Sự gia tăng nhanh chóng số lượngôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn vềviệc đào tạo kĩ sư trong ngành cũng hết sức quan trọng .Trong k
THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ
Xác định các kích thước cơ bản của xe
STT Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ L0 4435 mm
2 Chiều rộng toàn bộ B0 1695 mm
3 Chiều cao toàn bộ H0 1705 mm
4 Chiều dài cơ sở L 2685 mm
7 Khoảng sáng gầm xe H1 220 mm
10 Vận tốc tối đa V max 160 km/h
Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn
a) Thông số theo thiết kế phác thảo:
- Loại động cơ: động cơ xăng, 4 xylanh thẳng hàng.
- Dung tích công tác: Vc = 1,496cc
- Công suất tối đa: Pmax = 102 (mã lực) = 76 (kW)
- Mômen xoắn tối đa: Mmax = 134 (N.m)
- Vận tốc lớn nhất: Vmax = 160 (km/h) = 44,44 (m/s)
+ Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động
+ Hộp số tự động 4 cấp. b) Thông số chọn:
- Trọng lượng bản thân: 1290 kg
- Trọng lượng hành khách: 60 kg/người
- Trọng lượng hành lí: 20 kg/người
- Hiệu suất truyền lực: p tl = 0,85
- Hệ số khí động học: C= 0,27
- Hệ số cản không khí: K== 0,2 ( N S 2 /m 4 ¿
- Hệ số cản lăn khi V
215: Bề rộng của lốp (mm)
60: tỷ lệ H (%) 17: Đường kính trong của lốp(inch)
Bán kính thiết kế của bánh xe: r = d /2x25.4+ H = 17/2x25,4 +129= 345(mm) = 0,345(m)
Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe: rbx = rk = X.r0
Trong đó: X- Hệ số kể đến biến dạng lốp (X=0,93^0,95)
Chọn lốp có áp suất cao X = 0,94 rbx = rk = 0,94x0,345 = 0,324 (m).
- Diện tích cản chính diện:
Trong đó: X- Hệ số điền đầy (0,7=>0,8) Chọn X= 0,75
Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô
- Xe Hyundai Elantra 2017 5 chỗ chỗ:
+ Tự trọng (trọng lượng bản thân): G0 = 1332 (kG) + Tải trọng (hàng hoá, hành lý, ): Gh = 20 (kG)
+ G0 - tự trọng + n - số người (n = 7) + Gn - khối lượng người + Ghl - khối lượng hành lý+ G = 1290 + 7.(60 + 20) = 1850 (kG)
- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 1850 (kG)148,5 (N)
Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cầu trước (G 1 ) chiếm từ (55%- 60%)G
TÍNH TOÁN SỨC KÉO
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: Ne = f(ne)
+ Đường mômen xoắn : Me = f(ne)
+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge = f(ne)
• Trọng lượng toàn bộ của xe : G = 18148,5 (N)
• Hệ số cản không khí: K= 0,2( N S 2 /m 4 )
• Diện tích cản chính diện : F= 2,1674 (m 2 )
• Hiệu suất truyền lực: tl= 0,85
• Hệ số cản tổng cộng của đường: ý max = 0,4.
Căn cứ vào loại động cơ để tìm công suất cực đại của nó
Trong đó a,b,c các hệ số thực nghiêm đối với động cơ xăng ta chọn a=b=c=1 Đối với động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay ta chọn λ=1,1
-Tính công suất động cơ ở số vòng quay khác nhau:
Sử dụng công thức Lây-Đec-Man:
Ne= Nemax [ a ne nN + b ( nN ne ) 2 − c ( nN ne ) 3 ]
Trong đó Nemax và Nn là công suất cực đại và số vòng quay tương ứng.
Ne và ne công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính ngoài của động cơ
- Tính momen xoắn của trucj khuỷu động cơ ứng với vòng quay ne khác nhau: 9550 Ne ne (N m)
λ= ne nn là các đại lượng ne và nn đã biêt (với λ=0,2; 0,3 ;… ; 0,9; 1 ; 1,1¿
Bảng1: giá trị momen, công suất tương ứng với số vòng quay của động cơ λ ne (v/f) Me (N.m) Ne (kW)
Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với
Công suất Ne(kW) và Mômen xoắn Me(N.m):
Hình 1: Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
160 Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ
Trị số Me max xác định theo công thức Laydecman như sau :
Xuất phát từ công thức
Công suất Nemax nêu trên chỉ là công suất động cơ dùng để thắng các lực cản chuyển động Khi chọn động cơ lắp trên xe ô tô, cần bổ sung thêm công suất để thắng các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí… Do đó, cần chọn công suất lớn nhất là:
Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
- Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực:
Trong đó: + i tl – tỷ số truyền của HTTL
+ i 0 – tỷ số truyền của truyền lực chính + i hi – Tỷ số truyền của hộp số
2.2.1 Phân phối tỷ số truyền của hệ thống truyền lực i tl =i 0 i hi
Tỷ số truyền ở tay số 1 là lớn nhất để đảm bảo về tỷ số truyền và kích thước bộ truyền i 0≈ ❑ √ i tl1
- Tỷ số truyền tay số 1: i tl1 = G ψ max r bx
Trong đó: + G = 18148,5 – Tải trọng toàn bộ của xe (N m)
+ = 0,4 – Hệ số cản tổng cộng
+ = 0,324 – Bán kính làm việc của bánh xe (m)
+ = 151 – Mômen xoắn cực đại của động cơ (N m)
+ = 0,85 – Hiệu suất truyền lực i tl1 = 18148,5.0,4 0,324
- Tỷ số truyền tay số cuối cùng: i tln = 2 π
Trong đó: + r bx = 0,324 – Bán kính làm việc của bánh xe (m)
+ n v = 6300 số vòng quay của động cơ tại v max (v/ph)
+ v max = 44,44 (m/s) – Tốc độ lớn nhất của ô tô i tln = 2 π
- Công bội được xác định theo biểu thức: q= n−1 √ i i tl1 tln
Xe có 4 số, n=4 nên: q ¿ √ 3 13,32 4,81 =1,4 i tl2 = i tl 1 q = 13,32 1,4 =9,51 i tl3 = i tl 2 q = 9,51 1,4 =6,79
2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số
- Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác dịnh theo công thức sau: i hi = i tli i 0
Trong đó: – tỷ số truyền của tay số thứ i của HTTL ( i = 1;2; ; n-1)
- Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:
+ Tỷ số truyền của tay số 1: i h1 = i tl 1 i 0
+ Tỷ số truyền của tay số 2 : i h 2 = i tl2 i 0 = 9,51 4,81 =1,97
+ Tỷ số truyền của tay số 3: i h3 = i tl 3 i 0 = 6,79 4,81 =1,41
+ Tỷ số truyền của tay số 4: i h4 = i tln i 0 = 4,81
2.2.3 Kiểm tra điều kiện bám
- Ta có điều kiện bám: p kmax ≤ p φ =m k G φ φ
Trong đó: + m k – Hệ số phân bố tải trọng trên cầu chủ động cầu sau chủ động nên chọn m k = 1
+ G φ – Tải trọng tác dụng lên cầu chủ động: G φ r59,4 N
+ φ – Hệ số bám của mặt đường ( chọn φ =0,8 đường tốt ¿ + r bx – Bán kính của bánh xe
Pkmax < mk.Gφ.φ ; Thỏa mãn điều kiện bám
- Tỷ số truyền của tay số lùi: i hl =1,1 i h 1 =1,1.2,77 =3,06( 1)
Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo đk bám: p k lùi ≤ p φ =mk Gφ φ
Tỷ số truyền tương ứng với tay số được thể hiện ở bảng sau:
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:
Pk = Pf + Pi + Pj + Pw
Trong đó : + Pk : Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động
+ Pf: lực cản lăn Pf = G.f.cos α = G.f (do α =0 )
+ Pi : lực cản lên dốc Pi = G sin α = 0 (do α = 0 )
+ Pj : lực cản quán tính ( xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)
+ Pw : lực cản không khí Pw = K.F v 2
Với : K= 0,2 hệ số cản không khí ( N s 2 /m 4 ¿
F= 2,1674 Diện tích cản chính diện ( m 2 ¿
V vận tốc ứng với mỗi tay số (m/s) v i = 2 π n e r bx
Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền
Bảng 2 : Lực kéo của ô tô tướng ứng với các tay số
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4
Phương trình cân bằng lực cản Pc
Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió
- Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
Trong đó: + mk – hệ số phân bố lại tải trọng trên cầu chủ động
Cầu trước chủ động nên chọn mk= 1
+ Gφ r59,4 – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
+ φ – hệ số bám của mặt đường (Đường tốt chọn φ = 0,8)
Bảng 3: Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số vận tốc m/s 0.00 16.04 22.55 31.50 44.42
Dựng đồ thị Pk= f(v), Pφ= f(v) và Pc= f(v) như hình vẽ
Hình 2 : Đồ thị cân bằng lực kéo
7000.000 Đồ thị cân bằng lực kéo
Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pc Pφ
Độ dốc thể hiện khả năng thích ứng của ô tô, độ dốc càng lớn thì khả năng thích ứng của ô tô càng cao khi thay đổi cản
Khoảng giới hạn giữa các 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 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:
Nk = Nf + Ni + Nj + NW
– Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo công thức : N ki = N e ❑ tl ( với v i =0,105 i 0 r i bx hi n i e pc )
–Lập bảng và tính toán các giá trị N ki và v i tương ứng như trong bảng:
Bảng 4 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô ne(v/f) Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4
Trên đồ thị N k =f ( v ), dựng đồ thị ∑ N c theo bảng trên :
- Xét ô tô chuyển động trên đường bằng :
Bảng 5: Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số
Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô
80.000 Đồ thị cân bằng công suất
Nk1 Nk2 Nk3 Nk4 Nc(kW)
2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học
Nhân tố động lực học D là một chỉ số quan trọng trong vận hành phương tiện xe cơ giới Nó được xác định bằng tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk và lực cản không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ô tô Chỉ số này phản ánh khả năng vận hành của xe, cụ thể là khả năng tăng tốc, vượt dốc và duy trì tốc độ của xe trên đường.
- 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:
Bảng 6: Nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với các tay số
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4
Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau :
Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám
Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô
Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô
Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo Pk = f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường cong dốc hơn
Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > vth i (tốc độ vth i ứng với Di 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 < vth i là vùng làm việc không ổn định ở từng tay số của 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 = ψmax 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 Dφ được xác định như sau:
+ Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau : Ψ ≤ D ≤ D φ
Vùng giới hạn giữa đồ thị đặc tính động lực học Dφ và Ψ chính là vùng thỏa mãn điều kiện chống trượt quay Trong giới hạn nhất định khi mômen động cơ D lớn hơn Dφ, có thể sử dụng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện hoạt động 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 : j ¿ D−Ψ δj j *g (CT 1-64,tr59)
- Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (a = 0) thì: ji = D i − f δj j *g (CT 1-65,tr59)
Trong đó: + Di - giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ i tương ứng với tốc độ vi đã biết từ đồ thị D = f(v);
+ f, i - hệ số cản lăn và độ dốc của đường;
+ ji - gia tốc của ôtô ở tay số thứ i.
+ δj j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay
Khi ô tô chuyển động với vận tốc v22 m/s thì f=f0*(1+ )
Lập bảng tính toán các giá trị ji theo vi tương ứng với từng tay số:
Bảng 8: Gia tốc j tương ứng với từng tay số
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4
Hình 5 Đồ thị gia tốc ô tô
2.00 Đồ thị gia tốc ôtô j1 j2 j3 j4 v (m/s) j ( m /s 2
+ Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số 1 (jmax= 1.8898 m/s 2 ) và giảm dần đến tay số cuối cùng.
+ Tốc độ nhỏ nhất của ôtô Vmin = 1.6035 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ nmin = 630 (vòng/phút).
+ Trong khoảng vận tốc từ 0 đến vmin ôtô bắt đầu khởi hành, khi đó li hợp trượt và bướm ga mở dần dần.
+ Ở tốc độ vmax = 44,42 (m/s) thì jv = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc.
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 = dv dt suy ra dt = dv j
Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 sẽ là: t 1,2 = ∫ v 1 v 2
1 j dv + ti - thời gian tăng tốc từ V1 đến V2
+ ti = Fi - với Fi là phân diện tích giới hạn bởi phân đô thị - — f(v); V = V1 ; V =V2 và trục hoành của đô thị gia tốc ngược.
- Lập bảng tính giá trị - theo v:
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4
Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1/j=f(v)
60.0000 Đồ thị gia tốc ngược
2.3.5.2 Cách tính thời gian tăng tốc - quãng đường tăng tốc của ô tô
❖ Xác định V imax theo phương pháp giải tích:
Từ đô thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tại thời điểm chuyển số(Vmax)
Ta có: tại vị trí Vmax1
Thay số vào phương trình ta được:
Tính toán tương tự cho các lần chuyển số tiếp theo ta có các vận tốc lần lượt như sau:
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 j = dv dt = ¿ dt = 1 j dv t v 1 −v 2 = ∫ v 1 v 2
Tính gần đúng theo công thức: t vi−v j =
+ 1 j i(n+1) )( S) b Quãng đường tăng tốc dS = v.dt → S= ∫ t 1 t 2 vdt
Ta có: Si = F s j - với F s j phần diện tích giới hạn bởi các đường t f(v); t = t1; t = t2 và trục tung đồ thị thời gian tăng tốc.
⇨ Quãng đường tăng tốc từ vmin ÷ vmax:
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 ô tô.
+ 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):
Trong đó: + f – hệ số cản lăn của đường f = f0.(1+ 1500 V 2 )
Từ công thức trên ta có bảng sau:
Bảng 10 Độ giảm vận tốc khi sang số δj j Δt (s) Δ v
(m/s) V imax (m/s) số 1 → số 2 1,424 Thời gian chuyển số ở giữa các tay số được chọn: Δt = 1(s)
Bảng 12 : thời gian và quảng đường tăng tốc
2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 t(s) s(m) v (m/s) t (s ) Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc s (m )
- Đồ thị chỉ tính đến 0,95Vmax
- Nhìn vào đồ thị ta xác định được thời gian tăng tốc đến 100km/h (27,7m/s) là khoảng 16,4s
Khi chuyển số, việc ngắt ly hợp sẽ làm mất momen truyền từ động cơ đến bánh xe Điều này dẫn đến ô tô không còn nhận được lực đẩy từ động cơ, trong khi vẫn phải chịu tác động của các lực cản như lực cản gió và lực cản lăn Kết quả là ô tô sẽ chuyển động chậm dần.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo
2.4.1 Khả năng leo dốc lớn nhất
Ta có: P kmax = M emax i 0 i hl tl r bx = 151.4,81.2,77 0,85
Bỏ qua lực cản khôn khí nên P ω =K F V 2 =0
P imax = P kmax - P f = 5278,077 - 272,2275 = 5005,8495 (N) Độ dốc cực đại: P imax = G i max → i max = P imax
G = 5005,8495 18148,5 = 0,28 Vậy độ dốc lực đại là 28%
2.4.2 Khả năng kéo móc lớn nhất
Chọn độ dốc trung bình 16% i=0,16
Ta có : P kmax = P ψ + P mmax = P f + P i + P mmax
Khả năng kéo móc lớn nhất:
2.4.3 Khả năng gia tốc lớn nhất
Dựa vào đồ thị gia tốc ở trên xác định được J max = 1.8898 (m/ s 2 )
2.4.4 Thời gian tăng tốc tới 100 km/h
Dựa vào đồ thị thời - quãng đường tăng tốc xác định được t 100km/h khoảng 16.4 (s)
Thông qua bài tập lớn về tính toán động lực học kéo của ô tô giúp nhóm em hiểu được về mặc lý thuyết và các phép tính tương đối Tuy nhiên nhóm em còn sai sốt về mặt sai số trong quá trình tính toán Trong thực tế ,việc nghiên cứu đánh giá chất lượng kéo của ô tô được thực hiện trên đường hoặc trên các bệ thử chuyên dùng.
Từ việc tính toán bài tập lớn, nhóm em đã nắm rõ được quy trình tính toán và vẽ đồ thị thông số của xe Toyota Rush 2022 Đồng thời giúp nhóm em nắm rỏ về tầm quang trọng của môn học này đối với ngành ô tô Trong quá trình tính toán
