bài tập lớn lý thuyết ô tô tên đề tài tính toán sức kéo của ô tô

+Bài tập lớn môn Lý thuyết ô tô là một phân của môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã được học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ô tô để vận dụng để tính toán sức kéo độn

BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ

….………

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

TÊN ĐỀ TÀI : Tính toán sức kéo của ô tô

Loại ô tô: Xe con Tải trọng/ Số chỗ ngồi: 5 Vận tốc chuyển động cực đại: 190 km/h= 52,78m/s

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất : 𝝍𝒎𝒂𝒙= 0,4

Xe tham khảo : KIA K3-2014

Sinh viên : PHẠM VĂN TIẾN

Lớp: Kỹ thuật ô tô 2 k62 - Msv: 211302338

Hệ : Chính quy Khoá : K62

GV hướng dẫn : Tạ Thị Thanh Huyền

Hà Nội 2024

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH CỦA OTO 4

1.1.Xác định các kích thước cơ bản của ô tô thiết kế 4

1.2 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn 5

1.3.Xác định trọng lượng và phân phố của trọng lượng lên ô tô 6

1.4.Chọn lốp xe tham khảo 7

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN SỨC KÉO 7

2.1.Tính toán và xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 7

2.2.Tính toán thông số của hệ thống truyền lực 10

2.2.1.Xác định tỉ số truyền lực lớn nhất và nhỏ nhất của hộp số 10

2.2.2.Xác định tỉ số truyền lực chính và tỉ số truyền của các tay số 12

2.3 Xây dựng đồ thị (cân bằng công suất, lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc , thời gian, quãng đường) 13

2.3.1 Đồ thị cân bằng lực kéo và phương trình cân bằng lực kéo 13

2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ô tô 15

2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học 17

2.3.4 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô - xây dựng đồ thị gia tốc 20

2.3.5 Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của ô tô 23

2.3.5.1 Thời gian tăng tốc 23

2.3.5.2 Quãng đường tăng tốc 24

2.3.6 Các chỉ tiêu đánh giá động lực học của ô tô 27

2.3.6.1 Xác định khả năng vượt dốc 27

2.3.6.2 Xác định khả năng tăng tốc, thời gian gia tốc của xe 28

KẾT LUẬN 29

+Lý thuyết ô tô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ô tô có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định

và hiệu quả trong quá trình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lựuc học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định, cơ động, êm dịu

+Bài tập lớn môn Lý thuyết ô tô là một phân của môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã được học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ô tô

để vận dụng để tính toán sức kéo động lực học kéo, xác định các thông số cơ bản của động cơ hay hệ thống truyền lực của một ô tô cụ thể Qua đó biết được các thông số kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc của ô tô khi kéo, từ đó hiểu được nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung thêm vào vốn kiến thức cho công việc sau này

+Nội dung bài tập lướn gồm 2 chương:

-CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH Ô TÔ

-CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA Ô TÔ

-Nội dung bài tập lớn được hoàn thành nhừo sự hướng dẫn của cô Tạ Thị Thanh Huyền Bộ môn cơ khí ô tô- Đại học Giao Thông Vận Tải

Hình 1.1 Tuyến hình của ô tô KIA K3

Hình 1.2 Bố trí chung hệ thống truyền lực trên ô tô

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật

STT Thông số Kí hiệu Kích thước Đơn vị

b )Thông số chọn

-Trọng lượng của bản thân 𝐺𝑜=1160 (kg)

-Số chỗ ngồi : 5 chỗ

-Trọng lượng của hành khách : 𝐺ℎ= 65 (kg/người)

-Trọng lượng của hành lí : 𝐺ℎ𝑙= 20 (kg/người)

-Hiệu suất truyền lực 𝜂𝑡𝑙= 0,9

-Vậy trọng lượng toàn bộ của xe là G = 1585 (kg)= 15850 (N)

-Phân bố trọng lượng; Xe con tải trọng tác dụng lên cầu trước (𝐺1) chiếm từ 55% đến 60%

-Nên ta chọn 𝑍1= 60%G ( 𝑍1 tải trọng cầu trước)

⟺ 𝑍1 =60% 15850= 9510 (N)

-Tải trọng cầu sau : 𝑍2

𝑍2= G-𝑍1 = 15850 – 9510 =6070 (N) Vậy 𝐺1= 9510 (N) , 𝐺2= 6070 (N)

𝑟𝑏=𝑟𝑘=𝜆 𝑟𝑜 ( 𝜆 =0,930-0,935, chọn 𝜆= 0.93 )

⟺ 𝑟𝑏=𝑟𝑘=0,93 0,317= 0,29(m) -Diện tích cản chính diện

F=0,78 𝐵𝑜 𝐻𝑜

=0,78 1,78 1,445 ≈ 2(𝑚2)

-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 bao gồm:

+ Đường công suất : 𝑁𝑒=f(𝑛𝑒)

+Đường mô men xoắn : 𝑀𝑒= f(𝑛𝑒)

+Công suất của động cơ được xác định

𝑁𝑒=𝑁𝑚𝑎𝑥 (𝑎𝜆 + 𝑏𝜆2− 𝑐𝜆3) +Trong đó Chọn a=b=c=1 ( động cơ xăng)

𝜆 = 𝑛𝑒𝑚𝑎𝑥

𝑛 𝑁 chọn 𝜆 =1,1

- Để tính được công suất của động cơ ta cần tính

+ Công suất cần thiết của động cơ: 𝑁𝑒

+Công suất cực đại của động cơ: 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥

- Công suất cần thiết của động cơ

𝑁𝑒𝑣=1

𝑛𝑡𝑙 ( G𝜓𝑣 𝑉𝑚𝑎𝑥+KF𝑉𝑚𝑎𝑥3 ) [𝑊]

+𝑛𝑡𝑙: hiệu suất truyền lực

+𝜓𝑣: hệ số cản tổng cộng của đường (𝜓𝑣 =f+i=f ) Đang xét ô tô chuyển động trên đường khong có dốc

Với 𝜔𝑒𝑁= 2𝜋

60 6300= 659,73(rad/s) -Vận tốc góc lớn nhất của động cơ ứng với momen xoắn cực đại của động

cơ 𝜔𝑒𝑀 là:

𝜔𝑒𝑀 =(𝑏

2𝑐) 𝜔𝑒𝑁=0,5.659,73=329,87(rad/s) -Vận tốc góc của động cơ ứng với vận tốc chuyển động cực đại 𝜔𝑒𝑉 là:

-Công suất lớn nhất của động cơ là 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥= 107,77 (KW )

Bảng 2.1 thể hiện giá trị mômen và công suất của động cơ

𝜔𝑒(rad/s)

𝑁𝑒(KW)

𝑀𝑒(Nm)

791,68 98,2 124 Sau khi tính toán ta xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ với giá trị của công suất Ne(Kw) và mô men Me(Nm) ứng với mỗi giá trị của

𝜔𝑒𝑉(rad/s)

Hình 2.1 Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ

-Tỉ số truyền nhỏ nhất của HTTL: Xác định tỉ số truyền nhỏ nhất của HTTL đảm bảo ô tô chuyển động với tốc độ lớn nhất ở tay số cuối cùng

𝑣𝑚𝑎𝑥 =𝑟𝑏𝑥 𝜔𝑒𝑉

𝑖 0 𝑖 ℎ𝑛 ⇒ 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑖𝑛 =𝑟𝑏𝑥 𝜔𝑒𝑉

𝑣 𝑚𝑎𝑥 = 0,29 725,7

52,78 ≈ 4

-Lựa chọn cấp số trong hộp số: Số cấp số của hộp số phụ thuộc vào công

suất riêng và điều kiện khai thác của ô tô Thực nghiệm cho thấy số cấp số của hộp số chình thường không lớn hơn 6 Nếu cần nhiều cấp số hơn phải sử dụng tổ hợp: HSC+HSP

Rad/s

-Tỉ số truyền lực lớn nhất của HTTL: Xác định tỉ số truyền lực lớn nhất đảm bảo ô tô khắc phục được sức cản của đường mà không bị trượt

-Công bội được xác định theo biểu thứ

q = √𝑖𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑖 𝑡𝑙𝑚𝑖𝑛 𝑛−1

+ Trong đó:

- n: cấp hộp số (n=6)

- 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥: tỷ số tay truyền của tay số 1

- 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑖𝑛: tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số ( 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑖𝑛 = 4)

𝑖𝑡𝑙2 = 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑞𝑖−1 =10,01

1,22−1 ≈ 8,34 + Tỷ số truyền của tay số 3 là:

𝑖𝑡𝑙3 = 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑞𝑖−1 = 10,01

1,23−1 ≈ 6,95 + Tỷ số truyền của tay số 4 là:

𝑖𝑡𝑙4 = 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑞 𝑖−1 = 10,01

1,2 4−1 ≈ 5,79 + Tỷ số truyền của tay số 5 là:

𝑖𝑡𝑙5 = 𝑖𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑞 𝑖−1 = 10,01

1,2 5−1 ≈ 4,82 + Tỷ số truyền của tay số 6 là:

Bảng giá trị tỷ số truyền tại các tay số

*Kiểm tra điều kiện trượt quay khi ô tô chuyển động

𝑃𝑘𝑚𝑎𝑥 = 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 𝑖 0 𝑖 ℎ1 𝜂 𝑡𝑙

𝑟𝑏 ≤ 𝑚𝑘 𝐺𝜑 𝜑 + 𝑚𝑘 -hệ số lại tải trọng ( với cầu chủ động 𝑚𝑘 = 0,9) + 𝐺𝜑 -Tải trọng tác dụng lên cầu chủ động

+ 𝑃𝑘: Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động

+𝑃𝑘 = 𝑀𝑒 𝑖ℎ𝑛.𝑖𝑡𝑙.𝜂𝑡𝑙

𝑟 𝑏𝑥

- Bảng 2.3.1 Giá trị lực kéo tại các tay số

24,97 189,3 132 3,82 5883.5 4,59 4893,6 5,52 4070,3 6,64 3385,4 7.98 2815,84 9,6 2342,07 39,52 197,6 200 5,79 6143,5 6,96 5109,8 8,37 4250,1 10,1 3535 12,1 2940,3, 14,6 2445,6 56,84 203 280 8,11 6311 9,75 5249,2 11,7 4366 14,1 3631,4 16,94 3020,4 20,36 2512.25 73,3 203,6 360 10,4 6329,4 12.5 5264,5 15,1 4378,7 18,1 3642 21,78 3029,25 26,18 2519,6

87,73 199,4 440 12,7 6198,7 15,3 5155,7 18,4 4288,3 22,1 3566,8 26,62 2966,7 32 2467,52

99 190,4 520 15,1 5918,7 18,1 4922,9 21,8 4094,6 26,2 3405,7 31,45 2832,7 37,82 2356,09

106 176,6 600 17,4 5489,7 20,9 4566 25,1 3797,8 30,2 3158.8 35,7 2656,9 43,6 2185,3 107,4 158 680 19,7 4911,4 23,7 4085 28,5 3397,8 34,2 2826,1 40,53 2389,1 49,45 1955,1 104,3 140,9 740 21,4 4379,9 25,8 3642.9 31 3030 37,2 2520,2 44,2 2141,4 53,82 1743.5 98,16 124 791,7 22,9 3872,8 27,5 3221,2 33,1 2697,2 39,8 2228,4 47,2 1904,3 57,5 1541,65

+ Nhận xét:

- Trục tung biểu diễn 𝑃𝑘, 𝑃𝑓 , 𝑃𝑤 Trục hoành biểu diễn v(m/s)

- Dạng đồ thị lực kéo của ô tô 𝑃𝑘𝑖 = f(v) tương tự dạng đường cong :

𝑀𝑒 = f(𝑛𝑒) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Khoảng giới hạn giữa đường cong kéo 𝑃𝑘𝑖 và đường cong tổng lực cản là lực kéo dư (𝑃𝑘𝑑) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc

- Tổng lực kéo của ô tô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường

- Vận tốc lớn nhất là giao điểm của lực cản và lực ở tay số lớn nhất

Ta có công suất kéo của ô tô:

N

m/s

2 3 max

Bảng 2.3.2.2 Giá trị công suất cản của ô tô

Hình 2.3.2.1 Đồ thị cân bằng công suất

Nhân tố động lực học là tỉ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến 𝑃𝑘 và lực cản không khí 𝑃𝜔 với trọng lượng toàn bộ của ô tô Tỷ số nạy được kí hiệu là D

Bảng 2.3.3.1 thể hiện mối quan hệ giữa D và V ở từng tay số:

56,84 203 280 8,11 0,397 9,75 0,329 11,7 0,272 14,1 0,224 16,94 0,183 20,36 0,148 73,3 203,6 360 10,4 0,397 12.5 0,328 15,1 0,271 18,1 0,221 21,78 0,179 26,18 0,142 87,73 199,4 440 12,7 0,387 15,3 0,319 18,4 0,262 22,1 0,213 26,62 0,169 32 0,13

99 190,4 520 15,1 0,368 18,1 0,302 21,8 0,25 26,2 0,198 31,45 0,154 37,82 0,112

106 176,6 600 17,4 0,339 20,9 0,227 25,1 0,224 30,2 0,176 35,7 0,135 43,6 0,09 107,4 158 680 19,7 0,3 23,7 0,244 28,5 0,194 34,2 0,149 40,53 0,109 49,45 0,061 104,3 140,9 740 21,4 0,265 25,8 0,213 31 0,167 37,2 0,124 44,2 0,086 53,82 0,037 98,16 124 791,7 22,9 0,231 27,5 0,184 33,1 0,141 39,8 0,101 47,2 0,064 57,5 0,014

Bảng 2.3.3.2 Nhân tố động lực theo điều kiện bám

-Dạng của đồ thị nhân tố động lực học 𝐷 = 𝑓(𝑣) tương tự như dạng đồ thị

𝑃𝑘 = 𝑓(𝑣); nhưng ở những vận tốc lớn thì đường cong dốc hơn

-Khi chuyển động ở cùng tốc độ 𝑣 > 𝑣𝑡ℎ𝑖 (tốc độ 𝑣𝑡ℎ𝑖 ứng với 𝐷𝑖𝑚𝑎𝑥 ở từng tay số) thì ô tô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản

chuyển động tăng, tốc độ ô tô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại,

vùng tốc độ 𝑣 < 𝑣𝑡ℎ𝑖 là vùng làm việc không ổn định của tay số của ô tô

m/s

-Giá trị nhân tố động lực học cực đại 𝐷1𝑚𝑎𝑥 ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lớn nhất của duong: 𝐷1𝑚𝑎𝑥 = 𝜓𝑚𝑎𝑥

-Cũng tương tự như lục 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 lực học theo điều kiện bám 𝐷𝜑 được xác định như sau

𝐷𝜑 =𝑃𝜑 − 𝑃𝜔

𝑚𝑘2 𝐺𝜑 𝜑 − 𝐾𝐹 𝑣2

𝐺-Để ô tô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thỏa mãn điều kiện sau:

𝜓 ≤ 𝐷 ≤ 𝐷𝜑-Vùng giới hạn giữa duong cong 𝐷𝜑 và đường cong 𝜓 trên đồ thị nhân tố động lực học là vùng thỏa mãn điều kiện trên Khi 𝐷 > 𝐷𝜑 trong giới hạn nhất định

có thể dùng đường cong đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu ddieuf kiện khai thác thực tế xảy ra

-Biểu thức tính gia tốc:

𝐽 = 𝐷𝑖 −𝑓−𝑖

𝛿 𝑗 g -Khi ô tô chuyển động trên đường bằng thì:

⇒ 𝐽𝑖 =𝐷𝑖 −𝑓

𝛿 𝑗 g -Trong đó:

+𝐷𝑖−giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ i tương tự với tốc độ 𝑣𝑖 đã biết trên đồ thị 𝐷 = 𝑓(𝑣)

+𝑓, 𝑖 − hệ số cản lăn và độ dốc của đường

+𝐽𝑖 −gia tốc của ô tô ở tay số thứ i

+𝛿𝑗 −hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

𝛿𝑗 = 1 + 0,05(1 + 𝑖ℎ𝑖2)

+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 + 𝑣

2

1500) Bảng 2.3.4.1 Tính toán các giá trị 𝑗𝑖 theo 𝑣𝑖 ứng với từng tay số:

+Tốc độ nhỏ nhất của ô tô 𝑣𝑚𝑖𝑛 = 3,82(𝑚/𝑠) tương ứng với số vòng quay

ổn định nhỏ nhất của động cơ 𝜔𝑒𝑚𝑖𝑛 = 131,95(𝑟𝑎𝑑/𝑠) +Trong khoảng vận tốc từ 0 đến 𝑣𝑚𝑖𝑛 ô tô bắt đầu khởi hành, khi đo, ly hợp trượt và bướm ga mở

+Ở tốc độ 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 52,78(𝑚/𝑠) thì 𝑗𝑣 = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc

+Do ảnh hưởng của 𝛿𝑗 mà 𝑗2 (gia tốc ở tay số 2)> 𝑗1(gia tốc ở tay số 1)

Hình 2.3.4.1 Đồ thị gia tốc của ô tô

- Vận tốc chuyển số: vận tốc chuyển số từ tay số i sang số i +1 là ở vận tốc

số i tưng ứng với emax

- Độ giảm vận tốc khi chuyển số:

-Khi chuyển só, ly hợp ngắt động cơ với khỏi hệ thống truyền lực dẫn đến mất mát tốc độ, gia tốc chậm dần đều

-Ta có sự mất mát tốc độ khi chuyển số

Δ𝑣= (𝑓 + 𝐾𝑣𝑖,𝑖+12

𝐺 ).9,81𝑡𝑐𝑠-Ta có thời gian tăng tốc từ v1 đến v2 :

m/s m/s2

m/s

+Ta có công thức như sau:

+Ta chọn giá trị tban đầu : t =0

𝑡𝑖+1=(1

𝑗𝑖+ 1

𝑗𝑖+1) (𝑣𝑖+1− 𝑣1).1

2+ 𝑡𝑖+Trong đó:

𝑡𝑖 là thời gian chuyển số ở tay số trước

𝑡𝑖+1là thời gian chuyển số ở tay số sau

+Ta có quãng đường tăng tốc của ô tô từ v1 đến v2 là

𝑆𝑖= ∫ 𝑣𝑡2 𝑖

𝑡 1 𝑑𝑡1+Để tính quãng đường tăng tốc ta cũng tính diện tích hình thang giới hạn bởi v1, v2 và t1, t2

+Ta chọn giá trị S ban đầu : S =0

𝑆𝑖+1= (𝑣𝑖+1+ 𝑣𝑖) (𝑡𝑖+1− 𝑡𝑖).1

2+𝑆𝑖+Trong đó:

- 𝑆𝑖+1 ∶ là quãng đường chuyển số ở tay số sau

- 𝑣𝑖+1: là vận tốc ở tay số sau, là đáy lớn của hình thang

- 𝑣𝑖:là vận tốc ở tay số trước, là đáy nhỏ của hình thang

- 𝑡𝑖+1 là thời gian chuyển số ở tay số sau

- 𝑡𝑖 ∶là thời gian chuyển số ở tay số trước

- 𝑆𝑖 là quãng đường chuyển số ở tay số sau

Ta có bảng giá trị sự mất mát vận tốc khi chuyển số:

+ Khi có kể đến sự mất mát vận tốc và thời gian chuyển số (kí hiệu là

Δvc và tc) đường T và S sẽ không cong liên tục mà bị gãy khúc ở những

đoạn chuyển số Thời gian chuyển số phụ thuộc vào trình độ người lái ,

m/s

kết cấu của hộp số và loại động cơ Qua thực nghiệm, có thể xác định

được tc, Δvcc, và ΔSc và biểu diễn trên đồ thị T, S - v

Áp dụng phương trình cân bằng lực kéo:

Từ bảng tính quãng đường chuyển động và thời gian tăng tốc ta có:

𝑗𝑚𝑎𝑥 = 2,77 (m/𝑠2) Thời gian tăng tốc tới vận tốc v = 100 km/h:

0,291.0,4 - 15850= 56,72 (N)

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