 1.4.3 Phần mềm 3D CAD/CAM 14 1.4.4 Phần mềm chuyên lập trình CAM 15 Chương TRỢ GIÚP MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ CÁC MƠ HÌNH 3D 2.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor 17 2.1.1 Các tiện ích 18 2.1.2 Giao diện người dùng 19 2.2 Bản vẽ phác (Sketch) lệnh vẽ 23 2.2.1 Giới thiệu chung 23 2.2.2 Các tiện ích tạo Sketch 25 2.2.3 Trình tự thực 25 2.2.4 Các lệnh vẽ Sketch 28 2.3 Thiết kế mơ hình chi tiết 31 2.3.1 Tạo lập chi tiết 31 2.3.2 Tạo Feature sở 32 2.3.3 Quan sát chi tiết 33 2.3.4 Chỉnh sửa Feature 33 2.3.5 Bổ sung Sketch Feature 34 2.3.6 Bổ sung Placed Feature 34 2.3.7 Tạo mảng Feature (Pattern of Feature) 35 2.3.8 Cắt mặt chi tiết 35 2.3.9 Các công cụ tạo mơ hình chi tiết 36 2.4 Lắp ráp mô động học 39 2.4.1 Trình tự lắp ráp 39 2.4.2 Các công cụ lắp ráp 48 2.4.3 Mô động học 49 2.5 Tạo vẽ kỹ thuật 51 2.5.1 Trình tự thực 51 2.5.2 Bộ công cụ vẽ 56 Chương THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG 3.1 Thiết kế bánh trụ 59 3.1.1 Khởi tạo chương trình 59 3.1.2 Thiết lập file thiết kế 59 3.1.3 Chọn hướng thiết kế 61 3.1.4 Chọn phương pháp tính 63 3.1.5 Thiết lập thơng số hình học truyền 63 3.1.6 Thiết lập thông số lực, tải trọng tác dụng 65 3.1.7 Nhập thông số vật liệu 66 3.1.8 Nhập tiêu chuẩn tính tốn, hệ số 67 3.1.9 Tiến hành tính tốn 70 3.1.10 Lấy kết tính tốn 71 3.2 Thiết kế bánh côn 74 3.2.1 Khởi tạo chương trình 74 3.2.2 Thiết lập file thiết kế 74 3.2.3 Chọn hướng thiết kế 76 3.2.4 Thiết lập thơng số hình học truyền 77 3.2.5 Thiết lập thông số lực, tải trọng tác dụng 79 3.2.6 Nhập thông số vật liệu 80 3.2.7 Nhập tiêu chuẩn tính toán, hệ số 81 3.2.8 Tiến hành tính tốn 84 3.2.9 Lấy kết tính tốn 85 3.3 Thiết kế truyền trục vít - bánh vít 88 3.3.1 Khởi tạo chương trình 88 3.3.2 Thiết lập file thiết kế 88 3.3.3 Chọn hướng thiết kế 90 3.3.4 Thiết lập thơng số hình học truyền 91 3.3.5 Thiết lập thông số lực, tải trọng tác dụng 92 3.3.6 Nhập thông số vật liệu 93 3.3.7 Nhập tiêu chuẩn tính tốn, hệ số 94 3.3.8 Tiến hành tính tốn 95 3.3.9 Lấy kết tính tốn 96 Chương THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI, XÍCH 4.1 Thiết kế truyền đai thang 99 4.1.1 Khởi tạo chương trình 99 4.1.2 Thiết lập file thiết kế 99 4.1.3 Tab Design 101 4.1.4 Tab Calculation 104 4.1.5 Kết 106 4.2 Thiết kế truyền xích 111 4.2.1 Khởi tạo chương trình 112 4.2.2 Thiết lập file thiết kế 112 4.2.3 Tab Design 113 4.2.4 Tab Calculation 117 4.2.5 Kết 121 4.2.6 Kết mơ hình tính tốn 123 Chương THIẾT KẾ TRỤC, Ổ BI, THEN 5.1 Thiết kế trục 124 5.1.1 Khởi tạo chương trình 124 5.1.2 Thiết lập file thiết kế 124 5.1.3 Tab Design - thiết kế trục 125 5.1.4 Tab Calculation - tính tốn trục 134 5.1.5 Kết tính toán 140 5.2 Thiết kế ổ bi 141 5.2.1 Khởi tạo chương trình 141 5.2.2 Thiết lập file thiết kế 142 5.2.3 Tab Design - thiết kế ổ bi 143 5.2.4 Tab Calculation 144 5.2.5 Kết tính tốn 147 5.3 Thiết kế then 148 5.3.1 Khởi tạo chương trình 148 5.3.2 Thiết lập file thiết kế 148 5.3.3 Tab Design - thiết kế 149 5.3.4 Tab Calculation 153 5.3.5 Kết tính tốn 156 Tài liệu tham khảo 158 L ời mở đầu Thiết kế với trợ giúp máy tính (Computer Aided Design-CAD) phát triển từ nhiều năm trước đây, bước phát triển giáo dục hoàn thiện kỹ thuật Đây kỹ quan trọng mà người làm công tác kỹ thuật hay công nghệ kỹ sư thiết kế phải biết để tránh gặp phải rắc rối thiết kế sản phẩm hồn chỉnh, quy trình sản xuất CAD giúp nhiều thời gian độ xác mà tay người khó làm Máy tính phần quan trọng, cơng cụ để thiết kế nhanh chuẩn xác Sự đời máy tính cá nhân giúp cho số cán kỹ thuật có điều kiện làm việc với lĩnh vực mẻ Đối với kỹ sư nói chung kỹ sư ngành Kỹ thuật khí, Cơng nghệ kỹ thuật điện tử, Công nghệ kỹ thuật tơ nói riêng việc có khả sử dụng máy tính việc tính tốn thiết kế, giải công việc yêu cầu bắt buộc giai đoạn Tài liệu “Thiết kế có trợ giúp máy tính” viết để phục vụ đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật khí, Công nghệ kỹ thuật điện tử, Công nghệ kỹ thuật tơ Trường Đại học Lâm nghiệp nói riêng tài liệu tham khảo cho kỹ sư người làm lĩnh vực thiết kế kỹ thuật nói chung Tài liệu bao gồm nội dung: Chương giới thiệu khái quát trợ giúp máy tính lĩnh vực thiết kế khí giới thiệu số phần mềm thông dụng sử dụng lĩnh vực thiết kế khí; nội dung chương 2, 3, 4, phần ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để thiết kế mơ hình 3D ứng dụng phần mềm Autodesk Inventor để tính tốn thiết kế nhanh số truyền khí (bộ truyền bánh răng, truyền đai, truyền xích, tính tốn thiết kế trục, then ổ) Mặc dù cẩn thận công tác biên soạn, sách không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý chân thành bạn đọc cho lần xuất Trân trọng cảm ơn Tác giả Chương KHÁI QUÁT VỀ TRỢ GIÚP MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ Hiện nay, máy tính trở thành công cụ thiếu ngành kinh tế, kỹ thuật khác Đặc biệt lĩnh vực thiết kế, hỗ trợ máy tính giải hàng loạt vấn đề mà trước giải phải đưa vào giả thiết để đơn giản hóa Với trợ giúp máy tính nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm Tất yếu tố tạo cho sản phẩm có khả cạnh tranh cao kinh tế thị trường Các trợ giúp máy tính ngành khí tập trung vào ba lĩnh vực chính: - Thiết kế: Computer Aided Designing (CAD); - Phân tích, tính tốn: Computer Aided Engineering (CAE); - Điều khiển q trình gia cơng: Computer Aided Manufacturing (CAM) Trong nội dung giáo trình này, tập trung giới thiệu trợ giúp máy tính lĩnh vực thiết kế 1.1 Chức CAD Khác biệt với quy trình thiết kế theo cơng nghệ truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dạng mô hình hình học số sở liệu trung tâm, CAD có khả hỗ trợ chức kỹ thuật từ giai đoạn phát triển sản phẩm giai đoạn cuối trình sản xuất, tức hỗ trợ điều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số Hệ thống CAD đánh giá có đủ khả để thực chức yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức xử lý phần mềm thiết kế Ngày nay, phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế gia cơng có khả thực chức sau: - Thiết kế mơ hình học chiều (3D) hình dạng phức tạp; - Giao tiếp với thiết bị đo, quét tọa độ 3D thực nhanh chóng chức mơ hình học từ liệu số; - Phân tích liên kết liệu: tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản lý kết cấu lắp ghép ; - Tạo vẽ ghi kích thước tự động: Có khả liên kết vẽ 2D với mơ hình 3D ngược lại; b Loads - tải trọng Hình 5.41 Nhập tải trọng - Radial Load: Lực hướng tâm - Axial Load: Lực hướng trục - Speed: Tốc độ - Required Stafety Factor: Hệ số an tồn c Lubrication - Chọn chế độ bơi trơn Hình 5.42 Chọn chế độ bơi trơn - Friction Factor: Hệ số ma sát - Lubrication Type: Chế độ bơi trơn 145 d Bearing Properties – Các thuộc tính ổ bi Hình 5.43 Chọn chế độ bơi trơn - Nominal Contace Angle: Góc tiếp xúc - Basic Dynamic Load Rating: Khả tải động - Basic Static Load Rating: Khả tải tĩnh - Dynamic Radial Load Factor: Hệ số tải trọng hướng tâm - Dynamic Axial Load Factor: Hệ số tải trọng dọc trục - Limit value Fa/Fr: Giá trị giới hạn Fa/Fr - Static Radial Load Factor: Hệ số tải trọng tĩnh hướng tâm - Static Axial Load Factor: Hệ số tải trọng tĩnh hướng trục - Exponent for determining life: Hệ số mũ xác định tuổi thọ ổ bi - Lim Speed Lubrication Grease: Trị số vận tốc quy ước bôi trơn mỡ - Lim Speed Lubrication oil: Trị số vận tốc quy ước bôi trơn dầu e Bearing Life Calculation - Tính tốn tuổi thọ vịng bi Hình 5.44 Tính tốn tuổi thọ vịng bi 146 - Required Life: Tuổi thọ - Required Reliability: Độ tin cậy - Special Bearing Properties Factor: Hệ số kể đến đặc tính chịu lực đặc biệt - Operating Conditions Factor: Hệ số kể đến điều kiện hoạt động - Working Temperature: Nhiệt độ làm việc - Factor of Additional Forces: Hệ số tải trọng bổ sung 5.2.5 Kết tính tốn Kết tính tốn ổ bi Autodesk Inventor hiển thị trang Results Hình 5.45 Kết tính tốn Results: Kết - Basic Rating Life (L10): Đánh giá tuổi thọ tính - Adjusted Rating Life (Lna): Đánh giá tuổi thọ điều chỉnh tính - Basic Rating Life in mil of Revolutions (L10r): Đánh giá tuổi thọ tính triệu vịng quay - Adjusted Rating Life in mil of Revolutions (Lnar): Đánh giá tuổi thọ điều chỉnh tính triệu vịng quay - Calculated Static Safety Factor (s0c): Hệ số an toàn tĩnh tính tốn - Power Lost by Friction (Pz): Tổn thất công suất ma sát - Necessarry Minimum Load (Fmin): Lực tải tối thiểu cần thiết 147 - Static Equivalent Load (P0): Tải tương đương tĩnh - Dynamic Equivalent Load (P): Tải tương đương động - Over-revolving Factor (kn): Hệ số vòng quay mức - Life Adjustment Factor Reliability (a1): Hệ số điều chỉnh độ an toàn - Temperature factor (ft): Hệ số nhiệt độ - Equivalent Speed (ne): Tốc độ tương đương - Minimum Speed (nmin): Tốc độ tối thiểu - Maximum Speed (nmax): Tốc độ tối đa Bearing: - Bearing outside diameter (D): Đường kính vịng ngồi; - Bearing inside diameter (d): Đường kính vòng trong; - Bearing width (B): Bề rộng ổ bi 5.3 Thiết kế then 5.3.1 Khởi tạo chương trình Khởi động phần mềm cách kích đúp chuột vào biểu tượng phần mềm desktop vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014 5.3.2 Thiết lập file thiết kế Thực lệnh New, chọn file lắp ghép Standard.iam vào trang design, chọn mục Key để thiết kế then Hình 5.46 Chọn thiết kế then file lắp ghép iam 148 Sau chọn lệnh key, hộp thoại Parallel Key Connection Generator xuất Hình 5.47 Hộp thoại Parallel Key Connection Generator Ta tiến hành thực thao tác thiết lập tính tốn then theo bước 5.3.3 Tab Design - thiết kế Tại trang ta tiến hành thiết lập lựa chọn thơng số hình học then Để thực việc thiết kế then, ta phải có sẵn chi tiết trục chi tiết lỗ để lắp then Các bước thiết kế then thực sau: Bước 1: Chọn loại then Chọn mục Key để vào thư viện then (hình 5.47), chọn mục Standard để chọn tiêu chuẩn tính tốn then, chọn hệ tiêu chuẩn để mặc định All Tiến hành lựa chọn loại then phù hợp 149 Hình 5.48 Thư viện then tiêu chuẩn Bước 2: Chọn kích thước then Chúng ta tiến hành lựa chọn kích thước then theo tiêu chuẩn, chọn số then Bước 3: Shafr Groove - Thiết kế rãnh then trục Có hai phương án thiết kế rãnh then trục: - Create New: Tạo rãnh then trục mới; - Select Existing: Chọn rãnh then trục có sẵn Hình 5.49 Lựa chọn phương pháp thiết kế rãnh then trục 150 * Create New: Với lựa chọn tạo rãnh then trục mới, ta tiến hành bước sau: - Reference 1: Chọn mặt trụ tạo rãnh then; - Reference 2: Chọn mặt giới hạn rãnh then trục; - Orientation: Chọn mặt phẳng đối xứng rãnh then trục Hình 5.50 Các lựa chọn thiết kế rãnh trục * Select Existing: Với lựa chọn này, việc đưa chuột vào chọn rãnh then tạo thành trước Hình 5.51 Các lựa chọn chọn rãnh trục có sẵn 151 Bước 4: Hub Groove - Thiết kế rãnh then lỗ Hình 5.52 Thiết kế rãnh then lỗ - Reference 1: Chọn hai mặt giới hạn lỗ - Reference 2: Chọn mặt giới hạn rãnh then lỗ - Orientation: Chọn mặt phẳng đối xứng rãnh then lỗ Bước 5: Select Objects to Generate - Chọn đối tượng để tạo Hình 5.53 Chọn đối tượng để tạo Tiến hành chọn đối tượng để tạo mới: - Key: Tạo then; - Shafr Groove : Rãnh then trục; - Hub Groove: Rãnh then lỗ Như ta tiến hành xong bước thiết kế hình học then, tiến hành nhập tải trọng vật liệu để tính tốn bền cho then Hình 5.54 Kết thiết kế hình học then 152 5.3.4 Tab Calculation Tab Calculation để khai báo thông tin tải trọng tác dụng, hệ số để tính tốn Hình 5.55 Trang Calculation a Tye of Strength Calculation - Chọn phương pháp tính tốn Hình 5.56 Chọn phương pháp tính tốn - Check Calculation: Kiểm tra bền - Design Key Length: Thiết kế chiều dài then b Loads - tải trọng Hình 5.57 Nhập tải trọng 153 Chúng ta có thơng số: Power (cơng suất), Speed (tốc độ) Torque (mômen) Chúng ta cần nhập thơng số máy tính tự tính cho ta thông số thứ Inventor cho phép ta chọn cách tính sau: - Power, Speed → Torque: Biết cơng suất, tốc độ tính tốn mơmen; - Power, Torque → Speed: Biết cơng suất, mơmen tính tốn tốc độ; - Torque, Speed → Power: Biết mơmen, tốc độ tính tốn cơng suất c Dimensions - Các kích thước Hình 5.58 Chọn kích thước hình học - Shaft Diameter: Đường kính trục - Hollow Shaft Inner Diameter: Đường kính rỗng trục - Key Size: Kích thước then - Key Length: Chiều dài then d Key Material - Vật liệu then Hình 5.59 Chọn phương pháp nhập vật liệu then Chúng ta sử dụng thư viện có sẵn Inventor (hình 5.59) để chọn loại vật liệu làm then, nhập giá trị PA vào mục Allowable Pressure 154 Hình 5.60 Chọn vật liệu then thư viện có sẵn Chọn loại vật liệu bảng tiến hành bước e Shaft Material - Vật liệu chế tạo trục Chúng ta sử dụng thư viện có sẵn Inventor (hình 5.61) để chọn loại vật liệu làm trục, nhập giá trị PA, τA vào mục Allowable Pressure Allowable Shear Stress Hình 5.61 Chọn vật liệu chế tạo trục f Hub Material - Vật liệu chế tạo lỗ Hình 5.62 Chọn vật liệu chế tạo lỗ Chúng ta sử dụng thư viện có sẵn Inventor (hình 5.62) để chọn loại vật liệu làm lỗ, nhập giá trị PA, τA vào mục Allowable Pressure Allowable Shear Stress 155 g Joint Properties - Thuộc tính chung Hình 5.63 Chọn thuộc tính chung - Key Number: Số lượng then - Desired Safety: Hệ số an tồn mong muốn 5.3.5 Kết tính tốn Kết tính tốn then Autodesk Inventor hiển thị trang Results Hình 5.64 Kết tính tốn Results: Kết chung - Min.Shaft Diameter (dmin): Đường kính trục tối thiểu - Min Functional Key Length (lmin): Chiều dài chức then tối thiểu - Functional Length (lf): Chiều dài chức Key Deformation - Biến dạng then 156 - Safety (S): An toàn - Calculated Pressure (pc): Áp suất tính tốn Shaft Key Groove Deformation - Biết dạng rãnh then trục - Safety (S): An toàn - Calculated Pressure (pc): Áp suất tính tốn Hub Key Groove Deformation - Biết dạng rãnh then lỗ - Safety (S): An tồn - Calculated Pressure (pc): Áp suất tính toán 157 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006) Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (1999) Thiết kế chi tiết máy NXB Giáo dục An Hiệp, Trần Vĩnh Hưng, Nguyễn Văn Thiệp (2006) Thiết kế chi tiết máy máy tính NXB Giao thơng vận tải Trần Văn Nghĩa (2004) Tin học ứng dụng thiết kế khí NXB Giáo dục, Hà Nội An Hiệp, Trần Vĩnh Hưng, Nguyễn Văn Thiệp (2004) Autodesk Inventor Phần mềm thiết kế công nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Lộc (2008) Mơ hình hóa sản phẩm khí với Autodesk Inventor NXB Khoa học Kỹ thuật 158 TS TRẦN VĂN TÙNG GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ CĨ SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH Chịu trách nhiệm xuất ThS VÕ TUẤN HẢI Biên tập: Chế bản: Họa sỹ bìa: NGUYỄN MINH CHÂU TRẦN THANH VÂN ĐẶNG NGUYÊN VŨ NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 70 Trần Hưng Đạo - Hoàn Kiếm - Hà Nội ĐT: 024 3942 2443 Fax: 024 3822 0658 Email: nxbkhkt@hn.vnn.vn Website: http://www.nxbkhkt.com.vn CHI NHÁNH NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 28 Đồng Khởi - Quận - TP Hồ Chí Minh ĐT: 028 3822 5062 In 100 bản, khổ 19  27 cm, Công ty cổ phần In Đồng Lợi Địa chỉ: Số 30 ngõ 554 đường Trường Chinh, P Khương Thượng, Q Đống Đa, Hà Nội Số ĐKXB: 3784-2019/CXBIPH/2-97/KHKT Quyết định XB số: 154/QĐ-NXBKHKT ngày 30 tháng 09 năm 2019 In xong nộp lưu chiểu quý IV năm 2019 Mã ISBN: 978-604-67-1391-3 159 ... với thiết bị tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ tạo hình lập thể 1.2 Trợ giúp máy tính xây dựng mơ hình hình học Sự trợ giúp máy tính thiết kế việc tạo xử lý mẫu thiết kế máy để giúp đỡ người kỹ sư trình. .. TÙNG GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ CĨ SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẠT MỤC LỤC Mục lục Lời mở đầu Chương KHÁI QUÁT VỀ TRỢ GIÚP MÁY TÍNH TRONG THIẾT... Chương KHÁI QUÁT VỀ TRỢ GIÚP MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ CƠ KHÍ Hiện nay, máy tính trở thành công cụ thiếu ngành kinh tế, kỹ thuật khác Đặc biệt lĩnh vực thiết kế, hỗ trợ máy tính giải hàng loạt