Luận văn thạc sĩ

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

1


Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
Lời cam đoan

1

M cl c

2

Danh m c các ký hiệu chữ viết t t

5


.

...

1.4 Tổng quan về cuộc thi Formula SAE
1.4.1 L ch sử cuộc thi

.

.

13
13

.

.

13

1.4.2 Các quy t c cạnh tranh

.

14

1.4.3 M c tiêu của cuộc thi

.

1.5 ội dung đề tài
CHƯƠNG II:

.
A CH N

..

17

.

18

.

21

.
HƯƠNG

.

..

N THI T

27

HỆ THỐNG

29

hân loại.........................................................................................................

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

......

..

.

2.5 ệ thống dẫn động trên xe đua FSAE

29
29

..

.

30
32

2.5.1 ác phư ng án dẫn động................................................................................

32

2.5.1.1 ẫn động xích..............................................................................................


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

.



42

3.3.2 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động c
3.3.3 Tính toán vận tốc của xe tại các tay số
3.3.4 Cân b ng công su t ô tô

40

43
...

44
45

3


Luận văn thạc sĩ

3.3.4.1 hư ng trình cân b ng công su t
3.3.4

45

Đ th cân b ng công su t ô tô

46

3.3.5 Cân b ng lực kéo ô tô

49

..

51

.

57

...

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


80
81

4


Luận văn thạc sĩ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VI T TẮT

STT

Đơn vị

Ký hiệu

Giải thích

1.

HTTL

Hệ thống truyền lực

—

2.

Ne


ne

Số vòng quay tr c khuỷu động c

v/ph

7.

nN

Số vòng quay tr c khuỷu ứng với emax

v/ph

8.

G

Tải trọng xe

N

9.

ƒ

Hệ số cản lăn

—


t

Hiệu su t của hệ thống truyền lực ( HTTL)

—

15.

F

Diện tích chính diện của xe

m2

16.

VN

Vận tốc của xe khi công u t động c lớn nh t

17.

max

Hệ số cản chuyển động lớn nh t

—

18.


Bước xích

mm

23.

B

Bề rộng răng

mm

24.

d

Đường kính v ng chia đĩa xích

mm

25.

df

Đường kính chân răng

mm

5



—

29.

Ic

T số truyền t tr c khuỷu đến hộp ố

—

30.

Ix

T số truyền của ộ truyền xích

—

31.

Ih

T số truyền của hộp ố

—

32.

It


Nj

Công su t cản quán tính

kW

37.

Nk

Công su t kéo

kW

38.

Pk

Lực kéo

N

39.

Pƒ

Lực cản lăn

N


Quãng đường

45.

t

46.



m/s2

Gia tốc ô tô

m/s2
m
s

Thời gian

rad/s

Vận tốc góc

6


Luận văn thạc sĩ



48

Bảng 3-6: Bảng giá tr nhân tố động lực học.

50

Bảng 3-7: Bảng giá tr gia tốc.

52

Bảng 3-8: Bảng tính thời gian tăng tốc của ô tô.

54

Bảng 3-9: Bảng tính uãng đường tăng tốc của ô tô.

56

Bảng 3-10: Bảng các thông ố

59

đĩa xích

7


Luận văn thạc sĩ



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
Hình 1.14: Điểm d ng lái

23
..

24

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

.

35
..

Hình 2.8: i ai ánh răng côn............................................................................

36
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

................................................

Hình 3.4: Đ th nhân tố động lực học

49
51

8




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


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

ph n đ là “N h n c u, t nh t n th t
v
n hệ t n
t nh hệ
th n t u n c f
ua A ”
Để thực hiện đề tài, tác giả đã 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.
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

10


Luận văn thạc sĩ

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


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

11


Luận văn thạc sĩ

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,

đảm bảo kỹ thuật thì cho sản xu t hàng loạt, phư ng pháp truyền thống này r t m t

12


Luận văn thạc sĩ

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
v

n hệ

t n

t nh hệ th n t u n

c

f

n th t


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.

13


Luận văn thạc sĩ

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

7. Chiếc xe đạt điểm cao nh t trong cuộc thi.

14


Luận văn thạc sĩ

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.

15


Luận văn thạc sĩ

- Kiểm tra bánh xe.
- Kiểm tra phanh (khóa 4 bánh).

Trình bày

75

Phân tích kỹ thuật

150

Phân tích chi phí

100

Khả năng tăng tốc

75

Chống trượt

50

ượt chướng ngại vật

150

Tiết kiệm nhiên liệu

100

Chạy bền


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

18

7 và1 8) [ 0 điểm]


Luận văn thạc sĩ

Hình 1.7: Kiểm tra trên đường hình số 8

Hình 1 8 S đ đường đua hình ố 8
•T nh chướng ngại vật:
Chạy

v ng trên đường đua thẳng, quay vòng, g p khúc khoảng 800m. M i

đội 2 lái xe, m i lái xe chạy 2 l n. Tổng cộng 4 l n chạy và đo thời gian. Chạy bền
s theo thứ tự các đội nhanh xếp trước (hình 1 9) [

19

7 % độ rộng của vết bánh lớn nh t.
•Hệ thống treo:
Xe phải được trang b hệ thống treo với các giảm ch n cả trước và sau hoạt
động tốt, sao cho bánh xe có thể di chuyển d dàng tối thiểu 0 8 mm trong đ
mm nén lại và 25,4 mm trả lại so với ghế lái. Các giám khảo có quyền loại những
chiếc xe không thể hiện được sự n lực nghiêm túc trong việc làm hệ thống treo,
hoặc chứng minh nó không thích hợp cho các ph n 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
chạy hay toàn ộ ph n thi động (hình 1.11).

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).

Hình 1.13: Bu-lông bánh xe
- Các loại vành nhôm có thể được sử d ng nhưng phải đảm bảo cứng và
trong tình trạng nguyên

(tình trạng nguyên

c nghĩa là trong điều kiện ban

đ u điều kiện mới, tức là chưa ử d ng chưa m n hoặc b n). Trong điều kiện đ là
tốt nh t, vì nó là l n đ u tiên sử d ng.
•Lốp xe:
-

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
• ốp ướt

ng hoặc được xử lý.
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

+ 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
hoạt động của hệ thống đánh lửa và

m nhiên liệu.