Các thông số ban đầu
Xác định các kích thước cơ bản của xe
Thông số Kí hiệu Số liệu Đơn vị
Chiều dài toàn bộ 𝐿0 6358 mm
Khối lượng toàn bộ G 9740 kg
Tốc độ lớn nhất Vmax 80 km/h
Tỉ số truyền lực chính i0 5,7
Công suất cực đại NeN 125 kW
Số vòng quay cực đại neN 3000 rpm
Momen xoắn cực đại MeM 460 Nm
Số vòng quay của momen cực đại neM 2000 rpm
Cầu dẫn động cầu sau
Lựa chọn kích thước lốp và tính bán kính bánh xe
Lựa chọn kích thước lốp xe để lựa chọn lốp và xác định kích thước bán kính làm việc trung bình của bánh xe cần thiết phải biết về sự phân bố tải trọng lên các cầu trục. Cầu chủ động là cầu sau
G2 - Tương ứng các trọng lượng của khối lượng đầy đủ tác dụng lên trục sau của ôtô.
G - Trọng lượng đầy đủ của ôtô.
Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm khối lượng được tính bằng công thức:
G - Trọng lượng đầy đủ của ôtô.
L - Chiều dài cơ sở của ôtô.
Khoảng cách từ trọng tâm khối lượng đến cầu sau là:
Tính bán kính bánh xe
Sau khi lựa chọn được lốp xe, từ các kích thước, số liệu đã biết này có thể xác định bán kính thiết kế của bánh xe:
Theo công thức (II - 1) trang 37[1]:
B là bề rộng của lốp d là đường kính vành bánh xe
Khi tính toán 𝑟0, cần lưu ý đến đơn vị của thông số lốp Chiều cao lốp H và đường kính vành bánh xe d được biểu thị bằng mm hoặc inch (1 inch = 25,4mm).
Bán kính làm việc trung bình của bánh xe, kí hiệu là 𝑟𝑏 được tính theo công thức (II - 2) trang 38[1].
- Hệ số kể đến sự biến dạng (đàn hồi) của lốp xe.
= 0.93 0,935 với lốp có áp suất thấp.
= 0.945 0,95 với lốp có áp suất cao.
Tính toán sức kéo của ôtô
Tính toán công suất cần thiết của động cơ khi ô tô đầy tải và vận tốc tối đa
Một trong các bài toán quan trọng của tính toán sức kéo là lựa chọn công suất động cơ cho ôtô cần tính toán, thiết kế.
Công suất cần thiết Nv của động cơ phải đủ đảm bảo khả năng xe chuyển động được khi đầy tải với vận tốc tối đa cho trước Vmax được xác định bằng công thức trang 139[1] sau:
G là tổng trọng lượng của ô tô
Vmax là vận tốc lớn nhất của ô tô 80 (km/h) = 22,22 (m/s)
K là hệ số cản khí động học, chọn K = 0,7 (kg.𝑠 2 /𝑚 4 )
F là diện tích cản chính diện F = B.H = 1,852.2,960= 5,482 (𝑚 2 )
𝜂𝑇𝐿 là hiệu suất của hệ thống truyền lực: chọn 𝜂𝑇𝐿 = 0,89 f là hệ số cản lăn của đường (chọn f0 = 0,015 với đường nhựa tốt)
𝑣𝑚𝑎𝑥 = 80 km/h = 22,2 m/s vì vậy hệ số cản lăn được tính như sau: f = f 0 = 0.015
Từ những thông số trên ta tìm được Nv:
Xác định công suất cực đại của động cơ
Công suất lớn nhất của động cơ đề bài cho:
Công suất cực đại NeN 125 kW
Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Tính công suất động cơ ở số vòng quay khác nhau:
Sử dụng công thức Lây-Đec-Man:
NeN và nN là công suất cực đại và số vòng quay tương ứng NeN và nN công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính ngoài của động cơ.
Mômen xoắn của động cơ
Mômen xoắn của động cơ được xác định bằng công thức (I – 3) trang 12[1].
1,047.n e Trong đó: Me - mômen xoắn của động cơ (N.m)
Ne - công suất làm việc của động cơ (kW) ne - số vòng quay của trục khuỷu (vg/ph)
Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ
Hình 1: Biểu đồ đặc tính
Xác định tỉ số truyền của truyền lực chính
Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực chính trong trường hợp tổng quát được xác định theo công thức (I – 5) trang 13[1]. i t =i h i p i 0 i c
Trong đó: i h - Tỉ số truyền của hợp số chính. i p - Tỉ số truyền của hợp số phụ. i 0 - Tỉ số truyền của truyền lực chính. i c - Tỉ số truyền của truyền lực cuối cùng.
2.5.1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính: i 0 được xác định trên cơ sở đảm bảo tốc độ chuyển động cực đại của ô tô ở số truyền cao nhất trong hộp số.
Theo đề bài cho ta có được thông số i o :
Tỉ số truyền lực chính i 0 5,7
2.5.2 Xác định tỷ số truyền của tay số 1 i hs1 :
Tỷ số truyền của tay số 1 ( i hs 1 ¿được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục được sức cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.
Theo điều kiện chuyển động ta có:
P kmax : lực kéo lớn nhất của động cơ phát ra ở bánh xe chủ động.
P ψmax : lực cản tổng cộng của đường.
Khi ôtô chuyển động ở tay số I, vận tốc của ôtô nhỏ nên bỏ qua lực cản không khí.
Suy ra: i hs1 ≥ G ψ max r b i pc
Hệ số cản lăn f = 0,015 α: vì xe di chuyển trên đường bằng nên bằng 0 Ψmax là hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đường ψ max =0,3 i hs1 ≥ 0,3.97400 0,534 1 469,809.5,7 0,89 =¿6,422 Mặt khác P kmax còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường:
M emax i 0 i hs1 η TL r b ≤G φ φ i hs1 ≤ G φ φ i pc r b
M emax i 0 n TL i hs 1 ≤ 97400.0,7 0,8 0,534 469,809.5,7.0,89 ,126 Suy ra được: 6,422 ≤i hs1 ≤ 17,126 ta chọn i hs 1 =6,422
Xác định tỷ số truyền của các tay số trung gian
Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo cấp số nhân Công bội được xác định theo biểu thức; q= n−1 √ i i hs1 hn
Trong đó: n - là số cấp trong hộp số; n = 5 i hs1 – tỷ số truyền tay số 1 i hn - tỷ số truyền của tay số cuối trong hộp số i h 4 = 1 q= n−1 √ i i hs hn 1 = 5−1 √ 6,422 1 =1,592
Tỷ số truyền tay số thứ i được xác định theo công thức sau: i hi = i h (i−1) q = i hs1 q i−1
Trong đó: i hi là tỷ số truyền tay số thứ i trong hộp số
Từ công thức trên ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số.
2.5.3 Tỷ số truyền của tay số II i hs 2 i hs2 = i hs1 q 2−1 = 6,422 1,592 = 4,034
2.5.4 Tỷ số truyền của tay số III i hs 3 i hs3 = i hs1 q 3−1 = 6,4221,592 2 =2,534
2.5.5 Tỷ số truyền của tay số IV i hs 4 i hs4 = i hs1 q 4−1 = 6,422 1,592 3 =1,592
2.5.6 Tỷ số truyền của tay số V i hs5 =1
Tỉ số truyền ứng với từng tay số
Tỉ số truyền ứng với từng tay số 6,422 4,034 2,534 1,592 1
Xây dựng đồ thị các chỉ tiêu động lực học của ô tô
Phương trình cân bằng lực kéo:
P ki – lực kéo tiếp tuyến của bánh xe tương ứng ở cấp số i. i i – tỷ số truyền của cấp số i i 0 – tỷ số truyền lực chính
+ 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)
Pw = K.F.v 2 + Pw – lực cản không khí
Vận tốc ứng với mỗi tay số:
60 i 0 i hi (b) Lập bảng tính Pk theo công thức (a), (b) với từng tỷ số truyền.
Bảng 2: Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số
Pk1 V1 Pk2 V2 Pk3 V3 Pk4 V4 Pk5 V5
Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số Tay số 1 ne Ne Me
Phương trình cân bằng lực cản Pc.
Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió
Pc = fG + KFv² Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió
Với f 0 0, 015 0, 02 ta chọn f 0 =0,015 Lập bảng tính Pc, P φ
Bảng 3: Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động.
+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8)
Dựng đồ thị Pk = f(v) và P φ = f(v):
5000.000 Biểu đồ cân bằng lực kéo
Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pk5 Pc
Hình 2: Đồ thị cân bằng lực kéo
+ Trục tung biểu diễn Pk, Pf, Pw Trục hoành biểu diễn v(m/s).
+ Dạng đồ thị lực kéo của ôtô 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 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.
Phương trình cân bằng công suất
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 ŋ tl ( với v i = 0,105 i 0 i r k hi n i e pc )
Trên đồ thị N= f(v), dựng đồ thị ∑ N c theo bảng trên:
+ Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:
Bảng 4: Công cản của ôtô ứng với mỗi tay số.
Công cản của ôtô ứng với mỗi tay số Vận tốc (m/s) 0,000 4,122 6,563 10,448 16,634 26,475
N c (kW) 0,000 6,291 10,673 19,640 41,961 109,878 Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:
Bảng 5: Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô.
Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô
Từ những thông số trên ta vẽ được đồ thị cân bằng công suất trên ôtô
120.000 Đồ thị cân bằng công suất ôtô
Nk1 Nk2 Nk3 Nk4 Nk5 Nc
Hình 3: Đồ thị cân bằng công suất ôtô
Đồ thị nhân tố động lực học
Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk và lực cản không khí
Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”.
G ( Me i 0 i hi r bx ŋ tl - KFv²) (1) vi = 2 π n e r bx
+ 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 học.
Nhân tố động lực học Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5 M e
6 442,180 Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau:
Bảng 7: Nhân tố động lực học theo điều kiện bám.
Nhân tố động lực học theo điều kiện bám Vận tốc (m/s) 0,000 4,122 6,563 10,448 16,634 26,475
Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô
0.350 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô
Hình 4: Đồ thị nhân tố động lực học ôtô
+ Dạng của đồ 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.
+ 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 đường: D1max = 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.
+ 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 ≤ Dφ
+ Vùng giới hạn giữa đường cong Dφ và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > Dφ trong giới hạn nhất định có thể ung đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra.
Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc
+ Biểu thức tính gia tốc:
J = D i − f −i δ i g + Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (a = 0) thì:
Ji = D i − f δ I g (CT 1-65, trang 59) 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
+ f, I – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;
+ ji – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i;
+ δ j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay δ j = 1 + 0.05(1 + ihi²) Bảng 8: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay.
Hệ số ảnh hưởng của khối lượng
Khi ôtô chuyển động với vận tốc v < 22 m/s thì f = f0
Khi ôtô chuyển động với vận tốc v > 22 m/s thì f = f0.(1+ v ²
1500)Lập bảng tính toán các giá trị ji theo vi ứng với từng tay số:
Bảng 9: Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số.
Tay số 5 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4
Từ kết quả bảng tính, xây dựng đồ thị j = f(v):
12.000 Đồ thị gia tốc của ôtô j1 j2 j3 j4 j5
Hình 5: Đồ thị gia tốc của ôtô