đồ án lý thuyết ô tô tính toán và xây dựng đồ thị động lực học của xe zil 158

Đồ án Lý thuyết ô tô là mọt phần của môn học , với việc vận dụng những kiến thức đã học về chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ô tô để vận dụng tính toán sức kéo và động lực học sứckéo ,

Trường Đại học Công nghệ GTVT Khoa Cơ Khí

ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Tính toán và xây dựng đồ thị động lực học của xe ZIL-158

Sinh viên thực hiện : Ngô Tuấn Anh Lớp : 72DCOT25

Mã sinh viên : 72DCOT20214

GV hướng dẫn : Nguyễn Quang Anh

Hà Nội , Ngày 29 Tháng 12 Năm 2023

1

Bảng 1 Các thông số cơ bản của xe ZIL-158

LỜI NÓI ĐẦU

Lí thuyết ô tô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ô tô có liên quan đến 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 lực học kéo , tính kinh tế niên liệu , động lực học

phanh , tính ổn định ,cơ động , êm dịu

Đồ án Lý thuyết ô tô là mọt phần của môn học , với việc vận dụng những kiến thức đã học về chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ô tô để vận dụng tính toán sức kéo và động lực học sức kéo , xác định các thông số cơ bản của động cơ hay hệ thống truyền lực của một loại ô tô cụ thể Qua đó biết được thông số kic 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 ổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việc sau này Nội dung được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thấy Nguyễn Quang Anh Bộ môn lí thuyết ô tô – Đại học Công nghệ Giao Thông Vận Tải Trong quá trình thực hiện đồ án , em đã cố gắng tìm tòi , nghiên cứu tài liệu , làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành một cách tốt nhất và có thể đạt được kết quả như mong muốn Tuy nhiên bản thân còn ít kinh nghiệm nên việc hoàn thành đồ án không thể không có những thiếu sót Kính mong thầy giáo và các bạn tham gia góp ý để em hoàn thành tốt nhiệm vụ MỤC LỤC Lời mở đầu 1

CHƯƠNG 1 : ĐỒ THỊ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ 1 Khái niệm về dường đặc tính động cơ 5

2 Công thức 5

3 Lập bẳng số liệu 6

4 Ứng dụng đồ thị 7

CHƯƠNG II : ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 1 Khái niệm 8

2 Công thức 8

3 Lập bẳng số liệu 9

4 Ứng dụng đồ thị 10

CHƯƠNG III : ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO 1 Khái niệm 11

2 Công thức 11

3 Lập bẳng số liệu 13

4 Ứng dụng đồ thị 1 4 CHƯƠNG IV : ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC 1 Khái niệm 1 5 2 Công thức 1 5 3 Lập bẳng số liệu 16

4 Ứng dụng đồ thị 1 8 CHƯƠNG V : ĐỒ THỊ GIA TỐC 1 Khái niệm 1 9 2 Công thức 19

3 Lập bẳng số liệu 19

4 Ứng dụng đồ thị 20

CHƯƠNG VI: ĐỒ THỊ GIA TỐC NGƯỢC 1 Khái niệm 21

2 Công thức 21

3 Lập bẳng số liệu 21

4 Ứng dụng đồ thị 21

CHƯƠNG VII : ĐỒ THỊ QUÃNG ĐƯỜNG VÀ THỜI GIAN TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ 1 Thời gian tăng tốc : 22

a) Khái niệm 22

b) Công thức 22

2 Quãng đường tăng tốc : 23

a) Khái niệm 23

b) Công thức 23

3 Lập bảng số liệu 24

I Đường đặc tính ngoài của động cơ :

1 Khái niệm :

Đường đặc tính ngoài của động cơ là những đường biểu thị mối quan

hệ giữa công suất có ích (Ne ) , mômen xoắn có ích (Me) , tiêu hao nhiên liệu trong một giờ ( Gt) , suất tiêu hao nhiên liệu riêng (g e) theo

số vòng quay của trục khuỷu động cơ (n¿ ¿e)¿hoặc tốc độ góc của động

cơ (ωe) , khi bướm ga (đối với động cơ xăng ) mở hoàn toàn hoặc thanhrăng ( đối với động cơ diezel ) của bơm cao áp ở vị trí cung cấp nhiên liệu lớn nhất

Có 2 loại đường đặc tính tốc độ của động cơ :

+ Đường đặc tính tốc độ cục bộ : là đường đặc tính tốc độ của động

cơ mà vị trí của bướm ga ( động cơ xăng ) hoặc thanh răng của bơm cao áp ( động cơ diezel ) ở vị trí bất kì

+ Đường đặc tính ngoài : là đường đặc tính tốc độ của động cơ mà vị trí của bướm ga ( động cơ xăng ) hoặc thanh răng của bơm cao áp ( động cơ diezel ) ở vị trí cung cấp nhiên liệu là lớn nhất

Như vậy đối với mỗi động cơ đốt trong chỉ có một đường đặc tính cục

bộ ngoài và rất nhiều đường đặc tính cục bộ tùy theo vị trí của bướm

ga hoặc của thanh răng Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệ thử hoặc dùng phương pháp bệ thử thủy lực

+ a,b,c : hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại động cơ ( Đối với động cơ xăng a = b = c =1 )

+ N e max : công suất hữu ích cực đại ( kw)

+ n N : số vòng quay trục khuỷu đông cơ ứng với công suất lớn nhất (v/p)

+ N e : giá trị công suất hữu ích của động cơ ứng với số vòng quay n e

¿M e= 104 N e 1,047 n e ( N.m) Trong đó :

+ N e : công suất của động cơ ( kW)

+ n e : số vòng quay trục khuỷu động cơ (kW)

+ M e : mômen xoắn động cơ (N.m)

*Số vòng quay : n e= 60 i t

2 π r b

r0 : bán kinh thiết kế của bánh xe

ổn định nếu gặp chướng ngại sẽ giảm tốc độ , công suất giảm nhưng

M e lại tăng giúp động cơ vượt qua chướng ngại vật (không cần phải về

số thấp )

4 Ứng dụng đồ thị :

- Sau khi xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ ta mới có cơ sở

đê nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô Xác định được vùng

làm việc của động cơ công suất N e , mômen xoắn M e ứng với số vòng quay trục khuỷu

- Đây là đường đặc tính quan trọng nhất của một động cơ dùng để đánh giá các chỉ tiêu công suất (N emax) và tiết kiệm nhiên liệu cuaur động cơ

- Nhờ có đường đặc tính này ta cũng đánh giá được sức kéo cua động

cơ qua đặc tính Mômen (M emax) , vùng làm việc ổn định và hệ số thích ứng K của động cơ

* Khi thiết kế động cơ mới ta phải dùng đường đặc tính ngoài để so sánh với đường đặc tính của động cơ mẫu và xem xét giá trị hệ số thích ứng K :

+ K thấp dưới mức cho phép thì khi gặp chướng ngại vật nếu không về

số thấp để tăng mômen cho bánh xe thì ô tô sẽ không vượt được

II Đồ thị cân bằng lực kéo

1 Khái niệm

Để ô tô có thể chuyển động được thì lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động phải thắng được các lực cản của các tay số : lực cản lănP f ,lựccản lên dốc P i , lực cản quán tính P j, lực cản không khí P w , lực cản kéo moócP m Biểu thức cân bằng giữa lực kéo và tổng các lực cản được gọi

là phương trình cân bằng lực kéo của ô tô

Phương trình cân bằng lực kéo có thể biẻu diễn bằng đồ thị Đồ thị cân bằng lực kéo là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo ở các tay

số , các giá trị lực cản theo vận tốc chuyển động của ô tô

mặt tiếp xúc giữa lốp và đường

δ j : hệ số tính đến ảnh hưởng cả các khối lượng vận động quay

J : gia tốc tịnh tiến của ô tô

- Lực cản P fđược xác định như sau :

+ Nếu v≤ 22.2 (m/s) ( hay 80km/h ) thì f = f0và P flà một đường thẳng nằm ngang

+ Nếu v≥ 22.2 (m/s) thì P flà một đường cong bậc 2 với f = f0.(1+ v2

1500) Tính theo công thức: P ψ = G (i+f) = 3228

4 Ứng dụng của đồ thị :

- Xác định được ν max trên đoạn đường đã chọn

- Xác định được lực kéo dư khi ô tô sử dụng tay số nhất định với vận tốc xác định , với lực kéo dư dùng để tăng tốc vượt dốc thêm tải

nhân tố động lực học ở các dãy số với vận tốc chuyển động của ô tô

Số v 2,55 3,7 4,63 6,02 7,41 8,8 9,73 11,11 12,5 13,89truy

G φ : trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động

φ: hệ số bám của bánh xe chủ động lên mặt đường

4 Ứng dụng cả đồ thị

- Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô ,độ dốc lớn nhất ,sự tăng tốc của ô

tô ,thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô

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

thị lực kéo P k= f(v) , nhưng ở vận tốc lớn thì đường cong dốc hơn

- Khi chuyển động ở vùng tốc độ v> v th( tốc độ v th ứng với D i maxở 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 , ở vùng tốc độ v< v th, là vùng là việc không ổn định ở

từng tay số của ô tô

- Giá trị nhân tố động lực học cực đại D 1 maxở tay số thấp nhất biểu thị

khả năng khắc phục sức cản chuyển động lớn nhất của đường :

D 1 max=Ψmax

5.Đồ thị nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi :

Trên thực tế tải trọng của ô tô có thể thay đổi thường xuyên và tại

một thời điểm nào đó nó có giá trị là Gx và tương ứng với thời điểm đó nhân tố động lực học sẽ là Dx = P k−P w

Trong đó : D : nhân tố động lực học ô tô khi đầy tải

Dx: nhân tố động lực học của ô tô ứng với nhân tố động lựchọc mới

Ga : trọng lượng ô tô khi đầy tải

Gx : trọng lượng mới của ô tô

Như vậy với mỗi tia ứng với tải trọng Gx nào đó tính ra phần trăm so với tải trọng đầy của ô tô

Trong trường hợp Gx = Ga thì tanα =1 lúc này tia làm với trục hoành một góc 45 độ , các tia có α >45 độứng với Gx> Ga ( khu vực quá tải ) , các tia có α <¿45 độ ứng với Gx < Ga ( ứng với khu vực chưa quá tải )

G x=Ga−(G a−Go) (100 %−%tải cần tìm)

Trong đó : G o : trọng lượng ô tô khi không tải

6 Từ bảng thông số kĩ thuật ta có:

- Khối lượng bản thân ô tô: G o = 6500 [kg]

- Khối lượng toàn tải của ô tô: G = 10980 [kg]

- Vậy khối lượng hàng hóa (người) mà ô tô mang: G -G o = 10980 – 6500

2 Công thức :

D = ψ ± δ j

g j

j 0,75

3 0,789 0,809 0,824 0,821 0,799 0,775 0,723 0,654 0,566Số

j 0,50

5 0,534 0,549 0,561 0,557 0,539 0,518 0,475 0,417 0,345Số

j 0,27

2 0,292 0,303 0,309 0,304 0,288 0,271 0,236 0,190 0,133Số

4 Ứng dụng đồ thị :

- Dùng đồ thị để xác định gia tốc của ô tô ở một tốc độ nào đó ở số

truyền đã cho

- Dùng để xác định thời điểm sang số hợp lí ( thời điểm đổi tay số

truyền khi tăng tốc) để đảm bảo tốc độ nhỏ nhất và thời gian chuyển

số là ngắn nhất và tốc độ cao nhất , nhanh nhất ở các số truyền

( điểm giao của các tay số trên đồ thị )

- Dùng đồ thị này để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của

Xác định được Vmax, tại Vmax thì j=0

V Đồ thị cân bằng công suất

1.Khái niệm :

Phương trình cân bằng công suất của ô tô có thể biểu diễn bằng đồ

thị chúng được xây dựng theo quan hệ giữa công suất phát ra của

động cơ và các công suất cản trong quá trình ô tô chuyển động , phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô, nghĩa là N= f(v).trên trục

hoành của đồ thị, ta đặt các giá trị của vận tốc chuyển động v và trên trục tung đặt các giá trị công suất của động cơ 𝑁𝑒 , công suất phát ra tại bánh xe chủ động 𝑁𝑘 ở các tỉ số truyền khác nhau của hộp số và

các đường cong của công suất cản N Ψ và 𝑁ᵩ

2.Công thức tính :

-Phương trình công suất tổng quát :

N k¿N e−Nt=N f ± N ω ± N i ± N j=P k v

-Trong đó :

- N e: Công suất phát ra của động cơ;

- N t: là công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực

- N k: công suất kéo bánh xe chuyển động N k=Ne η tl

-N f = 𝐺.𝑓.𝑐𝑜𝑠𝛼.1000v : Công suất tiêu hao cho lực cản lăn :

+ G : Trọng lượng của ô tô;

+ f : Hệ số cản lăn;

+ v : Vận tốc của ô tô;

+ 𝛼 : Góc dốc của mặt đường

-N ω =ω v3

1000 : Công suất tiêu hao cho lực cản không khí ; + ω : nhân tố cản không khí

- N i = 𝐺 𝑠𝑖𝑛𝛼.1000v :Công suất tiêu hao cho lực cản dốc:

- N j= G g.δ i 𝑗.1000v : Công suất tiêu hao cho lực cản quán tính;

+ g : Gia tốc trọng trường;

+ j : Gia tốc của ô tô;

* Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động:

- Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô có thể đạt được

- Xác định công suất dư dùng để tăng tốc vượt dốc

+ Tăng tốc : N dư=Nj

+ Vượt dốc : N dư=N i

- Xác định mức độ sử dụng công suất của ô tô : Mức độ sử dụng công suất càng lớn thì tiêu hao nhiên liệu càng nhỏ và ngược lại Khi chất lượng mặt đường tốt và vận tốc ô to nhỏ , tỉ số truyền hộp số lớn thì mức độ sử dụng công suất nhỏ dẫn tới tiêu hao nhiêu nhiên liệu

VI Đồ thị gia tốc ngược

1 Khái niệm :

Là xây dựng 1j = f (v) và biểu diễn chúng trong hệ tọa độ ( j-v) với tung độ là các giá trị của gia tốc 1/j ở từng số truyền và trục hoành là vận tốc v

2 Công thức tính :

Ta có : 1j

Ta chỉ lấy j tới 95% ν max = 0,95 *18,5 =17,57 để 1/j không phải vô

cùng vì nếu lấy ν max thì j=0

j 1,352 1,295 1,265 1,244 1,248 1,278 1,315 1,400 1,533 1,743Số

j 0,75

3 0,789 0,809 0,824 0,821 0,799 0,775 0,723 0,654 0,5661/

j 1,329 1,267 1,236 1,214 1,219 1,251 1,291 1,383 1,530 1,768Số

j 0,50

5 0,534 0,549 0,561 0,557 0,539 0,518 0,475 0,417 0,3451/

j 1,981 1,874 1,820 1,784 1,795 1,856 1,930 2,104 2,396 2,900Số

J 0,27

2 0,292 0,303 0,309 0,304 0,288 0,271 0,236 0,190 0,1331/

j 3,672 3,421 3,302 3,236 3,288 3,471 3,688 4,230 5,252 7,503Số

J 0,10

7 0,119 0,125 0,125 0,117 0,099 0,083 0,050 0,0351/

j 9,377 8,392 8,027 7,985 8,562 10,063 12,097 19,954 28,57

VII Đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô

số truyền

Phần diện tích giới han bởi đường cong 1/j , trục hoành và hai đoạn tung độ tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu diễn thời gian tăng tốc của ô tô máy kéo Tổng cộng tất cả các vận tốc này ta được thời gian tăng tốc từ vận tốc v1→ v2 và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động t= f(v)

- Tại vận tốc lớn nhất của ô tô v max gia tốc j=0 và do đó 1/j =∞ vì vậy khi ta lập đồ thị trong tính toán ta chỉ lấy giá trị vận tốc khoảng 0.95

v max

- Tại vận tốc nhỏ nhất của ô tô v min ta lấy t= 0

- Đối với hệ thống truyền lực của ô tô với hộp số có cấp thời gian chuyển số từ thấp lên cao xảy ra hiện tượng giảm vận tốc của ô tô trong khoảng dv từ 1- 3 s chọn thời gian chuyển số 1s

b Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô :

- Sau khi lập được đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ô tô , ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của xe đi được ứng với thời gian tăng tốc

Ta có : v=ⅆvsα

t

ⅆv → dsα=v dt Quãng đường tăng tốc của ô tô từ vận tốc v1→ v2 : sα=∫

v1

v2

v dt

- Tích phân này không thể giải được bằng phương pháp giải tích , do

nó không có mối quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa thời gian tăng tốc và vận tôc chuyển động của ô tô Vì vậy chúng ta cũng

áp dụng phương pháp giải bằng đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô

- Lấy một phần nào đó diện tích tương ứng với khoảng biến thiên thời gian dt , phần diện tích được giới hạn bởi đường cong thời gian tăng tốc , trục tung và hai hoành độ tương ứng với độ biến thiên thời gian

dt , biểu thị quãng đường tăng tốc của ô tô Tổng cộng tất cả các diệntích ta được quãng đường tăng tốc của ô tô từ vận tốc v1→ v2 và xây dựng đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng s = f(v)

* Quãng đường đi được trong thời gian chuyển số là : ∆ sα=¿ (v - 4,7.t.ψ

Số 1 – số 2 2,74 Thời gian chuyển số ở 2,60

Số 2 – số 3 4,98 giữa các tay số được 4,84

Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô theo đồ thị tuy đơn giản nhưng thiếu chính xác , mặc dù kể cả sự giảm vận tốc khi chuyển số Vì vậy nó chỉ có giá trị trong phạm vi lí thuyết ô tô , cò trong thực tế người ta phải kiểm nghiệm lại bằng các thí nghiệm với ô

tô chuyển động trên đường