đồ án nhóm đề tài tính toán sức kéo ô tô loại ô tô xe bán tải 1 cầu

Để thực hiện được chủ trương đó đòi hỏi đất nước cần phải có đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ, tay nghề cao.Nắm bắt điều đó trường Đại học Duy Tân không ngừng phát triển và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂNKHOA CƠ KHÍBỘ MÔN LÝ THUYẾT Ô TÔ

- -❧ ✪ ❧

ĐỒ ÁN NHÓM Tên đề tài: Tính toán sức kéo ô tô

Loại ô tô: Xe bán tải 1 cầuTải trọng/Số chỗ ngồi: 7 chỗ ngồi Vận tốc chuyển động cực đại: 170 km/h

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: Ψmax = 0.4 Xe tham khảo: Toyota Fortuner 2.4G (4x2)

Lớp: AET 301c

Hệ: Chính quyKhóa: K26Người hướng dẫn: GV Nguyễn Thị Vy Thảo

Sinh viên thực hiện:1) Nguyễn Long Nhật

2) Nguyễn Đức Sâm3) Lê Thái Thanh Tài

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại đất nước đang trên con đường Công nghiệp hóa - Hiên đại hóa, từng bước phát triển đất nước Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật của thế giới ngày một phát triển cao Để hòa chung với sự phát triển đó đất nước ta đã có chủ trương phát triển một số ngành mũi nhọn, trong đó có ngành cơ khí Động Lực Để thực hiện được chủ trương đó đòi hỏi đất nước cần phải có đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật có trình độ, tay nghề cao.

Nắm bắt điều đó trường Đại học Duy Tân không ngừng phát triển và nâng cao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và trình độ cao mà còn đào tạo với số lượng đông đảo

Khi đang là một sinh viên trong trường chúng em được thực hiện một bài tập lớn “Nghiên cứu động lực học tổng quát, tính toán và xây dựng đồ thị cân bằng công xuất , dồ thị cân bằng lực kéo , đồ thị đặc tính động lực học , đồ thị đặc tính tăng tốc” Đây là một điều kiện rất tốt cho chúng em có cơ hội xâu chuỗi kiến thức mà chúng em đã được học tại trường, bước đầu đi sát vào thực tế, làm quen với công viêc tính toán thiết kế ô tô.

Trong quá trình tính toán chúng em đã được sự quan tâm chỉ dẫn, sự

giúp đỡ nhiệt tình của giảng viên hướng dẫn bộ môn Nguyễn Thị Vy

Thảo Tuy vậy nhưng không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót

trong qua trình tính toán.

Để hoàn thành tốt, khắc phục những hạn chế và thiếu sót chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến, sự giúp đỡ của cô và các bạn để sau này ra trường bắt tay vào công việc, quá trình công tác chúng em được hoàn thành công việc một cách tốt nhất.

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.

– Ba hình chiếu xe Toyota Fortuner 2.4G (4x2)

– Các kích thước cơ bản:

1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: 2GD-FTV ,4 xy lanh, thẳng hàng, Common rail – Dung tích công tác: V = 2393 (cc)c

– Công suất tối đa: P = 110(148)/3400max

– nN = 3400 ()

– Mômen xoắn tối đa: M =400 (N.m)max

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 2585 (kG)= 25333 (N)

- Phân bố trọng lượng: xe bán tải trọng tác dụng lên cầu sau (G ) chiếm từ 50% ÷2 60%.

G = G + n.(A + G )0h

- Chọn G = 55%G1

●G1 = 60% 2425 = 815,65 (kG)= 7993,4 (N) ●G2 = (1 – 60%).2425 = 667,35 (kG)= 6540 (N) - Vậy G = 7993,4 (N); G = 6540 (N).12

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:

+ Đường công suất: N = f(n )ee + Đường mômen xoắn : M = f(n )ee

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : g = f(n )ee

- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:

+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman)

(1) → N = (Nee)max (kW) Trong đó :

- Ne max và n – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứngN - N và n : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính ee + Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay n khác nhau :e

●Trị số công suất Nemax ở trên chỉ là phần công suất động cơ dùng để khác phục các lực cản chuyển động Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cần tăng thêm phần công khắc phục các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí … Vì vật phải chọn công suất lớn nhất là :

Nemax = 1,1*Nemax = 1,1*79,82 = 87,802 (N.m)

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực : itl = i i i i0hcp

Trong đó : + i – tỷ số truyền của HTTLtl + i – tỷ số truyền của truyền lực chính0 + i – tỷ số truyền của hộp số h

+ i – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng c + i – tỷ số truyền của hộp số phụp - Thông thường, chọn i = 1; i = 1c p

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính.

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số.

- Ta có:

i0 = 0,105 (CT3-8,tr104) Trong đó: + r = 0,376 (m) bx

+ ne max – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất + v = 180 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtômax

+ i = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp sốhc + i = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chínhpc

●i0 = 0,105 = 4,14

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số.

a Tỷ số truyền của tay số 1.

– Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.

– Theo điều kiện chuyển động, ta có: Pk max ψ max + PWP

●Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ ●Pψ max – lực cản tổng cộng của đường

Pk max P = mφk.G φφ mkG φφ

Trong đó: + m – hệ số lại tải trọng (m =1)kk + G – tải trọng tác dụng lên cầu chủ độngφ

+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt)

+ r – bán kính động học của xek

Chọn i = 3h1

b Tỷ số truyền của các tay số trung gian.

– Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’ – Công bội được xác định theo biểu thức:

q = (CT 3-14,tr108) Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 6)

+ i – tỷ sô truyền của tay số 1 (i = 3)h1h1

+ i - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (i = 1)hnh6 q = = 1,316

– Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau: ihi = =

Trong đó: i – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)hi – Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền của tay số 2: i = = = 2,28h2 + Tỷ số truyền của tay số 3: i = = = 1,73h3

+ Tỷ số truyền của tay số 4: i = = = 1,316h4 + Tỷ số truyền của tay số 5: i = = = 1h5

– Tỷ số truyền của tay số lùi: i = 1,2i = 1,23 = 3,6hlh1 (5) Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám: c Tỷ số truyền của các tay số

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

Tỷ số

2.3.Xây dựng đồ thị.

2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.

- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:

P = P + P + P + P (CT 1-46,tr49)kfij w Trong đó: + P – lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ độngk

Pki = = (CT 1-52,tr52) (a) + P – lực cản lăn P = G.f = G.f (do = 0)ff

Lập bảng tính P theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyềnk

Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số

8893Pᵩ7673,6

77673,67 7673,67 7673,67 7673,67Bảng 3 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số

Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

- Nhận xét:

+ Trục tung biểu diễn P , P , P Trục hoành biểu diễn v (m/s)kfw

+ Dạng đồ thị lực kéo của ôtô P = f(v) tương tự dạng đường cong M = f(n ) kiee của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.

+ Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo P và đường cong tổng lực cản ki là lực kéo dư (P ) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.kd

+ Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô

– Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:

Bảng 4 Công suất của ô tô

Trên đồ thị N = f(v), dựng đồ thị theo bảng trên:k – Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học.

- Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến P và lực k cản không khí P với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”w

D = = = = f + i + (CT 1-56,tr55) -Xây dựng đồ thị

D = (-KFv²) (CT 1-57,tr55)i v = i

- Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D với tốc độ chuyển động v của ôtô khi đủ tải và động cơ làm việc ở đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v)

- Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô - Nhận xét:

+ Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo P = f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường cong dốc hơn.k + Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > v (tốc độ v ứng với Dth ith ii max ở từng tay

số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < v là vùng làm việc không ổn định ở từng tay số của th i ôtô.

+ Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lơn nhất của đường: D1 max = ψ max - Vùng chuyển động không trượt của ôtô:

+ Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường.

+ Nhân tố động học theo điều kiện bám D được xác định như sau:φ Dφ = = (CT 1-8,tr56)

+ Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau :

Ψ D Dφ

+ Vùng giới hạn giữa đường cong D và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố φ động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > D trong giới hạnφ nhất định có thể dùng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra.

2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc

- Biểu thức tính gia tốc :

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường; + j – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i.i

+ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay = 1+0.05(1+i ²) (CT 1-37,tr41)hi

ta có:

Bảng 8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v<22 m/s thì f=f0 Khi ô tô chuyển động với vận tốc v>22 m/s thì f=f0*(1+) - Lập bảng tính toán các giá trị j theo v ứng với từng tay số:ii

Bảng 9 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số

Từ kết quả bảng tính, xây dựng đồ thị j = f(v):

Hình 5 Đồ thị gia tốc ôtô - Nhận xét:

+ Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số một và giảm dần đến tay số cuối cùng.

+ Tốc độ nhỏ nhất của ôtô v = 1,87 (m/s) tương ứng với số vòng quay min ổn định nhỏ nhất của động cơ n = 520 (vòng/phút) min

+ Trong khoảng vận tốc từ 0 đến v ôtô bắt đầu khởi hành, khi đó, li hợp min trượt và bướm ga mở dần dần.

+ Ở tốc độ v = 47,22 (m/s) thì j = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăngmaxv tốc.

+ Do ảnh hưởng của δ mà j (gia tốc ở tay số 2) > j (gia tốc ở tay số 1).j21

2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc

2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược - Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:

Từ CT: j = → dt = dv

- Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v đến tốc độ v sẽ là:12

t = dv (CT 1-66,tr61) + t – thời gian tăng tốc từ v đến vi12

+ t = F – với F là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị = f(v); v = v ; v =iii1 v2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược.

Thời gian tăng tốc toàn bộ: n – số khoảng chia vận tốc (v → v )minmax

- (vì tại j = 0 → = Do đó, chỉ tính tới giá trị v = 0,95v = 161,5 km/h)max - Lập bảng tính giá trị theo v:

Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với từng tay số

Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị = f(v):

Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược 2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

❖Xác định Vimax theo phương pháp giải tích:

Từ đồ thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tại thời điểm chuyển số(V )max

Thay số vào phương trình ta được a Thời gian tăng tốc

Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ta có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao là tại Vmax của từng tay số.

Tính gần đúng theo công thức:

(s) b Quãng đường tăng tốc

dS = v.dt →

Từ đồ thị t = f(v)

Ta có : S = – với phần diện tích giới hạn bởi các đường t = f(v) ; t = t ; t =i1 t2 và trục tung đồ thị thời gian tăng tốc.

Quãng đường tăng tốc từ v ÷ vmin max :

2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô - Có xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số.

+ Sự mất mát về tốc độ khi chuyển số sẽ phụ thuộc vào trình độ người lái, kết cấu của hộp số và loại động cơ đặt trên ôtô

+ Động cơ xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 2s

(Với người lái có trình độ kém thì thời gian chuyển số có thể cao hơn từ 25 ÷ 40%)

- Tính toán sự mất mát tốc độ trong thời gian chuyển số (giả thiết: người lái xe có trình độ thấp và thời gian chuyển số giữa các tay số là khác nhau): Từ công thức trên ta có bảng sau:

Bảng 11 Độ giảm vận tốc khi sang số

số 1 → số 2 1.31 chọn: ∆t 0.299232

Bảng 12: thời gian và quãng đường tăng tốc

2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc.

Hình 7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc

KẾT LUẬN

Việc tính toán động lực học kéo của ôtô chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết do tính tương đối của phép tính và sự lựa chọn các hệ số trong quá trình tính toán không chính xác so với thực tế Trong thực tế, việc đánh giá chất lượng kéo của ôtô được thực hiện trên đường hoặc trên bệ thử chuyên dùng.