ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ………………………………. NGUYỄN THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TREO XE FORMULA STUDENT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ……………………………. NGUYỄN THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TREO XE FORMULA STUDENT Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN KHẮC TUÂN P.
QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 2 LỜI CAM ĐOAN Đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân. Trong quá trình làm luận văn tôi có sử dụng tài liệu tham khảo là một số đề tài nghiên cứu về ôtô và thừa kế một số kết quả nghiên cứu của các đề tài đã được ứng dụng để làm cơ sở cho luận văn. Tôi cam đoan các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 3 năm 2014 Học viên Nguyễn Thành Công Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 3 MỤC LỤC Trang I Lời cam đoan.1 II Mục lục.2 III Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt.3 IV Danh mục các hình vẽ và bảng biểu.6 Chƣơng 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu.1 Giới thiệu về xe Formula Student.2 Tổng quan về hệ thống treo và các chỉ tiêu đánh giá.1 Vai trò của hệ thống treo.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống treo.3 Giới thiệu một số loại hệ thống treo.3 Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động.1 Cường độ dao động.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động.3 Chỉ tiêu về tải trọng động.4 Tổng quan các nghiên cứu về lĩnh vực dao động của ô tô và hệ thống treo.2 Trên thế giới.5 Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn. Mục tiêu nghiên cứu.2 Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu.3 Phương pháp nghiên cứu .4 Nội dung nghiên cứu.31 Chƣơng 2 Thiết kế hệ thống treo xe Formula Student.1 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế hệ thống treo.2 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo.1 Các thông số kỹ thuật của xe F-SAE.2 Xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của hệ thống treo.34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.3 Tính toán,thiết kế hệ thống treo.1 Cấu tạo hệ thống treo xe F-SAE.2 Động học hệ thống treo Mc.38 Chƣơng 3 Xây dựng mô hình dao động xe Formula Student.1 Mô hình dao động của xe F-SAE.1 Các phương pháp xây dựng mô hình dao động.2 Xây dựng mô hình vật lý .2 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động.3 Phân tích nguồn kích thích dao động.1 Kích thích hàm toán học đơn giản .2 Kích thích mặt đường ngẫu nhiên .53 Chƣơng 4 Mô phỏng dao động và lựa chon thông số hệ thống treo xe Formula Student. Phương pháp mô phỏng. Mô phỏng dao động.1 Các thông số mô phỏng.2 Mô phỏng dao động của xe F-SAE.3 Kết quả mô phỏng dao động xe F-SAE.4 Phân tích, đánh giá ảnh hưởng thông số thiết kế HTT đến độ êm dịu chuyển động.5 Lựa chọn tối ưu một số thông số chính cho HTT.65 Chƣơng 5 Chế tạo hệ thống treo xe Formual Student.1 Chế tạo hệ thống treo.69 Tài liệu tham khảo…………………………………………………….72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa M kg Khối lượng được treo m1t kg Khối lượng treo trước trái m1p kg Khối lượng treo trước phải m2t kg Khối lượng treo sau trái m2p kg Khối lượng treo sau phải a m Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước b m Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau Bt m Vết bánh xe trước Bs m Vết bánh xe sau K1t N/m Độ cứng của HTT trước trái K1p N/m Độ cứng của HTT trước phải K2t N/m Độ cứng của HTT sau trái K2p N/m Độ cứng của HTT sau phải Kl1t N/m Độ cứng của lốp xe trước trái Kl1p N/m Độ cứng của lốp xe trước phải Kl2t N/m Độ cứng của lốp xe trước trái Kl2p N/m Độ cứng của lốp xe trước sau C1t N.s/m Hệ số cản giảm chấn trước trái C1p N.s/m Hệ số cản giảm chấn trước phải C2t N.s/m Hệ số cản giảm chấn sau trái C2p N.s/m Hệ số cản giảm chấn sau phải Cl1t N.s/m Hệ số cản của lốp xe trước trái Cl1p N.s/m Hệ số cản của lốp xe trước phải Cl2t N.s/m Hệ số cản của lốp xe sau trái Cl2p N.s/m Hệ số cản của lốp xe sau phải Jx Nm.s2 Mô men quán tính khối lượng treo với trục X Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 6 Jy Nm.s2 Mô men quán tính khối lượng treo với trục Y v km/h Vận tốc xe khi khảo sát F N Tổng các ngoại lực tác dụng lên vật Fqt N Tổng các lực quán tính tác dụng lên vật Rad Chuyển động quanh trục X Rad Chuyển động quanh trục Y Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía trước q1T m bên trái Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía trước q1P m bên phải Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía sau q2T m bên trái Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía sau q2 P m bên phải F1T N Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía trước bên trái F1P N Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía trước bên phải F2T N Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía sau bên trái F2 P N Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía trước bên phải KB - Cường độ dao động Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng awz m/s2 đứng T s Thời gian khảo sát Kdyn,max - Hệ số tải trong động cực đại Kz,dyn N Tải trọng động bánh xe Kz,st N Tải trọng tĩnh bánh xe L mm Chiều dài cơ sỏ xe F-SAE rbx mm Bán kính bánh xe F Hz Tần số dao động riêng của HHT Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 7 - Hệ số dập tắt dao động của đệm đàn hồi A - Hệ số kinh nghiệm đối với hầu hết các ôtô 0 Độ Góc nghiêng ngang trụ đứng 0 Độ Góc nghiêng ngang bánh trước r0 mm Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng ft mm Độ võng tĩnh fđ mm Độ võng động kc mm Khoảng cách từ tâm quay bánh xe tới đòn dưới h02 mm Khoảng cách từ mặt đường tới tâm quay trụ đứng K N/m Hệ số độ cứng tương đương KL N/m Hệ số độ cứng lốp C N.s/m Hệ số giảm chấn tương đương CL N.s/m Hệ số giảm chấn lốp xe Hz Tần số sóng mặt đường S m Chiều dài sóng mặt đường V m/s Vận tốc xe n Chu kỳ/m Tấn số sóng mặt đường n0 Chu kỳ/m Tần số mẫu Sq (n) m3 /chu kỳ Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt Rad đường DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1: Xe Formula Student.2: Hệ treo phụ thuộc loại lò xo trụ.3: Hệ thống treo hai đòn ngang.4: Hệ thống treo Mc.17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.5: Hệ thống treo khí điều khiển bằng điện tử .6: Hệ thống treo đa liên kết.1: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.2: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.3: Hoạ đồ động học hệ thống treo Mc.1: Phương pháp xây dựng mô hình dao động 1.2: Phương pháp xây dựng mô hình dao động 2.3: Mô hình hệ thống treo tương đương.4: Mô hình xe F-SAE thực tế.5: Mô hình xe F-SAE kể đến khối lượng M .6: Mô hình xe F-SAE kể đến khối lượng M , Jx, Jy.7: Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên thân xe.8: Hàm điều hoà của mấp mô mặt đường.9: Mặt đường đua xe F-SAE .10: Mấp mô mặt đường theo ISO câp độ B .1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink7.2: Gia tốc tại vị trí trọng tâm thân xe khi xe chạy trên mặt đường ISOB.3: Các gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi.4: Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi.5: Khảo sát ảnh hưởng C và K đến độ êm dịu chuyển động ô tô sau khi tối ưu.6: Kết quả so sánh awz của Bộ số liệu mới với Bộ số liệu cũ.7: Kết quả so sánh aw của Bộ số liệu mới với Bộ số liệu cũ.69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.8: Kết quả so sánh aw của Bộ số liệu mới với Bộ số liệu cũ.1 Hệ thống treo cầu sau xe F-SAE .2 Lắp ráp các bộ phận trên xe F-SAE.3 Xe F-SAE sau khi được chế tạo.1: Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1.1: Tần số dao động riêng của một số loại xe.1: Các loại mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068.1: Các thông số kỹ thuật của xe F-SAE.2: Gia tốc bình phương trung bình tại vị trí trọng tâm thân xe .3: Các gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi.4: Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi.5: Khảo sát sự thay đổi awz khi tối ưu C và K.6: Bộ số liệu mới được tối ưu.68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 10 LỜI NÓI ĐẦU Ô tô đua sinh viên F-SAE là cuộc thi được tổ chức bởi Hiệp hội kỹ sư ngành ô tô SAE (Society of Automotive Engineers).
Đây là sân chơi bổ ích dành cho sinh viên tất cả các trường đại học cao đẳng có chuyên ngành ô tô của các quốc gia trên thế giới. Hàng năm, cuộc thi này quy tụ hàng trăm đội đua đến từ các quốc gia khác nhau, từ những quốc gia phát triển mạnh về công nghệ, công nghiệp ô tô đến các nước đang phát triển muốn khẳng định vị thế quốc gia mình trên trường quốc tế. Ở Việt Nam, thiết kế xe đua sinh viên vẫn còn là vấn đề mới mẻ đối với sinh viên các trường đại học, năm 2013 nhóm nghiên cứu của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên đã thiết kế và chế tạo thành công xe đua sinh viên thế hệ thứ nhất.
