Tài liệu kỹ thuật Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô (Phần 3)

Nội dung text: Tài liệu kỹ thuật Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô (Phần 3)

1. - B−ớc trục vít - Hệ số dạng răng - Hệ số chiều rộng bánh răng - Hệ số tỷ lệ giữa đ−ờng kính bi /đ−ờng kính ren trục vít - Hệ số tỷ lệ giữa bán kính rãnh lăn /đ−ờng kính bi - Hệ số tỷ lệ giữa chiều cao ren /đ−ờng kính bi - Số vòng ren làm việc - Hệ số khe hở tổng cộng giữa các viên bi 3.1.4. Khối các thông số tham khảo dẫn động lái: Khối này nhập các thông số tham khảo các lựa chọn ban đầu khi tính toán cơ cấu lái, bao gồm: - Bán kính vành lái - Tỷ lệ giữa chiều dài đòn bên và chiều rộng cơ sở - Góc nghiêng của đòn bên với dầm cầu tr−ớc - Chiều dài tay đòn của lực cản lăn quay xung quanh trụ đứng - Chiều dài trục lái - Đ−ờng kính trong trục lái - Đ−ờng kính ngoài trục lái - Khoảng cách từ tâm chốt cầu đến trụ đòn quay đứng - Chiều dài đòn quay đứng - Đ−ờng kính đòn quay đứng - Đ−ờng kính chốt cầu - Hệ số kể đến ảnh h−ởng của mômen ổn định - Hiệu suất tổn hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối - Hiệu suất truyền lực của hệ thống (hiệu suất thuận) 3.1.5. Khối tính toán động học dẫn động lái: Khối này thực hiện công việc tính toán và kiểm tra động học dẫn động lái 3.1.6. Khối xác định mômen cản quay vòng: Khối này thực hiện công việc tính mômen cản quay vòng từ điều kiện xe và đ−ờng 3.1.7. Khối chọn tỉ số truyền: Khối này thực hiện kiểm tra lại các tỉ số truyền của cơ cấu lái và dẫn động lái đã chọn có phù hợp với điều kiện làm việc của ng−ời lái hay không 3.1.8. Khối tính toán cơ cấu lái: Khối này thực hiện tính toán các thông số cơ bản của các bộ truyền trong cơ cấu lái 3.1.9. Khối kiểm tra bền cơ cấu lái: Khối này thực hiện kiểm tra bền của các bộ truyền cơ cấu lái. - 110 -
2. 3.1.10. Khối kiểm tra bền dẫn động lái: Khối này thực hiện kiểm tra bền của một số chi tiết trong dẫn động lái. Nó bao gồm các khối thành phần nh− khối trục lái, khối đòn quay đứng, khối khớp cầu, v.v 3.1.11. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra điều kiện làm việc, khối này sẽ thể hiện các kết quả kiểm nghiệm các điều kiện làm việc, kết quả bền, v.v 3.1.12. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đ−a ra bảng tổng hợp các kết quả tính toán, trên cơ sở đó lựa chọn các ph−ơng án khả thi để tiến hành b−ớc chế tạo thực tế. - 111 -
3. 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái Bắt đầu Nhập dữ liệu Các thông số của Thông số kỹ thuật và điều Các thông số của cơ cấu lái kiện làm việc của ôtô dẫn động lái Kiểm nghiệm động học dẫn động lái Xác định mômen cản quay vòng Tính toán tỉ số truyền Kiểm bền cơ cấu lái Cơ cấu lái đủ bền Sai Đúng Kiểm bền dẫn động lái Trục lái Đòn quay đứng Khớp cầu Đủ bền Sai Đúng Xem kết quả Kết thúc Hình 4.3.2. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái - 112 -
4. Với trình tự các b−ớc tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái đã trình bày ở phần II, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình 4.3.2. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.2.1. Khối nhập dữ liệu: Phần nhập dữ liệu của xe và các dữ liệu tham khảo của hệ thống lái, bao gồm 3 khối: Khối nhập các thông số kỹ thuật của ôtô và các điều kiện làm việc, khối nhập các thông số của cơ cấu lái và khối các thông số của dẫn động lái. 3.2.2. Khối các thông số kỹ thuật ôtô và điều kiện làm việc: Khối này nhập các thông số: Các thông số kỹ thuật ôtô: - Loại xe (con hay tải) - Trọng l−ợng toàn bộ của ô tô (cầu tr−ớc/cầu sau) - Chiều rộng cơ sở - Chiều dài cơ sở - Chiều cao toàn bộ - Kích th−ớc lốp Các điều kiện làm việc: - Hệ số cản lăn của đ−ờng - Hệ số bám ngang của đ−ờng Các thông số kiểm bền: - Lực lái cực đại cho phép - ứng suất uốn cho phép của vật liệu bánh răng - Giới hạn chảy của vật liệu trục vít - ứng suất cắt cho phép của vật liệu trục vít - Góc xoắn cho phép của vật liệu trục lái - ứng suất xoắn cho phép của vật liệu trục lái - ứng suất uốn cho phép của vật liệu đòn quay đứng - ứng suất xoắn cho phép của vật liệu đòn quay đứng - ứng suất chèn dập cho phép của vật liệu chốt cầu 3.2.3. Khối các thông số của cơ cấu lái: Khối này nhập các thông số của cơ cấu lái, bao gồm: - Loại cơ cấu lái Bộ truyền thanh răng - bánh răng - Môđun răng của thanh răng - Bán kính vòng cơ sở của cung răng - 113 -
5. - Số răng của cung răng - Đ−ờng kính vòng chia cung răng - Đ−ờng kính vòng lăn cung răng - Đ−ờng kính đáy cung răng - Đ−ờng kính đỉnh cung răng - Chiều cao răng của thanh răng - Hệ số dạng răng - Hệ số chiều rộng bánh răng Bộ truyền trục vít - êcu - B−ớc trục vít - Đ−ờng kính trong của ren - Đ−ờng kính bi - Bán kính rãnh lăn - Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi - Đ−ờng kính vòng tròn qua tâm bi - Đ−ờng kính trong của đai ốc - Chiều sâu prôfin ren - Đ−ờng kính ngoài của trục vít - Đ−ờng kính ngoài của đai ốc - Góc vít - Số vòng ren làm việc - Số bi trên các vòng ren làm việc - Khe hở tổng cộng giữa các viên bi 3.2.4. Khối các thông số của dẫn động lái: Khối này nhập các thông số tham khảo các lựa chọn ban đầu khi tính toán cơ cấu lái, bao gồm: - Bán kính vành lái - Chiều dài đòn bên - Góc nghiêng của đòn bên với dầm cầu tr−ớc - Chiều dài tay đòn của lực cản lăn quay xung quanh trụ đứng - Chiều dài trục lái - Đ−ờng kính trong trục lái - Đ−ờng kính ngoài trục lái - Khoảng cách từ tâm chốt cầu đến trụ đòn quay đứng - Chiều dài đòn quay đứng - 114 -
6. - Đ−ờng kính đòn quay đứng - Chiều dài đòn quay ngang - Đ−ờng kính chốt cầu - Hệ số kể đến ảnh h−ởng của mômen ổn định - Hiệu suất tổn hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối - Hiệu suất truyền lực của hệ thống (hiệu suất thuận) 3.1.5. Khối kiểm tra động học dẫn động lái: Khối này thực hiện công việc tính toán và kiểm tra động học dẫn động lái 3.1.6. Khối xác định mômen cản quay vòng: Khối này thực hiện công việc tính mômen cản quay vòng từ điều kiện xe và đ−ờng 3.1.7. Khối tính toán tỉ số truyền: Khối này thực hiện tính toán các tỉ số truyền của cơ cấu lái và dẫn động lái của hệ thống lái lắp đặt trên xe 3.1.8. Khối kiểm tra bền cơ cấu lái: Khối này thực hiện kiểm tra bền của các bộ truyền cơ cấu lái. 3.1.9. Khối kiểm tra bền dẫn động lái: Khối này thực hiện kiểm tra bền của một số chi tiết trong dẫn động lái. Nó bao gồm các khối thành phần nh− khối trục lái, khối đòn quay đứng, khối khớp cầu, v.v 3.1.10. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra điều kiện làm việc, khối này sẽ thể hiện các kết quả kiểm nghiệm các điều kiện làm việc, kết quả bền, v.v 3.1.11. Kết luận Sau khi đã hoàn thành các b−ớc tính toán kiểm nghiệm, chúng ta đ−a ra bảng tổng kết các kết quả tính toán, trên cơ sở đó đánh giá đ−ợc tổng thể hệ thống lái đang lắp đặt trên xe. - 115 -
7. IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho hai bài toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống lái, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán hệ thống lái từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu cho phép ng−ời dùng lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm: Hình 4.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Thiết kế" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình thiết kế hệ thống lái từ các thông số hoàn toàn mới hoặc trên cơ sở các xe có sẵn do ng−ời sử dụng nhập vào. Nếu chọn "Kiểm nghiệm" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình tính toán bài toán kiểm nghiệm hệ thống lái của các xe hiện có đầy đủ các thông số. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống lái Khi lựa chọn "Thiết kế" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống lái có giao diện nh− sau: Hình 4.4.1.1. Menu chính "Thiết kế hệ thống lái" - 116 -
8. Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán thiết kế. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.1.1. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, nhập dữ liệu của cơ cấu lái nhập dữ liệu của dẫn động lái. Trong mỗi modul nhập dữ liệu đều có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.1.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở đã có sẵn các thông số cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn để tham khảo khi thiết kế mới. Hình 4.4.1.2. Nhập dữ liệu từ tệp Khi ta chọn đ−ợc tệp dữ liệu thì ch−ơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh− nhập dữ liệu từ bàn phím cho phép ng−ời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số của xe đó (các menu này sẽ đ−ợc trình bày cụ thể ở d−ới đây). 4.1.1.2. Nhập dữ liệu của xe từ bàn phím Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản của xe và lựa chọn kết cấu của hệ thống treo, chúng ta có thể l−u lại các thông số này khi bấm vào "L−u lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần nhập dữ liệu xe, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa. - 117 -
9. Hình 4.4.1.3. Nhập dữ liệu xe 4.1.1.3. Nhập dữ liệu cơ cấu lái Sau khi đã nhập dữ liệu của xe, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập dữ liệu để thiết kế cơ cấu lái. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống lái/ Cơ cấu lái" sẽ hiện ra menu lựa chọn và nhập các thông số tham khảo để thiết kế cơ cấu lái: Hình 4.4.1.4. Nhập thông số tính cơ cấu lái - 118 -
10. Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập cácthông số cơ bản để thiết kế cơ cấu lái. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− dữ liệu xe. 4.1.1.4. Nhập dữ liệu dẫn động lái Sau khi đã nhập dữ liệu của cơ cấu lái, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập dữ liệu để tính chọn dẫn động lái. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống lái/ Dẫn động lái" sẽ hiện ra menu lựa chọn và nhập các thông số của dẫn động lái: Hình 4.4.1.5. Nhập thông số tính dẫn động lái Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của dẫn động lái. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− dữ liệu xe và dữ liệu cơ cấu lái. 4.1.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện: Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc thiết kế hệ thống lái nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán thiết kế hệ thống lái". - 119 -
11. Hình 4.4.1.6. Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt Hình 4.4.1.7. Kết quả đồ thị kiểm tra động học dẫn động lái - 120 -
12. Hình 4.4.1.8. Kết quả tính toán cơ cấu lái Hình 4.4.1.9. Kết quả tính toán dẫn động lái - 121 -
13. 4.2. Ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái Khi lựa chọn "Kiểm nghiệm" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái có giao diện nh− sau: Hình 4.4.2.1. Menu chính "Kiểm nghiệm hệ thống lái" 4.2.1. Nhập dữ liệu Đây là cũng phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, nhập dữ liệu của cơ cấu lái, dữ liệu của dẫn động lái. T−ơng tự nh− phần thiết kế khi nhập dữ liệu có thể bằng hai cách: nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.2.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe hiện đang sử dụng tại Việt Nam do nhóm tác giả thu thập đ−ợc. Ngoài ra ng−ời sử dụng cũng có thể l−u trữ lại bộ thông số của các xe khác trong quá trình sử dụng. Hình 4.4.2.2. Nhập dữ liệu kiểm nghiệm từ tệp 4.2.1.2. Nhập dữ liệu của xe từ bàn phím Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: - 122 -
14. Hình 4.4.2.3. Nhập dữ liệu xe Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của xe. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− ở phần thiết kế. 4.2.1.3. Nhập dữ liệu cơ cấu lái Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống lái/ Cơ cấu lái" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của cơ cấu lái: Hình 4.4.2.4. Nhập dữ liệu cơ cấu lái - 123 -
15. Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của cơ cấu lái. Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại" để l−u các giá trị thông số của cơ cấu lái, "Tiếp tục" để thực hiện quá trình nhập dữ liệu tiếp theo hoặc "Thoát" để thao tác lại. 4.2.1.3. Nhập dữ liệu dẫn động lái Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống treo/ Dẫn động lái" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của dẫn động lái: Hình 4.4.2.5. Nhập dữ liệu dẫn động lái 4.2.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện. Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Có các bảng thể hiện kết quả: - Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt. - Kết quả kiểm nghiệm động học dẫn động lái. - Kết quả kiểm bền các chi tiết của hệ thống. - 124 -
16. Hình 4.4.2.6. Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt Hình 4.4.2.7. Kết quả kiểm nghiệm động học dẫn động lái - 125 -
17. Hình 4.4.2.10. Kết quả kiểm bền các chi tiết của hệ thống lái Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái". - 126 -
18. V. Kết luận Ch−ơng trình "Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống lái" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và một số ph−ơng pháp tính toán đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Ch−ơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s− chuyên ngành giảm nhẹ đ−ợc công việc tổng hợp lại các b−ớc và công thức tính, cũng nh− giảm đ−ợc khối l−ợng và thời gian tính toán so với tr−ớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đ−ợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống lái hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam và có thể áp dụng ch−ơng trình để kiểm nghiệm các loại xe này, cũng nh− có thể dựa trên cơ sở thông số của các loại xe hiện có để thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam có kết cấu t−ơng tự. - Ch−ơng trình có thể mở rộng tính toán cho một số kết cấu của hệ thống lái khác phức tạp hơn nh− hệ thống lái có trợ lực, v.v Bên cạnh những mặt đạt đ−ợc, ch−ơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Ch−ơng trình xây dựng mới tổng hợp đ−ợc một số l−ợng hạn chế về kết cấu hiện có trên thị tr−ờng chủ yếu xoay quanh hệ thống lái 6 khâu với cơ cấu lái loại trục vít êcu bi bánh răng thanh răng nên còn ch−a đi sâu giải quyết triệt để các loại kết cấu lái khác tại Việt Nam. - Phần tính toán trợ lực lái mới chỉ dừng lại ở tính toán lực trợ lực mà ch−a thiết kế phần trợ lực nên ch−a hoàn thiện. - Ch−ơng trình chạy trong môi tr−ờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng t−ơng đối thuận tiện nh−ng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đ−ợc. - 127 -