AUTODESK INVENTOR :
- Vẽ phác có lẽ sẽ rất quen thuộc đối với những người đã từng làm quen với các phần mềm vẽ 3D: pro/ENGINEER, Solid…Autodesk Inventor khái niệm vẽ phác là Sketch. Sketch dùng các công cụ hình học cơ bản trong mặt phẳng để vẽ các tiết diện, đường dẫn…trước khi thành vật thể 3D nhờ các công cụ tạo hình khối. Không hình thành được sketch thì không thể xây dựng được các chi tiết trong không gian 3D.
- Sketch là profile của feature và mọi đối tượng hình học (ví dụ đường dẫn hoặc đường tâm quay) cần thiết để tạo feature. Tạo mô hình 3D từ Sketch bằng cách kéo trượt profile hoặc quay nó quay đường tâm nào đó. (Hình 3.2)
Hình 3.2 Chuyển đổi từ Sketch thành mô hình 3D
- Tôi xin giới thiệu sơ qua về các dụng cụ vẽ phác: các lệnh vẽ đường thẳng Line, hình tròn, hình chữ nhật, đa giác…ngoài ra để hỗ trợ thêm Autodesk Inventor còn cung cấp các công cụ mirror, trim, extent, copy…(Hình 3.3). Các công cụ này rất giống với các công cụ trong Autocad.
Hình 3.3
- Khi đã tạo sketch, tôi có thể tinh chỉnh, sửa đổi tỷ lệ dễ dàng nhanh chóng. Tôi có thể rà soát chúng bằng kéo rê, nếu các đối tượng hình học không có các ràng buộc. Tôi có thể định dạng lại các cạnh
của mô hình cũng như các đường thẳng của sketch. Đây chỉ là phác họa đơn thuần của chi tiết.
- Để tạo một chi tiết hoàn chỉnh có kích thước và hình dạng chính xác thì ràng buộc phác thảo. Các ràng buộc giảm bậc tự do giữa các thành phần của phác thảo và điều khiển vị trí tương quan của hình dạng. Ví dụ, nếu đường thẳng bị ràng buộc nằm ngang thì khi tôi kéo rê điểm cuối của nó thì hoặc chiều dài thay đổi hoặc nó sẽ dịch chuyển nằm ngang và không bao giờ nằm nghiêng. Hình 3.4 là các ràng buộc hình dáng trong Autodesk Inventor gồm có : ràng buộc vuông góc, song song, tiếp xúc, cộng tuyến, đồng tâm, ràng buộc nối, bằng nhau…dùng để xác định vị trí tương quan giữa các thành phần hình học.
Hình 3.4
Sau khi ràng buộc về hình dạng, tôi cần gán kích thước. Các kích thước xác định chiều dài bán kính, góc của các đối tượng hình học phác thảo. Sau khi tôi gán kích thước, tôi không thể thay đổi chiều dài của đường thẳng hoặc đường cong bằng công cụ kéo rê. Tôi có thể gán cho kích thước một giá trị khác. Những kích thước như vậy được gọi là kích thước tham số. Khi tôi sửa đổi kích thước tham số tôi có thể nhập biểu thức gồm một hoặc nhiều tham số. Để gán kích thước, tôi kích vào Gen eral D imention tool trên thanh công cụ Sketch. Tôi có thể kích chọn 2 điểm cuối và di chuyển con trỏ để tạo kích thước ngang, đứng hoặc xiên. Chọn 2 đoạn thẳng tôi sẽ tạo kích thước góc.
Hình 3.6 Extrude Loft Rib Tham số kích thước Đơn vịđo kích thước Giá trị kích thước
Hình 3.5 Thay đổi kích thước
- Sau khi đã có biên dạng Sketch tôi sẽ tạo chi tiết. Có thể dùng hai cách cơ bản là Extrud e và Revolve. Tôi cũng có thể dùng
Loft, Sweep hoặc là Coil (hình 3.6) :
+ Extrude là chuyển liên tục một tiết diện dọc theo một đường thẳng. Đây là đặc tính thông dụng thường được sử dụng nhất. + Revolve là quay liên tục một tiết diện quanh 1 trục.
+ Loft là chuyển liên tục một thiết diện thay đổi. Tôi có thể tạo các phác thảo trên nhiều mặt làm việc. Loft là mô hình chuyển tiếp từ một biên dạng tới một biên dạng tiếp theo. Loft có thể chuyển tiếp theo một đường cong.
+ Sweep chuyển liên tiếp một tiết diện theo một đường cong. + Coil chuyển liên tục một tiết diện theo một đường xoắn ốc. + Rib tạo gân.
- Khi đã có chi tiết cơ sở, tôi có thể dùng các lệnh : tạo lỗ, tạo ren, vát góc, bo góc…trực tiếp lên chi tiết này mà không cần phải tạo thêm Sketch. (Hình 3.7)
Hình 3.7
3.2.2 VẼ MÔ HÌNH CHI TIẾT TAY NẮM (NÚM) THÔNG HƠI :
Hình 3.8
- Đây là một chi tiết trong cấu tạo hộp giảm tốc dùng để thông hơi, cân bằng áp suất trong hộp giảm tốc với bên ngoài. Sở dĩ tôi chọn chi tiết này là vì các bước tạo chi tiết này có thể khái quát được cách tạo mô hình trong Autodesk Inventor, nếu tôi chọn các chi tiết khác như vỏ hộp, đế hộp thì sẽ rất nhiều bước dài dòng không cần thiết.
Vát cạnh Tạo lỗ ren
- Trước khi tạo một chi tiết 3D, tôi cần phải định hướng là sẽ tạo chi tiết đó như thế nào. Đây là bước quan trọng một chi tiết có thể có nhiều cách để tạo ra, tôi cần phải nghiên cứu kỹ và chọn phương pháp cho đơn giản hiệu quả và nhanh nhất.
- Chi tiết núm thông hơi là một chi tiết có dạng khối tròn xoay. Có 2 cách để thực hiện chi tiết này: dùng lệnh Extrude để làm từng phần hoặc dùng lệnh Revolve để xoay biên dạng 2D quanh trục của nó. Tôi thấy rằng sử dụng lệnh R evolve để xoay một biên dạng quanh trục của nó là cách nhanh nhất và đơn giản nhất.
- Mở 1 file mới, tôi chọn New file chọn Standart(mm).ipt để tạo mô hình. Môi trường vẽ phác 2D xuất hiện với những thanh công cụ vẽ
2D Sketch Pan el bên trái Desktop, dưới đó là Bro wser Bar liệt kê đầy đủ quá trình tạo chi tiết. (hình 3.9)
- Tôi tiến hành vẽ biên dạng chi tiết như sau :
Hình 3.10
- Vẽ xong biên dạng tôi bấm chuột phải vào màn hình và chọn
Finish Sketch để hoàn thành công đoạn vẽ phác. Autodesk Inventor sẽ chuyển qua môi trường tạo chi tiết khối, tôi gọi lệnh Revolve.
+ Hộp thoại Revo lve xuất hiện (Hình 3.11)
+Tôi chọn Profile là biên dạng mà tôi đã vẽ và chọn tâm quay. Khi chọn xong trên Desktop sẽ cho tôi xem trước chi tiết sẽ được tạo ra, nếu đồng ý tôi bấm OK. Trên màn hình sẽ xuất hiện chi tiết núm thông hơi (Hình 3.12)
Hình 3.11
Hình 3.12 Núm thông hơi
- Tiếp theo tôi sẽ tạo lỗ thông hơi. Tôi chọn mặt phẳng XY plane trong phần Origin của Browser Bar. Một mặt phẳng màu xanh sẽ cắt ngang qua chi tiết (Hình 3.13)
Hình 3.13
- Tôi nhấn chuột phải vào mặt phẳng màu xanh và chọn New
Sketch, tôi vẽ một lỗ có đường kính 4mm như hình 3.14
Hình 3.14
- Vẽ xong tôi cũng chọn Finish Sketch, trông môi trường tạo hình khối tôi dùng lệnh E xtrude (có thể dùng lệnh Hole để tạo lỗ), chọn profile là đường tròn lúc này tôi đã vẽ, chọn cut để cắt bỏ tạo lỗ, khoảng cách Dista nce là 12mm đảm bảo thông suốt. (hình 3.15) Nhấn OK để đồng ý.
Hình 3.15
- Tiếp theo tôi tạo ren cho núm thông hơi, tôi chọn lệnh Thread hộp thoại lệnh Thread xuất hiện (hình 3.16), ô Thread Length dùng để chọn chiều dài của ren.
Tôi nhấn chuột vào phần hình trụ cần tạo ren của núm thông hơi (Hình 3.17), phần được chọn sẽ có màu xanh tiếp theo tôi cần xác định thông số cho ren cần tạo. Nếu tôi chọn kich thước ren lớn hơn hay nhỏ hơn đường kính phần trụ cần tạo ren thì Autodesk Inventor sẽ báo lỗi.
Hình 3.17
Tôi bấm vào trang Sp ecifica tion của hộp thoại T hread (hình 3.18). Hình 3.18 Phần trụ được chọn Hệ ren Bước ren Đường kính
Tôi chọn ren hệ mét, đường kính là 10 bước ren 1.5. Sau đó tôi nhấn OK để đồng ý với các lựa chọn, ren sẽ được tạo ngay lập tức như hình 3.19. Vậy là tôi đã hoàn thành chi tiết núm thông hơi.
Hình 3.19
- Tương tự chi tiết tay nắm thông hơi, các chi tiết khác như trục, ổ bi, bạc, vít nâng…tôi chỉ cần sử dụng các lệnh đơn giản như vậy là tạo ra được. Ngoài các lệnh nói trên Autodesk Inventor còn cung cấp nhiều công cụ đặc biệt như: tạo mặt vuốt, tạo mặt ngiêng (tạo mặt nghiêng cho đáy hộp để dễ thoát dầu), tạo vỏ hộp, tạo gân… nhờ đó mà tôi có thể thực hiện vẽ đáy đế hộp nghiêng và vỏ hộp được dễ dàng. Sau đây là một số hình ảnh mà tôi đã thực hiện :
Hình 3.20
3.3 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC :
3.3.1 KHÁI NIỆM :
Khái niệm mô hình hóa và mô phỏng máy tính cho đến lúc này đã quá quen thuộc với mỗi chúng ta. Chúng được nghiên cứu và ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật : cơ khí, xây dựng, điện-điện tử, quân sự…Những ưu điểm và lợi ích mà nó mang lại khó có thể phủ nhận được. Chúng đã trở thành công cụ không thể thiếu khi thiết kế.
Qua thời gian tìm hiểu tính năng mô phỏng của Autodesk Inventor, tôi nhận thấy những hiệu quả của nó trong lĩnh vực thiết kế máy. Đặc biệt là quá trình mô phỏng động học cơ cấu và bộ truyền trong quá trình thiết kế máy. Quá trình mô phỏng cho phép chúng ta xác định được các đặc tính động học, phát hiện sự va chạm trong quá
trình làm việc của hệ thống và phát hiện những sai sót trong quá trình thiết kế.
3.3.2 THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC :
3.3.2.1 Lắp ráp các chi tiết:
- Hoạt động của hộp giảm tốc đơn giản chỉ là chuyển động quay của 2 cặp bánh răng và các chi tiết khác liên quan như trục, ổ lăn, bạc đệm, then. Để thực hiện mô phỏng này, tôi cần phải lắp các chi tiết lại với nhau, đây là bước quan trọng trong quá trình mô phỏng, nếu các chi tiết lắp với nhau bằng các ràng buộc lắp ráp không chính xác thì không thể tạo ra sự chuyển động giữa chúng được. Các ràng buộc lắp ráp có nghĩa là tôi sẽ gán các ràng buộc và mỗi chi tiết tại một thời điểm để gỡ bỏ các bậc tự do. Có sáu bậc tự do: ba tịnh tiến và ba quay, các bậc tự do tịnh tiến cho phép chi tiết di chuyển theo phương của vectơ xác định còn các bậc tự do quay cho phép chi tiết quay quanh trục xác định. Thông thường, cần thực hiện ít nhất hai bậc tự do đủ để ràng buộc một chi tiết. một chi tiết đã ràng buộc đầy đủ thì không thể di chuyển tự do.
- Trước tiên tôi cần lắp hộp giảm tốc, trình tự lắp hộp giảm tốc cũng khá đơn giản :
+ Lắp các chi tiết then, bánh răng, bạc lót, ổ bi vào các trục 1,2,3. + Lắp các trục 1,2,3 vào đế hộp.
+ Lắp nắp khối đỡ trục.
+ Lắp nắp hộp, lắp chốt định vị + Lắp bạc lót cao su và nắp ổ trục. + Lắp bulông.
+ Cuối cùng là lắp các chi tiết còn lại như : que thăm dầu, bulông tháo dầu, nắp thăm, núm thông hơi, vít nâng.
Thực tế tôi có thể lắp ráp bất kỳ chi tiết nào trước cũng được nhưng để khoa học và không bị nhầm lẫn nên làm tuần tự theo qui trình đã chọn.
- Quá trình lắp ráp được Autodesk Inventor thực hiện trong môi
trường Assembly. Tôi chọn New File, chọn Standart.iam . Môi trường lắp ráp sẽ xuất hiện như hình 3.21. Bên tay trái là menu
Assembly Panel gồm có các công cụ để thực hiện lắp ráp, phía dưới là
Browser Bar, để hiển thị các ràng buộc lắp ráp cho chi tiết.
Hình 3.21
- Công việc đầu tiên của quá trình lắp ráp là tạo chi tiết lắp ráp. Tôi có 3 cách tạo các chi tiết lắp ráp :
+ Tạo chi tiết trước sau đó chèn chi tiết vào mô hình lắp ráp. + Tạo chi tiết ngay trong mô hình lắp ráp.
+ Tạo các chi tiết từ thư viện tiêu chuẩn của Autodesk Inventor. - Trong một mô hình lắp ráp, tôi có thể giảm bớt sự phức tạp của file lắp ráp bằng cách sử dụng những chi tiết được tạo độc lập từ các file
khác gọi là chi tiết ngoài. File chứa chi tiết ngoài này là một hoặc nhiều chi tiết đã được lắp với nhau. Tôi sẽ chia nhỏ quá trình lắp ráp thành từng phần rồi lắp các phần đó lại với nhau. Khi muốn hiệu chỉnh lắp ráp liên quan đến chi tiết ngoài thì tôi sẽ được cập nhập những hiệu chỉnh này. Sử dụng các chi tiết ngoài cho ta khả năng linh động và dễ quản lý trong lắp ráp. Ví dụ: trong quá trình lắp hộp giảm tốc tôi có thể chia ra lắp hoàn chỉnh từng trục gồm có trục, bánh răng, ống lót, ổ lăn, then… riêng lưu thành từng file riêng, các trục này sẽ là chi tiết ngoài, sau đó mang các file chi tiết trục đã được lắp ráp hoàn chỉnh vào môi trường lắp ráp và lắp hoàn chỉnh hộp giảm tốc. Khi cần thay đổi kích thước các chi tiết trên trục như bánh răng, then… thì trong file lắp hộp giảm tốc cũng sẽ thay đổi theo, như thế rất thuận tiện.
- Tôi bắt đầu lắp hộp giảm tốc, đầu tiên tôi sẽ lắp trục 1, tôi đưa các chi tiết cần lắp vào trục bằng lệnh . Chi tiết nào đưa vào đầu tiên sẽ được Autodesk Inventor xem như là chi tiết cố định, khi lắp ráp các chi tiết khác sẽ thay đổi theo vị trí của chi tiết cố định này. Chi tiết cố định trong Browser Bar được thể hiện bằng biểu tượng . . Tôi có thể thay đổi chi tiết cố định bằng cách nhấp chọn tên chi tiết trong Browser B ar và chọn Ground ed.
- Để di chuyển và xoay chi tiết đến vị trí và hướng nhìn thuận
tiện, tôi dùng lệnh và để di
chuyển và xoay các chi tiết. Chỉ cần chọn lệnh sau đó chọn chi tiết là dễ dàng di chuyển chi tiết đó.
- Lắp các chi tiết lại với nhau bằng lệnh
Constraint , (Hình 3.23 )
Hình 3.23
+ Trang Assembly cho phép chúng ta các gán ràng buộc lắp ráp cho chi tiết tĩnh : mate, angle, tangent, insert
+ Trang Motion : lắp ráp hai chi tiết theo chuyển động quay. + Trang Transitional : lắp ráp hai chi tiết theo chuyển động tịnh tiến.
- Để lắp then vào trục, tôi cần ràng buộc 3 mặt của then áp và 3 mặt của trục áp sát vào nhau. Tôi sử dụng ràng buộc mate để thực hiện, sau khi gọi lệnh tôi chọn một mặt của then (Hình 3.24) và một mặt của trục (Hình 3.25) . Các mặt được chọn sẽ xuất hiện mũi tên màu đỏ và các mũi tên để chỉ hướng lắp ráp, nhấn chuột trái để chấp nhận.
Hình 3.24
Hình 3.25
Tương tự tôi tiếp tục ràng buộc 2 mặt còn lại mặt bên và mặt đầu để cố định vị trí của then trên trục.
Hình 3.26
- Ràng buộc I nsert dùng để lắp các chi tiết cùng tâm, như lắp bulông vào lỗ. Tôi sẽ sử dụng lệnh này để lắp bạc đệm, ổ bi, bánh răng vào trục. Tôi gọi lệnh I nsert (Hình3.27)
Hình 3.27
+ Tôi chọn mép ngoài của trục lót và vị trí lắp bạc trên trục (hình 3.28, 3.29) . Hai chi tiết được lắp vào nhau một cách nhanh chóng (hình3.30)
Hình 3.28
Hình 3.29
Hình 3.30
+ Tương tự như thế tôi lắp những chi tiết còn lại bánh răng, ổ bi vào trục là hoàn thành trục 1 (Hình 3.31). Trong quá trình lắp ráp nếu có
hai chi tiết va chạm vào nhau thì sẽ xuất hiện 1 vòng tròn màu xanh tại vị trí đó giúp cho tôi có thể điều chỉnh lại những sai sót về kích thước kịp thời. Tôi lưu file này lại với tên Truc1.iam để làm chi tiết ngoài cho việc lắp hộp giảm tốc.
Hình 3.31
- Sau khi lắp trục 1 xong, tôi lắp trục 2,3 tương tự như thế. Sau đó tôi mang các trục này vào để lắp hộp giảm tốc. Cũng diễn ra tương tự, tôi chỉ cần chèn chi tiết vào và lắp với nhau nhờ 2 ràng buộc Mate và Insert.
- Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, hộp giảm tốc sẽ có hình dạng như sau
Hình 3.32
Hình 3.33
Hình 3.34
3.3.2.2 Mô phỏng chuyển động :
- Autodesk Inventor dùng lệnh Drive Constraint dùng để mô phỏng các chuyển động trong các cơ cấu hay bộ truyền bằng cách cho phép các chi tiết chuyển động tịnh tiến (Transition) hoặc chuyển động quay (Motion). Chuyển động được thực hiện khi thay đổi giá trị ràng buộc (nếu ràng buộc góc thay đổi giá trị Angle, nếu ràng buộc Mate