Thiết kế chế tạo mô hình xe máy điện (thiết kế chế tạo phần cơ khí)

7 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE MÁY ĐIỆN (THIẾT KẾ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ) NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S HUỲNH QUANG THẢO Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Phạm Tấn Lợi 1711251385 17DOTA3 Lý Tân Minh 1711251396 17DOTA3 Đào Lê Minh 1711251394 17DOTA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021 ii LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi tới các thầy cô lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc đến tất c.

7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE MÁY ĐIỆN

(THIẾT KẾ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ)

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S HUỲNH QUANG THẢO

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin gửi tới các thầy cô lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả thầy cô Viện Kỹ Thuật trường Đại học thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho chúng em có những ngày làm đồ án tốt nghiệp vô cùng ý nghĩa Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay chúng

em đã có thể hoàn thành bài báo cáo này Để bài báo cáo này đạt kết quả tốt đẹp, chúng em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của các thầy cô Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các thầy

cô Viện Kỹ Thuật trường Đại học thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và hoàn thiện bài báo cáo Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Huỳnh Quang Thảo đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn chúng

em hoàn thành tốt bài báo cáo trong thời gian qua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của chúng em, bài báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của mình nhằm phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

Phiếu đăng kí tên đề tài ĐATN

Phiếu giao nhiệm vụ

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh sách từ viết tắt ix

Danh sách các hình x

Danh sách các bảng xvi

Lời mở đầu 1

Chương 1 3

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 3

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.1.1 Đặt vấn đề 3

1.1.2 Tầm quan trọng 3

1.1.3 Ý nghĩa của đề tài 4

1.1.4 Lý do chọn đề tài 4

1.2 Tình hình nghiên cứu 4

1.3 Mục đích nghiên cứu 8

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 8

1.5 Phương pháp nghiên cứu 8

1.6 Kết quả đạt được của đề tài 9

1.7 Kết cấu của đề tài 9

Chương 2 10

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ XE MÁY ĐIỆN 10

2.1 Tổng quan về phần mềm SolidWorks 10

2.1.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm SolidWorks 10

2.1.2 Những nhóm tính năng cơ bản của SOLIDWORKS 3D 11

2.1.3 Tính năng mô phỏng, phân tích động lực trong SolidWork 11

2.1.3.1 Nghiên cứu tĩnh học (Ứng suất) 11

2.1.3.2 Nghiên cứu tần số 11

2.1.3.3 Nghiên cứu mất ổn định 11

2.1.3.4 Nghiên cứu nhiệt 11

2.1.3.5 Nghiên cứu kiểm tra rơi tự do 12

2.1.3.6 Nghiên cứu mỏi 12

2.1.3.7 Nghiên cứu phi tuyến 12

2.1.3.8 Nghiên cứu động lực học tuyến tính 12

2.1.3.9 Nghiên cứu thiết kế bình áp suất 12

2.1.4 Đánh giá phần mềm SolidWork 12

2.2 Tính toán, xây dựng mô hình 13

2.2.1 Lựa chọn khung sườn 13

2.2.2 Lựa chọn vật liệu 14

2.2.3 Tính toán góc cổ 15

2.2.4 Thiết lập hình dạng cơ sở khung xe 16

2.2.5 Tính toán trọng tâm 18

2.2.6 Tần số dao động và chu kì dao động của hệ thống treo 19

2.2.7 Các phản lực tác dụng 20

2.3 Thiết kế 22

2.3.1 Lựa chọn và thiết kế khung sườn 22

2.3.1.1 Lựa chọn 22

2.3.1.2 Thiết kế 25

2.3.2 Lựa chọn và thiết kế phần đầu xe 27

2.3.2.1 Lựa chọn 28

2.3.2.2 Thiết kế 40

2.3.3 Lựa chọn và thiết kế phần đuôi xe 47

2.3.3.1 Lựa chọn 47

2.3.3.2 Thiết kế 50

Chương 3 56

MÔ PHỎNG, THI CÔNG, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM 56

3.1 Mô phỏng 56

3.1.1 Thiết kế hoàn chỉnh 56

3.1.2 Khung sườn 57

3.1.3 Hệ thống treo trước 57

3.1.4 Vị trí đặt ắc quy 58

3.1.5 Cánh tay đòn (gấp) 60

3.1.6 Hệ thống treo sau 61

3.1.7 Bánh trước, bánh sau và cụm thắng 61

3.1.8 Mô phỏng lực 63

3.2 Lắp ráp 66

3.2.1 Khung sườn 66

3.2.2 Lắp tay thắng trước và tay thắng sau 67

3.2.3 Lắp bộ phuộc 69

3.2.4 Chọn lựa và lắp bánh trước 71

3.2.5 Lắp ráp heo trước 73

3.2.6 Bánh sau, gấp, phuộc sau 74

3.2.7 Ngoại thất 78

Chương 4 80

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 80

4.1 Đánh giá kết quả 80

4.2 Kết luận 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 83

Phụ lục 1: Bản vẽ tổng thể xe máy điện 83

Phụ lục 2: Bản vẽ tổng thể phuộc sau 84

Phụ lục 3: Bản vẽ giá đỡ ghi đông 85

Phụ lục 4: Bản vẽ bình xăng 86

Phụ lục 5: Bản vẽ ắc quy 87

Phụ lục 6: Bản vẽ bánh xe sau 88

Phụ lục 7: Bản vẽ bánh xe trước 89

Phụ lục 8: Bản vẽ chạc ba trên 90

Phụ lục 9: Bản vẽ chạc ba cổ lái 91

Phụ lục 10: Bản vẽ cụm phanh thủy lực 92

Phụ lục 11: Bản vẽ cụm tay phanh 93

Phụ lục 12: Bản vẽ driver điều khiển 94

Phụ lục 13: Bản vẽ cánh tay đòn (gấp) 95

Phụ lục 14: Bản vẽ ghi đông 96

Phụ lục 15: Bản vẽ khung sườn chính và phụ 97

Phụ lục 16: Bản vẽ phuộc trước phải 98

Phụ lục 17: Bản vẽ phuộc trước trái 99

Phụ lục 18: Bản vẽ yên xe 100

Phụ lục 19: Các bản vẽ chi tiết đơn phuộc sau 101

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

 Tp.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh

GVHD: Giảng viên hướng dẫn

Th.S: Thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC HÌNH



Hình 1.1 Xe máy điện Mission One của công ty Mission Motor 4

Hình 1.2 Xe máy điện ZR/F của hãng Zero 5

Hình 1.3 Xe máy điện Sarolea MANX7 6

Hình 1.4 Xe máy điện Vinfast Klara 6

Hình 1.5 Xe máy điện Vespa Roma 7

Hình 1.6 Xe máy điện PEGA Trains 8

Hình 2.1 Phần mềm SolidWorks 10

Hình 2.2 Thép hợp kim AISI 4130 15

Hình 2.3 Thiết kế góc cổ (Rake angle) 16

Hình 2.4 Hình chiếu cạnh 17

Hình 2.5 Hình chiếu đứng 17

Hình 2.6 Các hình chiếu hướng khác nhau được phác thảo trong bản vẽ kỹ thuật 18

Hình 2.7 Trọng tâm 18

Hình 2.8 Khung thép nguyên tấm xe máy 22

Hình 2.9 Khung xe máy ống thép 22

Hình 2.10 Khung xe máy dạng bắc cầu 23

Hình 2.11 Khung xe máy trục đơn 23

Hình 2.12 Khung xe máy đúc nhôm deltabox dạng 1 24

Hình 2.13 Khung xe máy đúc nhôm deltabox dạng 2 24

Hình 2.14 Khung xe máy kim cương mắt cáo 25

Hình 2.15 Khung xe thực tế 25

Hình 2.16 Hình ảnh vẽ lại trên phần mềm SolidWorks 26

Hình 2.17 Khung sườn sau khi cải tạo và chi tiết bộ phận cải tạo 27

Hình 2.18 Khung sườn các chi tiết cải tạo 27

Hình 2.19 Phuộc trên xe máy 28

Hình 2.20 Thiết kế cơ bản của phuộc 29

Hình 2.21 Cấu tạo Phuộc lồng 30

Hình 2.22 Phuộc hành trình ngược Upside down 31

Hình 2.23 Cấu tạo Phuộc nhíp trailling link 32

Hình 2.24 Cấu tạo cơ bản phuộc giò gà leading link 33

Hình 2.25 Phuộc giò gà leading link 34

Hình 2.26 Cấu tạo phuộc lò xo Springer 35

Hình 2.27 Cấu tạo cơ bản Phuộc Earles 36

Hình 2.28 Thiết kế phuộc Earles trên BMW 37

Hình 2.29 Cấu tạo Phuộc xà nhà Girder 37

Hình 2.30 Cấu tạo Phuộc tay đòn xa Telelever 38

Hình 2.31 Mẫu K1200R của BMW trang bị phuộc tay đòn đôi 39

Hình 2.32 hình thực tế của phuộc trước 40

Hình 2.33 Phuộc trước sau khi dùng phần mềm SolidWorks vẽ lại 41

Hình 2.34 Cấu tạo bên trong của phuộc trước 41

Hình 2.35 Lò xo phuộc trước 42

Hình 2.36 Chân phuộc và các chi tiết bên trong 42

Hình 2.37 Ốc đầu phuộc 43

Hình 2.38 Ty phuộc đã ghép lò xo vào bên trong 43

Hình 2.39 Chân phuộc sau khi thêm pát để bắt heo dầu 44

Hình 2.40 Cặp phuộc hoàn chỉnh 44

Hình 2.41 Chảng ba dưới 45

Hình 2.42 chảng ba trên 45

Hình 2.43 Bánh nan hoa trước 46

Hình 2.44 Ghi đông xe 47

Hình 2.45 Bộ gắp đôi cơ bản 48

Hình 2.46 Bộ gắp đơn cơ bản 49

Hình 2.47 Một trong những chiếc Tesla tương lai sử dụng gắp đơn 50

Hình 2.48 Hình ảnh gấp sau trên SolidWorks 50

Hình 2.49 Hình ảnh gắp sau thực tế 51

Hình 2.50 Phuộc sau trên nền SolidWorks 51

Hình 2.51 Yên xe được thiết kế lại 52

Hình 2.52 Pin nhiên liệu 52

Hình 2.53 Bộ Driver 53

Hình 2.54 Bình xăng 53

Hình 2.55 Cùm phanh dầu 54

Hình 2.56 Heo sau đã được lắp đầy đủ các bộ phận 54

Hình 2.57 Moto điện đã được tích hợp với mâm 55

Hình 2.58 Thiết kế hoàn chỉnh trên SolidWorks 55

Hình 3.1 Thiết kế hoàn chỉnh 56

Hình 3.2 Khung xe sau khi hoàn thành thiết kế 57

Hình 3.3 Vị trí bàn đạp phanh, yên xe, tay lái được đặt phù hợp để 58

Hình 3.4 Phuộc ống lồng được lắp cho xe 58

Hình 3.5 Khung đỡ ắc quy được hàn vào khung sườn (mô phỏng) 59

Hình 3.6 Khung đỡ ắc quy được hàn vào khung sườn (thực tế) 60

Hình 3.7 Cánh tay đòn (mô phỏng) 60

Hình 3.8 Hình ảnh phuộc sau (mô phỏng) 61

Hình 3.9 Hình ảnh phanh đĩa trước 2 pittông và vành kiểu nan hoa 62

Hình 3.10 Hình ảnh phanh sau được tích hợp vào mô tơ điện và vành kiểu nan hoa (mô phỏng) 62

Hình 3.11 Chia lưới vật thể cần tính toán 63

Hình 3.12 Trước khi gia cố khung sườn ở vị trí ngồi của người lái 64

Hình 3.13 Sau khi gia cố khung sườn ở vị trí ngồi của người lái 64

Hình 3.14 Mô phỏng giới hạn bền tải của cánh tay đòn làm bằng vật liêu AISI 4130 65 Hình 3.15 Chạc ba bị biến dạng sau khi tác dụng lực quá lớn 65

Hình 3.16 Bộ khung sườn win100 sau khi đã cải tạo 66

Hình 3.17 Lắp tay thắng trước 67

Hình 3.18 Lắp tay thắng sau 68

Hình 3.20 Lắp ráp tay thắng ghi đông trên SolidWorks 69

Hình 3.21 Sau khi lắp chảng ba dưới 69

Hình 3.22 Lựa chọn và lắp bộ phuộc trước cân chỉnh cho đều cả hai cây phuộc 70

Hình 3.23 Lắp đặt bộ cổ phuộc chảng ba theo xe 70

Hình 3.24 Lắp chảng ba dưới trên SolidWorks 71

Hình 3.25 Bánh trước, vỏ đã được chọn lựa và lắp lên xe 71

Hình 3.26 Thay bộ vỏ mới cho bánh trước và hoản thành gắn bộ chắn bùn trước 72

Hình 3.27 Lắp bánh trước heo trước trên SolidWorks 73

Hình 3.28 Heo dầu và pát heo đã được lắp hoàn chinh lên xe và hoạt động bình thường 73

Hình 3.29 Gắp đã được lắp lên xe 74

Hình 3.30 phuộc sau được lắp hoàn chỉnh 75

Hình 3.31 Bộ gắp sau zin, motor điện đã đợc lắp thử lên xe 76

Hình 3.32 Lắp ráp phần sau trên SolidWorks 76

Hình 3.33 Bộ moto điện 1000w 77

Hình 3.34 chắn bùn sau đã qua chỉnh sữa 78

Hình 3.35 Thay yên mới phù hợp hơn với dáng xe 78

Hình 3.36 Bình xăng mới sau khi thay đổi và chỉnh sửa lắp hoàn chỉnh lên xe 79

Hình 3.37 Lắp hoàn chỉnh trên SolidWorks 79

DANH SÁCH CÁC BẢNG



Bảng 2.1 Thành phần vật chất 14 Bảng 2.2 Tính chất cơ học 14

LỜI MỞ ĐẦU

 Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với hai vấn

đề lớn mang tính toàn cầu như:

Vấn đề năng luợng: Các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được Các phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linh hoạt, nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có các nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, v.v

Do vậy, các phương tiện sử dụng điện là phương tiện của tương lai Vấn đề môi trường: Không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là xe máy Xe máy điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn toàn không có khí thải

Như vậy, ta thấy rằng xe điện là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn, đó là

lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây, và càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới

Chắc hẳn ai ai cũng biết phương tiện giao thông ngày nay đóng một vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống ngày nay, bởi nó đi đôi với sự phát triển của xã hội loài người Nhưng chính vì sự phát triển không ngừng đó thì đã phần nào ảnh hưởng đến môi trường, nơi cung cấp luồng khí để duy trì sự sống cho con người Cùng với lượng phương tiện ngày càng tăng theo từng năm ở mỗi quốc gia, điều này kéo theo hệ lụy là lượng khí thải ra môi trường cũng ngày càng tăng, không chỉ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ trái đất tăng lên theo từng năm, khí hậu biến đổi thất thường,

lũ lụt, hạn hán,… Ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, việc trồng trọt chăn nuôi của nông dân, các công trình xây dựng, hạn chế các hoạt động du lịch,…

Là một sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường, việc tìm ra phương án và chế tạo phương tiện sử dụng năng lượng sạch mà cụ thể ở đây là năng lượng điện để phần nào giảm thiểu tối đa lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường Bởi năng lượng điện là năng lượng mà con người có thể tạo ra được và hơn thế nữa là giúp con người dần xóa bỏ sự lệ thuộc vào nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ Và đây cũng là một trong những vấn đề ngày càng được quan tâm nhiều trong thời buổi hiện nay Chính vì muốn khoác lên mình một màu áo mới cho trái đất này, để có một môi trường trong lành hơn nên nhóm em đã chọn đề tài “Tính toán và thiết kế khung sườn xe máy điện”.

Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Đặt vấn đề

Tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay ngày càng tăng cao đặc biệt là ở các khu đô thị, thành phố lớn Trong đó ô nhiễm môi trường được các cơ quan môi trường đánh giá là một trong những nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng này Cụ thể theo kết quả nghiên cứu của các chuyên gia, hoạt động giao thông sẽ gây ra gần 85% lượng khí cacbon monoxit thải ra không khí mỗi ngày Với tỷ lệ này, nó có thể gây ảnh hưởng xấu tới cơ thể, thậm chí dẫn tới bị nhiễm độc cấp Tại các thành phố lớn, lượng xăng bị đốt một cách lãng phí vào các giờ cao điểm sinh ra một lượng lớn khí thải độc hại và bụi mịn PM2.5 gây ra ô nhiễm môi trường Trên thế giới đã có hơn 7 triệu người chết

vì ô nhiễm không khí, riêng tại Việt Nam thì có khoảng 60,000 người tử vong vì ô nhiễm không khí mỗi năm Với tỷ lệ này, nó có thể gây ảnh hưởng xấu tới cơ thể, thậm chí dẫn tới bị nhiễm độc cấp

Ngoài ra, việc khai thác và sử dụng các nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu, ) quá mức cũng khiến cho nguồn tài nguyên bị cạn kiệt Vì vậy, việc tìm kiếm và chuyển đổi sang một nguyên liệu khác thân thiện hơn với môi trường trở nên bức thiết hơn bao giờ hết Đứng trước thực trạng đáng báo động này, việc thay thế phương tiện sử dụng nhiên liệu hoá thạch bằng phương tiện sử dụng điện là điều cần thiết, nhất là đối với xe máy

vì đây là phương tiện di chuyển chủ yếu ở nước ta

1.1.2 Tầm quan trọng

Bảo vệ môi trường, hạn chế thải khí CO2 ra môi trường

Hạn chế sử dụng nhiên liệu hoá thạch tránh dẫn đến tình trạng cạn kiệt nhiên liệu hoá thạch

Cải thiện mức độ ô nhiễm môi trường cũng như đẩy nhanh quá trình phục hồi của tầng Ozone

Giảm bụi mịn từ khí thải phương tiện ra môi trường

Tiết kiệm chi phí vận hành, chi phí bảo dưỡng cho người sử dụng

Giảm ô nhiễm tiếng ồn ở các vùng đô thị

1.1.3 Ý nghĩa của đề tài

Hoà nhập với xu hướng phát triển trên thế giới với ưu tiên hàng đầu trong việc bảo

vệ môi trường sống Đồng thời góp phần trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ khí bụi độc hại do phương tiện lưu thông hiện tại gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người

1.1.4 Lý do chọn đề tài

Nhằm nghiên cứu tạo ra mẫu xe máy điện bình dân cho người dân

1.2 Tình hình nghiên cứu

 Công trình nghiên cứu trên thế giới:

Tháng 2 năm 2009: Công ty Mission Motors ở San Francisco do một cựu kỹ sư Tesla Motors dẫn đầu, đã trình làng Mission One, một chiếc xe máy điện có tốc độ 150 dặm/ giờ, trở thành chiếc xe điện được sản xuất nhanh nhất trên thế giới

Hình 1.1 Xe máy điện Mission One của công ty Mission Motor

Chiếc SR/F của hãng Zero này được trang bị pin lithium-ion, động cơ công suất 110

mã lực và sử dụng hệ thống kiểm soát phanh điện tử MSC của hãng Bosch Là chiếc

mô tô thông minh đầu tiên trên thế giới, Zero SR/F sử dụng hệ điều hành và ứng dụng được phát triển riêng Chiếc xe có thể chạy được quãng đường 259 km trong môi trường thành phố trong 1 lần sạc đầy Tốc độ tối đa mà Zero SR/F có thể đạt được là

200 km/h

Hình 1.2 Xe máy điện ZR/F của hãng Zero

Xe Sarolea MANX7 được trang bị động cơ điện công suất 160 mã lực, có thể đạt vận tốc tối đa 241km/h và đi được quãng đường 330 km trong 1 lần sạc đầy Tính năng sạc nhanh trên MANX7 chỉ cần 25 phút để sạc từ 0-85% dung lượng pin Bộ khung xe liền khối được làm từ sợi carbon để giảm bớt trọng lượng

Hình 1.3 Xe máy điện Sarolea MANX7

 Công trình nghiên cứu trong nước:

Xe máy điện VinFast Klara có vận tốc tối đa xe có thể đạt được là khoảng 50km/h Thời gian để sạc được 1 lần pin là từ 8 đến 12 tiếng tùy thuộc vào từng chế độ sạc Ngoài ra có một ưu điểm vượt trội là chống nước tiêu chuẩn IP57 Vì thế chiếc xe này

có thể dễ dàng di chuyển trong trời mưa hay những vùng ngập úng mà không lo bị tắt máy

Hình 1.4 Xe máy điện Vinfast Klara

Xe có trọng lượng khoảng 85kg nhưng có thể tải trọng lên đến 180kg Với động cơ mạnh mẽ nên chiếc xe máy này có thể đạt vận tốc tối đa lên đến 55km/h Đặc biệt xe máy điện này có khả năng chống thấm nước nên bạn có thể dễ dàng sử dụng dưới trời mưa hay đi qua những vùng ngập úng

Hình 1.5 Xe máy điện Vespa Roma

Với một lần sạc đầy pin xe máy điện này có thể đi được quãng đường đến 100km Động cơ của xe khá mạnh mẽ lên đến 1000W và có khả năng chống nước rất tốt Xe

có trọng lượng 90kg nhưng có thể chở được đến 230 kg thích hợp để di chuyển cho 2 người Vận tốc tối đa của xe máy điện này có thể đạt được là 50km/h Còn thời gian để sạc đầy pin của xe khoảng từ 6 đến 8 tiếng

Hình 1.6 Xe máy điện PEGA Trains 1.3 Mục đích nghiên cứu

Đề xuất các giải pháp nghiên cứu góp phần đóng góp phát triển nâng cao hiệu năng của xe máy điện

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu về xe máy điện

- Xây dựng phương án thiết kế tư thế người lái cũng như độ bền trên xe máy điện

- Tính toán các yêu cầu kỹ thuật, công suất cần thiết, đồng bộ công suất của pin và motor

- Chế tạo mô hình xe máy điện (phần cơ) dựa vào thân xe đã có sẵn

- Vận hành và đánh giá kết quả

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập và xử lý tài liệu: đây là phương pháp được sử dụng hầu như xuyên suốt trong đề tài, bao gồm hai giai đoạn: thu thập tài liệu và xử lý tài liệu Nguồn

số liệu thống kê từ các công ty, bài báo, diễn đàn về xe máy điện, một số đề tài khoa học, tài liệu nghiên cứu của các tổ chức nước ngoài, các trang website trong nước và nước ngoài Kết quả của quá trình thu thập và xử lý tài liệu sẽ ảnh hưởng đến kết quả của quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình của đề tài

Phương pháp phân tích và tổng hợp: phương pháp này dùng để phân tích, tổng hợp nguồn tài liệu và đánh giá các mặt được và những hạn chế của các nghiên cứu trước của vấn đề nghiên cứu, từ đó tìm ra khoảng trống cần nghiên cứu

Phương pháp quan sát nhằm thu thập các tài liệu cụ thể, thực tế về xe máy điện tại Việt Nam, sử dụng phương pháp quan sát làm cơ sở hỗ trợ cho phương pháp thu thập, xử lý tài liệu

Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm mô phỏng Proteus và phần mềm lập trình code CCS để mô phỏng hệ thống điện và hệ thống điều khiển của xe máy điện Kết quả đạt được của đề tài

1.6 Kết quả đạt được của đề tài

Mô hình xe máy điện hoàn chỉnh có thể vận hành ổn định trên đường với vận tốc tối

đa đạt được là 50km/h và di chuyển được quãng đường là 125km

1.7 Kết cấu của đề tài

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Tính toán, thiết kế

Chương 3: Mô phỏng, thi công, lắp ráp và thực nghiệm

Chương 4: Đánh giá kết quả và kết luận

Chương 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ XE MÁY ĐIỆN 2.1 Tổng quan về phần mềm SolidWorks

Chúng em sử dụng phần mềm SolidWork để vẽ và thiết kế vì phần mềm này có đầy đủ các tính năng cần thiết để thực hiện đồ án

2.1.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm SolidWorks

Hình 2.1 Phần mềm SolidWorks

SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D tham số chạy trên hệ điều hành Windows

và có mặt từ năm 1995, được tạo bởi công ty SolidWorks Dassault Systèmes

Phần mềm SolidWorks được biết đến từ phiên bản SolidWorks

1995 Cho đến nay SolidWorks đã có nhiều bước phát triển vượt bậc về tính năng, hiệu suất và khả năng đáp ứng các nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật, công nghiệp SolidWorks còn được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, nội thất, xây dựng… nhờ tính năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục các giải pháp hỗ trợ đa dạng

2.1.2 Những nhóm tính năng cơ bản của SolidWorks 3D

- Thiết kế mô hình 3D chi tiết;

- Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép;

- Xuất bản vẽ dễ dàng;

- Tính năng Tab và Slot;

- Cải tiến Quản lý dự án và quy trình;

- Các tiện ích cải tiến;

- Tính năng gia công

2.1.3 Tính năng mô phỏng, phân tích động lực trong SolidWorks

SolidWorks Simulation cung cấp các công cụ mô phỏng để kiểm tra và cải thiện chất lượng bản thiết kế của bạn Cung cấp một giải pháp toàn diện cho các kiểu phân tích về stress, thermal…

2.1.3.1 Nghiên cứu tĩnh học (Ứng suất)

Nghiên cứu tĩnh học ( hoặc ứng suất ): nghiên cứu tĩnh học tính toán các chuyển

vị, biến dạng, ứng suất, phản lực và sự phân bố hệ số an toàn Vật liệu sẽ bị phá hủy tại vị trí mà ở đó ứng suất vượt quá một mức độ nhất định Việc tính toán hệ số

an toàn dựa trên một tiêu chuẩn về phá hủy Phần mềm cung cấp 4 tiêu chuẩn về phá hủy như vậy Nghiên cứu tĩnh học giúp bạn tránh được những phá hủy do ứng suất lớn

2.1.3.2 Nghiên cứu tần số

Nghiên cứu tần số: một vật thể bất kỳ luôn có xu hướng tự dao động ở những tần số nhất định gọi là tần số tự nhiên, hay tần số cộng hưởng tần số tự nhiên thấp nhất gọi là tần số cơ bản, với mỗi tần số tự nhiên vật thể có một hình dáng nhất định gọi là mode shape

2.1.3.3 Nghiên cứu mất ổn định

Nghiên cứu mất ổn định: mất ổn định liên quan đến những chuyển vị đột ngột gây ra bởi các tải trọng dọc trục Những cấu trúc mỏng chịu tải dọc trục có thể bị phá hủy do mất ổn định tại những vị trí mà cường độ tải vẫn thấp hơn mức cho phép để có thể gây ra phá hủy vật liệu

2.1.3.4 Nghiên cứu nhiệt

Nghiên cứu nhiệt: tính toán nhiệt độ, garadient nhiệt, và dòng nhiệt dựa trên sự tạo nhiệt , dẫn nhiệt đối lưu và điều kiện bức xạ Nghiên cứu nhiệt giúp bạn tránh được những điều kiện nhiệt không mong muốn như quá nhiệt và nóng chảy

2.1.3.5 Nghiên cứu kiểm tra rơi tự do

Nghiên cứu kiểm tra rơi tự do: đánh giá ảnh hưởng của một vật thể hay tổ hợp các vật thể rơi xuống một sàn cứng Bạn có thể dùng nghiên cứu kiểm tra rơi tự

do để mô phỏng tác động của một mô hình rơi tự do xuống một sàn cứng

2.1.3.6 Nghiên cứu mỏi

Nghiên cứu mỏi: một tải tác động lập đi lập lại theo chu kỳ sẽ làm đối tượng nghiên cứu suy yếu dần theo thời gian, ngay cả khi ứng suất gây ra bởi tải đó nhỏ hơn ứng suất giới hạn cho phép Hiện tượng này gọi là tính m

2.1.3.7 Nghiên cứu phi tuyến

Nghiên cứu phi tuyến: trong một vài trường hợp các giải pháp tuyến tính có thể đưa ra các giải pháp sai lầm bởi các giả định mà nó dựa vào không còn đúng nữa Nghiên cứu phi tuyến có thể được sử dụng để giải quyết những vấn đề phi tuyến gâyra bởi trạng thái vật liệu, những chuyển vị lớn và các điểu kiện tiếp xúc

2.1.3.8 Nghiên cứu động lực học tuyến tính

Nghiên cứu động lực học tuyến tính: khi những tác dụng của lực quán tính và giảm chấn không thể bỏ qua, nghiên cứu tĩnh học sẽ không cho ra được những kết quả chính xác

2.1.3.9 Nghiên cứu thiết kế bình áp suất

Nghiên cứu thiết kế bình áp suất: kết hợp các kết quả của ngiên cứu tĩnh học với các hệ số mong muốn Mỗi nghiên cứu tĩnh bao gồm một tập hợp các tải khác nhau tương ứng với các kết quả khác nhau

2.1.4 Đánh giá phần mềm SolidWorks

Phần mềm Solid Work là phần mềm dễ sử dụng nhưng vẫn có rất nhiều chức năng Giúp người dùng có thể thiết kế, vẽ, mô phỏng lại các chi tiết từ đó giúp cho việc chế tạo và thi công lắp đặt được chính xác nhanh chóng và dễ dàng Không chỉ dành cho các kỹ sư, solidworks còn là một phần mềm dạy học cho nhiều ngành

khác nhau và đặc biệt giúp những sinh viên học ngành kỹ thuật làm quen với việc

sử dụng máy tính để vẽ các bản vẽ cơ khí mà không cần sử dụng phương pháp vẽ tay ít chính xác

2.2 Tính toán, xây dựng mô hình

2.2.1 Lựa chọn khung sườn

Sự khác biệt chính về cấu trúc giữa xe máy động cơ IC thông thường và xe máy điện là hệ thống sản xuất điện của xe Các thành phần của động cơ xe máy như động cơ, hệ thống xả và bình xăng được thay thế bằng hệ thống pin và mô tơ điện việc thiết kế và kết hợp các hệ thống cơ khí khác nhau như hệ thống treo trước và sau, hệ thống truyền động, phanh và ghế ngồi của xe là tương tự nhau đối với cả hai loại xe máy Do đó, khung xe máy phải được thiết kế sao cho có không gian dành cho động cơ và hệ thống xả và bình xăng sẽ được thay thế bằng hệ thống pin và động cơ điện mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống liên quan trên

xe

Xem xét các thông số thiết kế và an toàn khác nhau, khung giá đỡ đơn (single cradle chassis) đã được xem xét và chọn dùng cho xe điện vì so với các khung xe máy khác thì khung giá đỡ đơn nhẹ hơn những khung khác thiết kết đơn giản tiết kiệm được nguyên vật liệu khi sản xuất nhưng vẫn cung cấp được độ cứng cao do được thiết kế một ống sắt to ở giữa khung được bao gồm các ống thép có đường kính khác nhau và khả năng chịu lực cao được hàn lại với nhau để tạo thành một cấu trúc gắn kết các thành phần khác nhau của xe Đặc trung của khung này là động

cơ cũng sẽ là một bộ phận chịu lực và cũng đóng vai trò như khung gầm xe, giúp cho kiểu khung này có giá thành thấp và nhẹ Cũng nhờ vậy mà kiểu khung này đã được chọn để sử dụng làm khung xe điện vì dù có loại bỏ các bộ phận như động cơ,

hệ thống xả, hệ thống nhiên liệu,… Thay thế bằng động cơ điện và pin năng lượng thì vẫn đáp ứng được yêu cầu hoạt động ổn định của xe Không những vậy với khối lượng nhẹ của loại khung giá đỡ đơn và việc thay động cơ đốt trong, bình nhiên liệu, hệ thống xả càng làm cho trọng lượng của xe nhẹ hơn có được một gia tốc lớn hơn Và với việc thay đổi bánh sau truyền thống bằng một động cơ điện có khối

lượng nặng hơn giúp cho xe có khả năng bám đường tốt hơn Vì vậy khung giá đỡ

đơn là loại khung phù hợp nhất để sử dụng làm khung xe điện hơn những loại

Việc lựa chọn vật liệu trong thiết kế phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như tải trọng, chức năng, khí hậu tình trạng, thời gian tồn tại và chi tiêu tổng thể Cân nhắc các yếu tố trên, việc lựa chọn vật liệu đã được thực hiện để thiết kế một loại khung hiệu quả và tiết kiệm Hợp kim thép, nhôm và các hợp kim của nó, Titan, sợi Carbon được ưa thích loại vật liệu trong suốt lựa chọn Tương đối, AISI 4130 hợp kim thép đã được sử dụng trong nghiên cứu này vì nó dễ kiếm, hiệu quả về chi phí

và có các đặc tính cơ học được cải thiện

Hình 2.2 Thép hợp kim AISI 4130 2.2.3 Tính toán góc cổ

Việc lựa chọn góc cổ là một phần quan trọng trong thiết kế khung xe Rake Angle còn được gọi là góc cổ, là góc giữa cổ trục và trục thẳng đứng của trục bánh

xe Nó quyết định loại xe cho dù đó là loại xe du lịch hay thể thao Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự ổn định của phương tiện giao thông Góc của cổ trước so với trục thẳng đứng là 19-24ᵒ và có thể tối ưu hóa chiều dài của xe

Ta có chiều dài trục cơ sở là: 1230mm

Chiều cao cổ (chiều dài từ tâm bánh xe đến chạc ba trên): là 520mm

→ Góc cổ = acrtan(chiều cao cổ/ chiều dài cơ sở)= arctan(520/1230)=230

Hình 2.4 Hình chiếu cạnh

Hình 2.5 Hình chiếu đứng

Tiếp theo đây là hình minh họa các hướng nhìn khác nhau của khung sườn:

Hình 2.6 Các hình chiếu hướng khác nhau được phác thảo trong bản vẽ kỹ thuật 2.2.5 Tính toán trọng tâm

Trọng tâm là điểm mà lực hấp dẫn tác dụng vào khung Trong một trường lực hấp dẫn đều, khối tâm đóng vai trò là trọng tâm Một lực tác dụng vào trọng tâm gây ra quá trình tịnh tiến Trọng tâm được xác định và ký hiệu trong khung này và hiển thị bên dưới Hình dưới đây minh họa:

Hình 2.7 Trọng tâm

a Trọng tâm nằm ngang của xe:

Khối lượng xe khi không tải: 105kg

Chiều dài cơ sở của xe là 1230mm = 1,23m

Trọng lượng phía trước (Wf) = trọng lượng phía sau (Wr) = Khối lượng xe/2 = 50,25 Kg

Thông thường, vị trí nằm ngang của trọng tâm là giữa các bánh xe và Wf = Wr, cho độ lệch trọng lượng 50/50 Đây là một giá trị gần đúng rất có thể sử dụng cho nhiều phép tính

Vị trí nằm ngang của trọng tâm trên trục hoành

X= Trọng lượng trước (Wr) x Chiều dài cơ sở (WB)/ [Trọng lượng trước+Trọng lượng sau (Wr) = 50,25 x 1,23/ [50,25+50,25]= 0,589 m

b Vị trí nằm dọc của trọng tâm trên trục tung

h= cot(arcsin(y/WB)) * [{(Wr * WB)/(Wf+Wr)}-X]+(Rf+Rr)/2

h = chiều cao của trọng tâm

y = chiều cao bánh trước được nâng lên trên bánh sau

Rf = bán kính của lốp trước

Rr = bán kính của lốp sau

Bán kính lốp xe trước = bán kính lốp xe sau = 8,5 inches = 0,256 m

Bánh trước và sau cùng trên một mặt phẳng nằm ngang nên y = 0

Vậy vị trí trọng tâm theo trục tung là:

h= cot(arcsin(0/1,23)) * [{(50,25*1,23)/105}-0,589]+(0,256*2)/2

= 0,256m

Trọng tâm trên xe của chúng em có tọa độ (0,589.0,256)m

2.2.6 Tần số dao động và chu kì dao động của hệ thống treo

Nếu hệ thống giảm xóc của xe máy điện hoạt động kém, thì xe máy điện sẽ dao động ít nhất, chẳng hạn như khi đi qua đường xóc và sau khi dừng lại Tần số dao động cà chu kì dao động của xe sẽ là:

Tần số dao động của hệ thống treo trên xe (f)

Khối lượng của xe (m) là 105 kg

Hằng số lực của hệ thống treo (k) là 6,53x104 N/m

Tải trọng tác động = g * trọng lượng ước tính = 9,81 * 220 = 2158 N

Ngoài ra, thời gian tác động = (Khối lượng * Vận tốc) / Tải trọng tác động Giả sử tốc độ tối đa = 58 km / h, tức là vận tốc = 16,11 m /s

Thời gian tác động = (220 * 16.11) /4316.4 = 0,82 giây ứng suất năng suất= 460 MPA

Ta có chiều dài trục cơ sở là: 1230mm

→ Góc cổ = acrtan( chiều cao cổ/ chiều dài cơ sở)= arctan(520/1230)=230

1,2 cho xe có khí động học hình giọt nước

1,6 cho xe sedan mở cửa sổ → Chọn Crw = 1,2 cho xe máy điện

Vậy 𝐶𝑤 = [0,98(7,5⁄25) 2 + 0,63(7,5⁄25)].1,2 − 0,4(7,5⁄25) = 0,8124

b Lực cản không khí: 𝐹𝑊𝑋 = 𝐶𝑑 𝐴 𝑉 2 /391

Trong đó:

FWX – lực cản không khí xe phải chịu (lb)

Cd – hệ số cản không khí của xe

Đối với xe máy Cd = 0,5 – 1 → ta chọn Cd = 0,75 A – diện tích mặt cắt theo phương lực cản của không khí (ft2) 𝐴 = 2,3.3,28 = 7,544 (𝑓𝑡2 )

V – tốc độ xe (mph)

𝐹𝑊𝑋 = 0,75.7,544.252 391 = 9,04 (𝑙𝑏) 𝐹𝑊(𝐶𝑊) = 0,32352.9,04 = 2,925 (𝑙𝑏) Vậy 𝐹𝑊 = 𝐹𝑊𝑋 + 𝐹𝑊(𝐶𝑊) = 9,04 + 2,925 = 11,965 (𝑙𝑏) = 53,22 (𝑁)

2.3 Thiết kế

2.3.1 Lựa chọn và thiết kế khung sườn

Để có thể bắt đầu vào việc làm đồ án tốt nghiệp xe máy điện thì đầu tiên cần phải có khung sườn trước vì nó là thành phần cơ bản, là nền móng để bắt đầu phục

vụ cho việc làm đồ án thì trước tiên ta sẽ vào phần lựa chọn khung sườn

2.3.1.1 Lựa chọn

+ Khung thép nguyên tấm

Hình 2.8 Khung thép nguyên tấm xe máy

Đây cũng là một dạng khung cổ điển với hai tấm thép lớn được hàn tạo hình thành một tấm dạng ống rỗng làm trục đỡ chính

Đối với loại khung sườn này máy xe sẽ không được đặt vào trong khung mà được treo bằng hệ thống treo có khung làm giá treo và gắp sau làm giá đỡ

+ Khung đỡ kép cấu tạo thép ống

Hình 2.9 Khung xe máy ống thép

Đây là một loại khung xe cổ điển, được cấu tạo bởi hai trục ống thép kép được hàn uốn tạo khung chia đều lực ra hai bánh trước và sau để đỡ lốc máy nằm ở giữa + Khung sườn dạng bắc cầu

Hình 2.10 Khung xe máy dạng bắc cầu

Thường được sử dụng cho loại động cơ 2 xy lanh kích thước to Với cấu trúc hình học kiểu trợ lực tam giác loại khung sườn này sẽ tạo nên cộng lực vững chắc cho lốc mấy nặng kí và tạo độ đầm xe hoàn hảo

+ Khung giá đỡ đơn

Hình 2.11 Khung xe máy trục đơn

Được sinh ra bởi cha đẻ là tay đua người Thuỵ Sỹ Fritz W Egli – một chuyên gia về khung xe và động cơ

Với thiết kế khung sườn loại này, toàn bộ phần lốc máy sẽ được kết nối và câu

đỡ bởi một trục nằm ngang lớn hình ống trụ vô lớn có đường kính từ 8 – 12cm Một số trường hợp phần ống trụ lớn này có thể được đặt chế để trở thành khoan chứa xăng của xe

+ Khung đúc nhôm Deltabox (dạng 1)

Hình 2.12 Khung xe máy đúc nhôm deltabox dạng 1

Được trình làng khi Yamaha giới thiệu chiếc RZR 750 RR, khung nhôm đúc deltabox nguyên bản là loại khung được đúc nhôm liền nguyên khối thành khung

ôm sát lốc máy, bên trong có ngàm cố định máy vào khung bằng ốc vít

Với loại khung này, lốc máy và khung tạo thành một khối duy nhất vững chắc gắn trực tiếp vào tay lái của xe

Deltabox thường được dùng cho các xe thể thao Đây sẽ không phải là sản phẩm yêu thích của các tín đồ naked-bike hay custom

+ Khung đúc nhôm Deltabox (dạng 2)

Hình 2.13 Khung xe máy đúc nhôm deltabox dạng 2

Nguyên lý bắc cầu loại khung nhôm deltabox thứ hai cũng được đúc nguyên tấm nhưng khối đúc lại có cấu trúc chữ Z tam giác cân theo nguyên lý bắc cầu để không hao tốn nguyên liệu đúc làm xe nhẹ hơn nhưng vẫn đạt độ vững chắc rất cao Khung kim cương (lưới mắt cáo)