Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống truyền lực xe formula SAE

Đây là một môi trường dành cho inh viên và học viên cao học ngành c khí n i chung và c khí động lực n i riêng học hỏi lẫn nhau và thỏa ức áng tạo Để làm tiền đề cho việc hình thành cuộc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi Những nội dung trình bày trong luận văn này do tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của TS Hoàng Thăng Bình và các giảng viên trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp với đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 21 tháng 09 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tuấn

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

M c l c 2

Danh m c các ký hiệu chữ viết t t 5

Danh m c các ảng 7

Danh m c các hình v đ th 8

Lời n i đ u 10

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHI N C

1.1 ở nghiên cứu đề tài 11

1.2 ý do chọn đề tài 12

1.3 hư ng pháp thực hiện đề tài 13

1.4 Tổng quan về cuộc thi Formula SAE 13

1.4.1 L ch sử cuộc thi 13

1.4.2 Các quy t c cạnh tranh 14

1.4.3 M c tiêu của cuộc thi 14

1.4.4 Nội dung cuộc thi Formula SAE 15

1.4.4.1 Kiểm tra xe 15

1.4.4.2 Nội dung thi 17

1.4.4.2.1 Nội dung thi mang tính tĩnh 17

1.4.4.2.2 Nội dung thi mang tính động 18

1.4.5 Quy đ nh chung trong thiết kế xe của cuộc thi 21

1.5 ội dung đề tài 27

CHƯƠNG II: A CH N HƯƠNG N THI T HỆ THỐNG TRUYỀN L C XE FORMULA CAR THEO TIÊU CHUẨN CUỘC THI FORMULA SAE 2.1 Quy trình tính toán thiết kế xe Formula ar 28

2.2 Công d ng, yêu c u, phân loại của hệ thống truyền lực 28

2.2.1 ông d ng 28

2.2.2 êu c u 29

2.2 hân loại 29

2.3 Yêu c u về động c và hệ thống truyền lực trên xe FSAE 29

2.4 họn động c 30

2.5 ệ thống dẫn động trên xe đua FSAE 32

2.5.1 ác phư ng án dẫn động 32

2.5.1.1 ẫn động xích 32

2.5.1.2 ẫn động đai 33

2.5.1.3 ẫn động ng tr c các đăng 34

2.5.1.4 ẫn động T 35

2.5.1.5 ẫn động h n hợp 36

2.5.2 họn hệ dẫn động cho xe FSAE 36

2.6 Vi sai 36

2.6.1 ông d ng 36

2.6.2 hân loại 36

2.6.3 ựa chọn vi ai 37

2.7 Bán tr c 37

2.8 Quyết đ nh phư ng án thiết kế hệ thống truyền lực trên xe đua FSAE 38

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN, THI T K 3D VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN L C XE FSAE 3.1 M c tiêu thiết kế tính toán của TT trên xe FSAE 40

3.2 Thiết kế tính toán hệ dẫn động xích 40

3.2.1 Vận tốc của xe khi công u t động c cực đại 40

3.2.2 Tính toán tỷ số truyền bộ truyền xích 41

3.3 Tính toán sức kéo xe FSAE 42

3.3.1 Thông số ô tô tính toán 42

3.3.2 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động c 43

3.3.3 Tính toán vận tốc của xe tại các tay số 44

3.3.4 Cân b ng công su t ô tô 45

3.3.4.1 hư ng trình cân b ng công su t 45

3.3.4 Đ th cân b ng công su t ô tô 46

3.3.5 Cân b ng lực kéo ô tô 47

3.3.5 hư ng trình cân b ng lực kéo ô tô 47

3.3.5 Đ th cân b ng lực kéo ô tô 48

3.3.6 Nhân tố động lực học 49

3.3.7 Khả năng gia tốc của ô tô 51

3.4 Ứng d ng mô phỏng 3D trong thiết kế hệ thống truyền lực xe formula car 57 3.4.1 Lựa chọn ph n mềm 57

3.4.2 Thiết kế 3D các chi tiết trong hệ thống truyền lực 59

3.4.3 Mô phỏng l p ghép c m vi ai và hệ thống truyền lực 65

3.4.4 Kiểm nghiệm và đánh giá trên máy tính đĩa xích 67

CHƯƠNG IV: MỘT Ố C NG NGHỆ GIA C NG ĐIỂN H NH T I VIỆT NAM V GI I H GIA C NG CH T O C C CHI TI T C A HỆ THỐNG T ỀN C O M A CA 4.1 ột ố công nghệ gia công điển hình tại iệt am 75

4.2 Đề xu t một ố giải pháp gia công chế tạo các chi tiết của hệ thống truyền lực xe FSAE 78

ết luận và kiến ngh của luận văn 80

Tài liệu tham khảo 81

26 da Đường kính đ nh răng mm

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Kiểm tra sự phù hợp yêu c u thiết kế của xe 15

Hình 1.2: Kiểm tra sự cố trong 5 giây lái xe có thoát ra khỏi xe hay không 15

Hình 1.3: Kiểm tra tiếng n khí xả 16

Hình 1.4: Kiểm tra nghiêng xe và một số m c khác như lốp điện, hệ thống lái 16 Hình 1.5: Kiểm tra khả năng trình ày 18

Hình 1.6: Kiểm tra gia tốc 18

Hình 1.7: Kiểm tra trên đường hình số 8 19

Hình 1.8: S đ đường đua hình ố 8 19

ình 9: iểm tra vượt chướng ngại vật 20

Hình 1.10: Kiểm tra chạy bền 20

Hình 1.11: hoảng áng g m xe 22

Hình 1.12: Đai ốc ánh xe 22

Hình 1.13: Bu-lông ánh xe 23

Hình 1.14: Điểm d ng lái 24

Hình 2.1: So sánh công su t giữa các động c 30

Hình 2.2: So sánh mô men xo n giữa các động c lựa chọn 31

Hình 2.3: Ảnh động c được chọn 32

Hình 2.4: Dẫn động xích trên xe đua FSAE 33

Hình 2.5: Dẫn động đai trên xe FSAE 34

Hình 2.6: Dẫn động các đăng trên xe đua FSAE 35

Hình 2.7: Dẫn động h n hợp trên xe đua FSAE 36

Hình 2.8: i ai ánh răng côn 37

Hình 2.9: Khớp các-đăng đ ng tốc Birfield Rzeppa 38

Hình 2.10: S đ bố trí HTTL trên xe formula car 39

Hình 3.1: Đ th đường đặc tính tốc độ của động c 44

Hình 3.2: Đ th c n b ng công su t 47

ình Đ th cân ng lực kéo 49

Hình 3.4: Đ th nhân tố động lực học 51

Hình 3.5: Đ th gia tốc của ô tô 53

Hình 3.6: Đ th thời gian tăng tốc của ô tô 55

Hình 3.7: Đ th uãng đường tăng tốc của ô tô 56

ình 8: ogo của ph n mềm Solid ork 58

Hình 3.9: Đĩa xích trước hoàn ch nh 60

Hình 3.1: Đĩa xích au 60

Hình 3.11: Vỏ bao d u 61

Hình 3.12: Vỏ vi sai 61

Hình 3.13: Giá đỡ vi ai 62

Hình 3.14: Bánh răng án tr c 62

Hình 3.15: Bánh răng hành tinh 63

Hình 3.16: Khớp các đăng 63

Hình 3.17: Tr c các đăng 64

Hình 3.18: hạc 64

Hình 3.19: hớp các đăng ngoài 65

Hình 3.20: C m vi ai trước khi l p ghép 65

Hình 3.21: C m vi sai sau khi l p ghép 66

Hình 3.22: HTTL 3D 66

Hình 3.23: Gán vật liệu cho đĩa xích trước 68

ình Đặt ngàm tại mặt tiếp x c với tr c cho đĩa xích trước 68

ình Đặt áp u t lên các ề mặt răng của đĩa xích trước 69

Hình 3.26: Ứng su t trên đĩa xích trước 69

Hình 3.27: Biến dạng của đĩa xích trước 70

Hình 3.28: Ứng su t trên đĩa xích au 71

Hình 3.29: Biến dạng của đĩa xích au 71

Hình 3.30: Ứng su t trên khớp các đăng 72

Hình 3.31: Ứng su t trên chạc 73

Hình 3.32: Ứng su t trên tr c các đăng 73

Hình 3.33: Ứng su t trên khớp các đăng ngoài 74

LỜI NÓI ĐẦU

Formula SAE là một cuộc thi thiết kế chế tạo ô tô, do hiệp hội kỹ ư ô tô ( Society of Automotive Engineers) của các nước sở tại tổ chức Đây là một môi trường dành cho inh viên và học viên cao học ngành c khí n i chung và c khí động lực n i riêng học hỏi lẫn nhau và thỏa ức áng tạo Để làm tiền đề cho việc hình thành cuộc thi này tại iệt am việc chủ động đi trước tìm hiểu về cuộc thi nghiên cứu về chiếc xe là r t c n thiết Đã c những nghiên cứu tối ưu về khung vỏ cho chiếc xe này trong luận văn đi trước nghiên cứu về hệ thống truyền lực và các

Tác giả xin chân thành cảm n TS oàng Thăng Bình - người trực tiếp hướng dẫn cùng các th y cô trong Bộ môn Ô tô và e chuyên d ng, Viện Khí Động Lực - Trường Đại ọc Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội, ngày 21 tháng 09 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tuấn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN C U

1.1 Cơ sở nghiên c u của đ tài

Công nghiệp ô tô là nghành r t uan trọng trong nền kinh tế không những đáp ứng nhu c u giao thông vận tải, góp ph n phát triển sản xu t và kinh doanh thư ng mại mà còn là một nghành đem lại lợi nhuận r t cao nhờ ản xu t ra các ản

ph m c giá tr lớn Sớm th y được t m quan trọng của ngành công nghiệp này, các quốc gia như ỹ, Anh, Pháp, Đức Nhật, Hàn Quốc r t chú trọng cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô ph c v trong nước và xu t kh u

Chính phủ iệt am luôn coi trọng việc xây dựng ngành công nghiệp ô tô, với m c tiêu nội đ a h a sản xu t thay thế nhập kh u và t ng ước tiến tới xu t

kh u hính phủ iệt am luôn khẳng đ nh vai trò chủ chốt của ngành công nghiệp

ô tô trong sự phát triển kinh tế, tạo điều kiện thuận lợi thông qua việc đưa ra các chính ách ưu đãi khuyến khích các doanh nghiệp trong nước và ngoài nước đ u tư vào sản xu t ô tô và ph tùng ô tô Tuy nhiên, sự phát triển của ngành công nghiệp

ô tô nước ta vẫn còn ở mức th p h n lớn các doanh nghiệp mới ch d ng ở mức

độ l p ráp các chi tiết nhập kh u hoặc sản xu t ra những chi tiết đ n giản nhưng giá thành cao, ch t lượng kém, tốn thời gian Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đứng trước những thách thức lớn trong v n đề tăng tỷ lệ nội đ a hóa các chi tiết ô tô t đ tính toán, thiết kế và chế tạo ô tô hính vì vậy chúng ta r t c n tăng cường giao lưu, học hỏi các công nghệ chế tạo ô tô giữa các trường đại học, các doanh nghiệp ô

tô trong nước và mở rộng tới các quốc gia trên thế giới Nghiên cứu công nghệ chế tạo ô tô t các nước bạn và phát triển áp d ng vào Việt Nam, d n đưa nền công nghiệp ô tô của Việt Nam lên một t m cao mới t ng ước hội nhập khu vực và thế giới

Hiệp hội kỹ ư ô tô iệt am các trường đại học khối kỹ thuật và các doanh nghiệp c n phải thường xuyên h n trong việc phối, kết hợp tổ chức các cuộc thi về chế tạo xe ô tô công thức Formula SAE Đây là một điều kiện thuận lợi để các kỹ ư

của Việt Nam học hỏi và trau d i các kỹ năng c n c để tính toán, thiết kế và chế tạo ô tô Formula SAE là cuộc thi được tổ chức thường niên dành cho inh viên đại học, học viên au đại học của các trường đại học trên toàn thế giới được tài trợ bởi hiêp hội kỹ ư ô tô (SAE) của nước sở tại Trong cuộc thi đ inh viên, học viên tự tìm hiểu, thiết kế, chế tạo ra một chiếc xe đua công thức cỡ nhỏ, thiết kế tối ưu áng tạo mang phong cách riêng thi đ u với các đội đua khác và đặc biệt tuân thủ các yêu c u uy đ nh của cuộc thi Formula SAE h m phát huy hết khả năng của học viên các đội đua được giả tưởng là họ s 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 thư ng mại hóa

Tác giả đã nghiên cứu một số cuộc thi Formula SAE ở Mỹ, Nhật Bản để chế tạo thành công chiếc xe Formula ar đáp ứng yêu c u của cuộc thi Formula SAE Các đội phải trải qua r t nhiều công đoạn quan trọng và một trong số các công đoạn đ là tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực xe ệ thống truyền lực

có vai trò r t quan trọng trong việc truyền ng t thay đổi mô men t động c tới ánh xe chủ động thay đổi vận tốc ô tô nh m đáp ứng các điển kiện chuyển động Thành công trong việc chế tạo hệ thống truyền lực ảnh hưởng r t lớn đến thành công trong việc chế tạo chiếc xe Formula Car và thành tích của các đội thi

o đ nghiên cứu tính toán, thiết kế kiểm nghiệm hệ thống truyền lực xe Formula Car nh m đảm bảo độ bền giảm khối lượng và phù hợp với điều kiện chế tạo ở Việt Nam là v n đề đang được uan tâm để có thể tính toán, thiết kế thành công chiếc xe Formula ar đủ điều kiện tham dự cuộc thi Formula SAE

1.2 ch n đ t

Trước đây để tính toán, thiết kế và tối ưu các chi tiết trong hệ thống truyền lực xe ô tô, ta thường dùng các phư ng pháp truyền thống và các công thức thực nghiệm au đ cho chế tạo và thử nghiệm nhiều l n Nếu có v n đề gì thì lại tính toán lại, chọn lại các thông số và tiếp t c chế tạo và chạy thử đến khi nào hoạt động đảm bảo kỹ thuật thì cho sản xu t hàng loạt, phư ng pháp truyền thống này r t m t

thời gian, lãng phí nguyên vật liệu và công sức làm cho giá thành sản ph m tăng lên đáng kể và kết quả c ng chưa được tối ưu

gày nay nhờ ự phát triển nhanh ch ng của máy tính việc tính toán mô phỏng trên máy tính đã trở nên d dàng mang lại độ tin cậy cao trong tính toán

c ng như hiệu uả về mặt kinh tế Ứng d ng thành uả này vào nghiên cứu tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống truyền lực xe formula SAE ch c ch n c ý nghĩa thực ti n cao ác chư ng trình tính toán thiết kế được thiết lập tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí

hính vì các lý do đ tác giả đã chọn đề tài “N h n c u, t nh t n th t

v n h ệ t n t nh hệ th n t u n c f u a A ”

1.3 P hươn ph p th c hiện đ tài

Để thực hiện đề tài, tác giả đã tìm hiểu về yêu c u của cuộc thi Formula SAE, nghiên cứu một ố mẫu xe Formula SAE điển hình trong các cuộc thi trên thế giới, phân tích và lựa chọn phư ng án thiết kế, tính toán và thiết kế và kiểm nghiệm, đề xu t giải pháp kỹ thuật nâng cao tính d chế tạo hạ giá thành

Hiện nay ở Việt Nam có r t nhiều ph n mềm để tính toán, thiết kế và tối ưu

hệ thống truyền lực xe Formula ar như attia Solidwork Tuy nhiên trong đề tài này tác giả chọn ph n mềm Solidworks

1.4 Tổng quan v cuộc thi Formula SAE

1.4.1 Lịch sử của cuộc thi

Cuộc thi b t đ u trở lại năm 978 và an đ u được gọi là SAE Mini Indy

ăm 979 SAE ini-Indy được tổ chức tại Đại học Houston gười khởi xướng là Tiến ĩ urt ar hek Cuộc thi được l y cảm hứng t một bài báo xu t hiện trong tạp chí Popular Mechanics, một chiếc xe làm t g và được trang b một động c năm mã lực trường tham dự, trường thi đ u, trường Đại học Texas ở El a o đã giành được chiến th ng

Năm 980, mặc dù Tiến ĩ illiam Shapton (trường Đại học Công nghệ ichigan) đề cập đến ý tưởng lưu trữ một cuộc thi tư ng tự Tuy nhiên trong năm

1980, không đ n v nào ước lên tổ chức cuộc thi SAE mini-Indy

Năm 98 , Formula SAE đ u tiên được tổ chức tại Hoa Kỳ do Hiệp hội Kỹ

ư ô tô (SAE) tổ chức, cuộc thi được đánh giá như một công c giáo d c để phát triển kiến thức và kỹ năng của sinh viên, học viên cao học các trường đại học kỹ thuật

ăm 000 cuộc thi SAE công thức đ u tiên được tổ chức tại Úc Ở đ có

h n trường đại học tới t Úc, Mỹ, Nhật Bản và châu Âu tham dự Cuộc thi xe công thức SAE au đ c ng được tổ chức ở Anh và Nhật Bản

Đến nay đã c h n 0 đội thi đến t nhiều quốc gia trên thế giới tham gia

1.4.2 Các quy tắc cạnh tranh

Xe ô tô dự kiến s có bốn bánh, khoang lái hở, tổng dung tích làm việc của

xy lanh tối đa 6 0 cc xe phải có hệ thống treo ánh xe c đường kính thiểu 50cm, chiều dài c ở tối thiểu 1525mm, có khả năng gia tốc r t cao phanh lái khí động học, các yếu tố tối ưu và có thể đưa vào ản xu t và bảo dưỡng d dàng với chi phí sản xu t tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo về an toàn khi đua xe

1.4.3 Mục tiêu của cuộc thi

1 Chiếc xe có hiệu su t cao về khả năng tăng tốc, phanh và xử lý tình huống, chạy đủ bền để hoàn thành t t cả các vòng kiểm tra của cuộc thi Formula car SAE, đảm bảo an toàn khi đua xe

Đảm bảo các ch tiêu đánh giá g m: th m mỹ, chi phí, thiết kế hợp lý, bảo

trì, sản xu t được và độ tin cậy cao

3 M i xe s được đánh giá tổng thể thiết kế so với thiết kế khác để xác đ nh

là tốt nh t

4 Cạnh tranh về giá cả trên th trường

5 Cạnh tranh về tính ứng d ng thực ti n (thực hiện các bài thực hành)

6 Khả năng áng tạo, chế tạo phù hợp với yêu c u kỹ thuật của cuộc thi, luật của cuộc thi

7 Chiếc xe đạt điểm cao nh t trong cuộc thi

1.4.4 Nội dung cuộc thi Formula SAE

1.4.4.1 Ki m tra xe

Hình 1.1: Kiểm tra sự phù hợp yêu c u thiết kế của xe

Kiểm tra xem xe có bảo đảm an toàn, phù hợp với các yêu c u thiết kế hay không ( uy đ nh về vật liệu, các thanh nối, chiều dài, chiều rộng, chiều cao ) Trường hợp có sự cố trong 5 giây lái xe có thoát ra khỏi xe hay không (hình 2)

Hình 1.2: Kiểm tra sự cố trong 5 giây lái xe có thoát ra khỏi xe hay không

- Kiểm tra động c

- Kiểm tra hệ thống treo

- Kiểm tra khung xe

- Kiểm tra bánh xe

- Kiểm tra phanh (khóa 4 bánh)

- Kiểm tra tiếng n (tiếng n khí xả nhỏ h n 0dB) (hình 1.3)

Hình 1.3: Kiểm tra tiếng n khí xả

Thí nghiệm về nghiêng xe (xe nghiêng độ không rò r nhiên liệu, xe nghiêng 60 độ với lái xe ng i trên không b lật) (hình 1.4)

Hình 1.4: Kiểm tra nghiêng xe và một số m c khác như lốp điện, hệ thống lái

1.4.4.2 Nội dung thi : Cuộc thi Formula SAE g m hai ph n thi chính Đ là ph n

thi tĩnh và ph n thi động

Bảng 1-1: Bảng nội dung thi

1.4.4.2.1 Nội dung phần th tĩnh

•Ch ph :

- Đánh giá mức độ chế tạo và tính phù hợp với báo cáo chi phí xe

- Hạng m c ph tùng mua s tiến hành kiểm tra miệng (đánh giá kiến thức và mức độ n m b t được về ph tùng được chọn mua) [ 00 điểm]

•T ình b :

- Đánh giá năng lực trình bày của sinh viên (m i đội s tự trình ày phư ng án thiết

kế của mình dựa trên tài liệu xây dựng) (hình 1.5) [7 điểm]

Hình 1.5: Kiểm tra khả năng trình ày

1.4.4.2.2 Nội dung phần th động

•G a t c:

Gia tốc t 0-75m M i đội 2 lái xe, m i lái xe chạy hai l n, tổng cộng 4 l n chạy và

đo thời gian (hình 1 6) [7 điểm]

Hình 1.6: Kiểm tra gia tốc

•Chạy s 8:

- Đánh giá tính năng uay v ng trên đường hình số 8 M i đội 2 lái xe, m i lái xe chạy hai l n, tổng cộng 4 l n chạy và đo thời gian (hình 7 và1 8) [ 0 điểm]

Hình 1.7: Kiểm tra trên đường hình số 8

Hình 1.9: Kiểm tra vượt chướng ngại vật

•Chạy b n:

Chạy trên đường đua thẳng, quay vòng, g p khúc, tổng uãng đường 44km

M i đội 2 lái, m i lái chạy 2 l n Tổng cộng 4 l n chạy và đo thời gian Đánh giá tính năng tổng thể độ tin cậy của xe theo (hình 1 0) [ 00điểm]

Hình 1.10: Kiểm tra chạy bền

•T u ha nh n ệu:

Đánh giá lượng tiêu hao nhiên liệu khi chạy bền [ 00 điểm]

1.4.5 Qu định chung trong thi t k xe của cuộc thi

T t cả các điểm t hệ thống treo phải được nhìn th y d dàng trong quá trình kiểm tra kỹ thuật

• h ản s n ầm xe

hoảng áng g m xe phải đủ cao để không cho b t kỳ ph n nào của xe chạm tới mặt đường (ngoài lốp xe) trong l c đang đua ếu có quá nhiều bộ phận của xe chạm tới mặt đường hoặc cố tình cho b t kì ph n nào của xe, ngoài lốp tiếp xúc với mặt đường s b tước m t l n chạy hoặc toàn bộ ph n thi động

Chú thích:

M c đích của uy t c này là “body skirts” hoặc các thiết b khác được thiết

kế, chế tạo tiếp x c không mong muốn với mặt đ t, theo ý kiến của “ ban tổ chức

ph n thi động” c thể dẫn đến hư hại đường đua dẫn đến b tước m t một l n

chạy hay toàn ộ ph n thi động (hình 1.11)

Hình 1.11: Khoảng sáng g m xe

•B nh :

- ích thước lốp phải là 203.2 mm hoặc lớn h n (đường kính bánh xe không nhỏ h n 0cm)

- Bánh xe sử d ng một đai ốc bên ngoài kết hợp một đai ốc hãm chống trôi,

để đảm bảo các đai ốc không b nới lỏng khi xe chuyển động (hình 1.12)

Hình 1 Đai ốc bánh xe

- Tiêu chu n “ u-lông” của ánh xe phải đảm bảo kỹ thuật, b t kỳ sự thay đổi nào s phải ch u sự giám sát trong quá trình kiểm tra kỹ thuật Nhóm nghiên cứu

sử d ng các “ u-lông” đã thay đổi hoặc tùy ch nh theo thiết kế s phải cung c p

b ng chứng r ng đã thực hiện tốt kỹ thuật trong khi thiết kế (hình 1.13)

- Xe có thể được sử d ng hai loại lốp xe như au

• ốp khô: Các lốp trên xe khi trình ày để kiểm tra kỹ thuật được xác đ nh

là "lốp khô" Các lốp xe khô có thể c nhiều kích thước hoặc kiểu loại khác nhau Lốp xe có thể nhẵn ng hoặc được xử lý

• ốp ướt ốp ướt c nhiều kích thước hoặc kiểu loại, có thể được xử lý hoặc c t rãnh tuy nhiên phải đảm bảo yêu c u sau:

+ Nếu rãnh đã được c t giảm hoặc sửa đổi, phải có b ng chứng tài liệu mà nó

đã được thực hiện theo mẫu gai lốp hoặc rãnh đã được cung c p bởi các nhà sản

xu t lốp xe đại lý lốp do các đội thi lựa chọn

+ Độ sâu gai lốp tối thiểu là 2,4 mm (3/32 inch)

Lưu ý:

- Nghiêm c m các đội tự ý dùng tay c t rãnh hoặc sửa đổi, bổ sung các lốp

xe mà không đảm bảo các điều kiện nêu trên

- Trong m i bộ lốp xe, ch t liệu lốp xe, kích cỡ kiểu loại hoặc kích thước ánh xe không được thay đổi sau khi ph n kiểm tra đã t đ u hông được phép hâm nóng lốp xe, các biện pháp h trợ lực kéo tác d ng vào các lốp xe au khi đánh giá đã t đ u

Hình 1 Điểm d ng lái

- Phải tác động lên ít nh t 2 bánh xe

- ho phép độ r là 7 độ

- Phải là hệ thống lái c khí với ánh trước dẫn động

- ác tay lái được g n vào tr đảm bảo lái xe c thể thoát ra khỏi xe nhanh chóng khi c n thiết gười lái xe phải nhanh chóng thoát ra khỏi xe khi lái xe th y không ình thường

- ác vô lăng phải có một vành đai liên t c hình tròn hoặc hình b u d c, nhưng không được có ph n lõm

•Hệ thống phanh:

+ Tổng quát :

- Chiếc xe phải được trang b hệ thống phanh tác động lên t t cả bốn bánh

xe và được điều khiển bởi một hệ thống điều khiển duy nh t

- Hệ thống phanh được bố trí đến cả 4 bánh xe hoặc tối thiểu 2 bánh và phải

có tối thiểu 2 hệ thống phanh con để đảm bảo xe vẫn có thể phanh được khi 1 hệ thống nhỏ b hỏng Phanh dẫn động b ng thủy lực phải có khoang dự trữ d u, phải

c đường d u độc lập

- Có thể phanh b ng cách hạn chế sự trượt của vi sai

- Hệ thống phanh phải kh a được cả 4 bánh xe khi c n thiết

- Hệ thống phanh không được dẫn động b ng dây

- hông được sử d ng ống nhựa làm ống tuyô

- Các hệ thống phanh phải có bộ phận bảo vệ khi c va chạm

- Bàn đạp phanh phải ch u được 1 lực tối đa là 000

- Bàn đạp phanh có thể được chế tạo t thép, nhôm, hoặc titan

+ Kiểm tra hệ thống phanh :

Khi kiểm tra, hệ thống phanh đạt yêu c u phải có khả năng kh a cả 4 bánh

xe và d ng xe khi đạt một uãng đường nh t đ nh dưới sự giám sát của người giám

đ nh cuộc thi

+ Công tắc quá giới hạn phanh :

- Công t c quá giới hạn phanh phải được thiết kế trên xe được kích hoạt trong trường hợp hệ thống phanh b l i, không hoạt động nh m t t động c ng t hoạt động của hệ thống đánh lửa và m nhiên liệu

- Sự điều khiển lặp đi lặp lại của công t c không có tác d ng bật lại ngu n cho các bộ phận này

- Chuyển đổi này phải được thực hiện với các bộ phận tư ng tự, không thông qua bộ điều khiển logic lập trình đ n v điều khiển động c hoặc các bộ điều khiển

số tư ng tự

+ Đèn phanh :

- Đèn phanh phải phát ra ánh sáng đỏ, công su t tối thiểu 15W, có thể nhìn rõ được t phía sau Nếu sử d ng đèn E thì khi áng phải có thể nhìn th y rõ dưới ánh sáng mặt trời

- Đèn xe phải được l p ở giữa đường trung tâm của ánh xe và đ u vai người lái xe theo chiều dọc và khoảng đường trung tâm của xe theo chiều ngang

- Động c lai như động c điện động c ử d ng năng lượng dự trữ s b c m

Chú ý : Có thể tận d ng khí thải của động c tùy m c đích

- Động c c thể được sửa đổi trong giới hạn của luật cuộc thi

- Nếu sử d ng nhiều động c thì tổng dung tích làm việc của t t cả các xi lanh

c ng không được vượt quá 610 cc và không khí nạp phải cùng đi ua một đường nạp duy nh t

+ Kiểm tra động cơ :

Ban tổ chức s tiến hành đo hoặc tháo một số chi tiết quan trọng của động c

ra để kiểm tra

•Hệ thống xả:

- Cửa thải : Khí thải phải được đ nh tuyến để người lái xe không b ảnh hưởng bởi khí thải ở b t kì tốc độ nào của xe

- Ống xả không được kéo dài quá về phía sau 45cm và cao không quá 60 cm

so với mặt đ t

+ Kiểm tra hệ thống kiểm soát tiếng ồn:

- Hệ thống kiểm soát tiếng n phải đảm bảo với mọi tốc độ của động c theo

uy đ nh

- Có thể thay đổi v trí hay kết c u ống xả để đảm bảo tiêu chu n tiếng n nhưng c n bố trí ống xả tại v trí d th y để tiện cho quá trình kiểm tra

- Phải được trang b bộ giảm âm (không được vượt quá 110 db)

- Kiểm tra độ n có thể được thực hiện tại b t kì thời điểm nào trong quá trình thi Nếu chiếc xe không đủ tiêu chu n về độ n thì các đội phải điều ch nh lại cho đến khi thỏa mãn, chiếc xe mới được thi tiếp

•Khung xe:

ác uy đ nh tiêu chu n an toàn xác đ nh kích thước thép cho các bộ phận khác nhau của khung

1.5 Nộ un đ t

ội dung của đề tài được triển khai ua chư ng

hư ng I Tổng quan về đề tài nghiên cứu

hư ng II Lựa chọn phư ng án thiết kế HTTL xe Formula Car theo tiêu chu n cuộc thì Formula SAE

hư ng III: Tính toán, Thiết kế 3D và kiểm nghiệm HTTL xe Formula SAE

hư ng IV: Một ố công nghệ gia công điển hình tại iệt am và giải pháp gia công chế tạo các chi tiết của hệ thống truyền lực xe Formula ar

CHƯƠNG II

A CH N HƯƠNG N THI T HỆ THỐNG TRUYỀN L C XE FORMULA CAR THEO TIÊU CHUẨN CUỘC THI FORMULA SAE 2.1 Quy trình tính toán thi t k hệ th n t u n c u a Car

2.2 Công dụng, yêu cầu, phân loại của HTTL

- Truyền, biến đổi mômen quay và số vòng quay t động c đến bánh xe chủ động đảm bảo phù hợp giữa chế độ àm việc của động c với mômen cản sinh ra trong quá trình ô tô chuyển động

- C t đường truyền mômen trong thời gian dài khi động c vẫn hoạt động

- Đổi chiều chuyển động ô tô

2.2.2 Yêu cầu

- HTTL phải làm việc với độ tin cậy cao, an toàn, hiệu quả

- Truyền được tối đa công u t động c ở các chế độ khác nhau

- Đặc biệt là ly hợp phải truyền hết mô men xo n của động c trong mọi trường hợp đ ng thời c ng phải bảo đảm an toàn cho HTTL khi quá tải

2.2.3 Phân loại

HTTL thông thường được chia theo hình thức truyền năng lượng (mômen

xo n) bao g m các loại sau:

- HTTL kiểu c khí c c p hoặc vô c p

- HTTL kiểu thuỷ lực,

- HTTL kiểu điện t ,

- HTTL kiểu h n hợp c khí- thuỷ lực c khí-thuỷ lực-điện t

2.3 Yêu cầu v độn cơ v HTTL trên xe FSAE

Cuộc thi xe đua công thức FSAE tổ chức tại Nhật Bản đặt ra những yêu c u

- T t cả các ph n của hệ thống phân phối khí và m nhiên liệu của động c (bao g m ướm ga, bộ chế hòa khí, và hệ thống nạp bao g m b u lọc, bình nén khí) phải được đặt trong ph n giới hạn của khung và bánh xe

- Được sử d ng b t kì hệ thống truyền lực nào tuy nhiên c n có vỏ bọc đối với

bộ truyền xích và đai

2.4 Ch n động cơ

Theo luật của cuộc thi Formula SAE động c ử d ng cho chiếc xe Formula Car phải là động c đốt trong 4 kỳ với tổng dung tích làm việc không uá 6 0 cc vì vậy h u hết các đội tham dự cuộc thi Formula SAE ở các nước trên thế giới đều sử

d ng động c của xe Motor phân khối lớn ( 600cc) cho chiếc xe của mình

Cuộc thi Formula SAE không ch đ i hỏi khả năng tăng tốc, chạy bền mà còn đánh giá lượng tiêu hao nhiêu liệu Vì vậy động c được chọn không ch có công

su t và mô men xo n cao mà còn phải tiêu th nhiên liệu th p Qua tìm hiểu trên th trường có các loại động c 600 cc của các hãng: Honda, Suzuki, Yamaha, Kawasaki, Triumph

Để chọn động c cho chiếc xe Formula Car của mình, tác giả đã dựa vào biểu

đ o ánh các động c được chọn ở dưới đây

Hình 2.1: So sánh công su t giữa các động c

Hình 2.2: So sánh mô men xo n giữa các động c lựa chọn.

onda BR600RR năm 009 cho chiếc xe Formula Car mà tác giả đang nghiên cứu

Một số thông số của động c onda BR 600RR

- 4 kỳ, 4 xylanh, 16 valve, DOHC

+ Có thể đ ng thời truyền chuyển động và momen đến một số tr c cách nhau

tư ng đối xa điều này không thể thực hiện được b ng truyền động ánh răng c n nếu dùng truyền động đai thì không đảm bảo độ tin cậy

+ Lực tác d ng lên tr c nhỏ h n o với bộ truyền đai do không yêu c u căng xích với lực căng an đ u

+ Nhờ truyền lực b ng ăn khớp và sử d ng vật liệu c độ bền cao h n nên o với bộ truyền đai khả năng tải và hiệu su t của bộ truyền xích cao h n kết c u gọn

h n

+ ì không c trượt, tỷ số truyền trung ình là không đổi

- hược điểm:

+ Có nhiều tiếng n khi làm việc do va đập khi vào khớp nh t là khi đĩa xích

có số răng nhỏ và ước xích lớn hược điểm này hạn chế khả năng ử d ng bộ truyền với vận tốc cao

+ Bản lề m n tư ng đối nhanh do ôi tr n ề mặt tiếp x c kh khăn

+ Kết c u phức tạp, chi phí bảo dư ng chăm c ( ôi tr n điều ch nh độ chùng của xích) cao h n o với bộ truyền đai

Hình 2.4: Dẫn động xích trên xe đua FSAE

2.5.1.2 Dẫn động đai

các ưu nhược điểm như au

- Ưu điểm:

Hình 2.5: Dẫn động đai trên xe FSAE+ hông c trượt

+ Tỷ số truyền lớn (u ≤ đôi khi u < 0)

+ Hiệu su t cao

+ Không c n lực căng an đ u lớn

+ Lực tác d ng lên tr c lên tr c và lên ổ nhỏ

+ Có khả năng truyền động giữa các tr c cách xa nhau

+ Làm việc êm, không n nhờ độ dẻo của đai do đ truyền động đai thích hợp với vận tốc lớn

- HTTL sử d ng dẫn động b ng tr c Các-đăng được thể hiện trên hình 2.6

hư ng pháp này c các ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm:

+ Độ tin cậy cao, ít phải sửa chữa bảo trì

+ Dẫn động được các hệ thống cách xa nhau

+ Dẫn động cho các hệ thống c độ d ch chuyển tư ng đối với nhau

- hược điểm:

+ Không tạo ra tỷ số truyền

Hình 2.6: Dẫn động Các đăng trên xe đua FSAE

2.5.1.4 Dẫn động CVT (Continuously variable transmissions)

à ộ truyền vô c p không dùng ánh răng tỷ ố truyền thay đổi ng cách thay đổi án kính các puly chủ động và động

2.5.1.5 Dẫn động hỗn hợp

- Kết hợp dẫn động b ng tr c các-đăng với dẫn động đai hoặc dẫn động xích

Hình 2.7: Dẫn động h n hợp trên xe đua FSAE

2.5.2 Ch n hệ dẫn động cho xe FSAE

T những phân tích ưu nhược điểm của các phư ng án dẫn động kết hợp với điều kiện thực tế của đội tác giả chọn hệ dẫn động xích cho chiếc xe FSAE được thiết kế

2.6 Vi sai

2.6.1 Công dụng

Công d ng của vi sai trong c u chủ động là nh m đảm bảo các bánh xe chủ động có thể quay với các tốc độ khác nhau, truyền và ph n phối momen tới các bánh xe

2.6.2 h n ạ : phân loại kết c u các loại vi sai bao g m:

2.7 Bán trục

Bán tr c g m các đoạn tr c nối với nhau b ng các khớp các-đăng và then hoa di trượt, dùng để truyền chuyển động giữa các c m không n m trên cùng một

vỏ, có góc nghiêng truyền lực lớn và d ch truyển tư ng đối với nhau C thể đối với

xe formula car là truyền momen t vi sai tới các bánh xe

Các bán tr c c n đảm bảo:

- Khả năng uay với tốc độ như nhau giữa ph n chủ động và ph n b động, hạn chế tối đa tải trọng động phát sinh khi truyền lực,

- Truyền momen xo n với các góc nghiêng truyền lực thường xuyên thay đổi

và cho phép thay đổi chiều dài thân tr c khi truyền

Qua phân tích tác giả sử d ng bán tr c ghép cho chiếc xe formula được thiết

kế Bán tr c ghép được sử d ng trên hệ thống treo độc lập cho c u chủ động với 2 khớp các đăng đ ng tốc loại Birfield Rzeppa

Hình 2.9: Khớp các-đăng đ ng tốc Birfield Rzeppa

2.8 Qu t định phươn n th t hệ th n t u n c t n đua A

T việc phân thích ưu nhược điểm của các thành ph n của HTTL ua đ lựa chọn phư ng án đối với t ng c m căn cứ vào luật của cuộc thi c ng như kinh nghiệm của các đội xe formula car đi trước trên thế giới tác giả lựa chọn phư ng án thiết kế tổng uát như au

- Chọn động c đặt phía sau n m ngang

- HTTL c khí dẫn động bánh sau bao g m:

• Tính toán ức kéo của xe

• Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm bộ truyền động xích

Thiết kế vi sai, bán tr c

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN, THI T K 3D VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN

L C TRÊN XE FSAE

3.1 Mục tiêu thi t k tính toán của hệ th n t u n c trên xe FSAE

• hù hợp với yêu c u của cuộc thi Fomula SAE

• hả năng gia tốc nhanh

• ải làm việc hợp lý

• hù hợp với điều kiện bám của xe (đảm bảo cho xe không b trượt)

3.2 Thi t k tính toán hệ dẫn động xích

3.2.1 Vận t c của h c n suất độn cơ c c đạ

Vận tốc VN của xe được suy ra t phư ng trình cân ng công su t :

- G = 350 kg (tải trọng toàn bộ bao g m cả người lái)

- f = 0,019 (hệ số cản lăn giữa bánh xe với đường nhựa)