Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình xe goped scooter có gắn động cơ phục vụ tại các khu tham quan, du lịch tại khánh hòa

Đồng thời tốc độ di chuyển của xe không cao nên thiết kế sơ bộ của xe chỉ sử dụng 2 bánh và khung xe được làm đủ ngắn sao cho người điều khiển có một vị trí thoải mái khi điều khiển xe..

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

LÊ NGỌC HOÀNG MSSV: 53130577 HOÀNG VĂN MINH MSSV: 53130938

53 CNOT

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE GOPED SCOOTER CÓ GẮN ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ TẠI CÁC KHU THĂM QUAN, DU LỊCH TẠI

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

LÊ NGỌC HOÀNG MSSV: 53130577 HOÀNG VĂN MINH MSSV: 53130938

53 CNOT

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE GOPED SCOOTER CÓ GẮN ĐỘNG CƠ PHỤC VỤ TẠI CÁC KHU THĂM QUAN, DU LỊCH TẠI

KHÁNH HÒA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ

KỸ THUẬT ÔTÔ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH TUẤN

Nha Trang - Tháng6 năm2015

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên,tôi trân trọng kính gửi đến thầy cô giáo Trường Đại học

Nha Trang nói chung và các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ thuật giao thông nói riêng, cùng tất cả các thầy và các anh, chị tại Xưởng Cơ khí Trường Đại học Nha Trangsự kính trọng và lòng tri ân vì đã luôn hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong 4 năm học tập và nghiên cứu tại trường vừa qua

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất tôi xin gửi đến thầy TS Nguyễn Thanh Tuấn

đã tận tình hưỡng dẫn, giúp đỡ chúng tôi hoàn thành nội dung của đề tài tốt nghiệp này

Và sau hết, tôi xin được ghi nhớ tình cảm, sự hỗ trợ của quí Thầy, Cô giáo trong Khoa Kỹ thuật giao thông – Trường Đại học Nha Trang, gia đình và bạn bè thân thiết đã luôn đồng hành, tạo điều kiện thuật lợi để tôi hoàn thành quá trình học tập tại ngôi trường này

Xin trân trọng cảm ơn !

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XE GOPED SCOOTER VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CHO KHU DU LỊCH KHÁNH HOÀ 3

1.1 Đặc điểm các khu du lịch tại Khánh Hoà 3

1.2 Những mẫu xe du lịch phục vụ khu du lịch 4

1.2.1 Xe ngựa 4

1.2.2 Xe đạp đôi 5

1.2.3 Xích lô 5

1.2.4 Xe điện 6

1.3 Tổng quan về xe Goped scooter 6

1.3.1 Tính ứng dụng của xe Goped scooter 6

1.3.2 Một số hình dáng loại xe Goped scooter 7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHẾ TẠO 9

2.1 Thiết kế sơ bộ 9

2.1.1 Phác thảo xe Goped scooter 10

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế khung 10

2.1.3 Cơ cấu dẫn hướng (cổ lái) 12

2.1.4 Hệ thống phanh 13

2.1.5 Hệ thống truyền động 14

2.2 Các lực và mômen tác dụng lên xe 15

2.2.1 Trọng lượng 16

2.2.2 Phản lực của mặt đường 17

2.2.3 Lực cản dốc 18

2.2.4 Lực cản lăn 19

2.2.5 Lực cản khí động học 20

2.2.6 Lực quán tính 21

2.2.7 Lực kéo 23

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE GOPED SCOOTER

25

3.1 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế khung xe và các hệ thống trên xe 25

3.2 Tính toán, thiết kế khung 25

3.2.1 Đặc điểm, công dụng, yêu cầu: 25

3.2.2 Ứng dụng phần mềm Solidworks tính toán khung 26

3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống truyền lực 32

3.3.1 Phân tích và chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực 32

3.3.2 Tính chọn động cơ sử dụng 34

3.3.3 Tính toán, thiết kế bộ truyền xích 39

3.4 Tính bền cho trục bánh xe 49

3.4.1 Tính bền cho trục bánh xe chủ động (bánh sau) 49

3.4.2 Tính bền cho trục bánh xe bị động (bánh trước) 51

3.5 Thực nghiệm chế tạo xe Goped scooter 52

3.5.1 Tổng quan về thực nghiệm chế tạo 52

3.5.2 Chế tạo các chi tiết chính trên xe Goped scooter 53

3.6 Lắp ráp, hoàn thiện xe Goped scooter 55

3.6.1 Đặc điểm quy trình lắp ráp 55

3.6.2 Lập sơ đồ lắp ráp 56

3.6.3 Mô tả nguyên công lắp ráp 57

3.6.4 Lắp ráp các hệ thống 59

3.7 Kiểm tra chất lượng sau khi lắp 62

3.7.1 Quy trình kiểm tra 62

3.7.2 Kiểm tra tổng thể 64

3.8 Chạy thử trên đường 66

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

4.1 Kết luận 67

4.2 Kiến nghị 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 70

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, kinh tế xã hội ngày càng phát triển, mức sống người dân ngày càng cao, nhu cầu tham quan du lịch ngày càng tăng Các khu du lịch rộng lớn được xây dựng ngày càng nhiều Để di chuyển trong các khu nghỉ dưỡng rộng lớn nên cần phải có các phương tiện đi lại phục vụ cho khách du lịch.Xe Goped scooter là một giải pháp tối ưu và rất tiện lợi vì tính linh hoạt, nhỏ gọn, nó có thể len lỏi qua những nơi chật hẹp, vượt qua các đồi dốc Đặc biệt nó có thể được bỏ trong cốp xe ôtôkhông cần bãi đỗ, bến đậu,

Với những phân tích trên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô

hình xe Goped scooter có gắn động cơ phục vụ tại các khu tham quan, du lịch tại Khánh Hòa” để thực hiện

2 Đối tƣợng nghiên cứu

Xe Goped scooter gắn động cơ

Nội dung chính của đề tài được chia thành 4 chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan về xe Goped scooter và khả năng sử dụng cho khu

du lịch Khánh Hòa

- Chương 2: Cơ sở tính toán, thiết kế chế tạo

- Chương 3: Thực nghiệm chế tạo mô hình xe Goped scooter

- Chương 4: Kết luận và kiến nghị

6 Giới hạn đề tài

Do thời gian và kinh phí có hạn nên tôi chỉ chế tạo một số hệ thống trên xe

mô hình: Hệ thống khung; Hệ thống lái; Hệ thống truyền lực; Các hệ thống còn lại chủ yếu là tính chọn và mua các sản phẩm tương đương có trên thị trường để lắp ráp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XE GOPED SCOOTER VÀ KHẢ NĂNG SỬ

DỤNG CHO KHU DU LỊCH KHÁNH HOÀ

1.1 Đặc điểm các khu du lịch tại Khánh Hoà

Khánh Hòa có bờ biển dài hơn 200 km và gần 200 hòn đảo lớn nhỏ cùng nhiều vịnh biển đẹp như Vân Phong, Nha Trang (một trong 29 vịnh đẹp nhất thế giới), Cam Ranh, với khí hậu ôn hòa, nhiệt độ trung bình 26⁰C, có hơn 300 ngày nắng trong năm, và nhiều di tích lịch sử văn hóa và danh lam thắng cảnh nổi tiếng như: Tháp Ponagar, thành cổ Diên Khánh, các di tích của nhà bác học Yersin,… Với những lợi thế đó Khánh Hòa đã trở thành một trong những trung tâm du lịch lớn của Việt Nam

Trong cơ cấu kinh tế của tỉnh, tỷ trọng GDP của Dịch vụ - Du lịch chiếm 42,8% Năm 2008, Khánh Hòa đã đón gần 1,6 triệu lượt khách, trong đó có 325.000 lượt khách quốc tế, doanh thu đạt 1.350 tỷ đồng Các cơ sở kinh doanh có quy mô lớn, hệ thống cơ sở hạ tầng được quan tâm đầu tư phát triển ảnh hưởng tích cực đến hoạt động Du lịch trên địa bàn Trong 10 khách sạn đạt danh hiệu khách sạn 5 sao hàng đầu Việt nam thì có đến 3 khách sạn tại Khánh Hòa (Evason Ana Mandara, Sunrise, Vinpearl Resort & Spa) Khánh Hòa có khu nghỉ dưỡng cao cấp nhất Việt Nam là Evason Hideway (huyện Ninh Hòa) của tập đoàn Ana Mandara vừa

Hình 1.1.Khu nghỉ dưỡng tại vinpearl

đượctờ Sunday Times bầu là một trong 20 resort tốt nhất thế giới.Nhiều loại hình, sản phẩm dịch vụ du lịch được tổ chức như các hoạt động vui chơi giải trí trên biển,

du lịch lặn biển, tắm bùn khoáng, với năng lực tổ chức và khai thác kinh doanh ngày càng phát triển rõ nét

Ngoài vị thế là một trung tâm du lịch lớn Nha Trang (Khánh Hòa) gần đây đã trở thành điểm đến của nhiều sư kiện lớn của Việt Nam và Thế Giới như: Hoa hậu Việt Nam, Hoa hậu Thế giới người Việt 2007 và 2009, Hoa hậu Hoàn vũ 2008, Hoa hậu Trái Đất 2010, cùng với Festival Biển (Nha Trang) được tổ chức 2 năm một

lần đã góp phần quảng bá du lịch Khánh Hòa với Thế giới

1.2 Những mẫu xe du lịch phục vụ khu du lịch

1.2.1 Xe ngựa

Xe ngựa hay còn được gọi là xe thổ mộ, là loại phương tiện đi lại phổ biến ở vùng Sài Gòn- Gia Định của Việt Nam vào những năm 50 của thế kỷ XIX Đây là loại xe một ngựa kéo và được bắt nguồn từ kiểu cỗ xe song mã sang trọng của Pháp, sau đó được người dân miền Nam đã chế tác, cải tiến lại cho phù hợp với điều kiện

và địa hình của miền quê sông nước, đồng thời kiểu xe cũng chịu ảnh hưởng nhất định từ những chiếc xe ngựa của người Trung Quốc thời cổ Hiện nay du lịch bằng

xe ngựa rất phổ biến tại các khu du lịch như du lịch Đền Đô ở Từ Sơn Bắc Ninh, du lịch Đảo Khỉ ở Khánh Hòa, hay du lịch ở xứ dừa Bến Tre,

Hình 1.2.Dạo đảo Khỉ bằng xe ngựa

1.2.2 Xe đạp đôi

Xe đạp đôi là phương tiện khá mới mẻ và chỉ được phát triển tại các khu du lịch trong một vài năm trở lại đây Xe đạp đòi hỏi các cặp đôi phải phối hợp di chuyển khéo léo và ăn ý, do vậy, khi lựa chọn loại phương tiện này cũng có nghĩa

sẽ phải lựa chọn một người bạn đồng hành phù hợp Chính vì thế, di chuyển bằng

xe đạp đôi quanh những thắng cảnh đẹp sẽ là những kỉ niệm lãng mạn không thể quên đối với mỗi người, nhất là các cặp tình nhân

Hình 1.3 Chiếc xe đạp đôi

1.2.3 Xích lô

Dù rất quen thuộc nhưng xích lô vẫn được coi là phương tiện du lịch độc đáo

không chỉ với du khách quốc tế mà ngay cả với du khách Việt Nam Những chiếc

"taxi 3 bánh" này có mặt ở nhiều khu du lịch trên cả nước nhưng đặc trưng nhất phải kể đến xích lô Huế, xích lô phố cổ ở Hà Nội Xe có độ cao đủ tầm để du khách

có thể ngắm quang cảnh xung quanh, đủ vừa cho đôi uyên ương không cảm thấy

Hình 1.4 Du lịch bằng xích lô tại Nha Trang

chốngchếnh nhưng cũng lại không quá chật cho ai đó cảm thấy ngại ngùng mỗi lúc

ngồi chung

1.2.4 Xe điện

Xe điện cũng là một loại phương tiện du lịch mới và độc đáo tại các điểm tham quan hiện nay Xe sử dụng nguồn năng lượng sạch khi vận hành nên không tạo ra tiếng ồn hay khói bụi, mang lại một cảm giác sảng khoái cũng như cảm nhận

về thiên nhiên một cách đúng nghĩa đối với mọi du khách Khách du lịch đến

Nha Trang rất thích thú được dạo phố, đến các điểm tham quan trong nội thành bằng xe điện Với tour du lịch này, du khách vừa được hưởng làn gió mát tự nhiên, vừa có thể thoải mái ngắm cảnh phố phường,…

1.3 Tổng quan về xe Goped scooter

1.3.1 Tính ứng dụng của xe Goped scooter

Goped scooter là xe thể thao được thiết kế để tạo ra một phương tiện đi lại cá nhân với hình thức đơn giản, gọn nhẹ, xách tay và tiết kiệm nhiên liệu

Tại Việt Nam mặc dù mới xuất hiện với số lượng rất hạn chế do một vài lý

do và giá cả khá cao ở nước ngoài, rất vất vả khi chuyển về Việt Nam nhưng dòngxe này đã để lại rất nhiều ấn tượng và ngạc nhiên với ánh mắt tò mò khâm phục sự sáng tạo mỗi khi xuất hiện và lăn bánh trên đường, nó chứng minh sự linh

Hình 1.5 Xe điện tại Nha Trang

hoạt, tiện lợi vượt trội của mình khiến hầu như ai nhìn thấy cũng muốn có, đặc biệt

là giới trẻ thích thể thao, năng động và tự do

Khánh Hòa có các danh lam thắng cảnh, các khu nghỉ dưỡng rộng lớn nên cần phải có các phương tiện đi lại phục vụ cho khách du lịch Xe Goped scooter là một giải pháp tối ưu và rất tiện lợi vì tính linh hoạt, nhỏ gọn của nó, len lỏi qua các dãy phố đông người chật hẹp không bãi đỗ, bến đậu dành cho những phương tiện to lớn như ôtô, xe máy có thể đi và đến bất cứ đâu, không làm ảnh hưởng đến khuôn viên, diện tích, căn nhà, cửa hàng, nơi kinh doanh nhỏ bé, nó có thể để được trong cốp ôtô, …

1.3.2 Một số hình dáng loại xe Goped scooter

Hình 1.6.Xe Goped scooter chạy bằng

điện có bộ phận giảm xóc

Hình 1.7.Xe Goped scooter chạy bằng

điện không có bộ phận giảm xóc

Hình 1.10.Xe Goped scooter chạy động cơ xăng có

bộ phận giảm xóc và yên xe

Hình 1.8.Xe Goped scooter chạy động

cơ xăng có bộ phận giảm xóc

Hình 1.9 Xe Goped scooter chạy động

cơ xăng không có bộ phận giảm xóc

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHẾ TẠO

2.1 Thiết kế sơ bộ

Xe thiết kế được sử dụng để chở một người với tốc độ tối đa khoảng 25(km/h)

và tải trọng tối đa của xe khoảng 80 (kg) Trong quá trình sử dụng xe có thể gặp phải những chướng ngại vật hoặc những địa hình không thể chạy được như ghềnh

đá, cầu thang,…Vì vậy nên buộc người dùng phải nhấc xe lên để đến những đoạn đường khác có thể cho xe chạy được Chính vì thế nên khối lượng và kích thước xe phải phù hợp để người điều khiển có thể nhấc xe lên và di chuyển một cách dễ dàng Đồng thời tốc độ di chuyển của xe không cao nên thiết kế sơ bộ của xe chỉ sử dụng 2 bánh và khung xe được làm đủ ngắn sao cho người điều khiển có một vị trí thoải mái khi điều khiển xe Đoạn đường di chuyển của người dùng khoảng 1-2 (km) nên thời gian di chuyển cũng không quá lâu nên ta có thể thiết kế sao cho người điều khiển đứng trong lúc điều khiển nhằm tiết kiệm khối lượng xe và kết cấu đơn giản giúp tăng khả năng cơ động của xe, tiện lợi cho ngườidùng Vì người đứng điều khiển xe nên cổ lái của xe xẽ tương đối cao so với kích thước của xe, nên ta thiết kế kiểu cổ lái có thể gập được khi không dùng hoặc khi cần nhấc xe lên cao, điều này vô cùng thuận lợi khi di chuyển qua người địa hình mà xe không chạy được

Để dễ dàng hơn trong việc sữa chữa và bảo dưỡng của người sử dụng ta nên

sử dụng những bộ phận có sẵn hoặc dễ dàng tìm kiếm trên thị trường và dễ dàng thay thế Ví dụ như xích truyền động, ta cũng nên cân nhắc việc lựa chọn loại xích

mà người dùng có thể dễ dàng tìm kiếm trên thị trường như là xích ốngcon lăn thay

vì việc lựa chọn loại xích răng, vì xích răng khó tìm kiếm thay thế Đồng thời thiết

kế bộ truyền sao cho có thể thay thế hoặc lắp lẫn các động cơ, nếu như người dùng

có nhu cầu tăng công suất hay momen của động cơ thì có thể thay thế động cơ khác

có công suất và momen lớn hơn để phục vụ cho mục đích nào đó một cách dễ dàng, nhưng nằm trong điều kiện hoạt động cho phép Hay khi người dùng sử dụng xe ở những địa hình nhiều đồi dốc, momen từ bộ truyền xuống bánh xe không đủ khả

năng giúp xe vượt dốc, thì lúc này người dùng có thể thay thế bộ truyền nhằm tăng

tỉ số truyền xuống bánh xe chủ động để đáp ứng được địa hình mà người sử dụng muốn vượt qua

2.1.1 Phác thảo xe Goped scooter

1:Bộ truyền động xích từ động cơ đến bánh xe chủ động; 2: Bình nhiên liệu; 3:Tay láy; 4:Bánh dẫn hướng; 5:Trục đứng tay lái; 6:Khung xe;

7:Động cơ; 8:Bánh chủ động

Trên hình 2.1phác thảo của xe Goped scooter mà đề tài hướng đến, trong quá trình thiết kế có thể sẽ thay đổi về hình dáng và cấu tạo so với thiết kế sơ bộ nhằm phù hợp với điều kiện thiết kế và chế tạo

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế khung

2.1.2.1 Phương án 1: Khung liên kết với bánh chủ động theo một bên

Theo phương án 1, khu vực tại vị trí A sẽ bố trí cơ cấu lái và bánh dẫn hướng Khu vực B có độ dài l2 được bố trí cho người điều khiển đứng để điều khiển

Hình 2.1 Phác thảo xe Goped scooter

xe, khoảng các giữa các khu vực phải phù hợp sao cho người điều khiển xe được thoải mái khi điều khiển, khu vực C với độ dài l1 được dùng để gắn động cơ, bánh

xe chủ động, hệ thống truyền lực và hệ thống phanh

Tại khu vực C với thiết kế liên kết bánh sau bởi một bên sẻ giảm được khối lượng xe, giảm bề rộng của khu vực này, làm cho kết cấu xe đơn giản nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho người sử dụng và xe, mặc khác thiết kế phù hợp với yêu cầu

sử dụng Với phương án này, khung được uốn liền từ một ống vật liệu nên tính an toàn được đảm bảo

Hình 2.2.Hình dáng thiết kế sơ bộ khung xe của phương án 1

A:Khu vực gắn cổ lái; B:Khu vực đứng của người điều khiển; C: Khu vực lắp động

cơ và bánh chủ động (treo sau)

2.1.2.2 Phương án 2: Khung liên kết với bánh chủ động theo hai bên

Theo phương án ta có điểm khác nhau tại khu vực C là vị trí liên kết bánh chủ động với khung xe (treo sau) Theo phương án này thì khung xe sẽ nặng hơn, và bề rộng sẽ tăng lên làm cho xe cồng kềnh hơn Mặt khác ta cần liên kết bộ phận treo sau với khung chính của xe, nếu liên kết bằng phương pháp hàn thì cần phải đảm bảo độ an toàn cao và rất nguy hiểm vì tại vị trí mối hàn sẽ chịu tải trọng lớn khi xe mang tải Nếu không liên kết bằng phương pháp hàn thì ta cần thêm bộ phận đànhồi

cho xe, như vậy làm tăng khối lượng xe, mặt khác nhu cầu sử dụng đến bộ phậnđàn hồi thì chưa cao

Hình 2.3.Hình dáng thiết kế sơ bộ khung xe của phương án 2

Kết luận: Theo mục đích thiết kế và điều kiện chế tạo chọn phương án thiết kế khung là phương án 1, khung liên kết với bánh chủ động theo một bên

2.1.3 Cơ cấu dẫn hướng (cổ lái)

Cổ lái của xe là bộ phận dẫn hướng đồng thời cũng là cơ cấu treo cho bánh trước.Vì người điều khiển đứng trong quá trình điều khiển xe nên cổ lái sẽ được thiết kế dài hơn các loại xe thông thường, độ cao của vị trí tay cầm của người điều khiển khoảng ngang bằng thắt lưng người bình thường (tính cho chiều cao trung bình 1,65m) nhằm tạo cảm giác thoải mái, dễ dàng khi điều khiển, quan trọng hơn

là đảm bảo an toàn, vì cổ lái quá dài thì dễ bị uốn khi gia tốc của xe lớn (khi phanh hoặc tăng tốc) Tại vị trí tay cầm ta cũng sẽ bố trí cơ cấu điều khiển tốc độ của xe giúp tiện lợi cho người sử dụng

Đồng thời để tiện lợi trong việc di chuyển xe đến những khu vực khác hoặc mang đi xa thì yêu cầu kích thước xe phải gọn gàng nên sẽ thiết kế sao cho cổ lái có thể gập lại dễ dàng làm cho chiều cao của xe giảm đi

Hình 2.4.Thiết kế sơ bộ cổ lái của xe

Trên hình 2.5 là phương án lựa chọn phanh chữ V trên xe Goped scooter được sử dụng cho loại bánh xe không săm có đường kính nhỏ, kết cấu đơn giản, dễ dàng lắp đặt nhưnggiá thành lại rẻ hơn so với loại phanh có đĩa phanh Tuy nhiên loại phanh chữ V chỉ dùng cho một số loại bánh không săm, nếu dùng cho loại bánh

có săm làmcho săm và vỏ bánh xe nóng lên khi phanh giảm tuổi thọ và rất nguy hiểm khi phanh

Trên hình 2.6 là hệ thống phanh đĩa trang bị trên xe Goped scooter, với hệ thống phanh này thì kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn phanh chữ V, nhưng sử dụng được cho nhiều loại bánh xe và đặc biệt là bánh xe có săm

2.1.5 Hệ thống truyền động

Hệ thống truyền động phụ thuộc vào tỉ số truyền mà ta sẽ tính toán nhằm thiết kế hệ thống và bố trí phù hợp với các bộ phận khác trên xe, nếu tỉ số truyền quá lớn thì đòi hỏi phải có thêm hộp giảm tốc hoặc tỉ số truyền thích hợp cho việc thiết kế một hệ thống truyền động đơn giản nhưng vẫn đảm bảo cho xe vận hành như mong muốn

Hình 2.7.Bộ truyền với một cấp số và nhiều cấp

Trên hình 2.7 minh họa một phương án thiết kế bộ truyền xích cho xe

Goped scooter, theo phương án của xe minh họa thì chỉ có một cấp số truyền động xích, vì vậy nên kích thước của bánh răng bị động to hơn nhiều so với bánh răngchủ

động,nên tải trọng tác dụng lên bánh răng chủ động là rất lớn Tuy nhiên kết cấu gọn nhẹ, và giảm giá thành sản xuất

Trường hợp tính toán tỉ số truyền quá lớn ta có thể thiết kế hộp giảm tốc cho

xe để giảm kích thước bánh răng bị động và giảm tải trọng trên bánh răng chủ động.Trên hình 2.7b là một ví dụ về xe có sử dụng hộp giảm tốc, momen quay từ động cơ truyền đến bánh xe chủ động thông qua hộp giảm tốc và bộ truyền xích

2.2 Các lực và mômen tác dụng lên xe

Hình 2.8.Lực và momen tác dụng lên xe trong quá trình chuyển động

Trong đó:

α:Góc dốc;

G:Trọng lượng toàn bộ của xe;

Fk: Lực kéo tiếp tuyến;

Ff1, Ff2:Lực cản lăn của bánh xe bị động, chủ động;

Fi:Lực cản dốc;

Fj:Lực cản quán tính của xe chuyển động có gia tốc;

Trọng lượng (G) là lực hút của trái đất tác dụng lên các khối lượng toàn bộ của

xe Trọng lượng có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống dưới, điểm đặt tại trọng tâm của xe

Trong đó:

m: Khối lượng của xe, (kg);

g:Gia tốc trọng trường, (m/s2)

Hình 2.9 Sự phân bố trọng lượng của xe

Gb1, Gb2: Trọng lượng phân bố ở bánh trước và sau

Trọng lượng G được chia làm các thành phần tại mỗi điểm tiếp xúc của xe và mặt đường cụ thể là tại tâm vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Trọng lượng

G được chia làm hai thành phần phân bố lên bánh trước (Gb1) và bánh sau (Gb2) Tỉ

lệ giữa trọng lượng phân bố trên các bánh xe trước và sau (Gb1/Gb2) phụ thuộc vào

vị trí tọa độ trọng tâm (T) của xe

Xác định trọng tâm của xe khi đã xác định trọng tâm của từng bộ phận tổng thành xe và trọng tâm cơ thể người

G G

1 T z

k y k

G G

1 T y

k x k

G G

1 T x

- Phản lực vuông góc (Z) còn gọi là lực đỡ, là thành phần có phương vuông

góc với mặt đường

Z1: Phản lực vuông góc tác dụng lên bánh xe trước, Z1 =Gb1.cosα = Gφ1;

Z2: Phản lực vuông góc tác dụng lên bánh xe sau, Z2 = Gb2.cosα = Gφ2

- Phản lực tiếp tuyến (X): Thành phần tác dụng trong mặt phẳng ngang và có phương cùng phương chuyển động của xe

- Phản lực ngang (Y): Thành phần tác dụng trong mặt phẳng ngang và có phương của trục Oy

Hình 2.10 Phản lực của mặt đường lên bánh xe trước

G b1 : Trọng lượng phân bố lên bánh xe; F x : Lực đẩy từ khung xe; F y : Lực đẩy ngang; Z 1 : Phản lực vuông góc; X 1 : Phản lực tiếp tuyến; Y 1 : Phản lực ngang;

a 1 : Khoảng cách giữa tâm tiếp xúc và mặt phẳng ngang của bánh xe

2.2.3 Lực cản dốc

Lực cản dốc (Fi) là lực xuất hiện khi xe chuyển động trên đường dốc Lực cản dốc có phương song song với mặt đường, chiều ngược chiều chuyển động của xe khi xe lên dốc và ngược chiều khi xe xuống dốc, điểm đặt tại trọng tâm của xe Khi xe chuyển động lên dốc thì trọng lượng G có thể coi như gồm hai thành phần: Lực Gcosα thẳng góc với mặt đường và lực Gsinα song song với mặt đường Thành phần Gcosα thẳng sẽ tác dụng lên mặt đường và gây nên các phản lực thẳng góc của mặt đường lên bánh xe Z1 và Z2 Thành phần thứ hai Gsin α cản lại sự chuyển động của xe khi lên dốc được gọi là lực cản lên dốc biểu thị bằng Fi và có giá trị bằng:



 Gsini

Lực cản lăn xuất hiện là do có sự biến dạng giữa bánh xe với mặt đường, do

sự tạo thành vết bánh xe với mặt đường và do sự ma sát bề mặt tiếp xúc giữa bánh

xe với mặt đường

Trên hình 2.8 là lực cản lăn tác dụng lên bánh trước là Ff1 và bánh sau là Ff2Trị số của lực cản lăn của xe được xác định theo biểu thức [1]:

Ff = Ff1 + Ff2 = f1.Z1 + f2.Z2 (N) [2 - 5] Trong đó:

f1, f2: Hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau

Nếu coi hệ số cản lăn ở bánh trước và bánh sau là như nhau (f1 = f2 =f) thì ta có:

Ff = f.(Z1 + Z2) = f.G.cosα

Để thuận tiện cho việc khảo sát động lực học, người ta thường kết hợp lực cản lăn và lực cản dốc thành một lực gọi là lực cản đường (FΨ):

FΨ = 𝐹𝑓 ± 𝐹𝑖 = G.(f.cosα ± sinα) = G.Ψ (N) [2 - 6] Trong đó:

Ψ: Hệ số cản lăn của đường

2.2.5 Lực cản khí động học

Một vật thể bất kì chuyển động trong môi trường không khí sẽ gây nên sự chuyển dịch các phần tử không khí bao quanh nó và gây nên sự ma sát giữa không khí với bề mặt của phần tử đó

Khi xe chuyển động gây nên ma sát giữa bề mặt tiếp xúc không khí của xe với không khí xung quanh, do đó sẽ phát sinh lực cản không khí Fω

Lực cản không khí của xe có thể xác định bằng biểu thức [1]:

2 0

F:Diện tích cản chính diện của xe, (m2);

v0:Vận tốc tương đối của xe với không khí, (m/s)

Lực cản không khí phụ thuộc vào tốc độ tương đối giữa xe với không khí vì vậy trong công thức [2 - 8]thành phần tốc độ v0 phải tính đến ảnh hưởng của gió (tốc độ và chiều của gió so với tốc độ và chiều chuyển động của xe)

Tốc độ chuyển động tương đối của xe sẽ bằng:

Trong đó:

B:Chiều rộng trung bình của một người, (m);

H:Chiều cao của một người, (m)

Hình 2.11.Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của xe

2.2.6 Lực quán tính

Lực quán tính (Fj) là lực cần thiết để gia tốc các khối lượng chuyển động của

xe Lực quán tính xuất hiện khi tốc độ xe thay đổi Lực quán tính có phương song song với mặt đường, chiều ngược với chiều của gia tốc, điểm đặt tại trọng tâm của xe.Lực quán tính của xe gồm:

- Lực quán tính do gia tốc của các khối lượng chuyển động tịnh tiến trên xe,

Fj’

- Lực quán tính do gia tốc của các khối lượng chuyển động quay trên xe

(gồm các khối lượng quay của động cơ, hệ thống truyền lực và bánh xe), Fj” Vậy lực quán tính Fj tác động lên xe lúc chuyển động sẽ là [1]:

Fj = Fj’ + Fj”

Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến [1]:

Fj’ = j

g

G

(N) [2 - 11] Trong đó:

j:Gia tốc tịnh tiến của xe;

G:Trọng lượng toàn bộ của xe

Lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay được xác định theo biểu thức [1]:

bIn

2ninIt

2tc

I.j

it:Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;

in:Tỷ số truyền tính từ chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động;

ηt:Hiệu suất của hệ thống truyền lực;

ηn:Hiệu suất tính từ chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động;

rb:Bán kính làm việc của bánh xe

Momen quán tính của các khi tiết vận động quay của hệ thống truyền lực có thể bỏ qua do khối lượng của chúng nhỏ so với khối lượng bánh xe vì vậy công thức [2 - 12]có thể viết lại:

2tc

I.j

G.g2

br.G

bIt

2tc

I1

j2

br

bIt

2tcIg

Gj

br.G

bIt

2tc

I1i

Trong đó:

ih:Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực xuống bánh xe chủ động

Lúc đó lực quán tính các khối lượng chuyển động của xe tác dụng lên xe là:

j.g

G)

2hi.05,005,1(j

2.2.7 Lực kéo

Lực kéo (Fk) là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động được sinh ra do momen kéo được truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động Lực kéo có phương song song với mặt đường, chiều cùng chiều chuyển động của xe, điểm đặt tại tâm tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặt đường [1]

krt.t.eMkrk

Mk



Trong đó:

Me:Momen quay của động cơ, (N.m);

it:Tỷ số truyền giữa động cơ và bánh xe chủ động;

ηt:Hiệu suất của hệ thống truyền lực;

rk: Khoảng cách giữa tâm bánh xe chủ động và tâm vùng tiếp xúc

Hình 2.12 Sơ đồ biểu diễn lực kéo

M k :Momen kéo; F Mk :Lực tác dụng lên mặt đường do momen kéo sinh ra;

F k :Lực kéo

Để thuận tiện trong phân tích, người ta thường lấy rk ≈ rb(bán kính trung bình làm việc của xe),khi đó [1]:

brk

Mk

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MÔ HÌNH XE GOPED SCOOTER

3.1 Phân tích, lựa chọn phương án chế tạo khung xe và các hệ thống trên xe

Phần này sẽ đưa ra những ưu nhược điểm và lựa chọn phương án thiết kế phù hợp để chế tạo xe Goped scooter có gắn động cơ sử dụng cho các khu du lịch

- Phương án 1: Thiết kế, chế tạo mới hoàn toàn

- Phương án 2: Thiết kế, chế tạo một số bộ phận và chọn các linh kiện có sẵn Phương án 1 có ưu điểm: Chi tiết, bộ phận đồng bộ, thời gian sử dụng lâu, ít sửa chữa, đảm bảo được an toàn và tính thẩm mỹ Tuy nhiên, sẽ mang lại khó khăn

về tài chính, kĩ thuật và dây chuyền sản xuất ở nước ta còn hạn chế, mất nhiều thời gian chế tạo

Phương án 2 có ưu điểm: Chế tạo mới một số bộ phận, hệ thống và chọn lựa các linh kiện phù hợp có sẵn, ta sẽ thiết kế khung, cổ lái, bệ đỡ động cơ, bộ truyền động xích, khớp nối tại cổ lái Chọn các linh kiện có sẵn theo các thông số tính toán như phanh, bánh xe Phương án này phù hợp với điều kiện kĩ thuật trong nước

Kết luận: Dựa vào phân tích trên, thấy rằng phương án 2 thể hiện tính hợp lý

và khả thi cao Vậy phương án 2 được chọn để tính toán, thiết kế xe mô hình Goped scooter phục vụ các khu du lịch

3.2 Tính toán, thiết kế khung

3.2.1 Đặc điểm, công dụng, yêu cầu:

3.2.1.1 Công dụng

Khung xe là bộ phận chịu tải chính của xe đồng thời đỡ và bắt chặt động cơ, các cụm hệ thống truyền lực và các cụm hệ thống khác…Khung xe cũng là một phần quyết định yếu tố ngoại hình và kích thước của xe

3.2.1.2 Yêu cầu

Khi thiết kế khung phải thỏa mãn những yêu cầu:

- Khung xe sau khi thiết kế phải đảm bảo chịu được uốn theo chiều cao của xe, tải trọng tác dụng lên khung thay đổi trong quá trình di chuyển, tải trọng tăng lên

trong những trường hợp xe chạy đường gồ ghề, khi phanh, tăng tốc,… vì vậy khung

xe phải đủ bền cho trường hợp tải trọng lớn

- Khung phải đảm bảo đủ cứng để các cụm gắn trên khung hoàn toàn cố định hoặc chỉ thay đổi vị trí rất ít

- Khung xe phải có khối lượng vừa phải giúp giảm khối lượng xe

- Vận tốc tối đa khoảng 25 (km/h)

- Tải trọng: Một người (khoảng 65kg)

- Khả năng vượt dốc khoảng 10% ≈ 60

Dự kiến một số thông số cơ bản của xe mô hình

- Kích thước tổng thể: L x W x H: 1032 x 400 x 930 (mm)

- Chiều dài cơ sở: 786 (mm)

- Khoảng sáng gầm: 130 (mm)

- Khối lượng toàn bộ của xe: 80 (kg)

- Khối lượng bản thân: 15 (kg)

- Khối lượng phân bố lên bánh trước và sau: 50/50

3.2.2 Ứng dụng phần mềm Solidworks tính toán khung

Khối lượng xe dựa trên bản vẽ tổng thể của xe và thông số vật liệu được chọn

Khối lượng riêng của vật liệu được chọn như sau:Thép không gỉ X20Cr13có đường kính ngoài D=38 (mm), bề dày 2 (mm), khối lượng riêng 1,54 (kg/m3

) Thépkhông gỉ AISI 316L có đường kính ngoài D=25 (mm), bề dày 2 (mm), và khối lượng riêng 1,41 (kg/m3)

Bảng 3.1 Bảng tính toán tổng khối lượng xe mô hình

lƣợng

Khối lƣợng (kg)

Phương pháp kiểm nghiệm bền cho khung như sau:

- Vì khối lượng của các hệ thống và cụm chi tiết là rất nhỏ so với khối lượng

cơ thể người nên ta có thể bỏ qua

- Xác định các ngoại lực tác dụng lên khung xe gồm: phản từ cơ cấu lái, trọng lượng của người

- Xây dựngbiểu đồ lực cắt và biểu đồ momen uốn của khung

- Xác định lực cắt và momen uốn lớn nhất

- Tính ứng suất lớn nhất và ứng suất cho phép của vật liệu

- Dựa vào điều kiện bền về ứng suất và đưa ra kết luận về tính bền của khung

xe

Công thức xác định ứng suất tại tiết diện bất kì của vật liệu [5]

2r2

uMuWuM

δ:Bề dày của khung

Ứng suất cho phép của khung được tính chọn theo công thức [3]:

)1đk(5,1

c]

5 , 1

Dựa trên phương pháp tính đã phân tích ở trên, ta sử dụng phần mềm Solidwork để xác định ứng suất lớn nhất trên khung khi đã có tải trọng (khi chở người),

Người điều khiển đứng trên một tấm ván có kích thước 250x350 (mm) và được gắn trên khung xe, nên trọng lượng người tác dụng lên khung xe lúc này trở thành lực phân bố đều với tiết diện bằng tiết diện của tấm ván, lực phân bố đều tác dụng lên khung xe thông qua hai thanh ngang A và B, hai thanh ngang A và B được liền cứng với khung xe, vì vậy xem thanh ngang A và B chịu trọng lượng của cơ thể người và những cụm hệ thống khác gắn trên khung xe có khối lượng rất nhỏ so với khối lượng người nên ta có thể bỏ qua Trọng lượng người điều khiển giả sử 65 (kg) tác dụng lên khung xe sẽ được phân bố đều trên bề mặt tiếp xúc với tấm ván của hai thanh ngang A và B Vì vậy trọng lượng của người tác dụng lên khung xe chính là lực phân bố trên hai thanh A và B (hình 3.1)

Tiết diện tiếp xúc với tấm ván của thanh ngang A và B là 50x100 (mm)

Lực phân bố tác dụng lên thanh ngang A được tính như sau:

065,05000

325S

ng

F

Trong đó:

Fng: Trọng lượng người tác dụng lên thanh ngang A,

S: Diện tích bề mặt chịu lực phân bố của thanh ngang A

Khung xe được chế tạo từ một ống vật liệu đã trình bày và được uốn để hình thành hình dáng tổng thể cho khung

Khung được uốn tại cơ sở gia công ống inox, ống sắt – Tài, tại 75 Nguyễn Thiện Thuật, Nha Trang, Khánh Hòa

Tại ống có phương thẳng đứng D là vị trí gắn cổ lái nên tại đây ta đặt điều kiện biên như một bản lềvà tại ống có phương ngang C gắn với trục bánh xe chủ động nên xem như một gối đỡ Tại vị trí E có gắn một bệ đỡ động cơ, momen quay của động cơ tác dụng lên xích tải thông qua bánh xích chủ động

Hình 3.1 Sơ đồ đặt lực trên bệ đỡ động cơ

1, 2: Vị trí bắt bulong, 3: bánh xích chủ động, 4: Bệ đỡ động cơ

Lực kéo F là phản lực của xích tải khi momen từ động cơ làm quay bánh xích chủ động Với góc α=400

là góc nghiêng của đường nối tâm hai bánh xích Xác định

giátrị lực F dựa vào momen quay của động cơ và đường kính bánh xích chủ động

193310.08,8

56,1

Sau khi có giá trị các lực, ta tiến hành đặt lực lên khung xe như sau:

Hình 3.1.Mô hình đặt lực trên khung xe

Ứng suất lớn nhất tại vị trí có mối hàn giữa ống đứng D và thanh dọc của khung xe và có giá trị là 61,8 (N/mm2) (hình 3.2) Dựa vào điều kiện bền của vật liệu ta có:

Hình 3.2.Biểu đồ phân bố ứng suất

Kiểm nghiệm bền dựa vào giới hạn biến dạng dài, biến dạng dài cho phép của vật liệu được tính [5]:

 

00028 ,

0 215000

600 E

]

Hình 3.3 Biểu đồ phân bố biến dạng dài của khung xe

Trên hình 3.3 phân bố biến dạng dài trên khung xe, với biến dạng dài cực đại

ε = 0,00020 ≤ [ε]=0,00028 (mm)

Kiểm nghiệm bền theo hệ số an toàn.Khung xe là bộ phận chịu tải trọng chính của xe và là bộ phận nâng đỡ người điều khiển và độ bền bỉ của khung ảnh hưởng đến độ an toàn cho người điều khiển và các hệ thống khác trên xe nên ta chọn hệ số

an toàn cho phép là 3

Hệ số an toàn thấp nhất trên khung bằng 29,12 lớn hơn hệ số an toàn cho phép bằng 3.Những khu vực có hệ số an toàn nhỏ hơn 3 (các khu vực không an toàn) được biểu thị bằng màu đỏ trên vật thể, các khu vực có hệ số an toàn lớn hơn 3 được biểu thị bằng màu xanh dương Khung sườn thiết kế được phân bổ hệ số an toàn lớn hơn 3 tại mọi nơi

Kết luận: Dựa vào các biểu đồ phân bố ứng suất, biến dạng, hệ số an toàn đều cho thấy thiết kế khung đủ bền và đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra

3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống truyền lực

3.3.1 Phân tích và chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của xe có tác dụng truyền chuyển động, lực hay momen xoắn từ động cơ đến bánh chủ động Trị số của lực hay momen xoắn này có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của xe

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống truyền lực trên xe thiết kế

Hình 3.4 Biểu đồ phân bố hệ số an toàn