Tính cấp thiết của đề tài
Ô nhiễm không khí đang gia tăng nghiêm trọng, đặc biệt tại các đô thị lớn, với ô nhiễm môi trường được xác định là nguyên nhân chính Theo nghiên cứu, hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí cacbon monoxit thải ra hàng ngày, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và có thể dẫn đến ngộ độc cấp tính Tại các thành phố lớn, việc tiêu thụ xăng vào giờ cao điểm tạo ra lượng lớn khí thải độc hại và bụi mịn PM2.5 Trên toàn cầu, hơn 7 triệu người đã chết do ô nhiễm không khí, trong khi tại Việt Nam, khoảng 60,000 người tử vong mỗi năm vì nguyên nhân này.
Việc khai thác quá mức các nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu đang dẫn đến cạn kiệt nguồn tài nguyên Do đó, tìm kiếm và chuyển đổi sang nguyên liệu thân thiện với môi trường là rất cần thiết Trước thực trạng này, việc thay thế phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch bằng xe máy điện trở nên cấp bách, đặc biệt vì xe máy là phương tiện di chuyển chủ yếu ở Việt Nam.
Bảo vệ môi trường, hạn chế thải khí CO 2 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
Hòa nhập với xu hướng phát triển toàn cầu, chúng ta cần ưu tiên bảo vệ môi trường sống, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm từ khí bụi độc hại do phương tiện giao thông gây ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.
1.1.4 Lý do chọn đề tài
Nhằm nghiên cứu tạo ra mẫu xe máy điện bình dân cho người dân.
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 Zero SR/F được trang bị pin lithium-ion và động cơ mạnh mẽ với công suất 110 mã lực, cùng hệ thống kiểm soát phanh điện tử MSC của Bosch Là mô tô thông minh đầu tiên trên thế giới, Zero SR/F sử dụng hệ điều hành và ứng dụng phát triển riêng, cho phép người dùng trải nghiệm công nghệ tiên tiến Xe có khả năng di chuyển quãng đường lên đến 259 km trong môi trường thành phố với một lần sạc đầy, và đạt tốc độ tối đa ấn tượng.
Hình 1.2 Xe máy điện ZR/F của hãng Zero
Xe Sarolea MANX7 sở hữu động cơ điện mạnh mẽ với công suất 160 mã lực, cho phép đạt tốc độ tối đa 241 km/h và quãng đường di chuyển lên đến 330 km sau mỗi lần sạc Tính năng sạc nhanh của MANX7 chỉ mất 25 phút để nạp từ 0-85% dung lượng pin Bộ khung xe liền khối được chế tạo từ sợi carbon, giúp giảm trọng lượng hiệu quả.
Hình 1.3 Xe máy điện Sarolea MANX7
Công trình nghiên cứu trong nước:
Xe máy điện VinFast Klara đạt vận tốc tối đa khoảng 50km/h và thời gian sạc pin từ 8 đến 12 tiếng tùy chế độ Một ưu điểm nổi bật của xe là khả năng chống nước tiêu chuẩn IP57, cho phép di chuyển dễ dàng trong mưa và vùng ngập úng mà không lo bị tắt máy.
Hình 1.4 Xe máy điện Vinfast Klara
Xe máy điện này nặng khoảng 85kg nhưng có khả năng tải trọng lên đến 180kg Với động cơ mạnh mẽ, xe có thể đạt tốc độ tối đa 55km/h Đặc biệt, xe còn có tính năng chống thấm nước, cho phép sử dụng dễ dàng trong trời mưa hoặc khi di chuyển qua những khu vực ngập úng.
Hình 1.5 Xe máy điện Vespa Roma
Xe máy điện này có thể di chuyển quãng đường lên đến 100km chỉ với một lần sạc đầy Được trang bị động cơ mạnh mẽ 1000W, xe có khả năng chống nước tốt và trọng lượng 90kg, có thể chở tối đa 230kg, phù hợp cho hai người Vận tốc tối đa đạt được là 50km/h, trong khi thời gian sạc đầy pin dao động từ 6 đến 8 tiếng.
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.
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.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập và xử lý tài liệu là quy trình quan trọng trong nghiên cứu, bao gồm hai giai đoạn chính: thu thập tài liệu và xử lý tài liệu Nguồn tài liệu được sử dụng trong đề tài đa dạng, bao gồm tài liệu chuyên ngành và các văn bản liên quan.
Dưới đây là 9 số liệu thống kê quan trọng từ các công ty, bài báo, diễn đàn về xe máy điện cùng với các nghiên cứu khoa học và tài liệu từ các tổ chức quốc tế Quá trình thu thập và xử lý tài liệu này sẽ có ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình cho đề tài.
Phương pháp phân tích và tổng hợp được sử dụng để đánh giá tài liệu, xác định những điểm mạnh và hạn chế của các nghiên cứu trước đó liên quan đến vấn đề nghiên cứu, từ đó giúp phát hiện khoảng trống cần được nghiên cứu thêm.
Phương pháp quan sát được sử dụng để thu thập tài liệu cụ thể và thực tế về xe máy điện tại Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ cho quá trình thu thập và xử lý thông tin.
Phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Proteus và phần mềm lập trình CCS để mô phỏng hệ thống điện và hệ thống điều khiển của xe máy điện Đề tài đã đạt được kết quả khả quan trong việc phát triển và tối ưu hóa các hệ thống này.
Kết quả đạt được của đề tài
Mô hình xe máy điện hoàn chỉnh có khả năng vận hành ổn định trên đường, đạt tốc độ tối đa 50km/h và có thể di chuyển quãng đường lên đến 125km.
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.
Tổng quan về phần mềm SolidWorks
Chúng tôi sử dụng phần mềm SolidWorks cho việc vẽ và thiết kế, nhờ vào việc nó sở hữu đầy đủ các tính năng cần thiết để thực hiện đồ án.
2.1.1 Giới thiệu sơ lược về 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
Kể từ năm 1995, SolidWorks đã trải qua nhiều cải tiến vượt bậc về tính năng, hiệu suất và khả năng đáp ứng nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật và công nghiệp Phần mềm này còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như đường ống, kiến trúc, nội thất và xây dựng, nhờ vào tính năng thiết kế 3D mạnh mẽ cùng danh mục 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;
2.1.3 Tính năng mô phỏng, phân tích động lực trong SolidWorks
SolidWorks Simulation mang đến các công cụ mô phỏng giúp kiểm tra và nâng cao chất lượng thiết kế của bạn, cung cấp giải pháp toàn diện cho nhiều loại phân tích như stress và nhiệt độ.
2.1.3.1 Nghiên cứu tĩnh học (Ứng suất)
Nghiên cứu tĩnh học, hay còn gọi là ứng suất, là quá trình phân tích các chuyển vị, biến dạng, ứng suất, phản lực và phân bố hệ số an toàn của vật liệu Vật liệu sẽ bị phá hủy khi ứng suất vượt quá một ngưỡng nhất định, và việc tính toán hệ số an toàn dựa trên các tiêu chuẩn về phá hủy Phần mềm cung cấp bốn tiêu chuẩn phá hủy khác nhau, giúp bạn phòng tránh những thiệt hại do ứng suất lớn.
Nghiên cứu tần số cho thấy rằng mọi vật thể đều có xu hướng tự dao động ở những tần số nhất định, được gọi là tần số tự nhiên hay tần số cộng hưởng Tần số tự nhiên thấp nhất được gọi là tần số cơ bản, và mỗi tần số tự nhiên tương ứng với một hình dáng nhất định của vật thể, được gọi là mode shape.
2.1.3.3 Nghiên cứu mất ổn định
Nghiên cứu về mất ổn định cho thấy rằng hiện tượng này xảy ra khi có những chuyển vị đột ngột do tải trọng dọc trục Các cấu trúc mỏng chịu tải dọc trục có nguy cơ bị phá hủy do mất ổn định, ngay cả khi cường độ tải vẫn dưới mức cho phép để gây ra hư hại vật liệu.
Nghiên cứu nhiệt bao gồm việc tính toán nhiệt độ, gradient nhiệt và dòng nhiệt dựa trên sự tạo nhiệt, dẫn nhiệt đối lưu và điều kiện bức xạ Thông qua nghiên cứu này, bạn có thể tránh được những tình huống 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 tác động của vật thể hoặc tổ hợp vật thể khi rơi xuống sàn cứng Nghiên cứu này cho phép mô phỏng hiệu ứng của mô hình rơi tự do lên bề mặt cứng, từ đó giúp hiểu rõ hơn về những lực và tác động xảy ra trong quá trình va chạm.
Nghiên cứu mỏi đề cập đến việc một tải tác động lặp đi lặp lại theo chu kỳ có thể làm suy yếu đối tượng nghiên cứu theo thời gian, ngay cả khi ứng suất do tải đó gây ra nhỏ hơn giới hạn cho phép Hiện tượng này được biết đến với tên gọi là tính mỏi.
Nghiên cứu phi tuyến là phương pháp quan trọng khi các giải pháp tuyến tính có thể dẫn đến kết quả sai do những giả định không còn chính xác Phương pháp này hữu ích trong việc giải quyết các vấn đề phi tuyến phát sinh từ trạng thái vật liệu, các chuyển vị lớn và điều kiện tiếp xúc.
2.1.3.8 Nghiên cứu động lực học tuyến tính
Nghiên cứu động lực học tuyến tính là cần thiết khi tác động của lực quán tính và lực giảm chấn không thể bị bỏ qua; trong những trường hợp này, nghiên cứu tĩnh học sẽ không mang lại kết quả chính xác.
2.1.3.9 Nghiên cứu thiết kế bình áp suất
Nghiên cứu thiết kế bình áp suất yêu cầu sự kết hợp giữa các kết quả nghiên cứu tĩnh học và các hệ số mong muốn Mỗi nghiên cứu tĩnh sẽ bao gồm nhiều loại tải khác nhau, dẫn đến các kết quả khác nhau.
2.1.4 Đánh giá phần mềm SolidWorks
Phần mềm SolidWorks là một công cụ thiết kế dễ sử dụng, cung cấp nhiều chức năng hữu ích Nó hỗ trợ người dùng trong việc thiết kế, vẽ và mô phỏng các chi tiết, từ đó giúp quá trình chế tạo và lắp đặt diễn ra chính xác, nhanh chóng và dễ dàng Không chỉ phục vụ cho các kỹ sư, SolidWorks còn được sử dụng rộng rãi trong giảng dạy cho nhiều ngành nghề khác nhau.
13 phần mềm khác nhau và đặc biệt giúp sinh viên ngành kỹ thuật làm quen với việc sử dụng máy tính để tạo ra các bản vẽ cơ khí, thay thế cho phương pháp vẽ tay kém chính xác.
Tính toán, xây dựng mô hình
Sự khác biệt chính giữa xe máy động cơ IC và xe máy điện nằm ở hệ thống sản xuất điện, trong đó các thành phần như động cơ, hệ thống xả và bình xăng được thay thế bằng pin và mô tơ điện Mặc dù thiết kế các hệ thống cơ khí như hệ thống treo, truyền động, phanh và ghế ngồi tương tự nhau, khung xe máy cần được điều chỉnh để tạo không gian cho pin và mô tơ điện mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống liên quan.
Khung giá đỡ đơn (single cradle chassis) được lựa chọn cho xe điện do trọng lượng nhẹ và thiết kế đơn giản, giúp tiết kiệm nguyên vật liệu mà vẫn đảm bảo độ cứng cao nhờ vào ống sắt lớn ở giữa và các ống thép có đường kính khác nhau được hàn chặt với nhau Đặc điểm nổi bật của khung này là động cơ không chỉ là bộ phận chịu lực mà còn đóng vai trò như khung gầm, giúp giảm chi phí và trọng lượng Việc thay thế các bộ phận truyền thống như động cơ đốt trong, hệ thống xả và nhiên liệu bằng động cơ điện và pin năng lượng không chỉ giữ cho xe hoạt động ổn định mà còn giảm trọng lượng tổng thể, từ đó tăng tốc độ và hiệu suất của xe.
Khung giá đỡ đơn là lựa chọn tối ưu cho xe điện nhờ vào khả năng bám đường tốt hơn, nhờ vào trọng lượng nặng hơn.
Bảng 2.1 Thành phần vật chất
Bảng 2.2 Tính chất cơ học
Tính chất Đơn vị Độ bền kéo 560 Mpa Độ bền uốn 490 Mpa
Modun nén 140 Gpa Ứng suất cắt 80 Gpa
Việc chọn vật liệu trong thiết kế phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tải trọng, chức năng, khí hậu, tình trạng, thời gian tồn tại và ngân sách Dựa trên các yếu tố này, vật liệu được lựa chọn nhằm tạo ra một khung thiết kế hiệu quả và tiết kiệm Các vật liệu phổ biến bao gồm hợp kim thép, nhôm, titan và sợi carbon Trong nghiên cứu này, hợp kim thép AISI 4130 được ưu tiên sử dụng vì tính sẵn có, hiệu quả chi phí và các đặc tính cơ học vượt trội.
Hình 2.2 Thép hợp kim AISI 4130 2.2.3 Tính toán góc cổ
Việc chọn góc cổ (Rake Angle) là yếu tố quan trọng trong thiết kế khung xe, xác định mối quan hệ giữa cổ trục và trục thẳng đứng của bánh xe Góc cổ ảnh hưởng đến loại xe, từ xe du lịch đến xe thể thao, và đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo sự ổn định của phương tiện Thông thường, góc cổ trước so với trục thẳng đứng dao động từ 19-24 độ, giúp 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)# 0
Hình 2.3 Thiết kế góc cổ (Rake angle)
2.2.4 Thiết lập hình dạng cơ sở khung xe
Sau khi hoàn thành góc cổ, chúng tôi đã chọn trục cơ sở 1230mm để bắt đầu thiết kế khung cho các giá đỡ như động cơ, pin, bộ điều khiển và các phụ kiện khác Khung cũng bao gồm ống liên kết chính, đóng vai trò là cơ sở cho chỗ ngồi của người lái và hệ thống treo Việc lựa chọn góc uốn cong và đường kính của các ống cũng được xem xét kỹ lưỡng Cuối cùng, ống trên uốn xuống và các cấu trúc hỗ trợ đã được phát triển để hoàn thiện thiết kế, như minh họa bên dưới.
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 động lên khung, và trong một trường lực hấp dẫn đều, khối tâm đóng vai trò là trọng tâm Khi một lực tác động vào trọng tâm, nó sẽ gây ra quá trình tịnh tiến Trọng tâm được xác định và ký hiệu trong khung, như minh họa trong hình dưới đây.
19 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
Vị trí trọng tâm thường nằm ngang giữa các bánh xe với tỷ lệ Wf = Wr, tương ứng với độ lệch trọng lượng 50/50 Đây là giá trị gần đúng, có thể áp dụng cho nhiều phép tính liên quan đến cân bằng trọng lực.
Vị trí nằm ngang của trọng tâm trên trục hoành
Trọng tâm của xe được tính bằng công thức 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 Vị trí trọng tâm trên trục tung được xác định bằng h = cot(arcsin(y/WB)) * [{(Wr * WB)/(Wf + Wr)} - X] + (Rf + Rr)/2, trong đó h là chiều cao của trọng tâm, y là chiều cao bánh trước nâng lên so với 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
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 không hiệu quả, xe sẽ gặp phải tình trạng dao động ít nhất, đặc biệt khi đi qua những đoạn đường gồ ghề và sau khi dừng lại Tần số và chu kỳ dao động của xe sẽ bị ảnh hưởng đáng kể.
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 6,53x10 4 N/m
Chu kì dao động của hệ thống treo (T)
Các phép tính sau đây được thực hiện khi xét rằng lực 2g tác dụng, g = 9.81 m/s Trọng lượng ước tính = 220 kg (trọng lượng của xe + người lái)
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)# 0
𝛼 là góc dốc mặt đường
Ta chọn độ dốc mặt đường là 10% → 𝛼 = 5 o 43’
Tổng lực cản không khí = lực cản gió + lực cản không khí tác động lên xe a Lực cản gió: 𝐶𝑤 = [0,98(𝑤⁄𝑉) 2 + 0,63(𝑤⁄𝑉)] 𝐶𝑟𝑤 − 0,4(𝑤⁄𝑉)
Trong đó: w – tốc độ gió trung bình (mph) v – tốc độ của xe Crw – hệ số cản của gió
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
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 )
Trong đó: Cr – hệ số cản lăn → chọn Cr = 0,01 G – trọng lượng xe
Ta chọn độ dốc mặt đường là 10% → 𝛼 = 5 o 43’
Trong đó: m – khối lượng xe (kg) a – gia tốc xe → chọn a = 1,5 (m/s2) Vậy 𝐹𝑗
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
Khung thép nguyên tấm xe máy là một kiểu khung cổ điển, được tạo thành từ hai tấm thép lớn hàn lại với nhau thành một ống rỗng, làm trục đỡ chính Với thiết kế này, máy xe không được lắp đặt bên trong khung mà được treo bằng hệ thống treo, trong đó khung làm giá treo và gắp sau đảm nhận vai trò làm giá đỡ.
+ Khung đỡ kép cấu tạo thép ống
Khung xe máy ống thép là một thiết kế cổ điển, bao gồm hai trục ống thép kép được hàn uốn, giúp phân bổ lực đồng đều giữa hai bánh trước và sau Thiết kế này hỗ trợ lốc máy nằm ở giữa, mang lại sự ổn định và bền bỉ cho khung sườn dạng bắc cầu.
Hình 2.10 Khung xe máy dạng bắc cầu
Động cơ 2 xy lanh kích thước lớn thường được trang bị khung sườn trợ lực tam giác, giúp tạo ra cộng lực vững chắc cho lốc máy nặng ký và mang lại độ đầm xe hoàn hảo.
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 đặc biệt, lốc máy được kết nối và hỗ trợ bởi một trục ngang lớn hình ống có đường kính từ 8 đến 12cm Trong một số trường hợp, ống trụ này còn có thể được chế tạo thành khoang chứa xăng cho xe.
+ Khung đúc nhôm Deltabox (dạng 1)
Khung xe máy đúc nhôm Deltabox dạng 1, được giới thiệu cùng với Yamaha RZR 750 RR, là một thiết kế khung nguyên khối từ nhôm, ôm sát lốc máy Bên trong khung, có ngàm cố định máy vào khung bằng ốc vít, mang lại sự chắc chắn và ổn định cho xe.
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 được thiết kế với cấu trúc chữ Z tam giác cân, giúp tiết kiệm nguyên liệu đúc và giảm trọng lượng xe mà vẫn đảm bảo độ vững chắc cao Khung kim cương với lưới mắt cáo cũng góp phần tăng cường tính ổn định và độ bền cho sản phẩm.
Hình 2.14 Khung xe máy kim cương (mắt cáo)
Loại khung này vô cùng tiết kiệm vật liệu nhưng lại đạt được độ cứng cao thường thấy ở các khung xe Ducati Monster
Sử dụng nguyên lý kết nối của các phân tử carbon trong tinh thể kim cương, các thanh ống thép, titan hoặc nhôm được hàn hoặc bắt vít theo dạng lưới mắt cáo để tạo thành cấu trúc chắc chắn và bền vững.
Sau khi nghiên cứu tài liệu trực tuyến, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn khung máy giá đỡ đơn, vì nó không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn dễ dàng cho việc cải tạo và chỉnh sửa thành xe máy điện.
Sau khi nghiên cứu một số khung xe trên mạng, nhóm chúng em đã quyết định chọn khung của xe Win100 để làm khung cho đồ án của mình.
Hình 2.15 Khung xe thực tế
Sau khi tiến hành đo đạc trên khung xe thực tế, chúng tôi đã mô phỏng và chỉnh sửa lại trên phần mềm SolidWorks nhằm đảm bảo không xảy ra sai sót khi thực hiện trên khung nguyên mẫu.
Hình 2.16 Hình ảnh vẽ lại trên phần mềm SolidWorks
Khung xe đã được điều chỉnh để phù hợp với dự án của nhóm, bao gồm việc cắt bỏ phần chống đứng và vị trí đặt ắc quy để mở rộng không gian cho pin nhiên liệu lớn hơn, giúp xe hoạt động lâu dài mà không cần tiếp nhiên liệu Nhóm cũng đã loại bỏ pát sạc ắc quy và hàn thêm bốn miếng thép lớn với lỗ khoan để tạo nơi đặt sạc pin nhiên liệu Để đảm bảo khung xe không bị yếu, nhóm đã hàn thêm hai thanh sắt lớn làm giá đỡ cho pin nhiên liệu, đồng thời tăng cường độ bền cho khung xe trong quá trình hoạt động.
Nhóm em đã hàn thêm một tấm lưới để ngăn sỏi đá bay vào lồng và gây hỏng pin nhiên liệu Để tăng cường độ bền, chúng em cũng chế tạo một bộ ba ống sắt hình chữ nhật làm nơi chứa pin nhiên liệu và bảo vệ bụng dưới của xe, tránh trường hợp xe va chạm với vật cản làm vỡ pin.
Hình 2.17 Khung sườn sau khi cải tạo và chi tiết bộ phận cải tạo
Hình 2.18 Khung sườn các chi tiết cải tạo
Sau khi hoàn thành phần khung sườn, nhóm em quyết định tiếp tục lắp ráp bộ phận đầu xe, bao gồm bộ giảm xóc trước, chảng ba dưới và trên, bánh trước, cũng như ghi đông.
2.3.2 Lựa chọn và thiết kế phần đầu xe Ở đầu xe quan trọng là phần giảm xóc của xe một bộ phận giúp tăng độ êm ái, giúp cho người lái không bị ảnh hưởng nhiều khi xe vượt chướng ngại vật trên đường và không bị mệt mỏi khi chạy một quảng đường dài Trên thị trường hiện
28 nay có rất nhiều loại phuộc dùng để trang bị trên các dòng xe dưới đây là một số thông tin cơ bản của chúng
Mô phỏng
Trong chương này, chúng tôi trình bày và giải thích thiết kế cuối cùng của khung xe, với mục tiêu làm rõ từng bộ phận cấu thành thân xe Khung, khung phụ và tay đòn là các bộ phận cơ bản của khung, đã được phát triển một cách tỉ mỉ.
Hình 3.1 Thiết kế hoàn chỉnh
Hình 3.2 Khung xe sau khi hoàn thành thiết kế
Chúng em chọn kiểu khung giá đỡ đơn vì tính gọn nhẹ và phổ biến của nó Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là diện tích hạn chế, vì vậy chúng em đã hàn thêm khung đỡ phụ để tạo không gian cho ắc quy Bên cạnh đó, bình xăng giả trên khung sườn cũng được giữ nguyên để giữ dáng cho xe café racer.
Chúng em chọn phuộc ống lồng truyền thống vì giá thành rẻ, dễ tìm mua và phổ biến Phuộc này đã được tùy chỉnh vị trí cụm phanh để nâng cao tính tiện dụng Bên cạnh đó, chúng em cũng thực hiện một số thay đổi ở cụm chạc 3 và gá nâng ghi đông, giúp tư thế ngồi thoải mái hơn, không còn gò bó như trên các mẫu xe café racer cổ điển.
Hình 3.3 Vị trí bàn đạp phanh, yên xe, tay lái được đặt phù hợp để thoải mái cho người lái
Hình 3.4 Phuộc ống lồng được lắp cho xe
3.1.4 Vị trí đặt ắc quy
Chúng em đã cắt 1 phần của khung sườn và hàn thẳng khung đỡ ắc quy vào khung sườn Hình ảnh mô phỏng:
Hình 3.5 Khung đỡ ắc quy được hàn vào khung sườn (mô phỏng)
Hình 3.6 Khung đỡ ắc quy được hàn vào khung sườn (thực tế) 3.1.5 Cánh tay đòn (gấp)
Cánh tay đòn này được lấy nguyên bản từ xe 67 và đã được tùy chỉnh để tăng trục cơ sở lên 80mm, giúp xe chạy ổn định hơn.
Hình 3.7 Cánh tay đòn (mô phỏng)
Chúng tôi đã chọn sử dụng phuộc treo đôi dạng lò xo để phù hợp với thiết kế khung giá đỡ đơn Sự phổ biến và giá cả hợp lý của loại phuộc này là những yếu tố quan trọng giúp chúng tôi quyết định lựa chọn cho thiết kế của mình.
Hệ thống này bao gồm hai phuộc lò xo, trong đó một đầu được gắn vào vị trí ngã ba phía sau của khung sườn, còn đầu kia gắn vào cánh tay đòn và được cố định bằng bu lông.
Hình 3.8 Hình ảnh phuộc sau (mô phỏng)
3.1.7 Bánh trước, bánh sau và cụm thắng
Bánh xe sử dụng kiểu vành 17 inch và vành nan hoa giúp giảm khối lượng đáng kể cho xe Bánh sau được thiết kế tích hợp mô tơ điện, loại bỏ nhông sên đĩa, mang lại sự thon gọn Phanh sau được tích hợp trong mô tơ, trong khi phanh trước sử dụng phanh đĩa với hệ thống thủy lực 2 pittông.
Hình 3.9 Hình ảnh phanh đĩa trước 2 pittông và vành kiểu nan hoa (mô phỏng)
Hình 3.10 Hình ảnh phanh sau được tích hợp vào mô tơ điện và vành kiểu nan hoa (mô phỏng)
Phân tích phần tử hữu hạn là một kỹ thuật số hiệu quả để tìm ra giải pháp gần đúng cho các bài toán giá trị biên của phương trình vi phân riêng Kỹ thuật này thực hiện việc chia nhỏ miền bài toán thành các phần đơn giản hơn, gọi là phần tử hữu hạn Để giải quyết vấn đề, các phương pháp khác nhau, bao gồm cả phép tính các biến thể, được áp dụng nhằm giảm thiểu một hàm lỗi liên quan.
Chia lưới là quá trình chuyển đổi một cơ thể rắn thành các nút và phần tử Các nút là những điểm trên phần thân của thành phần, trong khi các thực thể hình học được tạo ra bằng cách nối các nút được gọi là phần tử Tất cả các tính toán cần thiết của phần mềm được thực hiện tại các nút, và các giá trị thu được tại các nút sẽ được nội suy trong toàn bộ phần tử.
Hình 3.11 Chia lưới vật thể cần tính toán
Sau khi áp dụng lực 200N và tải trọng phân bố đều, phần mềm SolidWorks Simulator đã chỉ ra rằng khung sườn nơi người lái là điểm yếu nhất, cần gia cố thêm 4 thanh sắt để tăng cường độ vững chắc Dưới đây là hình ảnh trước và sau khi thực hiện gia cố.
Hình 3.12 Trước khi gia cố khung sườn ở vị trí ngồi của người lái
Hình 3.13 Sau khi gia cố khung sườn ở vị trí ngồi của người lái
Khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền tải 500N lên bề mặt, phần giữa của cánh tay đòn sẽ biến dạng nhiều nhất và có xu hướng cong xuống Dưới đây là hình ảnh mô phỏng sự biến dạng này.
Hình 3.14 Mô phỏng giới hạn bền tải của cánh tay đòn làm bằng vật liêu AISI 4130
Chạc ba là bộ phận quan trọng của xe máy, chịu đựng dao động từ mặt đường và dẫn hướng, đồng thời tải trọng của người lái và thân xe Dưới đây là hình ảnh của chạc ba khi chịu lực vượt quá giới hạn bền tải cho phép.
Hình 3.15 Chạc ba bị biến dạng sau khi tác dụng lực quá lớn
Phần nối giữa cổ lái và vị trí đặt giảm xóc trước là khu vực dễ bị biến dạng và tổn hại nhất Đây là điểm yếu của chi tiết này, dễ dẫn đến hư hỏng.
Lắp ráp
3.2.1 Khung sườn Để tiết kiệm chi phí chúng em đã sử dụng lại khung sườn của một chiếc win100 và tiến hành cải thạo thay đổi theo mục đích sử dụng cho đồ án tốt nghiệp vì khung sườn của xe này đơn giản, chắc chắn và dễ cải tạo mà không ảnh hưởng quá nhiều tới các hoạt động khác trên xe Vì không sử dụng động cơ đốt trong nên chúng em đã cắt bỏ đi pát treo máy khung chứa bộ phận ắc quy và hàn một bộ khung mới để chứa bộ ắc quy lớn hơn và nhằm gia cố cho xe thay cho những bộ phận gia cố đã bị cắt bỏ
Chúng em đã cắt ngắn phần đuôi xe để lắp đặt bộ đèn hậu mới, đồng thời thay đổi bộ chắn bùn khác, sau đó tiến hành tinh chỉnh và lắp ráp lên xe.
Hình 3.16 Bộ khung sườn Win100 sau khi đã cải tạo
3.2.2 Lắp tay thắng trước và tay thắng sau Ở đây chúng em chọn lắp tay thắng trước là phanh dầu vì lực phanh trước cần mạnh và tức thì nên chúng em quyết định chọn phanh dầu cho được khả năng phanh tốt và độ trễ thấp mà còn có cả tính thẩm mỹ cao
Hình 3.17 Lắp tay thắng trước
Chúng tôi đã chọn phanh đùm cho phanh sau vì nó mang lại cảm giác phanh êm ái, giúp người lái cảm thấy thoải mái hơn khi di chuyển Ngoài ra, thiết kế của phanh được tích hợp bên trong bánh sau cũng nâng cao tính thẩm mỹ cho xe.
Hình 3.20 Lắp ráp tay thắng ghi đông trên SolidWorks 3.2.3 Lắp bộ phuộc
Hình 3.21 Sau khi lắp chảng ba dưới
Sau khi lắp ráp chảng ba, chúng em tiến hành lắp phuộc trước để điều chỉnh tư thế lái cho thoải mái và đảm bảo hai cây phuộc được cân bằng với nhau.
Trong bước lắp đặt bộ phuộc trước, chúng tôi đã chọn phuộc nguyên bản theo xe và bộ chảng ba trên dưới nhằm tiết kiệm chi phí chế tạo khung Bộ phuộc trước dài giúp vị trí ngồi của người lái thoải mái hơn, giảm thiểu cảm giác mỏi sau khi di chuyển liên tục trên quãng đường dài Ngoài ra, việc sử dụng bộ ghi đông cao hơn cũng góp phần tạo tư thế lái thoải mái, không bị dồn trọng lực quá nhiều về phía trước.
Hình 3.23 Lắp đặt bộ cổ phuộc chảng ba theo xe
Trong bước lắp đặt bánh trước, chúng tôi đã quyết định sử dụng lại bộ phuộc nguyên bản, vì vậy bộ chắn bùn trước cũng được tái sử dụng để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu suất cho hệ thống.
Hình 3.25 Bánh trước, vỏ đã được chọn lựa và lắp lên xe
Chúng em đã dự định thay cặp bánh xe lớn hơn để tăng tính chắc chắn cho xe, nhưng do khoảng cách giữa hai cây phuộc quá nhỏ không phù hợp với bánh lớn, nên quyết định giữ lại cặp bánh zin Thay vào đó, chúng em sẽ lắp một bộ vỏ mới để cải thiện độ ổn định và chống trơn trượt, vì bộ vỏ cũ đã bị hao mòn.
Hình 3.26 Thay bộ vỏ mới cho bánh trước và hoản thành gắn bộ chắn bùn trước
Hình 3.27 Lắp bánh trước heo trước trên SolidWorks 3.2.5 Lắp ráp heo trước
Hình 3.28 Heo dầu và pát heo đã được lắp hoàn chinh lên xe và hoạt động bình thường
Chúng em đã chọn bộ tay dầu kết hợp với heo dầu Nissin hai piston để tăng cường lực phanh, mang lại cảm giác êm ái hơn khi sử dụng Để đảm bảo heo dầu phù hợp với phuộc nguyên bản và tận dụng tối đa bố phanh, chúng em đã thiết kế lại pát heo.
3.2.6 Bánh sau, gắp, phuộc sau
Sau khi hoàn thành việc lắp bánh trước, chúng tôi chuyển sang lắp bánh sau Để đảm bảo bánh sau vừa với gắp zin của xe, chúng tôi tiến hành lắp ráp gắp sau lên xe Do không còn sử dụng bộ nhông sên đĩa, chúng tôi đã tháo bỏ cao su gắp để tăng tính thẩm mỹ Chúng tôi giữ lại pát bắt carte để làm nơi giữ bộ dây tải cho motor điện ở phía sau, nhằm tránh dây điện bị rối và gây nguy hiểm trong quá trình xe vận hành.
Hình 3.29 Gắp đã được lắp lên xe
Hình 3.30 Phuộc sau được lắp hoàn chỉnh
Sau khi lắp gắp sau, chúng tôi đã kiểm tra tư thế ngồi của người lái để đảm bảo không quá cao hoặc quá thấp Tiếp theo, chúng tôi ướm thử mâm sau để chắc chắn rằng nó vừa vặn; nếu không, chúng tôi sẽ thay thế bằng một bộ gắp khác phù hợp hơn.
Hình 3.31 Bộ gắp sau zin, motor điện đã đợc lắp thử lên xe
Hình 3.32 Lắp ráp phần sau trên SolidWorks
Bánh sau bọn em đã thay bằng một moto điện có công suất 1000w phanh sau cũng được tích hợp vào bên trong
Chúng tôi sử dụng gắp zin để đảm bảo độ chắc chắn và giảm thiểu sự thay đổi ở bộ phận truyền lực Phần đậy điện được bảo vệ trong một ống nhựa, cố định vào pát carte, nhằm tránh hư hại từ các tác nhân bên ngoài và ngăn ngừa tình trạng cạ cấn gây đứt dây tải, đảm bảo an toàn cho người lái.
Chúng em đã thay đổi bánh sau và loại bỏ phần chắn bùn nguyên bản, sau đó lắp đặt một bộ chắn bùn mới Qua quá trình chỉnh sửa, xe đã được hoàn thiện với ngoại hình đặc trưng của một chiếc café racer.
Hình 3.34 Chắn bùn sau đã qua chỉnh sữa 3.2.7 Ngoại thất
Chúng em đã cải tiến ngoại thất xe theo phong cách café racer bằng cách thay yên zin bằng yên da mới và thay bình xăng bằng một bình xăng khác Đồng thời, chúng em cũng điều chỉnh một số chi tiết để lắp vừa vào khung xe.
Hình 3.35 Thay yên mới phù hợp hơn với dáng xe
Hình 3.36 Bình xăng mới sau khi thay đổi và chỉnh sửa lắp hoàn chỉnh lên xe
Hình 3.37 Lắp hoàn chỉnh trên SolidWorks