Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 3 - Trường CĐ Công nghệ

Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 3 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống động lực ô tô, cung cấp cho người học những kiến thức như: Xác định công suất danh định của động cơ theo phương pháp lựa chọn thực nghiệm và tính toán; xác định tỉ số truyền cực đại và cực tiểu của hệ thống truyền lực. Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ  3.1 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT DANH ĐỊNH CỦA ĐỘNG CƠ THEO PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN:  3.1.1 Phương pháp lựa chọn công suất động thực nghiệm:  Theo kinh nghiệm công suất động chọn theo hai số sau đây: N emax (kW/tấn) + Công suất khối lượng : m m N emax (kg/kW) + Khối lượng công suất : • Ở đây: Nemax – Công suất cực đại động (kW) m – Khối lượng toàn xe (kg) BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Qua thực nghiệm có bảng sau: Loại xe N emax (kW/tấn) m m (kg/kW) N emax Du lịch 17 ÷ 65 Xe tải ÷ 12 80 ÷ 125 Xe bus ÷ 12 80 ÷ 125 Xe địa hình ÷ 15 70 ÷ 125 15 ÷ 60 BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  3.1.2 Phương pháp lựa chọn công suất động tính toán :  Công suất cần thiết động tính toán dựa vào thông số động lực học theo yêu cầu cho trước là: ‡ +Lực chủ động riêng yêu cầu xe [Pr] ứng với vận tốc yêu cầu [v] Thông số thể yêu cầu sức kéo ôtô ‡ + Độ dốc yêu cầu [i] ‡ + Gia tốc yêu cầu [j]  3.1.2.1 Tính toán theo lực chủ động riêng yêu cầu xe [Pr] ứng với vận tốc yêu cầu[v]: Cơ sở để tính toán dựa vào phương trình cân lực kéo ô tô xe chuyển động ổn định đường nằm ngang không kéo rơmoóc : Pk=Pf+Pmax BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Ở đây: Pk – Lực kéo tiếp tuyến ( lực chủ động bánh xe ) ô tô Pf – Lực cản lăn P - Lực cản không khí Khi đường nằm ngang (𝛼 = 0) xe đạt vận tốc cực đại ta có: Pf = G.f P𝜔 max = 0,625Cx S𝑣0𝑚𝑎𝑥  Trong đó: G – Trọng lượng toàn ô tô v0 – Vận tốc tương đối xe không khí: vo = v  vg v – Vận tốc ô tô vg – Vận tốc gió BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Khi v = vmax vg nhỏ so với vmax nên ta tính gần đúng: v 0max  vmax , : P𝜔 max = 0,625Cx S𝑣 𝑚𝑎𝑥  Thay giá trị Pf P max vào (3.3) ta có : Pk = G.f+ 0,625Cx S𝑣 𝑚𝑎𝑥  Ở đưa hai khái niệm mới:  Lực chủ động xe P : P = Pk – P𝜔 = Pk – 0,625Cx S𝑣  Lực chủ động riêng xe: P Pk  Pω Pr =  P – P r G G = kr BỘ MÔN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Vậy lực chủ động riêng yêu cầu xe laø: [Pr] = ( [Pk] - 0,625Cx S[ v ]) G Suy lực chủ động yêu cầu bánh xe là: [Pk] = G( [Pr] + 0,625Cx S[ v ]) G  Lúc công kéo yêu cầu bánh xe là: [Nk] = [Pk] [v]  Công suất hữu ích động xác định: Ne = Nk η Pk v = η  Do xác định công suất yêu cầu động cơ: [ Ne] = [N k ] η BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Từ xác định công suất danh định ( công suất thiết kế ) động [Ned]: [N k ] [Pk ].[v] [N e ] = η.η  η.η [Ned] = η d d d  Ở : 𝑛– Hiệu suất hệ thống truyền lực 𝑛d – Hệ số sử dụng công suất động  3.1.2.2 Tính toán theo độ dốc yêu cầu [i]:  Độ dốc mà xe vượt qua tay số ứng với vận tốc tiêu quan trọng ô tô, nhằm biểu thị tính chất động lực học xe  Khi xác định thông số này, tạm thời không cân nhắc đến khả bám xe với mặt đường, độ dốc lý thuyết có ứng với lực kéo Pk lực chủ độâng riêng xe Pr xác định từ đặc tính động BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Độ dốc xác định trường hợp xe chuyển động ( Pj = 0), không kéo rơmoóc ( Pm =0 ) lên dốc vận tốc xe nhỏ nên coi P = Lúc phương trình cân lực kéo xe là: Pk = Pf + Pi = Gf.cos + Gsin  Với: 1  cos𝛼=  tg α  [i ] tgα sin𝛼 =  tg α tg =[i] – Độ dốc yêu cầu  [i]  [i ] BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Nếu  nhỏ, coi cos  1, sin  tg  i, lúc ta có : Pk = Gf + Gi  Thay (3.9) vaø (3.10) vaøo (3.8), ta nhận lực chủ động yêu cầu bánh xe là: [Pk] =   f  [i]  f [i]       G G   [i ]  [i ]    [i ]       Nếu  nhỏ : [Pk] = G( f + [i] )  Coâng suất kéo yêu cầu bánh xe [Nk] = [Pk] [v]  Công suất yêu cầu động là: [Ne]= [N k ] η BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Trong trường hợp , công suất danh định động [Ned]: [Pk ].[v] [N e ] [N k ]  [Ned]= = η.ηd η.ηd ηd  3.1.2.3 Tính toán theo gia tốc yêu cầu [j]: ª Chúng ta xét ô tô có khối lượng m, diện tích cản gió diện S, hệ số cản không khí Cx , chuyển động đường với góc dốc , hệ số cản lăn f, ô tô chịu tác dụng lực kéo bánh xe chủ động Pk ª Khi giải toán này, ta sử dụng phương trình cân lực kéo, lực cản quán tính tính thông qua gia tốc yêu cầu [j] BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Như chọn tỷ số truyền số hộp số thỏa mãn theo biểu thức (3.30), cần phải kiểm tra chúng theo điều kiện bám phải thỏa mãn biểu thức (3.32)  Nếu điều kiện (3.32) không thỏa mãn phải tính lại trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, nghóa phải thiết kế lại bố trí chung ôtô  Sau chọn tỷ số truyền số hộp số, tiếp tục chọn hệ thống tỷ số truyền hộp số BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  3.3.2 Xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số :  3.3.2.1 Phân phối tỉ số truyền theo cấp số nhân : Hình 3.1:Đồ thị sang số ôtô có hộp số cấp bố trí theo cấp số nhân BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Dựa sở sử dụng công suất trung bình động làm việc chế độ toàn tải không thay đổi trình gia tốc ô tô  Ở tất số truyền khoảng biến thiên số vòng quay động từ ne’ → ne’’ không đổi  Giả thiết: Khi chuyển số ô tô không bị ngắt dòng công suất, không bị mát vận tốc xem thời gian chuyển số không hay vận tốc cuối số thấp vận tốc số cao tiếp theo, tức laø : v’’1 = v’2 ; v”2 = v’3 … v’’n-1 = v’n  Vận tốc cuối xe số truyền khác tính : ; BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ 2π rb n 'e' Số thứ (n -1) v”n-1 = 60i i h(n 1)i pc  Toác độ gia tốc số truyền khác tính : Số thứ n v’n = 2π rb n 'e 60i i hn i pc Kết hợp biểu thức ta có : n 'e' n 'e  i h1 i h2 n 'e' n 'e  i h2 i h3 n 'e' i h(n -1) n 'e  i hn BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Vậy ta coù : i h(n-1) n 'e' i h1 i h2     ' q i h2 i h3 i hn ne  Với : v’,v’’– Vận tốc ô tô tương ứng với số vòng quay n’e, n’’e n – Số lượng số truyền hộp số q – Công bội cấp số nhân  Từ biểu thức ta thấy tỷ số truyền hộp số xếp theo cấp số nhân với công bội laø q : i h2 i h(n-1) i h1 i h2  ; i h3  ; ; i hn  q q q BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Hay : i h1 i1 i h3  ; ; i hn  (n -1) q q  q  (n -1 ) i h1 i hn  Để xác định công bội q ta cần biết tỉ số truyền ih1, số lượng số truyền n tỉ số truyền số cuối ihn Thông thường người ta chọn ihn = (số truyền thẳng) Do q tính sau : q n 1 i h1  Vậy tỉ số truyền tay số trung gian: i h2  n 1 n -2 h1 i i h3  n 1 n -3 h1 i i hk  n 1 n -k h1 i BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Trong k số thứ tự số truyền  Với hộp số có số truyền tăng ih.n < số truyền trước ih (n-1)=1 Lúc công thức tổng quát để xác định tỷ số truyền lại : q  n 2 i h1 Công bội q cấp số : Tỷ số truyền thứ k : i hk  n 2 i nh1-(k 1)  Qua biểu thức ta có nhận xét :  + Ôtô thông thường hay sử dụng số cao hộp số, khu vực số lượng số truyền so với số lượng số truyền có số thấp, nhược điểm chọn hệ thống tỷ số truyền cho số trung gian theo cấp số nhân BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  + Đối với hộp số có cấp số lượng số truyền bị hạn chế trình bày chọn số lượng số truyền hộp số, hạn chế khả tăng vận tốc trung bình ôtô hệ số sử dụng tải trọng động 3.3.2.2 Phân phối tỉ số truyền theo cấp số điều hoà:  Nhằm mục đích khắc phục nhược điểm hệ thống tỷ số truyền chọn theo cấp số nhân khu vực số cao số lượng số truyền ít, người ta chọn hệ thống tỷ số truyền cho khoảng tốc độ số truyền (hình 3.2), nghóa : v2 – v1 = v3 – v2 = … = – vn-1 = const BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ Hình 3.2: Đồ thị sang số ôtô tỉ số truyền bố trí theo cấp số điều hòa BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Tương ứng với vận tốc số truyền khác số vòng quay n’’e động (hình 3.2), ta có : 2π rb n 'e' 2π rb n 'e' '' v  ; v2  60i 0i h1i pc 60i 0i h2i pc '' ……………………………………… v 'n' 1  Như ta coù: '' π rb n 'e' π r n b e  ; v 'n'  60i 0i h(n1)i pc 60i 0i hni pc 1 1 1 -  -   a i h2 i h1 i h3 i h2 i hn i h(n-1)  Với : a – Hằng số điều hoà n – Số lượng số truyền hộp số BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Từ công thức (3.40), ta xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số biết tỷ số truyền số ih1 số điều hòa a i h1 -  a  i h2  i h2 i h1  a.i h1 i h1 1 -  a  i h3  i h3 i h2  2a.i h1 .= - i hn i h(n-1)  a  i hn  i h1  (n  1).a.i h1 BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Nếu số truyền cuối hộp số số truyền thẳng ih.n = ta có : 1  a  1a i hn i h(n -1) i h (n -1) Vaø 1 i h1  (n  1).a.i h1 i h1 - a  Vậy : (n  1).i h1  Hằng số điều hòa a phụ thuộc vào tỷ số truyền số ih1 hộp số số lượng số truyền chúng Khi xác định số điều hòa a, ta xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số kết hợp biểu thức (3.41) (3.42), ta có : BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ (n - 1).i h1 i h2  (n - 2)  i h1 (n - 1).i h1 i h3  (n - 3)  2i h1 .= i h(n-1) (n - 1).i h1   (n - 2)i h1  Và tỷ số truyền số thứ k hộp số : i hk (n - 1).i h1  (n - k)  (k - 1)i h1 BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ Đồ thị chuyển số ôtô tỷ số truyền hộp số phân bố theo cấp số điều hòa biểu thị (hình 3.2) Khác với cấp số nhân, cấp số điều hòa, chuyển từ số sang số khác số vòng quay nhỏ động trị số cố định, mà số truyền cao số vòng quay nhỏ lớn : n’en > > n’e2 > n’e1  Do số truyền cao, động làm việc gần trị số công suất lớn thời gian tăng tốc ngắn Đó ưu điểm có cấp số điều hòa  3.3.2.3 Xác định tỷ số truyền số lùi : ª Khi xe chạy lùi, vận tốc xe phải nhỏ để đảm bảo an toàn, nên người ta thường chọn tỉ số truyền số lùi sau: i1 = (1,2  1,3)ih1 BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  3.4 LỰA CHỌN TỶ SỐ TRUYỀN CỦA TRUYỀN LỰC CHÍNH :  Tỷ số truyền truyền lực tính theo công thức: π.rb n emax io = 30i hn i pc v max Với :ihn – Tỉ số truyền hộp số tay số cao nhất, hộp số có số truyền thẳng ta lấy ihn = , hộp số có số truyền tăng (ihn