đề tài tính toán động học và động lực học ô tô cần thiết kế

Xác định côngsuất cơ bản của ô tô, chọn động cơ;- Tính toán đường đặc tính ngoài của động cơ; - Tính toán tỉ số truyền của hệ thống truyền lực; - Xây dựng đường đặc tính kéo của ô tô; -

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Đặt vấn đề

Ô tô đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống hiện đại Chúng ta sử dụng ô tô để di chuyển, làm việc, mua sắm và thậm chí thư giãn Hiểu rõ về lý thuyết ô tô giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ và cách hoạt động của những phương tiện này Lý thuyết ô tô có thể hình dung ra được khi tính toán thiết kế những thông số cần.Bài tiểu luận lý thuyết ô tô áp dụng những kiến thức về thiết kế, khối lượng, công suất,tốc độ xe, tính toán tỉ số truyền động lực học của xe Hy vọng thầy và các bạn có thể đóng góp ý kiến giúp chúng em để rút kinh nghiệm trong bài tiểu luận tiếp theo.

Mục tiêu đề tài

Mục tiêu lý thuyết ô tô là cung cấp sinh viên phương pháp và công cụ để khảo sát đặc tính động học và động lực học chuyển động ô tô Nghiên cứu lý thuyết ô tô đến việc khảo sát qúa trình lăn bánh xe trên đường và các yếu tố động lực học Điều này rất quan trọng để hiểu và đánh giá các đặc tính sưt dụng của ô tô Ngoài ra môn học này còn trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản phục vụ cho những chuyên khác.

Nhiệm vụ môn lý thuyết ô tô bao gồm

_ Khảo sát động học và động lực học ô tô : Nghiên cứu quá trình lăn của bánh xe trên đường và các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động ô tô.

_Xác định trọng lượng và khối lượng ô tô

_Tính toán tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

_Cuốn lý thuyết ô tô Hutech

1.5 Kết cấu của tiểu luận:

Bài tiểu luận lý thuyết ô tô là một phần quan trọng của môn học, với việc vận dụng kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ô tô để tính toán sức kéo và động lực học Một số nội dung bài tiểu luận

Để xác định kích thước và thông số cơ bản của ô tô, cần xác định chiều dài, chiều rộng và chiều cao của xe Tiếp theo, xác định khối lượng ô tô, khối lượng hàng hóa (nếu có) và lựa chọn kích thước lốp phù hợp, tính bán kính bánh xe để đảm bảo khả năng vận hành và chịu tải tốt.

Tính toán động học và động lực học ô tô o Xác định công suất cơ bản của động cơ và lực chọn động cơ phù hợp

9 o Tính toán đường đặc tính ngoài của động cơ o Tính toán tỉ số truyền của hệ thống truyền lực o Đặc tính kéo ô tô

Phương pháp nghiên cứu

_Cuốn lý thuyết ô tô Hutech

1.5 Kết cấu của tiểu luận:

Bài tiểu luận lý thuyết ô tô là một phần quan trọng của môn học, với việc vận dụng kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ô tô để tính toán sức kéo và động lực học Một số nội dung bài tiểu luận

Xác định kích thước và thông số cơ bản của ô tô: o Xác định kích thước xe, bao gồm chiều dài, chiều rộng, chiều cao. o Xác định khối lượng của ô tô và khối lượng hàng hóa (nếu có). o Lựa chọn kích thước lốp và tính bán kính bánh xe.

Tính toán động học và động lực học ô tô o Xác định công suất cơ bản của động cơ và lực chọn động cơ phù hợp

9 o Tính toán đường đặc tính ngoài của động cơ o Tính toán tỉ số truyền của hệ thống truyền lực o Đặc tính kéo ô tô

NỘI DUNG THỰC HIỆN

Thông số kỹ thuật của ô tô cần thiết kế

-Chiều Dài Cơ Sở: 2424 (mm)

-Loại Động Cơ: Động Cơ Xăng

-Vận Tốc Cực Đại Của Ô Tô: Vamax = 150 (Km/h)

Xác định khối lượng và trọng lượng đầy đủ của ô tô

-Khối Lượng Đầy Đủ Của Ô Tô: m = ma + mt = 1030 + 400 = 1430 (Kg) -Khối Lượng Bản Thân Ô Tô: ma = 1030 (Kg)

-Khối Lượng Chuyên Chở: mt = 400 (Kg)

-Số Chỗ Ngồi Trong Xe ( Tính Cả Chỗ Ngồi Tài Xế ): zn = 5 (Chỗ)

-Khối Lượng Trung Bình Của Hành Khách: mn = 50 - 60 (Kg)

-Trọng Lượng Đầy Đủ Của Ô Tô: G = m x g = 1430 x 9,81 = 14028,3 (N)

Lựa chọn kích thước lốp và tính bán kính bánh xe

2.3.1 Lựa chọn kích thước lốp xe

- Trọng lượng của khối lượng tác đụng lên cầu trước ô tô:

-Trọng lượng của khối lượng tác dụng lên cầu sau sau ô tô

-Tải trọng tác dụng lên mỗi bánh xe của cầu trước ô tô:

-Tải trọng tác dụng lên mỗi bánh xe của cầu sau ô tô:

-Tải trọng tối đa tác dụng lên mỗi bánh xe: Pmax = P1 = 3949,8(N) = 395(kg) (N x 0,1) -Tải trọng tối đa cho phép tác dụng lên lốp xe: Pmax < PmaxH => PmaxH > 395 (kg)

2.3.2 Tính bán kính bánh xe

Từ những số liệu trên đã tính và tra phụ lục 4 chọn lốp xe: P175/70 R13

-Xác định bán kính thiết kế bánh xe: r 0 =h 1 +d

-Xác định bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rk = λrr0 (mm)

Trong đó: λr – Hệ số biến dạng (đàn hồi) của lốp xe: λr = 0,93÷0,935 với lốp có áp suất thấp

12 λr = 0,945÷0,95 với lốp có áp suất cao -Bán kính làm việc trung bình của lốp xe: r k=λrr o=0,93x287,6&7,468(mm)

Cân bằng công suất theo chỉ tiêu tốc độ tối đa khi đầy tải Xác định công suất cơ bản của ô tô, chọn động cơ

cơ bản của ô tô, chọn động cơ

-Công suất cần thiết của động cơ:

2.4.1 Tính toán hệ số cản tổng cộng của đường Ψ v

- Hệ số cản tổng cộng của đường: Ψ V =f ± i=f ± tgαα=f V =0,02125

Do ô tô chạy thẳng nên i = 0 và α = 0

- Hệ số cản lăn của đường tại thời điểm ô tô đạt vận tốc tối đa: f V ≅f 0 ( 1+20000 V amax 2 ) ≅ 0,01 x ( 1+20000150 2 ) ≅ 0,02125

Giá trị gần đúng của hệ số cẳn lăn khi chuyển động trên đương nhựa phẳng: f0 = (0,008 ÷ 0,01)

-Góc lên dốc của ô tô có thể leo qua được xác định theo công thức sau : α=2arctgα ( 2 x r L bx ) =2 arctgα ( 2 x 267,4682424 ) ≅ 25 °

2.4.2 Tính diện tích cản gió của ô tô F s

-Diện tích cản gió của ô tô:

2.4.3 Lựa chọn hiệu suất truyền lực của hệ thống truyền lực

Hiệu suất sử dụng ở hệ thống truyền lực của ô tô con bằng т 0,920,93

2.4.5 Công suất tối đa của động cơ Đối với động cơ xăng các hằng có giá trị: a=1, b=1, c=1

-Công suất cực đại của ô tô:

N emax R,6(kW) tại nN = 5600(vòng /phút)

Tính toán đường đặc tính ngoài của động cơ

2.5.1 Công suất làm việc của động cơ:

2.5.2 Momen xoắn của động cơ

(Nm) -Công suất của động cơ tại thời điểm Mmax :

-Momen xoắn tại thời điểm công suất tối đaM e N

2.6 Chọn tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

2.6.1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

- Vận tốc chuyển động của ô tô được tính theo biểu thức:

-Tỷ số truyền của truyền lực chính : i 0 =0,377 n V r k i kz i DK V amax =0,3775750x267,468.10 − 3

Chọn hệ số: ikz = 1 ,iDK = 1 vì xét ô tô chuyển động trên đường phẳng ở cấp số truyền cao nhất.

2.6.2 Lựa chọn tỷ số truyền của hộp số a) Lựa chọn tỷ số chuyền ở cấp số truyền thứ nhất i k1 của hộp số:

Trong đó: iDK – Tỷ số truyền của hộp số phân phối ở số cao (iDK = 1÷1,5)

Trường hợp xe không có hộp số phân phối thì iDK = 1

Kp – Hệ số chỉnh khi tính toán chọn Kp = 0,6 ÷ 0,8 Ψmax – Hệ số cản tổng của đường tối đa khi ô tô lên dốc Được tính như sau: Ψmax = fV + tgα

.Tỷ số truyền tại cấp số 1 ik1 được tính từ điều kiện ô tô vượt qua sức cản lớn nhất của đường Ψmax: Ψ max =f V +i=f V +tgαα=0,02125+tgα(25°)=0,4875 i k 1 ≤ m i G 2 φ x r k

Trong đó: φx – Hệ số bán dính của lốp xe hg - Trọng tâm khối lượng (hg  1 3 h )

L – Chiều dài cơ sở (mm)

Từ đó ta chọn tỷ số truyền tại tay số thứ nhất là : ik1 = 7,2558 b) Xác định tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số Đối với hộp số có số truyền cuối cùng là số truyền thẳng: ikz = 1 i kp = ( z−1 √ ) i k 1

Trong đó: z – Số lượng cấp số truyền của hộp số p – Số thứ tự cấp số truyền của hộp số -Tỷ số truyền của tay số II: i k 2 = ( 5−1 √ ) i k ( 5−2 1 ) = √ 4 7,2558 3 =4,4209

-Tỷ số truyền của tay số III: i k 3 = ( 5−1 √ ) i k 1

-Tỷ số truyền cuat tay số IV: i k 4 = ( 5−1 √ ) i k1

-Tỷ số truyền của tay số V: i k 5 = ( 5−1 √ ) i k ( 5−5 1 ) = √ 4 7,2558 0 =1 c) Xác định tỷ số truyền lực chính của cả hệ thống truyền lực:

Công thức xác định tỷ số truyền của cả hệ thống truyền lực: i TLz =i kz x i 0

Với z – là số cấp truyền của hộp số

-Tỷ số của hệ thống truyền lực tại tay số thứ nhất: i TL1 =i k1 x i 0 =7,2558x3,865(,0436

-Tỷ số của hệ thống truyền lực tại tay số thứ hai: i TL2 =i k2 x i 0 =4,4209x3,865,0867

-Tỷ số của hệ thống truyền lực tại tay số thứ ba: i TL3 =i k3 x i 0 =2,6936x3,865,4107

-Tỷ số của hệ thống truyền lực tại tay số thứ tư: i TL 4 =i k4 x i 0 =1,6412x3,865=6,3432

-Tỷ số của hệ thống truyền lực tại tay số thứ năm: i TL5 =i k5 x i 0 =1x3,865=3,865

2.7 Xây dựng đường đặc tính kéo của ô tô

2.7.1 Xác định lực kéo của ô tô:

-Trường hợp ô tô chuyển động đều, ổn định (gia tốc ja=0) và không kéo rơ mooc:

F kz =F WZ +F Ψ z (N) -Lực kéo được xác định từ phương trình sau:

F kz =M ez i 0 i kz η T r k =M ez i TLz η T r k (N)

-Momen xoắn của động cơ tương ứng với cấp số truyền được xác định tại phương trình sau:

-Momen xoắn của động cơ tương ứng với cấp số truyền thứ 1:

-Lực kéo tại bánh xe chủ động của ô tô tương ứng với tay số truyền 1:

- Xác định vận tốc tương ứng với từng cấp số truyền dựa theo công thức:

-Vận tốc của ô tô tại cấp số truyền 1:

2.7.2 Xây dựng đường đặc tính kéo của ô tô:

-Xác định lực cản không khí đối với các vận tốc chuyển động khác nhau của ô tô:

-Lực cản của không khí khi ô tô chuyển động ở tay truyền số 1:

Giả thiết xe chuyển động ổn định trên đường bằng phẳng (a=0, α=0, Fi=0, Fj=0)-Công thức xác định lực cản tổng tương ứng với cấp số truyền z:

-Hệ số cản đường tương ứng với vận tốc Va1 : Ψ 1 =f 0 ( 1+20000 V a 2 1 ) +tgαα =0,01 x ( 1+200009 2 ) +tgα (25° )=0,4763

-Hệ số cản đường tương ứng với vận tốc Va3 : Ψ 3 =f 0 ( 1+20000 V a3 2 ) +tgαα =0,01x ( 1+2000036 2 ) +tgα ( 25 ° )=0,477

-Hệ số cản đường tương ứng với vận tốc Va4 : Ψ 4 =f 0 ( 1+20000 V a 2 4 ) + tgαα=0,01 x ( 1+2000072 2 ) + tgα( 25 ° )=0,4789

-Hệ số cản đường tương ứng với vận tốc Va5 : Ψ 5 =f 0 ( 1+20000 V a 2 5 ) +tgαα =0,01 x ( 1+20000146 2 ) +tgα (25 ° )=0,4869

-Xác định lực cản tổng cộng của đường FΨ là tổng lực cản lăn và lực cản lên dốc:

-Xác định lực kéo tự do của ô tô:

Trong đó: FCBz – lực kéo tự do của ô tô tương ứng với cấp số truyền

-Lực kéo tự do tương ứng tại cấp số truyền thứ 1:

F CB3 =F k3 −F w 3 974,96−57,86917,1(N) -Lực kéo tự do tương ứng tại cấp số truyền thứ 4:

F CB4 =F k4 −F w 4 "79,67−231,44 48,23(N) -Lực kéo tự do tương ứng tại cấp số truyền thứ 5:

-Xác định lực bám theo công thức sau:

2.8 Xác định các chỉ số chính động học của ô tô với hệ thống cơ truyền lực

2.8.1 Nhân tố động lực học:

- Là tỷ số của lực kéo tự do với trọng lực của ô tô được tính theo công thức sau:

Trong đó: Dz – Nhân tố động lực học tương ứng với cấp số truyền z có tỷ số truyền ikz

- Nhân tố động lực học tại cấp số truyền thứ 1:

- Xác định độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được imax i max =D max −f=0,776−0,02=0,756

- Xác định góc nghiêng lên dốc lớn nhất αmax α max =arctgα( D max −f)= arctgα ( 0,756 )7 °

- Nhân tố động lực học theo điều kiện bám được tính như sau

- Để duy trì cho ô tô chuyển động ôn định phải thỏa mãn 2 điều kiện sau:

-Gia tốc tối đa được xác định trong quá trình làm việc với sự cung cấp đầy đủ nhiên liệu: j az =( D z −Ψ z ) δ gα kz ( m s 2 )

Trong đó: jaz – Gia tốc của ô tô tương ứng với cấp số truyền z có tỷ số truyền iki (m/s 2 ) Ψz – Hệ số cản đường tương ứng với ô tô có vận tốc Va δ – Hệ số tính toán khối lượng quay được tính như sau: δ kz =1+δ 1 +δ 2 i kz 2

Trong đó: Ikz – Tỷ số truyền của hộp số δ1 ,δ2 – Các hệ số δ1 = 0,04 δ2 = 0,05

-Hệ số tính toán khối lượng quay được tại tỷ số truyền số 1: δ k 1=1+δ 1+δ 2 i k 2 1

-Hệ số tính toán khối lượng quay được tại tỷ số truyền số 2: δ k 2 =1+δ 1 +δ 2 i k 2 2 =1+0,04+0,05x4,4209 2 =2.017

-Hệ số tính toán khối lượng quay được tại tỷ số truyền số 3: δ k 3 =1+δ 1 +δ 2 i k 2 3 =1+0,04+0,05x2,6936 2 =1,403

-Hệ số tính toán khối lượng quay được tại tỷ số truyền số 4:

-Hệ số tính toán khối lượng quay được tại tỷ số truyền số 5: δ k 5 =1+δ 1 +δ 2 i k 2 5 =1+0,04+0,05x1 2 =1,09

- Gia tốc của ô tô tương ứng với cấp số truyền thứ 1: j a1 =( D 1−Ψ 1 ) δ gα k 1

- Gia tốc của ô tô tương ứng với cấp số truyền thứ 2: j a2 =( D 2−Ψ 2 ) δ gα k2

- Gia tốc của ô tô tương ứng với cấp số truyền thứ 4: j a 4 =( D 4−Ψ 4 ) δ gα k4

-Giá trị của gia tốc trung bình được tính theo công thức sau: j tbi =j i−1 +j i

Trong đó: ji-1 , ji – lần lượt tương ứng với tại thời điểm đầu và điểm cuối của khoảng vận tốc

-Gia tốc trung bình thứ 1: j tb 1 =j 0 +j 1

-Gia tốc trung bình thứ 4: j tb 4 = j 3 +j 4

Mặt khác cũng có thể tính bằng công thức sau nếu biết được giá trị của vận tốc tại thời điểm đầu và cuối trong khoảng vận tốc. j tbi =V i −V i−1 Δtt i =ΔtV i Δtt i

.Trong đó: Δtt1 – Thời gian tăng tốc trong khoảng vận tốc trước đó (s)

-Trong khoảng thời gian đó, khi vận tốc ô tô tăng lên một lượng ΔtVi, được xác định theo định luật cân bằng gia tốc chuyển động

Khoảng thời gian tăng tốc đạt đến tốc độ ΔtV 1: Δtt 1 =ΔtV 1 j tb1 =( V 1−V 0 ) j tb 1 =(9−0)

0,37 $(s)Khoảng thời gian tăng tốc đạt đến tốc độ ΔtV 2: Δtt 2 =ΔtV 2 j tb2 =( V 2−V 1 ) j tb 2 =(18−9)

Khoảng thời gian tăng tốc đạt đến tốc độ ΔtV 3: Δtt 3 =ΔtV 3 j tb 3 =( V 3−V 2 ) j tb 3 =(36−18)

-Xác định tổng thời gian tăng tốc trong khoảng vận tốc từ Vmin đến Vmax bằng công thức sau: t=∆ t 1 +∆ t 2 +∆ t 3 +…+∆ t n t=∆ t 1 +∆ t 2 +∆ t 3 +∆ t 4 +∆ t 5 ¿24+6+8,7+24+134,557,25(s)

-Xác định khoảng thời gian chuyển số truyền được xác định:

∆ V ci 3Ψ i t c (s).Trong đó: tc – thời gian chuyển số truyền, tc = 1,5 (s)

- Xác định khoảng đường tăng tốc trong khoảng vận tốc được xác định như công thức sau:

∆ S=∆ t x V tb (hoặc) ∆ S= V tb ∆ V j tb (hoặc) ∆ S i =0,5 ( V i 2

-Quãng đường tăng tốc trong khoảng vận tốc V0 đến V1:

- Quãng đường tăng tốc tổng cộng S khi tăng tốc từ vận tốc nhỏ nhất đến vận tốc tối đa được tính bằng công thức:

2.9 Xây dựng đồ thị cân bằng công suất

- Xác định công suất Ne bằng tích của momen xoắn Me ở trục khuỷu với tần số góc quay của nó ωe

N e =M e ω e (kW) -Mất mát công suất trong quá trình truyền lực từ động cơ đến các bánh xe chủ động :

Trong đó : Va – Vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô (km/h)

-Để ô tô có thể chuyển động thì lực kéo tại các bánh xe phải thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện sau đây :

1) R xM ≥ ∑ F c – Lực cản chuyển động

2) R xM ≤ F φ =R zm φ- Lực kết dính của bánh xe với đường

Fc – Tổng lực cản chuyển động của ô tô (N)

Fφ – Lực bám của bánh xe với đường (N) Φ – Hệ số bám của bánh xe với đường, hệ số ma sát trượt loại thứ nhất.

Nếu thõa mãn điều kiện trên thì phương trình cân bằng công suất của ô tô ở dạng thu gọn có dạng như sau :

Công suất lực cản của không khí Nwz được tính bằng công thức sau :

-Công suất lực cản của không khí tại cấp số truyền 1 :

Công suất lực cản đường chuyển động NΨz được tính bằng công thức sau :

-Công suất lực cản đường chuyển động tại cấp số truyền 1 :

Công suất lực cản quán tính Njz được tính bằng công thức sau :

-Công suất lực cản quán tính tại cấp số truyền 1 :

-Công suất của ô tô tại cấp số truyền 1 :

2.10 Xây dựng đường đặc tính kinh tế nhiên liệu của ô

2.10.1 Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phụ thuộc vào n : g e = f(n)

2.10.2 Mức tiêu thụ nhiên liệu trong một giờ : G T = f(n)

- Xác định mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ bằng công thức sau :

-Xác định mức tiêu thụ của đông cơ dựa theo phương trình sau :

-Mức tiêu thụ của đông cơ tại cấp số truyền thứ 1 với công suất N e1:

Xây dựng đường đặc tính kéo của ô tô