Nguyên cứu, thiết kế, chế tạo khung, vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu eaut nghiên cứu khoa học sinh viên năm học 2021 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Tên Đề Tài: Nguyên cứu, thiết kế, chế tạo khung, vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu EAUT Giảng viên hướng dẫn : Ths Lê Trạch Trưởng Nhóm sinh viên thực : Nguyễn Mạnh Hùng Phạm Ngọc Cường Ngô Quang Hiểu Bắc Ninh, ngày 18 Tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021-2022 Tên Đề Tài: Nguyên cứu, thiết kế, chế tạo khung, vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu EAUT Giảng viên hướng dẫn : Nhóm sinh viên thực hiện: Th.s Lê Trạch Trưởng Nguyễn Mạnh Hùng Phạm Ngọc Cường Ngô Quang Hiểu Bắc Ninh, ngày 18 Tháng năm 2022 Mục Lục Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Những quy định chung thiết kế xe 1.1.1 Thân xe 1.1.2 Động 1.1.3 Hệ thống phanh 1.1.4 Thiết bị khởi động 1.1.5 Tầm nhìn 1.1.6 Đảm bảo an toàn 1.2 Giới thiệu chung xe thiết kế Chương 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS ĐỂ MƠ PHỎNG TÍNH BỀN XE SINH THÁI EAUT 2.1 Phân tích phương án thiết kế, chế tạo xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu EAUT 2.1.1 Thiết kế, bố trí chung: 2.1.2 Thiết kế khung 2.1.3 Bánh xe 10 2.1.4 Thiết kế hệ thống lái 10 2.1.5 Thiết kế hệ thống phanh 11 2.1.6 Động hệ thống truyền lực 11 2.1.7 Thiết kế bên xe 12 2.2 Các phương pháp lựa chọn thiết kế EAUT 12 2.2.1 Chia theo tư lái 12 2.2.2 Theo kiểu bố trí khung xe - sat xi 13 2.2.3 Kết luận chọn phương án 15 2.3 Giới thiệu phần mềm Solidworks 15 2.3.1 Giao diện 15 2.3.2 Giao diện Part Design 17 2.3.3 Giao diện Assembly 19 2.3.4 giao diện Drawing 21 2.3.5 Thiết kế chi tiết điển hình 21 Chương 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUNG VỎ XE TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU EAUT 25 3.1 Thiết kế tổng thể cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu 25 3.2 Thiết kế kích thước tổng thể cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu EAUT 25 3.2.1 Thiết kế chiều dài phủ bì 26 3.2.3 Chiều rộng phủ bì chiều cao phủ bì 26 3.2.4 Số lượng cửa vào kích thươc cửa 27 3.3 Thiết kế chế tạo hình dáng xe sinh thái 27 3.4 Thiết kế vị trí trang trí vỏ 27 3.5 Tuyến hình xe sinh thái tính khí động học 28 3.6 Định khối lượng khung vỏ xe, trọng lương ghế , trọng lượng lái xe 29 3.7 Tính tốn kiểm bền cho chi tiết, tổng thành hệ thống 30 3.7.1 Tính toán bền cho trước 31 3.7.2 Tính tốn bền cho dọc 36 3.7.3 Tính bền sau 39 3.8 Tính tốn vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu 42 3.8.1 Tính khí động học tơ liên hệ vào thiết kế vỏ xe 42 3.8.1.1 Tính khí động học tơ 42 3.8.2 Liên hệ vào thiết kế vỏ xe sinh thái 45 3.9 Sản phẩm kết đạt 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 * Kết luận 50 * Kiến nghị 50 Danh mục hình ảnh Hình 1.1 Quy cách chung vỏ xe nhóm tự chế Hình Quy định khung xe, vỏ xe nhóm tự chế Hình Ghế lái xe kiểu nằm lái Hình Mơ hình xe bánh bánh trước - bánh sau Hình 2 Mơ hình xe bánh sử dụng kết cấu xe máy: bánh – bánh phụ Hình Mơ hình xe bánh: bánh trước – bánh sau Hình Mơ hình xe bánh: bánh trước – bánh sau Hình Khung dạng bậc thang Hình Khung dạng không gian Hình Khung liền thân Hình Các lực tác dụng lên trục bánh xe 10 Hình Cơ cấu dẫn động lái hình thang 11 Hình 10 Hệ thống phanh 11 Hình 11 Thiết kế chung đảm bảo an toàn cho lái xe 12 Hình 12 Khung xe 13 Hình 13 Khung xe hai thanh, dạng khung hình thang 14 Hình 14 Khung xe hai thanh, dạng song song 14 Hình 15 Các môi trường làm việc 15 Hình 16 Giao diện môi trường part 16 Hình 17 Giao diện môi trường Assembly 16 Hình 18 Giao diện môi trường Drawing 17 Hình 19 Giao diện Part 17 Hình 20 Tab Sketch 18 Hình 21 Tab Feature 18 Hình 22 Tab Sheet metal 19 Hình 23 Tab weldments 19 Hình 24 Tab Surfaces 19 Hình 25 Giao diện Assembly 20 Hình 26 Giao diện drawing 21 Hình 27 Chọn giao diện làm việc 22 Hình 28 Vẽ sketch đường dẫn 22 Hình 29 Giao diện Tab weldments 23 Hình 30 Hình dáng khung 24 Hình Sơ đồ tổng quát xe 25 Hình Hình vẽ mặt trước xe sinh thái 27 Hình 3 Hình vẽ mặt sau xe sinh thái 28 Hình Khung xương thành bên trái 29 Hình Khung xương thành bên phải 29 Hình Khung xương mảng sàn 29 Hình Sơ đồ mặt cắt dầm 30 Hình Tiết diện thép hôp 20x40x1,2 31 Hình Sơ đồ trước 31 Hình 10 Sơ đồ lực tác dụng lên trước 32 Hình 11 Nội lực tác dụng đoạn 0-1 32 Hình 12 Nội lực tác dụng đoạn 0-2 33 Hình 13 Nội lực tác dụng đoạn 0-3 34 Hình 14 Biểu đồ nội lực tác dụng lên trước 35 Hình 15 Sơ đồ dọc xe 36 Hình 16 Giải phóng liên kết 36 Hình 17 Sơ đồ mômen dọc 39 Hình 18 Sơ đồ sau 39 Hình 19 Nội lực đoạn 0-1 40 Hình 20 Sơ đồ bố trí lực tác dụng lên sau 40 Hình 21 Biểu đồ mômen cho sau 41 Hình 22 Mơ tả dịng khí cản tơ chạy 42 Hình 23 Dạng đuôi lướt 43 Hình 24 Dạng cánh đuôi 44 Hình 25 Vỏ xe sinh thái sau hoàn thiện 47 Hình 26 Một số hình ảnh sản phẩm sau hồn thiện 49 LỜI NÓI ĐẦU ` Hiện biến đổi khí hậu, nhiễm môi trường vấn đề lượng thách thức nghiêm trọng không Việt Nam mà vấn đề nan giải toàn cầu Lượng tài nguyên khoáng sản ngày cạn kiệt việc sử dụng lượng hóa thạch bừa bãi ảnh hưởng nghiêm trọng môi trường sống Ai biết, nguồn tài nguyên thiên nhiên giới tích lũy hàng tỷ năm cạn kiệt khơng cách tái tạo được, đặc biệt nguồn lượng hóa thạch Thế giới đứng trước nỗi lo mỏ dầu, mỏ khí đốt tự nhiên, than đá cạn kiệt, nhân loại xoay xở để trì sống Với tình hình đó, làm để giảm tối đa lượng nhiên liệu cần thiết cho q trình sử dụng Do tính cấp bách vấn đề lượng, Honda có ý tưởng tổ chức “Cuộc thi lái xe tiết kiệm nhiên liệu” sân chơi nơi người tham gia sử dụng ý tưởng kỹ thuật cho động xe máy Honda nhằm cạnh tranh suất tiêu hao nhiên liệu với thử thách “Bạn Km với lít xăng” Cuộc thi thiết kế xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu, tạo hội quý báo cho bạn trẻ tư sáng tạo kỹ thuật, công nghệ, đưa ý tưởng vào thực tế, góp phần khơng nhỏ vào phong trào tiết kiệm nhiên liệu bảo vệ môi trường sống, qua thể quan tâm Honda vào trình phát triển giá trị bền vững cho tương lai Thơng qua nhóm đăng ký làm đề tài NCKH cấp trường, giúp đỡ thầy khoa Tên đề tài:“ Nghiên cứu, chế tạo kết cấu khung vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu đội xe EAUT” Để thực đề tài nghiên cứu chúng em giúp đỡ bảo nhiệt tình Thầy khoa Tuy thời gian có hạn, khơng thể tránh khỏi mặt cịn hạn chế, thiếu sót q trình thực đề tài nghiên cứu Để hồn thành tốt, khắc phục hạn chế thiếu sót chúng em mong góp ý kiến, giúp đỡ Thầy bạn để sau trường bắt tay vào cơng việc, q trình cơng tác chúng em thành cơng cách có hiệu Em xin chân thành cảm ơn ! Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Những quy định chung thiết kế xe 1.1.1 Thân xe a) Quy cách chung: - Xe sinh thái thiết kế phải có từ bánh trở lên, có kết cấu vững chãi dù chuyển động hay đứng yên Tất bánh xe phải tiếp xúc với mặt đắt phương tiện đứng bề mặt phẳng - Chiều cao tổng thể xe: tối đa 1.8m - Khoảng cách trục trước trục sau xe: tối thiểu 1m - Chiều dài tổng thể: tối đa 3.5m - Khoảng cách hai bánh xe: tối thiểu 0.5m - Chiều rộng tổng thể xe: tối đa 1.7m - Ống xả phải nhơ phía sau khơng q 5cm * Lưu ý: khí thải phải xả từ xe Hình 1.1 Quy cách chung vỏ xe nhóm tự chế EAUT b) Vấn đề an toàn: Để nâng cao độ an toàn, thân xe thiết kế ban đầu cho điểm đầu mũ bảo hiểm ngưới lái phải nằm sau trục bánh trước xe chạy Nghiêm cấm áp dụng thiết kế mà đầu người lái chịu tác động trực tiếp xảy va chạm Ngoài ra, để nâng cao an toàn, xe phải thiết kế cho thể hai chân tách biệt với mặt đường 1.1.2 Động Động xe sử dụng phải động kỳ, 110cc Honda Việt Nam sản xuất Được phép thực thay đổi tuân theo quy định đây: Dung tích Xilanh phải đảm bảo 110cc động phải hút khí tự nhiên Dầu bơi trơn cho máy phải đảm bảo khơng rị rỉ vào lốp xe, phanh… Các chắn dầu phải ngăn không cho dầu bơi trơn rị rỉ ngồi phương tiện, đặc biệt phương tiện di chuyển Các chắn phải có kích thước đủ lớn phải lắp đặt cho chống nước chảy vào chống rung phương tiện chạy, vận hành 1.1.3 Hệ thống phanh Mỗi xe trang bị hệ thống phanh riêng biệt, hệ thống phanh phải có điều khiển riêng đảm bảo an tồn hiệu Ngoài ra, ngàm phanh má phanh cần lắp đặt để đảm bảo an toàn tuyệt đối Phanh cần lắp vị trí thuận tiện cho việc sử dụng 1.1.4 Thiết bị khởi động Xe phải trang bị loại thiết bị khởi động cho người lái xe khởi động động tư lái xe thông thường Các loại thiết bị khởi động xe mà cung cấp lực đẩy tới phương tiện không phép sử dụng Khi chuyển qua chế độ vận hành, thiết bị khởi động kích hoạt khơng có ly hợp 1.1.5 Tầm nhìn Về tầm nhìn, yêu cầu tất phương tiện người lái tư lái thơng thường, hướng nhìn phía trước, nhìn cần đảm bào tối thiểu 90 độ bên trái bên phải việc quay đầu sang trái/phải không sử dụng gương, kính viễn vọng, trường hợp trời mưa, kính chắn gió trước bị mờ, cần thực hành động thích hợp, chẳng hạn tháo bỏ kính chắn gió Sao cho người lái khơng bị khuất tầm nhìn Để đảm bảo khả quan sát phía sau, phương tiện bắt buột phải trang bị gương chiếu hậu bên trái phải Diện tích bên tối thiểu 40cm2 Người lái xe tư lái thông thường phải đảm bảo nhìn trạng thái phương tiện di chuyển phía sau 1.1.6 Đảm bảo an tồn Tồn phần phương tiện bao phủ nắp capo tháo, lắp phải đảm bảo dễ dành nhanh chóng lắp mở capo từ bên bên xe Để đảm bảo an tồn, người lái xe phải có khả tháo bỏ nắp capo cách thủ cơng, khơng có dụng cụ hỗ trợ để dễ dàng ngồi xảy cố Để đề phòng cháy lái xe, vách ngăn chắn lắp buồng lái để tách biệt với khung động người lái Thiết kế vách ngăn phải cao đỉnh động đủ rộng để bảo vệ người lái có cháy xảy khu động Tấm ngăn phải làm vật liệu chống cháy (vách ngăn phần ghế ngồi) - Lắp bình nhiên liệu + Về bình nhiên liệu Ban tổ chức thi cho mượn phải lắp vào phương tiện theo Điều Mục Quy định phương tiện + Phương tiện cần thiết kế cho việc điều chỉnh nhiên liệu tiến hành mà khơng cần phải tháo lớp vỏ bên ngồi - Góc lái Phương tiện tham gia thi cần phải có bán kính quay vịng tối đa 5m Hình Quy định khung xe, vỏ xe nhóm tự chế EAUT 1.2 Giới thiệu chung xe thiết kế - Xe chia làm khoang riêng biệt + Khoang lái ( gồm ghế lái, phận điều khiển ) + Khoang động Do xe thiết kế dành cho người điều khiển để tham dự thi, nên số lượng ghế ghế, ghế thiết kế theo chiều cao người lái +Lực phân bố qoi > có xu hướng làm quay theo chiều kim đồng hồ +Mômen tập trung Mx > làm quay theo chiều kim đồng hồ - Ta có: ̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝑘=1,𝑛 ∗ ( 𝑀𝑜𝑖 𝑧 − 𝑎𝑖−1 )2 𝑃𝑜𝑖 (𝑧 − 𝑎𝑖−1 )3 ∆𝑞𝑜𝑖 (𝑧 − 𝑎𝑖−1 )4 𝑉𝑧 = ∑ [ ∆𝑣𝑜𝑖 + ∆𝜑𝑜𝑖 (𝑧 − 𝑎𝑖−1 ) + + + 2! 𝐸𝐽𝑥 3! 𝐸𝐽𝑥 4! 𝐸𝐽𝑥 𝑖=1 + ⋯] -Trong đó: ∆𝑣𝑜𝑖 : bước nhảy chuyển vị thẳng đứng oi (oi điểm đầu trái đoạn thứ i) ∆𝜑𝑜𝑖 : bước nhảy góc xoay i ∗ 𝑀𝑜𝑖 : mơ men ngoại lực tập chung oi 𝑃𝑜𝑖 : lực tập chung i ∆𝑞𝑜𝑖 : bước nhảy tải trọng phân bố oi z: hoành độ 𝑎𝑖−1 : khoảng cách từ gốc tọa độ tới mặt cắt thư (i-1) EJx: độ cứng mặt cắt ngang E : số tỷ lệ, gọi mô đun đàn hồi kéo 𝑘𝑁 Vật liệu thép CT3 nên: E = 2.104 (𝑐𝑚2) Jx: mơ men q tính mặt cắt ngang trục trung hòa 𝑊𝑥 = 𝐽𝑥 ℎ (𝑦 = ) 𝑦 37 ⟹ 𝐽𝑥 = 𝑊𝑥 𝑦 = 1169,34.20 = 23386,6(𝑚𝑚4 ) = 2,33868 10−20 (𝑚4 ) - Ta có: V(𝑧) = 𝑀1 (𝑧)2 2!𝐸𝐽𝑥 + 𝑅1 (𝑧)3 3!𝐸𝐽𝑥 − 𝑃.(𝑧−800)3 * 3!𝐸𝐽𝑥 ′ 𝜑(𝑧) = 𝑉(𝑧) = 𝑀1 (𝑧) 𝐸𝐽𝑥 + 𝑅1 𝑧 2𝐸𝐽𝑥 − 𝑃.(𝑧−800)2 2𝐸𝐽𝑥 ** Qy(z)=𝑀𝑧′ = 𝑅1 − 𝑃 - Xét điểm: z= 1500 ⟺{ 𝑉 (𝑧 = 1500) = 𝜑(𝑧 = 1500) = - Từ (*) (**): 𝑀1 (1500)2 𝑃 (1500 − 1000)3 − =0 3! 104 2,33868 10−20 3! 104 2,33868 10−20 ⟹ 𝑅1 (1500)2 𝑃 (1500 − 1000)2 − =0 −20 + 22 104 2,33868 10−20 22 104 2,33868 10−20 { 10 2,33868 10 2! 104 2,33868 10−20 𝑀1 (1500) ⟺{ + 𝑅1 (1500)3 𝑀1 = −7600 𝑅1 = 17,8 Mx(z) = 𝑀1 + 𝑅1 𝑧 − 𝑃 (𝑧 − 1000) ≤ 𝑧 ≤ 1000 ≤ 𝑧 ≤ 1500 𝑄𝑧 = 17.8 − 69 = 51,2 (𝑘𝑔) Biểu đồ phân bố lực lên dọc: 38 Hình 17 Sơ đồ mơmen dọc 3.7.3 Tính bền sau Hình 18 Sơ đồ sau -Ta có: R= 95 2.2 = 237,5 (𝑘𝑔) * Mặt căt 1-1 chia làm hai phần 39 Hình 19 Nội lực đoạn 0-1 -Do khơng có lực tác dụng nên ta có hệ phương trình là; 𝑄𝑌1 = 𝑅2 = 51,2 (𝑁) ∑𝑌 = 𝑁𝑍1 = { ∑𝑍 = ⟺ { ∑𝑀𝑥 = 𝑀𝑥1 = * Mặt căt 2-2 chia làm hai phần Hình 20 Sơ đồ bố trí lực tác dụng lên sau 40 - Ta có: 𝑄𝑦3𝑧 = 𝑄𝑦3 45 𝑄𝑦3𝑦 = 𝑄𝑦3 (90 − 45)𝑜 𝑁𝑦3𝑧 = 𝑁𝑦3 𝑐𝑜𝑠(90 − 45)𝑜 𝑁𝑦3𝑦 = 𝑁𝑦3 𝑐𝑜𝑠45𝑜 - Ta lại có hệ phương trình: 𝑁𝑍3 − 𝑄𝑌3 = ∑𝑍 = 𝑍 𝑍 { ∑𝑌 = ⟺ {𝑅 −𝑄𝑌3𝑦 − 𝑁𝑍3𝑦 = ∑𝑀03 = 𝑀 − 𝑅 𝑙 = 𝑥3 𝑁𝑧3 cos(90 − 45)𝑜 − 𝑄𝑌3 cos 45𝑜 = ⟺ {𝑅1 − 𝑄𝑌3 cos(90 − 45)𝑜 − 𝑁𝑧3 cos 45𝑜 = 𝑀𝑥3 = 𝑅 𝑙3 𝑁𝑧2 = 89 (𝑘𝑔) = 890(𝑁) 0,7𝑁𝑧2 − 0,7𝑄𝑌2 = ⟹ {178 − 0,7𝑄𝑌2 − 0,7𝑁𝑧2 = ⟹ { 𝑄𝑌2 = 89(𝑘𝑔) = 890(𝑁) *** 𝑀𝑥3 = 𝑅 𝑙3 𝑀𝑥3 = 178 𝑙3 (𝑘𝑔 𝑚𝑚) ≤ 𝑙3 ≤ 100(𝑚𝑚) Từ (*),(**) (***) ta có biểu đồ mơmen cho sau: Hình 21 Biểu đồ mơmen cho sau 41 - Xét điểm (1): Mx = (kg.mm) : 𝜎= 𝑀𝑥 7125 = = < [𝜎 ] 𝑊𝑥 1169,34 -Xét điểm (2):Mx = 3562,5 (kg); Nz = 20,57 (kg) 𝜎= 𝑁𝑧2 𝑀𝑥2 20,57 17800 + = + = 15,22 < [𝜎] 𝐹 𝑊𝑥 138,24 1169,34 Vậy khung sau đảm bảo bền 3.8 Tính tốn vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu 3.8.1 Tính khí động học ô tô liên hệ vào thiết kế vỏ xe 3.8.1.1 Tính khí động học tơ Chắc chúng ta, có dịp ngắm nhìn xe đủ kiểu dáng, đủ màu sắc chen chúc “dịng sơng ơtơ” đường tắc thấy chúng bám đuôi lao vun vút đường cao tốc Nhưng có lẽ hiểu rõ, chuyển động, tốc độ cao, ôtô chịu tác động lực Hình 22 Mơ tả dịng khí cản tơ chạy Theo lý thuyết chuyển động, ơtơ phải khắc phục nhiều loại lực cản: lực cản lăn, lực quán tính, lực ma sát lực cản gió xe lao bay phía trước Lực cản lăn liên quan đến chất lượng mặt đường, chất lượng săm lốp Lực quán tính liên quan đến khối lượng gia tốc xe Lực ma sát liên quan đến vật liệu, công nghệ chế tạo dầu mỡ bôi trơn Cịn lực cản gió lại liên quan đến hình dạng khí động học tốc độ xe Đây loại lực cản phức tạp mà muốn đề cập đến Lực cản khí động học 42 Hiệu khí động học xe xác định hệ số cản (Cd) Nói cách đơn giản, hệ số cản ảnh hưởng hình dạng xe sức cản khơng khí xe chạy Theo lý thuyết, mặt cầu kim loại có Cd 1.0, tính đến hiệu ứng nhiễu loạn khơng khí phía sau giá trị xấp xỉ 1.2 Hệ số khí động học thấp vật thể có dạng hình giọt nước Hệ số cản có giá trị 0.05 Tuy nhiên khó chế tạo xe giống Những xe đại thường có hệ số cản Cd vào khoảng 0.30 Lực cản tỷ lệ với hệ số cản, diện tích mũi xe bình phương vận tốc phương tiện Nghĩa xe di chuyển với vận tốc 193km/giờ phải thắng lực cản gấp bốn lần lực cản xe di chuyển tốc độ 97km/giờ Và vậy, vận tốc tối đa xe sản sinh lực cản tối đa Nếu muốn nâng tốc độ tối đa Ferrari Testarossa từ 290km/giờ lên 322km/giờ Lamborghini Diablo, mà không thay đổi hình dạng xe phải nâng cơng suất từ 390 mã lực lên 535 mã lực Còn bỏ nhiều thời gian tiền bạc cho việc nghiên cứu hình dạng khí động học xe làm giảm hệ số cản Cd từ 0.36 xuống 0.29 Hình 23 Dạng đuôi lướt Fastback (dạng đuôi lướt: từ năm 1960, kỹ sư chế tạo xe đua thực coi trọng hình dạng khí động học xe Họ khám phá rằng, giảm bớt độ dốc phía sau xe xuống 20 độ thấp hơn, luồng khí xi theo đường mui xe cách trơn tru làm giảm đáng kể lực cản Họ gọi thiết kế kiểu “fastback” Do đó, nhiều mẫu xe đua Porsche 935/78 “Moby Dick” kéo dài hạ thấp phần đuôi mức tưởng tượng Với xe dạng sedan hay hatchback, luồng khơng khí quẩn lại phía cuối mui xe hạ thấp đột ngột phía sau mui xe tạo vùng áp suất thấp, vậy, tạo nhiễu loạn khơng khí phía sau mui xe Sự nhiễu loạn ln gây tác dụng xấu hệ số cản Nếu góc mui xe phía sau dựng đứng, luồng khơng khí thay đổi đột ngột gây ảnh hưởng xấu tới ổn định tốc độ cao Vào thời kỳ phát triển, nhà sản xuất ôtô chưa hiểu sâu sắc vấn đề nên chế tạo vài loại xe kiểu 43 Lực nâng: Theo lý thuyết khí động học, xe chạy, luồng khơng khí phía mui xe di chuyển với quãng đường dài luồng không khí phía bên gầm xe, phía trước nhanh: phía sau nên theo nguyên lý Bernoulli, vận tốc khác dịng khí phát sinh chênh lệch áp suất tạo nên lực nâng xe lên làm giảm sức bám mặt đường lốp Cũng lực cản, lực nâng tỷ lệ với diện tích mặt sàn xe, với bình phương vận tốc hệ số nâng (Cl) – hệ số phụ thuộc hình dạng xe Ở tốc độ cao, lực nâng tăng mức gây ảnh hưởng xấu đến chuyển động xe Lực nâng tập trung chủ yếu phía sau, lực nâng lớn, bánh xe phía sau bị trượt, nguy hiểm, xe chạy tốc độ cao 200km/giờ Vì vậy, việc lúc đạt hệ số cản hệ số nâng tối ưu khó khăn Tuy nhiên, người ta nghiên cứu cơng phu tìm số giải pháp tối ưu để giảm lực cản lực nâng xuống mức thấp Những biện pháp cải thiện tính khí động học Để cải thiện tính khí động học, giảm thiểu hệ số cản Cd, người ta thường dùng biện pháp sau Cánh đuôi: Vào đầu năm 60, kỹ sư Ferrari khám phá rằng, cách gắn thêm cản (chúng ta gọi đơn giản CÁNH) vào đuôi phía sau, lực nâng giảm đáng kể chí phát sinh lực nén Trong đó, lực cản tăng lượng nhỏ Cánh có tác dụng hướng phần lớn luồng khơng khí mui xe thẳng phía sau mà khơng quẩn trở lại, thế, làm giảm lực nâng Nếu tăng góc độ cánh làm tăng lực nén chí tới 100kg Khi đó, có luồng khơng khí nhỏ chạy phía sau quẩn đuôi cánh Như cánh làm giảm đáng kể nhiễu loạn khơng khí xuất xe khơng có dạng fastback, loại trừ lực nâng, xe cịn chịu lực cản Hình 24 Dạng cánh đuôi Cánh gầm: Cánh gầm tên gọi chung cánh hướng gió lắp phía cản trước cánh hướng gió lắp dọc hơng xe Cánh gầm lắp phía mũi xe có tác dụng làm biến đổi luồng 44 khơng khí lưu động phía gầm xe Chúng ta thường gọi cánh gầm lắp đặt gờ đáy cản trước “cản gió trước” Và chắn dọc hơng xe “tấm chắn gió ngang” Để hiểu tác dụng chúng, trước hết phân tích luồng khơng khí mặt sàn xe Luồng khơng khí phía sàn xe ln điều khơng mong muốn Có nhiều phận động cơ, hộp số, trục lái vài phận khác phơi trần đáy xe Chúng ngăn cản luồng khơng khí, khơng ngun nhân gây nhiễu loạn làm tăng lực cản mà cịn làm chậm luồng khơng khí tăng lực nâng theo nguyên lý Bernoulli Cánh gầm cánh cản ngang sử dụng để giảm luồng khơng khí bên cách hướng khơng khí qua mặt bên cạnh xe Kết chúng làm giảm bớt lực cản lực nâng luồng khơng khí phía sinh Nói chung, cánh cản ngang thấp hiệu cao Chính mà bạn nhìn thấy xe đua có cánh gầm cánh cản ngang gần sát với mặt đường Tất nhiên với xe phổ thơng khơng thể làm Gầm xe trơn nhẵn: Chúng ta giảm bớt ảnh hưởng luồng khơng khí phía cách làm cho gầm xe trở lên trơn nhẵn để tránh nhiễu loạn lực nâng Hiệu ứng mặt đường: Đối với kỹ sư chế tạo xe đua, cánh giải pháp tốt để giảm lực nâng, chưa phải mà họ thực mong muốn Một xe đua Công thức lao vút khoảng giây sau tăng tốc, điều đòi hỏi lực nén phải giữ cho bánh xe bám chặt xuống đường Lắp cánh với góc độ lớn đáp ứng yêu cầu này, song lại làm tăng hệ số cản Vào năm 70, Collin Chapman tìm phương thức hồn tồn để tạo lực nén mà khơng làm ảnh hưởng đến lực cản Đó hiệu ứng mặt đường Ơng tạo đường dẫn khơng khí đáy xe đua Lotus 72 Đường dẫn khơng khí hẹp phía trước mở rộng dần phía sau Do gầm xe gần sát mặt đường, kết hợp đường dẫn không khí mặt đường tạo thành đường hầm gần đóng kín Khi xe chạy, khơng khí vào đường hầm từ phía mũi thẳng phía sau khiến áp suất khơng khí giảm dần phía xe phát sinh lực nén Hiệu ứng mặt đường có ảnh hưởng tốt so với cánh sớm áp dụng cho xe Công thức Vào năm 1978, Brabham (người chế tạo F1 McLaren lừng danh) áp dụng cho Gordon Murray phương thức khác, thay đường dẫn khí mở rộng, sử dụng quạt gió cơng suất lớn để tạo áp suất thấp gần đuôi xe Tất nhiên FIA (Liên đồn ơtơ Quốc tế) cơng nhận điều Tuy nhiên, hiệu ứng mặt đường khơng thích hợp cho xe phổ thơng Vì loại cần phải có gầm xe cao để thích hợp với loại đường thông dụng hiệu ứng mặt đường gần tác dụng Nói chung, nhà test xe không coi giải pháp tốt để tạo lực nén có xe Duner 962 Đức điều chỉnh độ cao gầm xe để lợi dụng hiệu ứng mặt đường đạt lực nén đến 40% 3.8.2 Liên hệ vào thiết kế vỏ xe sinh thái Như tìm hiểu : Hiệu khí động học xe xác định hệ số cản (Cd) Nói cách đơn giản, hệ số cản ảnh hưởng hình dạng xe đối 45 với sức cản khơng khí xe chạy Theo lý thuyết, mặt cầu kim loại có Cd 1,0 tính đến hiệu ứng nhiễu loạn khơng khí phía sau giá trị xấp xỉ 1,2 Hệ số khí động học thấp vật thể có dạng hình giọt nước Hệ số cản có giá trị 0.05 Tuy nhiên khó chế tạo xe giống Những xe đại thường có hệ số cản Cd vào khoảng 0,30 Lực cản tỷ lệ với hệ số cản, diện tích mũi xe bình phương vận tốc phương tiện Nghĩa xe di chuyển với vận tốc 193km/giờ phải thắng lực cản gấp bốn lần lực cản xe di chuyển tốc độ 97km/giờ Và vậy, vận tốc tối đa xe sản sinh lực cản tối đa Nếu muốn nâng tốc độ tối đa Ferrari Testarossa từ 290km/giờ lên 322km/giờ Lamborghini Diablo, mà không thay đổi hình dạng xe phải nâng cơng suất từ 390 mã lực lên 535 mã lực Còn bỏ nhiều thời gian tiền bạc cho việc nghiên cứu hình dạng khí động học xe làm giảm hệ số cản Cd từ 0,36 xuống 0,29.Chính ta thiết kế vỏ xe sinh thái dựa vào yếu tố: diện tích mũi xe ,hình dạng xe xe Thiết kế vỏ xe dựa yếu tố như: - Đảm bảo độ an tồn cho người điều khiển - Thơng thống, khí, khơng gây ngạt cho người điều khiển - Giảm diện tích cản gió - Giảm tiếng ồn Các phương án thiết kế là: Phương án 1: dùng nhựa meka * Ưu điểm - Cứng, suốt, độ bền cao - Đảm bảo an toàn cho người điều khiển * Nhước điểm - Rất khó gia cơng mặt cong, vòm - Rất dễ nứt vỡ Phương án 2: dùng tôn bề dày 0,3 mm * Ưu điểm - Bền, cứng - Gia công dạng mặt cong vòm dễ * Nhược điểm - Gây ồn trình chạy - Nguy hiểm điểm góc nhọn, dễ gây sát thương cho người điều khiển; 46 Phương án 3: Dùng nhựa dẻo mềm ( gồm: nhựa đục suốt) *Ưu điểm - Dễ gia cơng - An tồn cho người điều khiển - Hạn chế tiếng ồn - Nhựa nhìn xun qua, làm kính chắn gió, giảm lực cản khơng khí, đảm bảo khí động học cho xe *Nhược điểm -Tương đối mềm - Khả hư hỏng nhiều cao so vơi phương án lại Qua trình thử nghiệm chạy thử đội định chọn phương án 3: sử dụng nhựa dẻo để làm vỏ Qua trình chạy thử kiểm nghiệm thực tế thì, vỏ xe đội thiết kế đảm bảo u cầu - Đảm bảo thống khí, ánh sáng,tầm nhìn - Khơng gây tiếng ồn q trình chạy - Khối lượng vỏ giảm tối thiểu Hình 25 Vỏ xe sinh thái sau hồn thiện 47 Kết luận: trải qua trình chạy thử kiểm nghiệm thực tế, khung vỏ xe đội đảm bảo u cầu: - Bền, cứng khơng có cố - Đảm bảo tính thẩm mỹ - Đảm bảo yêu cầu thi - Đảm bảo an toàn cho người điều khiển Bảng 3.1: Bảng kê cụm tổng thành chi tiết STT Cụm chi tiết tổng thành Vật liệu Khung xương Thép hộp 20x40 Vỏ xe Nhựa mềm: suốt , đục Ghế lái Thép hộp 15x15, mút xốp, Gỗ ép Hệ thống cửa Khung nhơm, nhựa suốt Kính kính chắn gió Nhựa suốt Trang trí nội thất, ngoại thất Sơn phun, logo trường, tên đội, biển số xe Bảng 3.2: Bảng quy cách vật liệu xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu Stt Quy cách vật liệu Loại vật liệu A Khung xương mảng sàn Thép hộp 25x15,14x14 CT3 ( vật liệu tương đương ) Lập 10x1,2 Thép Tôn 0,3 mm CT3 (vật liệu tương đương) B Khung xương mảng thành trái phải Nhôm ray chữ T Nhôm Nhựa trong, đục Nhựa mềm, dẻo C Cửa vào Nhôm chữ T Nhôm Nhựa Nhựa mềm, dẻo 48 3.9 Sản phẩm kết đạt Hình 26 Một số hình ảnh sản phẩm sau hoàn thiện 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận Từ tính tốn đội em chế tạo thành công hệ thống khung vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu - Đảm bảo yêu cầu thi + Chiều cao tổng thể: tối đa 1,8m + Khoảng cách trục trước trục sau: tối thiểu 1m + Chiều dài tổng thể: tối đa 3,5m + Khoảng cách hai bánh xe: tối thiểu 0,5 m + Chiều rộng tổng thể: tối đa 1,7 m + Ống xả phải nhơ phía sau không cm - Đưa phương án lựa chọn phương án thiết kế khung + Dạng khung hai song song + Tư lái nằm + Vỏ có kính chắn gió, đảm bảo khí động học -Tính tốn kiểm bền hệ khung học -Ứng dụng phần mềm Solidworks để thiết kế 3D vẽ chi tiết khung, lắp ghép khung kiểm bền Từ lựa chọn đội EAUT thiết kế thành công xe sinh thái Đã khắc phục số hạn chế năm trước * Kiến nghị - Cần phải thay đổi vật liệu làm khung vỏ Thay làm khung thép hộp chuyển sang dùng loại vật liệu nhẹ hơn, tăng khả khí động học cho xe để đạt kết cao năm sau - Nhà trường năm nên tổ chức nhiều hoạt động NCKH sinh viên, giúp sinh viên chúng em có điều kiện học hỏi lẫn Được học lý thuyết kết hợp với thực hành Giúp chúng em nâng cao tay nghề trường Tự tin tiếp xúc với công việc thực tế 50 Tài liệu tham khảo [1] PGS.TS Đặng Việt Cương- Cơ ứng dụng kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa hà nộiNXB khoa học kỹ thuật-2000 [2] PGS.TS Đặng Việt Cương- Giáo trình học kết cấu- NXB khoa học kỹ thuật-2002 [3] PGS.TS Đặng Việt Cương- Các tập giải sẵn môn sức bền vật liệu tập 1, tập 2- NXB khoa học kỹ thuật-2004 [4] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng- Lý thuyết ôtô máy kéo – NXB khoa học kỹ thuật- Năm 2005 [5] PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan- Bài giảng tính tốn thiết kế tơ– Trường ĐH Bách khoa hà nội- Năm 2006 [6] Tài liệu công ty Honda, tài liệu thi [7] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai- Cơ sở tính tốn thiết kế- NXB khoa học kỹ thuật-2002 51