Nghiên cưu thiết kế hệ thống truyền lực trên xe Tesla Model S 2016

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ
----------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC XE TESLA MODEL S 2016

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Trịnh Đắc Phong

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đỗ Minh Khiêm 2017604172

Hà Nội 2020
`


2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................

..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
..............................................................................................................
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2020


3

ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................

....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2020


4

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản đồ án này trước hết em xin gửi đến quý thầy, cô giáo trong
khoa cơng nghệ kĩ thuật Ơ tơ trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội.
Em xin gửi đến thầy Trịnh Đắc Phong đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em
hồn thành khóa đồ án tốt nghiệp.
Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến Hoàng Khải Hưng, Nguyễn Trung Phong và
Trương Văn Thăng đã chia sẻ cơng việc và giúp đỡ để tìm hiểu những kiến thức mà
cần thiết để hoàn thiện hơn bản đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng em (mình) xin cảm ơn các anh chị em Hội sử dụng phần mềm
CAD/ CAM/ CAE- CNC 4CHaUI đã giúp em có được những kĩ năng, kiến thức và
cả những đồng đội tuyệt vời. Điều đó đã đồng hành cùng em trong chặng đường theo
đuổi và thực hiện đam mê được vẽ, được thiết kế cuộc sống của mình!
………

Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2021.

Nguyễn Đỗ Minh Khiêm


5
MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................................V
DANH MỤC HÌNH ẢNH.....................................................................................................VIII
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................................X
LỜI NĨI ĐẦU.........................................................................................................................XII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN.........1
1.1

TESLA, INC VÀ XE TESLA MODEL S 2016..............................................................1

1.1.1 Lịch sử hình thành...........................................................................................................1
1.1.2 Tesla Model S 2016.........................................................................................................3
1.1.3 Phân khúc........................................................................................................................4
1.1.4 Tính năng........................................................................................................................4
1.2

Tổng quan về hệ thống truyền lực trên xe điện...............................................................5

1.3

Cấu tạo hệ thống truyền lực xe điện................................................................................6

1.3.1 Giảm tốc..........................................................................................................................6
1.3.2 Visai.................................................................................................................................8
1.3.3 Các đăng........................................................................................................................10
1.4

Mục tiêu đề tài...............................................................................................................11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC.........................................................................................................................12
2.1

Thông số xe tham khảo.................................................................................................12

2.2

Phương pháp thiết kế trục.............................................................................................12

2.2.1 Chọn vật liệu.................................................................................................................13
2.2.2 Tính thiết kế trục...........................................................................................................13
2.2.3 Xác định tải trọng tác dụng lên trục..............................................................................13
2.2.4 Tính tốn sơ bộ trục......................................................................................................15
2.2.5 Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực................................................16


6
2.2.6 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục..........................................................21
2.2.7 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi..........................................................................22
2.2.8 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh..........................................................................26
2.2.9 Tính kiểm nghiệm trục về độ cứng...............................................................................27
2.3

Phương pháp thiết kế bộ truyền bánh răng...................................................................28

2.3.1 Chọn vật liệu.................................................................................................................29

2.3.2 Ứng suất cho phép.........................................................................................................30
2.3.3 Truyền động bánh răng trụ............................................................................................31
2.3.4 Truyền động bánh răng côn...........................................................................................37
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AUTODESK INVENTOR VÀO TRONG THIẾT KẾ VÀ
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG..........................................................................42
3.1

Giới thiệu về phần mềm Inventor.................................................................................42

3.2

Giới thiệu module Shaft................................................................................................43

3.3

Giới thiệu module Spur Gear và Bevel Gear................................................................46

3.3.1 Spur Gear......................................................................................................................47
3.3.2 Bevel Gear.....................................................................................................................48
3.4

Ứng dụng các module Shaft, Spur Gear, Bevel Gear vào thiết kế hệ thống truyền động.
50

3.4.1 Thiết kế trục sơ cấp.......................................................................................................50
3.4.2 Thiết kế trục thứ cấp.....................................................................................................52
3.4.3 Thiết kế bánh răng của bộ visai.....................................................................................54
3.5

Ứng dụng các module Shaft, Spur Gear, Bevel Gear vào mô phỏng kiểm tra hệ thống truyền

động 55
3.5.1 Mô phỏng kiểm tra trục sơ cấp......................................................................................55
3.5.2 Mô phỏng kiểm tra trục thứ cấp....................................................................................56
3.5.3 Mô phỏng kiểm tra cặp bánh răng sơ cấp.....................................................................56


7
3.5.4 Mô phỏng kiểm tra cặp bánh răng thứ cấp....................................................................57
3.5.5 Mô phỏng kiểm tra cặp bánh răng côn..........................................................................57
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH........................................................58
4.1

Kết quả trục sơ cấp........................................................................................................58

4.1.1 Bản kết quả....................................................................................................................58
4.1.2 Biểu đồ..........................................................................................................................58
4.2

Kết quả trục thứ cấp......................................................................................................60

4.2.1 Bảng kết quả..................................................................................................................60
4.2.2 Biểu đồ..........................................................................................................................60
4.3

Kết quả cặp bánh răng sơ cấp........................................................................................62

4.4

Kết quả cặp bánh răng thứ cấp......................................................................................63

4.5

Kết quả cặp bánh răng côn............................................................................................65

KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ......................................................................................................68
KẾT LUẬN...............................................................................................................................69
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................70


8

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Logo của Tesla Motors trên Tesla Roadster Sport.................................1
Hình 1.2: Phác họa mặt bên Tesla Model S- SketchBook....................................3
Hình 1.3: Các tùy chọn động cơ trên Tesla Model S.............................................5
Hình 1.4: Biểu đồ cơng suất động cơ Tesla Model S............................................6
Hình 1.5: Biểu đồ cơng suất động cơ Lamborghini Aventador SVJ.....................7
Hình 1.6: Bộ giảm tốc trên Tesla Model S............................................................7
Hình 1.7: Bộ visai trên Tesla Model S..................................................................9
Hình 1.8: Trục các-đăng trên Tesla Model S.......................................................10
Hình 2.1: Sơ đồ tính khoảng cách đối với hộp giảm tốc bánh răng trụ một cấp.18
Hình 2.2: Sơ đồ tính khoảng cách đối với hộp số giảm tốc bánh răng trụ hai cấp19
Hình 2.3: Sơ đồ tính khoảng cách đối với hộp giảm tốc bánh răng phân đơi.....20
Hình 2.4: Sơ đồ tính khoảng cách đồi với hộp giảm tốc bánh răng đồng trục....20
Hình 2.5: Sơ đồ tính độ cứng trục.......................................................................27
Hình 2.6: Truyền động bánh răng cơn.................................................................37
Hình 3.1: Mơi trường thiết kế trục......................................................................43
Hình 3.2: Mơi trường tính tốn trục....................................................................45
Hình 3.3: Mơi trường biểu đồ trục......................................................................46

Hình 3.4: Mơi trườn thiết kế bánh răng trụ.........................................................47
Hình 3.5: Mơi trường thiết kế bánh răng cơn......................................................49
Hình 3.6: Thiết kế sơ bộ trục sơ cấp....................................................................50
Hình 3.7: Bánh răng trên trục sơ cấp...................................................................51
Hình 3.8: Ống trượt và rãnh trượt trục sơ cấp với trục động cơ..........................51


9
Hình 3.9: Trục sơ cấp..........................................................................................51
Hình 3.10: Thiết kế sơ bộ trục thứ cấp................................................................52
Hình 3.11: Cặp bánh răng thứ cấp.......................................................................52
Hình 3.12: Rãnh trượt trục thứ cấp......................................................................53
Hình 3.13: Bánh răng kết nối trục thứ cấp với trục sơ cấp..................................53
Hình 3.14: Trục sơ cấp........................................................................................54
Hình 3.15: Cặp bánh răng cơn sơ bộ...................................................................54
Hình 3.16: Cặp bánh răng cơn.............................................................................55
Hình 3.17: Bảng nhập thơng số tính tốn trục sơ cấp.........................................55
Hình 3.18: Bảng nhập thơng số tính tốn trục thứ cấp........................................56
Hình 3.19: Bảng nhập thơng số tính tốn cặp bánh răng sơ cấp.........................56
Hình 3.20: Bảng nhập thơng số tính tốn cặp bánh răng sơ cấp.........................57
Hình 3.21: Bảng nhập thơng số tính tốn cặp bánh răng cơn..............................57
Hình 4.1: Biểu đồ lực cắt.....................................................................................58
Hình 4.2: Biểu đồ ứng suất uốn...........................................................................59
Hình 4.3: Biểu đồ ứng suất cắt............................................................................59
Hình 4.4: Biểu đồ chuyển vị................................................................................59
Hình 4.5: Biểu đồ lực cắt.....................................................................................60
Hình 4.6: Biểu đồ ứng suất uốn...........................................................................61
Hình 4.7: Biểu đồ ứng suất cắt............................................................................61
Hình 4.8: Biểu đồ chuyển vị................................................................................61

10

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Xác định chiều rộng ổ lăn bo...............................................................16
Bảng 2.2: Trị số của các khoàng cách k1, k2, k3 và hn...........................................17
Bảng 2.3: Cơng thức tính theo từng loại hộp số..................................................18
Bảng 2.4: Trị số của ứng suất cho phép .............................................................21
Bảng 2.5 Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến độ
bền mỏi................................................................................................................24
Bảng 2.6: Trị số của hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt Kx...............25
Bảng 2.7: Trị số của hệ số tăng bền Ky................................................................25
Bảng 2.8: Trị số tiêu chuẩn module.....................................................................33
Bảng 4.1: Thông số vật liệu.................................................................................58
Bảng 4.2: Kết quả kiểm tra..................................................................................58
Bảng 4.3: Thông số vật liệu.................................................................................60
Bảng 4.4: Kết quả kiểm tra..................................................................................60
Bảng 4.5: Thông số chung...................................................................................62
Bảng 4.6: Thông số tải trọng...............................................................................62
Bảng 4.7: Thông số vật liệu.................................................................................63
Bảng 4.8: Thông số chung...................................................................................63
Bảng 4.9: Thông số tải trọng...............................................................................64
Bảng 4.10: Thông số vật liệu...............................................................................65
Bảng 4.11: Thông số chung.................................................................................65
Bảng 4.12: Thông số tải trọng.............................................................................66
Bảng 4.13: Thông số vật liệu...............................................................................66


11

12

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, mức sống của
nhân loại được nâng lên, nhu cầu đi lại, vận chuyển lại càng được quan tâm hồn
thiện khơng ngừng. Trong các loại phương tiện giao thông hiện đang được sử dụng
trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì phương tiện giao thơng sử dụng nguồn năng
lượng xanh (điện) là một xu thế các hãng ô tô quan tâm và phát triển, đại diện như:
Tesla, Mercedes, Toyota, Vinfast,….
Vì sử dụng nguồn năng lượng khác hoàn toàn với những chiếc xe phổ biến
chạy bằng xăng hay dầu hiện nay, xe điện cần một khoảng không gian lớn dành cho
hệ thống năng lượng (Pin). Vậy nên, một số hệ thống khác trên xe điện được tối ưu
hóa để mở rộng khơng gian, và hệ thống được thay đổi nhiều nhất là hệ thống truyền
lực. Không còn hệ thống bánh răng nhiều cấp và ly hợp cồng kềnh mà thay vào đó là
một bộ giảm tốc một, hai cấp phổ biến. Trước sự thay đổi hoàn toàn trong cấu tạo của
hệ thống truyền lực xe điện, nên trong đồ án tốt nghiệp em đã chọn đề tài: “Nghiên
cứu thiết kế hệ thống truyền động trên xe Tesla model S 2016” để được nghiên cứu,
phân tích kỹ hơn về hệ thống với mục tiêu xây dựng bộ tài liều về xe điện phục vụ
công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo cho sinh viên Đại học.
Nội dung bao gồm 4 phần chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền động trên ô tô điện
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế các cụm chi tiết hệ thống
truyền động
Chương 3: Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền động Tesla model S
Chương 4: Kết quả mơ phỏng và phân tích
Đề tài được thực hiện trong thời gian tương đối ngắn trình độ hiểu biết cịn
nhiều hạn chế và khơng tránh khỏi những sai sót. Rất mong thầy cơ và các bạn đóng
góp ý kiến. Em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn thầy Trịnh Đắc Phong,
các thầy cô trong khoa cùng các bạn học đã giúp đỡ và hỗ trợ em hồn thành đề tài

của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN
1.1 TESLA, INC VÀ XE TESLA MODEL S 2016
1.1.1 Lịch sử hình thành
Tesla được thành lập tháng 7/2003 bởi Martin Eberhard và Marc
Tarpenning. Cả hai đã đóng góp lớn cho sự phát triển của công ty trước khi
Elon Musk tham gia. Musk đã dành cho Series A round 1 khoản đầu tư vào
tháng 2/2004, gia nhập ban điều hành Tesla với vai trò chủ tịch. Từ khi còn
đại học, Mục tiêu số 1 của Musk là thương mai hóa các phương tiện chạy
bằng năng lương điện, bắt đầu với những chiếc xe thể thao cao cấp hướng đến
những lớp người đầu tiên có nhu cầu và càng nhanh càng tốt sau đó trở thành
một xu thể phương tiện mới, bao gồm những chiếc sedans và xe bình dân.

Hình 1.1: Logo của Tesla Motors trên Tesla Roadster Sport
Tháng 12/2007, Ze'ev Drori trở thành CEO và President. Tháng 1/2008,
Tesla đã sa thải một số thành viên chủ chốt làm việc tại công ty ngay từ những
ngày đầu thành lập sau buổi giới thiệu bởi vị CEO mới. Theo Musk, Tesla
buộc phải giảm 10% lực lượng lao động để giảm thiểu chi phí, cái mà đã mất
kiểm sốt từ 2007. Vịng huy động vốn thứ 5 diễn ra tháng 2/2008 huy động


2
được thêm 40 triệu $ nữa. Musk đã đóng góp 70 triệu $ tài sản của anh vào
công ty trong đợt này. Tháng 10/2008, Musk bổ nhiệm Drori là CEO. Drori

trở thành phó chủ tịch Vice Chairman, nhưng sau đó rời cơng ty vào tháng 12.
Tháng 1/2009, Tesla có số vốn huy động lên 187 triệu $ và xuất xưởng 147
chiếc xe. Ngày 19/5/2009, Daimler AG của Đức, công ty sở hữu MercedesBenz, nhận được số cổ phần ít hơn 10% vốn của Tesla như được báo cáo là 50
triệu $. Tháng 7/2009, Daimle Aabar tuyên bố rằng nhà đầu tư của Abu
Dhabi đã mua 40% lợi tức của Daimler trong Tesla.
Tháng 6/2009 Tesla được nhận khoản cho vay tính lãi là 465 triệu $ từ
Bộ năng lượng Hoa Kỳ. Khoản vốn này, một phần trong 8 tỷ $ của chương
trình cho vay phát triển phương tiện cơng nghệ cao Advanced Technology
Vehicles Manufacturing Loan Program, hỗ trợ kỹ thuật và sản xuất dịng
sedan Model S, cũng như phát triển cơng nghệ xe thương mại. Các khoản vay
lãi suất thấp không liên quan đến các khoản cứu trợ tài chính mà GM và
Chrysler đã nhận, cũng như không liên quan đến gói cứ trợ kinh tế năm 2009.
Chương trình cho vay này được tạo ra năm 2007 trong thời George W.
Bush nắm quyền. Tesla đã trả hết số vốn vay này vào tháng 5/2013. Tesla
cũng là công ty xe hơi đầu tiên hồn trả đầy đủ nợ cho chính phủ, trong
khi Ford, Nissan và Fisker vẫn chưa làm được.
Công ty tuyên bố vào đầu tháng 8/2009 rằng công ty đã bắt đầu có lãi
trong tháng 7/2009. Cơng ty cho hay họ đã kiếm được xấp xỉ 1 triệu $ trong
tổng doanh thu 20 triệu $. Lợi nhuận chủ yếu đến từ lãi gộp của dòng
Roadster 2010, chiếc xe thể thao thắng giải 2 lần của Tesla. Tesla, giống như
tất cả các hãng ô tô khác, ghi nhận doanh thu khi sản phẩm được phân phối,
giao hàng với mức ghi nhận 109 chiếc vào tháng 7 và đã báo cáo sự tăng cao
các giao dịch dịng Roadster. Tháng 9/2009, Tesla cơng bố vòng huy động
82.5 triệu $ nhằm tăng tốc sự mở rộng hệ thống bán lẻ của Tesla. Daimler đã
tham dự đợt này để duy trì quyền sở hữu cổ phần từ sự đầu tư ban đầu của họ.


3
Tesla đã ký kết một hợp đồng sản xuất ngày 11/7/2005 với hãng Group
Lotus để sản xuất "Gliders" (complete cars minus powertrain). Hợp đồng đến

tháng 3/2011, nhưng 2 hãng đã gia hạn hợp đồng nhằm giữ dòng xe Roadster
tiếp tục được sản xuất đến tháng 12/2011 với số lượng tối thiểu là 2,400 chiếc,
khi việc sản xuất ngừng lại, hầu hết bởi những sự thay đổi phương tiện của
một trong số các nhà cung cấp. Tháng 6/2010, báo cáo cho biết Tesla đã bán
tổng cộng 12.2 triệu $ tín dụng xe không xã thải (ZEV) cho các hãng chế tạo
khác, bao gồm cả Honda, cho đến 31/3/2010.
1.1.2 Tesla Model S 2016
Chiếc Model S ra mắt vào 30/6/2008 do Franz von Holzhausen thiết kế.

Hình 1.2: Phác họa mặt bên Tesla Model S- SketchBook
Sau đó nó được bán ra vào ngày 22/06/2012 tại Mỹ. Những đơn hàng đầu tiên
thiết kế tay lái bên phải nhắm đến thị trường các nước UK, Australia, Hong
Kong và Japan sẽ bắt đầu vào quý 2/2014. Model S có 3 lựa chọn bộ pin cho
quãng đường tối đa 265 dặm một lần sạc.
Trong số các giải thưởng, mẫu Model S đã thắng giải thưởng xu hướng
xe của năm "Motor Trend Car of the Year" năm 2013, chiếc xe sạch "World


4
Green Car", "Car of the Year" năm 2013 của tạo chí Automobile, và lọt vào
25 thiết kế cuả năm 2021 do tờ Time bình chọn.
1.1.3 Phân khúc
Dịng xe hạng sang Tesla Model S có 4 tùy chọn:
Bảng 1: Phân khúc dòng xe Tesla Model S 2016
70D
Sử dụng pin

85
Sử dụng pin 85

85D
Sử dụng pin 85

P85D
Sử dụng pin 85

70kWh với hệ

kWh với hệ

kWh với hệ

kWh với hệ

thống dẫn động 4 thống dẫn động

thống dẫn động 4 thống dẫn động 4

bánh

bánh sau

bánh

bánh hiệu suất

Phạm vi di

Phạm vi di

Phạm vi di

cao

chuyển: 240 dặm chuyển: 265 dặm chuyển: 270 dặm Phạm vi di
Khả năng tăng

Khả năng tăng

Khả năng tăng

chuyển: 253 dặm

tốc: 5.2s 0-60

tốc: 5.4s 0-60

tốc: 4.4s 0-60

Khả năng tăng

mph

rpm

rpm

tốc: 3.1s 0-60

Công suất: 329

Công suất: 362

Công suất: 422

rpm

Hp

Hp

Hp

Công suất: 649

Tốc độ tối đa:

Tốc độ tối đa:

Tốc độ tối đa:

Hp

140 rpm

140 rpm

155 rpm

Tốc độ tối đa:

155 rpm

1.1.4 Tính năng
Phiên bản Tesla Model S 2016 được trang bị những cơng nghệ hiện đại
nhằm phục vụ giải trí cũng như đảm bảo an toàn cho người ngồi trên xe.
- Màn hình điều khiển cảm ứng 17 inch
- Hệ thống định vị GPS
- Hệ thống âm thanh
- Hệ thống giám sát, cảnh báo và hiệu chỉnh an toàn điện tử


5
- Cảm biến đỗ xe và hỗ trợ đỗ xe
- Trang bị 8 túi khí
- Hệ thống tự lái

1.2 Tổng quan về hệ thống truyền lực trên xe điện
Hiện nay, trên xe điện trang bị hệ thống truyền động với động cơ điện
công suất cao và bộ truyền động không có cấp số lùi. Với cơng nghệ hiện đại,
động cơ điện đã không cần đến hộp số nhiều cấp để đóng ngắt khỏi hệ thống
truyền lực mỗi khi khởi hành nên giúp xe tăng tốc rất nhanh chỉ với 1 đến 2
cặp bánh răng. Nó có thể giúp xe tăng tốc lên tới 15.000-20.000 rpm và có thể
đạt đến số vòng quay tối đa khi bắt đầu xe chuyển. Do đó, hộp số trên xe điện
được tối giản về 1 hoặc 2 cấp và khơng có cấp số lùi nhưng vẫn đảm bảo
moment xoắn để xe di chuyển [2].

Hình 1.3: Các tùy chọn động cơ trên Tesla Model S

1.3 Cấu tạo hệ thống truyền lực xe điện

6
1.3.1 Giảm tốc
a) Cơng dụng
Phần lớn xe điện khơng có hộp số vì động cơ gắn trực tiếp với bánh xe,
năng lượng không cần truyền qua bộ phận trung gian là hộp số. Ở động cơ đốt
trong, do tính chất khó khởi động và mơ-men ở cá vịng tua đầu rất yếu.
Nên hộp số giúp thay đổi mô-men xoắn truyền tới các bánh xe. Nhưng xe
điện thì khơng cần sử dụng đến hộp số nhiều cấp độ vì động cơ điện có khả
năng khởi động, đổi chiều chuyển động dễ dàng bằng cách đảo các pha. Hơn
nữa, động cơ điện có khả năng đạt mơ-mem cực đại rất nhanh. Nên đối với xe
điện thường sử dụng mộ bộ giảm tốc cho nghiệm vụ tăng mô-men từ động cơ
để đáp ứng khả năng kéo của xe.

Hình 1.4: Biểu đồ công suất động cơ Tesla Model S


7

Hình 1.5: Biểu đồ công suất động cơ Lamborghini Aventador SVJ
b) Cấu tạo
Cấu tạo của hộp số trên xe điện sẽ phụ thuộc vào công suất và mo-men
của động cơ, tải trọng khơng tải và tồn tải mà xe cần làm việc. Từ đó có thể
tính ra tỉ số truyền , mo-men đầu ra, số cấp giảm tốc… của bộ giảm tốc.

Hình 1.6: Bộ giảm tốc trên Tesla Model S


8
Nhưng cơ bản hộp số xe điện có cấu tạo chung nhất như sử dụng dụng

ba trục với giảm tốc hai cấp. Vỏ hộp số có ống xả dầu và các giắc kết nối.
Cấu tạo của hộp số xe điện bao gồm:
- Bộ bánh răng truyền động
- Trục truyền động
- Bơm dầu
- Con dấu trục lái
- Ổ hãm trục
- Ổ đỡ trụ…
c) Nguyên lý hoạt động
Thông thường hộp số giảm tốc là một hệ bánh răng ăn khớp với
nhau theo đúng tỷ số truyền và moment xoắn đã thiết kế để lấy ra số vòng
quay mà hệ thống cần. Cũng có một số hộp giảm tốc khơng sử dụng hệ bánh
răng thường mà dùng hệ bánh răng vi sai, hoặc hệ bánh răng hành tinh.
Tùy vào điều kiện làm việc và tính tốn mà ta sẽ thiết kế một hộp giảm
tốc phù hợp với cơng việc. Ví dụ nếu cần 1 số vịng quay trong 1 phút mà
khơng có động cơ nào đáp ứng được thì người ta sẽ dùng đến hộp giảm tốc.
1.3.2 Visai
a) Công dụng
Tương tự như tất cả các xe sử dụng động cơ đốt trong, trên ô tô điện bộ
vi sai là một thiết bị dùng để chia mô men xoắn của động cơ thành hai đường,
cho phép hai bên bánh xe quay với hai tốc độ khác nhau. Bộ vi sai ở tất cả các
xe hơi và xe tải hiện đại, và đặc biệt ở các xe bốn bánh chủ động hoàn toàn.
Mỗi cầu chủ động của những xe này đều cần một bộ vi sai và đương nhiên
giữa bánh trước và bánh sau cũng cần vì khi vào cua, quãng đường mà bánh
trước và sau đi được cũng khác nhau.


9
Visai đóng vai trị là cơ cấu giảm tốc cuối cùng truyền moment xoắn từ
động cơ tới các bánh xe và chia moment xoắn để cho phép chúng quay với

các tốc độ khác nhau.
b) Cấu tạo
Khác với bộ vi sai của động cơ đốt trong (IC), bộ vi sai của xe điện
(EV) khơng có bộ truyền lực cuối, bánh chủ động sẽ được cố định với bộ vi
sai.
- Vỏ bộ vi sai được gắn trên bánh răng chủ động
- Bánh răng vi sai lắp trên vỏ vi sai
- Bánh răng bán trục ăn khớp với bán trục

Hình 1.7: Bộ visai trên Tesla Model S
c) Nguyên lý hoạt động
Khi xe chạy thẳng, một lực cản đều nhau tác động lên cả bánh xe bên
phải và bánh xe bên trái, vì vậy bánh răng vành chậu, bánh răng vi sai và bánh
răng bán trục đều quay như một khối liền để truyền lực dẫn động đến cả hai
bánh xe.


10
Khi xe chạy trên đường vòng, tốc độ quay của lốp ngồi và lốp trong sẽ
khác nhau.Vì vậy chính cơ cấu quay độc lập với tốc độ khác nhau của 2 bán
trục nhờ bộ vi sai giúp xe vào vòng êm dịu và dễ dàng. Nói khác đi, bên trong
bộ vi sai, bánh răng bán trục B phía trong quay chậm và bánh răng vi sai phải
quay sao cho bánh răng bán trục A phía ngồi quay nhanh hơn.
1.3.3 Các đăng
a) Cơng dụng
Trục các-đăng có nhiệm vụ truyền lực, mơ-men giữa các cụm đặt cách
xa nhau như: Giữa hộp số phụ đến cầu xe, sử dụng trong những xe ô tơ có
động cơ đặt phía trước dẫn động cầu sau, Giữa các cụm cách xe nhau có
chuyển động đều cần phải có sự tham gia của trục các-đăng.

Hình 1.8: Trục các-đăng trên Tesla Model S
b) Cấu tạo
Trục các đăng bao gồm hai bộ phận chính là trục các-đăng và khớp cácđăng. Trục các-đăng có tác dụng truyền mơ-men, trục các-đăng là một thanh
kim loại hình trụ dài được nối với các chi tiết xung quanh bởi khớp các-đăng.
Khớp các-đăng vừa có tác dụng truyền mơ-men vừa có tác dụng thay đổi


11
phương truyền. Thông thường một bộ truyền động các-đăng bao gồm ít nhất
là hai trục các-đăng kết hợp với một hoặc nhiều khớp các-đăng.
Yêu cầu về mặt kỹ thuật đối với trục các-đăng là trục phải được làm
bằng vật liệu cứng, có khả năng chịu lực tốt, vì phần lớn các trục các đăng
đều có chiều dài tương đối lớn trong khi đó lại khơng được đỡ bởi giá đỡ nên
đòi hỏi trục phải đủ độ cứng và bền để chịu được lực tác động trong động cơ
xe ô tô. Bên cạnh đó yêu cầu về mặt vận tốc góc của trục vào và trục ra phải
đồng nhất nhau thì mới đảm bảo được hoạt động của động cơ xe.
b) Nguyên lý hoạt động
Trục các-đăng có nhiệm vụ truyền lực, mô-men giữa các cụm đặt cách
xa nhau như: Giữa hộp số phụ đến cầu xe, sử dụng trong những xe ơ tơ có
động cơ đặt phía trước dẫn động cầu sau, Giữa các cụm cách xe nhau có
chuyển động đều cần phải có sự tham gia của trục các-đăng.
Trục các-đăng được thiết kế linh hoạt phù hợp trong các trường hợp
truyền động mà khoảng cách thay đổi liên tục. Bạn thử nghĩ xem, nếu thay
trục các-đăng bằng các ống thép cố định thì khi việc chuyển động sẽ nhanh
chóng làm cho các ống thép này bị nứt gãy, khi đó sẽ làm gián đoạn hoạt động
của động cơ.

1.4 Mục tiêu đề tài
Tổng hợp các kiến thức về xe diện, các công nghệ mới trên xe điện. Sử
dụng phần mềm Autodesk Inventor tính tốn thiết kế tổng thành xe ơ tơ điện

và các chi tiết, cụm chi tiết hệ thống tuyến động và xây dựng mơ hình hệ
thống. Phân tích được kết cấu các chi tiết, cụm chi tiết truyền động trên xe
diện Tesla. Xây dựng bộ tài liệu về xe điện phục vụ công tác nghiên cứu khoa
học và đào tạo cho sinh viên Đại học. Rèn luyện các kỹ năng trình bày, đọc
dịch tài liệu tiếng Anh chuyên ngành, tự nghiên cứu và giải quyết vấn đề.


12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT
KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC
2.1 Thông số xe tham khảo
Để phục vụ việc nghiên cứu và tính tốn, em đã tham khảo thông số xe
Tesla Modle S 85 2016 lấy dữ liệu chính cho đề tài của mình.
Bảng 2.1: Thơng số xe Tesla Model S 2016
Thơng số xe

Kí hiệu

Giá trị

Đơn vị

DxRxC

4978x2189x1435

mm

Chiều dài cơ sở

L

2959

mm

Cơng suất tối đa

Nemax

265

Hp

rpm

5.4

s

N

140

mph

Kích thước

Khả năng tăng tốc (0-60 rpm)
Moment xoắn cực đại

2.2 Phương pháp thiết kế trục
Trục đùng để đỡ các chi tiết quay, bao gồm trục tâm và trục truyền.
Trục tâm có thể quay cùng với các chi tiết lắp trên nó hoặc khơng quay, chỉ
chịu được lực ngang và moment uốn. Trục truyền ln ln quay, có thể tiếp
nhận đồng thời cả moment uốn và moment xoắn. Các trục trong hộp giảm tốc,
hộp số là những trục truyền.
Chỉ tiêu quan trọng nhất đối với phần lớn các trục là độ bền, ngoài ra là
độ cứng và đối với các trục quay nhanh là độ ổn định dao động.
Tính tốn thiết kế trục bao gồm các bước:
- Chọn vật liệu;
- Tính thiết kế trục về độ bền;


13
- Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi;
- Trường hợp cần thiết tiến hành kiểm nghiệm trục về độ cứng. Đối với
trục quay nhanh còn kiểm nghiệm về độ ổn định dao động.
2.2.1 Chọn vật liệu
Với các trục ở những thiết bị khơng quan trọng, chịu tải thấp có thể
dùng thép không nhiệt luyên (CT5) để chế tạo trục. Ở các máy móc quan
trọng, hộp giảm tốc, hộp số … khi chịu tải trọng trung bình, thường dùng thép
45 hoặc thép 40X để chế tạo trục. Trường hợp tải nặng hoặc trục đặt trên các
ổ trượt quay nhanh, nên dùng thép hợp kim 20X, 12XH3A, 18XIT thấm
carbon để chế tạo trục. Cơ tính của một số loại thép chế tạo trục có thể tra
trong bảng 6.1 [1].
2.2.2 Tính thiết kế trục
Tính tốn thiết kế trục nhằm xác định đường kính và chiều dài các đoạn

trục đáp ứng các yêu cầu về độ bền, kết cấu, lắp ghép và công nghệ. Muốn
vậy cần biết trị số, phương, chiều và điểm đặt tải trọng tác dụng lên trục,
khoảng cách giữa các gối đỡ đến các chi tiết lắp trên trục:
Tính thiết kế trục tiến hành theo các bước sau:
- Xác định tải trọng tác dụng lên trục
- Tính sơ bộ đường kính trục
- Định khoảng cách giữa các gới đỡ và các điểm đặt tải trọng
- Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục
2.2.3 Xác định tải trọng tác dụng lên trục
Trong hộp số AT tải trọng chủ yếu tác dụng lên trục là moment xoắn và
các lực tác dụng khi ăn khớp trong bộ truyền bánh răng, trọng lượng bản thân
trục và trọng lượng các chi tiết lắp lên trục (bỏ qua lực ma sát trong các ổ bi).