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

Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu… Bài tập lớn môn học Lý thuyết ô tô là một phần của môn học, với việc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Xe tham khảo: Ford Ranger

Sinh viên: Nguyễn Thành Lân Lớp: Kỹ thuật ô tô 1

Hệ: Chính quy Khóa: 62 Người hướng dẫn: GV Tạ Thị Thanh Huyền

Hà Nội 2024

Nguyễn Thành Lân 1 Mục lục

1.1 Xác định các kích thước cơ bản của xe 3

1.2 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn: 4

1.3 Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô 5

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 11

2.2.1 Phân phối tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 11

2.3 Xây dựng đồ thị 14

2.3.1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô 15

2.3.2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô 18

2.3.4 Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc 24

2.3.5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc 27

2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược 27 2.3.5.2 Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ô tô 30

2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

32 2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc 37

Nguyễn Thành Lân 2

Nguyễn Thành Lân 3 LỜI NÓI ĐẦU

Lý thuyết ô tô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ôtô 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 lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu…

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

để tính toán sức kéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản của động cơ hay hệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể Qua đó, biết được một số thống số

kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc vủa ôtô 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 phục vụ cho công việc sau này

Nội dung bài tập lớn gồm 2 chương :

Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của cô Tạ Thị Thanh Huyền

Bộ môn cơ khí ôtô – Đại học Giao Thông Vận Tải

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Lân

Nguyễn Thành Lân 4 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ

I Xác định các kích thước cơ bản của xe

– Ba hình chiếu của xe Ford Ranger

– Các kích thước cơ bản:

STT Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị

Nguyễn Thành Lân 5

II Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: động cơ diesel, 4 xylanh thẳng hàng

Nguyễn Thành Lân 6

𝑓 = 0,016 ∗ (1 + 642

1500) = 0,06 – Bán kính bánh xe :

Lốp xe có kí hiệu: 255/65R18

+ 255 – Bề rộng của lốp: B (mm)

+ 65 – tỷ lệ 𝐻

𝐵 + R – loại lốp Radial

+ 18 – đường kính trong của lốp: d (inch)

⇒ 𝐻 = 65% ⇒ 𝐻 = 255 × 65% = 165,75 (𝑚𝑚)

𝐵 Bán kính thiết kế của bánh xe:

= rk = λ.r0

Trong đó: λ- Hệ số kể đến biến dạng lốp Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,95

Nguyễn Thành Lân 7

III Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô:

Xe Ford Ranger Wlidtrak 2.0L 4x4 2023 5 chỗ:

+ Tự trọng (trọng lượng bản thân): G0 = 2274 (kG) + Trọng lượng hành lý: Ghl = 20 (kG/người) (TL [1] trang 100) + Trọng lượng hành khách : Gh = 60 (kG/người) (TL [1] trang 100)

→ Trọng lượng toàn bộ : + G0 – tự trọng

+ n – số người (n = 5) + Gn – khối lượng người + Ghl – khối lượng hành lý

G = 2274 + 5.(60 + 20) = 2674 (kG)

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 2674 (kG)=2674.9,81 (N) = 26231,94 (N)

- Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cầu sau

Chọn Z2 = 45%G

 Z2 = 45% 26231,94 = 11804,373 (N)

 Z1 = (1 – 0,45).18099,45 = 14427,567(N)

G = G0 + n.(Gn + Ghl)

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO

I 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(ωe)

+ Đường mômen xoắn : Me = f(ωe)

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge = f(ωe)

- Ta có đường đặc tính Lây – đét – man của động cơ với công suất như sau:

𝑁𝑒 = 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥 (𝑎.𝜔𝑒

𝜔𝑁+ 𝑏 (𝜔𝑒

𝜔𝑁)2 − 𝑐 (𝜔𝑒

𝜔𝑁)3) Trong đó:

+ 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥 - Công suất lớn nhất của động cơ + a, b, c là các hệ số thực nghiệm Động cơ diesel : a=0,5; b=1,5; c=1 + 𝜔𝑁 – Tốc độ của động cơ tại công suất lớn nhất

- Ta có đường đặc tính Lây – đét – man của động cơ với momen xoắn như sau:

𝑀𝑒 =𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥

𝜔𝑁 (𝑎 +𝑏.𝜔𝑒

𝜔𝑁 − 𝑐 (𝜔𝑒

𝜔𝑁)2)

1) Tính lại thông số 𝑵𝒆𝒎𝒂𝒙 của động cơ để ô tô chuyển động với vận tốc lớn nhất

- Xây dựng công thức tính Công suất của động cơ khi đạt vận tốc lớn nhất:

𝑁𝑘𝑉 = 𝑁𝑒𝑉 ∗ 𝜂𝑡𝑙

Trong đó:

+ 𝑁𝑘𝑉 – công suất kéo ở bánh xe tại vận tốc lớn nhất (W);

+ 𝑁𝑒𝑉 – công suất động cơ tại vận tốc lớn nhất (W);

➔ 𝑁𝑒𝑉 =𝑁𝑘𝑉

𝜂𝑡𝑙 = 1

𝜂𝑡𝑙[𝐺 𝑓𝑉 𝑉𝑚𝑎𝑥 + 𝐾 𝐹 𝑉𝑚𝑎𝑥3]

Nên ta tính đạo hàm của 𝑀𝑒 theo 𝜔𝑒 là: 𝑑𝑀𝑒

𝑑𝜔𝑒 sau đó cho đạo hàm này bằng 0 đế ta tìm được

3) Tính dải từ ω min tới ω max :

- ωmin - là tốc độ quay nhỏ nhất của trục khuỷu mà động cơ vẫn có thể làm việc ổn định

Hình 1 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

II Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực:

640 660 680 700 720 740 760 780

0 50000

Tốc độ quay của động cơ (rad/s)

Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Ne (W) Me (Nm)

Nguyễn Thành Lân 11

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :

itli = i0 ihi Trong đó : + itli – tỷ số truyền của HTTL ở tay số i

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính + ihi – tỷ số truyền của hộp số ở tay số i

1) Phân phối tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Trong đó: + 𝑖𝑡𝑙𝑛 – tỉ số truyền tại tay số cuối cùng

+ 𝜔𝑒𝑉 – tốc độ góc của động cơ ứng với vận tốc chuyển động của ô tô đạt giá trị lớn nhất (= 𝜔𝑚𝑎𝑥 = 392,7)

+ 𝜔𝑘𝑉 - tốc độ góc tại bánh xe để ô tô đạt giá trị lớn nhất

Nguyễn Thành Lân 12

➔ 𝑖𝑡𝑙𝑛 = 𝜔𝑒𝑉

𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑟𝑏𝑥

➔ 𝑖𝑡𝑙3 = 𝑖𝑡𝑙2

𝑞 =4,851,21 = 4

➔ 𝑖𝑡𝑙4 = 𝑖𝑡𝑙3

𝑞 = 41,21 = 3,31

➔ 𝑖𝑡𝑙5 = 𝑖𝑡𝑙4

𝑞 =3,311,21 = 2,74

➔ 𝑖𝑡𝑙6 = 𝑖𝑡𝑙5

𝑞 =2,741,21 = 2,26

+ 𝑖𝑡𝑙𝑖 – tỉ số truyền của HTTL tại số thứ i

+ 𝑖ℎ𝑖 – tỉ số truyền của hộp số tại số thứ i

– Từ công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền của tay số 1: 𝑖ℎ1 =𝑖𝑡𝑙1

𝑖0 =5,872,26 = 2,597 + Tỷ số truyền của tay số 1: 𝑖ℎ2 =𝑖𝑡𝑙2

𝑖0 =4,852,26 = 2,146

Nguyễn Thành Lân 13

+ Tỷ số truyền của tay số 1: 𝑖ℎ3 =𝑖𝑡𝑙3

𝑖0 = 42,26 = 1,770

+ Tỷ số truyền của tay số 1: 𝑖ℎ4 =𝑖𝑡𝑙4

𝑖0 =3,312,26 = 1,465 + Tỷ số truyền của tay số 1: 𝑖ℎ5 =𝑖𝑡𝑙5

𝑖0 =2,742,26 = 1,212

+ Tỷ số truyền của tay số 1: 𝑖ℎ6 =𝑖𝑡𝑙6

𝑖0 =2,262,26 = 1

3) Kiểm tra điều kiện bám

- Ta có điều kiện bám: (với 2 cầu chủ động)

➔ P kmax ≤ P φ thỏa mãn điều kiện bám

- Tỉ số truyền của tay số lùi tính như sau (theo TL [1] trang 112)

𝑖ℎ𝑙𝑢𝑖 = 1,2 ∗ 𝑖ℎ1 = 1,2 ∗ 2,597 = 3,116 Vậy lực kéo tại số lùi là 𝑃𝑘𝑙𝑢𝑖:

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

𝑃𝑘𝑖 =𝑀𝑒 ∗𝑖0∗𝑖ℎ𝑖∗𝜂𝑡𝑙

𝑟𝑏𝑥 (a) (𝑃𝑘𝑖 – lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động tại tay số thứ i)

Nguyễn Thành Lân 14

Xét ô tô chuyển động đều trên đường bằng + 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 quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

𝑃𝑗 =𝐺

𝑔∗ 𝑗 ∗ 𝛿𝑗 = 0 + Pw – lực cản không khí Pw = K.F.v2

v – Vận tốc ứng với mỗi tay số (m/s)

Bảng 1.1: Lập bảng tính P k theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

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

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 (tr 57) – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ i được xác

0 2000 4000 6000 8000 10000

Nguyễn Thành Lân 16

định theo công thức:

Nki = Ne.ŋ𝑡𝑙 Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng như trong bảng:

Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị ∑ 𝑁𝑐 theo bảng trên:

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

∑ 𝑁𝑐 = Nf + Nw

=> ∑ 𝑁𝑐 = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57) – Lập bảng tính ∑ 𝑁𝑐

Bảng 2.2 Công cản của ô tô ứng với mỗi tốc độ

Nc 0,00 2203,66 15120,68 70600,11 95505,57 162973,43 206797,05

Hình 2.1 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

𝐷𝑖 = (𝑃𝑘𝑖 − 𝐾.𝐹.𝑉𝑖2)

𝐺

Trong đó: 𝑉𝑖 – là vận tốc dài của ô tô tại tay số thứ I (m/s)

- Với hai ô tô có cùng động cơ, cùng Hệ thống truyền lực, cùng trọng lượng nhưng khác hình dạng thì người ta sẽ dựa vào đồ thị nhân tố động lực học để đánh giá thông số kết cấu trên ô tô

Vận tốc chuyển động của ô tô (m/s)

Đồ thị cân bằng công suất với các tay số khác nhau

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

- 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

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

Vận tốc chuyển động của ô tô (m/s)

Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô

D1 D2 D3 D4 D5 D6 f Dphi

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

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

δj = 1,04+0,05ihi² 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 +𝑉𝑚𝑎𝑥2

1500)

- Lập bảng tính toán các giá trị ji theo vi tương ứng với từng tay số:

Nguyễn Thành Lân 21 Bảng 4.1: Lập bảng tính j i theo v i tương ứng ở từng tay số

vận tốc chuyển động của ô tô (m/s)

Đồ thị gia tốc của ô tô

+ Ở tốc độ vmax thì jv = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc

5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc

a Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ô tô

❖ 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(Vmax)

Ta có: tại vị trí Vmax1 là vị trí vận tốc chuyển số tại số 1 sang số 2

1

𝑗1 = 1

𝑗2

Trong đó:+ 𝑗1 – gia tốc của đồ thị số 1 tại thời điểm chuyển số

+ 𝑗2 - gia tốc của đồ thị số 2 tại thời điểm chuyển số

❖ 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

𝑡𝑣1−𝑣2 =(

1

1 𝑗2) (𝑣𝑗−𝑣𝑖)

- Chú ý: Khi tính thời gian tăng tốc thì thời gian tăng tốc sau bằng thời gian tăng tốc trước

cộng với 𝑡𝑣1−𝑣2, ví dụ:

Nguyễn Thành Lân 25

❖ Quãng đường tăng tốc

𝑑𝑆 = 𝑣 𝑑𝑡 => 𝑆 = ∫ 𝑣 𝑑𝑡𝑡𝑡2

1

Từ đồ thị thời gian tăng tốc t = f(v)

Ta có : Si = 𝐹𝑠𝑖 – với 𝐹𝑠𝑖 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 :

𝑆 = ∑𝑛𝑖=1𝐹𝑆𝑖

2

c 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

Nguyễn Thành Lân 26

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

➔ Chọn thời gian chuyển số 𝒕𝒄𝒔 = 𝟏 (𝒔)

(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):

+ δj = 1,04+ 0,05 ihi²

Từ công thức trên ta có bảng sau:

Bảng 5.1 Độ giảm vận tốc khi sang số

Độ giảm vận tốc khi chuyển số tại từng tay số i là: ∆

Bảng 5.2: Lập bảng tính thời gian và quãng đường tăng tốc của oto

V1 1/J1 J1 thời gian (s) quãng đường (m)

Nguyễn Thành Lân 28

d Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc

Hình 5.1 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc

Nhận xét:

- Đồ thị chỉ tính đến 0,95Vmax

- Khi chuyển sổ có sự mất mát về tốc độ vì khi chuyển số phải ngắt ly hợp không

có momen truyền từ động cơ về bánh xe trong khi vẫn phải chịu các lực cản gió,

cản lăn dẫn đến ô tô chuyển động chậm dần, vào giảm đi một vận tốc là ∆V

IV Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo

0 1000

Đồ thị thời gian, quãng đường tăng tốc

quãng đường (m) thời gian (s)

Nguyễn Thành Lân 29

Xe chuyển động chậm nên bỏ qua lực cản không khí: 𝑃𝑤 = 0

Xe không kéo mooc: 𝑃𝑚 = 0

Xe leo dốc lớn nhất nên coi xe đi rất chậm trên đường, nên gia tốc bằng 0: 𝑃𝑗 =0

- Ta có PTCB trên ô tô như sau:

Xe leo dốc lớn nhất nên coi xe đi rất chậm trên đường, nên gia tốc bằng 0: 𝑃𝑗 = 0

Lực cản lăn : vì leo dốc nên vận tốc nhỏ ➔ 𝑃𝑓 = 𝐺 𝑓0 = 26231,94.0,016 = 419,71(𝑁)

Xe chuyển động chậm nên bỏ qua lực cản không khí: 𝑃𝑤 = 0

4 Thời gian tăng tốc tới 100km/h

Dựa vào đồ thị thời gian- quãng đường tăng tốc xác định được thời gian tăng tốc từ 0 km/h đến 100 km/h khoảng 8.1 (giây)

KẾT LUẬN

Việc tính toán động lực học kéo của ô tô 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

Từ việc tính toán bài tập lớn, em đã nắm rõ được quy trình tính toán và vẽ đồ thị thông số của xe Ford Ranger đồng thời nâng cao khả năng sử dụng phần mềm Word, Exel, Auto CAD Qua đó nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như các kỹ năng bên lề Trong quá trình tính toán sẽ không tránh khỏi sai sót, mong Thầy Cô đưa ra nhận xét để em có thể rút kinh nghiệm và cải thiện tốt hơn Em Xin Chân Thành Cảm Ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Lý thuyết Ô TÔ – PGS.TS CAO TRỌNG HIỀN (chủ biên), TS ĐÀO MẠNH HÙNG

1450