ứng dụng soildwwork trong thiết kế xe lăn

Lời nói đầu
Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển, mọi ngời
sống và làm việc trong một môi trờng hoà bình. Nhng để có đợc điều đó
đất nớc ta đã phải trải qua những năm tháng chiến tranh vô cùng khó khăn
gian khổ mà cũng vô cùng oanh liệt. Chiến tranh đã đi qua mấy chục năm
rồi nhng d âm và hậu quả của nó thì không thể kể xiết đợc. Hiện nay nó
vẫn còn đeo đuổi các bác, các chú và con cháu của họ làm cho họ mất đi
khả năng lao động của đôi chân. Bên cạnh đó còn do hậu quả của tai nạn
lao động, tai nạn giao thông và sự già hoá của một bộ phận dân số khiến
họ không thể tự mình đi lại đợc.
Để đáp ứng nhu cầu này, từ nhiều thập niên qua, con ngời đã
nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra xe lăn. Đây là một loại phơng tiện thuận
lợi trợ giúp cho ngời khuyết tật có thể tự mình di chuyển một cách dễ
dàng.
Theo thời gian cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ
những chiếc xe lăn ngày càng trở lên phong phú và tiện ích hơn cho ngời
sử dụng. Trớc đây xe lăn chỉ đơn thuần là những loại thô sơ, chủ yếu dùng
sức của đôi tay để di chuyển nh: xe lăn tay khung cứng, sau đó để thuận
tiện cho việc vận chuyển nhẹ nhàng đỡ cồng kềnh ngời ta đã cho ra đời xe
khung gấp. Rồi xe lăn có thể tự điều chỉnh t thế nằm ngồi, xe có ghế vệ
sinh và ngày nay nó đã trở lên thuận tiện hơn với xe gắn động cơ giúp ng-
ời dùng không cần nhiều đến sức mạnh của đôi tay trong việc di chuyển
nữa. Trên thế giới đã và đang thiết kế ra các loại xe có khả năng lên xuống
cầu thang, nâng hạ độ cao của xe
Trớc 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 nh sau:
Thể hiện bằng 1 mô hình ba chiều phác hoạ trên giấy, vẽ các bản vẽ
kĩ thuật với một số thông số ban đầu (thiết kế sơ bộ).
Tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kĩ thuật ( 2D ), bổ sung hiệu
chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạmTóm lại đây là 1 quy trình
đòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn naị của nhà thiết kế vì các

bản vẽ luôn luôn sửa đổi, bổ sung, hiệu chỉnh khi muốn hiệu chỉnh lại
một vài kích thớc có khi phải sửa lại cả bản vẽ nh vậy sẽ mất rất nhiều
công sức thời gian .
Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
Cơ cấu có thể sẽ không hoạt động hay không đạt đợc các chỉ tiêu
động học đề ra, thậm chí có kết cấu có thể làm việc trong miền cộng hởng
của nó.khi đó quy trình thiết kế sẽ phải tiến hành lại từ đầu và có thể
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 học
công nghệ và trong lĩnh vực thiết kế CAD đã trở thành 1 công cụ đắc lực.
Nh 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 của
nhân loại cho đến hết thế kỷ XX. Tuy nhiên, nó vẫn có nhợc điểm là ngời
đọc muốn hiểu nó cần đợc học bài bản, vì nó có nhiều bề mặt phức tạp rất
khó thể hiện khiến ngời đọc khó hình dung Trớc đây, ngời ta cũng đã
ứng dụng phơng pháp vẽ hình chiếu trục đo, nhng khá phức tạp và hiệu
quả truyền đạt không quá cao. Ngày nay, khi mà máy tính PC đã là phơng
tiện thân thuộc trên toàn cầu, các công ty phần mềm đã lần lợt tung ra thị
trờng các phần mềm vẽ 3D ngày càng thông minh nh Solidworks,
Inventor tạo ra không gian ảo nh thực giúp ngời thiết kế đẩy nhanh tiến
độ gấp nhiều lần và có thể cắt bỏ nhiều công đoạn từ thiết kế đến chế tạo.
Vì thời gian không nhiều và kiến thức có hạn, chúng em chỉ kịp tìm
hiểu, ứng dụng phần mềm SolidWorks. Nó là một trong các phần thiết kế
uy tín nhất trên thế giới cho phép ngời sử dụng xây dựng mô hình 3D có
các chi tiết, lắp ghép chúng thành các sản phẩm hoàn chỉnh, kiểm tra
động học, cung cấp thông tin về vật liệuHơn 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 trờng của nó. SolidWorks cũng kết xuất ra
các file dữ liệu định dạng chuẩn để ngời sử dụng có thể khai thác mô hình
trong môi trờng các phần mềm phân tích khác.Ví dụ các phần mềm phân
tích ANSY, MSCcó thể kiểm tra mô hình về phơng tiện ứng suất, biến
dạng, nhiệt: xác định tần số dao động riêng, mô phỏng tơng tác của các
dòng chảy khí với mô hìnhCác phần mềm COSMOS, ADAMScó thể
kiểm tra các thông số động học hay động lực học của mô hình các phần
mềm Z-Casting, Pro-Castingcó thể mô phỏng quá trình đúc sản phẩm.
Chính vì thế giảm đợc sự tốn kém và bất cập trong chế tạo hàng mẫu.
Cách đây vài tháng chúng em cũng đã đợc biết đến phần mềm Inventor là
một tiện ích khá u việt dựa trên Cad(2D) nó có khả năng liên thông, giao
lu giữa CAD và 3D tốt hơn so với Solidworks, tuy về mặt triết lý là nh
nhau nhng do Invetor là một phần mềm đợc thừa hởng hợp pháp sức mạnh
của AutoCAD và ra sau Solidworks nên nó có nhiều tính năng u việt hơn
trong lĩnh vực cơ khí nói chung và trong lĩnh vực 3D hoá nói riêng. Tuy

2

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
nhiên do trong quá trình thực tập chúng em đợc tiếp súc với Solidworks tr-
ớc nên sử dụng Solidworks thành thạo hơn vì thế trong đồ án của chúng
em trình bày và tính toán bằng các bản vẽ Solidworks.
Hiện nay đất nớc ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá và
hiện đại hoá.Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từng b-
ớc đổi mới và cải tiến công nghệ với mong muốn cho ra đời những chiếc
xe ngày càng hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật, nhỏ gọn về mặt kích thớc, mẫu

mã phong phú, giá thành hợp lý và có nhiều chức năng tạo điều kiện cho
những ngời khuyết tật sống hoà đồng trong xã hội.
Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vụ chung của mọi ngời và cũng là
nhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng- những chủ nhân tơng lai
của đất nớc phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội: tất cả mọi
ngời đều đợc sống và cống hiến. Trớc những yêu cầu và nhận thức này
chúng em đợc giao nhiệm vụ thiết kế và từng bớc chế tạo thử xe lăn đa
dụng, thông minh dựa trên phần mềm Solidworks.
Hiện nay đất nớc ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá và
hiện đại hoá. Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từng b-
ớc đổi mới và cải tiến công nghệ với mong muốn cho ra đời những chiếc
xe ngày càng hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật, nhỏ gọn về mặt kích thớc, mẫu
mã phong phú, giá thành hợp lý và có nhiều chức năngtạo điều kiện cho
những ngời khuyết tật sống hoà đồng trong xã hội.
Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vụ chung của mọi ngời và cũng là
nhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng- những chủ nhân tơng lai
của đất nớc phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội: tất cả mọi
ngời đều đợc sống và cống hiến. Trớc những yêu cầu và nhận thức này
chúng em đợc giao nhiệm vụ khảo sát và thiết kế xe lăn.
Đây là đồ án đầu tiên mang tính chất quyết định, song do trình độ
của bản thân còn hạn chế nên chúng em không thể nào tránh khỏi những
sai sót rất mong đợc 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 tận
tình của thầy Nguyễn Hoa Đăng và chú Thái tại Trung Tâm Kỹ Thuật
Chỉnh Hình.
Qua đây chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy
cùng các cô chú đã giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.

3

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
Phần I: Khảo sát thị trờng xe lăn
I . Các kiểu xe lăn
Khi tiến hành tính toán thiết kế một sản phẩm mới thì thông thờng ngời ta
tiến hành khảo sát các sản phẩm tơng tự nhằm tận dụng các u điểm của
các sản phẩm đó, rút ngắn thời gian nghiên cứu tính toán thiết kế. ở đây
để thiết kế một xe lăn mới, trớc hết chúng em tiến hành khảo sát một số
xe lăn cùng loại của các nhà sản xuất nh Trung Quốc, Mỹ và các nhà sản
xuất nội địa Sau đây là bảng thông số kỹ thuật của một số xe lăn mà
chúng em thu hoạch đợc trong quá trình thực tập và tìm hiểu thị trờng cũ.
Kiểu dáng
Chiều
rộng
ghế(mm)
Chiều
dài
ghế(mm)
Trọng l-
ợng xe
(lbs)
Tải
trọng
cho phép
(lbs )
Giá bán
457 406 38 300 $289.00

457 406 40 250 $259.00

4

§å ¸n tèt nghiÖp
ø
ng dông Soildworks trong
thiÕt kÕ xe l¨n
457 406 40 250
$169.00
457 406 35.5 250 $ 289.00
457 406 40 250 $429.00
457 406
25
300 $329.00
457 406 31.5 250 $349.00
457 406 31 250 $439.00

5

§å ¸n tèt nghiÖp
ø
ng dông Soildworks trong
thiÕt kÕ xe l¨n
406,
457
406
29
220
$429.00

508
457
32
275 $589.00
457 406 34 220 $499.00
457 406
31
250
$329.00
305, 356,
406
356 25 - 27 220 $599.00
559 457 48 350
$399.00
610 457 49 400 $459.00

6

§å ¸n tèt nghiÖp
ø
ng dông Soildworks trong
thiÕt kÕ xe l¨n
508 457 47 300 $349.00
559- 610 457 52 - 54
450 –
500
$959.00
559 - 610 457 50 – 52 450 - 500 $1029.00
559 - 610 508
52 - 54

450 - 500 $1069.00
559 - 610 508 50 – 52 450 - 500 $1099.00
559- 610 483 56 – 58
370 –
400
$1599.00
356 356 37 200 $399.00
305- 406 356 25 - 27 220 $599.00

7

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
305- 406 381 39 - 41 220 $1079.00
II. Phân loại xe và đối tợng sử dụng:
Qua quá trình khảo sát và dựa vào những tính năng của các loại xe
và do đặc thù của ngời sử dụng, tính năng và các đoạn đờng mà ngời đó di
chuyển mà xe lăn đợc chia làm nhiều loại khác nhau, mỗi loại đợc thiết kế
theo các chuẩn mực hay mục đích khác nhau sao cho thuận tiện nhất với
đối tợng sử dụng do đó ta có các cách phân loại xe nh sau:
1. Phân loại dựa theo khả năng của ngời sử dụng:
- Xe dành cho ngời có khả năng sử dụng đôi tay.
- Xe dành cho ngời bại não hay mất cả khả năng sử dung đôi tay.
2. Phân loại theo khoảng cách mà ngời đó di chuyển:
- Xe dùng cho đoạn đờng ngắn, nhỏ (di chuyển trong nhà, di
dạo ).
- Xe dùng đi đờng trờng, tốc độ di chuyển cao hơn ( tơng đơng
với xe đạp ).

3. Phân loại theo kiểu thiết kế :
- Xe lắp ráp ( các chi tiết đợc lắp rắp lại với nhau).
- Xe cố định ( các chi tiết đợc gắn cứng với nhau ).
4.Phân loại dựa theo mức độ hiện đại của các loại xe
- Xe thô sơ
- Xe điện
5.Phân loại theo cơ cấu điều khiển :
- Xe lắc
- Xe lăn
- Xe điện
Hiện nay trên thị trờng có khá nhiều loại xe của nhiều nhà sản xuất
khác nhau: trong nớc, nớc ngoài. Do đó mà giá thành, kiểu dáng, chất l-

8

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
ợng của các loại xe cũng rất khác nhau ( giá thành trên thị trờng hiện giờ
dao động từ 450 nghìn 10 triệu đồng ) .
Mặt khác xe lăn là một mặt hàng hầu nh không có thị trờng, cơ sở
phân phối do đó các cơ sở sản xuất đa phần chỉ sản xuất theo đơn đặt
hàng của các tổ chức nhân đạo phi chính phủ để trợ cấp cho ngời tàn tật
hoặc nhà nớc ta hỗ trợ cho các thơng bệnh binh và con em của những ngời
bị ảnh hởng của chiến tranh, chỉ một phần rất nhỏ đợc bán ra ngoài.
Chính vì vậy mà điều kiện để phát triển sản xuất của các loại xe
này gặp rất nhiều khó khăn, do đó các cơ sở sản xuất của ta đợc trợ cấp
một số tiền để có thể duy trì sản xuất và hoạt động. Hơn nữa xe lăn là một
mặt 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 cũng
làm tăng giá thánh sản xuất lên rất cao, độ chính chính xác khi gia công
thấp.
Trong khi đó thị trờng trong nớc lại tràn ngập xe Trung Quốc với
giá rẻ hơn. Tuy nhiên giá cả này vẫn cao đối với những ngời có nhu cầu sử
dụng xe lăn do các loại xe nhập vào nớc ta chu yếu là xe nhập lậu, không
có thơng hiệu rõ ràng, cha qua thẩm định về độ an toàn do đó độ an toàn
thấp hơn, nhanh h hại hơn nhng lại có u điểm là giá thành thấp hơn, mẫu
mã phong phú hơn và các tính năng cũng đa dạng hơn.
Đặc điểm chung của các loại xe hiện nay ở nớc ta vẫn là xe thô sơ (
dùng cơ bắp để di chuyển xe ), điều này do nhiều nguyên nhân mà việc
lắp động cơ vào xe lăn khó thực hiện ví dụ nh :
- Giá thành cao ( tăng lên 4- 5 lần khi lắp động cơ ) mà nhu cầu của
ngời khuyết tật cha thể đáp ứng ( nếu có thì chỉ một bộ phận rất nhỏ có
khả năng chi trả ).
- Do đòi hỏi về mức độ an toàn giao thông ở nớc ta: khi một phơng
tiện giao thông có gắn động cơ thì bắt buộc ngời điều khiển phơng tiện đó
phải có giấy phép lái xe (điều này phi thực tế với ngời khuyết tật).
III. Đánh giá đặc điểm kết cấu các loại xe lăn.
Trên thị trờng hiện nay tồn tại nhiều loại xe lăn , tùy thuộc vào đối
tợng sử dụng mà xe lăn có các kết cấu khác nhau sao cho phù hợp với thể
trạng mức độ của ngời sử dụng, hiện nay trên thế giới gồm có hai loại xe
cơ bản:

9

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn

- Xe thô sơ ( chủ động về sức ngời ).
- Xe điên ( chủ động bằng động cơ điện ).
1. Xe thô sơ:
Các bộ phận điều khiển đều dựa vào sức ngời, với xe thô sơ chiếm
khoảng 95% thị trờng trên toàn thế giới, nó tồn tại ở các dạng chính sau
đây:
1.1. Xe dùng cho ngời bại não ( liệt toàn thân ) hay ngời mất khả năng sử
dụng đôi tay của mình:
Do đặc điểm ngời sử dụng mất khả năng điều chỉnh cơ thể theo ý
muốn hoặc mất khả năng nhận thức ( sống thực vật ) chính vì vậy mà loại
xe nay đợc thiết kế có độ an toàn cao hơn so với xe lăn bình thờng, mặt
khắc những đối tợng này ít di chuyển do đó kết cấu của nó tơng đối đơn
giản:
+ Khung cứng, không gấp ( vững chắc ).
+ Không có bộ phận tay tự lái do đó cũng không có bộ phận phanh.
+ lắp thêm một số bộ phận an toàn, tiện ích nh: dây đeo an toàn
( cố định ngời ngồi trên xe lăn), bô vệ sinh gắn dới đệm ngồi
Hình I.1
1.2. Xe dùng cho ngời chỉ mất khả năng di chuyển ở đôi chân:
Loại xe này đa dạng và phong phú hơn về kiểu dáng, mẫu mã, có
nhiều tính năng hơn. Loại này tồn tại chủ yếu ở 2 dạng :

10

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
- Xe ngồi : là loại xe mà ngời sử dụng xe lăn chỉ có thể ở t thế
ngồi, phần dựa lng cố định với khung tạo thành một chi tiết cố định

( Hình I.1 ).
- Xe chỉnh đợc t thế của lng theo các góc điều chỉnh : phần dựa l-
ng xoay quanh một khớp tạo ra các góc khác nhau bởi những khống chế
chuyển động của các khớp (Hình I.2 ).
HìnhI.2
2. Xe điện ( Hình I.3 ) : loại xe này hiện nay đang phát triển ở một số nớc
có nền kinh tế phát triển nh Mỹ, Hà Lan, Pháp
HìnhI.3
Loại xe này tồn tại ở hai dạng chủ yếu :
- Xe 3 bánh ( Hình I.3a) hệ thống bánh lái là bánh trớc, tay lái
quen thuộc, dễ điều khiển, động cơ lắp ở phía sau chuyền chuyển động
vào bánh sau tạo chuyển động cho xe ( giống hệ thống xe máy điện ).

11

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
Hình I.3a
- Xe 4 bánh ( Hình I.3 ) : bánh lái cũng là bánh truyền chuyển
động cho xe hệ thống này phức tạp hơn và cũng khó lái hơn ( do cha
hình thành đợc tập quán ).
Phần II: Lựa chọn các thông số kỹ thuật cho xe mới
I . Tính và chọn các thông số kỹ thuật cho xe đa dụng.
1
HìnhII.1

12

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
1- Khung chính
2-Cụm tựa lng
3- Cụm bánh sau
4- Cụm bánh trớc
5- Cụm để chân
1. Chọn các thông số cơ bản của xe :
Khi tính toán thiết kế xe lăn các thông số của xe phụ thuộc rất nhiều
vào cơ thể của ngời sử dụng. Các thông số cơ bản là : chiều rộng, chiều
dài, chiều cao, và tải trọng cho phép.
- Các kích thớc này đợc chọn theo Thiết kế máy công cụ của Tiệp
Khắc ( 1987 ) tác giả Vasiliep .(Hình II.2)
Hình II.2
Với chiều cao trung bình của ngời Việt Nam 1,65 m thì bề rộng
của ghế từ 380450 mm , chiều ngang ( tính từ điểm dựa lng đến đầu gối
) là khoảng 350 450 mm .
Chọn bề rộng x bề dài = 400 x 420 mm .
Chiều cao của xe dao động trong khoảng 1100 1500 mm.
Tải trọng cho phép : 65x3 ( kg)
2. Khung chính ( sờn xe )

13

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn

Khung xe bao gồm các thanh ống đợc gắn cứng với nhau bởi mối hàn
axetilen,hồ quang điện, là phần chịu lực chính của xe và cũng là chi tiết
trung tâm liên kết các bộ phận khác của xe .
2.1 Chọn vật liệu :
Trong chế tạo các loại xe thô sơ ( xe đạp, xe thồ, xe ba gác, xe lăn )
ngời ta thờng chọn vật liệu để tính khung là thép ống do thép ống làm
giảm trọng lợng của xe, nâng cao tính thẩm mỹ .
Đối với xe lăn trong quá trình tính toán thiết kế tính an toàn đợc đặt
lên hàng đầu, do đó thông thờng ngời ta thờng chọn vật liệu là thép
cacbon dạng ống thép

22mm x1,25 mm để đảm bảo độ cứng vững, mặt
khác với dạng ống này thuận tiện cho ngời sử dụng do nó vừa lòng bàn
tay ( khi ngời sử dụng muốn bám vào thành xe ).
Số lợng Tên chi
tit
Loại Vt liu
2
Khung
chính
Thép ống

22mm độ dầy
1,25 mm
Thép
cacbon
C45
+ Bảng giới hạn ứng suất cho phép của vật liệu:
Tên ứng suất Giá trị
Modulus đàn

hồi (
B
)
750 Mpa
Hệ số Poisson 0.32
Độ bền chảy (
)
450Mpa
Khối lợng
riêng
7800 kg/m
3

2.2 Công nghệ gia công:
Trong chế tạo xe lăn việc uốn các ống thép là vấn đề then chốt trong
công nghệ vì khi gia công vật liệu dạng thép ống, những đoạn cong khi

14

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
uốn thờng hay bị nhăn nứt, bẹp do chịu mộ ứng suất uốn trong quá trình
uốn do đó để tuýp không bị nhăn, nứt, bẹp thép đợc uốn bởi 2 cách cơ bản
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 đợc đảm bảo do

đó chỉ có thể uốn vô cấp tổn hao nguyên vật liệu.
Cách 2 : Thép đợc 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 đợc đợc đo trên
tay công do đó khi uốn độ chính xác cao hơn, độ biến dạng cũng thấp
hơn, năng xuất hơn, mặt khác để uốn theo các góc đo nhất định trên máy
này có cữ tỳ chỉ ra các góc cần uốn tổn thất nguyên vật liệu giảm, năng
suất lao động cao.
- Thép sau khi gia công cắt gọt, uốn (gia công định hình ) đợc làm
phẳng mặt đầu, cùn cạnh sắc tiếp đó đợc gắn với nhau bởi mối hàn hồ
quang hoặc hàn khí axetilen - > sau khi lắp ráp hoàn thiện khung, cho mài
bóng các mối hàn và phun sơn tĩnh điện phủ bề mặt ( u điểm của phun
sơn tĩnh điện là sơn không bị tróc, bong trong quá trình sử dụng do đó độ
bền của của sơn rất cao), tuỳ thuộc vào nhu cầu thẩm mỹ của ngời sử
dụng mà chọn các màu sơn khác nhau.
2.3 Thiết kế khung xe:
Chọn kích thớc:
Khi thiết kế xe lăn các kích thớc đợc lấy dựa theo kích thớc trung
bình của cơ thể con ngời, do đó nhất thiết phải đảm bảo các điều kiện
sau :
+ Bề rộng ( Nhìn thẳng từ mặt ngời sử dụng ).(Hình II.3)
+ Bề ngang ( nhìn từ bên hông ngời sử dụng ).
+ Chiều cao ( từ đất đến sàn, từ sàn đến tỳ tay, từ mặt sàn đến phần
dựa lng ).

15

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong

thiết kế xe lăn
Hình II.3
Nhất thiết phải lớn hơn kích thớc bề ngang, bề rộng, độ dài của
cơ thể ngời sử dụng và tuân theo các tiêu chuẩn về kích thớc không gian
sử dụng xe ( phải là tối thiểu để xe có thể đi vào các địa hình hẹp ( nh cửa
ra vào, ngõ, hẻm phố, hành lang )
Để thuận tiện cho ngời dùng sử dụng xe, thì các kích thớc từ tay
ngời sử dụng đến các bộ phận điều khiển ( phanh, lái, nâng hạ dựa lng, tỳ
chân) dễ điều khiển nhất, tốn ít lực nhất

16

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
Hình II.4
Chiều cao từ mặt sàn tới đất là
l = l
1
- l
2

Trong đó
l : khoảng cách từ mặt sàn tới trục bánh sau. Điểm cần chú là
trong qua trình tính toán khoảng cách từ mặt sàn tới trục bánh sau sao cho
khi điều khiển lực dồn lên bánh xe phải là lực đẩy ( do lực đẩy thờng lớn
hơn lực kéo.
l
1

: là khoảng cách từ điểm tỳ tay đến trục bánh sau khi ngời sử
dụng cúi xuống phía trớc 10 > 15
0
( do trong quá trình điều khiển vành
lăn, để dồn, tăng sức vào vành lăn thờng có xu hớng nhào ngời về phía tr-
ớc ) :
l
1
= H/ ( 2,14 .2 ) + ( 80 120 ) mm chọn l
1
= 420 mm
l
2
: là khoảng cách từ điểm tỳ tay đến mặt sàn, khi lái xe tay vơn ra
ngoài , thành tỳ tay nằm giữa cánh tay và thân do đó ta chọn l
2
<
H/( 2,14 .2 ), mặt khác điểm tỳ tay không nên cao hơn hoặc thấp hơn
khuỷu tay ( tạo t thế thoải mái cho ngời sử dụng khi dừng xe ) Chọn l
2
=
280 mm.
l = 140 mm
Mặt khác do địa hình, đoạn đờng đi rất khác nhau do đó trong quá
trình tính khung khoảng cách giữa các trục phải đảm bảo cho xe không bị
lật, đổ trong quá trình sử dụng trên những đoạn đờng dốc và nghiêng do
đó trong quá trình tính toán khoảng cách giữa các trục ( trục bánh trớc 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

2.4.1Kiểm nghiệm độ lật
Khi tính toán thờng 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

17

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
điều kiện an toàn cho xe ta phải kiểm nghiệm xem xe có bị lật trong quá
trình sử dụng hay không :
Để kiểm nghiệm xem xe có lật hay không trong quá trình sử dụng
ta nâng xe lên một góc 15
0
hoặc làm nghiêng một góc 15
0
( độ dốc và độ
nghiêng của đờng thông thờng cho phép ). Nếu trọng tâm của xe vẫn nằm
trong vùng diện tích của xe là hợp lý, ngợc lại trọng tâm rơi ra ngoài thì ta
phải tăng khoảng cách giữa các trục và bánh xe .
mg

Xe trong trạng thái cân bằng
mg
mg

18

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
Độ dốc giới hạn
Kết luận : xe đủ điều kiện chống lật và để trọng tâm của xe khi có
tải trọng không vợt ra ngoài bánh sau thì xe chỉ đợc nghiêng một góc nhỏ
hơn 45
0
nh vậy xe đảm bảo điều kiện chống lật cho phép ( thông thờng
do các đoạn đờng độ nghiêng hoặc dốc cho phép là nhỏ hơn 15
0
).
Tuy nhiên để chắc chăn ta gắn thêm cho xe một thanh chống lật có
gắn bánh xe trợt vào đuôi xe, thanh này có hai tác dụng :
1. Chống lật
2. Tạo điểm tỳ đòn bẩy đối với ngời trợ giúp khi cần nâng bánh
trớc của xe lên ( Khi qua lại đoạn đờng bậc thang ), khi qua đoạn đờng
bậc thang ngời trợ giúp tay tỳ vào tay cầm gắn liền với phân dựa lng, chân
đạp vào thanh chống lật để nâng bánh trớc lên cao so với mặt đờng.
Tơng tự nh vậy khi ta kiểm nghiệm độ nghiêng, vì đối với kiểm
nghiệm độ nghiêng, do tải trọng thờng đợc đặt ở chính giữa nên chỉ cần
kiểm nghiệm chống lật là đủ.

19

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn

Độ nghiêng
2.4.2 Kiểm nghiệm độ bền và độ võng :
Quá trình hoạt động do ngời sử dụng không có một t thế ngồi nhất
định do đó xảy ra các bài toán khác nhau về lực, do đó để kiểm nghiệm đ-
ợc độ bền của xe ta phải kiểm nghiệm tải trọng trong một số trờng hợp
sau:
a)Tải trọng dàn đều trên xe.
b) Tải trọng nghiêng về một phía( bên phải, bên trái ).
c) Tải trọng dồn về một phía ( phía trớc, phía sau ).
Tuy nhiên ta chỉ cần kiểm nghiệm độ bền của khung trong trờng
hợp 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 ngời Việt Nam cân nặng trung bình khoảng 65kg, để
tăng hệ số an toàn cho xe ta lấy tải trọng tác dụng:
m = 3 . 650 = 195 kg => P = m g = 195 .10 = 1950 ( N)
lấy P = 2000 (N)
= > mỗi dầm trên khung sẽ chịu một tải lực tác dụng khi có tải
trọng là :
P
1
= P/2 = 1000 (N)
Sơ đồ tính lực nh sau:

20

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
P = mg

A
B
D
C
P = mg
b/2
b/2
b
a
a/3
Trong đó :
a : là chiều dài của khung tính từ điểm da lng C đến khớp gối chân
ngời sử dụng D.
b : là chiều rộng của khung : khoảng cách xa nhất khi xe đang sử
dụng (400 mm ).
Kiểm nghiệm độ võng của mặt sàn AB
P = mg
A
B
b/2
b/2
b

21

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
A

Nhận thấy hai khung trái và phải cùng chịu một lực tơng đơng nh
nhau do đó trong quá trình tính ta chỉ cần tính trên một khung. Với sơ đồ
tính ở trên cho ta tính sức bền cho khung phải .
Trên sàn AB cho thấy tại mỗi dầm A, B lực tác dụng lên mỗi khung
đều nh nhau. Phản lực tại A và B là 1000 N.
Độ võng trên khung:
D
C
P = mg
a
a/3
Nh vậy lực tác dụng lên bánh sau lớn hơn 2 lần so với lực tác dụng
lên bánh trớc do trọng lực nghiêng về phía sau. Lực tác dụng lên bánh sau
C là 666,67 (N), bánh trớc là 333,3 (N).
Để trực quan hơn, sau đây chúng em xin trình bày một phơng pháp
thử độ võng của khung khi có trọng lực, qua đó chúng ta có thể có cách
nhìn thực tế hơn. Đó là bài toán mô phỏng hoạt động của xe thông qua

22

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
phần mềm ứng dụng Solidworks. Đây là một phần mềm mô phỏng 3D rất
tiện dụng ( trình bày ở phần sau ) nhằm mô phỏng quá trình biến dạng của
xe và chỉ ra những điểm dễ phá vỡ liên kết khi có tải trọng tác dụng.
Một đặc điểm rất tiện dụng trong Solidworks khác với các phần
mềm tính sức bền vật liệu trớc đây ( thờng thể hiện bằng mô hình 2D ) là
khi tính toán sức bền của dầm và kiểm nghiệm độ bền của dầm trong

Solidworks thể hiện bằng 3D trực quan sinh động, dễ cảm nhận và cho
kết quả chính xác. Các bớc thực hiện tính dầm nh sau:
Bớc 1: Gán vật liệu cho chi tiết, đối với khung ta chọn vật liệu là
thép cácbon C45 có các thông số về vật liệu nh bảng thống kê ở trên
( bảng ).
Bớc 2: Chọn mặt bị khống chế ( đây là các mặt cố định không bị
chuyển vị trong quá trình tác dụng của tải trọng hay lực ).
- Đối với khung ta chọn 3 mặt khống chế ( Hình II 5 )
+ Mặt thứ nhất là mặt lỗ 20 trên khung ( lỗ lắp trục sau để gắn
cứng bánh xe sau với khung ).
+ Mặt thứ hai và thứ ba là mặt lỗ 35 ( lỗ lắp ổ bi 215 với trục
càng bánh trớc ).
Hình II.5
Bớc 3 : chọn mặt tác dụng lực :

23

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
- Đối với khung xe ta chọn mặt tác dụng là mặt dầm đỡ sàn ngồi,
trong trờng hợp này do tải trọng đúng tâm nên lực sẽ phân bố đều trên
toàn dầm ( Hình II.6) :
Hình II.6
Hớng tác dụng của lực theo chiều từ trên xuống, và lực tác dụng lên
khung là 1000 N.
Bớc 4 : cho chạy thử, lúc này Soildworks sẽ tạo ra lới kết cấu cho
vật liệu và chỉ ra vùng chịu ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất cộng với giải
màu biến đổi từ xanh da trời đến đỏ tơng ứng với khả năng chịu ứng xuất

từ nhỏ tới lớn ( Hình II.7 ).

24

Đồ án tốt nghiệp
ứ
ng dụng Soildworks trong
thiết kế xe lăn
Hình II.7
Đối với khung vùng chịu ứng suất lớn nhất là tại các mối hàn giữa
dầm chịu lực và khung, mối hàn giữa trục càng bánh trớc và khung
( trên hình là giải màu đỏ ). Thực tế khi kiểm nghiệm cũng cho kết quả
tơng tự nh vậy ( Hình II.8)
Hình II.8
Hoặc
Hình II.9
Vậy :

25