27 Từ các điểm A’ và A’’ trên, ta tính ra chiều dài M của vịng cung A’A’’, giá trị góc quay ϕ, chiều dài L của dây cung A’A’’. Trong đó L là hoảng dịch chuyển của tâm ảo bánh răng chủ động. Mặt hác, ta cũng có giá trị ích thƣớc đƣờng ính D đi qua tâm của bánh răng chủ động trên cơ sở kết cấu của cặp bánh răng này. Tỷ số giữa L/D là giá trị để đánh giá độ rơ vô lăng lái. Nhƣ vậy, với nguyên lý đo trên, giá trị mà ta đã tính đƣợc (L/D) để đánh giá độ rơ vơ lăng lái hồn tồn hơng phụ thuộc vào ích thƣớc lớn hay nhỏ của đƣờng ính vơ lăng, bởi vì tỷ số giữa dây cung và đƣờng ính là giá trị hơng đổi hi có cùng một góc quay .
Theo qui định của Bộ Giao thông vận tải sự dịch chuyển của một điểm trên vô lăng lái hông đƣợc vƣợt q 1/5 đƣờng ính vơ lăng lái, tức tỷ số giữa L/D < 1/5.
Gia sử ta có hình trịn nhƣ hình: Áp dụng định lý cosin ta có L2 = 2D2 – 2D2 cos Mà L/D = 1/5
Nhƣ vậy để đánh giá độ rơ vơ lăng thì chúng ta chỉ cần xác định đƣợc góc quay của vô lăng. Áp dụng nguyên lý trên, chúng em đề ra phƣơng án sử dụng động cơ điện một chiều làm quay vô lăng quay quanh trục tâm vô lăng lái, sử dụng cảm biến đo góc lắp trên trục động cơ để xác định góc quay của vô lăng, sử dụng cảm biến để xác định sự dịch chuyển của bánh xe, sau hi đo xong nếu góc < thì phù hợp với quy định của Bộ Giao thơng vận tải. Sơ đồ hệ thống nhƣ sau:
28 Trong sơ đồ khối nhƣ hình 2.24, cảm biến đo góc quay vơ lăng sẽ kiểm sốt góc quay vơ lăng và gửi dữ liệu về cho bộ xử lý trung tâm. Cảm biến phát hiện dịch chuyển bánh xe chủ động sẽ phát hiện thời điểm bánh xe dịch chuyển để xác nhận góc quay tự do của vơ lăng. Cơ cấu dẫn động vô lăng đƣợc trang bị động cơ điện để phát động. Đồng thời màn hình hiển thị thơng tin sẽ hiển thị dữ liệu thử nghiệm hiện hành. Khi quy trình đƣợc bắt đầu, Bộ điều khiển sẽ điều khiển mô tơ quay vô lăng theo chiều ngƣợc kim đồng hồ, đồng thời cảm biến đo góc iểm sốt góc quay và cảm biến siêu âm kiểm soát sự dịch chuyển bánh dẫn hƣớng. Khi bánh dẫn hƣớng bắt đầu dịch chuyển thì dừng động cơ điện, ghi nhận góc quay vô lăng và đảo chiều quay vô lăng cho tới khi tiếp tục phát hiện bánh dẫn hƣớng dịch chuyển thì dừng lại. Góc quay vơ lăng từ hi bánh dẫn hƣớng dịch chuyển lần thứ nhất cho tới khi dịch chuyển lần thứ hai là góc quay tự do hay độ rơ vô lăng.
2.16. Kiểm tra và khắc phục độ rơ vô lăng
Sau khi kiểm tra xe có độ rơ vơ lăng lớn hơn tiêu chuẩn thì cần phải đƣa xe đến hãng để bảo dƣỡng nhƣ sau:
Kiểm tra bên ngồi các bộ phận: Vành (vơ lăng) lái, trục tay lái, hộp tay lái và dẫn động lái. Kiểm tra sự rị rỉ dầu, tình trạng mỡ bơi trơn của các hớp cầu, tình trạng của các bu lơng lắp ghép các chi tiết trong hệ thống.
Kiểm tra dầu trợ lực lái hoăc dầu bôi trơn cơ cấu lái.
Làm sạch, vô dầu mỡ cho các chi tiết của thanh đòn dẫn động lái, các đăng lái.
B Ộ X Ử Ý TR UNG TÂM Cảm biến đo góc xoay vơ lăng
Cảm biến phát hiện dịch chuyển bánh xe Cơ cấu dẫn động vơ lăng Màn hình hiển thị thơng tin Hình 2.24 Sơ đồ khối hệ thống
29 Kiểm tra, siết chặt các mối lắp ghép của hệ thống.
Kiểm tra và điều chỉnh độ rơ góc của vơ lăng lái.
Kiểm tra và điều chỉnh độ rơ hƣớng ính của vơ lăng lái. Kiểm tra và điều chỉnh dây đai truyền động bơm trợ lực lái. Kiểm tra độ rơ của bạc và chốt chuyển hƣớng.
Kiểm tra và điều chỉnh độ rơ của cơ cấu lái
30
Chƣơng 3. THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT LẬP TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VƠ NG
Cơng cụ để tiến hành thực hiện việc thiết kế, lắp đặt và lập trình cho quá trình đo độ rơ vô lăng tự động:
Phầm mềm thiết kế mơ phỏng cơ hí SolidWor s Phầm mềm thiết kế mô phỏng điện tử Proteus Các bƣớc tiến hành:
Dựa theo phƣơng án đô độ rơ vơ lăng mà chúng em đã đề ra, trình tự để tiến hành các cơng đoạn nghiên cứu nhƣ sau:
Bƣớc 1: Chúng em thảo luận, thiết kế thực hiện đƣợc mơ hình để đo độ rơ vô lăng. Để tiến hành chế tạo đƣợc một mơ hình thử nghiệm thì nhóm đã sử dụng phầm mềm SolidWor s để tiến hành hiện thực hóa những ý tƣởng đƣa ra trên một bản vẽ chi tiết và một mơ hình 3D mơ phỏng hoạt động của cơ cấu, nhằm thuận lợi cho việc gia cơng chế tạo cơ cấu cơ hí, cũng nhƣ giảm thiểu hao phí nguyên vật liệu trong quá trình chế tạo. Quá trình tiến hành chế tạo thực tế sẽ bắt đầu hi hoàn thành xong quá trình thiết kế và mơ phỏng trên phần mềm SolidWorks
Bƣớc 2: Sau hi cơ cấu cơ hí đã đƣợc hồn thành, bƣớc tiếp theo đó là tiến hành thiết kế mạch điện trên Proteus để có thể tìm ra đƣợc các phƣơng pháp điều khiển hác nhau.
3.1. Thiết kế cơ cấu cơ khí
3.1.1. Giới thiệu phần mềm thiết kế:
SolidWor s đƣợc sử dụng há phổ biến trên thế giới. Ở Việt Nam phần mềm này đƣợc sử dụng rất nhiều hông chỉ trong lĩnh vực cơ hí mà nó cịn đƣợc mở rộng ra các lĩnh vực hác nhƣ: Điện, khoa học ứng dụng, cơ mơ phỏng, Ơ Tơ…
Phần mềm SolidWorks cung cấp cho ngƣời dùng những tính năng tuyệt vời nhất về thiết kế các chi tiết các hối 3D, lắp ráp các chi tiết đó để hình thành nên nhƣng bộ phận của máy móc, xuất bản vẽ 2D các chi tiết đó là những tính năng rất phổ biến của phần mềm Solidwor s, ngồi ra cịn có những tính năng hác nữa nhƣ: Phân tích động học ( motion), phân tích động lực học (simulation). Việc tích hợp nhiều tính năng trên phần mềm Solidwor s giúp cho ngƣời sử dụng chuyên mơn hóa trên phần mềm hơn. Và hông cần phải sử dụng nhiều phần mềm để thực hiện các công việc hác nhau.
31 Với tiện ích tuyệt vời đến từ phầm mềm SolidWor s, chúng em quyết định sử dụng phần mềm này để tiến hành thiết kế các cơ cấu cơ hí cần thiết, nhằm mơ hình hóa, cơ cấu, mô phỏng hoạt động của các bộ phận liên quan đồ án chúng em sẽ thực hiện trƣớc khi tiến hành chế tạo một cơ cấu hoàn chỉnh thực tế.
3.1.2. Thiết kế cơ cấu giá đỡ
Cơ cấu giá đỡ đƣợc bắt cứng với nền nhà để hạn chế tối đa sự rung lắc, và đảm bảo độ cứng vững trong q trình hoạt động. Với mỗi dịng xe, chiều cao từ mặt đất đến vơ lăng thƣờng hơng giống nhau. Chính vì vậy, cơ cấu giá đỡ địi hỏi phải có hả năng thay đổi chiều cao để đáp ứng đƣợc nhu cầu của tất cả các dòng xe, các loại xe hi vào kiểm tra. Hơn nữa, để thuận tiện cho kiểm định viên trong quá trình đƣa xe vào vị trí kiểm tra cơ cấu cũng cần phải có hả năng dịch chuyển theo phƣơng ngang. Với những yêu cầu đó, chúng em đã suy nghĩ và tiến hành thiết kế một cơ cấu với hai bậc tự do theo phƣơng thẳng đứng và phƣơng ngang. Sự dụng vít vặn để cố định giá đỡ hi thay đổi vị trí.
3.1.2.1. Vật liệu thiết kế:
3 Thanh sắt hộp 40x40mm, chiều dài 800mm, dày 1.8mm 2 Thanh sắt hộp 40x40mm, chiều dài 400mm, dày 1.8mm 1 Thanh sắt hộp 40x40mm, chiều dài 300mm, dày 1.8mm
32 4 Buloong – 4 đai ốc đƣờng ính 10mm
1 hộp sắt 82x42mm, chiều dài 250mm, dày 1.8mm 1 hộp sắt 42x42mm, chiều dài 100mm, dày 1.8mm
3.1.2.2. Thiết kế mô phỏng cơ cấu trên SolidWorks:
Hình 3.2 Hình chiếu 3 mặt của giá đỡ
Hình 3.3 Cơ cấu giá đỡ mơ phỏng
1- T rục cố định 3- Vít cố định 5- hộp giữ trục trượt 2- Trục trượt dọc 4- Trục trượt ngang 6- Vít đỡ giá động cơ điện
3.1.3. Thiết kế cơ cấu gá vào vô lăng
Để cơ cấu gá vào vơ lăng có thể giữ chặt và làm quay vơ lăng trong q trình động cơ điện cung cấp momen xoắn, chúng em tiến hành thiết kế một cơ cấu 3 chạm, góc giữa
33 mỗi chạm bằng 1200, sử dụng 3 bu lông để ép chặt vào vành lái, trên đầu mỗi bu lơng đều có gắn cao su đệm để tránh gây trầy xƣớc đối với vơ lăng. Chính giữa tâm, có một trục nối, đƣợc hàn cứng, và nối cứng với ổ đai răng cố định bằng bu lông. Sử dụng một bạc đạn có giá đỡ, quay trơn với trục quay là trục nối cứng cơ cấu gá với ổ đai răng, đồng thời, dùng bu lông và đai ốc để nối với một miếng sắt lá, bên trên miếng sắt có hàn cố định 2 trục tròn để căn đai. Encoder đƣợc gắn đồng trục với bạc đạn, ổ đai răng hay có thể cho nối là đồng tâm với vô lăng và cố định bằng một giá đỡ đƣợc hàn trên miếng sắt nối ổ bi. Nhƣ vậy, hi cơ cấu chuyển động, encoder sẽ đc giữ cố định để có thể thực hiện đƣợc việc đọc xung một cách chính xác nhất.
3.1.3.1. Vật liệu thiết kế
3 thanh inox lá chiều dài 210mm, chiều rộng 40mm, dày 2.5mm 2 thanh inox lá chiều dài 40mm, rộng 40mm, dày 2.5mm
3 miếng cao su đệm dày 20mm 3 bu lông – đai ốc đƣờng ính 10mm Bạc đạn đƣờng ính trong 20mm 2 trục inox trịn đƣờng ính 6mm
3.1.3.2. Thiết kế mô phỏng cơ cấu gá trên SolidWorks
34
Hình 3.5 Cơ cấu gá vơ lăng mơ phỏng
1- Cảm biến đo góc Encorder 4- Vít vặn 7- Trục căng đai 2- Ổ đai răng lớn 5- Cao su đệm 8- Giá đỡ cảm biến 3- Bạc đạn và ổ đỡ bạc đạn 6- Trục đỡ ở đai răng nhỏ 9- Khớp nối cứng
3.1.4. Thiết kế giá đỡ động cơ
Trong quá trình hoạt động, động cơ điện sẽ dao động rất nhiều, chính vì thế cần đƣợc đặt cố định trên một cơ cấu nhằm đảm bảo quá trình hoạt động diễn ra ổn định. Mặt hác vô lăng trên mỗi loại xe cơ giới thƣờng đƣợc đặt với một góc nghiêng nên để đảm bảo trục động cơ điện ln vng góc với mặt phẳng vơ lăng tại tâm của vô lăng, hay trục động cơ điện luôn song song với mặt phẳng trục vơ lăng lái thì giá đỡ động cơ điện phải có hả năng thay đổi góc quay. Đây là vấn đề chính trong việc gá động cơ điện để truyền mô men xoắn giúp làm quay vô lăng.
3.1.4.1. Vật liệu thiết kế
1 tấm bản lề bằng inox
1 giá đỡ động cơ bằng inox đã đƣợc tạo hình sẵn Bu lơng – đai ốc đƣờng ính 6mm
3.1.4.2. Thiết kế mô phỏng giá đỡ động cơ bằng SolidWorks
Khi thiết kế cơ cấu giá đỡ trƣợt, chúng em có dùng một bu lơng hàn cứng với trục trƣợt ngang ở một đầu trục. Do vậy trên tấm bản lề, chúng em cũng khoan một lỗ 10mm
35 và sẽ dùng đai ốc 10mm siết cứng giá đỡ động cơ trong quá trình đo iểm. Đây cũng là chỗ cho phép chúng em có thể thay đổi góc nghiêng của trục động cơ sao cho phù hợp.
Hình 3.6 Hình chiếu 3 mặt giá đỡ động cơ điện
Hình 3.7 Cơ cấu giá đỡ động cơ điện mơ phỏng 1- Ổ đai răng nhỏ 3- Khung giá đỡ động cơ 1- Ổ đai răng nhỏ 3- Khung giá đỡ động cơ
36
3.1.5. Thiết kế giá đỡ cảm biến
Cảm biến đƣợc đặt ở bánh xe. Với ý tƣởng sử dụng cảm biến loại cảm biến siêu âm, có hả năng tự đọc khoảng cách từ cảm biến đến bánh xe do đó chúng em quyết định sẽ sử dụng một giá đỡ, đặt dƣới cố định dƣới nền phẳng gần bánh xe. Giá đỡ cảm biến đƣợc thiết kế từ vật liệu sắt với các ích thƣớc đƣợc cho nhƣ trong bản vẽ và một khung đỡ cảm biến bằng nhựa.
Hình 3.8 Hình chiếu 3 mặt giá đỡ cảm biến
Hình 3.9 Cơ cấu giá đỡ cảm biến
3.1.6. Cơ cấu cơ khí hồn chỉnh của mơ hình đo độ rơ vơ lăng tự động trên xe cơ giới và phƣơng chiều chuyên động của các bộ phận
Với những bộ phận riêng biệt đã đƣợc thiết kế và với nhƣng cơng cụ hữu ích mà SolidWorks mang lại, bƣớc tiếp theo đó là tiến hành liên ết các bộ phận lại với nhau để tạo thành một cơ cấu hoàn chỉnh nhất và tiến hành mô phỏng hoạt động của cơ cấu. Cơng
37 việc này sẽ giúp hình dung một cách rõ ràng nhất, cho ta cái nhìn trực quan gần nhất về hoạt động của cơ cấu sau hi đƣợc chế tạo ra.
3.1.6.1. Cơ cấu cơ khí hồn chỉnh
Hình 3.10 Mơ hình cơ cấu đo độ rơ vơ lăng hồn chỉnh
Giá đỡ hệ dẫn động 2- Giá đỡ động cơ điện 3- Cơ cấu gá
Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang Chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng
Chuyển động quay
Hệ dẫn động vơ lăng đƣợc hồn thiện đƣợc sử dụng trong cơ cấu cơ hí nhƣ hình 3.10
38
1- Mô tơ điện 2- Đai răng 3- Cơ cấu gá
Đƣờng truyền mô men xoắn từ động cơ điện đến vô lăng:
Hình 3.12 Sơ đồ đường truyền cơng suất đến vô lăng
Sau hi mô phỏng hoạt động của cơ cấu cơ hí với SolidWor s và tiến hành đánh giá hả năng đáp ứng các yêu cầu của quá trình đo độ rơ vơ lăng tự động trên xe cơ giới. Nhận ra cơ cấu này có thể hồn tồn hả năng thực hiện điều đó, vì vậy đây sẽ là cơ cấu đƣợc sử dụng và bắt đầu quá trình chế tạo thử một cơ cấu đo độ rơ thực tế.
3.1.7. Tiến hành chế tạo mơ hình thực tế cơ cấu đo độ rơ vô lăng
Từ những k năng thực hành cơ hí đã đƣợc thực hành trong q trình học tập và số liệu ích thƣớc của từng chi tiết đã đƣợc cho trong các bản vẽ 2D bên trên. Chúng em đã tiến hành thực hiện và hoàn thiện lần lƣợt từng bộ phận trong mơ hình cơ hí đã đƣa ra. Một số u cầu đề ra trong quá trình thực hiện:
K năng sử dụng máy hàn Mig CO2
Đo đạc chế tạo các bộ phận bằng ích thƣớc trong bản vẻ với dung sai nhỏ nhất để tránh tạo thêm độ rơ cơ hí cho ết quả đo iểm
Tuân thủ các quy tắc về an toàn lao động trong quá trình chế tạo Một số hình ảnh về cơ cấu cơ hí thực tế đã đƣợc chế tạo:
Động cơ điện DC 24V
Bộ truyền động đai răng
Cơ cấu gá vít 3 chạm
39
Hình 3.13 Cơ cấu gá vơ lăng
40
Hình 3.15 Giá đỡ cảm biến
Hình 3.16 Giá đỡ cơ cấu dẫn động vơ lăng và hình ảnh tổng quát về cơ cấu đo độ rơ vô lăng được thực hiện
41
3.2. Mô phỏng mạch trên Proteus
Chúng em thảo luận với nhau sử dụng Arduino Nano để làm vi điều khiển trung tâm, dùng LCD 16x2 để làm màn hình hiển thị thơng tin, dùng cảm biến siêu âm US-015 để phát hiện sự dịch chuyển của bánh xe, sử dụng incremental rotary encoder LPD3806- 400BM-G5-24C có 600 xung/vịng để đo góc xoay của vơ lăng, nhƣ vậy độ chia nhỏ nhất