Bài tập lớn lý thuyết Ô tô tên Đề tài tính toán sức kéo Ô tô loại Ô tô xe con tải trọngsố chỗ ngồi 5 vận tốc chuyển Động cực Đại 170 kmh

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 lực 2.3 Tính toán và xây dựng đồ thị cân bằng công suất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

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 MT 2008

Sinh viên: Nguyễn Hải Bằng Lớp : Kĩ thuật ô tô 1

Hệ : Chính quy Khóa: 62 Người hướng dẫn: GV Tạ Thị Thanh Huyền

Hà Nội 2024

Mục lục

Mở đầu

Chương 1 Thiết kế tuyến hình

1.1 Kích thước cơ bản của ô tô thiết kế

1.2 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 lực

2.3 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

Lời Nói Đầu

Lý 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 quá trình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh 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 môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ôtô để vận dụng để tính toán sức kéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản của động cơ hay hệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể Qua

đó, biết được một số thống số kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc vủa ôtô khi kéo, từ đó hiểu được nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung 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 cô

Tạ Thị Thanh Huyền Bộ môn cơ khí ôtô – Đại học Giao Thông Vận Tải.

Sinh viên thực

hiện Nguyễn Hải Bằng

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.

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

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

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: ƞ tl= 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 :

-Hệ số cản mặt đường tương ứng với V max

f =f0×(1+V max2

1500)

f = 0,015׿) = 0,037

G0-tự trọng

n-số người (n=5)

A-khối lượng người

G h-khối lượng 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 cầu trước (

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: N e=f (n¿¿e) ¿

+ Đường mômen xoắn : M e =f¿¿)

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

 Hiệu suất truyền lực: ƞ tl= 0,9

 Hệ số cản tổng cộng của đường: ψ max = 0,4

→ N ev= 1

0 , 9[14519 × 0 ,037 × 47 , 22+0 , 2 ×1 , 94 × 4 7 , 223] ¿ 73718,18 (W)

→ (N e)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) → Ne = (Ne)max× (a λ+b λ2

−c λ3

) (kW) Trong đó :

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

- N e và n e : 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 n e khác nhau:

187,4

181,6181,5

174,2

163,9

150,6

134,3

115.1

Ne 27,2 37,2 46,8 55,8 63,5 69,7 73,7 75,3 73,9 69,1

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 N e (kW) và Mômen xoắn M e(N m):

Đường đặc tính ngoài của động cơ

Me Ne

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 = i0 ih ic ip

Trong đó : + itl – tỷ số truyền của HTTL

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính + ih – tỷ số truyền của hộp số

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng + ip – tỷ số truyền của hộp số phụ

- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1 itl = i0.ih

a Xác định tỷ số truyền lớn nhất dựa trên điều kiện bám và cản của đường :

- Tỷ số truyền lớn nhất của HTTL được xác định trên cơ sở

phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe

trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động

- Theo điều kiện chuyển động, ta có:

Trong đó:

+ mk – hệ số lại tải trọng (mk =1)

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động

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

(Thỏa mãn điều kiện bám)Chọn itl1 = 10

- Ta có :

d Tỉ số truyền lực các tay số trung gian

 Chọn hệ thống tỉ số truyền của các cấp số trong hộp số

theo cấp số nhân 

Tỉ số truyền tay số thứ i trong hộp số được xác định theo côngthức :

 Từ công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền lực của tay số 2:

+ Tỷ số truyền lực của tay số 3:

+ Tỷ số truyền lực của tay số 4:

+ Tỷ số truyền lực của tay số 5: itl5 = i tlmin = 3,4

Với a = √i tlmax = √10 = 3,16 gần với i tl5 nhất nên chọn i0=i tl 5= ¿ 3,4

e Xác định tỉ số truyền của các tay số:

- Ta có :

f Tỷ số truyền của các tay số.

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

số thứ I được xác định theo công thức:

Nki = Ne.ŋ tl (với v i=0,105. r k n e

i0 i hi i pc .) (tr 57)– Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:

Bảng 3 Công suất của ô tô

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

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

∑N c = Nf + Nw

 ∑N c = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57)– Lập bảng tính ∑N c

V(m/s) 0.00 17.50 22.93 30.03 39.33 51.52

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:

+ Pf – lực cản lăn Pf = G.f.cos α = G.f (do α = 0)+ Pi – lực cản lên dốc Pi = G.sin α= 0 (do α = 0)

+ Pj – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không

V i=2 π n e r bx

60 i0.i hi (b)Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

ωe V1 Pk1 V2 Pk2 V3 Pk3 V4 Pk4 V5 Pk5

15

0 3,35 5619,1 5,71 4290,1 7,47 3275,4 9,79 2500,7 12,81 1909,220

2563,1

17,09

1956,925

0 7,26 5807,6 9,51 4433,9 12,45 3385,3 16,31 2584,6 21,36 1973,330

0 8,71 5763,8 11,04 4400,5 14,92 3359,7 19,57 2565,1 25,63 1958,435

0

10,1

6

5627,9

13,31

4266,8

17,43

3280,5

22,83

2504,6

29,91

1912,240

0 11,61 5400.0 15,21 4122,8 19,92 3147,7 26,09 2403,2 34,18 1834,845

0 13,06 5080,1 17,11 3878,6 22,41 2961,2 29,35 2260,8 38,45 1726,150

0

14,5

2

4668,2

19,01

3564,1

24,90

2721,1

32,61

2077,5

42,72

1586,155

0 15,97 4164,2 20,91 3179,3 27,39 2427,3 35,88 1853,2 46,99 1414,960

1500

f V

f  f

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

- Lập bảng tính Pc, Pφ:

Tay số   số 1 số 2 số 3 số 4 số 5Vận tốc

+ mk2 – hệ số phân bố lại tải trọng ( cầu trước chủ độngChọn mk2 = 1)

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động (= 871,1 kg)+ 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 Pk =f(v) và Pφ=f(v):

0 1000

Hình 2.3 Đồ thị cân bằng lực kéo

- Nhận xét:

 Trục tung biểu diễn Pk , Pf , Pw Trục hoành biểu diễn v (m/s)

 Dạng đồ thị lực kéo của ôtô Pki = f(v) tương tự dạng đường cong Me = f(ne) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

 Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo Pki và đường cong tổng lực cản là lực kéo dư (Pkd) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc

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

và mặt đường

 Khi đạt Vmax, lực cản (Pc) cân bằng với lực kéo tại tay số cuối 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 Pk và lực cản không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”

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

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

0 10 20 30 40 50 60 0

 Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > vth i (tốc độ vth i ứng với

Di 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

tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < vth i là vùng làm 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 Dφ được xác định như sau:

 Vùng giới hạn giữa đường cong Dφ và đường cong Ψ trên

đồ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > Dφ 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

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

- Biểu thức tính gia tốc :

J = D i −f −i

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

 Ji = D i −f

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

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;

+ ji – 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+ihi²) (CT 1-37,tr41)

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 ji theo vi ứng với từng tay

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

 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)

Thay số vào phương trình ta được : V1max= 14,5167 (m/s)

Tính toán tương tự cho các lần chuyển số tiếp theo ta có các vận tốc lần 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

t = t1 ; t = t2 và trục tung đồ thị thời gian tăng tốc

 Quãng đường tăng tốc từ vmin ÷ vmax :S=∑

i=1

n

F S i

2.3.5.3 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 + Động cơ xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số

Δv = j ∆ t=f g

δ j ∆ t+K F V2 g

G δ j ∆t (m/s)Trong đó: + f : hệ số cản lăn của đường f = f0(1+ V2

1500) + g : gia tốc trọng trường (g = 9,81 [m/s2]) + ∆t : thời gian chuyển số [s]

ĐỒ THỊ THỜI GIAN VÀ QUÃNG

ĐƯỜNG TĂNG TỐC

s (m) t (s)

KẾT LUẬN

Việc tính toán động lực học kéo của ôtô 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 không chính xác so với thực

tế Trong thực tế, việc đánh giá chất lượng kéo của ôtô được thực hiện trên đường hoặc trên bệ thử chuyên dùng