.30 Thiết lập các giá trị ban đầu

44

Bước 4: Chạy mô phỏng và thu kết quả

Ứng với mỗi lần chia phần tử lưới, ta có lần lượt 5 giá trị của vận tốc. Sau khi chạy mô phỏng ta thu được 15 giá trị của hệ số cản Cx cho trong bảng sau:

Bảng 3.6 Giá trị hệ số cản Cx trong q trình mơ phỏng

Phần tử lưới Vận tốc 216223 458503 738133 Giá trị TB 10 km/h 0.09748745 0.09738123 0.09714535 0.09734 20 km/h 0.08480347 0.08447731 0.08354966 0.08429 30 km/h 0.07868539 0.07828456 0.07697335 0.07798 40 km/h 0.07486916 0.07443138 0.07273383 0.07401 50 km/h 0.07217289 0.07170121 0.07048692 0.07145 Giá trị Cx trung bình 0.08102

Trường phân bố vận tốc quanh xe

45 Thang màu sắc từ xanh da trời đến màu đỏ thể hiện độ lớn vận tốc tại những vùng khác nhau quanh mơ hình. Tại vùng đầu xe ln có vận tốc nhỏ hơn ở những vùng khác do dòng khí khi di chuyển đến vùng này sẽ xuất hiện một điểm đình trệ (stagnation point). Ngay tại điểm đình trệ vận tốc dịng khí bằng khơng và dịng khí sẽ chia làm hai phần, một phần đi dọc theo phía trên xe và một phần đi dọc theo phía dưới xe. Bên cạnh đó, biên dạng xe thay đổi (các góc bo trịn, góc nghiêng) dẫn đến sự phân bố vận tốc tại những vùng đó cũng thay đổi. Vùng sau đi xe hình thành xốy thấp áp ảnh hưởng đến lực cản khí động của xe, vậy để giảm lực cản khí động cần phải loại bỏ hoặc giảm kích thước vùng xoáy.

Trường phân bố áp suất quanh xe

Hình 3.32 Phân bố áp suất theo mặt cắt dọc của mơ hình.

Thang màu sắc từ xanh da trời đến màu đỏ thể hiện độ lớn áp suất tại những vùng khác nhau quanh mơ hình. Tại phía trước mơ hình ln có áp suất lớn hơn ở những vùng khác trên mơ hình do sự tách rời của dịng khí, chính sự chênh áp này là yếu tố cơ bản tạo nên lực cản khí động khi ô tô di chuyển về phía trước. Sự chênh áp càng lớn thì lực cản khí động càng tăng và để làm giảm lực cản khí động thì cần tăng áp suất phía sau mơ hình.

46 Ở nửa dưới của thân xe có vùng áp suất xanh da trời, đó là vùng áp suất âm, nó sẽ tạo sự chênh áp với vùng phía trên của thân xe làm cho xe không bị ảnh hưởng bởi lực nâng và tăng lực bám với mặt đường giúp cho công suất động cơ phát ra sẽ được sử dụng tối ưu.

Đánh giá tính khả thi của mơ hình

Kết quả tính tốn giá trị hệ số cản được ghi lại ở bảng ta nhận thấy với giá trị Cxtb = 0.08102 là hệ số cản thấp và chấp nhận được so với những giá trị Cx tham khảo ban đầu. Từ giá trị Cx trung bình ta tính được lực cản khơng khí Fω tác động lên thân xe thơng qua cơng thức: Lực cản khơng khí: 1 2 . . . . 2, 44( ) 2 xx F  C S V  N Trong đó: 0, 081 x C  2 0, 25 S  m (từ kết quả mô phỏng) 3 1, 225(kg m/ )   125 9 x V  (m/s)

Như vậy, với giá trị Cx và Fω tính được từ kết quả mơ phỏng cho thấy tính năng khí động học của mơ hình tốt, đáng tin cậy. Từ đó nhóm nghiên cứu quyết định chọn mơ hình trên để thi công chế tạo vỏ cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu.

Thi công vỏ xe

Chọn vật liệu làm vỏ

Để chọn vật được liệu làm vỏ ta cần dựa trên những yêu cầu mục tiêu đã đề ra trước đó như:

- Nhẹ là tiêu chí ưu tiên hàng đầu để giảm khối lượng của toàn bộ thân xe nhằm giảm cản lăn.

- Bền, vật liệu cần có độ bền nhất định chịu được những tác dụng lực trong quá trình hoạt động và trong những điều kiện khác nhau.

47 - Không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường và không gây ảnh hưởng đến sức khỏe.

- Chi phí phù hợp.

- Dễ thi công chế tạo, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất hiện có.

Ưu và nhược điểm của vật liệu composite

Ưu điểm:

- Nhẹ nhưng rất cứng và vững, chịu va đập tốt, uốn, kéo tốt. - Chịu hóa chất, khơng gỉ sét, chống ăn mịn.

- Chịu thời tiết, chống lão hóa, chống tia tử ngoại nên rất bền. - Cách điện, cách nhiệt tốt.

- Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao. - Hấp thụ sóng điện tử tốt (composite thủy tinh). - Khơng thấm nước, khơng độc hại.

- Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp.

- Màu sắc đa dạng, đẹp, bền vì pha được ngay trong nhiên liệu.

Nhược điểm:

- Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất. - Phức tạp trong q trình phân tích cơ, lý, hóa của mẫu vật liệu.

- Chất lượng của vật liệu phụ thuộc vào trình độ của cơng nhân.

Với những ưu điểm và nhược điểm (không ảnh hưởng nhiều đến mục đích nghiên cứu cũng như sử dụng) nên nhóm quyết định chọn vật liệu composite với lớp gia cường là vải sợi thủy tinh để thi công thân vỏ xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu.

48

Chọn vật liệu làm khn

Do tính chất đặc thù khi gia cơng vật liệu composite ta cần có một khn đảm bảo độ chắc chắn, bề mặt nhẵn bóng và khơng bị ăn mịn bởi các phản ứng hóa học của vật liệu composite. Để dễ dàng tạo hình thì nhóm quyết định chọn xốp làm khn chính và ốp một lớp thạch cao lên bề mặt giúp cho xốp khơng bị ăn mịn bởi composite.

Ưu điểm:

- Xốp dễ tạo hình, gia cơng nhanh, tiết kiệm thời gian.

- Có lớp thạch cao phủ bên ngồi giúp khn khơng bị ăn mịn bởi hóa chất vật liệu composite.

- Không độc hại, chi phí thấp.

Nhược điểm:

- Lớp thạch cao bên trên dễ bị thấm nước.

- Nhiều bụi trong q trình tạo hình và làm bóng cho khn.

- Bề mặt ít nhẵn bóng nên cần dùng thêm một số hóa chất khác để bơi lên trên giúp tạo độ bóng bề mặt giúp dễ tháo khn.

49

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 4.1 Cơ sở tính tốn hệ thống truyền lực

Các thông số và yêu cầu của xe sinh thái

Sau khi thiết kế khung vỏ ta được các thông số của xe như sau:

Bảng 4.1 Bảng mô tả các thông số cơ bản của xe sinh thái.

Thơng số Giá trị

Khối lượng xe tính cả người lái 85 kg

Bề rộng vỏ xe 0.45 m

Chiều cao xe 0.55 m

Xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu chạy trên đường nhựa khô tiêu chuẩn. Để bảm bảo việc tiết kiệm nhiên liệu của xe yêu cầu hệ thống truyền lực của xe phải giúp xe tăng tốc nhanh, thời gian tăng tốc ngắn. Dựa trên quãng đường đua và thời gian giới hạn đua yêu cầu xe phải chạy với tốc độ tối đa là 42km/h và tốc độ tối thiểu là 25km/h. Xe phải tăng tốc lên tốc độ 42km/h trong thời gian nhanh nhất rồi tắt máy thả tự trôi đến khi tốc độ giảm xuống 25km/h thì lại bật máy khởi động và tăng tốc lên 42km/h lặp lại chu kì trên.

Thơng số của động cơ Honda Wave 110cc

Bảng 4.2 Bảng mô tả thông số của động cơ Honda Wave 110cc.

Loại động cơ Xăng, 4 kì, 1 xilanh, làm mát bằng khơng khí

Cơng suất tối đa 6,18 kW tại 8000 vòng/phút Dung tích nhớt máy 0,8 lít sau khi thay nhớt

1 lít sau khi rã mãy

Hệ thống khởi động Đạp chân/Điện

Moment cực đại 8,56 Nm tại 5500 vịng/phút Dung tích xy – lanh 109,1 cm3

Đường kính x hành trình piston 50 mm x 55,6 mm

50

4.2 Lựa chọn kiểu truyền động Chọn bộ truyền Chọn bộ truyền

Các kiểu truyền động hiện nay: - Truyền động bằng xích. - Truyền động bằng đai.

- Truyền động bằng bánh răng. - Truyền động bằng trục các – đăng.

Dựa trên những yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế hệ thống truyền lực ta chọn kiểu truyền động bằng xích.

Ưu điểm của bộ truyền xích là:

- Kết cấu đơn giản, dễ điều chỉnh, thay thế nhanh, nhẹ…

- Truyền được lực kéo lớn, đáp ứng nhanh nhu cầu tăng tốc của xe. - Hiệu suất truyền động cao ɳ ≈ 0,93.

Nhược điểm của bộ truyền xích là:

- Xích chóng mịn gây tiếng động. - Dễ va đập, tuột xích.

- Thường xuyên phải điều chỉnh, bảo dưỡng.

Chọn kiểu truyền động

Với bộ truyền xích ta sẽ có rất nhiều cách để bố trí chúng trên hệ thống truyền lực chúng ta đang thiết kế. Tuy nhiên điều chúng ta cần làm ở đây là thiết kế bố trí sao cho bộ truyền xích là tối ưu nhất, thích hợp nhất nhưng vẫn mang lại hiệu suất cao và giá thành rẻ nhất. Theo những phân tích ưu nhược điểm ở mục 2.3 Chương 2 thì nhóm chọn bộ truyền xích trung gian.

51

Hình 4.1 Bộ truyền xích trung gian.

Tận dụng quán tính của xe

Việc tận dụng được lực quán tính của xe có khả năng chạy qn tính khơng bị phanh bởi động cơ là rất quan trọng cho việc tiết kiệm nhiên liệu trên xe. Nó giúp cho xe có khả năng chạy trơn một quãng đường rất xa khi động cơ không nổ máy.

Các phương án được đặt ra để có thể làm bánh xe làm sao để chúng ta có thể tận dụng được qn tính của xe, giúp xe chạy trơn trong khi động cơ vẫn tắt mà bánh xe khơng bị kìm hãm bởi động cơ quay trơn trong quá trình tắt máy mà không ảnh hưởng đến việc truyền mômen từ động cơ đến bánh xe trong quá trình động cơ làm việc là:

Sử dụng ly hợp từ.

Ưu điểm: Hiệu suất cao, lực truyền tải lớn, độ bền lớn.

Nhược điểm: Phức tạp, giá thành cao, tiêu thụ điện áp ắc quy lớn điều khiển phụ thuộc vào

người lái xe.

Sử dụng khớp một chiều:

Ưu điểm: Giá thành thấp, hiệu suất tương đối cao, đơn giản, dễ gia công để lắp đặt trên bộ

truyền, tự động làm bánh xe quay trơn khi số vòng quay bánh xe lớn hơn số vòng quay trên động cơ.

52

Kết luận: Từ những ưu điểm của hai phương án trên quyết định chọn sử dụng khớp một

chiều do ưu điểm của nó vượt trội hơn ly hợp từ.

Hình 4.2 Cơ cấu khớp một chiều trên xe

4.3 Tính tốn các lực cản chuyển động và tỉ số truyền của xe

53 Trên hình 4.3 trình bày sơ đồ các lực và momen tác dụng lên ô tô đang chuyển động tăng tốc. Ý nghĩa của các kí hiệu trên hình vẽ như sau:

a - Khoảng cách từ trọng tâm đến bánh xe trước. b - Khoảng cách từ trọng tâm đến bánh xe sau. L - Chiều dài cơ sở của xe.

G - Trọng lượng tồn bộ của ơ tơ.

k

F - Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động.

1 f F - Lực cản lăn ở các bánh xe bị động. 2 f F - Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động. F - Lực cản khơng khí. j

F - Lực cản quán tính khi xe chuyển động khơng ổn định.

1, 2

Z Z - Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước, cầu sau.

1 f M - Momen cản lăn ở các bánh xe bị động. 2 f M - Momen cản lăn ở các bánh xe chủ động. Lực cản lăn

Theo tài liệu lực cản lăn được tính theo cơng thức 4.5 tài liệu [2]:

1

. .cos

f

F G f  (4.1)

Trong đó:

Khối lượng của bánh xe gồm cả người lái: 85 kg. Trọng lượng của xe là: Gm g. 85.10850N . Hệ số cản lăn: f 0, 02 (điều kiện đường nhựa khơ). Đường bằng phẳng nên góc: 10.

Vậy ta có Ff 850.0, 02.cos(0 )0 17( )N

Lực cản khơng khí

Theo tài liệu lực cản khơng khí được tính theo cơng thức 4.13 tài liệu [2]:

2

1 . . .

2 xb

54 Trong đó:

Hệ số cản khơng khí: Cx 0, 081 (theo mơ phỏng). Diện tích cản chính diện:  2

0.25

S  m (theo mô phỏng). Mật độ khơng khí: 1, 225(kg m/ 3).

Vận tốc tương đối giữa ơ tơ và khơng khí:V m sb( / ).

Suy ra 1 22 

.1, 225.0,081.0, 25.V 0,0124.

2 bb

F   VN .

Lực cản tổng

Do xe chạy đều trên đường bằng phẳng và khơng kéo móc nên lực cản lên dốc, lực qn tính và lực cản kéo móc coi như bằng 0.

Suy ra tổng lực cản:    2 17 0, 0124. b can F   VN  Lực bám của xe Theo phần 3.1.6 ta có Ltt 1243, 24(mm).

Khoảng cách từ trọng tâm đến bánh xe sau:

450 1243, 24 450 793, 24( )

tt

bL     mm

Khoảng cách từ trọng tâm đến bánh xe trước:

  1450 793, 24 656, 76 a  L b   mm Phản lực tại bánh xe chủ động:   2 . 850.656,76 384,997 1450 G a ZN L   

Theo tài liệu lực cản do ma sát được tính theo cơng thức:

2.

F Z  (4.3)

Trong đó:

Phản lực tại bánh xe chủ động: Z2 384,997( )N .

Hệ số ma sát của mặt đường:  0,8(do xe chạy trên đường nhựa khô). Suy ra:

55  

384,997.0,8 308

F   N

Để xe tránh xảy ra hiện tượng trượt lết ở bánh xe chủ động thì lực kéo phải thỏa mãn điều kiện Fkmax F.

Tính tỉ số truyền

Theo tính tốn về thời gian và quãng đường chạy của xe, cũng như tham khảo các đội thi trước, khi tham gia cuộc thi xe có tốc độ trung bình khoảng 35 km/h, ta sẽ tính tốn hệ thống truyền lực sao cho động cơ hoạt động vào vùng kinh tế nhiên liệu cao nhất và đáp ứng khả năng tăng tốc của xe.

Theo tính tốn các cơng thức 4.6 và 4.8, lập được bảng giá trị và vẽ được đồ thị đặc tính ngồi của động cơ:

Hình 4.4 Đồ thị đặc tính ngồi của động cơ.

Trong bản đồ suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu có ích thường có giá trị thấp nhất, có nghĩa là hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao nhất tại vùng tốc độ trung bình và momen xoắn trung bình. Vùng tối ưu này có giá trị cụ thể và khác nhau phụ thuộc vào tùy động cơ, ví dụ như động cơ hình 4.5:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 020004000600080001000012000 M e( N. m ) P e( k W) ne(v/ph)

Đồ thị đường đặc tính ngồi của động cơ

Pe(kW) Me(N.m)

56

Hình 4.5 Bản đồ suất tiêu hao nhiên liệu có ích của một động cơ đốt trong thực tế.

Theo đồ thị hình 4.4 và 4.5 ta có thể thấy được momen xoắn cực đại tại dải tốc độ trung bình từ 2500 vịng/phút đến 4200 vòng/phút ứng với suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ là tốt nhất và cũng đảm bảo được công suất, mômen xoắn của động cơ nên ta chọn giá trị tốc độ động cơ 3500 vịng/phút để tính tỉ số truyền của xe ứng với tốc độ trung bình của xe 35 km/h khi tham gia cuộc thi.

Ta có: 175 . 35 / / 18 bbb V  r  km h m s (4.4) Trong đó: Vận tốc bánh xe:Vb Tốc độ góc của bánh xe: 2 . 60 b b n    Số vịng quay bánh xe chủ động: nb Bán kính bánh xe: rb 0, 25 m Suy ra:

57 2. . . 60 b bb n V  r  175 .60 .60 18 371,36 2 . 2 .0, 25 b b b V n r       (vòng/phút)

Theo tài liệu ta có:

e t b n i n  (4.5) Trong đó:

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực:it.

Số vòng quay của bánh xe chủ động:nb (vòng/phút). Số vòng quay của trục khuỷu động cơ:ne(vòng/phút).

3500 9, 42 371,36