Tiểu luận lý thuyết ôtô đề 1 đặc tính động cơ đặt trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU Khoa Công nghệ kỹ thuật - Nông nghiệp công nghệ cao Ngành: Công nghệ kỹ thuật khí BÀI TIỂU LUẬN LÝ THUYẾT ƠTƠ Đề Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Đông Lớp: DH18CO Sinh viên thực hiện: Nguyễn Vũ Cường MSSV: 18033119 Vũng Tàu, tháng 07/2021 CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐẶT TRÊN Ơ TƠ 1.1 Đặc tính cơng suất động đốt  Đặc tính cơng suất: Pe = Me ωe (W, Nm, Rad/s) Pe: Công suất động (W) ωe: Tốc độ góc động (Rad/s) Me: Mô men xoắn động Me =f (ωe), Pe = f (ωe)  Hệ số đàn hồi động theo momen Km = M emax p Me M emax : Mômen xoắn cực đại động M ep :Hệ số thích ứng động theo mômen  Hệ số đàn hồi theo tốc độ m Kn = ωe p ωe Ở chế độ danh định biết Km M emax = Km M ep = K m P emax ωep Các giá trị Pe ne tính giá trị momen xoắn Me động theo công thức sau: 10 Pe Me = 1,047 ne Pe – Công suất động cơ(kW) Me – Momen xoắn động cơ(N.m) ne – Số vòng quay trục khuỷu(v/p) 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiêu liệu hiệu suất động Tính kinh tế động làm việc đánh giá qua thông số sau + Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo khối lượng, kí hiệu Q + Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo thể tích, kí hiệu Qv Q = Qv  Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3) Q – Có đơn vị là: kg/s, g/s, kg/h Qv – Có đơn vị là: m3/s, cm3/s, dm3/s + Tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng q(kg/J, g/MJ, g/KWh) Q q= P e Chuyển đổi đơn vị: 1g/MJ = 3,6g/KWh = 2,65g/m.l.h + Hiệu suất động đánh giá thơng qua q trình biến đổi hóa thành Hiệu suất biến đổi hóa thành xác định: Pe Pe  P = H Q = H q n h n Ph – Hóa động tính mơt đơn vị thời gian Hn – Năng lượng riêng theo khối lượng nhiên liệu, đơn vị J/kg hay MJ/kg Đối với đơn vị thực tế hay dùng ta có: 1000 = H q n 3600 = H q n với Hn (MJ/kg), q (g/MJ) với Hn (MJ/kg), q (g/KWh) 1.2 Đặc tính lý tưởng động dùng ô tô khuynh hướng sử dụng động điện - Đặc tính lý tưởng động dùng ô tô Ở tốc độ ωemax động cơ, ô tô đạt tốc độ cực đại theo yêu cầu, giá trị Mmax ô tô đạt độ dốc cực đại hay gia tốc chuyển động cực đại Tuy nhiên, ô tô đạt lúc leo độ dốc cực đại với vận tốc cực đại (ứng với cơng st P’max đó) Cơng suất cực đại thực tế chọn chế độ (Mmax,ω me max) chế độ (Mvmax, ω emax) khoảng chế độ cơng suất Pmax phải trì khơng đổi Các động dùng tơ khơng có đặc tính lý tưởng vậy, xe ln phải có hệ thống truyền lực với nhiều cấp số thay đổi - Khuynh hướng sử dụng động điện Ngày nay, động điện dùng nhiều tơ, có nhiều loại động điện khác Trên ô tô thường dùng động điện kích từ nối tiếp, kích từ song song kích từ hỗn hợp Ưu điểm: Dễ dàng thay đổi chiều quay (chiều chuyển động ô tô) thay đổi dòng lượng, nghĩa dễ dàng tiến hành phanh động biến động thành máy nạp lượng trả lại cho nguồn Đặc biệt động điện hồn tồn khơng gây nhiễm môi trường Nhược điểm: Các động điện chiều đảo mạch (cổ góp điện) khơng cho phéo làm việc số vòng quay cao (để hạn chế lực ly tâm tác dụng lên phiến đồng cổ góp) Tần số góc loại động bị hạn chế mức 50 đến 100Hz CHƯƠNG II: CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA ÔTÔ a Sự truyền lượng ôtô Sự truyền biến đổi lượng hệ thống truyền lực: Ne = Me Ꞷe Nk =Mk Ꞷb Tỉ số truyền động học Ꞷe ne it = v = Ꞷ = n b b Tỉ số truyền it: it = ih ip io ic Tỉ số truyền mô men: Mk ӕ= M e Hiệu suất truyền động Nk M k Ꞷb ӕ η= N = M Ꞷ =ӕ.v= i t e e e Hoặc tính sau: η = ηl ηh ηp ηcđ ηo ηc b Sự biến đổi lượng hệ thống truyền động Mk = Me it η Mk Pk = r = b M e it η M e ih i p io i c η = rb rb v = rl Ꞷb c Sự tổn hao lượng truyền lượng xe Nγ = Ne – Nk Nγ Mγ = Ꞷ ; e Nγ γ= N = e Nγ N e −N k Nk = =1–η Ne Ne η=1-γ Mγ γ= N = M e e Cơ học lăn bánh xe a Các loại bán kính bánh xe + Bán kính thiết kế (bán kính định danh) ro d ro = (B + )25,4 + Bán kính tự r: + Bán kính tĩnh rt: + Bán kính lăn rl: v rl = Ꞷ b + Bán kính tính tốn (bán kính làm việc trung bình) rb: rb = λ.ro b Động lực lăn bánh xe không biến dạng  Các khái niệm + Vận tốc chuyển động lý thuyết vo vo = S l π rb N b = = Ꞷ b.rb t t + Vận tốc chuyể động thực tế v= S t π rl N b = = Ꞷ b.rl t t + Vận tốc trượt vб: vб = v – vo = Ꞷ b.rl - Ꞷ b.rb + Hệ số trượt độ trượt kéo vδ v rl δk = - v = δ =1 - r v o b  Mức độ trượt bánh xe đánh giá thông qua độ trượt λk: λk = δk 100% + Hệ số trượt độ trượt phanh δp = - rl vδ v −v v = o = o -1= r –1 v v v b λp = δp 100% c Các quan hệ động học bánh xe lăn + Bánh xe lăn không trượt v = vo = Ꞷ b.rb + Tâm vận tốc tức thời nằm vòng bánh xe nên: rl = rb + Trạng thái có bánh xe chủ động với Mp = lúc v δ : lăn không trượt + Bánh xe trượt quay v = vo + v δ = Ꞷ b.rb + v δ = Ꞷ b.rl v δ = v – vo < + Ta có hệ số trượt kéo: vδ δk = - v = o rl v o −v =1- r v b Do v δ < nên δk > Ở trạng thái bánh xe trượt hoàn toàn (bánh xe chủ động quay, xe đứng yên) ta có: v = 0; Ꞷ b > => v = Ꞷ b.rl =0 => rl = v δ = v – v o = – v o = - vo Thay vào hệ số trượt ta được: δk = (trượt quay hoàn toàn) + Bánh xe lăn có trượt lết Ta có quan hệ sau: v = vo + v δ = Ꞷ b.rb + v δ = Ꞷ b.rl Do đó: v δ = v – vo = Ꞷ b.rl - Ꞷ b.rb > Theo hệ số trượt phanh ta tính được: δp = - rb vδ v −v = o = r –1 v v l Do v δ > nên δp < Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng không quay, xe bánh xe chuyển động tịnh tiến) ta có: v V ≠ 0; Ꞷ b = => r1 = Ꞷ ⸺> ∞ b Vo = Ꞷ brb = => v δ = v – vo = v Thay vào hệ số trượt phanh ta có: δp = - (trượt lết hoàn toàn) a Động lực học chuyển động bánh xe Bánh xe bị động không bị phanh (Mk = 0; Mp = 0) Ta có: X = Px; Z =Gb; X = P f; Pf = f.Z + Phương trình cân tâm bánh xe: Z.a = Pf rđ = f.Z.rđ = Mf + Ta rút quan hệ: a P tgα = r = f = f Z đ b Bánh xe chủ động đanh có lực kéo Ta có Mk = Pkrđ + Cân lực kéo theo chiều thẳng đứng: Z = Gb + Lực kéo tiếp tuyến: Mk Pk = r đ + Lực đẩy tổng cộng vào khung xe: Px = P k – Pf = X Khi kéo X chiều chuyển động CHƯƠNG III: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA ÔTÔ Các tiêu kinh tế nhiên liệu ơtơ Tính kinh tế chung tô đánh giá giá thành theo đơn vị số lượng quảng đường vận chuyển: – km số hành khách – km Tính kinh tế nhiên liệu ô tô đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu quảng đường 100km mức tiêu hao nhiên liệu cho – km Đối với ô tô khách tính theo mức tiêu hao nhiên liệu hành khách – km 100k Mức tiêu hao nhiên liệu cho đơn vị quảng đường chạy q d ô tô xác định theo biểu thức: 100Q qd = S ¿ l ( 100 km ) Trong đó: Q – Lượng tiêu hao nhiên liệu (l) S* - Quảng đường chạy ô tô (km) Mức tiêu hao nhiên liệu cho đơn vị hàng hóa: Q ρn qc = G S t t kg ( t km ) Trong đó: Gt – Khối lượng hàng hóa chuyên chở (t) St – Quảng đường chun chở tơ có hàng hóa (km) ρn – Tỷ trọng nhiên liệu (kg/l) Phương trình tiêu hao nhiên liệu tơ Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian: GT = Q ρn t (kg/h) Trong đó: t – Thời gian làm việc động (h) Để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu động cơ, ta dùng suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge : GT Q ρn Ge = P = P t e e kg ( kW h ) Pe – Cơng suất có ích động (kW) Ta rút công thức: qd = 100 g e Pe t 100 g e Pe = (1/100km) ¿ S ρn vρn ¿ S v - t vận tốc chuyển động ô tô (km/h) Phương trình cân cơng suất: Pe = ( F ¿ ¿ ψ + F ω ± F j )v ¿ 1000η (kW) F ψ ; Fω ; F j – Là lực cản chuyển động (N) v – Vận tốc chuyển động tơ (m/s) Cơng thức tính mức tiêu hao nhiên liệu: qd = 0,36 g e (F ψ + F ω ± F j ) ρn η (1/100km) Khi ô tô chuyển động ổn định Fj = 0, mức tiêu hao nhiên liệu là: Qd = 0,36 ge (F ¿ ¿ ψ + F ω ) ¿ ρn η (1/100km) Ta rút nhận xét sau: Mức tiêu hao nhiên liệu đơn vị quảng đường chạy giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm, nghĩa động có kết cấu q trình làm việc hồn thiện giảm mức tiêu hao nhiên liệu ô tô đơn vị quảng đường chạy Tình trạng làm việc hệ thống truyền lực khơng tốt làm giảm hiệu suất truyền lực làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu đơn vị quảng đường chạy Khi lực cản chuyển động tăng lên mức tiêu hao nhiên liệu tăng Trong trình tơ tăng tốc mức tiêu hao nhiên liệu tăng định Đặc tính tiêu hao nhiên liệu ô tô chuyển động ổn Căng vào phương trình cân cơng suất tơ chuyển động ổn định, ta có: Pe = Fψ +Fω η Lập đường cong công suất phát động P e = f(v), xây dựng phía đường cong biểu thị cơng suất tiêu hao cho lực cản khơng khí ma sát hệ thống truyền lực: Fω Wv = f(v) = η η Sau lập đường cong biểu diễn công suất cản mặt đường hệ số cản khác Fψ = f(v) có kể đến công suất tiêu hao ma sát hệ thống truyền lực: η Fψ ψGv = η η Mức độ sử dụng công suất động Yp theo tỉ số: a+ c Yp = a+b Nếu Yp theo phần trăm ta có: a+ c Yp % = a+b 100% Số vòng quay trục khuỷu động cơ: 60 vi t Ne = π r b (v/p) Đặc tính tiêu hao nhiên liệu xe chuyển động không ổn định a Lượng tiêu hao nhiên liệu trình tăng tốc ô tô Lượng tiêu hao nhiên liệu q trình tăng tốc tơ: Qj = At g etb 36.105 Qj – Lượng tiêu hao nhiên liệu q trình tăng tốc tơ getb – Suất tiêu hao nhiên liệu có ích trung bình động khoảng vận tốc v1 – v2 (kg/kWh) At – Tổng số công tiêu tốn trình tăng tốc tơ có kể đến tổn thất lượng cho lực cản hệ thống truyền lực: At = Ac + Ad ηt Ac – Công suất tiêu tốn để khắc phục lực cản ô tô tăng tốc Ac = (Fψ + Fω )Sj Sj – Quảng đường ô tô chuyển động tăng tốc (m) Fω – Lực cản khơng khí Fω = W v 2tb vtb – Vận tốc trung bình ô tô v +v 2 vtb ≈ Fψ - Lực cản tổng cộng đường Fψ = ψG Ad – Công suất cần thiết để tăng động ô tô chuyển động tăng tốc (Nm) G 2 2 Ad = g ( v1 −v ¿+ J b (ω b 1−ω b 2) Jb – Tổng mơmen qn tính bánh xe ω 2b ; ω 2b – Vận tốc góc bánh xe ứng với lúc cuối lúc đầu trình tăng tốc (ứng với vận tốc v1 v2 ô tô) b Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu ô tô thời gian chuyển động lăn trơn Lượng tiêu hao nhiên liệu lăn trơn Qlt = Gxx t ¿ 3600 (kg) Thời gian tlt (s) chuyển động lăn trơn xác định theo biểu thức: tlt = v 1−v jtb (s) jtb – Gia tốc chuyển động chậm dần trung bình tơ chuyển động lăn trơn ( m ) S2 jtb = (ψ+ F ψ F xx g )δ G i Fxx – Lực ma sát hệ thống truyền lực động làm việc chế độ không tải thu gọn bánh xe chủ động (N) δi – Hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng quay ô tô chuyển động lăn trơn Thay vào tlt ta có: (v ¿ ¿ 1−v ) Qlt = G xx 3600 j ¿ tb (kg) Tổng lượng tiêu hao nhiên liệu cho chu kì gia tốc - lăn trơn là: Qt = Qj + Qlt Qt = A t getb (kg) (v ¿ ¿ 1−v ) +G xx 3600 j ¿ 36.10 tb (kg) Nếu xác định quảng đường ô tô chuyển động tăng tốc chuyển động lăn trơn, ta tìm mức tiêu hao nhiên liệu đơn vị quảng đường chạy sau: 100 Qt Qst = ( S + S ) ρ ¿ j n ( 100 km ) BÀI TẬP Bài 1: Một tơ tải có khối lượng m = 5000kg chuyển động đường nằm ngang với vận tốc v = 60km/h, tăng tốc với gia tốc chuyển động j = 0,3 m/s2, hệ số cản lăn f = 0,02; diện tích cản diện F = 2,5 m2; hệ số cản khơng khí K = 0,3 Ns2/m4, hệ số ảnh hưởng khối lượng chuyển động quay δi = 1; gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 Lực kéo tiếp tuyến ô tô trường hợp chuyển động? Trong trường hợp ô tô xuống dốc, lực kéo tiếp tuyến ô tô trường hợp chuyển động? Giải: + Lực kéo tiếp tuyến ô tô trường hợp chuyển động: Phương trình cân lực kéo tơ Pk = Pω ± Pj ± Pi + Pf Pf = Gfvcosα = 49033.0,02.16,66 = 16337,8 (Nm/s) Pω = 0,625CxSv3 = 0,625.0,3.1,5.16,663 = 1300,5 (Nm/s) Do tính lực kéo tiếp tuyến ô tô trường hợp chuyển động nên Pi = Pj =0 Thay vào ta được: Pk = Pf + Pω = 16337,8 + 1300,5 = 17638,3 (Nm/s) + Trong trường hợp ô tô xuống dốc, lực kéo tiếp tuyến ô tô trường hợp chuyển động: Pi = Gvsinα = 49033.16.66 = 816889.78 (Nm/s) Do tơ xuống dốc nên ta có (-Pi) Pk = Pω +Pf – Pi = 1300,5 + 16337,8 – 816889,78 = -799251,48 (Nm/s) Bài 2: Một ô tô tải có khối lượng m = 2500kg, chiều dài sở l = 2,1m; khối lượng phân bố lên cầu sau ô tô m2 = 1550kg Khoảng cách từ trọng tâm tơ đến cầu sau? Giải: Ta có cơng thức tính tải trọng phân bố cầu sau là: m2 = G.X2 => X2 = m2 1550 = =0,62 G 2500 Vậy khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau là: X2.l = 0,62.2,1 = 1,302m Bài 3: Ô tô lắp động xăng có công suất có ích 85kW ở số vòng quay 2500v/ph, sử dụng hộp số ba cấp có tỉ số truyền sau: ih1=3,11; ih2=1,77; ih3=1; tỉ số truyền của truyền lực chính i0=4,55; bán kính làm việc trung bình của bánh xe là 0,33m; hiệu suất truyền lực 0,93 Mô men xoắn động cơ? Ơ tơ chạy ở tay sớ 2, lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động số vịng quay trục bánh xe chủ đợng? Giải: + Mô men xoắn động cơ: 4 10 Pe 10 85 Me = = = 324,74 (Nm) 1,047 ne 1,047.2500 + Ơ tơ chạy ở tay số 2, lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ đợng số vịng quay trục bánh xe chủ động: Pk = M e i h2 i o η 324,74.1,77.4,55 0,93 = = 7370,37 (N) 0,33 rb Bài 4: Một lốp xe có kí hiệu: 220/80 R 16 90 S, hệ số biến dạng lốp thích ký hiệu bánh xe xác định bán kính làm việc trung bình bánh xe rb Giải + Các ký hiệu bánh xe:  Bề rộng bánh xe: 220  Tỉ số chiều cao với chiều rộng: 80  Tốc độ cho phép: S (180km/h)  Đường kính vành bánh xe: 16 (inch)  Tải trọng cho phép tải: 90 ( 3600kg)  Cấu trúc bố: R + Xác định bán kính làm việc trung bình bánh xe rb  d 16 Bán kính thiết kế bánh xe: ro = B + 25,4 = 220 + 25,4 =423,2mm  Bán kính làm việc trung bình bánh xe: rb = λ ro = 0,93 423,2 = 393,576mm Bài 5: Một ô tô có khối lượng m = 1700kg, đứng yên đường nằm ngang, chiều dài sở ô tô L = 2,5m, khoảng cách từ tâm ô tô đến tâm cầu trước a = 1,4m, gia tốc trọng trường g = 10m/s2 (bỏ qua mô men cản lăn Mf) Tính Z1, Z2 Giải: Ta có: b = L – a = 2,5 – 1,4 = 1,1m Gb Z1 = L = 1700.1,1 = 748kg 2,5 Ga 1700.1,4 Z2 = L = 2,5 = 952kg