Báo cáo Phần sử dụng kỹ thuật 3D thiết kế một số mảng cấu trúc chính của vỏ xe minibus 6-8 chỗ ngồi

BCN VSAE CATD Bộ Công nghiệp Hội Kỹ s− ô tô Việt Nam Trung tâm phát triển công nghệ ô tô =====o0o===== Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật Dự án Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo và lắp ráp dòng xe mini buýt thông dụng 6 ữ 8 chỗ ngồi mang nh∙n hiệu Việt Nam Mã số: KC.05.DA.13 _______________________________________________________ Phần sử dụng kỹ thuật 3D thiết kế một số mảng cấu trúc chính của vỏ xe minibus 6-8 chỗ ngồi PGS.TS. D− Quốc Thịnh 6091-2 07/9/2006 Hà Nội, 06-2006 Mục lục 1. Tổng quan về trợ giúp của máy tính trong lĩnh vực thiết kế chế tạo máy ...... 1 1.1. Trợ giúp của máy tính trong thiết kế ............................................................ 1 1.2. Trợ giúp của máy tính trong tính toán, phân tích ........................................ 6 1.3. Một số đặc điểm chính của công nghệ trong thiết kế. .................................11 2. Giới thiệu ph−ơng pháp thiết kế 3D bằng phần mềm Solidworks. ................ 12 2.1. Tổng quan về phần mềm Solidworks. ......................................................... 12 2.2. Trình tự thiết kế 3D trong Solidworks. ........................................................ 13 2.3. Thiết kế một số mảng cấu trúc chính vỏ xe Minibus .................................. 17 3. Kết luận ......................................................................................................... 23 - 1 - Sử dụng kỹ thuật 3D thiết kế một số mảng cấu trúc chính của vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi. 1. Tổng quan về trợ giúp của máy tính trong lĩnh vực thiết kế chế tạo máy. Trong những năm gần đây, máy tính đã trở thành một công cụ không thể thiếu đ−ợc trong các ngành kinh tế khác nhau. Đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế sự hỗ trợ của máy tính đã giúp chúng ta giải quyết đ−ợc hàng loạt các vấn đề mà tr−ớc kia không thể giải quyết đ−ợc hoặc phải đ−a vào các giả thuyết đơn giản hoá. Với sự trợ giúp của máy tính chúng ta có thể nâng cao chất l−ợng sản phẩm, hạ giá thành. Cho phép rút ngắn thời gian tạo ra, thay đổi kiểu dáng của sản phẩm. Tất cả các yếu tố này tạo cho sản phẩm có khả năng cạnh tranh cao trong nền kinh tế thị tr−ờng. Các trợ giúp của máy tính trong ngành cơ khí tập trung vào ba lĩnh vực chính: * Thiết kế: Computer Aided Designing (CAD) * Phân tích, tính toán: Computer Aided Engineering (CAE). * Điều khiển quá trình gia công: Computer Aided Manufacturing (CAM) . 1.1. Trợ giúp của máy tính trong thiết kế Sự trợ giúp của máy tính trong thiết kế (CAD) là việc tạo ra và xử lí các bức ảnh (mẫu thiết kế) trên máy tính để giúp đỡ ng−ời kỹ s− trong quá trình thiết kế. CAD đã đ−ợc liên tục phát triển trong hơn một phần t− thế kỷ vừa qua và đã trở thành một công cụ không thể thiếu đ−ợc trong việc thiết kế cũng nh− gia công. CAD xoay quanh việc liên kết các thuộc tính tốt nhất của 3 thành phần chính: Phần cứng CAD, Phần mềm CAD, và ng−ời dùng. Sự phối hợp giữa khả năng của con ng−ời và máy tính đẵ xử lý các vấn đề đặt ra trong thiết kế đã tạo ra đ−ợc một sự tối −u của các hệ thống CAD. Cho dù nhiều ng−ời còn nghĩ rằng CAD giống nh− một bản vẽ điện tử, các chức năng của nó đã v−ợt ra ngoài việc vẽ ra các bản vẽ. Các công việc tính toán, phân tích khác nhau nh−: phân tích các phần tử hữu hạn, tính toán sự truyền nhiệt, tính toán ứng suất, mô phỏng động lực học cơ cấu, tính toán động lực học chất lỏng..., đ−ợc thực hiện ngay trong các hệ CAD, ở đó chúng ta có thể sử dụng ngay các mô hình đã đ−ợc tạo ra một cách trực quan trên màn hình, nơi mà ta có thể dễ dàng gán cho nó các thuộc tính vật lý khác nhau nh− vật liệu, các lực tác dụng lên chi tiết. Các tiện ích thiết kế mà CAD cung cấp có thể gộp lại trong 3 lĩnh vực: + Phác hoạ và vẽ. - 2 - + Mô hình khung dây. + Mô hình hình học. a. Vẽ và thiết kế. Ngày nay việc phác hoạ và vẽ đ−ợc ng−ời kỹ s− thực hiện trên máy tính cá nhân hoặc trạm làm việc. Tất cả các phần mềm vẽ hoạt động trên cùng một ph−ơng thức, các đ−ờng và điểm cấu thành ra bản vẽ đ−ợc nhập vào máy bằng các thiết bị nhập khác nhau. Quá trình vẽ th−ờng đ−ợc trợ giúp bởi bảng các menu lệnh giúp cho việc tạo dựng các chi tiết cơ sở với tốc độ nhanh nhất . Nhiều phần mềm cung cấp cho chúng ta một loạt các ph−ơng thức để thay đổi bản vẽ ngay sau khi nó đ−ợc đ−a vào vào máy tính ví dụ nh− : xoay (Rotate), phóng to - thu nhỏ (Scale). Nhiều chức năng khác cũng đ−ợc các phần mềm vẽ cung cấp để công việc vẽ đ−ợc thực hiện dễ dàng hơn . Ví dụ nh− : + Một vùng xác định có thể phóng to ra để có thể bộc lộ rõ ràng hơn các chi tiết (chức năng Zoom). + Một bản vẽ có thể đ−ợc dịch chuyển theo ph−ơng thẳng đứng hoặc nằm ngang bằng cách sử dụng chức năng PAN. + Một l−ới hoặc một chuỗi các điểm cách đều có thể đ−ợc hiển thị trên màn hình để trợ giúp cho quá trình vẽ. L−ới trợ giúp cho ng−ời vẽ khi vẽ đ−ờng thẳng và cảm giác về tỷ lệ. + Một chức năng khác gọi là SNAP đảm bảo cho việc bắt điểm sẽ trùng với mắt l−ới gần nhất. Công cụ truy bắt của các phần mềm CAD cho phép chúng ta bắt đ−ợc chính xác vào các điểm đặc biệt của đối t−ợng vẽ đã tồn tại ví dụ nh− : - Điểm cuối của cung tròn, đoạn thẳng. - Điểm giữa của cung tròn, đoạn thẳng. - Điểm tâm của cung tròn, đ−ờng tròn. - Các điểm đặc biệt của đ−ờng tròn (90,180,270,360 ). - Điểm giao của các đối t−ợng vẽ. - Tạo ra các tiếp tuyến và pháp tuyến… + Chức năng COPY cho phép sao chép một đối t−ợng vẽ sang một vị trí bất kỳ khác. - 3 - + Chức năng ROTATE cho phép xoay đối t−ợng vẽ. + Chức năng MIRROR tạo ra các kết cấu đối xứng quanh một trục. Một nguồn trợ giúp khác của máy tính trong việc vẽ là th− viện các chi tiết vẽ mà nó có thể phát triển cho các ứng dụng xác định, ví dụ nh− các đ−ờng ống, bu lông, bánh răng…Các th− viện này có thể chứa hàng trăm các đối t−ợng đã định nghĩa từ tr−ớc mà chúng ta có thể gọi ra và định vị vào trong bản vẽ. Thêm vào đó ta có thể thêm vào hoặc bớt đi các chi tiết trong th− viện này tuỳ thuộc vào công việc tiết kế của mình. Các trợ giúp khác bao gồm tự động gi kích th−ớc, tự động bỏ các nét khuất, hoặc việc kiểm tra một vị trí bất kỳ trên bản vẽ một cách thuận tiện bằng cách dùng bàn phím. Lớp vẽ (Layer, Level) là một chức năng hết sức quan trọng mà nhờ nó bản vẽ đ−ợc chia ra thành các lớp riêng biệt. Chức năng này giúp chúng ta đơn giản hoá việc tạo ra bản vẽ cũng nh− làm cho việc in ấn dễ dàng hơn bởi vì các lớp khác nhau có thể in trong các màu khác nhau. Và quan trọng nhất là các bản thiết kế đ−ợc l−u trữ trong máy tính có thể chuyển trực tiếp đến công đoạn gia công mà không phải in ra giấy. b. Mô hình khung dây . Rất nhiều phần mềm vẽ trên thị tr−ờng cho phép ng−ời dùng phát triển mô hình khung dây, sử dụng các đ−ờng thẳng nối liền nhau để mô tả một cách đơn giản hình dáng hình học của chi tiết trong không gian ba chiều. Mô hình khung dây yêu cầu thời gian máy cũng nh− bộ nhớ ít hơn và cung cấp một chút thông tin về bề mặt không liên tục của chi tiết. Chúng đ−ợc tạo ra bởi việc xác định điểm và đ−ờng trong không gian. Vùng hoạt động của màn hình th−ờng xuyên đ−ợc chia ra các vùng thể hiện các hình chiếu khác nhau của mô hình. Hệ thống CAD xây dựng mô hình trên cơ sở của các điểm đ−ợc xác định bởi ng−ời dùng và các lệnh đ−ợc chọn từ menu lệnh. Ng−ời thiết kế có thể tạm thời dấu đi các đối t−ợng vẽ đ−ợc lựa chọn khỏi màn hình mà không xoá chúng khỏi mô hình để nhận đ−ợc một hình vẽ rõ nét hơn. Sau khi vẽ song ng−ời thiết kế cũng có thể loại bỏ nét khuất để mô hình có một dáng vẻ thực tế. c. Mô hình bề mặt. Mô hình khung dây không chứa các thông tin về bề mặt và cũng không có sự khác biệt bởi bên trong và bên ngoài của đối t−ợng. Nhiều sự không rõ ràng của mô - 4 - hình khung dây đ−ợc khắc phục bởi mô hình bề mặt. Mô hình này định nghĩa các chi tiết hình học một cách chính xác và cung cấp một cơ sở dữ liệu đầy đủ cho việc gia công trên máy CNC. Mô hình bề mặt đ−ợc tạo ra bởi việc nối kết nhiều dạng bề mặt thành các đối t−ợng đ−ợc định nghĩa bởi ng−ời dùng. * Trình tự xây dựng mô hình bề mặt. Để đảm bảo chất l−ợng cũng nh− tốc độ tạo dựng mô hình, tránh các sai sót và cũng để tránh phải thực hiện các công việc vô ích . Sau khi nhận đ−ợc nhiệm vụ thiết kế chúng ta phải tiến hành thực hiện theo các b−ớc sau. - Phân tích kết cấu của bản thiết kế, xác định các bề mặt cần đ−ợc tạo dựng cũng nh− các thông số và yêu cầu chất l−ợng của các bề mặt đó . - Lựa chọn kiểu bề mặt, các lệnh của phần CAD và các tuỳ chọn của nó dùng để tạo dựng các bề mặt cần thiết kế . - Phân lớp bản vẽ. - Dựng khung bản vẽ, các hệ quy chiếu và các đ−ờng cơ sở . - Tiến hành tạo dựng các bề mặt cơ sở. - Tiến hành hiệu chỉnh, sửa đổi nếu cần thiết. - Kiểm tra chất l−ợng của từng bề mặt và kiểm tra tổng thể bản thiết kế. * Sử dụng kĩ thuật phân lớp trong việc xây dựng mô hình. Lớp vẽ là tổng hợp các đối t−ợng vẽ của một bản vẽ có cùng một thuộc tính. Việc phân lớp là một kỹ thuật hết sức độc đáo của các phần mềm CAD (AuToCAD, Solidworks…). Một bản vẽ phức tạp th−ờng đ−ợc phân thành nhiều lớp riêng biệt chứa các phần đơn giản của bản vẽ và nh− vậy việc vẽ trong mỗi lớp đ−ợc thực hiện hết sức đơn giản. Sau khi đã có tất cả các lớp vẽ chỉ cần xếp chồng khít chúng lên nhau ta sẽ nhận đ−ợc bản vẽ yêu cầu, và nh− vậy công việc vẽ sẽ trở nên hết sức đơn giản. Ngoài ra lớp vẽ cũng còn tạo điều kiện cho chúng ta dễ dàng hiệu chỉnh in ấn. Khi bắt tay vào xây dựng một bản vẽ phức tạp chúng ta phải tiến hành phân lớp các đối t−ợng vẽ của bản vẽ. Một bản vẽ có rất nhiều cách phân lớp khác nhau, nó tuỳ thuộc vào kinh nhiệm cũng nh− thói quen của ng−ời vẽ. Tuy nhiên để sử dụng đ−ợc hiệu quả các lớp, việc phân lớp phải dựa trên các nguyên tắc sau: + Đơn giản hoá : có nghĩa là các nét vẽ trên mỗi lớp phải không quá chồng chéo, đảm bảo có thể vẽ chúng ra dễ dàng. - 5 - + Tính đặc ch−ng: mỗi nét vẽ phải đặc ch−ng cho một phần nhất định của bản vẽ, không nên chia bản vẽ ra quá nhiều lớp. + Tính thống nhất và chính xác: các lớp đ−ợc phân ra sao cho khi vẽ riêng từng lớp vẫn đảm bảo đ−ợc vị trí t−ơng đối của nó trong bản vẽ tổng thể đối với các mô hình với các bề mặt phức tạp chúng ta cần phải tạo ra ít nhất các lớp sau: - Một lớp tham chiếu để định vị các bề mặt. - Mỗi bề mặt nên đặt trên một lớp riêng rẽ. - Các đ−ờng thẳng, cong dùng để định nghĩa mỗi bề mặt (các đ−ờng cơ sở) Thông th−ờng khi làm việc với các lớp vẽ chúng ta phải thực hiện các thao tác sau: - Tạo ra một lớp vẽ. - Gán, thay đổi thuộc tính của lớp vẽ. - Đ−a một lớp vẽ trở thành hiện thời. - Đổi tên lớp vẽ. - Chuyển các đối t−ợng vẽ từ lớp này sang lớp kia. * Các bề mặt th−ờng gặp trong các phần mềm CAD bao gồm [Bề mặt kẻ (RULED SURFACE), Các bề mặt tròn xoay (REVOLUTE SURFACE), Các bề mặt cuộn (DRIVE - SURFACES), Các bề mặt kiểu BEZIER, Bề mặt GREGORY, Bề mặt pha trộn (BLEND SURFACE)..... vv ] * Các nguyên tắc chung khi chọn lựa bề mặt. Thông th−ờng các phần mềm CAD cung cấp cho chúng ta một số l−ợng lớn các loại bề mặt khác nhau, chính vì vậy trong b−ớc chuẩn bị, tr−ớc khi bắt tay vào vẽ chúng ta tự đặt ra các câu hỏi: + Loại bề mặt nào sẽ đ−ợc dùng để xây dựng mô hình? + Lệnh nào và tuỳ chọn nào sẽ đ−ợc sử dụng? ở đây không chỉ có một câu trả lời duy nhất cho các câu hỏi này, việc lựa chọn này hoàn toàn tùy thuộc vào thói quen cũng nh− kinh nhiệm của ng−ời thiết kế. Tuy nhiên tồn tại một số nguyên tắc cơ bản định h−ớng cho việc lựa chọn: - Tuỳ thuộc vào các thông số mà ta có, ta hãy xác định lệnh nào và tuỳ chọn nào sẽ phù hợp với vấn đề mà bạn cần giải quyết . - Sau khi chọn sơ bộ (ở b−ớc trên ), ta hãy nghiên cứu tính chất của mỗi bề mặt và xác định xem bề mặt nào là thích hợp nhất và hãy tạo ra bề mặt đó. - 6 - - Kiểm tra xem liệu có cần phải thực hiện các thao tác bổ trợ với lệnh cắt xén không? - Nếu tồn tại nhiều giải pháp cho vấn đề đặt ra, ta hãy xem xét các giải pháp có thể khác, so sánh chúng trên màn hình tr−ớc khi đ−a ra một quyết định cuối cùng. - Nếu ta tìm ra cùng một lúc nhiều giải pháp cho kết quả tốt và không giải pháp nào tỏ ra trội hơn, hãy dùng giải pháp đơn giản nhất . d. Mô hình thể đặc SOLID Mô hình thể đặc th−ờng dùng để định nghĩa mô hình hình học một cách rõ ràng về thể tích. Nó cung cấp ph−ơng pháp cơ bản để mô tả các chi tiết cơ khí trong máy tính. Khác với mô hình khung dây và mô hình bề mặt, mô hình thể đặc cung cấp một sự chính xác cần thiết cho các thiết kế cơ khí chính xác. Nó có một khả năng tiềm tàng để tạo ra cơ sở dữ liệu mà nó cung cấp một mô tả hoàn chỉnh chi tiết. Mô hình thể đặc đ−ợc xây dựng bằng hai cách: với các khối cơ sở và bằng việc định nghĩa các đ−ờng biên. Cả hai ph−ơng pháp này đều phát triển mô hình phức tạp từ một chuỗi liên tiếp các phối hợp các thao tác vẽ đơn giản. Tiến trình xây dựng mô hình bằng các khối cơ sở cho phép các hình cơ sở nh− các khối và các trụ đ−ợc phối hợp lại với nhau nh− kiểu các công trình kiến trúc. Ng−ời thiết kế định vị các khối cơ sở ở vị trí cần thiết và sau đó tạo ra những dạng mới với các lệnh lôgíc t−ơng ứng. Theo tiến trình xây dựng mô hình cách định nghĩa đ−ờng biên, các bề mặt hai chiều đ−ợc kéo dài theo ph−ơng thứ ba để tạo ra một khối không gian. Với mô hình đ−ợc xây dựng trong solid sau khi gán cho nó các thuộc tính của vật liệu nh− mô đun đàn hồi, khối l−ợng riêng… có thể nhận đ−ợc các thuộc tính quan trọng phục vụ cho thiết kế nh− khối l−ợng, mô men quán tính… và sử dụng cho các công việc phân tích khác nhau nh−: tính bền, tính nhiệt… 1.2. Trợ giúp của máy tính trong tính toán, phân tích Chỉ sau gần hai thập kỷ phát triển CAD/ CAM/ CAE đã giành đ−ợc tính đại chúng và nó đã trở thành một công cụ tuyệt đối cho bất kỳ công việc nào của ng−ời Kỹ s−, các ứng dụng của nó ngày càng đ−ợc mở rộng, tiềm năng đồ hoạ và sức mạnh tính toán của các hệ thống này cho phép các nhà thiết kế sáng tạo và thử nghiệm các ý t−ởng của mình một cách trực quan trong thực tế mà không cần phải tạo ra một mô hình thực tế giống nh− ở tiến trình thiết kế cổ điển - 7 - Hình 1. Các nguồn thông tin dùng trong thiết kế với sự trợ giúp của CAD/ CAM Với việc sử dụng hệ thống CAD/CAM/ CAE các nhà thiết kế có thể tiếp cận với một khối l−ợng lớn các thông tin trợ giúp từ nhiều nguồn khác nhau và sử dụng chúng cho các bản thiết kế riêng của mình. Việc phân tích có hai dạng: Tính toán và thực nghiệm. Cả hai dạng phân tích đều đ−ợc thực hiện ở nhiều b−ớc của quá trình thiết kế để phân tích các tính chất và tiêu chuẩn của sản phẩm. Hình 2. Quá trình phân tích , tính toán khi thiết kế vói sự trợ giúp của máy tính. Các thông tin chung Các thiết kế cũ Các yêu cầu thiết kế của khách hàng Cơ sở dữ liệu của hệ CAD/CAM Xác định Nhiệm vụ Thiết kế Kiểm tra bằng thực nghiệm Các ý t−ởng phát triển của mô hình sơ bộ Phát triển các thiết kế cũ Thiết kế đồ hoạ Thực nghiệm Thay đổi các chế độ thí nghiệm Thiết kế ch−a đạt yêu cầu Phân tích, tính toán Tìm kiếm thiết kế tối −u Thiết kế tối −u Các tính toán Thay đổi các thông số T kế Thiết kế ch−a đạt yêu cầu Th− viện các ch−ơng trình - Phân tích các phần tử hữu hạn - Các phân tích động học - Các phân tích tĩnh và động học - 8 - Trong quá trình tính toán với việc sử dụng các phần mềm máy tính các kiểu phân tích, tính toán khác nhau có thể đ−ợc thực hiện. Chúng bao gồm: - Việc phân tích bằng ph−ơng pháp các phần tử hữu hạn. - Giải quyết bài toán tĩnh. - Các bài toán động học và động lực học. a- Phép phân tích các phần tử hữu hạn (FEA) Phép phân tích các phần tử hữu hạn là một kỹ thuật trợ giúp của máy tính để xác định ứng xuất, biên dạng của các kết cấu. Ph−ơng pháp này chia kết cấu thành các phần tử nhỏ với dạng chuẩn đã biết. Sau đó bài toán tổng thể sẽ đ−ợc giải quyết bằng việc sử dụng một thủ tục liên kết. Giao diện của các phần mềm FEA đ−ợc phát triển sao cho ng−ời dùng dễ dàng tạo ra đ−ợc các ch−ơng trình nhập dữ liệu. Phần mềm phân tích sau đó xẽ tự động tạo ra các biểu thức - ph−ơng trình, giải quyết vấn đề đặt ra những kết quả cần thiết. Hình 3. Tác động qua lại của các công việc phân tích tính toán cùng với CAD B−ớc đầu tiên trong FEA là tạo ra một mô hình mà nó phân nhỏ kết cấu thành các khối nhỏ có dạng chuẩn và xuất nó ra trong một l−ới hệ toạ độ chung. Các điểm chia của l−ới đ−ợc gọi là nút và đ−ợc dùng nh− các vị trí của mô hình nơi mà các kết quả tính toán đ−ợc đ−a ra. Các thuộc tính độ cứng của mỗi phần tử đ−ợc tính toán bằng ch−ơng trình tính các phần tử hữu hạn và sau đó đ−ợc xếp vào một ma trận chung bên trong máy tính. Ma trận độ cứng này cùng với giá trị của tải trọng và các điều kiện biên dùng để tính toán chuyển vị, tần số riêng, ứng suất và những đặc tính khác của kết cấu. Phân tích động học và bài toán tổng hợp Mô hình thiết kế ban đầu xây dựng trong CAD Phân tích động lực cơ cấu Phân tích các phần tử hữu hạn Thiết kế tối −u - 9 - Trong nhiều tr−ờng hợp các mô hình phần tử hữu hạn đ−ợc phát triển trên các mẫu thiết kế mà ta đã tiến hành các thử nghiệm và nh− vậy ta có thể thực hiện việc kiểm tra chéo, tạo ra các thay đổi cho bản vẽ thiết kế và trực tiếp kiểm nghiệm các thay đổi này trên các mô hình hiện thời. b. Các bài toán động học và tổng hợp Các cơ cấu và thiết bị có nhiệm vụ truyền chuyển động và lực từ một nguồn cho tr−ớc đến thiết bị đầu ra. Hiệu quả của các chuyển đổi này hoàn toàn phụ thuộc vào việc thiết kế các cơ cấu. Ngày nay nhiều phần mềm đa chức năng nh− IMP, ADAMS, UNIGRAPHICS, ALASKA và MCADA đều có thể trợ giúp cho các nhà thiết kế trong việc giải các bài toán động học và tổng hợp này. Việc thiết kế bắt đầu từ các bài toán động học. Nó tính toán các dịch chuyển lớn, vận tốc và gia tốc của cơ cấu mà không quan tâm đến lực tác dụng lên nó. Số bậc tự do của các cơ cấu đ−ợc coi là bằng không, điều đấy có nghĩa là mỗi một bậc tự do bị ràng buộc với một chuyển động riêng biệt. Thuận lợi của việc phối hợp các phần mềm CAD với các phần mềm nghiên cứu các cơ cấu là cho phép tối −u hoá việc xuất kết quả và loại trừ sự va chạm giữa các khâu của cơ cấu. Các bài toán tổng hợp giải quyết việc phát triển các thuộc tính tốt nhất của cơ cấu thông qua một tập hợp các kết quả. Ng−ời thiết kế cung cấp các thông số của cơ cấu và phần mềm sẽ phát triển các ph−ơng án. B−ớc đầu tiên khi thực hiện một bài toán tổng hợp là việc xác định các thông số khác nhau cho cơ cấu ví dụ nh− số l−ợng khâu, khớp, kiểu khớp, đặc tính liên kết của các khâu bởi việc xác định khâu nào là cố định. Các dạng nối kết cơ bản đ−ợc định nghĩa nh− một chuỗi động học bên trong ch−ơng trình, sau đó các phân tích đ−ợc tiến hành và các cấu trúc của cơ cấu thoả mãn các yêu cầu thiết kế đ−ợc xác định. Các phần mềm giải quyết các bài toán động học tổng hợp th−ờng sử dụng đồ hoạ để cải thiện quan hệ ng−ời - máy. Các điểm xác định bởi ng−ời dùng cũng nh− các véc tơ chuyển động có thể dễ dàng dịch chuyển trên màn hình. Sau khi một số điểm xác định đ−ợc chọn, phần mềm sẽ hiển thị tất cả các vị trí có thể của những điểm thêm vào để hoàn chỉnh cơ cấu. Một vài phần mềm còn có khả năng mô phỏng một cách sinh động hoạt động của các cơ cấu để kiểm tra một vài chỉ tiêu ví dụ nh− không gian cần thiết cho hoạt động của các cơ cấu. - 10 - c. Các bài toán tĩnh và bài toán động lực Các bài toán tĩnh kết hợp việc phân tích chuyển động với các thuộc tính khối l−ợng và lực đặt vào cơ hệ để xác định các phản lực ở khớp của cơ cấu. Bài toán tĩnh có thể đ−ợc thực hiện trên cơ cấu tại vô số các vị trí làm việc của cơ cấu khi coi vận tốc dịch chuyển bằng không. Mô hình tĩnh có thể có nhiều bậc tự do. Chuyển động và lực đ−ợc tách biệt trong kiểu phân tích này. Trong các bài toán tĩnh chúng ta th−ờng quan tâm tới các phản lực và lực liên kết. Các giá trị của lực này rất cần thiết cho việc tính toán ứng suất để xác định các chỉ tiêu về tải trọng, độ tin cậy và độ bền mỏi… Các phân tích động lực sử dụng các thuộc tính khối l−ợng và lực để tính toán vị trí, vận tốc, gia tốc và các phản lực liên kết của tất cả các chi tiết của mô hình, khi kết hợp giữa lực và chuyển động trong hệ thống. Các phép phân tích đ−ợc hoàn thành theo từng b−ớc thời gian nhất định. Mỗi bậc tự do của mô hình đ−ợc gắn với một toạ độ độc lập mà đối với nó ng−ời phân tích phải xác định các điều kiện đầu về chuyển vị và vận tốc. Các mô hình tính toán dùng cho phân tích động lực bao gồm cả các dữ liệu về hình học và thuộc tính khối l−ợng của mô hình cũng nh− các ngoại lực. Mô hình đ−ợc tạo ra bởi các chi tiết, khớp, lực và các câu lệnh đ−ợc đ−a vào bởi ng−ời dùng. Một ch−ơng trình các câu lệnh định nghĩa thuộc tính hình học, khối l−ợng, mô men quán tính của mỗi vật rắn của kết cấu. Các câu lệnh về liên kết mô tả các tác động giữa các chi tiết chuyển động mà nó giữ chúng chuyển động cùng nhau. Các liên kết có thể đ−ợc xác định để cung cấp các chuyển động tịnh tiến , xoay giữa các cơ cấu bao gồm các loại : khớp cầu, khớp trụ, khớp tr−ợt, khớp các đăng… Một số câu lệnh khác tạo ra các điểm, hệ quy chiếu đặt trên mỗi vật để định h−ớng nó so với các vật khác, và dùng cho việc định nghĩa nhiều thuộc tính khác của hệ thống. Các nội lực bên trong hệ thống đ−ợc chọn từ th− viện các phần tử lực cơ sở ví dụ nh− : phần tử đàn hồi, giảm chấn… Các ch−ơng trình con đ−ợc viết bởi ng−ời dùng đ−a vào để mở rộng khả năng của phần mềm trong việc định nghĩa các tham số bổ xung. Các mô hình cơ sở đ−ợc tạo dựng trong CAD có thể đ−ợc gửi trực tiếp vào ch−ơng trình phân tích. Bởi vì không cần thiết phải sử dụng toàn bộ mô tả hình học đ−ợc xây dựng trong CAD nên các phân tích cơ học có thể đ−ợc thực hiện sớm hơn trong chu trình thiết kế tr−ớc khi biết đ−ợc kết quả cuối cùng của cấu hình lựa chọn. Ng−ời kỹ s− có thể thiết kế với hệ thống chỉ có các thuộc tính về khối l−ợng và thuộc tính. - 11 - d. Các thử nghiệm Mặt thứ hai của việc phân tích đ−ợc thực hiện với các thực nghiệm, trong đó các thí nghiệm đ−ợc tiến hành trên các mô hình để nhận đ−ợc các thuộc tính vật liệu hoặc để công nhận các đặc tính của thiết kế cụ thể . Thử nghiệm trong quá trình thiết kế cổ điển đ−ợc thực hiện để đánh giá chất l−ợng của bản thiết kế sau khi gia công. Mục đích của trợ giúp máy tính trong thiết kế là để sử dụng thực nghiệm trong chu trình nghiên cứu phát triển, để sử dụng tốt hơn các số liệu đo đ−ợc thông qua các kĩ thuật tính toán hiện đại và để liên kết các nguyên tắc khác bao hàm trong thiết kế. Các thử nghiệm đầu tiên có thể thực hiện trên các mô hình hoặc chi tiết khác để hiểu đ−ợc mô hình phù hợp với một trạng thái tải trọng xác định. Các thí nghiệm thực sự hữu ích cho các phân tích các mô hình mà các giải pháp tính toán không thực hiện đ−ợc. Nó cũng đ−ợc dùng để làm chính xác hoá các mô hình phần tử hữu hạn. Việc liên kết các phân tích bằng thực nghiệm với các tính toán giải tích đã tạo ra đ−ợc các công cụ nghiên cứu hết sức hiệu quả. 1.3. Một số đặc điểm chính của công nghệ trong thiết kế. * Thiết kế chi tiết: Xuất phát từ sản phẩm đã có sẵn, ta xây dựng bản vẽ kỹ thuật và đi đến tính toán các thông số sau đó là kiểm nghiệm. * Thiết kế hệ thống : Từ vai trò chức năng của hệ thống, ta xây dựng hệ thống trên bản vẽ lắp và chỉ ra nguyên lý hoạt động của hệ thống. * Thiết kế 3D : Từ bản vẽ 3D (bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp, bản vẽ kỹ thuật ), ta thực hiện một số công việc nh− : - Thiết kế khuôn mẫu để chế tạo chi tiết. - Tìm ra những thuộc tính của vật thể nh− : khối l−ợng, toạ độ trọng tâm, mô men quán tính ... - Thực hiện các bài toán để tính toán bền cho chi tiết. * Thiết kế khuôn mẫu : Từ bản vẽ chi tiết ta thiết kế bản vẽ khuôn và tính toán thiết kế khuôn mẫu (nh− khuôn dập, khuôn đúc). * Thuộc tính của vật liệu : Xây dựng thuộc tính của vật liệu : Rất nhiều phần tử yêu cầu các thuộc tính vật liệu, tuỳ thuộc vào mỗi ứng dụng, các thuộc tính vật liệu có thể : - Tuyến tính hoặc phi tuyến. - 12 - - Đẳng h−ớng (isotropic),trực h−ớng (orthotropic),và dị h−ớng (ansotropic). Cũng nh− kiểu phần tử và kiểu hằng số thực tế, kiểu vật liệu cũng có chỉ số tham chiếu. Bảng bộ các thuộc tính vật liệu đi kèm chỉ số tham chiếu đ−ợc gọi là bảng vật liệu. Trong một bài toán phân tích ta có thể có nhiều bộ thuộc tính vật liệu (t−ơng ứng với các mô hình sử dụng các vật liệu phức hợp). Mặc dù ta hoàn toàn có thể định nghĩa các thuộc tính vật liệu riêng biệt cho từng phép phân tích các phần tử hữu hạn, một số ch−ơng trình phân tích nh− ANSYS cho phép ta l−u trữ các thuộc tính vật liệu trong tệp th− viện vật liệu, sau đó có thể lấy ra để dùng trong nhiều lần phân tích tiếp theo (mỗi bộ thuộc tính vật liệu đ−ợc đặt trong một tệp riêng). Các tệp th− viện vật liệu cho phép nhiều ng−ời dùng ANSYS chia sẻ thuộc tính vật liệu dùng chung. Do nội dung l−u trữ của th− viện vật liệu đ−ợc dùng lại nên ta có thể sử dụng nó để định nghĩa thuộc tính của vật liệu khác một cách nhanh chóng và ít lỗi. Ví dụ nh− ta đã l−u trữ trong ANSYS một bộ thuộc tính vật liệu của một loại thép, sau đó ta lại muốn định nghĩa thuộc tính vật liệu cho loại thép thứ hai. Tr−ớc tiên ta hãy đọc thuộc tính từ tệp vào môi tr−ờng ANSYS, sau đó sửa những điểm cần thiết để định nghĩa thuộc tính vật cho loại thứ hai. 2. Giới thiệu ph−ơng pháp thiết kế 3D bằng phần mềm Solidworks. 2.1. Tổng quan về phần mềm Solidworks. Tr−ớc đây công việc của nhà thiết kế ta có thể hình dung nh− sau: thể hiện ý t−ởng bằng một mô hình ba chiều phác hoạ trên giấy, vẽ các bản vẽ kỹ thuật với một số thông số ban đầu (thiết kế sơ bộ ), sau đó tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kỹ thuật, bổ xung hiệu chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạm,…Tóm lại đây là một quy trình đòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn nại của nhà thiết kế vì các bản vẽ luôn phải sửa đổi, bổ xung, hiệu chỉnh,…và dụng cụ hay phải dùng nhất có lẽ là viên tẩy th−ớc kẻ. Sản phẩm đ−ợc thiết kế thủ công nh− vậy rất có thể sẽ không đủ bền hoặc quá thừa bền, cơ cấu có thể sẽ không hoạt động hay không đạt đ−ợc các chỉ tiêu động học và động lực học đề ra, thậm chí kết cấu có thể sẽ phải làm việc trong miền cộng h−ởng của nó,…Khi đó quy trình thiết kế sẽ phải tiến hành lại từ đầu và có thể không chỉ một lần. Ngày nay công nghệ thông tin đã xâm nhập vào các lĩmh vực khoa học công nghệ, và trong lĩnh vực thiết kế CAD đã trở thành một công cụ đắc lực. Xu thế phát triển của CAD đó là : - 13 - Định nghĩa ban đầu của CAD là Computer-Aided Drafting có nghĩa là “ Vẽ kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính” và chức năng chủ yếu của nó là đ−a (hay tin học hoá) bản vẽ kỹ thuật hai chiều (2D) lên máy tính. Ngày nay CAD đã phát triển thành “ Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính” (Computer-Aided Design) và xây dựng trực tiếp các mô hình ba chiều (3D). Sau khi thiết kế mô hình sẽ đ−ợc kiểm tra, phân tích trên máy tính tr−ớc khi đ−a vào chế tạo hay thi công làm giảm thiểu sai sót cũng nh− thời gian tung sản phẩm ra thị tr−ờng. Phần mềm Solidworks do công ty Solidworks phát triển là một trong các phần mềm thiết kế uy tín nhất trên thế giới cho phép ng−ời sử dụng xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết, lắp ghép chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm tra động học, cung cấp thông tin về vật liệu.... Hơn thế nữa, tính mở và tính t−ơng thích của Solidworks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi tr−ờng của nó ; Solidworks cũng kết xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để ng−ời sử dụng có thể khai thác mô hình trong môi tr−ờng các phần mềm phân tích khác.Ví dụ: các phần mềm phân tích ANSYS, MSC,... có thể kiểm tra mô hình về ph−ơng diện ứng suất, biến dạng, nhiệt ; xác định tần số dao động riêng; mô phỏng t−ơng tác các dòng chảy khí (hoặc chất lỏng) với mô hình,...Các phần mềm COSMOS, ADAM,...có thể kiểm tra các thông số động học hay động lực học của mô hình, các phần mềm Z- Casting, Pro- Casting,... có thể mô phỏng quá trình đúc sản phẩm. Trong thời đại số (Digital Age ) một công ty không áp dụng công nghệ số sẽ không thể cạnh tranh với đối thủ có đầu t− vào lĩnh vực này. Thế mạnh lớn nhất của Solidworks so với các phần mềm CAD đang đ−ợc sử dụng hiện nay trên thị tr−ờng là khả năng tạo ra các khối 3D một cách nhanh chóng và chính xác. Ngoài ra nó còn có khả năng tạo ra đ−ợc các vật thể, các chi tiết với hình dạng rất phức tạp mà các phần mềm khác có thể không làm đ−ợc. Vì vậy quyết định đầu t− khai thác phần mềm thiết kế Solidworks là cần thiết cho mỗi nhà thiết kế cũng nh− doanh nghiệp. 2.2. Trình tự thiết kế 3D trong Solidworks. a. Khái quát chung Trình tự thiết kế của các phần mềm. Công việc giải quyết các bài toán với việc sử dụng các phần mềm đ−ợc thực hiện qua nhiều các b−ớc khác nhau, trình tự và nội dung công việc trong mỗi b−ớc cũng còn phụ thuộc vào từng phần mềm cụ thể. Tuy nhiên nói chung ở tất cả các phần mềm chúng ta đều có thể nhóm các công việc vào 4 phần: - 14 - * Phân tích bài toán cần giải quyết: đây là b−ớc hết sức quan trọng quyết định đến thời gian xử lý của máy cũng nh− độ chính xác của kết quả tính toán. * B−ớc xây dựng mô hình: sử dụng bộ tiền xử lí (Preprocessor) của phần mềm để định nghĩa mô hình các phần tử. * B−ớc đặt tải và tiến hành phân tích: sử dụng các bộ sử lý (Solution) để đặt tải, các ràng buộc và lựa chọn kiểu bài toán cũng nh− các tuỳ chọn tích phân . Trong phần này máy sẽ tự động xây dựng các ph−ơng trình mô tả mô hình và tiến hành giải chúng trên cơ sở các tùy chọn đã đ−ợc xác lập. Đối với một số phần mềm ng−ời ta đ−a b−ớc đặt tải và các phần mềm vào phần một. * B−ớc xem kết quả phân tích: ở phần này chúng ta xẽ dùng các lệnh khác nhau sẵn có trong các bộ xử lý của phần mềm để xem xét và lấy ra kết quả phân tích. Chọn mô hình phân tích : mô hình phân tích của ta có thể là 2D, 3D và sẽ chứa đựng các phần tử là điểm, đ−ờng, bề mặt hay khối đặc. Tất nhiên nếu cần thiết ta có thể lựa chọn trong mô hình hỗn hợp nhiều phần tử. Việc lựa chọn kiểu mô hình , kiểu phần tử sẽ xác định ph−ơng pháp tạo dựng mô hình . - Mô hình các phần tử dạng đ−ờng (LINE) có thể đại diện cho các dầm (hoặc ống) 2D, hoặc 3D cũng nh− mô hình 2D hoặc 3D đối xứng trục. Việc xây dựng mô hình hình học sau đó mới chia l−ới th−ờng không phù hợp cho việc tạo các phần tử đ−ờng, ở đây ta th−ờng dùng ph−ơng pháp dựng trực tiếp mô hình phần tử. - Mô hình các phần tử 2D SOLID th−ờng đ−ợc sử dụng đối với các cấu trúc phẳng, mỏng (chịu ứng suất phẳng ), các cấu trúc dài vô hạn có mặt cắt ngang không thay đổi hoặc các cấu trúc thể đặc đối xứng trục. Mặc dù các cấu trúc với phần tử 2D solid hoàn toàn có thể tạo ra bằng ph−ơng pháp trực tiếp, nh−ng chúng ta th−ờng tạo ra chúng từ mô hình hình học . - Các mô hình với phần tử 3D SHELL đ−ợc dùng cho các cấu trúc vỏ mỏng trong không gian 3 chiều, cũng nh− phần tử 2D solid mô hình này mặc dù có thể đ−ợc tạo ra dễ dàng bằng ph−ơng pháp trực tiếp nh−ng chúng lại th−ờng đ−ợc tạo ra từ mô hình hình học. - Mô hình 3D SOLID th−ờng dùng trong cấu trúc dày trong không gian 3 chiều có mặt cắt thay đổi hoặc không đối xứng trục. Việc tạo ra mô hình này bằng ph−ơng pháp trực tiếp th−ờng hết sức khó khăn và nhìn chung sẽ dễ dàng hơn nếu ta dùng ph−ơng pháp mô hình hình học. - 15 - b. Trình tự thiết kế 3D trong Solidworks. Công việc giải quyết bài toán (xây dựng mô hình), trong SOLID đ−ợc thực hiện qua nhiều b−ớc khác nhau (sử dụng nhiều công cụ thiết kế ), trình tự và nội dung công việc trong mỗi b−ớc cũng còn phụ thuộc vào hình dáng từng vật thể cần thiết kế. Nói chung ta có thể khái quát thành các b−ớc thực hiện cụ thể nh− sau: * Đặt tên cho mô hình thiết kế : Khi chúng ta đặt tên cho mô hình, lúc này tên mô hình trở thành phần đầu trong tên của tất cả các tệp tên do ch−ơng trình tạo ra. Khi đặt tên cho mô hình thiết kế chúng ta tránh đ−ợc khả năng ghi đè lên các tệp cũ. * Mở bản vẽ để thiết kế : Trong SOLID có 3 loại bản vẽ (bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp, bản vẽ kỹ thuật) và chọn mặt phẳng vẽ phác. + Bản vẽ chi tiết (Part) : Bản vẽ đ−ợc sử dụng để tạo các chi tiết riêng lẻ, do đó trong bản vẽ chi tiết ng−ời sử dụng không thể tạo đ−ợc 2 chi tiết trên nó. Bản vẽ này th−ờng xuyên đ−ợc sử dụng để thiết kế các chi tiết 3D. + Bản vẽ lắp (Assmbly) : Bản vẽ này liên kết các chi tiết trong bản vẽ chi tiết lại với nhau, để tạo thành một cụm chi tiết hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh. Bản vẽ lắp liên kết các chi tiết lại với nhau do đó nếu có sự thay đổi nào từ các bản vẽ chi tiết thì chi tiết t−ơng ứng trên bản vẽ lắp cũng tự động cập nhật theo. + Bản vẽ kỹ thuật (Drawing) : Bản vẽ này chủ yếu dùng để biểu diễn các hình chiếu hoặc các mặt cắt từ bản vẽ chi tiết hoặc bản vẽ lắp. + Cách thực hiện : kích New trên thanh công cụ, hoặc chọn File > New, hộp thoại New Solidworks Document xuất hiện. Trong Tap Template có 3 loại bản vẽ, nháy đúp (hoặc kích chuột và chọn OK) vào biểu t−ợng của loại bản vẽ cần tạo. + Chọn mặt phẳng vẽ phác : vẽ phác là b−ớc cơ bản đầu tiên để hình thành mô hình. Mô hình tạo ra trong Solidworks đ−ợc liên kết với biên dạng của chúng. Khi hiệu chỉnh biên dạng, mô hình tự động cập nhật những thay đổi này. Ta làm việc trong môi tr−ờng vẽ phác khi cần tạo ra hoặc hiệu chỉnh các biên dạng của mô hình. Môi tr−ờng vẽ phác bao gồm mặt phẳng vẽ phác và các công cụ vẽ phác: - Mặt phẳng vẽ phác chứa các đối t−ợng hình học tạo thành biên dạng của vật thể hoặc các yếu tố hình học trong quá trình xây dựng vật thể (ví dụ nh− quỹ đạo quét, trục quay...) mô hình đ−ợc hình thành từ các biên dạng vẽ phác bằng cách chiếu các biên dạng hoặc xoay các biên dạng. - 16 - - Các mô hình 3D đ−ợc tạo thành dựa trên nền tảng các biên dạng trên nhiều mặt phẳng vẽ phác khác nhau và công cụ tạo hình t−ơng ứng. Mặt phẳng vẽ phác liên kết với mô hình, do đó khi ta thực hiện hiệu chỉnh mặt phẳng vẽ phác, phần mô hình t−ơng ứng sẽ thay đổi theo. Cách thực hiện : Kích Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch. Một mặt phẳng vẽ phác mới đ−ợc tạo (có tên mặc định Sketch1) trùng với mặt phẳng màn hình, khi đó ta mới có thể sử dụng đ−ợc các lệnh vẽ phác 2D. * Chọn đơn vị đo cho bản vẽ. Một bản vẽ vừa đ−ợc tạo th−ờng có đợn vị đo dài mặc định, đ−ợc xác định khi cài phần mềm Solidworks. Do vậy ng−ời sử dụng có thể thay đổi đơn vị đo cho phù hợp với tiêu chuẩn của bản vẽ. Để thay đổi đơn vị đo, chọn Tools > Options. Hộp thoại System Options - General xuất hiện, trong hộp thoại System Options - General, chọn Tab document property, chọn Units, hộp thoại document property - Units xuất hiện. + Xác định đơn vị dài . Khi chọn đơn vị đo, trong Solidworks có các hệ thống đơn vị đo sau : Millimetrs, Centimetrs, Meters, Inches, Feet, Feet và inches, kích chuột để chọn đơn vị cần thiết . Trong Decimal Place chọn cấp chính xác (số chữ sau dấu phẩy). Nếu chọn đơn vị đo là Inches hoặc là Feet thì có thêm lựa chọn Decimal hoặc Fraction. + Xác định đơn vị đo góc. Chọn đơn vị đo góc: Trong Solidworks gồm các hệ thống đo góc sau; Degrees, Deg/ Min/Sec, Radians. T−ơng tự nh− đơn vị dài, vào Decimal Place để xác định cấp chính xác của giá trị số đo góc. + Nhập các thông số cho mô hình (nh− chiều dài, chiều dầy, bán kính cong...). chọn OK. * Tiến hành công việc thiết kế : Sau khi thực hiện xong các b−ớc ở trên, ta sử dụng các công cụ (lệnh) trong Solidworks để thực hiện các b−ớc vẽ tạo ra mô hình đúng về ( hình dáng, kích th−ớc....), theo nh− yêu cầu của thiết kế. * Kết thúc công việc thiết kế : Sau khi thực hiện song mỗi công việc hoặc kết thúc (hoàn chỉnh) công việc thiết kế ta thực hiện lệnh l−u bản vẽ (Save). Các b−ớc thực hiện cụ thể xẽ đ−ợc trình bày trong phần “Thiết kế các mảng cấu trúc chính của vỏ xe minibus 8chỗ ngồi” . - 17 - 2.3. Thiết kế một số mảng cấu trúc chính vỏ xe Minibus Vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi gồm chi tiết đơn lẻ, danh mục các chi tiết tham khảo trong phần phụ lục. Tất cả các chi tiết này sau khi thống nhất về kiểu dáng, xét trên quan điểm thiết kế có tính đến khả năng mở rộng công nghệ dập tấm, đã đ−ợc xây dựng bằng phần mềm Solidwork. D−ới đây là một vài ví dụ cụ thể thao tác xây dựng 3 chi tiết điển hình theo công nghệ 3D của Solidwork. * Thiết kế chi tiết Thanh vuông sau (chi tiết số 3.1.11) Căn cứ vào kích th−ớc đã có ta thực hiện các b−ớc sau: - Tạo bản vẽ mới: Kích New trên thanh công cụ, hoặc chọn File > New, hộp thoại New Solidworks Document xuất hiện. Trong Tab Template ta chọn bản vẽ phác (Part), chọn OK. - Tạo mặt phẳng vẽ phác: Kích Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch . Một mặt phẳng vẽ phác mới đ−ợc tạo (có tên mặc định Sketch 1) trùng với mặt phẳng màn hình, lúc này ta sử dụng lệnh để vẽ phác 2D. - Vẽ biên dạng cho chi tiết :Nháy vào biểu t−ợng Line thực hiện vẽ các đ−ờng bao (biên dạng ) của chi tiết. Hình 10. Biên dạng của chi tiết thanh vuông sau - Ghi kích th−ớc cho các cạnh của chi tiết: Kích Smart Dimension trên thanh công cụ hoặc chọn Tools > Smart Dimension khi đó ta có thể ghi kích th−ớc cho các cạnh của chi tiết. Kích chuột vào cạnh cần ghi kích th−ớc và di chuột đến vị trí đặt kích th−ớc nhập giá trị kích th−ớc vào hộp thoại Modify kết thúc chọn OK. Bao gồm các kích th−ớc sau: Nhập giá trị 810 mm chiều dài cạnh bên. Nhập giá trị 79.44 mm chiều cao thành uốn bên. Nhập giá trị 50 mm chiều rộng chi tiết. Nhập giá trị 50.98 mm chiều cao thành mặt đầu. Chọn Ok và kết thúc công việc với Sketch. - 18 - Hình 11. Kích th−ớc các cạnh của chi tiết - Tạo kích th−ớc chiều dày cho chi tiết: chọn Extruded Boss / Base và nhập vào ô kích th−ớc giá trị 0.6 mm, kết thúc OK. - Uốn cong tấm (bao gồm 2 thành bên và 2 thành đầu chi tiết ). Hình 12. Uốn 2 thành bên chi tiết Uốn hai thành bên : Mở mặt phẳng vẽ phác trên bề mặt thành bên cần uốn cong. Trên mặt phẳng vẽ phác kẻ đ−ờng thẳng để xác định vị trí cần uốn cong trên bề mặt thành bên. Kích Sketched Bend trên thanh công cụ Sheet Metal, hoặc kích Insert > Features > Sheet Metal > Sketched Bend, hộp thoại Sketched Bend xuất hiện trên cửa sổ quản lý bản vẽ. Trong hộp Fixed face xác định bề mặt cần uốn cong. Trong Bend Position xác định vị trí cần uốn cong. Xác định góc uốn Bend Angle, nhập giá trị bán kính cong với R=2 mm vào hộp Bend Radius. Kết thúc kích OK. (Hình 12) Uốn 2 thành đầu của chi tiết: Các b−ớc thực hiện t−ơng tự nh− uốn 2 thành bên (Hình 13) Hình 13. Uốn 2 thành đầu chi tiết - 19 - - Uốn cong vai 2 thành bên chi tiết và vê góc: Chọn mặt phẳng 2 thành bên là mặt phẳng uốn cong kích Sketch (tạo mặt phẳng vẽ phác trên bề mặt uốn cong), vào line kẻ đ−ờng thẳng(vị trí) cần uốn cong kết thúc chọn OK. Hình 14. Uốn cong vai 2 thành bên và vê góc chi tiết. Kết thúc làm việc với Sketch. Chọn Sketched Bend(trên thanh công cụ Sheet Metal), trong Bend Parmetterl chọn góc uốn là 900, cung uốn là 20, bấm trỏ chuột vào vị trí cần uốn cong, chọn h−ớng uốn (bấm chuột vào vị trí mũi tên chọn h−ớng uốn). Kết thúc chọn OK. Kích vào Fillet chọn góc vát bằng 2, kích chuột vào cạnh cần vê góc kết thúc chọn OK. - Khoét các lỗ ở mặt đáy chi tiết: chọn mặt phẳng đáy là mặt phẳng cần khoét lỗ kích Sketch > Circledi di trỏ chuột đến vị trí cần khoét lỗ (bao gồm 3 lỗ có đ−ờng kính D = 10 mm nằm trên đ−ờng tâm dọc của mặt phẳng đáy lỗ 1 cách mặt đầu là 150 mm mỗi lỗ cách nhau 85 mm. 2 lỗ nhỏ có đ−ờng kính D = 5 mm mỗi lỗ cách nhau 50 mm và cách lỗ lớn là 75 mm 2 lỗ nằm trên đ−ờng thẳng cách cạnh bên trái chi tiết là 12 mm), di chuyển chuột chọn đ−ờng kính theo kích th−ớc cuối cùng chọn Ok. Kết thúc làm việc với Sketch, chọn lỗ cần khoét, kích vào Extruded Cut kết thúc chọn OK. Hình 15. Khoét lỗ mặt đáy chi tiết. - 20 - * Thiết kế chi tiết móc (chi tiết số 3.1.5.4). Từ bản vẽ chi tiết của sản phẩm (hình vẽ 16) ta có thể xác định đ−ợc kết cấu cơ bản của sản phẩm nh− hình dáng, kích th−ớc, những nơi có kết cấu phức tạp từ đó có thể lựa chọn một kết cấu hợp lý nhất. - Tạo bản vẽ mới: Kích New trên thanh công cụ, hoặc chọn File > New, hộp thoại New Solidworks Document xuất hiện. Trong Tab Template ta chọn bản vẽ phác (Part), kết thúc chọn OK. - Tạo mặt phẳng vẽ phác: Kích Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch. Một mặt phẳng vẽ phác mới đ−ợc tạo (có tên mặc định Sketch 1) trùng với mặt phẳng màn hình, lúc này ta sử dụng lệnh để vẽ phác 2D. - Vẽ biên dạng hình chiếu đứng của chi tiết. Kích vào line di chuyển trỏ chuột tạo biên dạng chi tiết kết thúc mỗi nét vẽ ta chọn OK (bao gồm các kích th−ớc sau). Chiều rộng 76mm, chiều cao 32mm, bán kính l−ợn thành bên và đáy R = 5, giữa vai bên và thành bên R = 2.5, góc nghiêng giữa thành bên và mặt phẳng đứng là 2.50 (theo h−ớng nghiêng của cạnh bên kẻ đ−ờng thẳng vuông góc với mặt phẳng đáy. kích Dimension trên thanh công cụ hoặc chọn Tools > Dimension lúc này ta có thể ghi kích th−ớc góc cho 2 đ−ờng thẳng bằng cách kích chuột vào 2 đối t−ợng chọn góc 2.50 kết thúc chọn OK ). Kích th−ớc nh− hình chiếu đứng (Hình 14). - Tạo kích th−ớc chiều dài, chiều dày cho chi tiết:Kết thúc làm việc với Sketch, kích vào Extruded trong Direction 1 nhập chiều dài 125 mm trong Direction 2 nhập chiều dày 0.6 mm. kết thúc chọn OK. Hình 19. Kích th−ớc chi tiết đ−ợc tạo. - 21 - - Cắt góc 2 thành bên chi tiết: Chọn mặt phẳng vai 2 thành bên chi tiết, kích vào Sketch (một mặt phẳng vẽ phác trùng với mặt phẳng thành bên), vào line kẻ đ−ờng bao phần cần cắt bỏ theo kích th−ớc đã có. Kết thúc làm việc với Sketch, vào Extruded cut chọn mặt phẳng cắt và h−ớng cắt kết thúc chọn OK. Hình 20. Vát cạnh 2 vai bên của thành. - Tạo mặt bích đầu chi tiết vê góc và khoét lỗ: Chọn mặt phẳng đầu chi tiết, kích Sketch (tạo mặt phẳng vẽ phác trùng với mặt phẳng vừa chọn), vào line kẻ đ−ờng bao mặt bích trùng với mặt phẳng đầu chi tiết. Kết thúc làm việc với Sketch. Kích Extruded trong Direction nhập chiều dày mặt bích là 0.6 mm. Kết thúc chọn OK. (Hình 21) Hình 21. Chi tiết đã đ−ợc thiết kế hoàn chỉnh Kích vào Fillet trên thanh công cụ chọn góc vát bằng 2, kích chuột vào cạnh cần vê góc kết thúc chọn OK. Khoét lỗ ở mặt bích đầu chi tiết lỗ có bán kính R = 5mm tâm lỗ nằm trên đ−ờng tâm đứng của mặt bích cách mép trên của mặt bích một đoạn 13 mm : chọn mặt phẳng mặt bích đầu chi tiết kích vào Sketch (tạo mặt phẳng vẽ phác trùng với mặt phẳng vừa chọn), kích Circle trên thanh công cụ hoặc chọn Tools > Sketch Entity > Circle kích chuột xác định tâm đ−ờng tròn (vị trí tâm đ−ờng tròn nêu ở trên), kích chuột để xác định bán kính đ−ờng tròn R = 5 mm kết thúc chọn OK. Kích vào Extruded cut chọn mặt phẳng cắt (đ−ờng tròn) và h−ớng cắt kết thúc chọn OK. + Thiết kế chi tiết bằng phần mềm Solidworks. - 22 - - Tạo bản vẽ mới: Kích New trên thanh công cụ, hoặc chọn File > New, hộp thoại New Solidworks Document xuất hiện. Trong Tab Template ta chọn bản vẽ phác (Part), kết thúc chọn OK. - Tạo mặt phẳng vẽ phác: Kích Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch. Một mặt phẳng vẽ phác mới đ−ợc tạo (có tên mặc định Sketch1) trùng với mặt phẳng màn hình, lúc này ta sử dụng lệnh để vẽ phác 2D. - Vẽ biên dạng mặt đầu chi tiết bao gồm Biên dạng đầu của mặt đáy: kích vào Centerline kẻ đ−ờng tâm tại tâm của đ−ờng kẻ này vẽ cung tròn có R= 9.54mm, kích vào 3 Pt Arc trên thanh công cụ hoặc chọn Tools > Sketch Entity > 3 Pt Arc chọn điểm đầu và điểm cuối của cung tròn kích và di chuyển chuột thực hiện vẽ cung tròn kết thúc chọn OK. T−ơng tự hai bên của cung tròn vừa tạo ta vẽ 2 cung tròn có R= 3.5 mm. Tiếp giáp với cung R= 3.5 mm ta kẻ đ−ờng thẳng có chiều dài là 8.56 mm (kích line kẻ đ−ờng thẳng tiếp giáp với cung R = 3.5 kết thúc chọn OK). Hai đầu biên dạng đáy kẻ hai đ−ờng thẳng vuông góc để tạo 2 thành bên chi tiết (kích line kẻ đ−ờng thẳng vuông góc có chiều dài là 25 mm kết thúc chọn OK). - Tạo kích th−ớc chiều dài và chiều dày chi tiết. Hình 24. Kích th−ớc chiều dài, chiều rộng và chiều dày của chi tiết Kết thúc làm việc với Sketch vào Extruded nhập vào Direction 1 chiều dài 150 mm, trong Direction 2 nhập chiều dày 0.6 mm. Kết thúc chọn OK. - Cắt 2 thành bên của chi tiết : với kích th−ớc phần kim loại bỏ đi là chiều dài 138 mm, chiều cao 12 mm : chọn mặt phẳng thành của chi tiết kích Sketch (tạo mặt phẳng vẽ phác trùng với mặt phẳng chọn), kích line vẽ đ−ờng bao phần vật liệu cần cắt bỏ theo kích th−ớc trên kết thúc chọn Ok. Kết thúc làm việc với Sketch kích Extruded cut chọn mặt phẳng cắt, h−ớng cắt kết thúc chọn OK. - 23 - Hình 25. Cắt hai thành bên chi tiết - Tạo mặt bích đầu chi tiết, tạo lỗ R = 5 mm ở mặt bích và lỗ R = 21.5 mm ở tâm chi tiết tại vị trí cắt đôi và vê góc chi tiết: Chọn mặt phẳng đầu chi tiết kích vào Sketch (tạo mặt phẳng vẽ phác trùng với mặt phẳng chọn), kích line kẻ các đ−ờng bao tại mặt đầu chi tiết, kết thúc làm việc với Sketch vào Extruded nhập vào Direction 1 chiều dày 0.6 mm kết thúc chọn OK. Khoét lỗ ở mặt bích đầu chi tiết lỗ có bán kính R = 5mm tâm lỗ nằm trên đ−ờng tâm đứng của mặt bích cách mép trên của mặt bích một đoạn 10 mm : chọn mặt phẳng mặt bích đầu chi tiết kích vào Sketch (tạo mặt phẳng vẽ phác trùng với mặt phẳng vừa chọn), kích Circle trên thanh công cụ hoặc chọn Tools > Sketch Entity > Circle kích chuột xác định tâm đ−ờng tròn (vị trí tâm đ−ờng tròn nêu nh− trên), kích chuột để xác định bán kính đ−ờng tròn R = 5 mm kết thúc chọn OK. Kích vào Extruded cut chọn mặt phẳng cắt (đ−ờng tròn) và h−ớng cắt kết thúc chọn OK. T−ơng tự ta tạo lỗ có R = 21.5 mm ở tâm chi tiết tại vị trí cắt đôi. Vát góc chi tiết kích Fillet trong Itets to Fillet chọn góc vát R = 2 lần l−ợt kích chuột vào các cạnh cần vát kết thúc chọn OK. Hình 26. Chi tiết đã đ−ợc thiết kế hoàn chỉnh 3. Kết luận Trong phần này đã tìm hiểu một số phần mềm đ−ợc ứng dụng để tính toán thiết kế trong ngành cơ khí, đặc biệt là đã vận dụng khai thác phần mềm Solidwork để thiết kế các chi tiết của vỏ xe Minibus 8 chỗ ngồi. Kết quả đã xây dựng đ−ợc bộ bản vẽ chi tiết ở dạng 2D và 3D, đ−ợc dùng trong các thiết kế và gia công sau này (có thể sử dụng theo ph−ơng pháp tự động hoá trên máy NC, CNC). (tham khảo phần phụ lục).