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 nghệGTVT 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 : 72DCOT25Mã 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 sứckéo , 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 LỤCLời mở đầu 1

CHƯƠNG 1 : ĐỒ THỊ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ1 Khái niệm về dường đặc tính động cơ 5

4 Ứng dụng đồ thị 1 8 CHƯƠNG V : ĐỒ THỊ GIA TỐC1 Khái niệm 1 9 2 Công thức 19

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 (ge) 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 )

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

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

+ Ne : giá trị công suất hữu ích của động cơ ứng với số vòng quay ne

¿Me= 104 Ne

1,047 ne ( N.m) Trong đó :

+ Ne : công suất của động cơ ( kW)

+ ne : số vòng quay trục khuỷu động cơ (kW) + Me : mômen xoắn động cơ (N.m)

*Số vòng quay : ne= 60 it2 π rb

*Vận tốc : v = 2 π ne rb60.it

* Kí hiệu lốp : 11.00 – 20 Ý nghĩa thông số lốp :

11.00 : Bề rộng lốp kí hiệu là B ( inch)

20 : đường kính vành bánh xe kí hiệu d ( inch ) * Bán kính làm việc của bánh xe :

rb= λ r0 = 0,93 533.4= 496 (mm) = 0,496(m) Trong đó :

r0 : bán kinh thiết kế của bánh xe r0=(B+d

2 ).25 4=533,4 (mm)

λ : hệ số kể đến sự biến dạng của lốp - Lốp áp suất thấp λ= 0,93 -0,935*nmin=(0,5−0,6 ) nM=550

Me 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 Ne , mômen xoắn Me 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 (Nemax) 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 (Memax) , 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 :

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 lănPf ,lựccản lên dốc Pi , lực cản quán tính Pj, lực cản không khí Pw , lực cản kéo moócPm 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 taysố , các giá trị lực cản theo vận tốc chuyển động của ô tô

2 Công thức tính

Phương trình cân bằng lực kéo :

Pk = Pf ± Pi ± Pj ± Pw+Pm(N)= G f cosαα± G sαinα ±G

g j δj± ω v2+n Q ψ

Trong đó :

+ Pe: lực cản do động cơ sinh ra +Pk: lực kéo bánh xe chuyển động

Pk=Pe ηt

+Pf( lực cản lăn) : phát sinh do có sự biến dạng của lốp và đường hoặc do sự tạo thành vết bánh xe với mặt đường và do sự ma sát ở bề

mặt tiếp xúc giữa lốp và đường

Pf=G f cosαα (N) f : hệ số cản lăn

Pi ( lực cản lên dốc ): cản lại chuyển động của ô tô khi lên dốc

60 iti

* Với xe du lịch chọn hiệu suất 0.93

* Bán kính làm việc của xe : rb= 0,496(m) * Tỉ số truyền : it=ihi⋅i0

Trong đó : it : tỉ số truyền hệ thống truyền lực ihi : tỉ số truyền hộp số chính

i0: tỉ số truyền của truyền lực chính

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

+ Nếu v≥ 22.2 (m/s) thì Pflà một đường cong bậc 2 với f = f0.(1+ v21500) Tính theo công thức: Pψ = G (i+f) = 3228

*Lực cản không khí Pω:

Ta có :Pω = ω v2 = K.F.v2=0,35 x 6 xv2=2,1xv2 Mà : F= 0.8 x B x H =0,8 x 2,5 x 3 =6 (m2¿

B : chiều rộng ô tô 2.5 m H chiều cao ô tô : 3 m *Lực bám Pφ:

v( m/s)

4 Ứng dụng của đồ thị :

- Xác định được νmax 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

Pk dư=Pkéo−Pcản

+ Tăng tốc : Pk dư=Pj=Gg j δj

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

2 Công thức :

D = Pk−PwG

D = Pf± Pi± Pj

G = G ( f cosαα ±sin α) ±

Gg j δj

D = ψ ±δjg j

Trong đó : Pk : lực kéo bánh xe chuyển động (N) Pω : lực cản không khí Pω = ω v2=2,1 v2(N) G : trọng lượng ô tô (N) =107604

+ Để đảm bảo chuyển động : Dφ≥ Dn≥Ψ

3 Kết quả tính :

Pk 336

38 34981 35722 36278 36167 35389 34500 32609 30053 26829

0,53 1,12 1,74 2,97 4,48 6,36 7,74 10,07 12,81 15,77D 0,31

3 0,325 0,332 0,337 0,336 0,329 0,321 0,303 0,279 0,249

Pk 185

37 19277 19686 19992 19931 19502 19012 17970 16562 14785

1,74 3,71 5,79 9,8 14,75 20,84 25,43 33,26 42,15 52,08D 0,01

7 0,017 0,018 0,018 0,018 0,018 0,017 0,016 0,015 0,013

Pk 103

50 10763 10991 11162 11128 10889 10615 10033 9247 8255

5,58 11,9 18,52 31,29 47,38 67,04 81,77 106,76 135,07 166,72D 0,09

6 0,100 0,102 0,103 0,103 0,101 0,098 0,092 0,085 0,075

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

2 0,064 0,065 0,066 0,065 0,063 0,061 0,057 0,052 0,045Số v 3,75 5,45 6,81 8,85 10,9 12,94 14,3 16,34 18,39 20,43truy

Gφ : trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động φ: hệ số bám của bánh xe chủ động lên mặt đường

- Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 maxở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lớn nhất của đường :

D1 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 = Pk−Pw

Những đường đặc tính động lực học của ô tô ở góc phần tư bên phải của đồ thị tương ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy cồn góc phần tư bên trái đồ thị ta vạch từ gốc tọa độ những tia vuông góc với trục hoành với các góc α khác nhau mà :

tanα=DDx=

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 ) Gx=Ga−(Ga−Go) (100 %−%tải cần tìm)

Trong đó : Go : trọng lượng ô tô khi không tải

2 Công thức :

D = ψ ±δj

g j

G f +Gg j δj

G =f +δj

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

n5 v 3,75 5,45 6,81 8,85 10,9 12,94 14,3 16,34 18,39 20,43

5j 0,10

7 0,119 0,125 0,125 0,117 0,099 0,083 0,050 0,009 0,04

-δj 1δj 2δj 3δj 4δj 5

2 1,89 1,31 1,16 1,1

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

- Gia tốc cực đại của ô tô lớn nhất ở tay số 1 và giảm dần đến tay số cuối cùng

- Tốc độ nhỏ nhất của ô tô vmin=0,5m/s tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ nmin=550(vòng / phút)

- Trong khoảng vận tốc từ 0 đến vmin bắt đầu khởi hành khi đó li hợp trượt và bướm ga mở dần dần

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 NΨ và 𝑁ᵩ

2.Công thức tính :

-Phương trình công suất tổng quát :

Nk¿Ne−Nt=Nf± Nω± Ni± Nj=Pk v

-Trong đó :

- Ne: Công suất phát ra của động cơ;

- Nt: là công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực - Nk: công suất kéo bánh xe chuyển động Nk=Ne ηtl

-Nf = 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

+ j : Gia tốc của ô tô;

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

* Trường hợp xe ô tô chuyển động ổn định trên đường bằng không kéomoóc :

Nk 4 16,3

7 24,77 31,62 41,74 51,22 59,52 64,13 69,27 71,82 71,24

Nk 5 16,3

7 24,77 31,62 41,74 51,22 59,52 64,13 69,27 71,82 71,24- Xây dựng đường công suất cản tổng cộng :

Nψ= G 1000v (f.cos∝ + sin∝) + Nếu v≤ 22m/s thì Nf = 𝐺.fov

1000 ( fo=0.02¿

+ Nếu v >22 m/s thì Nf = 𝐺.𝑓.1000v (f =fo.(1+ v21500))

- Xây dựng đường công suất tiêu hao cho lực cản không khí

+ Vượt dốc : Ndư=Ni

- 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% νmax = 0,95 *18,5 =17,57 để 1/j không phải vô cùng vì nếu lấy νmax 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

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 vmax 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

- Tại vận tốc nhỏ nhất của ô tô vmin 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

- Vận tốc giảm : ∆ v=g ψ tδi

- 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

- 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

Trong đó : + v: vận tốc tại thời điểm bắt đầu chuyển số +ψ: hệ số cản tổng cộng của đường (ψ= 0,03) + t : thời gian chuyển số

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