Vấn đề sở hữu trí tuệ và bản quyền các phát minh, sáng chế cũng như các sản phẩm thương mại đã được các nước phát triển quan tâm và thực hiện từ lâu. Tuy nhiên, ở Việt Nam, vấn đề này mới chỉ trong giai đoạn bước đầu đưa vào thực hiện. Đây là vấn đề tất yếu cần được quan tâm trong quá trình hội nhập và phát triển của đất nước. Trong các trường đại học kỹ thuật ở Việt Nam, hầu hết các phần mềm hỗ trợ cho việc học tập, giảng dạy cũng như nghiên cứu khoa học trong việc thiết kế các chi tiết máy đều là các phần mềm thương mại đắt tiền như Catia, Inventor, Solidworks, … (có giá tới hàng ngàn đô la Mỹ cho một bản). Tuy nhiên, trên thực tế, các phần mềm này hầu như không được mua bản quyền mà thường được sử dụng dưới dạng “bẻ khóa”. Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng phần mềm thiết kế 3D mã nguồn mở FreeCAD (miễn phí) thay thế cho các phần mềm thiết kế cơ khí thương mại có chi phí cao có ý thực tiễn cao trong quá trình hội nhập. Giúp giảm chi phí đào tạo. Hơn thế nữa, vì đây là phần mềm mã nguồn mở do đó nếu được đưa vào nghiên cứu có thể cải thiện, nâng cấp phần mềm có nhiều tính năng phù hợp và tiện lợi cho từng chuyên ngành. Thậm chí, nếu được đầu tư nghiên cứu hoàn thiện thì phần mềm này hoàn toàn có thể thương mại hóa theo đúng giấy phép mã nguồn mở của phần mềm. Đây cũng là xu hướng đã và đang được các trường đại học ở các nước tiên tiến thực hiện. https://lop7.net/

1. 1
https://lop7.net/
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................2
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................4
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...............................................5
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................8
CHƯƠNG 1.....................................................................................................................9
TỔNG QUAN GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FREECAD .................................................9
1.1. Giới thiệu về phần mềm FreeCAD ....................................................................9
1.2. Những khả năng chính của FreeCAD .................................................................11
1.3. Làm quen sơ bộ với Freecad...............................................................................13
CHƯƠNG 2...................................................................................................................18
SỬ DỤNG PHẦN MỀM FREECAD............................................................................18
2.1. Vẽ phác thảo (Sketcher Workbench) ..................................................................18
2.2. Vẽ thiết kế 2D (Draft Workbench) .....................................................................21
2.3. Thiết kế chi tiết (Part Design Workbench) .........................................................23
2.4. Tạo chi tiết (Part Workbench).............................................................................26
2.5. Tạo bản vẽ 2D từ bản vẽ 3D (Drawing Workbench)..........................................29
2.6. Tính toán kiểm nghiệm độ bền chi tiết bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Fem
Workbench)................................................................................................................32
CHƯƠNG 3...................................................................................................................39
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FREECAD TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ ...............39
CHI TIẾT ĐẦU MÁY, TOA XE..................................................................................39
3.1. Giới thiệu kết cấu bộ trục bánh xe đầu máy D19E .............................................39
3.2. Xây dựng mô hình 3D bộ trục bánh xe đầu máy ................................................40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................47

2. 2
https://lop7.net/
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Giới thiệu phần mềm FreeCAD 9
Hình 1.2. Thiết kế chi tiết trên phần mềm FreeCAD 10
Hình 1.3. Thiết kế, tính toán chi tiết trên phần mềm FreeCAD 11
Hình 1.4. Giao diện ban đầu khi khởi động Freecad 13
Hình 1.5. Thanh công cụ của FreeCAD 13
Hình 1.6. Vùng truy cập nhanh của FreeCAD 14
Hình 1.7. Thanh Combo View 15
Hình 1.8. Giao diện Part Design 15
Hình 1.9. Menu truy cập nhanh 16
Hình 1.10. Hộp thoại chỉ thông tin chi tiết 17
Hình 2.1.Giao diện khi thiết kế Sketch 18
Hình 2.2. Thiết kế một số biên dạng đơn giản 19
Hình 2.3. Giao diện khi làm việc với Draft 23
Hình 2.4. Hình ảnh khi làm việc với Part Design 23
Hình 2.5. Minh họa khi tạo bản phác thảo 24
Hình 2.6. Minh họa khi tạo một vật thể 3D 25
Hình 2.7. Minh họa chi tiết sau khi sử dụng các lệnh chỉnh sửa 26
Hình 2.8. Giao diện khi làm việc với Part 27
Hình 2.9. Minh họa một số chi tiết khi thiết kế với Part 29
Hình 2.10. Thiết kế Bánh răng 29
Hình 2.11. Bản vẽ tiêu chuẩn sau khi được thiết lập 30
Hình 2.12. Các tùy chọn khi xuất các hình chiếu 2D 30
Hình 2.13. Bản vẽ khi chưa có kích thước 31
Hình 2.14. Hình vẽ khi đã ghi kích thước 32
Hình 2.15. Dầm đơn giản ban đầu 32
Hình 2.16. Chọn vật liệu cho dầm 33
Hình 2.17. Đặt ràng buộc cho dầm 34
Hình 2.18. Đặt tải trọng cho dầm 34
Hình 2.19. Khởi chạy chương trình tính ứng suất, chuyển vị 35

3. 3
https://lop7.net/
Hình 2.20. Bảng kết quả ứng suất 36
Hình 2.21. Chuyển vị theo phương X được hiển thị theo màu, phía màu xanh
lá là chuyển vị ít nhất, màu xanh dương là chuyển vị nhiều nhất
36
Hình 2.22. Chuyển vị theo phương Y được hiển thị theo màu, phía màu xanh
là chuyển vị ít nhất, màu đỏ là chuyển vị nhiều nhất.
37
Hình 2.23. Chuyển vị theo phương Z được hiển thị theo màu, , phía màu xanh
lá là chuyển vị ít nhất, màu xanh dương là chuyển vị lớn nhất.
37
Hình 2.24. Chuyển vị tổng cộng theo 3 phương X, Y, Z, cũng được hiển thị
theo đồ thị màu, màu xanh là chuyển vị ít nhất, màu đỏ là chuyển vị lớn nhất.
37
Hình 2.25. Hiệu ứng đồ họa minh họa cho chuyển vị của dầm khi đặt tải trọng 37
Hình 3.1. Bộ trục bánh xe đầu máy D19E 39
Hình 3.2. Mô hình 3D trục bánh 40
Hình 3.3. Bản vẽ trục bánh xuất từ mô hình 3D 40
Hình 3.4. Mô hình 3D bánh xe 41
Hình 3.5. Bản vẽ bánh xe xuất từ mô hình 3D 41
Hình 3.6. Mô hình 3D bánh răng 42
Hình 3.7. Bản vẽ bánh răng xuất từ mô hình 3D 42
Hình 3.8. Các chi tiết của bộ trục bánh xe khi chưa lắp ráp 43
Hình 3.9. Lắp ráp bánh răng vào trục 43
Hình 3.10. Lắp ráp bánh xe phía không có bánh răng vào trục 44
Hình 3.11. Lắp ráp bánh xe còn lại vào trục hoàn thiện bộ trục bánh xe 44

4. 4
https://lop7.net/
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
2D Two Dimension
3D Three Dimension
CAD Computer-aided design
CAM Computer-aided manufacturing
CAE Computer-aided engineering
CAX Computer-aided technologies
CNC Computer numerical control
PLM Product lifecycle management

5. 5
https://lop7.net/
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm thiết kế 3D mã nguồn mở FreeCAD
trong quá trình thiết kế một số chi tiết đầu máy, toa xe.
- Sinh viên thực hiện:
Phan Trần Minh Đạt
Nguyễn Đức Thông
Trần Văn Quỳnh
- Lớp: Tàu điện - Metro - K56 Khoa: Cơ khí Năm thứ: 2 Số năm đào tạo: 4
- Người hướng dẫn: KS. Nguyễn Đức Toàn
2. Mục tiêu đề tài:
Sử dụng được phần mềm FreeCAD và ứng dụng phần mềm trong quá trình thiết
kế một số chi tiết đầu máy, toa xe.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Nghiên cứu sử dụng phần mềm thiết kế 3D mã nguồn mở FreeCAD (miễn phí) thay
thế cho các phần mềm thiết kế cơ khí thương mại có chi phí cao như Catia, Inventor,
Solidworks, v.v.…
- Ứng dụng phần mềm trong quá trình thiết kế một số chi tiết đầu máy, toa xe.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Một tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm FreeCAD.
- Bản vẽ thiết kế một số chi tiết đầu máy, toa xe.

6. 6
https://lop7.net/
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Vấn đề sở hữu trí tuệ và bản quyền các phát minh, sáng chế cũng như các sản
phẩm thương mại đã được các nước phát triển quan tâm và thực hiện từ lâu. Tuy
nhiên, ở Việt Nam, vấn đề này mới chỉ trong giai đoạn bước đầu đưa vào thực hiện.
Đây là vấn đề tất yếu cần được quan tâm trong quá trình hội nhập và phát triển của đất
nước. Trong các trường đại học kỹ thuật ở Việt Nam, hầu hết các phần mềm hỗ trợ cho
việc học tập, giảng dạy cũng như nghiên cứu khoa học trong việc thiết kế các chi tiết
máy đều là các phần mềm thương mại đắt tiền như Catia, Inventor, Solidworks, … (có
giá tới hàng ngàn đô la Mỹ cho một bản). Tuy nhiên, trên thực tế, các phần mềm này
hầu như không được mua bản quyền mà thường được sử dụng dưới dạng “bẻ khóa”.
Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng phần mềm thiết kế 3D mã nguồn mở FreeCAD (miễn
phí) thay thế cho các phần mềm thiết kế cơ khí thương mại có chi phí cao có ý thực
tiễn cao trong quá trình hội nhập. Giúp giảm chi phí đào tạo. Hơn thế nữa, vì đây là
phần mềm mã nguồn mở do đó nếu được đưa vào nghiên cứu có thể cải thiện, nâng
cấp phần mềm có nhiều tính năng phù hợp và tiện lợi cho từng chuyên ngành. Thậm
chí, nếu được đầu tư nghiên cứu hoàn thiện thì phần mềm này hoàn toàn có thể thương
mại hóa theo đúng giấy phép mã nguồn mở của phần mềm. Đây cũng là xu hướng đã
và đang được các trường đại học ở các nước tiên tiến thực hiện.
6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ họ tên
tác giả, nhan đề và các yếu tố về xuất bản nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở
đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày 14 tháng 04 năm 2017
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)
Phan Trần Minh Đạt

7. 7
https://lop7.net/
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):
Mặc dù mới là sinh viên năm thứ hai, nhóm sinh viên thực hiện đã nỗ lực để
hoàn thành được các mục tiêu của đề tài.
Ngày 14 tháng 04 năm 2017
Người hướng dẫn
(ký, họ và tên)
Nguyễn Đức Toàn

8. 8
https://lop7.net/
MỞ ĐẦU
Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài và lý do lựa chọn đề tài:
Trong các trường đại học kỹ thuật ở Việt Nam, hầu hết các phần mềm hỗ trợ cho việc
học tập, giảng dạy cũng như nghiên cứu khoa học trong việc thiết kế các chi tiết máy
đều là các phần mềm thương mại đắt tiền như Catia, Inventor, Solidworks, … (có giá
tới hàng ngàn đô la Mỹ cho một bản). Tuy nhiên, trên thực tế, các phần mềm này hầu
như không được mua bản quyền mà thường được sử dụng dưới dạng “bẻ khóa”. Vì
vậy, việc nghiên cứu sử dụng phần mềm thiết kế 3D mã nguồn mở FreeCAD (miễn
phí) thay thế cho các phần mềm thiết kế cơ khí thương mại có chi phí cao có ý thực
tiễn cao trong quá trình hội nhập. Giúp giảm chi phí đào tạo. Hơn thế nữa, vì đây là
phần mềm mã nguồn mở do đó nếu được đưa vào nghiên cứu có thể cải thiện, nâng
cấp phần mềm có nhiều tính năng phù hợp và tiện lợi cho từng chuyên ngành. Thậm
chí, nếu được đầu tư nghiên cứu hoàn thiện thì phần mềm này hoàn toàn có thể thương
mại hóa theo đúng giấy phép mã nguồn mở của phần mềm. Đây cũng là xu hướng đã
và đang được các trường đại học ở các nước tiên tiến thực hiện. Mặt khác, theo các
thông tin nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu, hiện tại, chưa có một tài liệu tiếng Việt nào
hướng dẫn sử dụng phần mềm FreeCAD.
Mục tiêu đề tài: Sử dụng được phần mềm FreeCAD và ứng dụng phần mềm
trong quá trình thiết kế một số chi tiết đầu máy, toa xe.
Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu: Dựa trên cơ sở các tài liệu được cung
cấp trên trang chủ của phần mềm (tài liệu tiếng Anh), kết hợp với các kiến thức đã
được học tập về vẽ kỹ thuật trong trường đại học, tiến hành nghiên cứu sử dụng phần
mềm trong việc thiết kế các chi tiết dưới dạng 3D nói chung và các chi tiết đầu máy,
toa xe nói riêng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là phần mềm
FreeCAD, bộ trục bánh xe đầu máy; Phạm vi nghiên cứu là sử dụng một số mô đun
trong phần mềm FreeCAD để xây dựng mô hình 3D bộ trục bánh xe đầu máy trên cơ
sở bộ trục bánh xe đầu máy D19E.

9. 9
https://lop7.net/
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FREECAD
1.1. Giới thiệu về phần mềm FreeCAD
FreeCAD là phần mềm thiết kế 2D, 3D, CAD chuyên nghiệp, từ đơn giản như vẽ
2D đến phức tạp như mô phỏng chuyển động, kiểm nghiệm độ bền, lập trình CNC,
cung cấp những công cụ hữu hiệu nhất, phục vụ cho công việc và học tập, đặc biệt,
đây là phần mềm hoàn toàn miễn phí và có mã nguồn mở, được đóng góp bởi cộng
đồng lập trình, kĩ sư… Hiện nay, vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển.
Hình 1.1. Giới thiệu phần mềm FreeCAD
FreeCAD hiện đã được trang bị đầy đủ các tính năng, công cụ cơ bản tương
đồng với các phần mềm thiết kế thông dụng hiện nay như Catia, Solidworks,...

10. 10
https://lop7.net/
FreeCAD cho phép bạn thiết kế các bản vẽ CAD, CAM, CAX, CAE và PLM, phục vụ
trên đa số các lĩnh vực thiết kế như cơ khí, xây dựng, kiến trúc,…
FreeCAD được hỗ trợ các chức năng tiên tiến dựa trên cơ sở OpenCascade, một
công cụ thiết kế hình học mạnh mẽ, tính năng thiết kế mô hình 3D được cung cấp bởi
các thư viện 3D coin và python API, đây là tính năng rất hữu ích và mang lại hiệu quả
cao trong quá trình thiết kế.
Ngoài ra, FreeCAD cũng có khả năng thiết kế bản vẽ 2D, tuy nhiên đây không
phải trọng tâm. Nhưng phần mềm này hoàn toàn thiết kế được những bản vẽ 2D cơ
bản mà không gặp phải nhiều trở ngại.
Phần mềm FreeCAD có thể hoạt động trên tất cả các hệ điều hành như
Window, Mac OS, Linux,... Với sự hỗ trợ đắc lực của FreeCAD , quá trình thiết kế
được đơn giản hóa một cách tối đa, mang lại hiệu quả thiết kế cao hơn, chính xác hơn,
đặc biệt là hiệu quả kinh tế cao hơn khi so sánh với các phần mềm thương mại hiện
nay.
Một số hình ảnh khi thiết kế với FreeCAD:
Hình 1.2. Thiết kế chi tiết trên phần mềm FreeCAD

11. 11
https://lop7.net/
Hình 1.3. Thiết kế, tính toán chi tiết trên phần mềm FreeCAD
Có thể tải xuống phần mềm FreeCAD trên các diễn đàn hoặc truy cập trực tiếp
vào trang chủ của FreeCAD : FreeCADweb.org.
Tùy vào hệ điều hành, ta có thể chọn đường dẫn để tải về, sau khi tải về và giải
nén, phần mềm có dung lượng nhỏ gọn khoảng 500 MB (so với các phần mềm thương
mại khác thường có dung lượng hàng chục GB).
1.2. Những khả năng chính của FreeCAD
Như đã trình bày ở trên, FreeCAD là phần mềm miễn phí, mã nguồn mở, có khả
năng xây dựng các bản vẽ 3D, CAD, MCAD, CAX, CAE, PLM,… nhằm mục đích
thiết kế cơ khí nói riêng và thiết kế sản phẩm nói chung, chẳng hạn như kiến trúc, xây
dựng hoặc các chuyên ngành kỹ thuật khác. Cụ thể, FreeCAD có các tính năng sau.
Với nhân đồ họa dựa trên công nghệ Open CASCADE, phần mềm này cho
phép hoàn thiện các vật thể 3D phức tạp như đường cong, mặt phẳng hoặc các thực thể
hình học dựa trên cơ sở hỗ trợ các định dạng file tương thích với các phần mềm 3D
khác như STEP hay IGES .
Một mô hình tham số hoàn thiện. Tất cả các vật thể trong FreeCAD thực chất
được tạo bởi các tham số, mọi điểm thuộc vật thể đều có ràng buộc với nhau hoặc
thậm chí là ràng buộc với vật thể khác. Điều này có nghĩa rằng thay đổi tại một điểm

12. 12
https://lop7.net/
sẽ gây ra thay đổi tại các điểm khác và ta có thể tùy chọn giữ lại hoặc hủy thay đổi đó.
Trong FreeCAD, một vật thể còn có thể được tạo bởi mã lập trình của ngôn ngữ mà
FreeCAD sử dụng là Python.
Một kiến trúc mô đun cho phép thêm chức năng vào các ứng dụng lõi. Các chức
năng mở rộng này có thể sẽ được lập trình bằng ngôn ngữ C++ hoặc đơn giản là ngôn
ngữ Python hoặc chương trình sao chép macros.
Nhập hoặc xuất các file bản vẽ với các định dạng phổ biến như STEP, IGES,
OBJ, STL, DXF, SVG, STL, DAE, IFC hoặc OFF, NASTRAN, VRML với điều kiện
là các file phải tương thích với dạng file gốc của FreeCAD là Fcstd. Độ tương thích
khi đọc một file trên FreeCAD còn phụ thuộc vào định dạng của file và mô đun thực
hiện đọc.
Mô đun vẽ phác thảo với các công cụ hỗ trợ cho phép phác thảo hình dạng của
vật thể, hoặc vẽ phác hình dạng của vật thể rồi thực hiện xây dựng chi tiết từ hình dạng
đã dựng.
Tính năng mô phỏng chuyển động của Robot cho phép nghiên cứu chuyển động
của Robot. Mô đun này hiện đã được trang bị giao diện đồ họa mở rộng GUI, cho phép
người dùng theo dõi quá trình thiết kế một cách chi tiết và trực quan.
Mô đun Render cho phép đổ bóng bề mặt của chi tiết. Tùy vào nhu cầu sử dụng
mà mô đun này sẽ hữu ích.
Mô đun Assembly cho phép làm việc với nhiều chi tiết cùng một lúc, mô phỏng
chuyển động, ….

13. 13
https://lop7.net/
1.3. Làm quen sơ bộ với Freecad
1.3.1. Giao diện của Freecad
Hình 1.4. Giao diện ban đầu khi khởi động Freecad
Giao diện ban đầu khi khởi động Freecad được thể hiện trên hình 1.4. Trong
giao diện, có thể thấy 3 vùng độc lập để thực hiện các chức năng khác nhau. Cụ thể
như sau :
a. Thanh Công Cụ
Hình 1.5. Thanh công cụ của FreeCAD
Đây là miền để thực hiện mọi chức năng của phần mềm. Có thể thấy các hộp
thoại như các workbench, chọn mặt phẳng thiết kế, … xuất hiện như trên hình 1.5.
Ở vùng này, có thể ẩn/hiện các công cụ bằng cách click chuột phải vào một
vùng không gian trống rồi chọn công cụ cần ẩn/hiện.

14. 14
https://lop7.net/
b. Vùng truy cập nhanh
Đây là miền giúp truy cập nhanh các chức năng thường sử dụng nhất như Part
Design, Architectural Design, …, mở các file gần đây, nhận những thông báo về cập
nhật mới của phần mềm hoặc truy cập vào trang chủ của FreeCAD.
Hình 1.6. Vùng truy cập nhanh của FreeCAD
c. Thanh Hiển thị tích hợp (Combo View)
Đây là thanh cho biết chế độ hiện đang làm việc, thứ tự các lệnh đã thực hiện, kích
thước của chi tiết, từ đó có thể biết trình tự thiết kế hoặc chỉnh sửa chi tiết một cách dễ
dàng.

15. 15
https://lop7.net/
Hình 1.7. Thanh Combo View
- Giao diện các chế độ làm việc (Workbenchs)
Hình 1.8. Giao diện Part Design
Cũng tương tự như giao diện của phần giao diện mở đầu, vùng 1 và vùng 3 có
chức năng như đã nêu. Vùng 2 chính là không gian thiết kế, toàn bộ hình ảnh của chi
tiết sẽ được thể hiện trong vùng này.
Giao diện của các workbench khác cũng hoàn toàn tương tự.
1.1.2. Giới thiệu các chức năng cơ bản.
a. Tạo, mở và lưu trữ 1 file.
- Tạo file mới :

16. 16
https://lop7.net/
Trong Freecad, có 2 cách để tạo 1 file mới, cụ thể như sau :
1. Nhấp vào biểu tượng ( tổ hợp Ctrl + N ) trên vùng 1, sau đó chọn workbench
thiết kế .
2. Chọn trực tiếp vào đường dẫn các workbench muốn sử dụng trên giao diện mở đầu,
tuy nhiên chỉ có thể chọn một số các workbench thông dụng nhất mà không chọn được
tất cả các workbench.
Hình 1.9. Menu truy cập nhanh
- Mở 1 file dữ liệu :
Có 2 cách để mở 1 file :
1. Click chuột vào biểu tượng trên vùng 1 rồi chọn file muốn mở
2. Mở các file gần đây bằng cách click vào
Recent Files trên vùng 2 của giao diện mở đầu.
- Lưu trữ file :
Cũng có 2 cách để lưu 1 file, cụ thể như sau :
1. Chọn File trên vùng 1 , sau đó chọn Save hoặc Save as,… tùy theo nhu cầu.
2. Click chuột trực tiếp vào biểu tượng trên vùng 1.
b. Cách sử dụng vùng Combo View (vùng 3)
Đây là vùng cho biết trình tự đang thiết kế, từ đó có thể theo dõi trình tự cũng như sửa
lỗi hoặc khắc phục sau khi đã hoàn thành việc thiết kế.
- Trình tự thiết kế là tổ hợp dòng lệnh đi từ trên xuống dưới, tại mỗi dòng lại có
thêm các nhánh chỉ các nhóm lệnh đã thực hiện trong lệnh chính.

17. 17
https://lop7.net/
- Sửa, xóa lệnh hoặc thay đổi thiết kế, kích thước,… của chi tiết bằng cách click
chuột phải vào dòng lệnh đó. Sau khi click chuột sẽ có hộp thoại hiện ra , tùy
vào yêu cầu mà click vào mục cần chọn.
- Cũng có thể click vào hộp thoại phía dưới để chỉnh sửa kích thước, tọa độ, góc
độ,…bằng cách nhập vào số liệu cần thiết kế.
Hình 1.10. Hộp thoại chỉ thông tin chi tiết.
c. Một số thao tác với chuột và bàn phím.
Để tương tác trực tiếp với giao diện cũng như chi tiết đang thiết kế bằng chuột
và bàn phím một cách rất trực quan.
- Để chọn đối tượng, click chuột trái vào vị trí cần chọn, để chọn nhiều đối
tượng, giữ Ctrl và click chuột vào lần lượt các đối tượng.
- Để phóng to, thu nhỏ đối tượng, sử dụng con lăn chuột để thực hiện. Để xoay
vật thể, giữ đồng thời con lăn và chuột phải rồi xoay theo ý muốn.
- Đối với bàn phím, có thể sử dụng hàng phím số từ 1 đến 6 để chọn mặt phẳng,
các phím mũi tên để di chuyển vật thể, và các tổ hợp phím để truy cập nhanh
các tính năng của phần mềm như (Ctrl+N), (Ctrl+S),…

18. 18
https://lop7.net/
CHƯƠNG 2
SỬ DỤNG PHẦN MỀM FREECAD
2.1. Vẽ phác thảo (Sketcher Workbench)
2.1.1. Giới thiệu vẽ phác thảo
Tạo Sketcher là bước cơ bản đầu tiên để tạo mô hình. Mô hình tạo thành trong
Freecad được liên kết với biên dạng của chúng. Khi hiệu chỉnh biên dạng, mô hình tự
động cập nhật những thay đổi này.
Ta làm việc trong môi trường vẽ phác cần tạo ra hoặc hiệu chỉnh các biên dạng
của mô hình. Môi trường vẽ phác bao gồm các mặt phẳng vẽ phác và các công cụ vẽ
phác(Sketch Tools).
Mặt phẳng vẽ phác chứa các biên dạng của vật thể. Nó có thể là các Plane hoặc
là các mặt phẳng của các vật thể có sẵn.
- Môi trường vẽ phác thảo :
Để bắt đầu thiết kế Sketch, ta chọn workbench thiết kế là Sketcher, sau đó click vào
biểu tượng (Creat a new sketch) rồi chọn mặt phẳng và bắt đầu quá trình thiết kế.
Hình 2.1.Giao diện khi thiết kế Sketch
Có thể thấy trong góc phải phía dưới màn hình là sơ đồ biểu thị mặt phẳng đang
làm việc.

19. 19
https://lop7.net/
2.1.2. Các lệnh thao tác trong Sketch
Khi thiết kế Sketch, ta có các nhóm lệnh thiết kế 2D tương ứng như Sketcher
Geometries, Sketcher Constrains, Sketcher tools,…
a. Sketcher Geometries
Là nhóm lệnh để thực hiện vẽ các hình cơ bản, gồm các lệnh cụ thể sau :
Tạo một điểm.
Tạo 1 đường thẳng với 2 điểm.
Tạo 1 cung tròn từ 1 điểm làm tâm, bán kính , điểm bắt đầu và điểm kết thúc.
Tạo 1 đường conic, trong lệnh này, ta có 3 tùy chọn bằng cách click vào mũi
tên để tạo đường conic theo các dữ liệu sẵn có.
Tạo các đường từ 1 chuỗi các điểm cho trước.
Tạo hình vuông/chữ nhật từ 2 điểm của đường chéo.
Tạo cung tròn tại giao điểm của 2 đường thẳng , ta click vào 2 đường thẳng sau
đó di chuột để chọn góc độ.
Tạo mép vát giữa 2 đường thẳng giao nhau.
Tạo một cạnh nối với biên dạng ngoài của hình.
Hình 2.2. Thiết kế một số biên dạng đơn giản

20. 20
https://lop7.net/
b. Sketcher Constrain
Sketcher Constrain được sử dụng để xác định độ dài, đặt các quy tắc giữa các yếu
tố phác hoạ, và để khóa bản vẽ dọc theo trục dọc và ngang. Một số lệnh đòi hỏi sự
ràng buộc của phần Trợ giúp Sketcher. Có 2 loại lệnh Constrain.
- Không liên kết với dữ liệu số :
Coincident : Gắn 1 điểm vào đồng thời 1 hoặc nhiều điểm khác
Point On Object : Gắn một điểm vào một đối tượng khác như một đường
thẳng, cung hay trục.
Vertical : Đưa các đường/chuỗi đường bất kì ( trừ các đường nằm ngang theo
phương Ox) về hướng cùng phương với Oy.
Horizontal : Đưa các đường/chuỗi đường bất kì ( trừ các đường thẳng đứng
theo phương Oy ) về hướng cùng phương với Ox.
Parallel : Chuyển các đường thẳng bất kì về dạng song song với nhau.
Perpendicular : Đưa 2 đường thẳng bất kì về dạng vuông góc với nhau.
Tangent : Tạo tiếp tuyến chung giữa 2 thực thể
Equal Length : Đưa 2 đường thẳng về cùng một độ dài hoặc cùng đường kính đối
với đường tròn, đường chéo với hình chữ nhật,…
Symmetric : Tạo 2 điểm đối xứng qua 1 đường thẳng hoặc 2 điểm đối xứng qua
điểm thứ 3.
- Có liên kết với dữ liệu số.
Lock : Cố định vật thể, gắn vào số liệu của tọa độ ban đầu. Số liệu này có thể
hiệu chỉnh lại sau.
Horizontal Distance : Chọn trực tiếp chiều rộng của vật thể bằng cách nhập số
liệu, có thể chọn 1 đường hoặc 2 điểm đầu , cuối.
Vertical Distance : Chọn trực tiếp chiều cao của vật thể bằng cách nhập số liệu,
cách chọn tương tự như chọn chiều rộng.
Length : Chọn trực tiếp chiều dài của vật thể bằng cách nhập số liệu, cách chọn
tương tự như chọn chiều rộng.
Radius : Chọn số liệu bán kính của đường tròn/ cung tròn.
Internal Angle : Chọn góc giữa 2 đường thẳng
c. Sketcher Tools
Đây là nhóm lệnh giúp chỉnh sửa vật thể. Gồm có các lệnh như sau :

21. 21
https://lop7.net/
Closed Shape : Lệnh có tác dụng nối 2 điểm của 2 vật thể khác nhau làm một.
Connect Edge : Nối các điểm cuối với nhau bằng cách áp dụng các ràng buộc
trùng khớp với các điểm cuối
Select Constrain : Chọn các ràng buộc của một yếu tố nào đó.
Show/Hide internal geometry: Ẩn/Hiện các đường bao ngoài của vật thể.
Copy : Copy một vật thể.
Trên đây là 3 nhóm lệnh chính của vẽ Sketch, các lệnh này đều sử dụng bằng cách
nhấp vào lệnh, sau đó thao tác chuột trên không gian thiết kế.
Qua workbench này, ta có thể thiết kế biên dạng của vật thể, thiết kế 2D với các công
cụ trợ giúp như đã nêu một cách dễ dàng.
2.2. Vẽ thiết kế 2D (Draft Workbench)
Draft là mô đun cho phép vẽ phác thảo các hình 2D một cách nhanh chóng. Bên
cạnh đó, phần mềm còn cung cấp rất nhiều công cụ để chỉnh sửa vật thể theo nhu cầu.
Một vài công cụ chỉnh sửa của mô đun này còn có thể hoạt động trên các mô đun khác
mà vẫn đảm bảo phần mềm hoạt động ổn định.
Về các nhóm lệnh, mô đun này có 3 nhóm lệnh chính là: Nhóm lệnh vẽ vật thể,
nhóm lệnh hiệu chỉnh vật thể và nhóm các công cụ tiện ích. Sau đây sẽ giới thiệu chi
tiết về các nhóm lệnh này.
2.2.1. Nhóm lệnh vẽ (Drawing objects)
Đây là nhóm lệnh để tạo ra vật thể.
Line : Lệnh tạo đường thẳng khi có 2 điểm đầu và cuối.
Wire: Lệnh tạo một chuỗi đường thẳng nối tiếp nhau.
Circle: Lệnh tạo một đường tròn với tâm và bán kính cho trước.
Arc : Lệnh tạo một cung tròn với tâm, bán kính, góc chắn cung cho trước.
Ellipse : Lệnh tạo đường elip đi qua 2 điểm cho trước.
Polygon : Lệnh tạo một ngũ giác với tâm và một đỉnh bất kì cho trước. Ngoài
ra, còn có các lệnh tương tự để tạo đa giác nhiều cạnh hơn.
Text : Lệnh chèn chú thích cho hình vẽ.
Dimension : Lệnh để ghi kích thước cho bản vẽ.
Bspline : Lệnh tạo đường cong bất kì từ số điểm theo ý muốn.
Point : Lệnh tạo một điểm bất kì.

22. 22
https://lop7.net/
Facebinder : Lệnh tạo một vật thể mới trên một mặt của vật thể đã tồn tại.
2.2.2. Nhóm lệnh hiệu chỉnh (Modifying objects)
Đây là nhóm lệnh để hiệu chỉnh vật thể sau khi vẽ xong. Để làm việc với nhóm
này, ta cần chọn đối tượng trước, nếu không có đối tượng nào được chọn, phần mềm
sẽ yêu cầu phải chọn đối tượng trước.
Move : Lệnh dời đối tượng.
Rotate : Lệnh xoay đối tượng.
Offset : Lệnh phóng to, thu nhỏ đối tượng với tỉ lệ tùy chọn.
Trim : Lệnh cắt bớt hoặc mở rộng một đối tượng.
Upgrade : Lệnh liên kết các đối tượng về một khối. Ngược lại, lệnh Downgrade
để phá một khối thành nhiều đối tượng
Scale : Lệnh tạo tỉ lệ cho đối tượng so với vật thể gốc.
Addpoint : Lệnh thêm một điểm vào một đối tượng. Ngược lại, lệnh
Deletepoint giúp xóa bớt điểm trên một vật thể.
Shape 2D view : Xuất hình chiếu 2D từ một vật thể 3D.
Mirror : Lệnh đối xứng một đối tượng đã chọn qua một điểm hoặc đường thẳng.
Array : Lệnh sao chép một đối tượng thành nhiều đối tượng và sắp xếp theo thứ
tự tùy ý.
2.2.3. Nhóm công cụ (Utility tools)
Đây là nhóm công cụ được tích hợp sẵn trong vật thể khi ta click chuột phải
vào vật thể, chính vì vậy, mỗi vật thể khác nhau sẽ có những công cụ khác nhau.
Set working plane : Chọn mặt phẳng cần làm việc khi đang ở chế độ xem 3D
hoặc một mặt phẳng nào đó.
Finish line : Kết thúc vẽ Line, Bspline,… sau khi đã vẽ xong mà không thoát
lệnh.
Close line : Kết thúc vẽ Line. Bspline,…sau khi vẽ xong và thoát luôn lệnh.
Undo line : Hoàn tác một đường thẳng vừa vẽ của một vật thể.
Toggle line : Bật hoặc tắt chế độ Draft.
Show/hide snap bar : Ẩn hoặc hiện thanh công cụ Snap.
Slope : Chỉnh độ dốc của đường hoặc chuỗi đoạn thẳng.

23. 23
https://lop7.net/
2.2.4. Các định dạng file
Phần mềm này cho phép xuất và đọc bản vẽ ở rất nhiều định dạng file :
Autodesk .DXF, Open Cad format .OCA, Airfoil Data Format .DAT,…
Với mỗi dạng bản vẽ, ta có các định dạng file khác nhau.
Hình 2.3. Giao diện khi làm việc với Draft
2.3. Thiết kế chi tiết (Part Design Workbench)
Hình 2.4. Hình ảnh khi làm việc với Part Design

24. 24
https://lop7.net/
Mục đích của Part Design Workbench là cho phép người sử dụng tạo ra các
hình khối trong không gian 3D. Về cơ bản, trình tự thiết kế là dựng hình vẽ phác thảo
2D, sau đó xuất sang hình khối 3D.
Để tiến hành, ta thường sử dụng 2 công cụ sau : (Pad) và
(Revolution). Cùng với các công cụ hỗ trợ ( Pocket và rãnh ) ta có thể thực
hiện gần như mọi thao tác đối với một bản vẽ .
Các bước để thực hiện một bản vẽ Part Design
1. Chuyển sang Part Design Workbench
2. Chọn hình phác thảo đã thực hiện.
3. Chọn Pad
4. Chọn độ dày theo nhu cầu
5. Chọn Ok
Ngoài ra, một cách khác để tạo hình học 3D là sử dụng (Revolution) với
các bước như sau :
Hình 2.5. Minh họa khi tạo bản phác thảo

25. 25
https://lop7.net/
1. Tạo bản vẽ phác thảo.
2. Chọn Revolution .
3. Chọn trục cần xoay vật thể.
4. Chọn góc để quét vật thể, thường với vẽ 3D, ta chọn góc quét bằng 360°.
- Các tính năng chính
Với mô đun Part Design, các chức năng như tạo khối, đục lỗ, tạo rãnh,… có thể
nói là quan trọng nhất.
Các tính năng này được truy cập trực tiếp trên thanh công cụ
Trên hình là các lệnh pad, pocket, revolve, groove, fillet, chamfer,….
Hình 2.6. Minh họa khi tạo một vật thể 3D
Các hình khối thiết lập được khi làm việc với các nhóm lệnh chính.
- Chức năng Pattern
Chức năng này cho phép ta tạo một vật thể mới trên một mặt phẳng của một đối tượng
đã tồn tại. Các bước thực hiện như sau.

26. 26
https://lop7.net/
1. Chọn một mặt phẳng của vật thể
2. Tạo một bản phác trên mặt phẳng đó
3. Sau khi tạo bản phác thảo, có thể thao tác với các nhóm lệnh cơ bản như pad,
pocket,… tùy theo yêu cầu đối với chi tiết.
Hình 2.7. Minh họa chi tiết sau khi sử dụng các lệnh chỉnh sửa
Sau khi thao tác với các nhóm lệnh như đã nêu, ta được vật thể hoàn thiện với
thiết kế theo yêu cầu.
2.4. Tạo chi tiết (Part Workbench)
2.4.1. Giới thiệu Part Workbench
Phần này sẽ tìm hiểu về cách ghép nối các chi tiết với nhau để hoàn thiện bản
vẽ bằng Part Workbench.
Để truy cập vào Part, chọn thanh công cụ của các Workbench và chọn Part, sau
đó chọn Create a new file và bắt đầu thiết kế.

27. 27
https://lop7.net/
Hình 2.8. Giao diện khi làm việc với Part
2.4.2. Làm việc với Part Workbench
Sau đây là các công cụ để tạo các đối tượng cơ bản
a. Lệnh tạo đối tượng
Box: Tạo khối hộp bằng cách chọn trực tiếp kích thước của nó.
Cone: Tạo một hình nón bằng cách xác định kích thước của nó
Cylinder: Tạo một hình trụ bằng cách chọn trực tiếp kích thước của nó.
Sphere: Tạo một khối cầu bằng cách chọn trực tiếp kích thước của nó.
Torus: Tạo một vòng bằng cách chọn trực tiếp kích thước của nó.
CreatePrimitives: Tạo các dạng hình học phức tạp khác nhau.
Shapebuilder: Tạo các hình học phức tạp từ các hình đơn giản hơn.
b.Lệnh sửa đối tượng.
Đây là những công cụ để sửa đổi các đối tượng hiện có. Ta có thể chọn
đối tượng bất kì để chỉnh sửa.
Booleans: Thực hiện thuật toán trên các đối tượng.
Union: Liên kết 2 đối tượng.

28. 28
https://lop7.net/
Common: Chiết xuất phần giao tuyến của hai vật.
Cut: Tách một đối tượng từ một đối tượng khác.
Extrude: Tạo lỗ rỗng hoặc vật đặc chồi lên
khỏi vật thể
Fillet: Tạo cung tròn của mép vật thể.
Revolve: Tạo một vật rắn bằng cách xoay một vật khác (không rắn) quanh
một trục
Section: Tách một phần mặt phẳng bằng cách giao nhau mặt phẳng đó với
một phần chọn trước.
Chamfer: Cắt cạnh của một đối tượng
Mirror: Đối xứng một vật thể qua một mặt phẳng
c. Một số công cụ khác.
Import CAD: Lệnh này giúp ta chuyển bản vẽ sang các file có đuôi như
*.IGES, *.STEP, *.BREP … cho phù hợp nhu cầu sử dụng.
Export CAD: Lệnh này cho phép lưu file dưới dạng đuôi *.IGES, *.STEP,
*.BREP... để phù hợp cho từng yêu cầu.
Shape from Mesh: Tạo ra một đối tượng hình dạng từ một đối tượng lưới.
Refine shape: Loại bỏ các đường nét không cần thiết khỏi 1 bề mặt.
Check geometry: Kiểm tra hình học của các đối tượng đã chọn để tìm lỗi.
Dưới đây là một vài hình ảnh khi thiết kế ở Workbench Part Design

29. 29
https://lop7.net/
Hình 2.9. Minh họa một số chi tiết khi thiết kế với Part
2.5. Tạo bản vẽ 2D từ bản vẽ 3D (Drawing Workbench)
Để tạo một bản vẽ 2D từ bản vẽ 3D, trước tiên cần có vật thể 3D, sau đó xuất
các hình chiếu của vật thể đó sang bản vẽ kĩ thuật tiêu chuẩn.
Để thực hiện, mở file 3D và đưa mô đun làm việc về Drawing.
Hình 2.10. Thiết kế Bánh răng
Giao diện của mô đun lúc đó sẽ như trên hình (cụ thể ở đây đang làm việc với
chi tiết là bánh răng).
Sau đó, cần thiết lập tiêu chuẩn cho bản vẽ bằng cách click vào , ta sẽ
thiết lập được các tiêu chuẩn của bản vẽ, cũng như cài đặt khung tên, thông tin về bản
vẽ.

30. 30
https://lop7.net/
Sau khi thiết lập, ta được bản vẽ như sau:
Hình 2.11. Bản vẽ tiêu chuẩn sau khi được thiết lập
Sau khi đã thiết lập bản vẽ tiêu chuẩn, cần chọn chi tiết cần xuất ra các hình
chiếu rồi nhấp chuột vào trên thanh công cụ. Sau khi đã chọn, được vùng sơ đồ các
vị trí của hình chiếu cần hiển thị. Tùy vào các hình chiếu cần xuất, ta chọn vị trí trên
sơ đồ sau.
Hình 2.12. Các tùy chọn khi xuất các hình chiếu 2D

31. 31
https://lop7.net/
Với chi tiết cụ thể ở đây là bánh răng, bản vẽ chi tiết như sau
Hình 2.13. Bản vẽ khi chưa có kích thước
Để ghi kích thước cho bản vẽ, thực hiện theo các bước sau:
1. Chuyển mô đun làm việc về Drawing dimension
2. Sau khi đã chuyển, thanh công cụ sẽ xuất hiện các lệnh cho phép ghi các
loại kích thước :
Trên hình là biểu tượng của các lệnh ghi độ dài, đường kính, bán kính, góc,
đường tâm, và các kích thước cơ bản khác.
Sau khi ghi kích thước, bản vẽ xuất hiện như sau :

32. 32
https://lop7.net/
Hình 2.14. Hình vẽ khi đã ghi kích thước
Như vậy, trên đây đã giới thiệu đầy đủ quy trình xuất từ vật thể 3D sang các
hình vẽ 2D, cụ thể là xuất trên bản vẽ kĩ thuật tiêu chuẩn.
2.6. Tính toán kiểm nghiệm độ bền chi tiết bằng phương pháp phần tử hữu hạn
(Fem Workbench)
Đây là mô đun cho phép thử độ bền của một chi tiết sau khi đã được thiết kế.
Mô đun này hoạt động dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn.
Để làm việc với mô đun này, trước tiên cần có chi tiết cần thử độ bền. Ở đây
chọn chi tiết là dầm đơn giản có liên kết ngàm một đầu để minh họa.
Hình 2.15. Dầm đơn giản ban đầu

33. 33
https://lop7.net/
- Sau khi có chi tiết, chuyển mô đun làm việc về kiểm nghiệm độ bền (FEM).
- Khi đã về mô đun FEM, ta cần chọn mô hình tính toán bằng cách nhấp vào biểu
tượng trên thanh công cụ, đây chính là chương trình phân tích cơ khí.
- Tiếp theo, cần định nghĩa vật liệu cho chi tiết bằng cách nhấp vào ô trên thanhh
công cụ. Vật liệu có sẵn trong thư viện, gồm rất nhiều các loại vật liệu cơ khí, ở đây
chọn vật liệu là Steel-Generic.
Dưới đây là hình ảnh khi ta chọn vật liệu, có các thông số của vật liệu như mô
đun đàn hồi, hệ số poát xông, khối lượng riêng. Với từng vật liệu riêng biệt, các thông
số này là khác nhau, tuy nhiên các thông số này có thể tùy chỉnh theo yêu cầu.
Hình 2.16. Chọn vật liệu cho dầm
- Tiếp theo, cần định nghĩa ràng buộc đối với chi tiết bằng cách nhấp vào ô trên
thanh công cụ. Lưu ý, cần chọn mặt phẳng để đặt liên kết theo các bước sau
1. Chọn mặt phẳng bằng cách nhấp chuột trực tiếp vào vật thể. Có thể chọn một hoặc
nhiều mặt phẳng.
2. Sau khi đã chọn mặt phẳng, nhấp vào Add Reference rồi nhấp Ok.
Sau đó , chi tiết xuất hiện như trên hình.

34. 34
https://lop7.net/
Hình 2.17. Đặt ràng buộc cho dầm
- Tương tự, định nghĩa tải trọng cho chi tiết bằng cách nhấp vào ô trên thanh công
cụ, sau khi nhấp vào ô này, các bước cụ thể như sau :
1. Chọn mặt hoặc đường mà tải trọng sẽ tác dụng.
2. Chọn hướng của tải trọng bằng cách nhấp trực tiếp vào hướng cần tác dụng
trên hình hoặc nhập chiều theo hệ tọa độ.
3. Chọn độ lớn cho lực rồi nhấp Ok.
Hình 2.18. Đặt tải trọng cho dầm
- Khi đã thực hiện đủ các bước trên, bắt đầu chạy chương trình kiểm nghiệm bền theo
các bước sau :

35. 35
https://lop7.net/
1. Nhấp vào trên thanh Combo View. Sau khi nhấp sẽ
xuất hiện hộp thoại sau
Hình 2.19. Khởi chạy chương trình tính ứng suất, chuyển vị
2. Nhấp vào trên hộp thoại này
3. Nhấp vào
4. Nhấp vào
5. Sau khi đóng, sẽ xuât hiện ô Result, nhấp vào Result, sau đó nhấp vào ô trên
thanh công cụ.
6. Cuối cùng, ta nhận được bảng sau :

36. 36
https://lop7.net/
Hình 2.20. Bảng kết quả ứng suất
Trên bảng kết quả, có các ô hiển thị ứng suất, chuyển vị, các giá trị ứng suất lớn
nhất, nhỏ nhất, trung bình. Bên dưới còn có chức năng hiển thị hiệu ứng đồ họa của
chuyển vị của dầm.
Hình 2.21. Chuyển vị theo phương X được hiển thị theo màu, phía màu xanh lá là
chuyển vị ít nhất, màu xanh dương là chuyển vị nhiều nhất.

37. 37
https://lop7.net/
Hình 2.22. Chuyển vị theo phương Y được hiển thị theo màu, phía màu xanh là
chuyển vị ít nhất, màu đỏ là chuyển vị nhiều nhất.
Hình 2.23. Chuyển vị theo phương Z được hiển thị theo màu, , phía màu xanh lá là
chuyển vị ít nhất, màu xanh dương là chuyển vị lớn nhất.
Hình 2.24. Chuyển vị tổng cộng theo 3 phương X, Y, Z, cũng được hiển thị theo đồ thị
màu, màu xanh là chuyển vị ít nhất, màu đỏ là chuyển vị lớn nhất.

38. 38
https://lop7.net/
Hình 2.25. Hiệu ứng đồ họa minh họa cho chuyển vị của dầm khi đặt tải trọng
Vậy là trên đây đã giới thiệu toàn bộ phần kiểm nghiệm độ bền theo phương
pháp phần tử hữu hạn.

39. 39
https://lop7.net/
CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM FREECAD TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ
CHI TIẾT ĐẦU MÁY, TOA XE
Trên đầu máy, toa xe có rất nhiều các chi tiết máy phức tạp, do điều kiện hạn
chế về mặt thời gian cũng như kiến thức (nhóm nghiên cứu là sinh viên năm thứ hai,
chưa được học tập các môn học chuyên môn), vì vậy, nhóm nghiên cứu lựa chọn thiết
lập mô hình 3D của bộ trục bánh xe đầu máy. Đây là một trong những chi tiết hết sức
quan trọng trong đầu máy. Cũng do những điều kiện hạn chế trên nên nhóm nghiên
cứu đã sử dụng các thông số kỹ thuật của bộ trục bánh xe đầu máy D19E để xây dựng
mô hình.
3.1. Giới thiệu kết cấu bộ trục bánh xe đầu máy D19E
Tác dụng của bộ trục bánh xe là đỡ toàn bộ phần trọng lượng ở phía trên nó và
truyền trọng lượng đó xuống đường đảm bảo cho đầu máy chuyển động an toàn cả trên
đường thẳng và đường cong với hệ số bán cần thiết khi lên dốc và khởi động với hệ số
ma sát nhỏ. Bộ trục bánh xe đầu máy còn đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình
hình thành lực kéo và lực hãm, các lực này phát sinh tại chỗ tiếp xúc giữa mặt lăn bánh
xe và mặt ray sẽ truyền lên trục bánh xe, lên bầu dầu và khung giá chuyển hướng.
Hình 3.1. Bộ trục bánh xe đầu máy D19E
1. Trục bánh 2. Vít dầu 3. Bánh xe
4. Bánh răng 5. Vít dầu bánh răng

40. 40
https://lop7.net/
Trục bánh xe có mâm bánh đúc liền và bánh răng truyền động.Tất cả các chi tiết
này đều chế tạo bằng thép đúc sau đó gia công chính xác. Các mối lắp giữa các bánh
xe, bánh răng với trục bánh xe đều là các mối ghép chặt có độ dôi, không có then.
Thông số cơ bản của bộ trục bánh xe
Các kính thước chủ yếu như sau :
- Giang cách trục bánh xe : 925+1mm.
- Khoảng cách giữa hai mặt lăn bánh xe : 1065mm.
- Đường kính bánh xe : 1000mm
3.2. Xây dựng mô hình 3D bộ trục bánh xe đầu máy
3.2.1. Xây dựng mô hình 3D trục bánh
Hình 3.2. Mô hình 3D trục bánh
Hình 3.3. Bản vẽ trục bánh xuất từ mô hình 3D

41. 41
https://lop7.net/
3.2.2. Xây dựng mô hình 3D bánh xe
Hình 3.4. Mô hình 3D bánh xe
Hình 3.5. Bản vẽ bánh xe xuất từ mô hình 3D

42. 42
https://lop7.net/
3.2.3. Xây dựng mô hình 3D bánh răng
Hình 3.6. Mô hình 3D bánh răng
Hình 3.7. Bản vẽ bánh răng xuất từ mô hình 3D

43. 43
https://lop7.net/
3.2.4. Lắp ráp bộ trục bánh xe
Hình 3.8. Các chi tiết của bộ trục bánh xe khi chưa lắp ráp
Hình 3.9. Lắp ráp bánh răng vào trục

44. 44
https://lop7.net/
Hình 3.10. Lắp ráp bánh xe phía không có bánh răng vào trục
Hình 3.11. Lắp ráp bánh xe còn lại vào trục hoàn thiện bộ trục bánh xe

45. 45
https://lop7.net/
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
*) Kết luận:
Đề tài đã thực hiện được các nội dung sau:
- Nghiên cứu được cách sử dụng phần mềm thiết kế 3D mã nguồn mở FreeCAD
và tạo ra được một bản hướng dẫn sử dụng bằng tiếng Việt.
- Ứng dụng phần mềm FreeCAD trong việc xây dựng mô hình 3D của bộ trục
bánh xe đầu máy.
Đánh giá những đóng góp mới của đề tài và khả năng ứng dụng của kết quả
nghiên cứu:
- Theo các thông tin nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu, hiện tại, chưa có một bản
hướng dẫn sử dụng chi tiết phần mềm FreeCAD nào bằng tiếng Việt. Vì vậy, có thể
coi đây là một bản hướng dẫn sử dụng phần mềm FreeCAD bằng tiếng Việt đầu tiên.
- Từ việc nghiên cứu sử dụng phần mềm, nhóm nghiên cứu xét thấy hoàn toàn
có thể ứng dụng phần mềm FreeCAD trong việc học tập, giảng dạy và nghiên cứu
trong lĩnh vực kỹ thuật nói chung và trong kỹ thuật cơ khí nói riêng mà không phải
mất chi phí cho việc mua bản quyền các phần mềm thương mại có tính năng tương tự
nhưng có chi phí cao như Catia, Inventor, Solidworks, v.v.…
- Phần mềm FreeCAD có dung lượng nhỏ gọn (khoảng 500 MB), sử dụng ít tài
nguyên máy tính. Do đó, có thể sử dụng phần mềm trên hầu hết các cấu hình máy tính
phổ thông.
*) Kiến nghị:
Thông qua việc nghiên cứu sử dụng phần mềm FreeCAD, nhóm nghiên cứu
thấy rằng phần mềm vẫn còn một số vấn đề chưa được hoàn thiện như còn thiếu một
số công cụ giúp thiết kế nhanh và tiện lợi (giống như một số phần mềm thương mại);
trong quá trình hoạt động một số mô đun xử lý còn chưa ổn định, gây tình trạng làm
chậm máy tính (vấn đề này cũng thường gặp trong các phần mềm mã nguồn mở, do
các mô đun thường do một hoặc một số lập trình viên tình nguyện riêng lẻ đóng góp).
Tuy nhiên, cũng do tính chất mã nguồn mở nên hoàn toàn có thể cải thiện phần mềm
bằng việc tiếp tục nghiên cứu và tạo ra các mô đun linh hoạt, tiện lợi hơn cho từng lĩnh
vực cụ thể thông qua sử dụng ngôn ngữ lập trình Python hoặc C++; có hai hình thức
có thể tạo ra được tiện ích bổ sung cho phần mềm là: một là có thể tạo ra một
Workbench (thường do các người dùng có kiến thức lập trình chuyên sâu), hai là có

46. 46
https://lop7.net/
thể tạo ra một Macro (tạo Macro khá đơn giản vì vậy hầu như người dùng có kiến thức
lập trình cơ bản cũng có thể tạo ra được). Ngoài ra, do hạn chế về mặt kiến thức
chuyên môn nên nhóm nghiên cứu cũng chưa thực hiện được việc tính toán kiểm
nghiệm độ bền của bộ trục bánh xe đầu máy. Vì vậy, nếu có điều kiện được tiếp tục
nghiên cứu phát triển, có thể ứng dụng phần mềm để tính toán kiểm nghiệm độ bền
của bộ trục bánh xe đầu máy, đồng thời, có thể nghiên cứu tạo ra một Workbench hoặc
đơn giản là một Macro giúp thiết kế bộ trục bánh xe một cách tự động. Hơn thế nữa,
như đã trình bày ở trên, nếu được đầu tư nghiên cứu hoàn thiện thì phần mềm này
hoàn toàn có thể thương mại hóa theo đúng giấy phép mã nguồn mở của phần mềm.
Đây cũng là xu hướng đã và đang được các trường đại học ở các nước tiên tiến thực
hiện.

47. 47
https://lop7.net/
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS.TS. Đỗ Đức Tuấn, Công nghệ sửa chữa đầu máy Diesel, NXB Giao thông Vận
tải, Hà Nội 2005.
[2] TS. Nguyễn Hữu Dũng, Cấu tạo tính toán Đầu máy Diesel, NXB Giao thông Vận
tải, Hà Nội 2004.
[3] Quy trình sửa chữa đầu máy D19E cấp ky, Xí nghiệp đầu máy Hà Nội, Hà Nội
2006.
[4] Quy trình công nghệ lắp ráp giá chuyển hướng đầu máy D19E, Nhà máy xe lửa Gia
Lâm, Long Biên 2004.
[5]. Hướng dẫn sử dụng (Tiếng Anh) cung cấp trên trang chủ của FreeCAD
https://www.freecadweb.org/wiki/Manual:Introduction