2.1.1 Chia theo tư thế lái
- Tư thế lái ngồi - Tư thế lái nằm * Tư thế lái ngồi
- Ưu điểm
+ Chiều dài cơ sở của xe nhỏ + Tư thế ngồi lái thoải mái + Tầm nhìn rộng
+ Dễ điều khiển
+ Dễ thoát thân khi xảy ra sự cố - Nhược điểm + Chiều cao xe lớn + Lực cản gió lớn * Tư thế lái nằm - Ưu điểm + Chiều cao xe thấp + Lực cản gió thấp + Di chuyển chắc chắn, hạn chế lật xe - Nhược điểm + Tầm nhìn hạn chế
+ Tư thế lái nằm không thoải mái + Khó thoát thân khi xảy ra sự cố + Chiều dài cơ sở lớn
2.1.2. Theo kiểu bố trí khung xe - sat xi
* Phương án 1: Xe có kết cấu khung một thanh
Hình 2.1: Khung xe 1 thanh
- Ưu điểm:
+ Đơn giản, dễ chế tạo + Khối lượng khung nhẹ + Chiều rộng xe nhỏ
- Nhược điểm:
+ Trọng tâm xe không ổn định, khiến xe bị lắc đuôi + Độ cứng vững không đảm bảo
+ Độ bền kém + Không an toàn
* Phương án 2: Xe có kết cấu khung hai thanh dạng hình thang
Hình 2.2: khung xe hai thanh, dạng khung hình thang
- Ưu điểm:
+ Trọng tâm xe khá ổn định + Đảm bảo độ cứng vững - Nhược điểm:
+ Trọng lượng của xe lớn
* Phương án 3: Xe có kết cấu khung hai thanh dạng khung song song
Hình 2.3: Khung xe hai thanh, dạng song song
- Ưu điểm:
+ Kết cấu khung khá bền vững
+ Đảm bảo an toàn cho người điều khiển + Tiết kiệm vật liệu
+ Khối lượng xe giảm - Nhược điểm:
+ Khối lượng xe lớn
2.1.3 Kết luận chọn phương án
Do nhiều yếu tố bắt buộc như: + Phải đảm bảo độ bền của khung
+ Độ an toàn cho người điều khiển và các xe khác dự thi + Trọng lượng xe phải nhẹ nhất có thể
+ Thời gian gấp rút và tránh sự trùng lặp giữa các đội, đội UTEHYCKĐL2 quyết định chọn phương án 3 với kiểu khung xe hai thanh song song, với tư thế lái nằm.
2.2. Giới thiệu chung về xe thiết kế
- Xe được chia làm 2 khoang
+ Khoang lái ( gồm ghế lái, bộ phận điều khiển....) + Khoang động cơ
Do xe thiết kế dành cho 1 người điều khiển để tham dự cuộc thi, nên số lượng ghế chỉ là một ghế, ghế được thiết kế theo chiều cao người lái.
Hình 2.4: Ghế lái xe kiểu nằm lái
Việc thông gió được thực hiện bằng phương pháp tự nhiên nhờ các lỗ thoáng phía dưới gầm xe và việc chiếu sáng ô cửa sổ phía trước và cửa ra vào.
Cửa ra vào có thể dùng làm cửa thoát hiểm duy nhất.
Gương chiếu hậu được bố trí ở đầu xe, mỗi bên một gương đảm bảo cho người lái có thể quan sát được gian phía sau bên ngoài thân xe.
Sàn ôtô được tảo bởi các dầm ngang chính bằng thép hộp 20x40. Các dầm ngang sàn được liên kết chắc chắn với dầm ngang của khung xe bằng các mối ghép hàn.
Thân vỏ xe được tao bởi các thanh ray nhôm chữ T. Vỏ ngoài được bọc bởi nhựa mềm đục và trong suốt.
Thân vỏ được liên kết chắc chắn với nhau bằng phương pháp bán giút. Lốp xe sử dụng các loại lốp xe đạp.
Bảng 2.1: Giới thiệu đặc tính của xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
Thứ tự Thông số Đơn vị Xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
1 Thông tin chung
1.1 Loại phương tiện Xe tiết kiệm nhiên liệu
1.2 Nhãn hiệu UTEHYCKĐL2
1.3 Công thức bánh xe 3x1 : Xe 3 bánh (hai bánh trước, một
bánh sau)
2 Thông số kích thước
2.1 Kích thước bao:
DàixRộngxCao
Mm 2800x900x800
2.3 Chiều dài cơ sở Mm 1600
2.4 Chiều dài đầu xe Mm 950
2.5 Chiếu dài đuôi Mm 400
2.6 Khoảng sáng gầm xe Mm 50 2.7 Góc thoát trước Độ 100 2.8 Trọng lượng bản thân xe kg 45 2.9 Số người cho phép chở Người 1 2.10 Tổng trọng lượng
toàn bộ của ôtô
Kg 95
2.11 Phân bố lên trục
trước
Kg 47,5
2.12 Phân bố lên trục sau Kg 47,5
3 Thông số về tính
năng
3.1 Vận tốc lớn nhất Km/h 60
3.2 Thời gian tăng tốc từ
khi khởi động đến khi chạy hết quãng đường dài 100m ( với vận tốc 40km/h)
3.3 Bán kính quay vòng xe
M 4
4 Động cơ
4.1 Kiểu loại động cơ Động cơ Honda wave 110 , 4 kỳ,1 xy
lanh
4.2 Loại nhiên liệu Xăng, làm mắt bằng không khí
4.3 Phương thức cung
cấp nhiên liệu
Dùng bộ chế hòa khí.
4.4 Vị trí đặt động cơ trên xe
Phía sau khoang lái
5 Cầu xe
5.1 Cầu trước Thép hộp 20x40
5.2 Tải trọng cho phép kg 50
5.3 Cầu sau trục xe máy
5.4 Tải trọng cho phép Kg 70
6 Hệ thống treo Treo cứng
7 Hệ thống lái Trục, ổ lăn
2.3. Giới thiệu phần mềm
2.3.1. Giao diện Sketch
* Giao diện
Hình 2.5: Giao diện Sketch
* Các lệnh cơ bản
Profile : Vẽ biên dạng thay đổi
Rectangles, Keyholes, Polygons : Vẽ tứ giác
Circles, Arcs : Vẽ hình tròn
Ellipse : Tạo Elip
Line : Tạo đường thẳng
Axis : Vẽ đường tâm
Points : Tạo điểm
Corner : Tạo góc bo tròn giữa các đối tượng
Chamfer : Tạo góc vát giữa các đối tượng
Trim options : Kéo nối 2 đường vẽ
Symmetry : Tạo các đối tượng đối xứng
2.3.2. Giao diện Part Design
* Giao diện
Hình 2.6: Giao diện Part Design
* Các lệnh cơ bản
Pad : Lệnh tạo khối theo phương vuông góc với mặt phẳng vẽ sketch.
Pocket : Lệnh cắt tiết diện theo phương vuông góc với mặt phẳng vẽ sketch
Shaft : Lệnh tạo chi tiết bằng cách xoay tiết diện quanh một trục
Groove : Lệnh cắt chi tiết bằng cách xoay tiết diện quanh một trục
Rib : Lệnh tạo gân bằng cách quét tiết diện quanh đường dẫn
Slot : Lệnh cắt rãnh bằng cách quét tiết diện quanh đường dẫn
Stiffener : Lệnh tạo gân giữa hai bề mặt
Multi-sections solid : Lệnh tạo chi tiết bằng cách quét nhiều tiết diện kín với nhiều đường dẫn
Removed Multi-sections solid : Lệnh cắt chi tiết bằng cách quét nhiều tiết diện kín với nhiều đường dẫn
Pattern : Lệnh copy hàng loạt
2.3.3. Giao diện Assembly
* Giao diện
Hình 2.7: Giao diện Assembly
* Các thanh công cụ cơ bản
* Các lệnh cơ bản
Component : Tạo một thành phần mới trong bản vẽ lắp.
Product : Tạo một cụm chi tiết mới trong bản vẽ lắp.
Part : Tạo một chi tiết đơn mới trong một cụm chi tiết, thành phần hay chi tiết hoàn chỉnh.
Existing Component : lắp một chi tiết hay cụm chi tiết vào bản vẽ lắp từ một tập tin có sẵn hay một file hiện hữu.
Existing Component with Positioning : lắp một chi tiết hoặc một cụm chi tiết vào bản vẽ lắp từ một tập tin có sẵn với các tính năng ràng buộc.
Replace Component : Thay thế một chi tiết hiện tại thành một chi tiết khác.
Graph Tree Reordering : thay đổi thứ tự lắp cho từng thành phần trên thanh Specification Tree.
Fast Multi Instantiation : Nhân bản nhanh nhiều lần trong bản vẽ lắp.
Concidence Constraint : Ràng buộc đồng trục, điểm, phẳng cho các đối tượng.
Contact Constraint : Ràng buộc tiếp xúc cho các đối tượng.
Offsets Constraint : Ràng buộc khoảng cách song song.
Angle Constraint : Ràng buộc theo góc
Fix Component : Cố định một chi tiết hay một cụm chi tiết.
Fix Toghether : Cố định các chi tiết lại với nhau trong bản vẽ lắp.
Quick Constraint : Tính năng ràng buộc nhanh, tự động chọn lựa các kiểu ràng buộc khi ta chọn xong các thành phần.
Change Constraint : thay đổi các thuộc tính ràng buộc.
2.3.4. Giao diện tính bền
* Giao diện
Hình 2.9: Giao diện tính bền
* Các thanh công cụ cơ bản
* Các lệnh cơ bản
Clamp : Lệnh tạo ràng buộc mặt.
Slider : Lệnh tạo ràng buộc cho hai mặt, bế mặt Surface.
User-defined Restraint : Lệnh tạo ràng buộc cứng cho toàn bộ chi tiết.
Pressure : Lệnh tạo ứng suất đường ống.
Acceleration : Lệnh đặt tải trọng và mômen.
Line Force Density : Lệnh đặt lực tập trung.
Temperature Field : Lệnh đặt lực từ trường.
Compute : Lệnh chạy chia lưới.
Deformation : Lệnh tạo lưới.
Von Mises Stress : Lệnh hiển thị ứng suất chi tiết tính bền.
Displacement : Lệnh hiển thị chuyển vị của một điểm trên chi tiết tính bền.
2.3.5. Thiết kế một chi tiết điển hình
Thực hiện thiết kế trên phần mềm chi tiết khung tựa cho người lái. Bước 1: Vào giao diện Sketch để vẽ định dạng profile
Hình 2.10: Vẽ sketch profile
Bước 2: Thoát khỏi Sketch và chọn mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng vẽ sketch trước để vẽ đường dẫn.
Hình 2.11: Vẽ sketch đường dẫn
Bước 3: Thoát sketch vẽ đường dẫn và sử dụng lệnh Rib để tạo khối
Hình 2.13: Chi tiết hoàn thiện
2.4. Ứng dụng phần mềm để tính bền càng trước
Bước 1: Đưa chi tiết cần tính bền vào phần mềm catia.
Sử dụng giao diện thiết kế chi tiết để thiết kế chi tiết càng trước theo thông số có sẵn bằng các lệnh vẽ 2D (Sketch) và 3D (Pad, Pocket). (hình 2.15)
Hình 2.15: Đưa chi tiết cần tính bền vào phần mềm catia
Bước 2: Chọn vật liệu
Click chọn toàn bộ chi tiết sau đó ta chọn lệnh Apply Material, trên giao diện sẽ hiện ra thư viện vật liệu. Ta chọn Metal và chọn Steel, click Apply Material sau đó chọn ok. Như vậy ta đã chọn được vật liệu cho càng trước (hình 2.16).
Bước 3: Kiểm tra thông số vật liệu
Click chuột phải vào biểu tượng Steel trên cây thư mục bên trái màn hình và chọn Properties. Trên giao diện sẽ hiện ra các thông số của thép các bon trong mục Analysis với các thông số trên (hình 2.17)
Hình 2.17: Kiểm tra thông số vật liệu
Bước 4: Chuyển sang giao diện tính bền bằng Alalysis & Simulation – Generative Structural Analysis
Click chuột trái vào Start, chọn Alalysis & Simulation sau đó chọn Generative Structural Analysis (hình 2.18).
Hình 2.18: Chuyển sang giao diện tính bền bằng Alalysis & Simulation – Generative Structural Analysis
Khi đó chi tiết trục bánh xe sẽ được chuyển sang giao diện tính bền (hình 2.19). Với các trình duyệt như cây thư mục bên trái màn hình.
Hình 2.19: Giao diện tính bền Alalysis & Simulation – Generative Structural Analysis
Bước 5: Tạo ràng buộc cố định
Click vào biểu tượng Clamp, trên giao diện sẽ hiện ra bảng trình duyệt ở góc dưới bên phải màn hình, sau đó chọn các mặt ràng buộc. Như vậy ta đã tạo ra được các ràng buộc chi tiết càng trước (hình 2.20).
Bước 6: Đặt lực tác dụng lên bánh xe
Click vào biểu tượng Distributed Force, trên giao diện sẽ hiện ra bảng trình duyệt ở góc dưới bên phải màn hình, sau đó chọn các mặt tác dụng lực. Như vậy ta đã đặt được các lực lên chi tiết càng trước (2.21).
Hình 2.21: Đặt lực tác dụng lên bánh xe
Bước 7: Chia lưới
Click 2 lần liên tiếp vào trình duyệt OCTREE Tetrahedeon Mesh1:Part1, bên trái màn hình hiện ra bảng thông số. Ta chọn kích thước mắt lưới là 20mm và trình duyệt Absolute sag là 10mm sau đó click ok (hình 2.22).
Hình 2.22: Chia lưới
Để chạy quá trình chia lưới ta click vào biểu tượng Compute sau đó chọn All thì quá trình chia lưới được bắt đầu (hình 2.23).
Hình2.23: Quá trình chia lưới được bắt đầu
Kết quả chia lưới sẽ hoàn thành khi ta click vào biểu tượng Deformation ở thanh trình đơn phía dưới màn hình (hình 2.24).
Hình 2.24: Kết quả chia lưới
Bước 8: Tính bền
Kết quả tính bền sẽ được thể hiện trên hình 2.25 ở dạng khối khi ta click vào biểu tượng Von Mises Stress với kết quả thể hiện ở dải màu bên phải màn hình. Trên màn hình cũng chỉ ra điểm tập trung ứng suất lớn nhất (kém bền nhất) trên chi tiết càng trước.
Hình 2.25: Kết quả tính bền
Nhận xét:
Vậy càng trước đảm bảo bền, ta chọn loại vật liệu có có giá trị gần nhất với ứng suất vừa tính được.
Kết quả tính bền sẽ được thể hiện trên hình 2.26 ở dạng điểm khi ta click vào biểu tượng Displacement với kết quả thể hiện ở dải màu bên phải màn hình. Trên màn hình cũng chỉ ra các điểm có chuyển vị lớn nhất (kém bền nhất) trên chi tiết càng trước.
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUNG VỎ XE TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU
3.1 Thiết kế tổng thể cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
Để thiết kể các kích thước tổng thể của xe sinh thái như: Chiều dài phủ bì, chiều rộng phủ bì, chiều cao phủ bì, chiều dài đầu xe, chiều dài đuôi...ta cần có bản vẽ sơ đồ bố trí như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát của xe
Khoảng không gian buồng lái:
- Là khoảng không gian giành riêng cho người lái và các bộ phần điều khiển. Với xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu thì buồng lái được thiết kế theo phương án sau:
-Khoang lái được ngăn cách hẳn với khoang động cơ bằng tấm tôn cứng
- Diện tích được tính vào không gian khoanng lái kể từ mũi xe tới hết ghế lái. Diện tích này vào khoảng 1,5-1,7 m2.
Về việc bố trí trong khoang lái xe sinh thái phải đảm bảo theo các quy định sau :
+ Kính phía trước phải là kinh trắng có thể nhìn xuyên qua rõ nét.
+ Bố trí gương đằng sau ở vị trí người lái có thể quan sát thuận tiện nhất. + Tay lái phải có góc quay lớn hơn so với góc quay
3.2. Thiết kế các kích thước tổng thể cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
- Kích thước tổng thể của xe bao gồm: + Kích thước phủ bì (Dài x Rộng x Cao) + Kích thước chiều dài đầu xe (lđầu) + Kích thước chiều dài đuôi (l đuôi) + Chiều dài cơ sở E
- Vì xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu được thiết kế dựa trên cơ sở xe tự chế dạng 3 bánh (hai bánh trước và một bánh sau) nên chiều dài cơ sở của xe:
Exe sinh thái = 1500 mm - Kích thước phủ bì của xe là: 2800x950x700
- Trong quá trình thiết kế các kích thước của xe thiết kể phải được lựa chọn dựa trên cơ sở ban đầu:
+ Công suất của động cơ
+ Khả năng chịu tải của các cầu xe, hệ số phân bố tải trọng trên các cầu.
3.2.1. Thiết kế chiều dài phủ bì
- Chiều dài phủ bì của xe phải dựa trên điều kiện của cuộc thi đề ra là: nhỏ hơn 3500 mm.
- Theo thể lệ cuộc thi thì khoảng cách giữa trục bánh sau và trục bánh trước là lớn hơn 1000 mm
- Do vậy dựa vào các điều kiện đó ta chọn chiều dài phủ bì cảu xe thiết kế là: L = 2800 mm
3.2.2. Chiều dài đầu xe và chiều dài đuôi xe
Dựa trên cơ sở chiều dài phủ bì, chiều dài cơ sở nên ta chọn: + Kích thước đầu xe:
LĐầu = 950 mm
- Theo tiêu chuẩn thì kích thước đuôi dài không quá 60% chiều dài cơ sở nghĩa là:
L Đuôi ≤ 60%E
<=> L Đuôi ≤ 0,6.1600 = 960 Ta có:
L = L Đầu + E+L Đuôi
<=> L Đuôi = L – E – LĐầu
<=> L Đuôi = 2800-1600-950 = 250 mm
3.2.3. Chiều rộng phủ bì và chiều cao phủ bì
Theo yêu cầu của cuộc thi là: khoảng cách giữa hai bánh xe không nhỏ hơn 500 mm, nên ta chọn:
L Rộng = 950 mm
Theo thiết kế thì ghế người lái là dạng ghế nằm vì thế chiều cao của xe có thể thấp hơn, nên ta chọn:
3.2.4. Số lượng cửa ra vào và kích thươc cơ bản của cửa
Xe được thiết kế một cửa: cửa bên phải khoang lái, cửa mở lên trên, dạng cửa