ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
--------

BÁO CÁO THỰC HÀNH
Mơn học: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ
VÀ MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ

GVHD: Võ Tấn Châu
Nhóm thực hiện: Nhóm 5
Lớp học phần: DHOT16E

TP.HCM, tháng 10 năm 2023


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO THỰC HÀNH

Mơn học: Ứng Dụng Máy Tính Trong Thiết Kế Và Mơ Phỏng
Động Cơ

Lớp học phần: DHOT16E
Nhóm thực hiện : Nhóm 5
STT

Họ và tên

MSSV

Vai trị

1

Lê Văn Hượng

20081681

Nhóm trưởng

2

Kiều Quang Dũng

20079931

Thư ký

3

Nguyễn Sỹ Tiến

4

Vũ Thế Nam

Thành viên
20117101

TP.HCM, tháng 10 năm 2023

Thành viên


Bảng phân cơng nhiệm vụ các thành viên trong nhóm
STT
1

Họ và tên
Lê Văn Hượng

Phân chia nhiệm cơng việc
Dựng hình 3D piston, xuất bản vẽ piston, mô tả piston,
mô phỏng bền máy tính piston
Tính bền chốt, thân piston
Làm bảng giả thuyết tính bền piston
Tổng hợp viết báo cáo

2

Kiều Quang Dũng

Lấy kích thước thơng số piston
Tính bền đỉnh, đầu piston
So sánh kết quả mô phỏng với lý thuyết
Đưa ra giải pháp
Tổng hợp chỉnh sửa báo cáo

3

Nguyễn Sỹ Tiến

Lấy kích thước thơng số thanh truyền, trục khuỷu
Dựng hình, mơ tả, xuất bản vẽ thanh trục khuỷu
Tính bền thân thanh truyền
Đưa ra kết luận

4

Vũ Thế Nam

Dựng hình 3D thanh truyền, mơ tả, xuất bản vẽ, mơ
phỏng bền máy tính thanh truyền
Tính bền đầu to thanh truyền, đầu nhỏ thanh truyền
Xuất bản vẽ lắp

Bảng đánh giá chéo kết quả
Họ và tên

Lê Văn
Hượng

Kiều Quang
Dũng

Nguyễn Sỹ
Tiến

Vũ Thế Nam

Người chấm
Lê Văn Hượng

X

95%

50%

90%

Kiều Quang Dũng

90

X

90

90

Nguyễn Sỹ Tiến

90

90

X

90

Vũ Thế Nam

90

90

90

X


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Mục lục
I Mở đầu ..................................................................................................................... 1
II Thiết kế 3D các cụm chi tiết ................................................................................... 1
2.1 Các bước cơ bản và quy trình thiết kế lại piston – thanh truyền .................................. 1
2.1.1 Thiết kế ngược .......................................................................................................... 1
2.1.2 Các bước thiết kế lại piston thanh truyền ................................................................ 2
2.2 Quy trình thiết kế và bản vẽ chi tiết ............................................................................. 3
2.2.1 Piston ........................................................................................................................ 3
2.2.2 Thanh truyền ............................................................................................................. 9
2.2.3 Trục khuỷu.............................................................................................................. 13
2.2.4 Quy trình lắp và bản vẽ phân rã ............................................................................. 16

III Tính tốn bền piston và các cụm thanh truyền ................................................... 19
3.1 Chọn các thơng số tính tồn nhiệt............................................................................... 20
3.2 Tính tốn nhiệt [1] ...................................................................................................... 21
a. Q trình nạp : ............................................................................................................. 21
b. Quá trình nén : .............................................................................................................. 22
c. Quá trình cháy : ............................................................................................................. 23
3.3 Thông số kết cấu của động cơ .................................................................................... 25
3.4 Tính bền lý thuyết [2] ................................................................................................. 25
3.4.1 Tính tốn piston ...................................................................................................... 25
3.4.2 Chốt piston.............................................................................................................. 28
3.4.3 Tính bền thanh truyền............................................................................................. 31

VI Thực hiện mô phỏng bền các chi tiết trên máy tính............................................ 40
4.1 Quy trình mơ phỏng [3] [4] [5] ................................................................................... 40
4.1.1 Piston ...................................................................................................................... 40
4.1.2 Mô phỏng chốt piston ............................................................................................. 45
4.1.3 Thanh truyền ........................................................................................................... 46
4.2 Kết quả ........................................................................................................................ 49
4.2.1 Phân tích kết quả mơ phỏng và đưa ra giải pháp.................................................... 49
3.3. So sánh kết quả tính bền máy tính với tính bền lý thuyết.......................................... 54

V Kết luận ................................................................................................................ 54
Tài Liệu Tham Khảo ................................................................................................ 56

GVHD: Võ Tấn Châu

i


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Danh mục hình ảnh
Hình 1 Sơ đồ thiết kế ngược ........................................................................................................... 3
Hình 2 Thơng số kích thước piston .............................................................................................. 19
Hình 3 Sơ đồ đỉnh piston .............................................................................................................. 25
Hình 4 Sơ đồ kích thước chốt piston ............................................................................................ 28
Hình 5 Sơ đồ kích thước đầu nhỏ thanh truyền ............................................................................ 31
Hình 6 Sơ đồ tính tốn đầu nhỏ thanh truyền ............................................................................... 32
Hình 7 Sơ đồ tính tốn đầu nhỏ đồ thị thực nghiệm và ứng suất trên các bề mặt đầu nhỏ khi chịu
chịu nén ......................................................................................................................................... 35
Hình 8 Mơ phỏng stress đầu piston .............................................................................................. 49
Hình 9 Mơ phỏng chuyển vị đầu piston ....................................................................................... 50
Hình 10 Mơ phỏng stress thân piston ........................................................................................... 50
Hình 11 Mơ phỏng Stress chốt piston .......................................................................................... 51
Hình 12 Mơ phỏng chuyển vị chốt piston .................................................................................... 51
Hình 13 Mơ phỏng Stress đầu to thanh truyền ............................................................................. 52
Hình 14 Mơ phỏng chuyển vị đầu to thanh truyền ....................................................................... 52
Hình 15 Mơ phỏng stress đầu nhỏ thanh truyền ........................................................................... 53
Hình 16 Mô phỏng chuyển vị đầu nhỏ thanh truyền .................................................................... 53

GVHD: Võ Tấn Châu

ii


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Danh mục bảng biểu

Bảng 1 Bảng thống số kích thước piston ............................................................................ 19
Bảng 2 Bảng trị số ứng suất cho phép đối với chốt piston ................................................ 30
Bảng 3 Bảng thơng số kích thước đầu nhỏ thanh truyền ................................................... 32

GVHD: Võ Tấn Châu

iii


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

I Mở đầu
Giới thiệu về ứng dụng máy tính trong thiết kế và mơ phỏng động cơ: Cơng việc ứng
dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động cơ cho phép các kỹ sư thiết kế và xem
xét hầu như bất kỳ phương án nào mà khơng cần tốn chi phí lớn để chế tạo các chi tiết
của động cơ. Thử nghiệm các thiết kế hoặc ý tưởng mới dựa vào mô phỏng trên máy tính
để loại bỏ các vấn đề trước khi bắt đầu sản xuất. Dù cho các chi tiết phức tạp của động
cơ cũng được dễ dàng mô phỏng.

II Thiết kế 3D các cụm chi tiết
2.1 Các bước cơ bản và quy trình
thiết kế lại piston – thanh truyền
2.1.1 Thiết kế ngược
Thuật ngữ "Reverse engineering
method” còn gọi là thiết kế ngược.

Khác với thiết kế thuận,thiết kế ngược
là quy trình thiết kế lại một vật mẫu
hoặc một mơ hình có sẵn thơng qua
q trình số hóa bề mặt vật mẫu bằng
các thiết bị đo tọa độ. Từ đó tiến hành
thiết kế một mơ hình mới dựa trên các
dữ liệu số hóa bằng phần mềm thiết
kế ngược. Sử dụng thiết bị scan 3D
(quét 3D) để chụp lại các biên dạng 3
chiều, sao chép lại các layer, đưa dữ
liệu sang các phần mềm (Geomagic
designX, Cimatron, Solidworks,
ProE, Catia... ) để tiến hành thiết kế.
Các phần mềm này cũng cho phép
người dùng thay đổi kích thước và
kiểu dáng theo ý muốn.

GVHD: Võ Tấn Châu

1


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Quy trình thiết kế ngược: Sản phẩm thực → Scan 3D (Số hóa) → Xử lý dữ liệu
số hóa → Tối ưu bản vẽ thiết kế → Chế thử, mơ phỏng mơ hình thiết kế → Kiểm
tra → Sản xuất đại trà.
Ý nghĩa: Thiết kế ngược giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu, tái xây dựng các

sản phẩm đã khơng cịn được sản xuất nữa, cho phép sao chép nhanh và chính
xác mẫu thiết kế có độ phức tạp hình học cao, hoặc mẫu dạng bề mặt tự do
(khơng xác định được quy luật tạo hình). Nhờ đó có thể sao chép, sản xuất lại
sản phẩm, kiểm tra chất chất lượng sản phẩm hoặc điều chỉnh mơ hình thiết kế
để cho ra sản phẩm cải tiến hơn mà không cần bản vẽ thiết kế. Tuy nhiên, thiết
kế ngược không xác định được thông số thiết kế.
2.1.2 Các bước thiết kế lại piston thanh truyền
Theo yêu cầu đề bài, piston và thanh truyền cần phải thay đổi vật liệu chế tạo (hợp
kim nhôm). Để đánh giá hoạt động của 2 chi tiết này trên khía cạnh độ bền tĩnh, ta
cần dùng phương pháp thiết kế ngược đã được trình bày ở trên hoặc sử dụng cơng cụ
đo, thu thập kích thước. Từ đó, tạo mơ hình 3D và đưa vào các phần mềm để mô
phỏng. Công việc mô phỏng được thực hiện dựa vào việc cố định điều kiện biên (điều
kiện làm việc của piston và thanh truyền) nhưng thay đổi tuần tự vật liệu chế tạo thuộc
hợp kim nhôm đến khi nào đảm bảo được điều kiện làm việc của piston và thanh
truyền thì kết thúc công việc mô phỏng. Tiếp đến chế tạo mẫu, thử nghiệm nếu đạt thì
chế tạo hàng loạt, nếu khơng đạt thì thiết kế và tính tốn lại. Dưới đây là sơ đồ hóa
các bước cơ bản để thiết kế lại piston và thanh truyền.

GVHD: Võ Tấn Châu

2


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Hình 1 Sơ đồ thiết kế ngược

2.2 Quy trình thiết kế và bản vẽ chi tiết

2.2.1 Piston
Quy trình dựng hình 3D trong Solidworks

Bước Lệnh
Mơ tả
1
Chọn mơi trường làm
việc trong solidworks > Chọn Part -> OK

GVHD: Võ Tấn Châu

3


Báo cáo thực hành

2

3

4

Nhóm 5

Sau khi đã vào mơi
trường làm việc 3D,
nhấn chọn Sketch trên
thanh cơng cụ, dựa vào
hình mẫu chọn mặt
phẳng Right Plane

tương ứng.
Sketch + Line + Smart Tạo mơi trường 2D, vẽ biên dạng Piston, ràng
Dimension
buộc kích thước như hình

Features + Revolved
Boss/Base

GVHD: Võ Tấn Châu

Tạo khối 3D cho hình

4


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Để tạo ra phần rỗng bên

5
Sketch + Circle +
Smart Dimension +
Extrued cut

trong piston
6

Vào Reference

Geometry chọn Plane
+ Sketch + Circle +
Smart Dimension

GVHD: Võ Tấn Châu

Tạo mặt phẳng phụ cách thành piston 1 khoảng
17mm, vẽ và ràng buộc kích thước như hình.

5


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

7

Extrude

Để tạo khối chốt piston

8

Vào Reference
Geometry chọn Plane

Tạo mặt phẳng phụ để mirror khối chốt piston

9

Vào Linear pattern
chọn Mirror

GVHD: Võ Tấn Châu

Để tạo khối chốt piston
còn lại

6


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

10

Vào Reference
Geometry chọn Plane

Tạo mặt phẳng phụ để vẽ lỗ chốt piston

11

Sketch + Circle +
Smart Dimension +
Cut Extrude

Vẽ và ràng buộc kích thước như hình sau đó

dùng lệnh Cut Extrude để tạo lỗ như hình

12

Vào Reference
Geometry chọn Plane

Tạo mặt phẳng phụ làm việc

13

Sketch + Line + Circle
+ Smart Dimension +
Cut Extrude

Vẽ và ràng buộc kích thước như hình sau đó
dùng lệnh Cut Extrude -> through all

GVHD: Võ Tấn Châu

7


Báo cáo thực hành

14

Nhóm 5

Sau khi hồn thành

GVHD: Võ Tấn Châu

8


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

2.2.2 Thanh truyền
Bước

Lệnh

1

Part+To
p

2

Sketch

3

4

Mơ tả
Chọn mơi trường làm việc

(Part)
Chọn mặt phẳng Top
Dùng Sketch để phác thảo
2D

Line +
Cricle

Dùng Line vẽ đường thẳng
cao và vẽ mỗi đầu đoạn
thẳng 2 hình trịn, Dùng Line
vẽ đường kính của hình to.

Trim

Cắt 1 nửa hình trịn có lớn,
để lại đường thẳng nối giữa
2 đường tròn.

GVHD: Võ Tấn Châu

Thực tế

9


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

5

Line +
Mirro

Vẽ 1 đường thẳng chéo nối 2
đường trịn lớn. Sau đó
mirro đường thẳng qua
đường nối tâm. Chỉnh góc
giữ 2 đường thẳng là 7 độ

6

Extrude
d Boss/
Base

Dùng Extruded tạo 3D cho
thanh truyền

Sketch

Dùng Sketch để phác thảo
2D và chọn điểm ở chính
giữa ở thân piston để vẽ

7

GVHD: Võ Tấn Châu

10


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

8

Offset
Entities
+ Trim

Offset 4 đường ở thân thanh
truyền, sau đó dùng trim xố
những đoạn thừa

9

Extrude
d cut +
Mirro

Dùng Extruded cắt 4 đường
vừa vẽ và mirro đoạn vừa
cắt qua mặt đối diện

GVHD: Võ Tấn Châu

11

Báo cáo thực hành

Nhóm 5

10

Sketch

Dùng Sketch để phác thảo
2D, tạo mặt phẳng cách tâm
đường đường tròn lớn dưới

11

Straight
slot

ở trên mặt phẳng vừa tạo vẽ
từ tâm kéo dài sang ngang.

12

Extrude
d Boss/
Base

Tạo khối cho hình vừa vẽ,
kéo xuống

13

Extrude
d cut

Cắt bỏ khối trịn nhỏ

Cricle

Vẽ 2 hình trịn trên mặt
phẳng vừa chọn và trùng với
tâm 2 cung tròn ở bên.

14

GVHD: Võ Tấn Châu

12


Báo cáo thực hành

15

16

Nhóm 5

Extrude

d cut

Dùng Extruded cut tạo lỗ
cho 2 hình trịn vừa vẽ

Fillet

Bo trịn 4 cạnh nối giữa thân
thanh truyền với 2 đầu 1 góc
17 độ

2.2.3 Trục khuỷu
Bước

Lệnh

Mơ tả

1

Part+Top

Chọn môi trường làm việc
(Part)
Chọn mặt phẳng Top

2

Sketch

Dùng Sketch để phác thảo
2D

3

Line+ Circle
+ Mirror

Tiến hành tạo phát thảo
biên dạng theo hình vẽ

GVHD: Võ Tấn Châu

Thực tế

13


Báo cáo thực hành

Nhóm 5

Circle +
Extruded

Đùn ra theo hình vẽ

Sketch +
Circle +
Extruded

Chọn mặt phẳng ở bước 4
,vẽ 2 hình trịn sau đó dùng
extruded đùn lên như hình
vẽ làm tương tự mặt cịn lại
ở phía dưới

6

Plane +Mirror
(2 lần )

Tao mặt phẳng mới nằm
giữa khối vừa tạo ở bước 5
sau đó dùng mirror lấy đối
xứng toàn bộ khối vừa tạo
ở bước 5. Làm tương tự 1
lần nữa

7

Body-move

Xoay khối vừa tạo với 1
góc 120 độ

4

5

GVHD: Võ Tấn Châu

14