1 ĐỒ ÁN LÍ THUYẾT Ô TÔ GVHD MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN 5 1 Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong 5 2 Đồ thị cân bằng lực kéo 5 3 Đồ thị nhân tố động lực học 5 4 Đồ thị cân bằ.
GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN
Đồ thị cân bằng lực kéo
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị nhân tố động lực học
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị cân bằng công suất
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị gia tốc
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị gia tốc ngược của ô tô
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị xác định thời gian tăng tốc của ô tô
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc ô tô
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô
+ Nêu ứng dụng của đồ thị
Mục tiêu nghiên cứu: Nhằm hiểu biết, tìm hiểu một cách khoa học về thông số kỹ thuật ô tô để từ đó vận dụng vào tính toán đồ án môn học lý thuyết ô tô, trong bảo dưỡng, khai thác, chẩn đoán kĩ thuật để nâng cao hiệu quả động của ô tô.
Bảng thông số cơ bản của xe ô tô ZIL 117
Số liệu đồ án Đại lượng Giá trị Đơn vị
Khối lượng không tải (G0) 2880 kg
Khối lượng toàn tải (Ga) 3255 kg
Công suất Nemax 300"3,7 kW HP
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong
1.1 Khái niệm Đường đặc tính ngoài của động cơ là những đường biểu thị mối quan hệ giữa công suất có ích (Ne), mô men xoắn có ích (Me), tiêu hao nhiên liệu trọng một giờ ( G t ), công suất tiêu hao nhiên liệu riêng ( g e ) theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ ( w e ¿, khi bướm ga ( đối với động cơ xăng) mở hoàn toàn hoặc thanh răng ( đối với động cơ điezel) của bơm ga cao áp ở vị trí cung cấp nhiên liệu lớn nhất.
+ a, b, c: hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại động cơ.
-Đối với động cơ xăng: a=b=c=1
- Đối với động cơ diesel 2 kì: a=0,87; b=1,13; c=1
- Đối với động cơ diesel 4 kì có buồng cháy trực tiếp: a= 0,5; b=1,5; c=1
- Đối với động cơ diesel 4 kì có buồng cháy dự bị: a=0,6; b=1,4; c=1
- Đối với động cơ diesel 4 kì có buồng cháy xoáy lốc: a=0,7; b=1,3; c=1
+ Nemax : công suất hữu ích cực đại
+ nN : số vòng quay của trục khuỷu động cơ ứng với công suất lớn nhất
+ Ne : giá trị công suất hữu ích của động cơ ứng với số vòng quay của trục khuỷu ne Những giá trị ne được xác định nhờ công thức trên (ne có thể lấy bất kỳ từ nemin đến nemax). Đối với xe ZIL 117 là loại động cơ xăng
Vậy ta chọn hệ số thực nghiệm: a = 1; b = 1; c = 1 v=2.π n e r b
+ rb - bán kính làm việc trung bình của bánh xe (m) r b =λ r o (m)
+ ro - bán kính thiết kế của bánh xe
+ λ - hệ số biến dạng của lốp Đối với lốp có áp suất thấp: λ = 0,930÷0,935 Đối với lốp có áp suất cao: λ = 0,945÷0,950
Chọn lốp áp suất thấp : λ = 0,93 r o =¿( 8,9+ 152 ) × 25,4 A6,56 (mm)
→ r b =λ r o =0,93.416,5687,4(mm)=0,39(m) it - tỉ số truyền lực của hệ thống truyền lực it = i0 ihn ipc
+ i0 : tỉ số truyền lực chính
+ ihn : tỉ số truyền của hộp số ở số truyền cao nhất
+ ipc : tỉ số truyền ở hộp của hộp số phụ hay hộp số phân phối ở số cao
Có các giá trị Ne và n e có thể tính được các giá trị mômen xoắn Me của động cơ theo công thức:
1,047.n e (N m) Trong đó : Me - Mô men xoắn của động cơ
Ta có : Nemax = 300 ( HP ) = 223,7 ( kw ) v max = 200 ( Km/h ) = 55,56 ( m/s ) n emax =V max 60.i t
Kết quả tính toán và đồ thị ne (v/p) Ne (kW) Me (N.m)
Hình 1.3: Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
1.4 Ứng dụng của đồ thị
Dựa vào đồ thị ta có thể biết được :
- Công suất lớn nhất của xe
- Mô men xoắn lớn nhất của xe
- Vận tốc lớn nhất của xe
Đồ thị cân bằng lực kéo
Phương trình cân bằng lực kéo: Pk =Pf ± Pi ± Pj + Pω
+ Pk - lực kéo tiếp tuyến phát ra ở bánh xe chủ động
+ Pj - lực cản quán tính
Phương trình lục kéo của ôtô có thể biểu diễn bằng đồ thị Chúng ta xây dựng quan hệ giữa lực kéo phát ra tại bánh xe chủ động Pk và các lực chuyển động phụ thuộc vào vân tốc chuyển động của ôtô v, nghĩa là: P = f(v).
+ Pk : Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ đ ng ộng
+ Mk : Mômen xoắn ở bánh xe chủ đ ng ộng
+ rb : Bán kính làm vi c của bánh xe chủ đ ng ệc của bánh xe chủ động ộng
+ ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lựct : Hi u suất của h thống truyền lực ệc của bánh xe chủ động ệc của bánh xe chủ động
Chọn ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lựct = 0,93 (bảng I-2 trong giáo trình Lý thuyết ô tô)
+ K - Hệ số cản không khí
Chọn K = 0,2 (bảng I-4 trong giáo trình Lý thuyết ô tô)
+ F- Diện tích cản chính diện của ô tô (m 2 ) Đối với xe ô tô du lịch: F = 0,8.B0.H Ở đây: B0: Chiều rộng lớn nhất của ô tô (m)
H: Chiều cao lớn nhất của ô tô (m)
Xét ô tô chuyển động đều trên đường nằm ngang, tức là j=0, a=0 Phương trình cân bằng lực kéo được biểu thị như sau:
Xét trường hợp xe đi trên đường nhựa tốt, ta có các lực cản và tổng cản :
+ Chọn hệ số cản lăn f 0=0,015 với v < 22 m/s + Với vận tốc v ≥ 22 m/s f=f 0 ( 1+1500 v 2 ) =0,015 ( 1+ 55,561500 2 ) =0,05
Trong đó: + f 0 - Là hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe
+ v - Tốc độ chuyển động của ô tô tính theo m/s
- Lực cản tổng cộng của mặt đường :
Trong đó : m - Hệ số phân bố tải trọng với xe 4x2 lấy m = 0,75
G φ - Trọng lượng của ôtô phân bố lên cầu chủ động
Lấy hệ số bám trên đường nhựa khô và sạch φ = 0,7
2.3 Bảng thông số tính toán và đồ thị ne (v/p) Ne (kW)
6 3337.62 v Pf P𝜑 Pf+Pw=Pc Pw
Pk1 Pk2 Pk3 P𝜑 Pf+Pw=Pc Pf
Hình 2.3: Đồ thị cân bằng lực kéo
- Sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô có thể xác định được các chỉ tiêu động lực học của ô tô khi chuyển động ổn định.
- Xác định lực cản ( hay hệ số cản lăn ứng với vận tốc chuyển động của ô tô ứng với mỗi vận tốc của ô tô ta có một hệ số cản lăn khác nhau ).
III Đồ thị nhân tố động lực học
Nhân tố động lực học của ô tô là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến Pk trừ đi lực cản không khí Pw và chia cho trọng lượng toàn bộ của ô tô G , tỷ số này ký hiệu là D.
Nhân tố động lực học :
+ G- trọng lượng toàn tải của ô tô ; G = 3255 (kg)
+ Pk - Lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động
- Đồ thị tia nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi
- Những đường đặc tính động lực học của ô tô lập ra ở góc phần tư bên phải của đồ thị tương ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy, còn góc phần tư bên trái của đồ thị, ta vạch từ gốc toạ độ nhưng tia làm với trục hoành các góc α khác nhau mà : tgα = D/ Dx = Gx/G ; Dx=2,5D
Như vậy mỗi tia ứng với một tải trọng Gx nào đó tính ra phần trăm so với tải trọng đầy của ô tô.
Trong trường hợp Gx = G thì tgα = 1, lúc này tia làm với trục hoành một góc α 45 0 , các tia có α > 45 0 ứng với Gx > G (khu vực quá tải), các tia có α < 45 0 ứng với Gx < G (khu vực chưa quá tải).
Hình 3.3: Đồ thị nhân tố động lực học
3.4 Ứng dụng của đồ thị
Xác định nhân tố động lực học của ô tô
- Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô v max , giá trị này có đước khi ô tô chuyển động ở số truyền cao nhất của hộp số và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải.
- Trị số D phụ thuộc vào các thông số kết cấu của ô tô mà ở đồ thị lức kéo không biểu thị được để xác định cho mỗi ô tô cụ thể.
- Khi ô tô chuyển động ở số thấp ( có P k lớn hơn P w nhỏ ) sẽ có nhân tố động lực học lớn hơn ở số cao ( có P k nhỏ hơn nhưng P w lại lớn ).
- Dùng đồ thị để giải các bài toán về động lực học của ô tô.
IV Đồ thị cân bằng công suất
Ta có thể biểu diễn các giá trị đã tính toán được của phương trình cân bằng công suất của ô tô trên đồ thị có tọa độ N-v
Trong đó: + Nk - Công suất phát ra tại bánh xe chủ động (w)
+ Nf - công suất tiêu hao cho cản lăn của các bánh xe (w)
+ f - Hệ số cản lăn của mặt đường
+ G - trọng lượng toàn tải của ô tô ; G = 1500 (kg)
+ - Công suất tiêu hao lực cản không khí (w)
+ W - Nhân tố cản của không khí (Ns 2 /m 2 )
+ K - Hệ số cản không khí (Ns 2 /m 4 ) Đối với loại xe du lịch vỏ kín, chọn K = 0,35
+ F - Diện tích cản chính diện của ô tô (m 2 )
4.3 Bảng số liệu tính toán và đồ thị v1 Ne1 Nk1 v2 Ne2 Nk2 v3 Ne3 Nk3
Nk1 Ne1 Nk2 Ne2 Nk3 Ne3 Nf Nf+Nw
Hình 4.3: Đồ thị cân bằng công suất
- Dùng để xác định trị số các thành phần của công suất cản ở các tay số khác nhau với các số truyền khác nhau, xác định công suất dự trữ ở các tốc độ khác nhau, ở các số truyền khác nhau.
- Dựa vào công suất dự trữ kết hợp với các đồ thị cân bằng lực kéo, đồ thị nhân tố động lực học, đồ thị tăng tốc của ô tô Để giải quyết bài toán về động lực học và động lực học của ô tô như tìm khả năng tăng tốc, leo dốc của ô tô, tìm tốc độ lớn nhất của ô tô trên mỗi loại đường, tìm được số truyền hợp lý.
Đồ thị gia tốc
Trong quá trình chuyển động của ô tô thì thời gian chuyển động đều chỉ chiếm một phần rất nhỏ qua thống kê thời gian chuyển động đều chỉ chiếm khoảng 15% thời gian chuyển động có gia tốc chiếm khoảng (30 45%) thời gian lăn trơn và phanh chiếm (30 40%) tổng thời gian chuyển động của ô tô.
+ D - Nhân tố động lực học của ô tô
+ J - Trị số của gia tốc
+ ψ - Hệ số cản tổng cộng của mặt đường
( vì chỉ xét xe chuyển động trên đường nằm ngang ⇒ ψ = f = 0,05 )
+ δ i – hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng vận động quay:
+ Hệ số δ i có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau : δ i =1,05+0,05.i hi 2 δ i =1,05+0,05 2.02 2 =1,25 δ i =1,05+0,05 1.42 2 =1,15 δ i =1,05+0,05 1 2 =1,1
5.2 Bảng số liệu và đồ thị v1 J1 v2 J2 v3 J3
Hình 5.3: Đồ thị gia tốc
- Dùng đồ thị để xác định gia tốc của ô tô ở một tốc độ nào đó ở tỉ số truyền đã cho.
- Dùng để xác định thời điểm sang số hợp lý ( thời điểm đổi tay số truyền khi tăng tốc) để đảm bảo độ giảm tốc độ là nhỏ nhất và thời gian đổi số truyền là ngắn nhất và đạt tốc độ cao nhất, nhanh nhất ở các số truyền sau ( b,c,d).
- Dùng đồ thị này để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô.
Đồ thị gia tốc ngược
Thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô là những thông số quan trọng để đánh giá chất lượng động lực học của ôtô Ta sử dụng đồ thị gia tốc của ôtô để xác định thời gian tăng tốc của ôtô.
- Từ biểu thức: J= dv dt ⇒ dt= 1 J dv
- Thời gian tăng tốc của ô tô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 sẽ là: t i =∫ v 1 v 2
Trong đó: +) ti là thời gian tăng tốc từ v1 đến v2
+) ti = Fi với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị
J=f(v); v=v 1 , v=v 2 là trục hoành của đồ thị của gia tốc ngược.
Từ đồ thị J= f(v), dựng đồ thị 1 J =f ( v )
Lập bảng tính giá trị 1 J theo v
6.3 Bảng giá trị sau tính toán và đồ thị v1 1/J1 v2 1/J2 v3 1/J3
Hình 6.3: Đồ thị gia tốc ngược
- Dùng để xác định: + Quãng đường tăng tốc.
Đồ thị xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô
7.1 Đồ thị xác định thời gian tăng tốc
Thời gian và quãng đường tăng tốc là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất động lực học của ô tô máy kéo.
Hai chỉ tiêu trên có thể được xác định dựa trên đồ thị gia tốc j = f(v) của ô tô máy kéo.
Từ biểu thức: J= dv dt ⇒ dt= 1 J dv
- Thời gian tăng tốc của ô tô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 sẽ là: t=∫ v 1 v 2
Trong đó: +) t là thời gian tăng tốc từ v1 đến v2
+) t = F với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị
J =f(v); v = v1; v = v2 là trục hoành của đồ thị của gia tốc ngược.
Thời gian tăng tốc toàn bộ t i =∑ i=1 n
Vì tích phân này không giải được bằng phương pháp giải tích do đó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc và vận tốc chuyển động v của chúng Nhưng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa vào đồ thị của ô tô j = f(v) Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc theo phương pháp tích phân bằng đồ thị, ta cần xây dựng đường cong gia tốc nghịch 1/j = f(v) cho từng số truyền cao nhất của hộp số Phần diện tích được giới hạn bởi đường cong 1/j, trục hoành và hai đoạn tung độ tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu thị thời gian tăng tốc của ô tô Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta được thời gian tăng tốc từ vận tốc v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t = f(v) Giả sử ô tô tăng tốc từ tốc độ v1 đến v2 như đồ thị thì ô tô thì cần có 1 khoảng thời gian xác định bằng S abcd
7.1.3 Bảng kết quả sau tính toán và đồ thị
Hình 7.1.2: Đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô
7.1.4 Ứng dụng đồ thị: +Xác định thời gian tăng tốc của ô tô.
+ Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô
7.2 Đồ thị xác định quãng đường tăng tốc của ô tô
7.2.1 Khái niệm Đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô là đồ thị biểu hiện quãng đường ô tô đi được sau khoảng thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ô tô.
Từ biểu thức v = dS/dt => dS = vdt
Quãng đường tăng tốc của ô tô S từ vận tốc v1 đến v2 sẽ là:
Vì tích phân này không giải được bằng phương pháp giải tích do đó không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc và vận tốc chuyển động v của chúng Nhưng tích phân này có thể giải bằng đồ thị dựa vào đồ thị của ô tô j = f(v).
Giống như cách tính thời gian tăng tốc chúng ta cũng có thể tính được quãng đường thông qua diện tích : S abcd
7.2.3 Bảng thông số sau tính toán và đồ thị v 1/J s
Hình 7.2.3: Đồ thị quãng đường tăng tốc của ôtô
7.2.4 Ứng dụng đồ thị : Xác định quãng đường sau khi ô tô tăng tốc.
7.3 Đồ thị quãng đường và thời gian tăng tốc của ôtô
Trong thực tế có sự ảnh hưởng của thời gian chuyển số giữa các số truyền đến quá trình tăng tốc.
Tốc độ giảm vận tốc chuyển động khi sang số:
Quãng đường xe chạy được trong thời gian chuyển số được tính:
+ tc - thời gian chuyển số: Đối với ô tô có động cơ xăng: tc = (0,5 ÷1,5) s Đối với ô tô có động cơ Diesel: tc = (1,0 ÷ 4) s
+ ψ - hệ số cản tổng cộng của đường (ψ = f).
7.3.2.Bảng số liệu : chuyển số δii Δt t (m/s) Δt v (m/s) Δt s (m)
7.3.3 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô có kể đến sự giảm tốc độ khi chuyển số
7.3.4.Ứng dụng đồ thị : chính xác , mặc dù có kể cả sự giảm vận tốc khi chuyển số Vì vậy nó chỉ có giá trị trong phạm vi lý thuyết ô tô, còn trong thực tế người ta phải kiểm nghiệm lại bằng các thí nghiệm với ô tô chuyển động trên đường.