tính toán công suất cần thiết của động cơ khi ô tô đầy tải và vận tốc tối đa

Thuyết Kế Tuyến Hình Ô TÔ

Xác định các kích thước ban đầu của xe

Thông số Kí hiệu Số liệu Đơn vị

Chiều dài toàn bộ L 0 5655 mm

Khối lượng toàn bộ m 5970 kg

Tốc độ lớn nhất V max 90 km/h

Tỉ số truyền lực chính i 0 6.83

Công suất cực đại N eN 85.79 kW

Số vòng quay cực đại n eN 3200 rpm

Momen xoắn cực đại M eM 284.49 Nm

Số vòng quay của momen cực đại n eM 2100 rpm

Cầu dẫn động ¿> ¿ cầu sauTên ô tô: GAZ-66-02

Các thông số chọn

Hệ số cản lăn: f 0 = 0.015 (đường nhựa tốt)

Hệ số ảnh hưởng biến dạng áp suất lốp thấp: λ= 0,93

Hệ số cản lăn f = f 0 = 0.015 (lúc thoả điều kiện v max ≤ 80 km/h)

Hệ số cản tổng cộng của mặt đường ψ = 0.025÷0.035 = 0.025( dự trữ công suất nhằm cho ô tô chuyển động được ổn định ở vận tốc lớn nhất)

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.

Tổng trọng lượng của xe G = 5970(Kg) = 5970*9.81 (N) = 58565.7 (N)

Cầu chủ động là cầu sau

Z2 Tương ứng các trọng lượng của khối lượng đầy đủ tác dụng lên trục sau của ô tô, N.

G - Trọng lượng đầy đủ của ô tô, N;

Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm khối lượng được tính bằng công thức: a= Z 2 ∗L

G – Trọng lượng đầy đủ của ô tô, kg;

L - Chiều dài cơ sở của ô tô, mm.

Khoảng cách từ trọng tâm khối lượng đến cầu sau là: b= L− a300 −24755 (mm)

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]. r 0 = ( B+ d 2 ) ∗25.4= ( 12+ 18 2 ) ∗25.4S3.40 (mm)

B là bề rộng của lớp tính theo đơn vị Anh d đường kính vành bánh xe tính theo đơn vị Anh

Khi tính toán r 0 cần lưu ý, đơn vị thông số về lốp: chiều cao của lốp H và đường kính của vành bánh xe d có thể dưới dạng đơn vị là mm hoặc inch (1 inch%.4mm).

Bán kính làm việc trung bình của bánh xe, kí hiệu là r b được tính theo công thức (II-2) trang 38 [1].

Ta chọn λ=0,935 với lốp có áp suất thấp r b =λ∗r 0 = 0.93∗533.4 ≅ 496.06 ( mm)

 - 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.

Diện tích cản chính diện F: F= B∗H =

1000 ≅ 4.39( m¿¿ 2) ¿Nhân tố cản không khí W =K∗F =0.65∗4.39 ≅ 2.85 ( Ns m 2 2 )

TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CẦN THIẾT CỦA ĐỘNG CƠ KHI Ô TÔ ĐẦY TẢI VÀ VẬN TỐC TỐI ĐA

Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Một trong các bài toán quan trọng của tính toán sức kéo là lựa chọn công suất động cơ cho ô tô 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 V max được xác định bằng công thức trang 139 [1] sau:

Trong đó: G là tổng trọng lượng của ô tô G = 58565.7 N v max là vận tốc lớn nhất của ô tô v max =¿ 90 km/h ≅ 25 m/s K- hệ số cản khí động học, chọn K = 0.65 (kg s 2 /m 4 )

F - diện tích cản chính diện F =B∗H =

1000 ≅ 4.39 ( m¿¿ 2 )¿ η TL hiệu suất của hệ thống truyền lực: chọn η TL = 0.89

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 N eN 85.79 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 ( I – 2) trang 11 [1]:

N eN và n N là công suất cực đại và số vòng quay tương ứng.

Với động cơ xăng : a=1; b=1; c=1. Đặt λ= n n e eN

Với động cơ xăng chọn  = 1.1 ÷1.3 = 1.2 Theo số liệu trang 140 [1].

Mômen xoắn của động cơ

Mômen xoắn của động cơ được xác định bằng công thức (I – 3) trang 12 [1].

Me – mômen xoắn của động cơ, N.m;

Ne – công suất làm việc của động cơ, kW; n e số vòng quay của trục khuỷu, v/ph.

Bảng 1 Số liệu đường đặc tính ngoài động cơ

Hình 1: Đường đặc tính ngoài động cơ

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 hs ∗i pc ¿i hsp ¿i o

Trong đó: i hs tỉ số truyền của hợp số chính i pc tỉ số truyền phân phối. i hsp tỉ số truyền của hộp số phụ. i o tỉ số truyền của truyền lực chính.

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 6.83

5.2 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CỦA HỘP SỐ

5.2.1 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CỦA TAY SỐ 1

Tỷ số truyền của tay số 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 ψ max : lực cản tổng cộng của đường

Khi ô tô chuyển động ở tay số I ,vận tốc của ôtô nhỏ nên bỏ qua lực cản không khí.

↔ M emax ∗i 0 ¿ i hs 1 ∗i pc ∗η TL r b ≥ ψ max ∗G

M emax ∗i o ¿ i pc ∗η t f = 0.015 vì xe di chuyển trên đường bằng nên α = 0 → i = 0 Ψmax là hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đường.max là hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đường. ψ max =i± f =0 ± 0.015=0.015 (do i=0) i hs1 ≥ 58565.7∗0.015∗0.5

Mặt khác P kmax còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường:

Với G φ =G∗75 %=G∗0.75 X565.7∗0.75C924.275 (m là hệ số phân bố tải trọng)

Suy ra được 0.2539 ≤i hs 1 ≤ 10.19 ta chọn i hs1 =5.0

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

Do xe di chuyển trên đường bằng phẳng loại tốt, ta chọn số cuối cùng của hộp số là số truyền tăng i hn =i hs 5 22,22 ( m s )

Nhân tố cản không khí W =K∗F =0.65∗4.39 ≅ 2.85 ( Ns m 2 2 ) v là Vận tốc lớn nhất ở mỗi hộp số tương ứng (m/s)

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

+ G φ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động.

+ φ – hệ số bám của mặt đường

Pf Pw V(pf,pw) Pf+Pw Pϕ

Bảng 4 Giá trị lực cản, lực bám ứng với mỗi tay số Đứng yên Số 1 Số 2 Số 3 Số 4

Vmax của mỗi cấp số

Hình 2: Biểu đồ cân bằng lực kéo

Pf+Pw Linear (Pf+Pw) Pϕ v (m/s)

 Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo và đường cong tổng lực cản là lực kéo dư dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.

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

7 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA ÔTÔ

Phương trình cân bằng công suất

Theo công thức ( IV – 1) trang 88 [1]

Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở hộp số thứ i được xác định theo công thức:

Trên đồ thị N k = f(v), dựng đồ thị ∑ N c theo bảng trên:

Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

Bảng 5: Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số Đứng yên Số 1 Số 2 Số 3 Số 4

Lập bảng và tính toán các giá trị N ki và v i tương ứng

Bảng 6: Công suất ứng với các vận tốc của các cấp số

Bảng công suất lực cản :

Từ những thông số trên ta vẽ được đồ thị cân bằng công suất trên ô tô

Hình 3: Đồ thị cân bằng công suất của ô tô

Nk1 Nk2 (kW) Nk3 (kW) Nk4 (kW) Nf+Nw v (m/s)

8 ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC.

Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến P k và lực cản không khí

P w với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”.

Dựa vào công thức ( IV – 16) trang 102 [1].

0 ∗i hs i 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 7 Nhân tố động học

Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau :

Ta có công thức ( IV – 18) trang 103 [1].

Bảng 8 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám Đứng yên Số 1 Số 2 Số 3 Số 4

Nhân tố động lực học

Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô

Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô

 Nhân tố động lực học 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 Ψmax là hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đường ≤ D ≤ D φ

 Khi D > D φ trong giới hạn nhất định có thể dùng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra.

9 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA ÔTÔ – XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC

Biểu thức tính gia tốc :

Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (a = 0) thì:

D i là giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ i tương ứng với tốc độ v i đã biết từ đồ thị

D = f(v); f, i là hệ số cản lăn và độ dốc của đường; j i là 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+i hsi ²) f = f o = 0,015 khi v ≤ 22,22 ( m s ) f = f o ( 1+ 1500 v max 2 ) =0.021 khi v >22,22 ( m s )

Lập bảng tính toán các giá trị j i theo v i ứng với từng tay số

Bảng 9: Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số

Từ kết quả bảng tính, xây dựng đồ thị j = f(v):

Hình 5: Đồ thị gia tốc của ô tô j1 j2 j3 j4 v (m/s)

10 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC NGƯỢC

Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:

Từ CT: j = dv dt → dt = 1 j *dv ( IV – 24) trang 114 [1]

1 j = f(v) và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược.

Lập bảng tính giá trị 1 j theo v:

Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1 j = f(v):

Hình 6: Đồ thị gia tốc ngược

Hình 6: Đồ thị gia tốc ngược của ô tô

11 THỜI GIAN TĂNG TỐC VÀ QUÃNG ĐƯỜNG TĂNG TỐC CỦA ÔTÔ

Xác định thông số v max của từng cấp số

Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Vmax của mỗi cấp số (m/s) 5.84 9.99 17.08 29.21

Bảng 11: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 ihsi 5.00 2.92 1.71 1.00 δjj 2.30 1.48 1.20 1.10

Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ta có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao hơn là tại v max của từng cấp số.

Theo công thức (IV – 24) trang 114 [1] j = dv dt = ¿ dt = 1 j ∗dv

→Ta tính gần đúng theo công thức:

 Quãng đường tăng tốc dS = v*dt → S=  v 1 v 2 v∗dt (𝐼𝑉 − 26) 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑔 117 [1]

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 ôtô

 Đối với động cơ diesel, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 3s

Công thức 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): Δv = v = ψ∗g∗∆ t sang số δ i (m/s)

Trong đó: Ψmax là hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đường.= f+i= f = f o ( 1+ 1500 v max 2 ) ( i=0 do độ dốc bằng 0) g là gia tốc trọng trường g=9.81 m/s 2 Δv = t sang số là thời gian sang số ¡j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay ¡ j = 1+0.05*(1+i hsi ²)

Bảng 12: Độ giảm vận tốc khi sang số ¡j Δt chuyển số (s) Δv (m/s) vimax (m/s)

Bảng 13: Giá trị t(s), s(m) ứng với mỗi vận tốc

Hình 7: Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc

Hình 7 Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc

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