ứng dụng solidvvorks trong thiết kế xe lăn

Dồ án tốt nghiệp ứng đụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác mô hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác

Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển, mọi ngườisống và làm việc trong một môi trường hoà bình Nhưng để có được điều

đó đất nước ta đã phải trải qua những năm tháng chiến tranh vô cùng khókhăn gian khổ mà cũng vô cùng oanh liệt Chiến tranh đã đi qua mấychục năm rồi nhưng dư âm và hậu quả của nó thì không thể kể xiết được.Hiện nay nó vẫn còn đeo đuổi các bác, các chú và con cháu của họ làmcho họ mất đi khả năng lao động của đôi chân Bên cạnh đó còn do hậuquả của tai nạn lao động, tai nạn giao thông và sự già hoá của một bộphận dân số khiến họ không thế tự mình đi lại được

Để đáp ứng nhu cầu này, từ nhiều thập niên qua, con người đãnghiên cứu thiết kế và chế tạo ra xe lăn Đây là một loại phương tiệnthuận lợi trợ giúp cho người khuyết tật có thể tự mình di chuyển một cách

ra đời xe khung gấp Rồi xe lăn có thể tự điều chỉnh tư thế nằm ngồi, xe

có ghế vệ sinh và ngày nay nó đã trở lên thuận tiện hơn với xe gắn động

cơ giúp người dùng không cần nhiều đến sức mạnh của đôi tay trongviệc di chuyển nữa Trên thế giới đã và đang thiết kế ra các loại xe có khảnăng lên xuống cầu thang, nâng hạ độ cao của xe

Trước đây việc cho ra đời một chiếc xe lăn là công việc rất tốn kém.Bởi vì công việc của các nhà thiết kế có thể hình dung như sau:

Tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kĩ thuật ( 2D ), bổ sung hiệuchỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạm Tóm lại đây là 1 quy trìnhđòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn naị của nhà thiết kế vì cácbản vẽ luôn luôn sửa đổi, bổ sung, hiệu chỉnh khi muốn hiệu chỉnh lạimột vài kích thước có khi phải sửa lại cả bản vẽ như vậy sẽ mất rất nhiềucông sức thời gian

Cơ cấu có thể sẽ không hoạt động hay không đạt được các chỉ tiêuđộng học đề ra, thậm chí có kết cấu có thể làm việc trong miền cộnghưởng của nó khi đó quy trình thiết kế sẽ phải tiến hành lại từ đầu và cóthể không chỉ 1 lần

Nên việc từ bản vẽ phác đến chế tạo mẫu là công việc rất khó khăn.Ngày nay công nghệ thông tin đã xâm nhậm vào các lĩnh vực khoa họccông nghệ và trong lĩnh vực thiết kế CAD đã trở thành 1 công cụ đắc lực.Như ta đã biết, bản vẽ 2D là một thành tựu đáng quý trong lĩnh vực thiết

kế, nó có đóng góp to lớn khi thiết kế và chế tạo ra các trang thiết bị củanhân loại cho đến hết thế kỷ XX Tuy nhiên, nó vẫn có nhược điểm làngười đọc muốn hiểu nó cần được học bài bản, vì nó có nhiều bề mặtphức tạp rất khó thể hiện khiến người đọc khó hình dung Trước đây,người ta cũng đã ứng dụng phương pháp vẽ hình chiếu trục đo, nhưng kháphức tạp và hiệu quả truyền đạt không quá cao Ngày nay, khi mà máytính PC đã là phương tiện thân thuộc trên toàn cầu, các công ty phần mềm

đã lần lượt tung ra thị trường các phần mềm vẽ 3D ngày càng thông minhnhư Solidworks, Inventor tạo ra không gian ảo như thực giúp người thiết

kế đẩy nhanh tiến độ gấp nhiều lần và có thể cắt bỏ nhiều công đoạn từthiết kế đến chế tạo

Vì thời gian không nhiều và kiến thức có hạn, chúng em chỉ kịp tìmhiểu, ứng dụng phần mềm SolidWorks Nó là một trong các phần thiết kế

uy tín nhất trên thế giới cho phép người sử dụng xây dựng mô hình 3D cócác chi tiết, lắp ghép chúng thành các sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm trađộng học, cung cấp thông tin về vật liệu Hơn thế nữa, tính 1Ĩ1Ở và tínhtương thích của SolidWorks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổitiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó SolidWorks cũng kết

-2

Dồ án tốt nghiệp ứng đụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác

mô hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác.Ví dụ các phầnmềm phân tích ANSY, MSC CÓ thể kiểm tra mô hình về phương tiệnứng suất, biến dạng, nhiệt: xác định tần số dao động riêng, mô phỏngtương tác của các dòng chảy khí với mô hình Các phần mềm COSMOS,ADAMS 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 quátrình đúc sản phẩm Chính vì thế giảm được sự tốn kém và bất cập trongchế tạo hàng mẫu Cách đây vài tháng chúng em cũng đã được biết đếnphần mềm Inventor là một tiện ích khá ưu việt dựa trên Cad(2D) nó cókhả năng liên thông, giao lưu giữa CAD và 3D tốt hơn so với Solidworks,tuy về mặt triết lý là như nhau nhưng do Invetor là một phần mềm đượcthừa hưởng hợp pháp sức mạnh của AutoCAD và ra sau Solidworks nên

nó có nhiều tính năng ưu việt hơn trong lĩnh vực cơ khí nói chung vàtrong lĩnh vực 3D hoá nói riêng Tuy nhiên do trong quá trình thực tậpchúng em được tiếp súc với Solidworks trước nên sử dụng Solidworksthành thạo hơn vì thế trong đồ án của chúng em trình bày và tính toánbằng các bản vẽ Solidvvorks

Hiện nay đất nước ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá vàhiện đại hoá.Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từngbước đổi mới và cải tiến công nghệ với mong muốn cho ra đời nhữngchiếc xe ngày càng hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật, nhỏ gọn về mặt kích thước,mẫu mã phong phú, giá thành hợp lý và có nhiều chức năng tạo điềukiện cho những người khuyết tật sống hoà đồng trong xã hội

Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vụ chung của mọi người và cũng lànhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng- những chủ nhân tương laicủa đất nước phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội: tất cảmọi người đều được sống và cống hiến Trước những yêu cầu và nhậnthức này chúng em được giao nhiệm vụ thiết kế và từng bước chế tạo thử

xe lăn đa dụng, thông minh dựa trên phần mềm Solidworks

Hiện nay đất nước ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá vàhiện đại hoá Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từng

-3

Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vụ chung của mọi người và cũng lànhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng- những chủ nhân tương laicủa đất nước phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội: tất cảmọi người đều được sống và cống hiến Trước những yêu cầu và nhậnthức này chúng em được giao nhiệm vụ khảo sát và thiết kế xe lăn.

Đây là đồ án đầu tiên mang tính chất quyết định, song do trình độcủa bản thân còn hạn chế nên chúng em không thể nào tránh khỏi nhữngsai sót rất mong được sự giúp đỡ của các thầy để chúng em hoàn thành tốt

đồ án tốt nghiệp này

Bản đồ án của chúng em đã hoàn thành với sự giúp đỡ chỉ bảo tậntình của thầy Nguyễn Hoa Đăng và chú Thái tại Trung Tâm Kỹ ThuậtChính Hình

-4

-/ Các kiểu xe lăn

Khi tiến hành tính toán thiết kế một sản phẩm mới thì thông thường người

ta tiến hành khảo sát các sản phẩm tương tự nhằm tận dụng các ưu điểmcủa các sản phẩm đó, rút ngắn thời gian nghiên cứu tính toán thiết kế Ởđây đế thiết kế một xe lăn mới, trước hết chúng em tiến hành khảo sátmột số xe lăn cùng loại của các nhà sản xuất như Trung Quốc, Mỹ và cácnhà sản xuất nội địa Sau đây là bảng thông số kỹ thuật của một số xelăn mà chúng em thu hoạch được trong quá trình thực tập và tìm hiểu thị

-5

Dồ án tốt nghiệp ứiịg đụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

II Phân loại xe và đối tượng sử dụng:

Qua quá trình khảo sát và dựa vào những tính năng của các loại xe

và do đặc thù của người sử dụng, tính năng và các đoạn đường mà người

đó di chuyển mà xe lăn được chia làm nhiều loại khác nhau, mỗi loạiđược thiết kế theo các chuẩn mực hay mục đích khác nhau sao cho thuậntiện nhất với đối tượng sử dụng do đó ta có các cách phân loại xe như sau:

1 Phân loại dựa theo khả năng của người sử dụng:

- Xe dành cho người có khả năng sử dụng đôi tay

- Xe dành cho người bại não hay mất cả khả năng sử dung đôitay

2 Phân loại theo khoáng cách mà người đó di chuyển:

- Xe dùng cho đoạn đường ngắn, nhỏ (di chuyển trong nhà, di dạo )

- Xe dùng đi đường trường, tốc độ di chuyển cao hơn (tương đươngvới xe đạp)

3 Phân loại theo kiểu thiết kế:

- Xe lắp ráp ( các chi tiết được lắprắp lại với nhau)

9

Hiện nay trên thị trường có khá nhiều loại xe của nhiều nhà sảnxuất khác nhau: trong nước, nước ngoài Do đó mà giá thành, kiểu dáng,chất lượng của các loại xe cũng rất khác nhau ( giá thành trên thị trườnghiện giờ dao động từ 450 nghìn - 10 triệu đồng ).

Mặt khác xe lăn là một mặt hàng hầu như không có thị trường, cơ

sở phân phối do đó các cơ sở sản xuất đa phần chỉ sản xuất theo đơn đặthàng của các tổ chức nhân đạo phi chính phủ để trợ cấp cho người tàn tậthoặc nhà nước ta hỗ trợ cho các thương bệnh binh và con em của nhữngngười bị ảnh hưởng của chiến tranh, chỉ một phần rất nhỏ được bán rangoài

Chính vì vậy mà điều kiện để phát triển sản xuất của các loại xenày gặp rất nhiều khó khăn, do đó các cơ sở sản xuất của ta được trợ cấpmột số tiền để có thể duy trì sản xuất và hoạt động Hơn nữa xe lăn là mộtmặt hàng không bị đánh thuế cũng tạo điều kiện phát triển Tuy nhiên do

cơ sở sản xuất còn lạc hậu, sản xuất nhỏ lẻ đơn chiếc do đó mà nó cũnglàm tăng giá thánh sản xuất lên rất cao, độ chính chính xác khi gia côngthấp

Trong khi đó thị trường trong nước lại tràn ngập xe Trung Quốc vớigiá rẻ hơn Tuy nhiên giá cả này vẫn cao đối với những người có nhu cầu

sử dụng xe lăn do các loại xe nhập vào nước ta chu yếu là xe nhập lậu,không có thương hiệu rõ ràng, chưa qua thẩm định về độ an toàn do đó độ

an toàn thấp hơn, nhanh hư hại hơn nhưng lại có ưu điểm là giá thành thấphơn, mẫu mã phong phú hơn và các tính năng cũng đa dạng hơn

10

Dồ án tốt nghiệp ứiịg dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

- Do đòi hỏi về mức độ an toàn giao thông ở nước ta: khi một

phương tiện giao thông có gắn động cơ thì bắt buộc người điều khiến

phương tiện đó phải có giấy phép lái xe (điều này phi thực tế với người

khuyết tật)

III Đánh giá đặc điếm kết cấu các loại xe lăn.

Trên thị trường hiện nay tồn tại nhiều loại xe lăn , tùy thuộc vào đốitượng sử dụng mà xe lăn có các kết cấu khác nhau sao cho phù hợp với

thể trạng mức độ của người sử dụng, hiện nay trên thế giới gồm có hai

loại xe cơ bản:

- Xe thô sơ ( chủ động về sức người)

- Xe điên ( chủ động bằng động cơ điện )

I Xe thô sơ:

Các bộ phận điều khiển đều dựa vào sức người, với xe thô sơ

chiếm khoảng 95% thị trường trên toàn thế giới, nó tồn tại ở các dạng

chính sau đây:

1.1 Xe dùng cho người hại não (liệt toàn thân ) hay người mất khả năng

-11

Hình LI

1.2 Xe dùng cho người chỉ mất khả năng di chuyển ở đôi chân:

Loại xe này đa dạng và phong phú hơn về kiểu dáng, mẫu mã, cónhiều tính năng hơn Loại này tồn tại chủ yếu ở 2 dạng :

Xe ngồi: là loại xe mà người sử dụng xe lăn chỉ có thể ở tư

thế ngồi, phần dựa lưng cố định với khung tạo thành một chi tiết cố định

HìnhI.2

12

Dồ án tốt nghiệp ứng đụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

2 Xe điện ( Hình 1.3 ): loại xe này hiện nay đang phát triển ở một số

Hìnhl.3

Loại xe này tồn tại ở hai dạng chủ yếu :

Hình I.3a

13

I Tính và chọn các thông sô kỹ thuật cho xe đa dụng.

3- Cụm bánh sau

1 Chọn các thông số cơ bản của xe :

Khi tính toán thiết kế xe lăn các thông số của xe phụ thuộc rất nhiềuvào cơ thể của người sử dụng Các thông số cơ bản là : chiều rộng, chiều

14

Số Tên chi tiết Loại Vật liệu

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

Với chiều cao trung bình của người Việt Nam 1,65 m thì bề rộngcủa ghế từ 380->450 mm , chiều ngang (tính từ điểm dựa lưng đến đầu

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

Đối với xe lăn trong quá trình tính toán thiết kế tính an toàn đượcđặt lên hàng đầu, do đó thông thường người ta thường chọn vật liệu là

thép cacbon dạng ống thép ộ 22mm xl,25 mm để đảm bảo độ cứng vững,

mặt khác với dạng ống này thuận tiện cho người sử dụng do nó vừa lòng

+ Bảng giới hạn ứng suất cho phép của vật liệu:

2.2 Công nghệ gia công:

Trong chế tạo xc lăn việc uốn các ống thcp là vấn đc then chốt trongcông nghệ vì khi gia công vật liệu dạng thép ống, những đoạn cong khi

- 16

-uốn do đó để tuýp không bị nhăn, nứt, bẹp thép được -uốn bởi 2 cách cơbản nhằm làm giảm độ biến dạng:

Cách 1: Nhồi cát đã rang nóng (tăng độ dẻo của thép ) nén chặt vào

ống rồi đem uốn ( nhằm làm giảm độ biến dạng ) => cách làm thủ công

do đó độ chính xác không cao, năng xuất giảm do phải nhồi cát vào ống,mặt khác những đoạn cần có góc độ uốn chính xác không được đảm bảo

do đó chí có thể uốn vô cấp —> tổn hao nguyên vật liệu

Cách 2 : Thép được uốn bởi máy uốn thép của Thuỵ Sỹ: đầu tiên lồng

ống thép vào một thanh kim loại đặc ( nhằm làm giảm độ biến dạng ) sau

đó dùng tay công ép các quả cán để uốn, các góc cần uốn được được đotrên tay công do đó khi uốn độ chính xác cao hơn, độ biến dạng cũng thấphơn, năng xuất hơn, mặt khác để uốn theo các góc đo nhất định trên máynày có cữ tỳ chỉ ra các góc cần uốn -> tổn thất nguyên vật liệu giảm, năngsuất lao động cao

- Thép sau khi gia công cắt gọt, uốn (gia công định hình ) được làmphẳng mặt đầu, cùn cạnh sắc tiếp đó được gắn với nhau bởi mối hàn hồquang hoặc hàn khí axetilen - > sau khi lắp ráp hoàn thiện khung, cho màibóng các mối hàn và phun sơn tĩnh điện phủ bề mặt ( ưu điểm của phunsơn tĩnh điện là sơn không bị tróc, bong trong quá trình sử dụng do đó độbền của của sơn rất cao), tuỳ thuộc vào nhu cầu thẩm mỹ của người sử

dụng mà chọn các màu sơn khác nhau

2.3 Thiết kế khung xe:

17

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

+ Chiều cao (từ đất đến sàn, từ sàn đến tỳ tay, từ mặt sàn đến phần

Figure 1 - Dimensions of the vvheelchair when occupied

-ỳ Nhất thiết phải lớn hơn kích thước bề ngang, bề rộng, độ dài

của cơ thế người sử dụng và tuân theo các tiêu chuẩn về kích thước khônggian sử dụng xe ( phải là tối thiểu để xe có thể đi vào các địa hình hẹp( như cửa ra vào, ngõ, hẻm phố, hành lang )

18

lị : là khoảng cách từ điểm tỳ tay đến trục bánh sau khi người sửdụng cúi xuống phía trước 10 —> 15° ( do trong quá trình điều khiển vànhlăn, để dồn, tăng sức vào vành lăn thường có xu hướng nhào người về

19

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

khuỷu tay (tạo tư thế thoải mái cho người sử dụng khi dừng xe ) Chọn 12

= 280 mm

-» 1= 140 mm

Mặt khác do địa hình, đoạn đường đi rất khác nhau do đó trong quátrình tính khung khoảng cách giữa các trục phải đảm bảo cho xe không bịlật, đổ trong quá trình sử dụng trên những đoạn đường dốc và nghiêng

do đó trong quá trình tính toán khoảng cách giữa các trục (trục bánh

trước và trục bánh sau ) khoảng cách giữa hai bánh sau phải đủ rộng, dài

để sao cho trọng tâm bị khống chế trong diện tích của bốn bánh xe

2.4 Kiểm nghiệm

2.4.1 Kiểm nghiệm độ lật

Khi tính toán thường đặt trọng tâm của xe khi có tải trọng nghiêng

về trục sau nhăm làm giảm lực đẩy ( do giảm mô men quay ) Tuy nhiên

khi trọng tâm rơi về phía sau sẽ tạo ra độ lật của xe do đó để đảm bảo

điều kiện an toàn cho xe ta phải kiểm nghiệm xem xe có bị lật trong quá

trình sử dụng hay không :

Xe trong trạng thái cân hằng

20

Độ dốc giới hạn

Kết luận : xe đủ điều kiện chống lật và để trọng tâm của xe khi có

tải trọng không vượt ra ngoài bánh sau thì xe chí được nghiêng một góc

nhỏ hơn 45° -ỳ như vậy xe đảm bảo điều kiện chống lật cho phép (thông

thường do các đoạn đường độ nghiêng hoặc dốc cho phép là nhỏ hơn 15°)

-21

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

2 Tạo điểm tỳ đòn bẩy đối với người trợ giúp khi cần nângbánh trước của xe lên ( Khi qua lại đoạn đường bậc thang ), khi qua đoạnđường bậc thang người trợ giúp tay tỳ vào tay cầm gắn liền với phân dựalưng, chân đạp vào thanh chống lật để nâng bánh trước lên cao so với mặtđường

Độ nghiêng 2.4.2 Kiểm nghiệm độ bền và độ võng :

Quá trình hoạt động do người sử dụng không có một tư thế ngồinhất định do đó xảy ra các bài toán khác nhau về lực, do đó để kiểmnghiệm được độ bền của xe ta phải kiểm nghiệm tải trọng trong một sốtrường họp sau:

a) Tải trọng dàn đều trên xe

22

Tuy nhiên ta chỉ cần kiểm nghiệm độ bền của khung trong trườnghợp tải trọng tác dụng dàn đều trên xe, để đảm bảo các điều kiện còn lại

ta tăng hệ số an toàn lên 3 lần ( a = 3 )

Giả sử một người Việt Nam cân nặng trung bình khoảng 65kg, đểtăng hệ số an toàn cho xe ta lấy tải trọng tác dụng:

m = 3 6 5 0 = 195 kg => p = m g = 195 10= 1950 (N)

Trong đó :

-23

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

b : là chiều rộng của khung : khoảng cách xa nhất khi xe đang sử

Kiểm nghiệm độ võng của mặt sàn AB

1000 N

Như vậy lực tác dụng lên bánh sau lớn hơn 2 lần so với lực tác dụnglên bánh trước do trọng lực nghiêng về phía sau Lực tác dụng lên bánhsau c là 666,67 (N), bánh trước là 333,3 (N)

Để trực quan hơn, sau đây chúng em xin trình bày một phươngpháp thử độ võng của khung khi có trọng lực, qua đó chúng ta có thể cócách nhìn thực tế hơn Đó là bài toán mô phỏng hoạt động của xe thôngqua phần mềm ứng dụng Solidvvorks Đây là một phần mềm mô phỏng3D rất tiện dụng (trình bày ở phần sau ) nhằm mô phỏng quá trình biếndạng của xe và chỉ ra những điểm dễ phá vỡ liên kết khi có tải trọng tácdụng

-25

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

Bước 1: Gán vật liệu cho chi tiết, đối với khung ta chọn vật liệu làthép cácbon C45 có các thông số về vật liệu như bảng thống kê ở trên(bảng )

Bước 2: Chọn mặt bị khống chế ( đây là các mặt cố định không bịchuyển vị trong quá trình tác dụng của tải trọng hay lực )

- Đối với khung ta chọn 3 mặt khống chế ( Hình II 5 )

Hình II.5

Bước 3 : chọn mặt tác dụng lực :

26

Hướng tác dụng của lực theo chiều từ trên xuống, và lực tác dụnglên khung là 1000 N.

Bước 4 : cho chạy thử, lúc này Soildworks sẽ tạo ra lưới kết cấu cho

Max: 1,500e+008

von Mises (NAn^ỉ) 1,500e+008 1.375e+008 1,250e+008 1.125e+008 1 .OŨOe+008 ,8.752e+007 6.251 e+007 3.751 e+007 2.501 e+007

É

1.250e +007 7.714e +0Ũ0

27

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

Đối với khung vùng chịu ứng suất lớn nhất là tại các mối hàn giữadầm chịu lực và khung, mối hàn giữa trục càng bánh trước và khung(trên hình là giải màu đỏ ) Thực tế khi kiểm nghiệm cũng cho kết quả

- Điểm chịu ứng suất lớn nhất có giá trị

5 = 1.5e+008 N/m2=150000000 < ôchophép( bảng vật liệu trên ) và đảm

bảo điều kiện bền

Kết luận : Khi có tải trọng tác dụng, khung xe thường có xu hướng

Cụm bánh sau bao gồm vành, săm, lốp, moay ơ, nan hoa, ổ bi, trục sau, vàcụm điều khiển tốc độ của xe

Cụm bánh sau(HìnhlI.ỈO)

29

Dồ án tốt nghiệp _ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

3.1.1 Định nghĩa: Vành là một phần của bánh xe để lắp lốp

Moay ơ đểnối vành với trục bánh xe về cơ bản kích thước của vành được quyết

định bởi lốp và khả năng chịu tải của lốp

Những thông số quan trọng nhất của vành xe là: chiều rộng vành,

đường kính vành , đường kính, bề dày của vành

3.1.2 Kết cấu:

Đối với xe lăn việc chọn lựa vành là hết sức quan trọng, ngày nay vành

xe đang tồn tại ở hai dang chính :

+ Vành Larang (là dạng vành đúc, moay ơ, nan hoa và vành được

đúc liền một khối), đặc điểm của vành larang là khả năng chịu tải lớn( dùng chủ yếu cho các loại xe có gắn động cơ ), chịu ứng suất va đậpcao, tuy nhiên giá thành chế tạo đắt, khi xảy ra biến dạng thì khả năngkhôi phục khó

+ Vành sử dụng nan hoa đan ( moay 0, nan hoa và vành là các chitiết chế tạo riêng lẻ và được lắp rắp lại với nhau ) Khả năng tải nhỏ

( chủ yếu dùng cho xe thô sơ ) thông dụng, giá rẻ và khả năng thay thếhoặc sửa chữa nhanh, khả năng khôi phục biến dạng cao ) Do đó ta

chọn loại vành nan hoa đan do khả năng kinh tế cũng như kỹ thuật

30

+ Định tâm bánh xe, bánh xe quay không đảo.

+ Truyền lực từ bánh xe tới trục bánh xe

Việc lắp bánh xe đúng sẽ làm tăng tuổi thọ của cụm bánh xe

3.1.3 Các phương pháp chế tạo:

- Đối với vành bánh xe thì:

Các vành bánh xe được sản xuất loạt lớn thường được làm từ théptấm, nhôm đúc hoặc cán và magiê (ít được sử dụng hơn) chủ yếu được sửdụng ở các vành bánh xe đặc biệt và các vành bánh xe đã qua sử dụng

Mặc dù được sử dụng trong một số trường hợp nhưng nhôm tấmkhông được sử dụng phổ biến vì đắt Trong công nghiệp xu thế chung làchế tạo các kết cấu nhẹ vì vậy vành bánh xe cũng được chế tạo theo xuthế này Những vành bánh xe được chế tạo từ nhôm tấm (với các nắp đậyđược sơn phủ dạng nhũ bạc)

Vành bánh xe rời được thiết kế dựa trên các mẫu vành bánh xeđược rèn dập theo phương pháp cổ điển là một trong những vành bánh xe

-31

Dồ án tốt nghiệp _ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

màu sắc của chúng có thê được chọn lựa phù hợp, điều này cho phép lựachọn rộng rãi trong thiết kế

Việc sử dụng chất dẻo để chế tạo vành bánh xe vẫn còn trong giaiđoạn nghiên cứu, đặc biệt là do độ bền nhiệt kém và việc lắp đặt và chếtạo khó khăn

Đĩa và vành được hàn thành bánh xe từ thép tấm Trong trường hợpbánh xe cán đúc bằng hợp kim nhẹ, hai thành phần này thường được chếtạo thành một khối Những kết cấu bánh xe từ nhiều mảng thậm chí

những kết cấu này được chế tạo từ những vật liệu khác nhau(ví dụ như đĩamagie và vành nhôm) thì chỉ được dùng trong những trường hợp đặc biệt

ví dụ như xe đua Vành xe hầu như được thiết kế riêng có dạng tấm lõmvới hai tấm lồi H2 (trường hợp vấu phẳng FH ít phổ biến) mặt tựa lốp côn5° và gờ chữ J Dạng gờ thấp hơn B thường thấy ở các xe nhỏ Dạng gờcao hơn JK và K ít thấy và chỉ có ở các xe tải trọng lớn

Sự phát triển gần đây thường là loại lốp ôm ngoài vành (Continental).Kết cấu này tạo điều kiện tăng đáng kể đường kính vành bánh xe, mặc dùcũng ở trong điều kiện như vậy thay đổi đặc tính tương tác giữa lốp và

vành Kết cấu này cho phép người lái xe chạy với tốc độ giảm đi với

quãng đường vài trăm cây số khi một hoặc nhiều lốp xe bị xẹp và như vậy

có thể không cần lốp dữ phòng Thế hệ lốp này cũng chưa được phổ biếntrên thị trường và ứng dụng trong trường hợp đặc biệt

32

+ Giảm độ không phẳng của bánh xe.

+ Giảm độ lệch bên, lệch tâm và sự không cân bằng của bánh xe

+ Dễ lắp rắp lốp vào vành trong thiết kế cũng như trong sử dụng

- Những ưu điểm của chúng:

+ Vành bánh xe loại một khối cho phép giảm trọng lượng bánh xetới 10% so với loại vành hai khối và cải thiện đáng kể sự lăn không đảo và

Dồ án tốt nghiệp _ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

kính quá mức, sự bố trí này cho phép hành trình tự do phụ thuộc vào kíchthước lốp Điều này đỏi hỏi dung sai càng nhỏ càng tốt

- Độ phẳng của bê mặt tiếp xúc.

+ Bất kỳ một sự không bằng phẳng nào của bánh xe (độ sóng, độ

lệch ) đều được truyền đến trống phanh khi dao động trong lực phanh

khi bánh xe quay Sự thay đổi lực phanh gây ra dao động trong hệ thống

lái

Sự chịu tải của các bánh xe.

+ Úng suất dư: sự xuất hiện ứng suất dư là do sự kết hợp của các

ứng xuất gây ra bởi việc lắp bánh xe và việc bơm lốp bánh xe

+ ứng suất tĩnh danh nghĩa của bánh xe: nếu bánh xe quay chậmtrên mặt đường phẳng lý tưởng thì dưới tải trọng danh nghĩa, ứng suất ởkhu vực bánh xe sẽ thay đổi theo chu kì khi bánh xe quay

+ Các ứng suất động lực học bổ xung: các ứng suất động lực học bổsung gây ra bởi các lực động ở bánh xe khi xe đi thẳng trên đường gồ ghề.Kết quả là các lực bánh xe gần giống như trong trường hợp tĩnh được tạo

ra do xe vận hành chẳng hạn như khi quay vòng tại chỗ, phanh và tăng tốc

+ Nhóm các ứng suất gây ra bởi tải trọng bánh xe nêu trên, ngày

nay được dùng làm cơ sở cho việc xác định kích thước và thử nghiệm

34

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

3.2 Cụm Moay ơ, trục, Ổ bi.

3.2.1 Moay ơịHìnhlỉ.l 1):

Hìnhlỉ ỉ ỉ

35

Định nghĩa : Moay ơ là một chi tiết trong cụm bánh xe, là trung

khu điều khiển và dùng để lắp lồng không với trục (tách rời chuyển độnggiữa trục và bánh xe )

Vật liệu : Moay ơ vốn là trung tâm chịu lực kéo và nén rất lớn bởi

sức kéo và nén của nan hoa lên vành xe do đó khi chọn vật liệu làmMoay ơ phải đảm bảo tính bền cứng, độ biến dạng thấp do đó ta chọnvật liệu là thép C45

Kết cấu :

Đối với các loại xe khác nhau, tuỳ thuộc vào cơ cấu truyền độngkhi chế tạo Moayơ người ta tạo ra những kết cấu khác nhau:

- Đối với loại xe lăn tay: do vòng bi được lắp rời so với trục và Moay

ơ do đó mà Moay ơ chế tạo đơn giản, để đảm bảo độ cứng vững, chịu kéo ,nén của vật liệu làm Moayơ ta chọn vật liệu là thép C45

- Đối với những loại Moay ơ dùng cơ cấu truyền động là ( phổ biếntrong xe đạp ) : cần lắc ( cơ cấu cu lít), xích thì khi chế tạo Moayơ phứctạp hơn do Moay ơ là dạng Moayơ côn ( vòng ngoài của ổ bi chính làvòng trong của Moayơ ) do đó các tiêu chuẩn về Moayơ rất khắt khe ( đểđảm bảo độ đồng tâm giữa Moay ơ và trục của xe, và độ mòn do ma sát

và độ biến dang giữa bi và vòng trong của Moay ơ ) Do đó vòng trong

-36

-Modulus đàn 750 MPa

Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

mặt bích này thì không được đồng tâm với lỗ nằm trên mặt bích kia để dễdàng cân chỉnh vành trong quá trình đan nan hoa không bị vênh, đảo, lựckéo nén từ Moayơ đến vành sẽ đều nhau

Vòng trong của Moayơ được quyết định bởi vòng ngoài của ổ bi đỡ

và sau khi gia công thô được gia công tinh các mặt lỗ lắp với vòng ngoàicủa ổ bi

Sau khi gia công định hình và gia công tinh các bề mặt lắp ghép với

ổ bi, Moay ơ được mạ một lớp kẽm để chống gỉ và tăng tính thẩm mỹ của

Để đảm bảo điều kiện độ cứng vững, độ kéo, nén vật liệu chế tạo

-37

-Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

cao nhất) để tăng tính an toàn cho xe

-Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

Model name: trưc banh sau study name: COSMOSXpressStudy Ptot type: static Nodal stress-Plotl Detormation Scale: 637.392 von Mises (NAnA 2)

5.28Se+007 4.844e+007

chi tiết

Kết luận : điểm chịu ứng suất lớn nhất có ô = 52,8MPa < ôBchophép

3.2.4) ổ bi: chọn ổ bi đỡ một dãy, cỡ ổ là ổ 215 (tuân theo tiêu chuẩn Iso

của Solidworks ) có đường kính ngoài là D = 35 mm đường kính trong là

-hơn trên các bề mặt phẳng và cứng, tuy nhiên khi qua các đoạn đường gồghề lại khó hơn Những chiếc lốp rộng sẽ phù hợp hơn đối với các địahình không bằng phẳng, còn các lốp hẹp hơn sẽ hoạt động tốt hơn trên cácvùng bằng phẳng và cứng.

Đối với những đoạn đường bằng phẳng như các nước tiên tiến trênthế giới thì mặt tựa của lốp với mặt đường được chế tạo bằng ( khôngnhọn , tròn ) sẽ tạo ra ma sát với mặt đường khi xe di chuyển, chống trượt,nhưng do địa hình đường Việt Nam không đều nhau ( chỗ lồi lõm, ổ gà,đường đất, đường nhựa ) nên khi chế tạo lốp để vừa đảm bảo xe bám

ma sát trên mặt đường vừa có thể tự lựa khi gặp những đoạn đường nhấpnhô bề mặt thì trên mặt lốp ta chế tạo mặt tựa của lốp tròn, nhọn, mặtkhác ta khoét các rãnh trên mặt tựa của lốp đế tăng ma sát chống trượt

Xe đạp thông thường do tốc độ tương đối cao nên bộ thường sửdụng săm hơi nên quá trình chạy êm, nhẹ, tuy nhiên độ bền cao, với ngườikhuyết tật nếu quá trình đang sử dụng nếu xe hỏng hóc thì việc sửa chữacàng gặp nhiều khó khăn Với săm hơi thì dễ bị thủng, nổ săm

Do đó đối với xe lăn tốc độ sử dụng thấp, nhỏ nên thường sử dụngsăm lốp đặc liền khối, khả năng hỏng hóc ( như thủng, nổ săm lốp ) thấp,quá trình hư hại là do mòn, tuy nhiên săm lốp đặc lại gây ra sóc , độ rungđộng cao, quá trình di chuyển không được êm như săm hơi

-Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

là cho bánh xe không bị đảo, vành không bị cong méo, biến dạng

Bước 4: luồn ống chống bi vào trục ( cố định vòng trong của ổ bi)

Bước 5: Đóng vòng trong của ổ bi vào trục và vòng ngoài của ổ bivào Moay ơ

Bước 6: Lắp nan hoa vào vành và Moay ơ ( chéo 2, chéo 4, chéo 6,chéo 8 )

-42

Cụm bánh trước(HìnhII.Ỉ5)

Ngày nay do nền công nghiệp chế tạo vật liệu phi kim loại pháttriển mạnh mẽ, việc cho ra đời các vật liệu phi kim loại vẫn đảm bảo cácyêu cầu kỹ thuật, giá thành chế tạo lại giảm đồng thời khối lượng của sảnphẩm giảm một cách đáng kể đã góp một phần không nhỏ cho sự pháttriển của ngành công nghệ chế tạo máy nói riêng và công nghiệp nặng nóichung Trong ngành cơ khí chế tạo máy và một số ngành công nghiệpnghiệp khác thì vật liệu sử dụng chủ yếu là vật liệu kim loại, vật liệu gốm,vật liệu polime Trong đó vật liệu polime có tính chất ưu việt là rất nhẹ vàmột số đặc điểm khác mà các vật liệu khác không thể có được, do đó gầnđây vật liệu polime được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp

để thay thế một số sản phẩm kim loại và vật liệu gốm Ngoài ra vật liệupolime còn là vật liệu sử dụng chủ yếu để sản xuất hàng tiêu dùng, đồdùng học sinh và rất nhiều đồ dùng gia đình khác

- 43

-Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn

mặt khác đế giảm trọng lượng của xe, giảm chi phí sản xuất chúng ta

chọn vật liệu của một số chi tiết chính trong cụm bánh trước được chế tạobằng nhựa cứng như vành, lốp

4.1 Lốp : do cụm bánh trước chịu tải nhẹ nên trong quá trình chế tạo và

chọn vật liệu ta chọn vật liệu là nhựa cứng PE

-Đối với vành tnrớc ta chọn vật liệu là nhựa PE, vành được đúc épliền khối, do lốp là lốp đặc, độ đàn hồi không cao vì vậy khi thiết kế đểlắp ráp thuận tiện chúng ta thiết kế hai nửa vành ghép lại.

Mặt tựa của vành với mặt tựa của lốp khi lắp ráp với nhau phảitrùng khít để cho cụm bánh trước không bị đảo trong quá trình chuyểnđộng Để đảm bảo độ đồng tâm ta thiết kế mặt tựa trên vành và lốp có độcôn, như vậy thì khi lắp ráp hai nửa vành và lốp sẽ tạo thành một khốithống nhất

4.3 Trục :

- 45

-Kiểm nghiệm độ biến dạng của trục bánh trước (tương tự như trục

Cũns bằng phương pháp sử dụng mô hình mô phỏng cosmos trong

- 46

-Dồ án tốt nghiệp ứng dụng ổoildworks trong thiết kế xe lăn