đồ án tốt nghiệp thiết kế mô hình xe chạy tự động

COMP ASS số 3 trên hình 1.2 Đối tượng COMPASS là một tính năng nằm trên phía phải của màn hình vùng đồ họa, là một công cụ 3D ảo để cho việc thao tác các kiểu nhìn một cách tốt hơn cho

TP HỒ CHÍ MINH 07/2014

TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

1 NGUYỄN VĂN ANH MSSV: 10105003

LỜI CẢM ƠN

Để đề tài hoàn thành theo đúng thời gian quy định đồng thời đạt được kết quả

đề ra không chỉ là sự nổ lực của bản thân người thực hiện đề tài, mà còn có sự giúp đỡ,

sự chỉ bảo của cá thầy Cô trong khoa CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC và kinh nghiệm của các

bạn cùng khóa, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp vào đúng thời

hạn được giao

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn :

 Sự chỉ dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy LÊ THANH PHÚC Cảm ơn thầy

đã hướng dẫn cung cấp thông tin và hổ trợ kiểm tra, khắc phục các thông tin chưa

chính xác

 Các bạn sinh viên cùng lớp đã chia sẽ thông tin, tài liệu hữu ích…

 Nhóm chúng em cũng xin cảm ơn quý Thầy Cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ

Thuật nói chung và Khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng đã hết lòng dạy dỗ, truyền đạt

kinh nghiệm, kiến thức trong quá trình học tập và rèn luyện để chúng em có được như

ngày hôm nay

Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức,

song sẽ không thể tránh những thiếu sốt Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, của

quý thầy cô và các bạn sinh viên

Một lần nữa xin c ảm ơn quý thầy cô và các bạn!

Nhóm SV thực hiện đề tài: Tp HCM, ngày…tháng…năm 2014

Lê Thế Toàn Giáo Viên Hướng Dẫn

Nguyễn Văn Anh

TS Lê Thanh Phúc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp HCM, ngày…tháng…năm 2014 Giáo Viên Hướng Dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp HCM, ngày … tháng …năm 2014 Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

1 Giới thiệu 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Phương pháp nghiên c ứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

4.1 Thiết kế về cơ khí 2

4.2 Thiết kế về điện tử 2

PHẦN NỘI DUNG 3

CHƯƠNG II: PHẦN MỀM THIẾT KẾ CATIA 3

1 Giới t hiệu C ATIA 3

2 Giao diện phần mềm và các thao tác hỗ trợ 5

2.1 Giao diện 5

2.2 Thao tác chuột 6

2.3 Trình đơn chính 7

2.4 COMPASS (số 3 trên hình 1.2) 7

2.5 Các phím tắt thông dụng 8

2.6 Các định dạng file mở rộng 9

2.7 TOOLBAR & ICON (Thanh công cụ và biểu tượng lệnh) 10

2.8 Thiết lập hệ thống cài đặt Catia 11

2.9 Trình ứng dụng Sketcher 12

2.10 Thay đổi tên một đối tượng trên Specification Tree 13

2.11 Đăng nhập vào trình Sketcher 13

2.12 Các biểu tượng lệnh và thanh công c ụ hổ trợ của Sketcher 17

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 18

1 Thiết kế hệ thống lái 18

1.1 Lý thuyết tính toán hình thang lái 18

1.2 Bản vẽ chi tiết hệ thống lái 2D 21

2 Thiết kế động cơ và bánh răng truyền động 22

2.1 Thiết kế motor – bánh răng motor 22

2.1 Bánh răng truyền động 38

2.2 Lắp ráp hoàn chỉnh 43

2.3 Bản vẽ chi tiết 44

3 Thiết kế hệ thống treo 45

3.1 Phuộc nhún 45

3.2 Hệ thống treo hoàn thiện 65

4 Các bộ phận khác c ủa xe 66

4.1 Bánh xe 66

4.2 Sàn xe 66

5 Mô hình hoàn chỉnh 67

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ 68

1 Thiết kế phần cứng 68

1.1 Mạch giao tiếp với máy tính 68

1.2 Mạch điều khiển 70

1.3 Mạch công suất 71

1.4 Sơ lược về servo bẻ lái 74

2 Thiết kế phần mềm 74

2.1 Giới thiệu Atmega 16 và các tính năng s ử dụng cho đề tài 74

2.2 Nguyên lý điều khiển 77

PHẦN KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 81

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Khung xường xe ô tô ứng dụng catia shape 4

Hình 1.2: Giao diện phần mềm CATIA 5

Hình 1.3: Đối tượng COMPASS 8

Hình 1.4: Hộp tho ại thiết kế hệ thống 11

Hình 1.5: Mô tả thư mục Mechanical Design .12

Hình 1.6: Một Sketch 12

Hình 1.7: Mô tả cách thay đổi tên đối tượng 13

Hình 1.8: Mô tả cách thay đổi tên đối tượng 13

Hình 1.9: Mô tả đăng nhập vào Sketcher 13

Hình 1.10: Mô tả đăng nhập vào Sketcher .14

Hình 1.11: Mô tả đăng nhập vào Sketcher .14

Hình 1.12: Giao diện vẽ phác Sketcher 15

Hình 1.13: Hệ trục tọa độ 15

Hình 1.14: Bảng thiết lập vùng đồ họa 16

Hình 2.1: Sơ đồ động học khi quay vòng 18

Hình 2.2: Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng 19

Hình 2.3: Sơ đồ động học khi xe quay vòng 19

Hình 2.4: Hệ thống lái 20

Hình 2.5: Bản vẽ 2D hệ thố ng lái 21

Hình 2.6: Mặt Sketch bánh răng motor 22

Hình 2.7: Môi trường 3D lệnh Pad 22

Hình 2.8: Trục mũ của motor bằng lệnh Pad 23

Hình 2.9: lệnh Edge Fillet 23

Hình 2.10: Lệnh Pocket 24

Hình 2.11: Lệnh Pad cho đường tròn 24

Hình 2.12: ứng dụng lệnh Mirror 25

Hình 2.13: ứng dụng lệnh Pocket tạo rỗng cho motor 25

Hình 2.14: Tạo đường tròn chuyển sang 3D dùng Pad 26

Hình 2.15: Tạo trục nhỏ motor 26

Hình 2.16: Tạo vành chân motor 27

Hình 2.17: Cắt thành chân motor bằng Pocket 27

Hình 2.18: ứng dụng Circular Pattern 28

Hình 2.19: Tạo mặt Plane 28

Hình 2.20: Mặt Plane theo hướng nhìn 29

Hình 2.21: Lệnh Pocket cắt rỗng bên trong Motor 29

Hình 2.22: Hướng nhìn phần rỗng 30

Hình 2.23: Gọt cạnh motor bằng lệnh Edge Fillit 30

Hình 2.23: Tạo trục rỗng cho motor 31

Hình 2.24: Motor hoàn chỉnh bằng Catia 31

Hình 2.25: Mặt Sketch c ủa bánh răng 32

Hình 2.26: Chuyển sang 3D 32

Hình 2.27: Tạo khoảng không chân răng 33

Hình 2.28: Lệnh Sketch cho Kho ảng không bánh răng 33

Hình 2.29: Lệnh Circular cho bánh răng 34

Hình 2.30: Tạo đường tròn trên Sketch mặt bánh răng 34

Hình 2.31: Tạo trục bánh răng 35

Hình 2.32: Tạo đường tròn 35

Hình 2.33: Chuyển sang 3D 36

Hình 2.34: Tạo Sketch đường ròn cho trục 36

Hình 2.35: Tạo trục 3D cho bánh răng 36

Hình 2.36: Gọt cạnh bánh răng bên trong bằng Chamber 37

Hình 2.37: Bánh răng hoàn chỉnh 37

Hình 2.38: Mặt Sketch ban đầu cho bánh răng 38

Hình 2.39: Chuyển sang 3D 38

Hình 2.40: Lệnh Circular tạo răng 39

Hình 2.41: Tạo đường tròn trong Sketch 39

Hình 2.42: Tạo tiếp đường tròn cho Sketch tiếp theo 40

Hình 2.43: Tạo Sketch đường tròn D36 40

Hình 2.44: Chuyển sang 3D cho Sketch 41

Hình 2.45: Tạo mặt Sketch 41

Hình 2.46: Tạo rãnh trên trục bánh răng 41

Hình 2.47: Chordal Fillet cho các c ạnh bên trong rãnh 42

Hình 2.48: Tạo rảnh quanh trục bằng Circular 42

Hình 2.49: Bánh răng truyền động hoàn chỉnh 42

Hình 2.50: Hệ thống bánh răng – motor truyền động 43

Hình 2.51: Bản vẽ lắp ghép 2D hệ thống truyền động 44

Hình 3.1: Mạch giao tiếp FT232RL 68

Hình 3.2: Mô tả cài đặt driver cho cổng COM 68

Hình 3.3: Bảng chọn update driver .69

Hình 3.4: Bảng chọn thư mục có chứa file update 69

Hình 3.5: Mạch nguyên lý vi điều khiển .70

Hình 3.6: LM7805 70

Hình 3.7: Mạch in vi điều khiển 71

Hình 3.8: Nguyên lý mạch công suất 71

Hình 3.9: Mô tả hoạt động của Fet 72

Hình 3.10: Hoạt động của opto 72

Hình 3.11: Hoạt động relay 73

Hình 3.12: Mạch in công suất 73

Hình 3.13: hoạt động của servo .74

Hình 3.14: Mô tả khung truyền và tín hiệu chuẩn RS232, UART 75

Hình 3.15: xung PWM .76

Hình 3.16: Tạo xung PWM 77

Hình 3.17: Nguyên lý điều khiển .77

PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1 Giới thiệu

Thế kỉ XXI là thế kỉ của công nghệ Xã hội con người bước vào kỉ nguyên mới, một kỉ nguyên phát triển công nghệ về mọi mặt cuộc sống, giúp cho con người phát triển và hoàn thiện hơn trong mọi lĩnh vực Nhất là lĩnh vực về công nghệ ô tô, luôn phát triển hoàn thiện Những chiếc xe hơi mới trong tương lai không chỉ sạch, thân thiện với môi trường mà còn được trang bị những công nghệ "trợ giúp lái xe" tối tân nhất Công nghệ lái tự động giúp con người bớt căng thẳng hơn trong những giờ cao điểm ùn tắc và giảm đáng kể lượng tai nạn giao thông

Với sự phát triển của khoa học hiện đ ại, những chiếc xe không người lái tưởng chừng chỉ có trong những bộ phim khoa học viễn tưởng, giờ đây hoàn toàn có thể trở thành hiện thực Công nghệ này vẫn đang dược thí nghiệm và hứa hẹn là 1 công cụ hữu ích, giúp các lái xe có thể an toàn hơn Trong cuộc sống thường ngày, những tai nạn giao thông có thể đến bất cứ lúc nào, chỉ cần một phút sơ s ẩy không chú ý của nhiều người điều khiển

Hầu hết những tai nạn giao thông đến từ phía lái xe và với điện thoại di động, những thiết bị giải trí trong xe và hệ thống đường, giao thông phức tạp càng làm các lái xe phân tâm hơn Những chiếc xe ô tô ngày càng sử dụng nhiều các hệ thống tự động để can thiệp vào các hoạt động của ô tô, hệ thống lái tự động tích hợp cho những chiếc xe ô tô, thậm chí nó còn hổ trợ việc tự động đậu xe và cảnh báo nguy hiểm từ xa Giúp những chiếc xe trở nên an toàn c ả người mới tập lái hoặc mất tập trung khi lái

Bên c ạnh đó, những chiếc xe tự động cũng góp phần giảm bớt tình trạng tắc nghẽn và tiết kiệm nhiên liệu hơn Con người cũng trở nên thảnh thơi hơn, vừa có thể nghỉ ngơi, đọc báo ho ặc giải trí sau một ngày làm việc mệt mỏi thay vì phải bực tức và căng thẳng khi lái xe vào giờ cao điểm Đó cũng là những lý do mà nhóm chúng em nghiên cứu đề tài này

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đồ án này là thiết kế mô hình, tìm hiểu một chiếc xe tự lái mà không cần con người điều khiển Đề tài dựa trên nghiên cứu về lý thuyết và thực hành

cơ bản các thiết bị cần thiết cho một chiếc xe hơi tự lái Tìm hiểu các thiết bị phần mềm hỗ trợ, phần mềm công suất và nguyên lý hoạt động

3 Phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu thiết kế trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn, cách điều khiển xe tự động Vì vậy phương pháp nghiên cứu là tham khảo thiết kế dựa trên lý thuyết và thực tế thông qua phần mềm Catia để có một mô hình tự động không còn như trên lý thuyết tượng trưng Từ đó cho người đọc và người xem có cái nhìn tổng quan về xe tự động với mong muốn mô hình xe tự động không còn là đề tài chỉ trên lý thuyết, mà là thực tế ở Việt Nam chúng ta

4.1 Thiết kế về cơ khí

 Tìm hiểu phần mềm catia

 Lý thuyết cơ bản về hệ thống và chi tiết cơ bản

 Dùng phần mềm catia thiết kế mô hình xe chạy tự động với camera

 Bản vẽ lắp ghép về hệ thống cơ bản

4.2 Thiết kế về điện tử

 Thiết kế hệ thống giao tiếp với máy tính

 Thiết kế mạch điều khiển, và các bộ chấp hành

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG II: PHẦN MỀM THIẾT KẾ CATIA

1 Gi ới thi ệu C ATIA

Những năm gần đây, công nghệ CAD/CAM được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực từ cơ khí, nhựa, may mặc, giày da… Điều đó nói lên rằng vai trò

của nó trong công cuộc cách mạng công nghiệp ngày càng có ý nghĩa trọng yếu

Hiện nay trên toàn thế giới có đến hàng trăm loại sản phẩm phần mềm CAD/CAM, tùy theo từng lĩnh vực nghiên cứu, ngành nghề cụ thể mà các nhà thiết kế

và chế tạo sẽ có những đầu tư riêng biệt nhằm nâng cao tính khả thi cho từng loại

Phần mềm CATIA là một dạng phần mềm CAD/CAM tiêu biểu và đi đầu trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động, với sự xuất hiện và được ứng dụng rất sớm của phần mềm này vào năm 1981, ngành công nghiệp hàng không, tàu thủy và ô tô đã phát triển vượt bậc Cho đến nay, có rất nhiều tập đoàn sản xuất lớn đều ứng dụng phần mềm này, trong đó đáng chú ý là hãng hàng không Airbus hoặc tập đoàn TOYOTA của Nhật

Tuy vậy, phần mềm CATIA cũng được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Canada… Ở Việt Nam ta hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế và thị trường mở nên có rất nhiều tập đoàn và công ty lớn đầu tư và từ đó những phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp được ứng dụng và phổ biến rộng rãi trong vài năm gần đây Đặc biệt là tập đoàn Intel, một trong những tập đoàn lớn đang sử dụng phần mềm CATIA này

CATIA là một phần mềm hổ trợ cho công việc thiết kế các chi tiết máy của người kỹ sư thiết kế Ngoài ra CATIA còn cung c ấp chức năng lắp ghép các chi tiết rời rạc thành một cụm chi tiết, một cơ cấu máy bay hay một máy cơ khí hoàn chỉnh Và sau đó, người sử dụng phần mềm CATIA có thể mô phỏng chuyển động của cụm chi tiết, cơ cấu hay máy lắp ráp ở trên một cơ cấu sinh động Sự chuyển đổi giữa các môi trường làm việc trong CATIA hết sức linh hoạt bằng cách sử dụng thanh công cụ Start giúp người thiết kế cảm thấy thoải mái và tiết kiệm được nhiều thời gian

Với những phần thiết kế cơ khí khác nhau như Pro/E, Solid Edge, Soild

tác như thoát file của chi tiết bạn đang thiết kế và tạo 1 file lắp ráp mới rất mất thời gian Đối với CATIA, ngay khi bạn làm việc trong môi trường thiết kế chi tiết mà bạn muốn chuyển sang môi trường lắp ráp thì bạn chỉ cần chọn thanh công cụ Start và sau

đó chọn môi trường lắp ráp chi tiết là bạn đã thực hiện bước tạo file lắp ráp rất nhanh chóng và linh hoạt Hoặc khi muốn mô phỏng chuyển động của cơ cấu đã lắp ráp bạn cũng chỉ việc thực hiện thao tác tưởng tượng ở trên để vào môi trường mô phỏng chuyển động

Ngoài ra các bạn có thể cảm thấy được những chức năng, tính năng thiết kế và

mô phỏng CATIA khi các bạn sử dụng nó

Hình 1.1: Khung xường xe ô tô ứng dụng catia shape

2 Giao diện phần mềm và các thao tác hỗ trợ

2.1 Giao diện

Hình 1.2: Giao diện phần mềm CATIA

Giao diện phần mềm CATIA được chia làm 2 thành phần chính:

2.1.1 Cây cấu trúc giữ liệu (Specification): (số 1 trên hình 1.2)

Cấu trúc hình cây mô tả các thông tin c ủa quá trình thiết kế, đây là một công

cụ rất quan trọng để quản lý các c ấu trúc của sản phẩm

 Cây cấu trúc dữ liệu nằm phía bên rái của màng hình phần mềm CATIA

 Giống như một trình duyệt cửa sổ của Windows Explorer, có thể mở rộng

trình duyệt hoặc đóng trình duyệt bằng cách nhấp trỏ chuột vào các ký hiệu + hoặc -

 Nó chứa tất cả các dữ liệu, trình tự thực hiện lệnh trong suốt quá trình thiết

kế Những bước thực hiện này có thể hủy bỏ dễ dàng vì nó được hiển thị từng biểu tượng riêng biệt Bước vẽ trước được định ở vị trí cao hơn bước thực hiện sau trên sơ

đồ Chế độ phân cấp cũng giống như trong trình duyệt Windows Explorer Chỉ cần xóa bất kỳ một bước ở trên thì các bước phía dưới sơ đồ hiển nhiên sẽ bị xóa theo

 Điều quan trọng là luôn chú ý đến sơ đồ dữ liệu Specification Tree vì nó

xuất hiện bất kỳ một ký hiệu nhỏ đặc biệt nào trên một biểu tượng lệnh thì lệnh đó cần được cập nhật lại hoặc nhánh sơ đồ dữ liệu đã bị gãy hay không được kích hoạt

 Mỗi Work-bench của CATIA đều có kiểu thể hiện Specfication Tree theo một kiểu riêng biệt Khi thể hiện Worrk-bench vào trên Specification Tree thì chúng

ta biết rằng chúng ta đang ứng dụng Work-bench ấy

 Bằng động tác nhấp nút phải chuột vào bất kỳ một biểu tượng nào trên

Specification Tree thì nó cùng thể hiện đầy đủ các tính năng như Windows: Cắt, Dán,

Copy, Delete, Property…

 Bằng cách nhấp nút trái chuột vào nhánh màu trắng trên Specification Tree

ta sẽ làm mất hoạt tính của vùng đồ họa, lúc này ta có thể phóng to, thu nhỏ hay di

chuyển trên cây Specification Tree bất kỳ trên vùng đồ họa Cũng nhấp nút trái chuột vào nhánh màu tr ắng trên Specification Tree ta sẽ kích hoạt vùng đồ họa trở lại 2.1.2 Vùng đồ họa (Geometric Area): (số 2 trên hình 1.2)

Đây là vùng để vẽ và thao tác các bước thiết kế, thể hiện và điều chỉnh các mô

hình vẽ Vùng này luôn nằm phía sau cây cấu trúc giữ liệu và chiếm toàn bộ màn hình

 Vùng này dung để vẽ, thiết kế và phân tích sản phẩm nó bao hàm tất cả các vùng trên màn hình kể cả vùng phía sau câu Specification Tree

 Nhấp nút trái chuột: Dùng để lựa chọn các đối tượng trên màn hình

 Nhấp giữ nút trái chuột: Cho phép di chuyển những đối tượng đã được chọn hoặc tạo tính năng chọn nhiều đối tượng trên màn hình

 Nhấp nút trái chuột: nhấp đôi nút trái chuột vào đối tượng, xuất hiện hộp thoại lệnh đã tạo ra đối tượng đó và dùng nó trong trường hợp hiệu chỉnh lệnh

2.2 Thao tác chuột

 Nút giữa chuột: nhấn giữ nút giữa chuột có thể xoay mô hình chi tiết trên vùng đồ họa

 Nút giữa chuột + nhấp nút phải chuột: nhấn giữ nút giữa chuột và đồng

thời nhấp vào nút phải chuột dùng để phóng to hay thu nhỏ mô hình chi tiết trên vùng

đồ họa

 Nút giữa chuột + nút phải chuột: nhấn giữ đồng thời nút giữa chuột và nút phải chuột dùng để di chuyển mô hình chi tiết trên đồ họa

 Các thao tác này có thể ứng dụng tương tự cho cây Specification Tree nếu

nhấp trái chuột vào thanh màu trắng trên cây miêu t ả Specification Tree

2.3 Trình đơn chính

 Trình đơn Start: Dùng để bắt đầu hoặc thay đổi bất kỳ một trình ứng dụng

trong thiết kế

 Trình đơn File: Tương tự như trình đơn File của Windows bao gồm các

lệnh New, Open, Close, Print Dĩ nhiên là chứa những file gần nhất được mở hoặc tạo

 Trình đơn Edit: Chứa các lệnh hiệu chỉnh như Cut, Copy, Paste và các lệnh

cập nhật khác

 Trình đơn View: Trình đơn quan trọng này chứa tất cả các tính năng hiển

thị của các thanh công c ụ (Toolbar), và các tính năng thao tác như Pan, Zoom, Rotate

và các tính năng họa đồ Render

 Trình đơn insert: Trình đơn này chứa hầu hết các lệnh tạo hình có giá trị, được

gắn kết với từng lệnh là một biểu tượng lệnh, dễ dàng hình dung từ trong các thanh công

cụ lệnh Từ trình đơn này có thể dễ dàng chèn thêm bất kỳ một lệnh nào trong mô hình cũng như chèn thêm một chi tiết hay một vật thể trong mô hình sản phẩm

 Trình đơn Tools: Rất quan trọng trong việc thiết lập môi trường làm việc

của CATIA Trình đơn này chứa tất cả các lệnh thiết lập tính năng và các lệnh tùy biến hay các lệnh Macro

 Trình đơn Window: cho phép chuyển đổi tới lui các file đang hiện hành

hoặc xem nhiều file cùng lúc bằng các chọn split màn hình

 Trình đơn Help: Gọi trình ứng dụng tài liệu hướng dẫn sử dụng nếu được

cài đặt trước

2.4 COMP ASS (số 3 trên hình 1.2)

Đối tượng COMPASS là một tính năng nằm trên phía phải của màn hình vùng

đồ họa, là một công cụ 3D ảo để cho việc thao tác các kiểu nhìn một cách tốt hơn cho việt thiết kế, lắp ráp hoặc phân tích chi tiết sản phẩm Để di chuyển một chi tiết bất kỳ,

ta chỉ việc dời Compass đến chi tiết đó (Chi tiết cần dời sẽ có hiển thị màu cam khi dời

Compass đến)

Compass gồm có 3 phần chính được giải nghĩa như sau :

Hình 1.3: Đối tượng COMPASS

 Free Rotation Handle: Sau khi chọn vào điểm điều khiển Handle và giữ nút

trái chuột, chúng ta dễ dàng quay vật thể trên vùng đồ họa để xem được nhiều hướng

 Compass Manipulation Handle: Đây là bề mặt và cạnh của hộp điều khiển

Compass có chức năng như là các thao tác của chuột, có thể di chuyển vật thể để thay đổi góc nhìn từ hộp điều khiển này mà không cần đến sự kết hợp của thao tác chuột

 Privileged Plane: Dùng để hỗ trợ các thao tác nhìn vật thể trong vùng đồ họa 2.5 Các phím tắt thông dụng

Có rất nhiều phím tắt được dùng trong phần mềm CATIA.Tuy nhiên đây là các phím tắt được dùng trong môi rường WINDOWS nên sẽ có một vài phím tắt không có

tác dụng trong môi trường UNIX

 ESC: hủy bỏ lệnh hiện hành

 F1: mở trình ứng dụng tài liệu tham khảo (Nếu đã được cài đặt trước)

 Shift +F1: Chọn hướng dẫn trên biểu tượng lệnh

 Shift + F2: Tắt /Mở cây miêu tả Specification Tree

 F3: Hiện / ẩn cây miêu tả Specification Tree

 Shift +F3: Chuyển đổi kích hoạt cho vùng đồ họa hay specification Tree

 Alt + F4: Thoát trình ứng dụng CATIA

 Alt + F8: Chạy file Macro

 Ctrl + C: Copy

 Ctrl + N: Search (tìm kiếm nhanh)

 Alt + F: Trình đơn file

 Alt + H: Trình đơn Help

 Alt + I: Trình đơn Insert

 Ctrl + N: Tạo mới một file

 Alt + Enter: Properties

 Home: Hiển thị đầu cây miêu tả Specification Tree nếu được kích hoạt

 End: Hiển thị cuối cây miêu tả Specification Tree nếu được kích hoạt

 Page Up: Di chuyển cây miêu tả lên trên môt trang

 Page Down: Di chuyển cây miêu tả xuống một trang

 Ctrl + Page Up: Zoom In

 Ctrl + Page Down: Zoom out

 Ctrl + Tab: Chuyển đổi hiển thị các tập tin hiện hành trong trình đơn

 CATPart: Đây là định dạng file mở rộng cho tập tin trong trình ứng dụng

thiết kế chi tiết đơn (Part Design)

 CATProduct: Là định dạng file mở rộng cho cho trình ứng dụng thiết kế lắp

ráp với nhiều chi tiết có định dạng file mở rộng là CATPart

 CATDrawing: Là định dạng file mở rộng cho trình thiết kế bản vẽ 2D hoặc

các file bản vẽ 2D được trích xuất từ file 3D

 CATAnalysis: Là một định dạng file mở rộng cho một chi tiết đơn hay lắp

ráp có thể là trong trình Part design hoặc Assembly design nhưng có chứa tất

cả các thông số phân tích c ủa sản phẩm sau khi hoàn tất công việc phân tích

 CATMaterial: Là một định dạng file mở rộng cho tập tin vật liệu mà trong

thư viện tiêu chuẩn của phần mềm CATIA không có sẵn

 Catalog: Là định dạng file mở rộng chứa tất cả các chi tiết tiêu chuẩn như

bulong, đai ốc… mà về sau đó được dùng trong trình lắp ráp Dùng để tải nhóm các chi tiết cũng hệ thống

2.7 TOOLB AR & ICON (Thanh công cụ và biểu tượng lệnh)

 Để hiểu được biểu tượng ta chỉ việc đưa con trỏ chuột vào biểu tượng lệnh

đó và chờ trong giây lát sẽ xuất hiện tên của lệnh đó

 Mỗi một trình ứng dụng trong CATIA sở hữu những thanh công cụ và các biểu tượng lệnh tương ứng Những thanh công cụ có thể đặt ở bất kỳ đâu chúng ta muốn, bên trái, bên phải, phía dưới ho ặc ngay c ả trong màn hình của phần mềm

 Mỗi biểu tượng lệnh nhìn thấy trong vùng đồ họa có thể tìm thấy trong trình đơn Insert

 Bạn có thể tạo riêng biểu tượng lệnh ứng với một tập tin bất kỳ do bạn tạo ra

 Nếu một thanh công cụ không được thể hiện trên màn hình, bạn có thể vào trong trình đơn View Toolbar để lựa chọn hiển thị

 Nếu một lệnh bất kỳ không thể thực hiện được, phải bảo đảm là một trong những tính năng liên kết có được lựa chọn trên cây miêu tả Specification Tree hay không, một vài lệnh chỉ thực hiện được khi một trong những Body hay Partbody được hiện hành kích hoạt (có dấu đường underline) Nếu muốn

nó thực hiện được thì bạn phải kích hoạt vào đối tượng body hay Partbody

bằng cách nhấp phím phải vào trong Body hay Partbody ấy chọn vào

Define in Work Object

 Khi thực hiện bất kì một lệnh nào hãy luôn chú ý đến vùng phía dưới bên phải màn hình, ở đấy là dòng nhắc các thông tin của lệnh và bạn có thể dễ dàng thực hiện theo trình tự của các lệnh ấy

2.8 Thiết lập hệ thống cài đặt Catia

Nhằm giúp cho các bạn có thể hiệu chỉnh hay thiết lập một cài đặt riêng lẻ tùy theo ý đồ của người sử dụng, công cụ Option Setting cho phép bạn thực hiện điều này một cách dễ dàng Bạn có thể tùy biến trong thiết lập cho từng tính năng trình ứng dụng, từ thiết lập chung, tính năng màn hình, độ phân giải, tính năng tự động cập nhật chi tiết sau khi hiệu chỉnh kích thước… Với đầy đủ các tính năng như vậy, bạn sẽ linh hoạt hơn trong việc lựa chọn các dạng tùy biến khi sử dụng phần mềm CATIA

Bằng cách vào trong Tools Option bạn sẽ nhận được một hộp thoại thiết kế hệ thống như sau:

Hình 1.4: Hộp thoại thiết kế hệ thống

Các thiết lập này cho phép bạn thay đổi liên tục trong quá trình thiết kế, tùy theo từng ứng dụng bạn đang sử dụng mà thiết lập riêng biệt Ví dụ như để thiết lập trong ứng dụng thiết kế thì bạn nên vào trong mục Mechanical Design trong hộp thoại trên

các kỹ năng dựng hình 2D, hay nói cách khác là kỹ năng 2D Profile

Với tính năng Sketch, bạn có thể dễ dàng tạo ra các biên dạng 2D từ đó để dựng các bề mặt 3D hay khối Một sketch thông thường bao gồm các thành phần sau: Absolute Axis, Geometry và Constraint Và nó được hiển thị trên cây miêu tả Specification Tree bằng cách nhấn vào dấu + trước biên dạng Sketch đó

Hình 1.6: Một Sketch

2.10 Thay đổi tên một đối tượng trên Specification Tree

Bạn có thể thay đổi bất kì một tên của các đối tượng trên cây Specification Tree một cách dễ dàng bằng cách nhấp nút phải chuột vào đối tượng đó, sau đó chọn thuộc

tính Properties

Hình 1.7: Mô tả cách thay đổi tên đối tượng

Trong thuộc tính Properties, chúng ta chọn vào thẻ Feature Properties để hiệu chỉnh lại tên hiển thị của đối tượng trên Specification Tree theo mong muốn

Hình 1.8: Mô tả cách thay đổi tên đối tượng

2.11 Đăng nhập vào trình Sketcher

Hình 1.9: Mô tả đăng nhập vào Sketcher

Truy cập vào trình đơn start chọn Mechanical Design Chọn vào trình ứng dụng sketcher trên màn hình Mechanical Design

Bạn có thể chọn vào biểu tượng Sketcher trong bất kỳ trình ứng dụng nào có cho phép các ứng dụng vẽ khác

Nếu trình ứng dụng CATPart không được kích ho ạt thì khi chọn ứng dụng Sketcher sẽ hiển thị hộp thoại Part name và bạn sẽ phải đặt tên cho sản phẩm của mình ho ặc chọn mặt định trong hộp tho ại là Part1:

Hình 1.10: Mô tả đăng nhập vào Sketcher

Để đăng nhập vào trong môi trường vẽ phác Sketcher, chọn bất kỳ một mặt phẳng nào trong hệ tọa độ hay trên thanh Specification Tree ho ặc trên bất kỳ mặt phẳng nào của một chi tiết, sau đó ta chọn lệnh Sketcher trong trình đơn Insert Sketcher Sketch

Hình 1.11: Mô tả đăng nhập vào Sketcher

Hoặc chọn vào biểu tượng lệnh Sketch trong thanh công cụ Sketcher Sau khi chọn xong lệnh Sketch đăng nhập vào trong môi trường vẽ phác có dao diện như sau:

Hình 1.12: Giao diện vẽ phác Sketcher

Khi đăng nhập vào trong cửa sổ đồ họa Sketcher, một hệ trục tọa độ 2D màu vàng xuất hiện và trong đó nó chỉ rỏ 2 phương ngang H (Horizontal) và phương dọc V (Vertical) cùng gốc tọa độ, đây là hệ trục tọa độ tuyệt đối của Sketch dùng để ràng buộc các đối tượng của Sketch

Hình 1.13: Hệ trục tọa độ

Vùng đồ họa trong Sketch ta có thể thiết lập kiểu hiển thị đường kẻ ô (Grid) hoặc tắt Grid hay những thuộc tính c ủa tính năng Sketch bạn có thể thiết lập mặc định trong trình đơn Tools Option của phần mềm

Hình 1.14: Bảng thiết lập vùng đồ họa

Trong thuộc tính này cho phép bạn thiết lập các mặc định trong môi trường Sketch

 Grid: Thuộc tính này bạn có thể thiết lập khoảng cách các đường kẻ ô hay ẩn/hiện vùng kẻ ô và bạn có thể thiết lập diện tích vùng kẻ ô trong môi trường Sketch

 Sketch Plane: Thiết lập các mặc định của góc nhìn trong môi trường Sketch

và bạn có thể chọn thuộc tính để tạo góc nhìn song song với màn hình

 Geometry: bạn có thể thiết lập chế độ tự động tạo điểm tâm cho đối tượng cung tròn hay ellipse Hoặc bạn chọn chế độ thao tác trực tiếp trên các thông

 Update: Tự động thông báo lỗi khí các đối tượng trong Sketch không được ràng buộc hoặc khống chế các kích thước

2.12 Các biểu tượng lệnh và thanh công c ụ hổ trợ của Sketcher

Nhóm thanh công cụ và biểu tượng Sketcher

Nhóm công cụ và các biểu tượng lệnh Selection: Các biến tùy chọn

Nhóm công cụ và các biểu tượng lệnh Constraint: Ràng buộc và đo kích thước

Nhóm công c ụ và biểu tượng lệnh Profile: Các lệnh thực hiện tạ các đối tượng của Sketch

Nhóm công cụ và biểu tượng lệnh Operations: Các lệnh hiểu chỉnh đối tượng

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

1 Thiết kế hệ thống lái

1.1 Lý thuyết tính toán hình thang lái

1.1.1 Công dụng của hình thang lái

- Có tác dụng đảm bảo sự quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng Khi đó các bánh xe dẫn hướng giảm trượt khi xe chuyển động

- Đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải sao cho các bánh xe lăn trên các đường tròn khác nhau nhưng đồng tâm

1.1.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết

Muố n các bánh xe quay vòng đúng thì quan hệ giữa chúng phải thỏa mãn:

Cotg – Cotg =Bo/L

Trong đó: là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài

là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong

L là chiều dài cơ sở của hai cầu

Bo là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng

Hình 2.1: Sơ đồ động học khi quay vòng

Theo hình vẽ Cotg = OD/ L

Mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng với góc như sau:

Cotg = Bo/ L + Cotg

Cho ta xác định Ta sẽ có mối quan hệ: =f( chính là đường đặc tính lý thuyết

1.1.3 Xây dựng đường đặc tính thực tế

- Hình thang lái khi xe chạy thẳng

Hình 2.2: Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng

Cần xác định góc và độ dài mỗi đòn bên m và đòn ngang n Quan hệ thực tế giữa các góc quay và phụ thuộc vào góc và độ dài của đòn bên

Ta có sin = (B - n)/ 2m (*)

-Khi xe quay vòng

Hình 2.3: Sơ đồ động học khi xe quay vòng

Từ sơ đồ ta có mối liên hệ:

(**)

m lấy theo kinh nghiệm: m = (0,14 0,16) Bo

Ta tính theo công thức của E.A YysaKob: Cotg ( - ) = Bo/ 2.0,7.L

Sau đó ta cho với các giá trị xung quanh giá trị mà ta vừa tính được, và thế vào công thức (**) để tìm mối quan hệ thực tế của và

Từ đường đặc tính thực tế ta chọn sao cho sự sai lệch so với đường lý thuyết là nhỏ nhất

Với được chọn ta tính độ dài của đòn ngang với công thức (*):

1.2 Bản vẽ chi tiết hệ thống lái 2D

Hình 2.5: Bản vẽ 2D hệ thố ng lái

2 Thiết kế động cơ và bánh răng truyền động

Thiết kế với tỉ số truyền:

U=

=

= 2,1 Trong đó : Z1: là số răng của bánh răng motor

Z2: số răng của bánh răng truyền động

2.1 Thiết kế motor – bánh răng motor

2.1.1 Motor

 Tạo Sketch ban đầu cho motor, chọn lệnh Circle đường kính 35mm

Hình 2.6: Mặt Sketch bánh răng motor

 Chuyển sang 3 D bằng lệnh Exit workbench , chọn P ad

Hình 2.7: Môi trường 3D lệnh Pad

 Trên Sketch của thân Motor, chọn Circle và chuyển sang chọn Pad tạo trục mũ cho motor

Hình 2.8: Trục mũ của motor bằng lệnh Pad

 Dùng lệnh Edge Fillet để gọt mép cạnh motor

Hình 2.9: lệnh Edge Fillet

 Trên Sketch mặt dáy của thân motor, dùng Circle để tạo mặt phẳng đáy cho

Motor Dùng lệnh Pocket tạo mặt đáy cho motor

Hình 2.10: Lệnh Pocket

 Trên Sketch mặt đáy motor tạo đường tròn đường kính 23, dùng lệnh Pad cao lên 2mm cho bề mặt

Hình 2.11: Lệnh Pad cho đường tròn

 Tạo hình thang bo tròn các góc bên trong bằng lệnh Corner , sau đó dùng

lệnh đối xứng Mirror để tạo nên 4 hình thang như hình bên

Hình 2.12: ứng dụng lệnh Mirror

 Chuyển sang 3D bằng , dùng lệnh Pocket cắt xuống bên trong motor

Hình 2.13: ứng dụng lệnh Pocket tạo rỗng cho motor

 Trên Sketch vừa cắt, dùng Circle chuyển sang tạo một trục cho motor

Hình 2.14: Tạo đường tròn chuyển sang 3D dùng Pad

 Trên Sketch trục vừa dựng, vẽ đường tròn có D2,5mm bằng cách dùng Circle

, sau đó chuyển sang Exit workbench ,độ cao 3mm tạo trục nhỏ của

motor

Hình 2.15: Tạo trục nhỏ motor

 Trên Sketch vành chân của motor, ta bắt đầu tạo chân của motor, tạo hình chữ nhật trên Sketch

Hình 2.16: Tạo vành chân motor

 Dùng lệnh Pocket để tạo khoảng cách giữa 2 chân, c ắt xuống theo thành

chân motor độ sau 3mm

Hình 2.17: Cắt thành chân motor bằng Pocket

 Mặt phẳng Planetheo hướng nhìn bên ngoài vào

Hình 2.20: Mặt Plane theo hướng nhìn

 Đây là công dụng thực tế của mặt phẳng Plane, trên mặt phẳng này ta tạođường trònD30mm bằng lệnh Circle ,chuyển sang và dùng Pocket để tạo

phần rỗng bên trong motor

Hình 2.21: Lệnh Pocket cắt rỗng bên trong Motor

 Rỗng ruột phía trong c ủa motor sau khi dùng lệnh Pocket 45mm

Hình 2.22: Hướng nhìn phần rỗng

 Dùng lệnh Edge Fillet để gọt các cạnh bắn của motor

Hình 2.23: Gọt cạnh motor bằng lệnh Edge Fillit