Viết chương trình tính toán trục các đăng ô tô

Cách tiếp cận: Trên cơ sở lý thuyết về ổn định của của trục quay, vận tốc tới hạn của vật quay; lý thuyết về ổn định của thanh, trục; kết hợp với các yêu cầu đặt ra của bài toán thiết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TRỤC CÁC ÐĂNG Ô TÔ

MÃ SỐ: T2013 - 61

S 0 9

S KC 0 0 5 3 9 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TRỤC CÁC ĐĂNG Ô TÔ

Mã số: T2013 - 61

Chủ nhiệm đề tài: GVC ThS TRẦN ĐÌNH QUÝ

TP HCM, 11/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Mã số: T2013 - 61

Chủ nhiệm đề tài: TRẦN ĐÌNH QUÝ

TP HCM, 11/2013

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ

TÀI

TT Họ và tên Lãnh vực chuyên môn

/ Đơn vị công tác Nội dung nghiên cứu được giao

1 Trần Đình Quý Ô tô- máy kéo

/ Bộ môn Khung gầm

Viết chương trình tính toán trục các đăng ô tô

- Tổng quan tình hình nghiên cứu - Tính cấp thiết của đề tài- Mục tiêu đề tài 1

- Cách tiếp cận – Phương pháp nghiện cưu - Đối tượng nghiên cứu 1

1 Mối quan hệ giữa số vòng quay nguy hiểm , kích thước trục các đăng 3

3.1 Lưu đồ giải thuật chương trình tính cho trường hợp 1 8 3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình tính cho trường hợp 2 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

  

Bảng 1: Công thức tính số vòng quay nguy hiểm n t

Mẫu 8 Thông tin kết quả nghiên cứu

ĐH SPKT TP HCM

Đơn vị: Khoa Cơ khí Động lực

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Viết chương trình tính toán trục các đăng ô tô

- Chủ nhiệm: TRẦN ĐÌNH QUÝ

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: hoàn thành trước 30/11/2013

2 Mục tiêu: tạo ra một công cụ tốt, hiệu quả trong tính toán trục các đăng ô tô theo số

vòng quay nguy hiểm, góp phần giúp sinh viên nâng cao hiệu quả học tập, nghiên cứu

3 Tính mới và sáng tạo: sử dụng máy tính như một công cụ hiệu quả trong công việc

chuyên môn, học tập

4 Kết quả nghiên cứu: có được một công cụ tốt trong tính toán trục các đăng ô tô

5 Sản phẩm: Chương trình máy tính tính toán trục các đăng ô tô theo số vòng quay nguy

hiểm

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Giúp sinh viên trong học tập, nghiên cứu chuyên môn

Qua khảo sát cho thấy hiện nay ở nước ta có một số đề tài về tính toán thiết kế một số cụm chi tiết, tổng thành ô tô Tuy nhiên, hiện chưa có một chương trình máy tính về tính toán thiết kế một số cụm chi tiết tổng thành ô tô được thiết kế sát với các nội dung học tập của sinh viên để có thể trở thành công cụ đắc lực hỗ trợ việc học tập, nghiên cứu môn học Ô tô 2 (Tính toán thiết kế ô tô) của các sinh viên chuyên ngành

Đề tài nghiên cứu khoa học “Viết chương trình tính toán trục các đăng ô tô”

được thực hiện như một cố gắng cung cấp cho những người làm việc, học tập trong lĩnh vực ô tô có thêm một công cụ lựa chọn giúp nâng cao hiệu quả học tập, nghiên cứu

Cách tiếp cận:

Trên cơ sở lý thuyết về ổn định của của trục quay, vận tốc tới hạn của vật quay;

lý thuyết về ổn định của thanh, trục; kết hợp với các yêu cầu đặt ra của bài toán thiết

kế tính toán ô tô (cụ thể là trục các đăng trên ô tô); đồng thời tham khảo cách bố trí chung, các ràng buộc về vị trí, không gian của các tổng thành ô tô từ đó xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số kích thước của truyền động các đăng, tiến tới đưa ra các bước tính toán xác định các thông số này

Xây dựng lưu đồ thuật toán và lựa chọn một ngôn ngữ lập trình thích hợp với tính toán kỹ thuật, phổ biến và viết chương trinh

Phương pháp nghiên cứu: phân tích và tổng hợp lý thuyết

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là trục các đăng ô tô, cụ thể là các thông số kích thước: số đoạn trục của truyền động các đăng, kích thước tiết diện ngang của trục, chiều dài các đoạn trục, cách bố trí các đoạn trục, mối quan hệ giữa chúng để bảo đảm đáp ứng yêu cầu ổn định của trục quay tốc độ cao trên ô tô: không bị cộng hưởng, không bị phá hủy khi xe chuyển động với vận tốc cực đại hoặc khi truyền công suất

2

từ động cơ xuống cầu chủ động với số vòng quay cực đại, cách xác định các thông

số này với sự hỗ trợ của công cụ tin học

Phạm vi, nội dung nghiên cứu::

Công việc tính toán truyền động các đăng trên ô tô có thể thực hiện qua các bước sau:

1 Dựa vào cách bố trí cụm động cơ, ly hợp, hộp số, và cách bố trí cầu sau chủ động ta chọn phương án bố trí truyền động các đăng

2 Tính chọn các kích thước của các đăng theo số vòng quay nguy hiểm

3 Tính toán kiểm tra bền của trục các đăng

Dựa vào tình hình thực tế về thời gian, căn cứ vào kinh phí được khoán, người thực hiện đưa ra các nhiệm vụ cụ thể đề tài cần thực hiện và phạm vi thực hiện của

đề tài

Nhiệm vụ của đề tài là viết chương trình máy tính xác định kích thước của các đăng theo số vòng quay nguy hiểm (lúc này đã có phương án bố trí truyền động các đăng) Công việc tính toán kiểm tra bền các đăng sẽ được đề cập trong một dịp khác

TÓM TẮT NỘI DUNG

I PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

Truyền động các đăng dùng để truyền momen xoắn giữa các trục không nằm trên cùng một đường thẳng mà thường cắt nhau dưới một góc  nào đó mà trị số của  thay đổi trong quá trình làm việc Các đăng dùng để truyền momen xoắn đến truyền lực chính cầu sau chủ động được gọi là các đăng chính Các đăng chính trên

ô tô có 1 hoặc nhiều đoạn trục dùng với khớp các đăng khác tốc

Trục các đăng trên ô tô hiện nay thường có tiết diện ngang hình vành khăn Trên thực tế trục quay của trục các đăng không trùng với đường tâm hình học của trục các đăng do sai lệch khi chế tạo, khi lắp ráp Do sự phân bố không đồng đều của vật liệu nên trọng tâm của trục các đăng cũng không nằm trên đường tâm hình học các đăng Khi trục các đăng quay sẽ sinh ra lực quán tính ly tâm, gây ra dao động uốn trục và có khả năng cộng hưởng với tần số riêng của hệ thống Khi đó số vòng quay của trục các đăng được gọi là số vòng quay nguy hiểm (số vòng quay tới hạn) Số vòng quay nguy hiểm phụ thuộc vào kích thước, kết cấu của trục, tính chất của điểm tựa,

Truyền động các đăng nối hộp số với cầu chủ động, truyền momen xoắn từ động

cơ qua hộp số xuống cầu chủ động đến bánh xe chủ động Để bảo đảm làm việc bình thường, trước hết, số vòng quay làm việc lớn nhất của trục các đăng phải nhỏ hơn số vòng quay nguy hiểm Như đã nói ở trên, số vòng quay nguy hiểm phụ thuộc vào kích thước, kết cấu của trục, tính chất của điểm tựa, ; từ đây ta có thể có được mối liên hệ giữa kích thước trục các đăng với số vòng quay nguy hiểm Qua phân tích các yêu cầu về bố trí chung của ô tô, về mối quan hệ giữa các cụm tổng thành động cơ, ly hợp, hộp số, cầu chủ động, một vài thông số, kích thước cơ bản của các đăng có thể được chọn trước; các thông số, kích thước còn lại sẽ được tính toán xác định theo số vòng quay nguy hiểm Thông thường ta có 2 trường hợp tính toán:

-Trường hợp 1: biết cách bố trí truyền động các đăng, chiều dài đoạn trục

các đăng, tính toán số vòng quay nguy hiểm trục các đăng, tính toán xác định kích thước tiết diện ngang trục các đăng

-Trường hợp 2: biết cách bố trí truyền động các đăng, kích thước tiết diện

ngang trục các đăng, tính toán số vòng quay nguy hiểm trục các đăng, tính toán xác định chiều dài đoạn trục các đăng, số đoạn trục

1 Mối quan hệ giữa số vòng quay nguy hiểm, kích thước trục các đăng:

Khi chế tạo trục các đăng, do sai số gia công, lắp ráp và việc cân bằng thiếu chính xác nên khối lượng của trục không đều và trọng tâm của nó bị lệch một đoạn (ký hiệu là e) so với đường tâm của trục Do đó, khi trục quay, trên trục sẽ xuất hiện lực ly tâm tác dụng lên trục, làm trục bị võng một đoạn y (hình ) Trục quay nên

4

cũng phát sinh dao động ngang của trục Khi số vòng quay trục đạt một giá trị nào

đó thì dao động này có thể cộng hưởng với tần số riêng của hệ thống Khi xảy ra cộng hưởng thì động võng tăng rất lớn y  , trục sẽ bị gãy Giá trị số vòng quay của trục khi xảy ra cộng hưởng được gọi là số vòng quay nguy hiểm

Hình 1: Sơ đồ trục khi bị võng

Gọi FJ là lực quán tính ly tâm, ta có:

FJ = m(y+e)2 Với:

m - khối lượng trục các đăng

 - vận tốc góc trục các đăng Lực lực quán tính ly tâm FJ sẽ cân bằng với lực đàn hồi (lực hồi phục) của trục Fđ Lực đàn hồi tỉ lệ với độ võng y

Fđ = cy 3

l

J.E Trong đó:

E – mô đuyn đàn hồi khi kéo

L - chiều dài trục các đăng

J - momen quán tính tiết diện ngang trục

C – hệ số phụ thuộc tính chất tải trong và loại điểm tựa:

Đối với trục có tải trọng phân bố đều trên suốt chiều dài và có thể biến dạng

tự do trong các điểm tựa thì c = 384/5

Đối với trục không thể biến dạng tự do trong các điểm tựa thì c = 384

Từ điều kiện cân bằng hệ lực, suy ra:

FJ = Fđ  m(y+e)2

= cy 3

l

J.E

Do đó:

y =

2 3

2ml

EJ.c

em

E thì y  , nghĩa là xảy ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó vận tốc góc của trục đạt giá trị nguy hiểm t , số vòng quay tương ứng là số vòng quay nguy hiểm nt :

Khi chọn kích thước của trục các đăng cần tính đến hệ số dự trữ theo số vòng quay nguy hiểm Kdư trữ

Bảng 1 : Công thức tính số vòng quay nguy hiểm n t

TT Loại điểm tựa Trục đặc  D Trục rỗng D và d

1 Đặt tự do trong các điểm tựa 12.104 2

l

D

12.104 2

2 2

6

2.1 Trường hợp 1: cho biết xe ô tô với các yêu cầu chuyển động đã xác định,

cụm của hệ thống động lực đã biết; cần xác định tiết diện ngang của trục các đăng theo số vòng quay nguy hiểm

Các bước thực hiện tính toán:

Theo các yêu cầu chuyển động, dựa vào các cụm đã biết của hệ thống động

lực của xe, xác định số vòng quay cực đại của trục các đăng n max

Tính số vòng quay nguy hiểm của trục các đăng n t dựa vào hệ số dự trữ theo

số vòng quay nguy hiểm K dư trữ (kết quả tính toán là một giá trị số vòng quay cụ

thể)

n t = K dư trữ nmax

Phân tích các yêu cầu động học, động lực học truyền động các đăng của ô tô cần tính toán, xác định được đặc điểm, tính chất điểm tựa 2 đầu đoạn trục các đăng cần tính toán Dựa vào bảng 1 chọn được công thức thể hiện mối quan hệ giữa các kích thước trục các đăng với số vòng quay nguy hiểm của trục các đăng

- Nếu đoạn trục các đăng đặt tự do trong các điểm tựa (trục có thể biến dạng giữa các điểm tựa), tiết diện ngang các đăng có dạng hình vành khăn

n t = 12.10 4 2

2 2

l

d

D 

Từ đó tính được kích thước tiết diện ngang đoạn trục D và d khi biết số vòng

quay nguy hiểm của trục các đăng n t, chiều dài đoạn trục l, bề dày của tiết diện

ngang  = (D - d)/2

2.2 Trường hợp 2: cho biết xe ô tô với các yêu cầu ch uyển động đã xác

định, cụm của hệ thống động lực đã biết; cần xác định chiều dài của đoạn trục các đăng theo số vòng quay nguy hiểm

Các bước thực hiện tính toán: tương tự như ở trường hợp 1

Theo các yêu cầu chuyển động, dựa vào các cụm đã biết của hệ thống động

lực của xe, xác định số vòng quay cực đại của trục các đăng n max

Tính số vòng quay nguy hiểm của trục các đăng n t dựa vào hệ số dự trữ theo

số vòng quay nguy hiểm K dư trữ (kết quả tính toán là một giá trị số vòng quay cụ

thể)

n t = K dư trữ nmax

Phân tích các yêu cầu động học, động lực học truyền động các đăng của ô tô cần tính toán, xác định được đặc điểm, tính chất điểm tựa 2 đầu đoạn trục các đăng cần tính toán Dựa vào bảng 1 chọn được công thức thể hiện mối quan hệ giữa các kích thước trục các đăng với số vòng quay nguy hiểm của trục các đăng

- Nếu đoạn trục các đăng đặt tự do trong các điểm tựa (trục có thể biến dạng giữa các điểm tựa), tiết diện ngang các đăng có dạng hình vành khăn

n t = 12.10 4 2

2 2

l

d

D 

Từ đó tính được chiều dài đoạn trục khi biết số vòng quay nguy hiểm của trục

các đăng n t, kích thước tiết diện ngang đoạn trục D và d

3 XÂY DỰNG CÁC LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH

Để giúp cho học viên, sinh viên có thể nâng cao khả năng lập luận, chọn phương

án cho các trường hợp tính toán cũng như hiểu rõ hơn ảnh hưởng qua lại của các thông số kích thước của ly hợp , chương trình sẽ không có phần phân tích kết quả tính toán, so sánh với giá trị cho phép, bình luận mà dành phần này cho thảo luận nhóm hay thảo luận trên lớp

8

3.1 Lưu đồ giải thuật chương trình tính cho trường hợp 1

Bắt đầu

Kết thúc

- Tính số vòng quay cực đại các đăng nmax

- Tính đường kính D , d của tiết diện ngang các đăng

Xuất kết quả

Nhập:

- Số vòng quay cực đại của động cơ nemax

- Tỉ số truyền tay số cuối cùng hộp số ihn

- Hệ số dự trữ Kdựtru

- Chiều dài đoạn trục các đăng l (m)

- Bề dày tiết diện ngang các đăng (m)

3.2 Lưu đồ giải thuật chương trình tính cho trường hợp 2

Bắt đầu

Kết thúc

- Tính số vòng quay cực đại các đăng nmax

- Tính chiều dài đoạn trục các đăng l

Xuất kết quả

Nhập:

- Số vòng quay cực đại của động cơ nemax

- Tỉ số truyền tay số cuối cùng hộp số ihn

- Hệ số dự trữ Kdựtru

- Đường kính tiết diện ngang trục các đăng D, d

10

II VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

Chương trình được viết dựa trên phần mềm Matlab Đây là một một phần mềm mạnh, được sử dụng rộng rãi trong tính toán kỹ thuật

Dựa vào lưu đồ giải thuật, tiến hành viết chương trình c Mặt khác, để thuận tiện cho sử dụng, giao diện chương trình cần có một số yêu cầu cụ thể

Yêu cầu của giao diện chương trình:

- Giao diện phải thân thiện người dùng, dễ sử dụng

- Trên giao diện có các vùng nhập thông số đầu vào: loại xe, hệ

số dự trữ ly hợp, hệ số kinh nghiệm, số đĩa ma sát, vật liệu ma sát…Giao diện cũng chứa các nút lệnh và vùng xuất ra các kết quả tính toán trung gian (nếu cần thiết), kết quả tính toán cuối cùng

- Các lệnh được chuẩn bị sẵn bởi các nút lệnh, người dùng chỉ cần nhấp vào, lệnh sẽ được thực thi

Khi sử dụng chương trình, người dùng cần nhập các thông số đầu vào trong quá trình nhập có thể chỉnh sửa giá trị của các thông số này Kết thúc quá trình nhập, người dùng cần có thao tác xác nhận giá trị nhập, sau đó nhấn vào nút lệnh yêu cầu thực thi tính toán chương trình ngay lập tức được thực thi

THIẾT KẾ GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH

Trước hết, chạy chương trình Matlab, gõ vào dòng nhắc >> guide, sau đó nhấn Enter, chọn Blank GUI, chọn OK

12

Tương tự ta cũng thiết lập được các giao diện cho các chương trình con cho từng trường hợp tính toán và liên kết với chương trình chính nhờ các hàm Callback trong lập trình GUI

Ta tạo các nút lệnh Xác nhận giá trị để load giá tri các thông số đầu vào vào chương trinh, sau đó tạo nút lệnh RUN để chạy chương trình

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC:

Chương trình đáp ứng tất cả các yêu cầu đặt ra về khả năng tính toán; giao diện chương trình được thiết kế đáp ứng các yêu cầu đặt ra

Hình 2: Hình nền chương trình

14

Hình 3: Giao diện chương trình chính

Hình 4: Trường hợp tính toán thứ 1

Hình 5: Trường hợp tính toán thứ 2

16

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Đề tài đã hoàn thành, giải quyết được các nhiệm vụ và các mục tiêu đặt ra ban đầu

Với lưu đồ giải thuật đã được xây dụng, việc tính toán các kích thước của

trục các đăng có thể thực hiện với công cụ tin học khác nhau: Visual Basic, C, C++,

… Trong đế tài này, bài toán được giải quyết với Matlab nhằm giúp người dùng - chủ yếu là học viên, sinh viên - quen dần với công cụ tính toán kỹ thuât mạnh mẽ này

Chương trình được chạy thử, thực hiện các bài toán có đối chiếu với kết quả tính bằng tay (thực hiện trong các tính toán trước đây) cho thấy sự ổn định và tin cậy

“Chương trình tính toán trục các đăng ô tô” có thể xem là một công cụ tốt giúp hỗ trợ sinh viên trong học tâp, làm việc

Do hạn chế về thời gian, kinh phí nên đề tài chỉ tập trung thực hiện chương trình máy tinh xác định kích thước của trục các đăng theo số vòng quay nguy hiểm Các nội dung tính toán khác cần được tiến hành trong các nghiên cứu kế tiếp