bài tập lớn lý thuyết ô tô tính toán sức kéo ô tô 2

Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tếnhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu… Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍBỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ

………

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Tên đề tài: Tính toán sức kéo ô tô

Loại ô tô: xe con 1 cầu Tải trọng/Số chỗ ngồi:5

Vận tốc chuyển động cực đại: 190 km/hHệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: max = 0.4Xe tham khảo: Camry 2.4G 2009

Sinh viên: Vũ Thanh Phong (Nhóm 10)Lớp: Kĩ thuật oto1

Người hướng dẫn: PGS.TS Tạ Thị Thanh Huyền

Hà Nội 2024

Mục lục

Lời Nói Đu 2

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH Ô TÔ 3

1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe 3

1.2.Trọng lượng và tải trọng ô tô thiết kế: 4

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO 5

2.1 Tính toán thông số động cơ : 5

2.1.1 Tính toán thông số động cơ: 5

2.1.2 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 7

2.2 Tính toán thông số truyền của hệ thống truyền lực 10

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính 11

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số 11

2.3 Tính toán và xây dựng đồ thị 13

2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.132.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô 16

2.3.3 Đồ thị nhân tố động lực học 19

2.3.4 Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc 22

2.3.5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc 25

KẾT LUẬN 30

Lời Nói ĐRu

Lý thuyết ôtô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khíôtô có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệuquả trong quá trình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tếnhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu…

Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc vận dụngnhững kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ôtô để vận dụng đểtính toán sức kéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản của động cơ hayhệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể Qua đó, biết được một số thống số kỹthuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc vủa ôtô khi kéo, từ đó hiểuđược nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thứcphục vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ chocông việc sau này.

Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của cô Tạ Thị ThanhHuyền môn cơ khí ôtô – Đại học Giao Thông Vận Tải.

Sinh viên thực hiện

Vũ Thanh Phong

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH Ô TÔ

1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.

– Ba hình chiếu của xe Camry 2.4G :

Đơn vị kích thước : mm– Các kích thước cơ bản:

hiệu

Kíchthước

Đơn vị

2 Chiều rộng toàn

1.2.Trọng lượng và tải trọng ô tô thiết kế:

- Xe Camry 2.4G 5 chỗ (n=5)+ Trọng lượng không tải : G = 1475 kG0

+ Trọng lượng hành khách: 60 kG/người+ Tải trọng hành lí : G = 20 kG/ngườihl

 Trọng lượng G= G + n ( G + G0hlngười) =1475 + 5 (65 + 20)

= 1900 kG- Vậy tải trọng toàn bộ của xe G = 1900 kG = 19000 (N)- Phân bố trọng lượng : xe con với động cơ đặt trước, tải trọng phân bố lên cu

sau là 40 % ÷ 45%- Lấy G = 40% G2

 G2 = 40% 1900 = 760kG G1 = G – G = 1140 kG 2

Như vậy tải trọng tác dụng lên cu trước là 1140 kG, và tác dụng lên cu sau là760 kG

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO

2.1 Tính toán thông số động cơ :

2.1.1 Tính toán thông số động cơ:a)Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: 2.4L DOHC i-VTEC, 4 xylanh thẳng hàng, 16 van.– Dung tích công tác: V = 2362 (cc)c

– Công suất tối đa: P = 165 (mã lực) max

– nN = 4800 (vòng phút/ )– Mômen xoắn tối đa: Mmax = 228 (N.m)– Vận tốc lớn nhất: v = 190 (km/h) = 52,78 (m/s)max

– Hệ thống truyền lực:+ Động cơ đặt trước, cu trước chủ động+ Hộp số tự động 5 cấp

b) Thông số chọn:

– Trọng lượng bản thân: 1500 kg– Trọng lượng hành khách: 60 kg/người– Trọng lượng hành lí: 20 kg/người– Hiệu suất truyền lực: ηtl=0,9 ( trang 15- GTLTOT)– Hệ số cản không khí: K= 0,25 (trang 39 – GTLTOT)– Hệ số cản lăn khi V < 22 m/s là f0=0,015

2

1500 ) = 0,043

– Bán kính bánh xe :

kí hiệu: 215/60R16 => { 215 :B ề r ộ ng c ủ al ố p B(mm)

60:t ỷ l ệHB(¿%)16 :Đườ ng k í n h trong c ủ a l ố p(inc h)

Diện tích cản chính diện:F = 0,78.B0.H0 = 0,78.1820.1480= 2,1(m2)- Công thức bánh xe: 4x2

2.1.2 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 độngcơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:

+ Đường công suất: N = f(n )ee

+ Đường mômen xoắn : M = f(n )ee

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : g = f(n )ee

Để tính công suất cực đại, trước hết cn xác định công suất cn thiết N để đảmev

bảo cho ô tô chuyển động đạt tốc độ cực đại v đã cho Trong trường hợp chung Nmaxev

≠ Nemax và nemax ≠ nN Công suất Nemax được xác định bằng công thức:

→ (Ne)max =

eva (nemax

nN )+b (nemaxnN )2

−c (nemaxnN )3

F – diện tích cản chính diện của ô tô, m2

ƞtl – hiệu suất của hệ thống truyền lực. G = 1900 kG = 19000 (N) vmax = 190 (km h/ )= 52,78 (m/s)  f = 0,043

 K = 0,25 F= 2,1 m2

 Hiệu suất truyền lực: ƞtl = 0,9 (tr 15)  Hệ số cản tổng cộng của đường: ψmax = 0,4→ Nev = 1

0,9×[19000 0 , 043 52,78+0,25 2 , 1.(52,78)3]¿ 108039,9059 (W)

 Nev = 108,039 (KW)- Công suất cực đại của động cơ:

(*) → Nemax =

Neva (nemax

n )+b (nemaxn )2

−c (nemaxn )3

1.1,1 1.1,1+ 2

−1 1,13

= 136,3697(KW)- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:

+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman)

→ N = (Nee)max.[a (ne

nN)+ b (nenN)2

−c (nenN)3

] (kW)Trong đó : - Ne max và n – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay N

tương ứng

- N và n : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên ee

đường đặc tính + Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay n khác e

nhau :

Me = [1+wev

weN−(nenN)2

]Nemax[kW ]weN[rad /s ] (N.m)

50.0000100.0000150.0000200.0000250.0000300.0000350.0000400.0000

0.000020.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000140.0000160.0000

Đường đặc tính ngoài của động cơ

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

- Nhận xét :  Trị số Memax xác định theo công thức Laydecman như sau :

Xuất phát từ công thứcMe=Ne

ωe=NemaxωN [a+b ωe

ωN−c (ωeωN)2

] dMe

dωe=NemaxωN [b−2 c ωM

ωN]=0

 ωMωN=1

ωN)2

]=136369,73¿¿ Memax= 339,3 (N.m)

Trị số công suất Nemax ở trên chỉ là phn công suất động cơ dùng để khác phục các lựccản chuyển động Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cn tăng thêm phn công khắc phụccác lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí … Vì vật phải chọn công suất lớn nhất là :

Nemax(dc)= 1,1.Nemax= 1,1 136,37 =150,007 ( kW)

2.2 Tính toán thông số truyền của hệ thống truyền lực

-Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực lớn nhất– Theo điều kiện chuyển động, ta có:

Pk max ≥ Pψ max + PW

 PW – lực cản không khí– Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản

đường:

Pk max≤ P = mφk.G φφ

 Me∗itl max∗ƞtlrk≤ mk¿Gφ¿φitlmax≤mk∗Gφ∗φ∗rk

Me max∗ƞtl

Trong đó: + m – hệ số lại tải trọng (m =1)kk

+ G – tải trọng tác dụng lên cu chủ độngφ

+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt) + r – bán kính động học của xe

- Ta có: W = b

Vrbx ;itlmin =We

Wb

Suy ra: V =max

Wev rbxitlmin

itlmin = rbx∗Wevvmax =2π∗0,32∗4800∗1,1

-Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực ở các cấp số còn lại– Chọn hệ thống tỷ số truyền của HTTL các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’

– Công bội được xác định theo biểu thức:

q = n−1

√itlmaxitlmin  q = 4

√7, 964

3,3523 = 1,2415– Tỷ số truyền của HTTL ở tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:

itli = itl maxqi−1

Trong đó: i – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)hi

– Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:+ Tỷ số truyền của HTTL tay số 2: i = tl2

itl maxq2−1 = 6,4148+ Tỷ số truyền của HTTL tay số 3: i = tl3

itl maxq3−1 = 5,167

+ Tỷ số truyền của HTTL tay số 4: i = tl4

itl max

4−1 = 4,162

+ Tỷ số truyền của HTTL tay số 5: i = 3,3523tl5

- có i = 0

rbx∗Wevvmax =3,3523Ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số: i =hi

itlii0

+ Tỷ số truyền của tay số 1: i = h1

itl 1i0 = 2,3768+ Tỷ số truyền của tay số 2: i = h2

itl 2i0= 1,9143+ Tỷ số truyền của tay số 3: i = h3

itl 3i0= 1,5417

+ Tỷ số truyền của tay số 4: i = h4

itl 4i0 = 1,2417

+ Tỷ số truyền của tay số 5: i =1h5

Tỷ số truyền của tay số lùi: i = 1,2l ¿ih1 = 1,2¿2,3768= 2,8522Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

Plùik≤ P = mφk.G φφ

c Tỷ số truyền của các tay số

– Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:

ihi = ih(i−1 )q = ih 1

qi−1

Trong đó: i – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)hi

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

Tỷ số truyền 2,37 1,91 1,54 1,24 1 2,85

2.3 Tính toán và xây dựng đồ thị.

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

- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô: P = P + P + P + P (CT 1-46,tr49)kfij w

Trong đó: + P – lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ độngk

Pki = Mkirđ = Me.i0 ihi ƞtl

rđ (CT 1-52,tr52) (a)+ P – lực cản lăn P = G.f.ff cosα = G.f (do α = 0)

+ P – lực cản lên dốc P = G.ii sinα = 0 (do α = 0)+ P – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)j

Pj = G

g.δj.j + P – lực cản không khí P = K.F.vww 2

- Vận tốc ứng với mỗi tay số Vi=2π∗ne∗rbx

60∗i0∗ihi

(m/s) (b)Lập bảng tính P theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyềnk

V1 5,06 6,0 8,0 10,04 12,05 14,06 16,0 18,08 20,09 22,09 24,10 24,22Pk1 7222

,427353,3

7536,85

7599,57

7542,64

7364,86

7066,65

6648 6108,91

5449,37

4669,4

4620,8V2 6,28 7,48 9,98 12,47 14,96 17,46 19,95 22,45 24,94 27,44 29,93 20,07Pk2 5816

,775922,2

6070,01

6120,84

6074,67

5931,5

5691,31

5354,15

4919,98

4388,8 4760,63

4721,5V3 7,80 9,3 12,39 15,5 18,5 21,68 24,78 27,87 30,97 34,07 37,16 34,34Pk3 4684

,74769,6

4888,65

4929,6

4892,4

4777,1

4583,67

4312,11

3962,44

3534,64

3028,73

2977,2

V4 9,69 11,54 15,4 19,23 23,07 26,92 30,7 34,61 38,45 42,3 46,15 46,37Pk4 3772

,953841,33

3937,21

3970,18

3940,23

3847,37

3691,58

3472,88

3191,26

2846,22

2439,27

2413,88V5 12,0

314,32 19,1 23,87 28,65 33,42 38,2 42,97 47,75 52,52 57,3 57,57

Pk5 3038,65

3093,72

3170,94

3197,5

3173,38

3098,58

3973,12

2796,87

2570,17

2292,17

1964,53

1944,09

Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số

+) Phương trình cân bằng lực cản Pc.Pc= P + P (N)fw

Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gióPc = G.f + K.F.v² (trang 52)

0

ff khi v≤ 22 m/s

200

.1500

f Vf f

, khi v > 22 m/sVới f 0 0,015 0,02 ta chọn f0=0,015

Pφ = Zφ.m φk2.

Trong đó: + m – hệ số phân bố lại tải trọng ( Chọn m = 1,2)k2 k2+ G – tải trọng tác dụng lên cu chủ động (=1140 kG)φ+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8) Dựng đồ thị P =f(v) và Pk φ=f(v):

0.000010.000020.000030.000040.000050.000060.000070.00000.00

2000.004000.006000.008000.0010000.0012000.00 Đồ thị cân bằng lực kéo

Pk1Pk2Pk3Pk4Pk5PbamPc

Hình 2 Đồ thị cân bằng lực kéo

- Nhận xét:  Trục tung biểu diễn P , P , P Trục hoành biểu diễn v (m/s)kfw Dạng đồ thị lực kéo của ôtô P = f(v) tương tự dạng đường cong M = kief(ne) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

 Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo P và đường cong tổng lực cảnkilà lực kéo dư (P ) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.kd

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

2.3.2.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:

N = N + N + N + N (tr 57)

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

Nki = N eŋtl(với vi=0,105 rk ne

i0 ihi i pc ) (tr 57)Lập bảng và tính toán các giá trị N và v tương ứng:kii

Công suất cản ứng với mỗi tay số(kW)

Bảng 4 Cân bằng công suất của ô tô

Trên đồ thị N = f(v), dựng đồ thị k ∑Nc theo bảng trên:– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

∑Nc = N + Nfw ∑Nc = G.f.v +K.F.v (CT 1-61,tr 57)3– Lập bảng tính ∑Nc:

V1 5,06 6,02 8,03 10,04 12,05 14,06 16,07 18,08 20,09 22,09 24,10 24,22Nk

136,56

44,3 60,56

76,34 90,9 103,5

7113,57

120,2 122,72

120,43 112,57

111,9

V2 6,28 7,48 9,98 12,47 14,96 17,46 19,95 22,45 24,94 27,44 29,93 20,07Nk

236,56

44,3 60,56

76,34 90,9 103,5

7113,57

120,2 122,72

120,43 112,57

111,9

V3 7,80 9,3 12,3

915,5 18,58 21,68 24,78 27,87 30,97 34,07 37,16 34,34

Nk3

36,56

44,3 60,56

76,34 90,9 103,5

7113,57

120,2 122,72

120,43 112,57

111,9

V4 9,69 11,5 15,4 19,23 23,07 26,92 30,76 34,61 38,45 42,303 46,15 46,37

436,56

44,3 60,56

76,3 90,9 103,5

7113,57

120,2 122,72

120,43 112,57

111,9

V5 12,03

14,32

19,1 23,87 28,65 33,42 38,2 42,97 47,75 52,52 57,3 57,57

Nk5

36,56

44,3 60,56

76,3 90,9 103,5

7113,57

120,2 122,72

120,43 112,57

111,9

Bảng 5 Công suất của ô tô ứng với mỗi tay số

0.000010.000020.000030.000040.000050.000060.000070.00000.0000

20.000040.000060.000080.0000100.0000120.0000140.0000160.0000180.0000

Đồ thị cân bằng công suất

Nk1Nk2Nk3Nk4Nk5Nc Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

2.3.3 Đồ thị nhân tố động lực học.

- Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến P và klực cản không khí P với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu làw“D”

D = Pk−Pw

G = Pi+Pj+Pf

G = G (f+i)+

Gg j δjG

= f + i + j

g.δj (CT 56,tr55)

1 Xây dựng đồ thị: D = i

1

G(Me i0 ihirbx ŋtl-KFv²) v = i

2π n rebx

60.i0 ihi

- 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:

V1 5,06 6,02 8,03 10,0 12,05 14,06 16,0 18,08 20,09 22,09 24,1 24,22D1 0,38 0,38 0,39 0,39 0,39 0,38 0,36 0,341 0,31 0,2733 0,2 0,22V2 6,28 7,48 9,98 12,47 14,96 17,46 19,95 22,45 24,9 27,44 29,93 20,07

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

học theo lực bám

hệ số cản lăn củađường

Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám

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

0.00000 10.000020.000030.000040.000050.000060.000070.00000.1

0.20.30.40.50.6 Bảng đ ồ t hị nhân t ố động học

D1D2D3D4D5Dphif

Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô

- Nhận xét:

 Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo P = f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường cong dốc hơn.k Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > v (tốc độ v ứng với Dth ith ii max ở từng tay số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < v là vùng làm việc không ổn định ở từng tay số của ôtô.th i

 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 = ψ max

 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 D được xác định như sau:φ

Dφ = Pφ−PwG = mk 2.φ Gφ−K F v

2

G (CT 1-8,tr56) Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phảithoả mãn điều kiện sau :

Ψ ≤ D ≤ Dφ Vùng giới hạn giữa đường cong D và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố φ động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > D trong giới hạn nhất φ 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

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

- Biểu thức tính gia tốc :

J = Di−f −iδi g (CT 1-64,tr59)- Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (i = 0) thì:

 Ji = Di−f

δi g (CT 1-65,tr59)Trong đó: + D – giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ i tương ứngivới tốc độ v đã biết từ đồ thị D = f(v);