Thiết kế, tính toán, tối ưu khung xe đua formula car tham dự cuộc thi formula SAE

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………....6Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI FORMULA SAE VÀ CHIẾC XE THAM DỰ………………………………………………………………………………8 1.1 Khái quát về cuộc thi thiết kế xe Formula SAE…………………………..8 1.2 Nội dung trong cuộc thi Formula SAE……………………………………8 1.2.1 Kiểm tra xe……………………………………………………………10 1.2.2 Nội dung thi mang tính tĩnh…………………………………………..10 1.2.3 Nội dung thi mang tính động…………………………………………11 1.3 Quy định của cuộc thi trong thiết kế xe…………………………………..12 1.3.1 Các quy định chung về xe Formula Sae………………………………12 1.3.2 Những quy định về an toàn…………………………………………..14 1.4 Quy trình tính toán thiết kế xe Formula Sae……………………………...16Chương 2: BỐ TRÍ CHUNG VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN XE FORMULA SAE……………………………………………………………………………..17 2.1 Bố trí chung các cụm chi tiết trên xe……………………………………...17 2.2 Bố trí người lái trong khoang xe………………………………………….19 2.2.1 Sơ đồ nhân chủng học ( sơ đồ kích thước của con người)……………20 2.2.2 Vị trí ghế ngồi………………………………………………………...22 2.2.3 Xây dựng mô hình kích thước người lái xe Formula Sae…………….24 2.3 Lựa chọn động cơ sử dụng xe Formula Sae………………………………25Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ KHUNG GẦM TRÊN XE THAM DỰ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUNG XE……………………………………..27 3.1.Chức năng và nhiệm vụ…………………………………………………...27 3.2.Phân loại theo kết cấu của khung…………………………………………27 3.2.1.Khung hình thang……………………………………………………..27 3.2.2.Khung không gian ống rỗng…………………………………………..28 3.2.3.Khung gầm liền khối………………………………………………….29 3.3.Đánh giá các phương án thiết kế………………………………………….31 3.4.Thiết kế khung xe Formula SAE………………………………………….31 3.4.1.Phương pháp thiết kế………………………………………………….31 3.4.2.Thiết kế phác thảo khung xe………………………………………….31 3.4.3.Thiết kế khung xe Formula SAE dạng dây…………………………...32Chương 4: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SOLIDWORKS VÀ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ, KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG XE FORMULA SAE………38 4.1.Giới thiệu phần mềm Solid Works……………………………………….38 4.2.Thiết kế 3D trong Solidworks…………………………………………….39 4.2.1 Cơ sở thiết kế chi tiết 3D trong Solidworks…………………………..39 4.2.2.Thiết kế khung xe Formula SAE bằng phần mềm Solidworks……….42 4.3.Lực tác dụng lên khung xe………………………………………………..44 4.3.1 Xoắn theo chiều dọc thân xe………………………………………….45 4.3.2 Tải trọng uốn thẳng đứng……………………………………………..46 4.3.3 Lực bên tác dụng lên khung…………………………………………..47 4.4 Tải trọng dự kiếu của xe Formula SAE…………………………………..49 4.5 Lựa chọn vật liệu………………………………………………………….50 4.6 Kiểm nghiệm khung xe bằng phần mềm COSMOS……………………...52 4.6.1 Đặt vấn đề…………………………………………………………….52 4.6.2 Giới thiệu phần mềm COSMOS……………………………………...53 4.6.3 Ứng dụng COSMOS giải bài toán kiểm nghiệm bền…………………55 a) Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán kiểm nghiệm bền………….55 b) Cụ thểcác bước…………………………………………………………56 4.7 Kết quả kiểm nghiệm bền khung…………………………………………61 4.7.1 Độ bền uốn……………………………………………………………61 4.7.2 Kiểm nghiệm độ bền xoắn……………………………………………65 4.8 Kết luận…………………………………………………………………...68Chương 5: TỐI ƯU HÓA KHUNG XE THAM DỰ CUỘC THI FORMULA SAE BẰNG SOLIDWORKS……………………………………………………….70 5.1 Ứng dụng COSMOSWORKS giải bài toán tối ưu hóa…………………...70 5.1.1 Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán tối ưu……………………70 5.1.2 Các thông số chính của bài toán tối ưu……………………………….71 5.1.3 Các bước cụ thể……………………………………………………….72 B1.Sử dụng study tính bền tĩnh ( đã tạo ở chương 4)……………………..72 B2.Lập và chạy một study tần số………………………………………….73 B3.Tạo một study tối ưu hóa………………………………………………74 B3.1 Tạo một study tối ưu………………………………………………..74 B3.2 Định nghĩa các biến thiết kế………………………………………..75 B3.3 Định nghĩa ràng buộc ứng suất von Mises………………………...76 B3.4 Định nghĩa ràng buộc chuyển vị …………………………………...77 B3.5 Định nghĩa ràng buộc tần số………………………………………..78 B3.6 Chạy study tối ưu hóa………………………………………………79 B3.7 Xem thiết kế cuối cùng……………………………………………..79 B3.8 Xem thiết kế tại vòng lặp thứ i……………………………………..79 B3.9 Lập biểu đồ quá trình tối ưu……………………..………………...80 B3.10 Lập biểu đồ cho từng biến………………………………………...82 B3.11 Làm tròn các kích thước cuối cùng……………………………….84 5.3 Đánh giá và nhận xét về công việc Tối ưu hóa………………………….85KẾT LUẬN CHUNG……………………………………………………......88PHỤ LỤC…………………………………………………………………… 90TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………...102

LỜI NÓI ĐẦU……… 6

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI FORMULA SAE VÀ CHIẾC XE THAM DỰ………8

1.1 Khái quát về cuộc thi thiết kế xe Formula SAE……… 8

1.2 Nội dung trong cuộc thi Formula SAE………8

1.2.1 Kiểm tra xe………10

1.2.2 Nội dung thi mang tính tĩnh……… 10

1.2.3 Nội dung thi mang tính động………11

1.3 Quy định của cuộc thi trong thiết kế xe……… 12

1.3.1 Các quy định chung về xe Formula Sae………12

1.3.2 Những quy định về an toàn……… 14

1.4 Quy trình tính toán thiết kế xe Formula Sae……… 16

Chương 2: BỐ TRÍ CHUNG VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN XE FORMULA SAE……… 17

2.2 Bố trí người lái trong khoang xe……….19

2.2.1 Sơ đồ nhân chủng học ( sơ đồ kích thước của con người)………20

2.2.2 Vị trí ghế ngồi……… 22

2.2.3 Xây dựng mô hình kích thước người lái xe Formula Sae……….24

2.3 Lựa chọn động cơ sử dụng xe Formula Sae………25

Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ KHUNG GẦM TRÊN XE THAM DỰ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUNG XE……… 27

3.1.Chức năng và nhiệm vụ……… 27

3.2.Phân loại theo kết cấu của khung………27

3.2.1.Khung hình thang……… 27

3.2.2.Khung không gian ống rỗng……… 28

3.2.3.Khung gầm liền khối……….29

3.3.Đánh giá các phương án thiết kế……….31

3.4.Thiết kế khung xe Formula SAE……….31

3.4.1.Phương pháp thiết kế……….31

3.4.2.Thiết kế phác thảo khung xe……….31

3.4.3.Thiết kế khung xe Formula SAE dạng dây……… 32

Chương 4:

THIẾT KẾ, KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG XE FORMULA SAE………38

4.1.Giới thiệu phần mềm Solid Works……….38

4.2.Thiết kế 3D trong Solidworks……….39

4.2.1 Cơ sở thiết kế chi tiết 3D trong Solidworks……… 39

4.2.2.Thiết kế khung xe Formula SAE bằng phần mềm Solidworks……….42

4.3.Lực tác dụng lên khung xe……… 44

4.3.1 Xoắn theo chiều dọc thân xe……….45

4.3.2 Tải trọng uốn thẳng đứng……… 46

4.3.3 Lực bên tác dụng lên khung……… 47

4.4 Tải trọng dự kiếu của xe Formula SAE……… 49

4.5 Lựa chọn vật liệu……….50

4.6 Kiểm nghiệm khung xe bằng phần mềm COSMOS……… 52

4.6.1 Đặt vấn đề……….52

4.6.2 Giới thiệu phần mềm COSMOS……… 53

4.6.3 Ứng dụng COSMOS giải bài toán kiểm nghiệm bền………55

a) Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán kiểm nghiệm bền………….55

b) Cụ thểcác bước………56

4.7 Kết quả kiểm nghiệm bền khung………61

4.7.1 Độ bền uốn………61

4.8 Kết luận……… 68

Chương 5: TỐI ƯU HÓA KHUNG XE THAM DỰ CUỘC THI FORMULA SAE BẰNG SOLIDWORKS……….70

5.1 Ứng dụng COSMOSWORKS giải bài toán tối ưu hóa……… 70

5.1.1 Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán tối ưu………70

5.1.2 Các thông số chính của bài toán tối ưu……….71

5.1.3 Các bước cụ thể……….72

B1.Sử dụng study tính bền tĩnh ( đã tạo ở chương 4)……… 72

B2.Lập và chạy một study tần số……….73

B3.Tạo một study tối ưu hóa………74

B3.1 Tạo một study tối ưu……… 74

B3.2 Định nghĩa các biến thiết kế……… 75

B3.3 Định nghĩa ràng buộc ứng suất von Mises……… 76

B3.4 Định nghĩa ràng buộc chuyển vị ……… 77

B3.5 Định nghĩa ràng buộc tần số……… 78

B3.6 Chạy study tối ưu hóa………79

B3.7 Xem thiết kế cuối cùng……… 79

B3.8 Xem thiết kế tại vòng lặp thứ i……… 79

B3.9 Lập biểu đồ quá trình tối ưu……… ……… 80

B3.11 Làm tròn các kích thước cuối cùng……….84

5.3 Đánh giá và nhận xét về công việc Tối ưu hóa……….85

KẾT LUẬN CHUNG……… 88

PHỤ LỤC……… 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 102

LỜI NÓI ĐẦU

Trên thế giới có rất nhiều cuộc thi chế tạo và thi đấu xe đua dành cho sinh viênnhư Formula SAE, Eco Mileage Challenge, Shell Eco-Marathon,…

Những cuộc thi này được tổ chức để cung cấp những kinh nghiệm đào tạo thực

tế cho các sinh viên ở các trường đại học để sinh viên làm quen với mô hình dự

án thiết kế,đó cũng là một phần công việc mà sinh viên phải đối mặt sau này.Qua các cuộc thi như vậy, sinh viên sẽ có kiến thức thực tế giúp ích cho quátrình làm việc cũng như có thêm kinh nghiệm thực tế trong thiết kế xe ô tô

Formula Student ( hay còn gọi là Formula SAE –F SAE ) là một cuộc thi được tổchức bởi hiệp hội kỹ sư ô tô ( Society of Automotive Engineers –SAE ) dành chosinh viên kĩ thuật trên toàn thế giới Ở cuộc thi này,sinh viên sẽ mang đến nhữngchiếc xe công thức cỡ nhỏ do chính mình lên kế hoạch, thiết kế và chế tạo Trongcuộc thi, xe không chỉ được đánh giá về tính năng chạy mà còn được đánh giá cả

về các mặt như ý tưởng, thiết kế, chi phí sản xuất và đây là cuộc thi tổng hợp vềchế tạo sản phẩm

Việc chế tạo chiếc xe này không chỉ giới hạn ở phần cơ khí và điện mà sinh viêncòn thu được nhiều kiến thức thực tiễn ở phạm vi rộng với các thử thách nângcao tính năng, hạ giá thành, nâng cao tính thương phẩm,… Thêm vào đó,sinhviên còn được “nâng cao năng lực tự phát hiện và tự giải quyết vấn đề”- là đòihỏi đối với nhà kỹ thuật trẻ trung như sinh viên, đồng thời sinh viên được cảmnhận thực tế thú vị, sự tuyệt vời của chế tạo sản phẩm Hơn thế, điều không thểthiếu được là phát huy khả năng làm việc nhóm giữa các thành viên , khả năng

Nội dung thực hiện trong đề này nghiên cứu này bắt đầu từ việc tìm hiểu cuộcthi, luật của cuộc thi Sau đó thiết kế khung xe Formula SAE dựa trên kích thướctiêu chuẩn của cuộc thi và kiến thức thiết kế tham khảo từ các đội khác Sau khithiết kế khung xe, khung sẽ được đưa vào thực hiện các nội dung kiểm nghiệmbền để đảm bảo độ cứng vững cần thiết Cuối cùng là tối ưu hóa để tìm ra đượcphương án thiết kế khung xe có khối lượng nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo điều kiện

an toàn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo HoàngThăng Bình và các thầy trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng – Viện cơ khíđộng lực –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành đồ ántốt nghiệp này

Hà Nội,ngày…… tháng ……năm 2012 Sinh viên

Nguyễn Văn Đức

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI FORMULA SAE

VÀ XE THAM DỰ

1.1 Khái quát về cuộc thi thiết kế xe Formula SAE

Formula SAE là một cuộc thi dành cho sinh viên trên toàn thế giới được tổ chứcbởi hiêp hội kỹ sư ô tô (SAE) của nước sở tại Trong cuộc thi đó sinh viên đạihọc và sau đại học tự thiết kế, chế tạo ra một chiếc xe đua công thức cỡ nhỏ,thiết kế tối ưu và cạnh tranh với các đội khác Xe ô tô dự kiến sẽ có bốn bánh hởtổng dung tích làm việc của xy lanh không quá 610cc, xe có khả năng rất caotrong gia tốc, phanh, lái, khí động học, các yếu tố tối ưu, có thể đưa vào sản xuất

và bảo dưỡng dễ dàng với chi phí sản xuất tối thiểu đảm bảo về an toàn khi đuaxe

1.2 Nội dung trong cuộc thi Formula SAE

Cuộc thi Formula SAE gồm hai nội dung chính: đó là nội dung mang tính tĩnh vànội dung mang tính động Tổng cộng 1000 điểm với những nội dung chi tiết sau:

A1.1 Các đội đua tự sáng tạo thiết kế một chiếc xe phong cách riêng, cạnh tranh với các đội đua khác và đặc biệt tuân thủ các yêu cầu quy định của cuộc thi FORMULA SAE

A1.2 Mục tiêu thiết kế xe

Các đội đua được giả tưởng là họ sẽ thiết kế cho một công ty chuyên về thiết kế, chế tạo và phải chứng minh chiếc xe của mình chuyên nghiệp, đáp ứng kĩ thuật,

an toàn và có khả năng thương mại hóa

A1.2.1 Chiếc xe có hiệu suất cao về khả năng tăng tốc, phanh và xử lý tình huống Chiếc xe cũng phải đủ bền để hoàn thành tất cả các vòng kiểm tra của cuộc thi SAE

A1.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá gồm: thẩm mỹ, chi phí, thiết kế hợp lý, bảo trì, sản xuất được, và độ tin cậy cao.

A1.2.4 Một khi chiếc xe đã được hoàn thành và thử nghiệm, công ty thiết kế của bạn sẽ cố gắng để "bán" thiết kế cho một "Công ty" đang xem xét sản xuất một chiếc xe cạnh tranh Thách thức đối với thiết kế của nhóm nghiên cứu là phát triển một chiếc xe nguyên mẫu có đáp ứng tốt nhất các mục tiêu thiết kế xe FSAE

và có thể có lợi nhuận thị trường.

A1.2.5 Mỗi xe sẽ được đánh giá và đánh giá thiết kế so với thiết kế cạnh tranh khác để xác định là tốt nhất tổng thể xe.

A1.3 Kỹ thuật thực hành

Chiếc xe tham dự cuộc thi Formula SAE được dự kiến sẽ được thiết kế và chế tạo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cuộc thi.

A1.4 Đánh giá thể loại

Những chiếc xe được đánh giá trong một loạt các sự kiện tĩnh và năng động bao gồm: kiểm tra kỹ thuật, chi phí, trình bày, và kỹ thuật thiết kế, thử nghiệm thực

A1.4.1 Các phần thi sẽ ghi được điểm để xác định chiếc xe thực hiện tốt như thế nào Mỗi phần thi có quy định mức tối thiểu chấp nhận được hiệu suất được phản ánh trong các phương trình tính điểm.

1.2.1 Kiểm tra xe:

-Kiểm tra xem xe có bảo đảm an toàn, phù hợp với các yêu cầu thiết kế haykhông, trong 5 giây thì lái xe có thoát ra khỏi xe hay không, kiểm tra phanh(khóa 4 bánh), kiểm tra tiếng ồn (tiếng khí xả nhỏ hơn 110dB đo theo các điềukiện quy định), thí nghiệm về nghiêng xe (xe nghiêng 45 độ không rò rỉ nhiênliệu, xe nghiêng 60 độ với lái xe ngồi trên không bị lật) [0 điểm]

1.2.2 Nội dung thi mang tính tĩnh

-Dựa trên tài liệu đã cung cấp từ trước và trên chiếc xe, đánh giá việc đã sử dụng

kỹ thuật nào, đã cất công ở đâu, và tính phù hợp với thị trường của những kỹthuật đã sử dụng đó Cụ thể kiểm tra miệng về sự phù hợp thiết kế của xe và cácchi tiết cấu thành, tính mới, tính gia công, tính bảo dưỡng sửa chữa, tính lắpráp, [150 điểm]

1.2.3 Nội dung thi mang tính động:

•Gia tốc:

-Gia tốc từ 0-75m Mỗi đội 2 lái xe, mỗi lái xe chạy hai lần, tổng cộng 4 lần chạy

và đo thời gian [75 điểm]

•Chạy số 8:

-Đánh giá tính năng quay vòng trên đường hình số 8 Mỗi đội 2 lái xe, mỗi lái xechạy hai lần, tổng cộng 4 lần chạy và đo thời gian [50 điểm]

Hình 1.1: Sơ đồ đường đua hình số 8

•Tránh chướng ngại vật:

-Chạy 2 vòng trên đường đua thẳng, quay vòng,chữ chi, khoảng 800m Mỗiđội 2 lái xe, mỗi lái xe chạy 2 lần Tổng cộng 4 lần chạy và đo thời gian Chạybền sẽ theo thứ tự các đội nhanh xếp trước [150 điểm]

•Chạy bền:

-Chạy vòng đường đua thẳng, quay vòng, chữ chi, khoảng 22 km Đánh giátính năng tổng thể, độ tin cậy của xe theo thời gian [300 điểm]

-Đanh giá lượng tiêu hao nhiên liệu khi chạy bền [100 điểm]

1.3 Quy định của cuộc thi trong thiết kế xe:

1.3.1 Các quy định chung về xe Formula Sae

•Hình dạng xe:

-Phải có 4 bánh và khoang lái hở (giống xe đua công thức 1)

-Chiều dài cơ sở phải nhỏ nhất là 1525 mm

-Vết bánh trước hoặc bánh sau của xe không nhỏ hơn 75% của vệt bánh lớn nhất

•Hệ thống treo:

-Xe phải được trang bị hệ thống treo đầy đủ với giảm chấn trước và sau,bánh xedịch chuyển một khoảng ít nhất là 50.8 mm, 25.4 mm khi nén và 25.4 mm khitrả

-Phải là hệ thống lái cơ khí với bánh trước dẫn động

•Hệ thống phanh:

-Xe phải được trang bị hệ thống phanh tác động lên 4 bánh xe thông qua 1 sự tácđộng điều khiển

-Phải có 2 đường dầu độc lập

-Phải có đèn phanh tối thiểu là 15W

-Động cơ có thể được thay đổi trong phạm vi giới hạn của luật

-Nếu sử dụng nhiều hơn 1 động cơ thì tổng dung tích làm việc không vượt quá

610 cc và khí nạp cho tất cả các động cơ phải đi qua 1 họng hút

-Hệ thống truyền lực hybrid dùng năng lượng dự trữ không được cho phép

Thanh chắn hai bên vai

Kết cấu chống va chạm bên, buồng

trước Thanh giằng phía sau khung

chính

Bảo vệ khoang người lái

Ống tròn 25.4 mm x 1.65 mm hoặc Ống tròn 25.0 mm x 1.75 mm hoặc Ống tròn 25.4 mm x 1.60 mm hoặc Ống vuông 25.0 mm x 25.0 mm x1.25 mm

hoặc Ống vuông 26.0 mm x 26.0 mm x1.2 mm

Vách ngăn bảo vệ phía trước, giằng hỗ

trợ

Ống tròn 25.4 mm x 1.65 mm hoặc Ống tròn 25.0 mm x 1.5 mm hoặc Ống tròn 26.0 mm x 1.2 mm

Lưu ý 1: Việc sử dụng thép hợp kim không cho phép độ dày ống mỏng hơn sử

dụng thép nhẹ

Lưu ý 2: Đối với một ứng dụng cụ thể:

- Sử dụng ống với đường kính bên ngoài quy định, nhưng với độ dày ống lớnhơn

Đặc tính của thép được sử dụng để chế tạo khung xe Formula Sae phải lớn hơnmức sau:

+Mô đun đàn hồi > 200 GPa

+Giới hạn chảy > 305 Mpa

+Giới hạn bền > 365 Mpa

Đặc điểm ứng suất giới hạn tại điểm hàn:

+Giới hạn chảy > 180 Mpa

Ống thép thay thế:

Vật liệu và ứng dụng Chiều dày nhỏ nhất

Thép ống dùng cho khung chính và

khung trước

Thép ống cho các thanh giằng,thanh

giằng hỗ trợ, thanh bên sườn, mặt đầu

(font bulkhaed), thanh hỗ trợ mặt đầu 1.2 mm ( 0.047 inch)

Lưu ý 1: Tất cả thép thay thế tương đương không được chọn thép hợp kim cóchiều dày nhỏ hơn thép nhẹ đang dùng

1.4 Quy trình tính toán thiết kế xe Formula Sae:

Chương 2

BỐ TRÍ CHUNG CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN

XE FORMULA SAE

2.1 Bố trí chung các cụm chi tiết trên xe

Chiếc xe tham dự cuộc thi Formula Sae là một chiếc xe công thức cỡ nhỏ có 1chỗ ngồi với bốn bánh hở Tổng dung tích làm việc của tất cả xy lanh động cơkhông quá 610 cc Vì thế,hầu hết các đội đua trên thế giới đều lựa chọn động cơcủa xe motor 600 cc Ưu điểm của việc lựa chọn này là giúp cho các đội giảmkhối lượng so với việc sử dụng động cơ ô tô

Đi kèm với động cơ của xe motor này là hộp số Việc bố trí chung trên xeFormula Sae hầu hết đó là động cơ đặt sau dẫn động cẩu sau, sử dụng truyềnđộng xích từ hộp số ra vi sai

Hình 2.1 Bố trí chung các cụm chi tiết trên khung xe

Việc thiết kế khung vỏ cho xe ô tô phải chú ý tới chỗ ngồi của người lái và hànhkhách Đối với xe formula Sae là xe đua công thức nhỏ có 1 chỗ ngồi nên chỉ cầnthiết kế đảm bảo kích thước hình học chỗ ngồi cho người lái và đảm bảo an toàncho người lái trên đường đua.

Chỗ ngồi của người lái xe Formula Sae phải bảo đảm:

-Thoải mái khi điều khiển, đảm bảo không gian ghế ngồi

-Đảm bảo khả năng quan sát

-Đảm bảo khả năng điều khiển bằng chân (bàn đạp ly hợp, phanh,ga,…)

-Đảm bảo khả năng điều khiển bằng tay ( vô lăng, các loại công tắc)

-Đảm bảo tính an toàn khi va chạm

Hình 2.2 Khoảng cách từ đỉnh đầu người lái tối thiểu là 50 mm

Hình 2.3 Khoảng cách từ phía sau đầu người lái đến đường chéo sau tối thiểu là

50 mm

Hình 2.4 Các thanh chéo bảo vệ bên có góc nghiêng tối thiểu là 30 độ và đặt

Hình 2.5 Khoảng cách từ thanh bảo vệ bên tới mặt đất phải từ 300-350 mm

2.2.1 Sơ đồ nhân chủng học ( sơ đồ kích thước của con người)

Do ở Việt Nam chưa có sơ đồ nhân chủng học vì vậy sinh viên thực hiện đề tàidựa theo tiêu chuẩn của Đức để xây dựng sơ đồ kích thước của người lái

Kích thước của người lái xe formula Sae được xây dựng theo kích thước chiềucao của người Việt Nam

Kích thước các bộ phận trên cơ thể:

1.KT1: kích thước từ khớp cổ tay tới khớp khủy tay

2.KT2: kích thước từ khởi khủy tay tới khớp vai

3.KT3: kích thước từ khớp vai tới khớp hông

4.KT4: kích thước từ khớp hông tới khớp đầu gối

6.KT6: kích thước từ khớp cổ chân tới khớp mặt bàn chân

7.KT 7: chiều cao trung bình

Hình 2.6 Mô hình người ngồi theo tiêu chuẩn của quốc gia Đức VDI 2780

Góc giữa trục cẳng chân và đùi là 100º - 130 º

Góc giữa trục của đùi và trục của thân người là 100 º - 105 º

Góc giữ trục cổ tay và cánh tay là 105 º - 115 º

Góc giữa trục cổ tay và mặt phẳng vành vô lăng là 4 º

Góc giữa trục thân người với trục thẳng đứng qua đầu là 20 º - 30 º

Gía trị các góc giữa các bộ phận trên cơ thể: đây là các giá trị góc trung bình

Góc giữa khủy chân và bàn chân phải là rất quan trọng vì luôn luôn đặt lên bànđạp ga.

Từ mô hình nhân chủng học của con người,em đã xây dựng được các kích thước

cơ bản của người lái xe Formula Sae như sau:

Ngoài các thông số trên,khi thiết kế ghế ngồi người ta còn quan tâm tới:

+Điểm tiếp xúc với ghế ngồi H làm cơ sở cho việc thiết kế ( H là điểm tiếp xúcvới ghế ngồi – là điểm quay của chân và thân người )

bàn đạp, mặt phẳng đi qua dọc ống chân ).

Vị trí ghế ngồi được mô tả bằng hai giá trị đặc trưng:

Khoảng cách nằm ngang của điểm H so với điểm F (X)

Khoảng cách theo trục đứng của điểm H so với điểm F (Z)

Hình 2.7 Vị trí ghế ngồi người lái xe Formula Sae

Loại xe Chiều cao điểm H so với

điểm F (mm) Dịch chuyển ghế (mm)

Bảng 2.2 Vị trí ghế ngồi của người lái xe Formula Sae

2.2.3 Xây dựng mô hình kích thước người lái xe Formula Sae

Hình 2.8 Mô hình kích thước người lái ( cao 165 cm)

2.3 Lựa chọn động cơ sử dụng xe Formula Sae

Quy định của cuộc thi Fomula Sae đó là sử dụng động cơ 4 kỳ tổng dung tíchlàm việc của 4 xy lanh không quá 610 cc Hầu hết các đội tham dự cuộc thiFormula Sae ở các nước trên thế giới đều sử dụng động cơ của xe Motor phânkhối lớn ( 600cc)

Qua tìm hiểu trên thị trường có các loại động cơ 600 cc của các hang: Honda,Suzuki, Yamaha, Kawasaki, Triumph

Cuộc thi Formula Sae không chỉ đòi hỏi khả năng tăng tốc, chạy bền mà cònđánh giá lượng tiêu hao nhiêu liệu Vì vậy động cơ đượng chọn không chỉ cócông suất và mô men xoắn cao mà còn phải tiêu thị nhiên liệu thấp So sáng cácđộng cơ đượng chọn ở dưới ta có biểu đồ so sánh:

Hình 2.9 So sánh công suất giữa các động cơ

Hình 2.10 So sáng mô men xoắn giữa các động cơ lựa chọn

Dựa vào kết quả so sánh giữa các động cơ, em đã chọn được động cơ xe HondaCBR600RR năm 2009

Loại động cơ 599 cc xăng làm mát,4 xi lanh thẳng hàng

Kích thước xi lanh 67.0 mm * 42.5 mm

Van đóng mở DOHC ; 4 van cho một xi lanh

Sự phun nhiên liệu Phun nhiên liệu điện tử

Công suất 76.2 kW tại 12.600 rpm

Momen xoắn 61.3 Nm tại 11.210 rpm

Bảng 2.3 Thông số động cơ sử dụng trên xe Formula Sae

Chương 3 GIỚI THIỆU VỀ KHUNG GẦM TRÊN Ô TÔ

VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ XE

FORMULA SAE

3.1.Chức năng và nhiệm vụ

Khung xe là hệ thống dầm truyền lực, nhận và truyền tất cả các lực cũng nhưphản lực trong quá trình vận hành của xe Nó là cơ sở lắp đặt các cụm, các hệthống của xe như động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo, các cơ cấu điềukhiển, hệ thống lái và các thiết bị chuyên dùng, cabin, tải trọng

3.2.Phân loại theo kết cấu của khung

3.2.1.Khung hình thang

Kết cấy này bao gồm hai thanh dầm nằm dọc nối với nhau bằng các thanh giằngchéo và hai bên Các thanh dọc là thành phần chịu lực chính Chúng có khả năngchịu tải và các lực tác động theo chiều dọc xuất hiện khi tăng tốc hoặc khi phanh

3.2.2.Khung gian ống rỗng

Khung hình ống rỗng sử dụng nhiều các ống cắt hình tròn (hoặc hình vuông đểnối với các tấm pa-nô ốp thân mặc dù hình tròn mới là loại chịu lực tối đa) Cácống được đặt theo nhiều hướng khác nhau nhằm tạo ra lực cơ học chống lại cáclực tác động từ khắp mọi nơi Chúng được hàn lại với nhau và tạo thành một cấutrúc rất phức tạp

Hình 3.2 Khung không gian ống rỗng trên xe đua

•Ưu điểm: Cững vững từ mọi phía ( so với khung gầm hình chiếc thang vàkhung gầm liền thân với trọng lượng tương đương)

•Nhược điểm: Rất phức tạp, tốn kém và mất nhiều thời gian để chế tạo Khôngthể sản xuất hàng loạt bằng dây truyền tự động

3.2.3.Khung gầm liền khối

Khung gầm liền khối là cấu trúc một mảnh tạo hình cho kiểu dáng tổng thể củachiếc xe Trong khi khung gầm hình chiếc thang, hình ống rỗng và hình xươngsống chỉ sở hữu các bộ phận chịu lực và cần có thân bao quanh thì khung gầmliền thân lại nối liền với thân xe thành một khối

Trên thực tế, khung gầm "một mảnh" là sự kết hợp của nhiều miếng hàn chặt vớinhau Trong đó, miếng có kích thước lớn nhất là sàn xe, các miếng khác đượcdập chặt bằng máy dập Chúng được hàn điểm với nhau bằng robot hoặc lazetrong dây truyền Toàn bộ quá trình chỉ diễn ra trong vài phút Sau đó,một số phụkiện khác như cửa, ca-pô, nắp thùng xe, ca-pô bên và trần mới được ghép thêmvào.

Hình 3.3 Khung gầm liền khối trên xe ô tô du lịch

•Ưu điểm: Sản xuất hàng loạt rẻ, khả năng bảo vệ khi xảy ra va chạm tốt và tiếtkiệm không gian

•Nhược điểm: Nặng và không thích hợp cho các dây chuyền sản xuất quy mônhỏ

3.3.Đánh giá các phương án thiết kế

•Việc lựa chọn các loại khung xem xét yêu cầu của các điểm chung nêu trên, cùng với các yêu cầu cụ thể của cuộc thi Formula SAE:

độ an toàn cao.

2) Thiết kế một kết cấu khung riêng cho mỗi đội

•Các yêu cầu thực tế khi đưa vào chế tạo khung đó là:

1) Đảm bảo về tính kinh tế

2) Có khả năng được sản xuất tại xưởng sản xuất nhỏ

3) Có thể được sửa đổi sau khi đã thiết kế

•Em lựa chọn là khung không gian hình ống rỗng dựa trên những ưu điểm:

1) Đơn giản trong thiết kế sản xuất

2) Khối lượng nhẹ

3) Có độ cứng vững và chống xoắn cao

4) Thích hợp cho sản xuất nhỏ

5) Rât thích hợp cho việc xây dựng một thiết kế riêng cho mỗi đội

6) Thiết kế có thể dễ dàng sửa đổi theo yêu cầu

7) Chi phí sản xuất thấp

3.4.Thiết kế khung xe Formula SAE

3.4.1.Phương pháp thiết kế

1.Nghiên cứu các quy tắc trong luật của ban tổ chức

2.Xác định kích thước khung hợp với tiêu chuẩn thiết kế

3.Tính toán thiết kế một khung gắn phù hợp với hệ thống treo, động cơ, hệ thống

5.Xác định tải trọng tác dụng lên khung bao gồm: người lái, động cơ, hệ thốngtruyền lực,

6.Kiểm nghiệm đánh giá độ bền của khung xe với vật liệu được chọn

7.Kiểm tra ( và thay đổi, nếu cần thiết) khung xe để đảm bảo phù hợp với mụctiêu thiết kế và an toàn

3.4.2.Thiết kế phác thảo khung xe

Formula SAE là chiếc xe có một người lái, động cơ đặt sau, dẫn động cầu sau,có

4 bánh hở Sau khi đã xác định được vị trí người lái, và có kích thước các chi tiếtchính của chiếc xe như động cơ, vi sai, Thiết kế được kích thước cơ bản củakhung xe, đó là:

Hình 3.4 Các kích thước cơ bản của khung xe Formula SAE

3.4.3.Thiết kế khung xe Formula SAE dạng dây

Khung xe Formula SAE gồm 4 khung chính

-Khung trước của xe Formula SAE:

Hình 3.5 Khung trước của xe Formula SAE-Khung giữa: Kết hợp với khung trước tạo thành khoang trước là vị trí để châncủa người lái, nơi nắp đặt hệ thống lái, bàn đạp ga, phanh, ly hợp.

-Khung bảo vệ người lái (khung chính): Đây là khung bảo vệ đầu người lái khilật xe và là nơi tựa lưng của người lái.

-Khung sau: tạo thành khoang lắp đặt động cơ,hệ thống truyền lực, hệ thống treosau,

Hình 3.8 Khung sau của xe Formula SAE

Sau khi thiết kế các khung chính, nối các khung lại với nhau Ta có mô hìnhkhung dây của xe Formula SAE Đáp ứng đầy đủ yêu cầu an toàn trong thiết kế

là bảo vệ người lái khi lật xe với khung bảo vệ đầu, bảo vệ người lái khi va chạmbên Khung xe thiết kế đủ chỗ để bố trí các hệ thống của xe,chức năng vận hành

Hình 3.9 Mô hình 3D khung dây của xe Formula SAE