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

Tính toán sức kéo ô tô 2.1 Tính toán thông số động cơ và dây dựng đường đặc tính ngoài 2.2 Tính toán thông số động hệ thống truyền lực2.3 Tính toán và xây dựng đồ thị cân bằng công suất,

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 Tải trọng/Số chỗ ngồi: 5

Vận tốc chuyển động cực đại: 170 Km/h Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: max = 0,4 Xe tham khảo: Toyota vios 1.5G AT 2008

Sinh viên: Nguyễn Hải BằngLớp : Kĩ thuật ô tô 1Hệ : Chính quy Khóa: 62Người hướng dẫn: GV Tạ Thị Thanh Huyền

Hà Nội 2024

Mục lụcMở đầu

Chương 1 Thiết kế tuyến hình

1.1 Kích thước cơ bản của ô tô thiết kế1.2 Bố trí chung ô tô

(bố trí động cơ, hệ thống truyền lực, vị trí ghế ngồi, thùng hàng )

1.3 Trọng lượng và phân bố trọng lượng ô tô thiết kế

Chương 2 Tính toán sức kéo ô tô

2.1 Tính toán thông số động cơ và dây dựng đường đặc tính ngoài

2.2 Tính toán thông số động hệ thống truyền lực2.3 Tính toán và xây dựng đồ thị

(cân bằng công suất, lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc, thờigian và quãng đường tăng tốc)

2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo:

(imax, jmax, t, s, t100km/h, khả năng kéo mooc)

Kết luận

2

Lời Nói ĐZu

Lý thuyết ôtô là một trong những môn cơ sở then chốt củachuyên ngành cơ khí ôtô có liên quan đến các tính chất khaithác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả trong quátrình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tínhkinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động,êm dịu…

Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của mônhọc, với việc vận dụng những kiến thức đã học về các chỉ tiêuđánh giá khả năng kéo của ôtô để vận dụng để tính toán sứckéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản củađộng cơ hay hệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể Quađó, biết được một số thống số kỹ thuật, trạng thái, tính năngcũng như khả năng làm việc vủa ôtô khi kéo, từ đó hiểu đượcnội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cốnâng cao kiến thức phục vụ cho các môn học tiếp theo và bổsung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việc sau này.Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của côTạ Thị Thanh Huyền Bộ môn cơ khí ôtô – Đại học Giao ThôngVận Tải.

Sinh viên thực

hiệnNguyễn Hải Bằng

3

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.

Hình 1: 3 hình chiếu của xe Toyota vios 1.5G MT 2008

4

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

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:-Loại động cơ: động cơ xăng, 4 xy lanh thẳng hàng-Số chỗ: 5

-nN: 4800 vòng/ phút-Mômen xoắn tối đa: Mmax= 144 (N.m)-Vận tốc lớn nhất: Vmax=170 (km/h)= 47,22 (m/s)-Hệ thống truyền lực: Động cơ đặt trước, cZu trước chủ động, hộp số tự động, 5 cấp số

b) Thông số chọn:– Trọng lượng bản thân: 1055 kg– Trọng lượng hành khách: 65 kg/người– Trọng lượng hành lí: 20 kg/người – Hiệu suất truyền lực: ƞtl= 0,9 – Hệ số cản không khí: K= 0,2– Hệ số cản lăn khi V 22 m là: f0= 0,015c) Thông số tính chọn :

5

-Hệ số cản mặt đường tương ứng với Vmax

f =f0×(1+Vmax

2

1500)f = 0,015׿) = 0,037

-Bán kính bánh xe : có kí hiệu: 185/65R15 =>{ 185 :Bề rộng của lốp(mm)

65 :tỷ lệHB

15:Đường kính trong của lốp(inch)

HB = 65% =>H = 185×65 %=120,25 (mm)

→ Bán kính thiết kế của bánh xe:

6

1.3.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ôtô.

-Xe Toyota vios 1.5G MT 2008: + Tự trọng (trọng lượng bản thân): G = 1055 (kG)0 + Tải trọng (hàng hoá, hành lý, ): G = 20 (kG)h

→Trọng lượng:

G0-tự trọng n-số người(n=5)

A-khối lượngngười

Gh-khốilượng hành lý

→ G=¿1055 + 5.(65+20) = 1480 (kG)-Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 1480 (kG) ≈ 14519 (N)-Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cZu trước (

G1) chiếm từ 55%÷ 65 %

 Chọn G1=60 %G → G1=55 %×148 0=81 4(kG)≈ 7985 (N)

7G = G0 + n.(A +

Gh)

→ G2= 45%× 1480 = 666 (kG) ≈ 6534 (N)-Vậy G1=¿ 7985 (N), G2= 6534 (N)

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đườngcong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất,mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòngquay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm: + Đường công suất: Ne=f (n¿¿e)¿

+ Đường mômen xoắn : Me=f¿ ¿)+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge=f (n¿¿e)¿

- Ne=( Ne)max[ae

nN+b(nenN)2

−c(nenN)3

] (CT 1-3 GT ) (1)Đặt λ = ne

nN

với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1÷ 1,2)

8

Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)

→(Ne)max= Nev

aenN+ b(ne

nN)2

−c(nenN)3= Nev

a λ+b λ2

−c λ3

+ Động cơ xăng : a = b = c =1 ( a, b, c là các hệ số thựcnghiệm)

+Vmax = 170 (km/h)¿ 47,22 (m/s)Công suất cZn thiết của động cơ là:

Nev=1

ƞtl¿ (2) G = 1480 (kG) = 14518,8 (N) vmax=¿ 47,22 (m/s) > 22 (m/s)  K – hệ số cản khí động học ( chọn K = 0,2) F: diện tích cản chính diện = 1,936 Hiệu suất truyền lực: ƞtl= 0,9 Hệ số cản tổng cộng của đường: ψmax = 0,4

→ Nev= 10, 9[14519×0 , 037 × 47,22+0 , 2× 1, 94 × 4 7,223]¿ 73718,18 (W)→ (Ne)max= 75299,5 (W)

Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài: + Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sửdụng công thức ledeman)

(1) → N = (Nee)max×(a λ+b λ2

−c λ3) (kW) Trong đó :

- (Ne)max và nN – công suất cực đại của động cơ và số vòng quaytương ứng

9

- Ne và ne : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đườngđặc tính

+ Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòngquay ne khác nhau:

+ Lập bảng:

- Các thông số ; N ; M đã có công thức tínhee- Kết quả tính được ghi ở bảng:

Me 181,3

185,8

187,4

181,6

181,5

174,2

163,9

150,6

134,3

115.1

Bảng 1:Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ

Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặctính ngoài với Công suất Ne (kW) và Mômen xoắn Me(N m):

10

020406080100120140160180200

01020304050607080

Đường đặc tính ngoài của động cơ

MeNe

Hình 2.1 Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ

2.2 Tính toán thông số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực|:itl = i i i i0hcp

Trong đó|: + i – tỷ số truyền của HTTLtl + i – tỷ số truyền của truyền lực chính0 + i – tỷ số truyền của hộp số h

+ i – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng c + i – tỷ số truyền của hộp số phụp

- Thông thường, chọn i = 1; i = 1c p

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính.

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số

- Ta có:

i0 = 0,105.rbx neV

ih c.i vpcmax

(CT3-8,tr104) Trong đó:

+ r = 0,292 (m) bx+ ne max – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất

+ vmax = 170 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô+ i = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp sốhc

11

+ i = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chínhpc i0 = 0,105.0,29 2 4 8 00 1,1.

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

– Vậy : Pk max =

Memax i ih 1 0 ηtlrbx

=G Ψmax≤ Pφ=Z2 φ

 Memax i0 ih 1 ƞtlrk

¿Ψmax.Gih 1¿ G ψmax rbx

Memax ƞ itl 0

(Me max = 187,3 N.m ) (CT 9,tr106)

rbx≤ mk.G φφih 1≤mk Gφ φ rbx

Me max.i0 ƞtl

Trong đó: + m – hệ số lại tải trọng (m =1)kk + G – tải trọng tác dụng lên cZu chủ độngφ + φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt)

+ r – bán kính động học của xekih 1=2,94≤ 1 8 7 11 0,8 0,29

1 87,3 3,4 0,9. = 3,53 (thỏa mãn) (4)

12

b 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

√ih 1ihn (CT 3-14,tr108)Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 5)

+ i – tỷ sô truyền của tay số 1 (i = 2,94)h1h1 + i - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số hn(ih5 = 1)

 q = 4

√2, 94

1 = 1,31 - 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

q3−1 = 2,941,312 = 1,72+ Tỷ số truyền của tay số 4: i = h4

ih 1q4−1 = 2,94

1,313 = 1,31+ Tỷ số truyền của tay số 5: i = h51,00

- Tỷ số truyền của tay số lùi: i = 1,2 i = 1,2 2,94 = hlh1

- Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám: Pk

lùi≤ P = mφk.G φφ Me.i0 ihl ƞtl

rbx≤ mk.G φφ ihl≤mk Gφ φ rbx

Me max.i0 ƞtl

13

c Tỷ số truyền của các tay số.Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

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

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

Đồ thị cân bằng công suất

Hình 2.2 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

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

15

Pki = kirđ

= e 0 hitlrđ

(CT 1-52,tr52)(a)

+ P – lực cản lăn P = G.f.ffcosα = G.f (do α = 0)+ P – lực cản lên dốc P = G.iisinα= 0 (do α = 0)+ P – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không jổn định)

P = j G

g.δj.j + P – lực cản không khí P = K.F.vww 2 - Vận tốc ứng với mỗi tay số

0 5,81 5759,4 7,60 4397,2 9,96 3357,2 13,05 ,12563 17,09 1956,925

0 7,26 5807,6 9,51 4433,9 512,4 3385,3 16,31 ,62584 21,36 1973,330

0 8,71 5763,8 411,0 4400,5 214,9 3359,7 19,57 ,12565 25,63 1958,435

0 10,16 ,95627 113,3 4266,8 317,4 3280,5 22,83 ,62504 29,91 1912,240

0 11,61 05400 115,2 4122,8 219,9 3147,7 26,09 ,22403 34,18 1834,845

0 13,06 ,15080 117,1 3878,6 122,4 2961,2 29,35 ,82260 38,45 1726,150

0 14,52 ,24668 119,0 3564,1 024,9 2721,1 32,61 ,52077 42,72 1586,155

0 15,97 ,24164 120,9 3179,3 927,3 2427,3 35,88 ,21853 46,99 1414,960

0 17,42 ,23568 222,8 2724,2 929,8 2079,9 39,14 ,91587 41,30 1212,3

Bảng 5.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay

số

16

+) Phương trình cân bằng lực cản Pc.

Pc= P + P fw Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió

Pc = f.G + K.F.v² (trang 52)

0

f f khi v≤ 22 m/s

200

.1500f Vf  f

, khi v > 22 m/sVới f 0 0,015 0,02 ta chọn f0=0,015- Lập bảng tính P , Pc φ:

Bảng 6 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay

số

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

Pφ = Zφ.m φk2.Trong đó:

+ m – hệ số phân bố lại tải trọng ( cZu trước chủ độngk2 Chọn m = 1)k2

+ G – tải trọng tác dụng lên cZu chủ động (= 871,1 kg)φ+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8)

Pφ = z2.mk2.φ =7985,4.1.0,8= 6388,32 (N) Dựng đồ thị P =f(v) và Pk φ=f(v):

17

10002000300040005000600070008000 Đồ thị cân bằng lực kéo

Pk1Pk2Pk3Pk4Pk5PbamPc

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

 Khi đạt Vmax, lực cản (P ) cân bằng với lực kéo tại tay số ccuối cùng (Pk6) nếu tiếp tục tăng ga, ô tô không thể đạt tốc độ lớn hơn Vmax

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 lực cản không khí P với trọng lượng toàn bộ của kwôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”

18

D = Pk−Pw

G = Pi+Pj+Pf

G = G.(f+i)+

g j δjG

= f + i + j

g.δj (CT1-56,tr55)

-Xây dựng đồ thị D = i 1

G(Me i0 ihirbx

ŋtl-KFv²) (CT 1-57,tr55) v = i

2π ne rbx

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 việcở đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v)

- Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

400 11,61 11,61 0,3683 15,21 0,2777 19,92 0,2061 26,09 0,1473 34,18 0,0952

450 13,06 13,06 0,3453 17,11 0,2593 22,41 0,1906 29,35 0,1327 38,45 0,0794

500 14,52 14,52 0,3159 19,01 0,2358 24,90 0,1708 32,61 0,1147 42,72 0,0605

550 15,97 15,97 0,2801 20,91 0,2073 27,39 0,1471 35,88 0,0933 46,99 0,0385

600 17,42 17,42 0,2376 22,82 0,1737 29,89 0,1194 39,14 0,0685 41,30 0,0013

Bảng 7:Nhân tố động lực học

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

19

Bảng 8 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

00.050.10.150.20.250.30.350.4

 Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > v (tốc độ v ứng với th ith iDi max ở từng tay số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trườnghợp này thì sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân

20

tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < v là vùng th ilàm 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 nhấtcủa đường: D1 max = ψmax

 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 φnhư sau:

Dφ = Pφ−PwG = mk 2.φ Gφ−K F v2

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

Ψ ≤ D ≤ Dφ Vùng giới hạn giữa đường cong D và đường cong Ψ trên φ đồ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > D trong giới hạn nhất định có thể dùng đường đặc tính φ 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 −i

δi

.g (CT 1-64,tr59)Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (a = 0) thì:

21

 Ji = Di−f

δi

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

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường; + j – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i.i

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

δj = 1+0.05(1+i ²) (CT 1-37,tr41)hiTa có:

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v>22 m/s thì f = f0.(1+1500v ² )

- Lập bảng tính toán các giá trị j theo v ứng với từng tay iisố:

Đồ thi gia tốc

J1J2J3J4J5

Hình 2.5 Đồ thị gia tốc ôtô

- Nhận xét:  Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số một và giảm dZn đến tay số cuối cùng

 Tốc độ nhỏ nhất của ôtô v = 3,66(m/s) tương ứng với số minvòng quay ổn định nhỏ nhất (tốc độ không tải) của động cơ ωemin = 126 (rad/s)

 Trong khoảng vận tốc từ 0 đến vmin ôtô bắt đZu khởi hành, khi đó, biến mô trượt và bướm ga mở dZn dZn

+ Ở tốc độ vmax = 47,22 (m/s) thì j = 0, lúc đó xe không còn vkhả năng tăng tốc

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

23

 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

j1= j2 => (D1−f) g

δ1 = (D2−f) g

δ2 (1)

Với + D = 1

G(Me i0 i ηh itlrbx−K F V2) (2) + f =f0.(1+ V

2

1500) (3) + Me=MN[a+b we

wN−c (wewN)2

] Mặt khác: ωe=V itl

Tính toán tương tự cho các lZn chuyển số tiếp theo ta có các vận tốc lZn lượt như sau:

- V1max = 14,5167 (m/s)- V2max = 20.1547 (m/s)- V3max = 27.3945 (m/s)- V4max = 37.1858 (m/s)a Thời gian tăng tốc

+ Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ta có thờiđiểm chuyển từ số thấp sang số cao là tại Vmax của từng tay số

+ Tính gZn đúng theo công thức:

(s)b Quãng đường tăng tốc