LỜI NÓI ĐẦULý thuyết ôtô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ôtô có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả trong qu
THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH Ô TÔ
Xác định các kích thước cơ bản của xe
-Bản vẽ tuyến hình của xe Hyundai i10 2022:
STT Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ L 0 3995 mm
2 Chiều rộng toàn bộ B 0 1680 mm
3 Chiều cao toàn bộ H 0 1520 mm
4 Chiều dài cơ sở L 2450 mm
5 Vết bánh xe trước B 1 1515 mm
10 Vận tốc tối đa V max 155 Km/h
Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn
-Bố trí động cơ: Động cơ đặt trước.
-Bố trí hệ thống truyền lực: Dẫn động cầu trước chủ động
Hình 1.1:Sơ đồ hệ thống truyền lực trên xe
1 - Động cơ; 2 – Ly hợp; 3 – Hộp số; 4 – Truyền lực chính- Vi sai;
5 - Bán trục; 6 – Bánh xe chủ động.
- Bố trí vị trí ghế ngồi: Theo tiêu chuẩn 09/2015.
Ghế lái được lắp đặt đảm bảo tầm nhìn của người lái để điều khiển xe, có đủ không gian để người lái vận hành các thiết bị điều khiển một cách dễ dàng.
Độ lệch tâm giữa ghế lái và trục lái là 30 mm
Kích thước chiều rộng và chiều sâu đệm ngồi là 400 mm
Ghế phải lắp đặt chắc chắn đảm bảo an toàn cho người ngồi khi xe vận hành trên đường trong điều kiện hoạt động bình thường
Chiều rộng đệm ngồi là 400 mm cho một người ngồi
Khoảng trống giữa hai hàng ghế (L) là 900 mm.
Chiều cao từ mặt sàn để chân người ngồi tới mặt đệm ngồi ghế khách (H) là 400 mm a, Thông số theo thiết kế phác thảo :
- Loại động cơ: động cơ xăng Kappa 1.2 MPI
- Số vòng quay n N P00 ( vòng phút )
- Vận tốc lớn nhất V max 5 ( km h )= 43,1 ( m s )
- Hệ thống truyền lực: FWD b, Thông số chọn:
- Trọng lượng bản thân:940 (kg)
- Trọng lượng hành khách: 65 (kg/người)
- Trọng lượng hành lí: 20 ( kg/người)
- Hệ số cản không khí: K=0.2 (
- Hệ số cản khi lăn khi v ≤ 22,2 ( m s ) là f 0 =0,015
- Hệ số cản tổng cộng của đường: max =0,4
- Hệ số bám: =0,8 c, Thông số tính chọn : f= f 0 (1+
Lốp xe có kí kiệu:
165/70R14 (theo thông số của nhà sản xuất)
14 : Đường kính trong của lốp (inch)
B = 70% (thỏa mãn với xe du lịch) => H = 165.70% = 115,5 (mm)
- Bán kính thiết kế của bánh xe:
- Bán kính động học và bán kính động lực của bánh xe: r bx = r k = r 0
Trong đó :- :hệ số kể đến biến dạng lốp
Chọn lốp áp suất thấp =0,93
Diện tích cản chính diện
Trong đó: -Hệ số điền đầy ( =0,7 ÷0,8)
TÍNH TOÁN SỨC KÉO
Tính toán thông số động cơ
a, Tính toán công suất của động cơ:
- Các đường đặc tính ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại công suất, momen, và công suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ dựa theo số vòng quay trục khuỷu của động cơ Các đường đặc tính này gồm:
+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ:g e =f( n e )
2.1.1 Xác định công suất cực đại:
, với động cơ xăng không hạn chế tốc độ ta chọn 1,1 Động cơ xăng, lấy a=b=c=1 ( a,b,c là các hệ số thực nghiệm) max 155
V ( km h )= 43,1 ( m s ) -Công suất của động cơ:
Trong đó: - v : hệ số cản tổng cộng của đường khi ô tô chuyển động ở tốc độ v max, do xe chuyển động trên đường bằng nên v =f
Trọng lượng toàn bộ của xe: G390,7 (N)
Vận tốc tối đa: V max = 43,1( m s )
Hệ số cản không khí: K= 0,2 (
Diện tích cản chính diện : F = 1,92 ( m 2 )
Hệ số cản tổng cộng của đường : max =0,4
- Vậy công suất của động cơ đạt tốc độ lớn nhất là:
- Công suất cực đại của động cơ N e max là: max 2 3 2 3
-Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:
+ Tính công thức của động cơ ở các tốc độ quay khác nhau bằng Công thức Laydecman :
N e max và n N -công suất cực đại và số vòng quay tương ứng
N e và n e -công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính
+ Tính momen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với các vòng quay n e khác nhau : max ( ( ) ) 2 e e e e eN eN eN
Lập bảng, nhập kết quả tính toán vào excel, ta được đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ;
Bảng 2.1: Bảng thể hiện momen và công suất của động cơ
Hình 2.1: Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Tính toán thông số hệ thống truyền lực
-Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực (HTTL): i tl i i 0 hi
Trong đó:+ i tl : tỉ số truyền của HTTL
+ i 0 :tỉ số truyền của truyền lực chính
+ i hi : tỉ số truyền của hộp số
2.2.1 Xác định tỉ số truyền các tay số của hộp số:
2.2.2.1 Xác định tỉ số truyền của tay số I:
-Xác định tỉ số truyền của tay số 1:được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục được max Sử dụng phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô chuyển động ổn định ở tay số 1, do vận tốc nhỏ nên bỏ qua lực cản không khí nên P w =0, P j =0 và không kéo mooc thì P k 1 P k max P max max max max
Tỉ số truyền nhỏ nhất ở tay số cuối cùng:
2.2.2.2 Xác định tỉ số truyền các số trung gian:
- Xác định tỉ số truyền của các tay số trung gian, ta tính theo cấp số nhân
với : n là số cấp số (n=5) i tl max là tỉ số truyền của tay số thứ 1 ( i h 1 ) i tl min là tỉ số truyền của tay số cuối cùng ( i h 5 ) q 5 111,83
Tỉ số truyền tay số thứ 1 được xác định theo công thức sau:
+ tỉ số truyền của tay số 2 là :
+ tỉ số truyền của tay số 3 là :
+ tỉ số truyền của tay số 4 là :
+ tỉ số truyền của tay số 5 là :
Tỉ số truyền của hộp số: tli hi o i i
Tỉ số truyền tay số 1:
Tỉ số truyền tay số 2:
Tỉ số truyền tay số 3:
Tỉ số truyền tay số 4:
Tỉ số truyền tay số 5:
-Kiểm tra điều kiện bám:
Ta có công thức điều kiện bám:
Trong đó: + m k =0,9: hệ số phân bố lại tải trọng trên cầu chủ động ( cầu trước ) + G v32,7 (N) – Tải trọng tác dụng lên cầu trước
+ : hệ số bám của mặt đường Chọn = 0,8 (đường tốt)
P k max P => Thỏa mãn điều kiện bám
Tính toán và xây dựng đồ thị
2.3.1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo
2.3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo:
Phương trình cân bằng lực kéo: k f i w j
- P k : Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động
- P i :Lực cản lên dốc P G i sin( ) 0 ( do 0 )
- Xe không kéo mooc nên cho P m 0
2.3.1.2 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô:
-Dựng đồ thị lực kéo
(2) Trong đó: +P ki :Lực kéo tương ứng ở cấp số i
: tỉ số của cấp số i
: tỉ số truyền lực chính
+ v i : vận tốc chuyển động của ô tô theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ khi ô tô chuyển động ở cấp số i
Lập bảng tính theo công thức (1) và (2) theo từng tay số truyền :
Bảng 2.3 Giá trị lực kéo ứng với từng tay số
-Phương trình cân bằng lực cản Pc:
- Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió
Ta có thể nhận thấy mức dữ liệu kéo của ô tô ở các tay số là khác nhau ( sử dụng khi tăng tốc hoặc vượt dốc)
Việc sử dụng lực kéo của ô tô còn bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường , tức tổng lực kéo của ô tô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường.
Ta lập được bảng và vẽ đồ thị cân bằng lực kéo và tính toán P
Bảng 2.3.1b: Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số v ( m s ) 0 3.58 11.23 16.67 23.61 32.27
Hình 2.3.1: Đồ thị cân bằng lực kéo
+ Trục tung biểu diễn P k (N) Trục hoành biểu diễn v (m/s)
+ Dạng đồ thị lực kéo của ô tô P ki f v ( )tương tự dạng đường cong e ( ) e
M f n của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
+ Tổng lực kéo của ô tô 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 ô tô
- Phương trình cân bằng công suất:
- Công suất truyền đến bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ nhất: k e tl
Khi đó ta có bảng giá trị như sau:
2.3.1 Công suất của ô tô tương ứng với các tay số
-Dựng đồ thị công suất cản :
* Xét ô tô chuyển động trên đường bằng phẳng
Hình 2.3.2 Đồ thị cân bằng công suất
2.3.3 Đồ thị nhân tố động học
2.3.3.1 Nhân tố động lực học
- Nhân tố động học là tỷ số giữa hiệu số lực kéo tiếp tuyến P k và lực cản không khí P w với trọng lượng toàn bộ của ô tô Tỷ số này được kí hiệu là D:
i i Điều kiện để ô tô không bị trượt quay thì: D D
- Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D với tốc độ chuyển động v của ô tô 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 2.3.3a Nhân tố động lực học
1500 f f v ta lập được bảng nhân tố động học theo điều kiện bám :
2.3.3b Nhân tố động học theo điều kiện bám
Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ô tô:
2.3.3 Đồ thị nhân tố động học
2.3.4 Xác định gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đường tăng tốc
2.3.4.1 Khả năng gia tốc của ô tô
Ta có : Gia tốc của ô tô:
Xét ô tô chuyển động trên đường bằng i=0
+ D i - Giá trị nhân tố động học ở tay số thứ i tương ứng với tốc độ v i đã biết từ đồ thị D=f(v);
+ f,i- hệ số cản lăn và độ dốc của đường
+ j i - gia tốc của ô tô ở tay số thứ i.
j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay:
Khi ô tô chuyển động với vận tốc v22(m/s) thì
Ta có bảng giá trị:
Bảng 2.3.4b: Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số.
-Từ kết quả tính toán ta xây dựng đồ thị j=f(v):
Hình 2.3.4.1 Đồ thị khả năng tăng tốc ô tô
+ Gia tốc cực đại ( j max ) của ô tô ở tay số 1 và giảm dần tới tay số cuối cùng.
,+ Ở tốc độ V max C,1 (m/s) thì j v =0 lúc đó thì xe không còn khả năng tăng tốc
2.3.4.3 Cách tính thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc:
Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ra có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao tại V max của từng tay số.
Tính gần đúng theo công thức:
Quãng đường tăng tốc từ v min v max :
Trong thực tế , đối với hệ thống truyền lực của ô tô với hộp số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên số cao xảy ra hiện tượng giảm vận tốc của ô tô trong một khoảng v [1]:
Trong đó: t cs : Thời gian sang số, chọn ứng với từng lần chuyển số Chọn t cs =1s f 0 - Hệ số cản lăn của đường g- Gia tốc trọng trường ( g=9,81 [ 2 m s ] )
Từ công thức trên ta có bản sau: t
Số 1 số 2 Thời gian chuyển số ở giữa các tay số được chọn t cs =1(s)
Bảng 2.3.4.3:Độ giảm vận tốc khi sang số
Bảng 2.3.4b Thời gian và quãng đường tăng tốc2.3.5 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc:
*Nhận xét: đồ thị chỉ tính đến V% V max , do tại 100% thì quãng đường tăng tốc kéo dài tới vô cực do khi này gia tốc đã rất nhỏ, gần như bằng 0.
*TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KÉO:
Khả năng vượt dốc lớn nhất
Bỏ qua lực cản không khí nên P w 0
Phương trình lực kéo: max max k i f
S47,96-200,86Q47,1(N) Độ dốc cực đại: P i max G i max => max max
Vậy độ dốc cực đại là 38%
2.Khả năng gia tốc lớn nhất:
Dựa vài đồ thị gia tốc ở trên xác định được j max =2,38758 ( s m 2 )
3.Khả năng kéo mooc lớn nhất:
Phương trình cân bằng lực kéo: P m P P k max
P G (N) với f khi trên đường bằng
Khả năng kéo mooc lớn nhất: max max m m k
Thời gian và quãng đường tăng tốc
Dựa vào đồ thị quãng đường và thời gian tăng tốc ta xác định được:
-Thời gian tăng tốc đến 95% V max là: 56,4 (s)
- Thời gian tăng tốc đến 100 (km/h) là :20,2 (s)
- Quãng đường tăng tốc đến 95% V max là:1653,7 (m)
-Quãng đường tăng tốc đến 100 (km/h) là: 364,7 (m)
Qua bài tập lớn này giúp sinh viên chúng em nắm được phương pháp thiết kế tính toán ô tô mới như: chọn công suất động cơ, xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ, xác định tỉ số truyền của động cơ,… giúp em hiểu biết về chiếc xe mà mình nghiên cứu nhiều hơn Bên cạnh đó, những kiến thức và kĩ năng sử dụng các phần mềm tin học hỗ trợ quá trình làm bài tập lớn như CAD, Excel, Word mà Ths.Tạ Thị Thanh Huyền truyền đạt và chia sẻ lại đã giúp em thành thạo hơn trong việc sử dụng chúng, ứng dụng tốt hiệu quả của chúng nhằm nâng cao năng suất làm bài Nhưng trong việc tính toán động lực học kéo của xe Huyndai i10 2022 này chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết do tính tương đối của phép tính và sự lựa chọn các hệ số trong quá trình tính toán nên không chính xác được so với thực tế Bên cạnh đó, trong quá trình tính toán cũng không tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được những nhận xét và đánh giá của thầy để có thể rút ra kinh nghiệm và cải thiện tốt hơn trong các môn học về sau Em xin chân thành cảm ơn cô Tạ Thị Thanh Huyền đã giúp đỡ em hoàn thành bài tập lớn môn Lí thuyết ô tô.