công)
Hình 3.18 Giao diện Machining
+ Lathe Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công tiện
+ Prismatic Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công phay trên
máy phay 3 trục
+ Surface Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công phay mặt cong + Advanced Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công phay trên
3.3.5. Module Machining Simulation
Hình 3.19 Giao diện Machining Simulation
Chức năng chính: Chuyên sử dụng cho việc thiết lập và mô phỏng máy CNC
Các module con và chức năng của chúng:
+ NC Machine Tool Simulation: Mô phỏng máy CNC + NC Machine Tool Builder: Thiết lập máy CNC 3.3.6. Digital mockul
* Giao diện mô phỏng.
Các thanh công cụ cơ bản :
3.4. Thiết kế chi tiết
3.4.1. Piston
Bước 1: Vào giao diện Sketch để vẽ định dạng profile
Bước 2: Thoát khỏi Sketch và chọn lệnh Shaft thực hiện tạo khối chi tiết
Hình 3.2 Tạo khối cho piston
Bước 3: Vào giao diện Sketch sử dụng lệnh Polygons
Bước 4: Vào Sketch sử dụng Arcs tạo lỗ chốt piston
Hình 3.4 Cắt khối cho thân piston
Bước 5 : Thoát khỏi Sketch và chọn lệnh Pocket thực hiện cắt khối cho piston
Bước 6: Thoát khỏi Sketch vào parl sử dụng Pocket tạo lỗ chốt piston
Hình 3.6 Tạo lỗ chốt piston
Bước 7: Vào Sketch để sử dụng lệnh Arcs vẽ tạo bệ chốt piston
Bước 8: Thoát khỏi Sketch và vào Pad để tạ hình cho chốt piston
Hình 3.8 Tạo lỗ bệ chốt
Bước 9 : Hoàn thiện Piston
3.4.2. Thiết kết chốt piston
Bước 1: Vào Sketch sử dụng lệnh Arcs để vẽ chi tiết
Hình 3.10 Vẽ hình chốt piston
Bước 2:Thoát khỏi Sketch vào Pad tạo khối cho chi tiết
3.4.3. Phanh hãm chốt piston
Bước 1 :Vào Sketch vẽ tạo hình cho phanh hãm
Hình 3.12 Phanh hãm chốt
Bước 2: Thoát khỏi Sketch vào Pad dùng tạo khối cho phanh hãm
3.4.4. Thiết kế chi tiết thanh truyền
Bước 1: Vào giao diện Sketch để vẽ định dạng profile.
Hình 3.34 Vẽ định dạng
Bước 2: Thoát khỏi Sketch và chọn lệnh Pad thực hiện tạo khối chi tiết
Bước 3:Vẽ đầu to thanh truyền.
Hình 3.36 Vẽ đầu to thanh truyền
Bước 4: Dùng lệnh Pad Definition để tạo khối đầu to.
Bước 5 : Chuyển sang Sketch vẽ gân của thân thanh truyền.
Hình 3.38 Vẽ sketch cho thân thanhh truyền.
Bước 6 : Chuyển sang Parl sử dụng lệnh Multi-Pocket tạo hốc
Bước 7: Vẽ đường kính bu lông.
Hình 3.40 Vẽ đường kính bu lông.
Bước 8: Tạo lỗ bu lông.
Bước 10 : Sử dụng lệnh Chamfer để vát bề mặt cạnh bên đầu to thanh truyền
Hình 3.42 Vát bề mặt thanh truyền.
Bước 11: Tạo lỗ thoát dầu đầu nhỏ.
3.4.4.1. Thiết kế bạc đầu nhỏ
Bước 1 Sử dụng lệnh Circles, Arcs vẽ đường kính bạc
Hình 3.44 Vẽ đường kính bạc đầu nhỏ.
Bước 2 :Sử dụng lệnh Pad tạo khối
3.4.4.2. Thiết kề bạc đầu to
Bước 1 : Vào Sketch vẽ
Hình 3.46 Vẽ Sketch bạc đầu to.
Bước 2 :Sử dụng lệnh Pad tạo khối cho bạc
3.4.4.3. Thiết kế nửa dưới đầu to thanh truyền
Bước 1 : Sử dụng Sketch Vẽ
Hình 3.48 Vẽ Sketch đầu to thanh truyền.
Bước 2 : Sử dụng lệnh Pad tạo khối
Bước 3 : Vẽ độ dày của đầuto thanh truyền.
Hình 3.50 Vẽ đường kính đầu to.
Bước 4 : chuyển sang Parl sử dụng lệnh Pad tạo khối
Bước 5 : Sử dụng lệnh đối xứng
Hình 3.52 Đối xứng nửa dưới đầu to.
Bước 6 : Sang Sketch dùng lệnh Circles, Arcs vẽ đường kính bulông :
Bước 7 : Sử dụng lệnh Multi-Pocket tạo hốc
Hình 3.54 Tạo lỗ bulong đâu to thanh truyền.
3.4.4.4. Thiết kế bu lông
Bước 1 : Vào Sketch sử dụng lệnh vẽ
Bước 2 : Chuyển sang Parl sử dụng lệnh Pad tạo khối
Hình 3.56 Tạo khối bu lông.
Bưới 3 : Sử dụng lệnh Rib Definition
3.5. Kiểm nghiệm bền một chi tiết piston điển hình
Ở đây ta sẽ thực hiện qui trình tính bền trên phần mềm cho chi tiết piston Các bước tính toán như sau:
Bước 1: Đưa chi tiết cần tính bền vào phần mềm catia.
Sử dụng giao diện thiết kế chi tiết để thiết kế chi tiết piston theo thông số có sẵn bằng các lệnh vẽ 2D (Sketch) và 3D (Pad, Pocket).
Đưa chi tiết cần tính bền vào phần mềm catia
Hình 3.58 Đưa chi tiết cần tính bền vào phần mềm catia
Bước 2: Chọn vật liệu
Click chọn toàn bộ chi tiết sau đó ta chọn lệnh Apply Material, trên giao diện sẽ hiện ra thư viện vật liệu. Ta chọn Metal và chọn Brass, click Apply Material sau đó chọn ok. Như vậy ta đã chọn được vật liệu cho piston
Hình 3.59 Chọn vật liệu
Bước 3: Chuyển sang giao diện tính bền bằng Alalysis & Simulation – Generative Structural Analysis. Click chuột trái vào Start, chọn Alalysis & Simulation sau đó,chọn Generative Structural Analysis.
Khi đó chi tiết thanh truyền sẽ được chuyển sang giao diện tính bền. Với các trình duyệt như cây thư mục bên trái màn hình.
Hình 3.61 Chi tiết trong giao diện tính bền
Bước 4: Tạo ràng buộc cố định
Click vào biểu tượng Clamp, trên giao diện sẽ hiện ra bảng trình duyệt ở góc dưới bên phải màn hình, sau đó chọn các mặt ràng buộc. Như vậy ta đã tạo ra được các ràng buộc chi tiết piston.
Bước 5: Đặt lực tác dụng lên đỉnh piston
Click vào biểu tượng Distributed Force, trên giao diện sẽ hiện ra bảng trình duyệt ở góc dưới bên phải màn hình, sau đó chọn các mặt tác dụng lực. Như vậy ta đã đặt được các lực lên chi tiết piston.
Hình 3.63 Đặt lực tác dụng vào phần đỉnh piston
Để chạy quá trình chia lưới ta click vào biểu tượng Compute sau đó chọn All thì quá trình chia lưới và tính toán được bắt đầu.
Kết quả chia lưới sẽ hoàn thành khi ta click vào biểu tượng Deformation ở thanh trình đơn phía dưới màn hình.
Hình 3.65 Hiển thị chia lưới
Bước 6: Tính bền
Kết quả tính bền sẽ được thể hiện ở dạng khối khi ta click vào biểu tượng Von Mises Stress với kết quả thể hiện ở dải màu bên phải màn hình. Trên màn hình cũng chỉ ra điểm tập trung ứng suất lớn nhất (kém bền nhất) trên chi tiết piston
Kết quả tính bền sẽ được thể hiện ở dạng điểm khi ta click vào biểu tượng Displacement với kết quả thể hiện ở dải màu bên phải màn hình. Trên màn hình cũng chỉ ra các điểm có chuyển vị lớn nhất trên chi tiết piston
*Ứng suất cho phép( tham khảo quyển Kết cấu và tính toán sức bền các chi tiết chủ yếu của động cơ đốt trong - trang 55,56)
+Ứng suất nén cho phép: - Đối với gang [σn] = 40 MN/m2 .
*Nhận xét hình 3.66:
- Phần màu đỏ có ứng suất lớn nhất là: 11,96 N/ = 11,960,000N/ = 11,96 MN/
=> Như vậy ứng suất lớn nhất không vượt quá ứng suất cho phép nên piston đủ bền
Hình 3.67 Hiển thị chuyển vị trên piston
Nhận xét :
- Dựa vào hình 3.67 hiện thị chuyển vị trên piston ta thấy chuyển vị thay đổi từ nhỏ đến lớn dựa theo màu xanh đến màu đỏ
- Những vị trí màu xanh biểu thị cho chuyển vị nhỏ nhất là : 0 - Những vị trí màu đỏ biểu thị cho chuyển vị lớn nhất là :0,00511
3.6. Mô phỏng cụm cơ cấu trục khuỷu thanh truyền piston
Thực hiện mô phỏng trên phần mềm trục khuỷu thanh truyền piston.
Đề tài của em là thiết kế và mô phỏng nhóm Piston - Thanh truyền , để mô phỏng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền piston. Em lấy phần thiết kế trục khuỷu của bạn Trần Văn Chiến
Sau khi tổng hợp được em đưa vào phần mềm giao diện mô phỏng được sản phẩm hoàn chỉnh như hình.
Hình 3.68 Kết quả mô phỏng
Sau khi lắp láp và kiểm tra hoàn chỉnh chúng ta tiến hành chạy mô phỏng cho cơ cấu piston thanh truyền động cơ k457 bằng công cụ DMU KINEMATICS . Do cơ cấu piston thanh truyền được lắp ráp bằng các liên kết cấp thấp ( lower pair joints ) nên khi chạy mô phỏng chúng ta không cần định nghĩa lại các liên kết mà DMU sẽ tự nhận dạng các liên kết đó. Định nghĩa cho cơ cấu piston thanh truyền chạy theo chu trình công tác của động cơ 4 kì thực hiện theo 6 hành trình của piston để kiểm tra hoạt động của cơ cấu.
Hình 3.69 Piston ở các vị trí khác nhau
Vị trí Piston ở các vị trí khác nhau
Hình ảnh Piston ở các vị trí khác nhau được chụp từ màn hình Catia.
Hình 3.71 Piston ở vị trí khác nhau
Hình ảnh Piston ở các vị trí khác nhau được chụp từ màn hình Catia
Hình ảnh cơ cấu chuyển dộng ở góc độ khác
Hình 3.73 Góc quay khác của chuyển dộng
Quan sát cơ cấu làm việc dưới nhiều góc độ khác nhau nhận thấy cơ cấu làm việc ổn định chính xác theo đúng thứ tự làm việc của động cơ.
KẾT LUẬN
Trong thời gian được nhận đề tài “Ứng dụng phần mềm Catia để thiết kế nhóm Piston - thanh truyền của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền trên động cơ K457”. Do sự kiến thức vẫn còn hạn hẹp em được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy hướng đẫn và các quý thầy cô trong khoa em đã hoàn tất đề tài trong đúng thời hạn. Khi làm đồ án em tiếp thu thêm kiến thức thực thế cụ thể là
Phần quan trọng nhất của đề tài này là em đi sâu tìm hiểu kết cấu của Piston - thanh truyền và phần mềm Catia.
Phần catia em tìm hiểu các chức năng cũng như các tính năng của phần mềm tạo điều kiện cho việc thiết kế cơ cấu Piston – thanh truyền trên động cơ Diezel
Qua đề tài em tìm hiểu được thêm các chức năng phần thiết kế catia như: + Chức năng thiết kế 3D.
+ Chức năng kiểm nghiệm. + Chức năng mô phỏng. Em xin trân thành cảm ơn !
Hưng Yên, ngày tháng 6 năm 2021 Sinh viên thực hiện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Động cơ đốt trong – Phạm Minh Tuấn - NXB khoa học và kỹ thuật [2] Các tài liệu về tính toán thiết kế
[3] Tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế động cơ