Bài tập môn học lý thuyết Ô tô nhiệm vụ tính toán sức kéo Ô tô

 Xây dựng các đồ thị cân bằng công suất, cân bằng lực, hệ số nhân tố động lực khi đầy tải và khi tải trọng thay đổi, đồ thị gia tốc.. Bản vẽ đồ thị: Các bản vẽ trên giấy khổ A4, đóng tậ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

-BÀI TẬP MÔN HỌC

LÝ THUYẾT Ô TÔ

Sinh viên thực hiện: Nhóm H:

Phan Ngọc Tài (103220125 – 22C4C) Đặng Đức Thành (103220127 - 22C4C) Trần Đại Thắng (103220126 – 22C4C) Đặng Hồ Thanh Quang (103220122 – 22C4C) Lương Đình Quân (103220121- 22C4C)

Giảng viên phụ trách lớp học phần: TS Phan Minh Đức

Đà Nẵng – 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-o0o -BÀI TẬP MÔN HỌC LÝ THUYẾT Ô TÔ

Nhiệm vụ: TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ

1 Số liệu cho trước:

 Loại ô tô: Tải

 Số người chở (kể cả người lái): 3

 Tải trọng định mức [KG]: 4000

 Vận tốc cực đại [km/h]: 90

 Sức cản lớn nhất của đường ô tô vượt được: 0.35

 Lắp động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu: Tùy chọn

2 Yêu cầu:

2.1 Các nội dung chính thuyết minh và tính toán:

 Xác định trọng lượng bản thân, trọng lượng toàn bộ và phân bố trọng lượng ô tô

 Tính chọn lốp

 Tính chọn động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ

 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

 Xác định tỷ số truyền của số cao nhất của hộp số

 Xác định số cấp và tỷ số truyền các số trung gian của hộp số

 Xác định trục bánh xe chủ động

 Xây dựng các đồ thị cân bằng công suất, cân bằng lực, hệ số nhân tố động lực khi đầy tải và khi tải trọng thay đổi, đồ thị gia tốc

2.2 Bản vẽ đồ thị:

Các bản vẽ trên giấy khổ A4, đóng tập cùng thuyết minh tính toán, gồm các đồ thị sau:

 Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ;

 Cân bằng công suất của ô tô;

 Cân bằng lực kéo của ô tô;

 Nhân tố động lực của ô tô khi đầy tải và khi tải trọng thay đổi;

 Thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô

2.3 Hình thức: Theo mẫu quy định của Bộ môn.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2024 Giảng viên phụ trách lớp học phần

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung, nhiệm vụ tính toán thiết kế 5

1.1 Giới thiệu chung 5

1.2 Nhiệm vụ tính toán thiết kế 5

2 Tính toán thiết kế sức kéo 5

2.1 Xác định trọng lượng bản thân, trọng lượng toàn bộ, phân bố trọng lượng xe tải 5

2.1.1 Trọng lượng bản thân, trọng lượng toàn bộ 5

2.1.1.1 Xác định xe và trọng lượng xe tải 5

2.1.1.2 Trọng lượng bản thân và hành lý 6

2.1.1.3 Trọng lượng toàn bộ 6

2.1.2 Dự kiến phân bộ trọng lượng lên trục xe tải 6

2.2 Tính chọn lốp 6

2.2.1 Xác định tải trọng thẳng đứng tĩnh của bánh xe bị động 6

2.2.2 Xác định tải trọng thẳng đứng tĩnh của bánh xe chủ động 7

2.2.3 Xác định chọn lốp xe 7

2.3 Tính chọn động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ 8

2.3.1 Công suất cần thiết của động cơ để xe duy trì V max 8

2.3.2 Xây dựng đường đặc tính tốc độ của động cơ 9

2.4 Xác định tỷ số truyền của số cao nhất của hộp số 11

2.5 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính 13

2.6 Xác định tỷ số truyền của hộp số 13

2.7 Xác định trục bánh xe chủ động 15

2.8 Xây dựng các đồ thị cân bằng công suất, cân bằng lực, hệ số nhân tố động lực khi đầy tải và khi tải trọng thay đổi, đồ thị gia tốc 15

2.8.1 Đồ thị cân bằng công suất 15

2.8.2 Đồ thị cân bằng lực kéo 17

2.8.3 Đồ thị gia tốc 21

2.8.4 Đồ thị gia tốc ngược 23

2.8.5 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc 24

2.8.5.1 Thời gian tăng tốc 25

2.8.5.2 Quãng đường tăng tốc 26

2.8.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô: 26

2.8.6.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc 27

3 Kết luận, tổng hợp kết quả tính toán thiết kế 28

1 Giới thiệu chung, nhiệm vụ tính toán thiết kế

1.1 Giới thiệu chung

Lý thuyết ô tô là một môn học quan trọng trong chuyên ngành cơ khí ô

tô, cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các tính chất khai

thác của ô tô, 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 ô tô là một phần quan trọng của môn học,

giúp sinh viên vận dụng kiến thức đã học để tính toán sức kéo và động lực

học kéo, xác định các thông số cơ bản của động cơ hay hệ thống truyền

lực của một loại ô tô cụ thể Qua bài tập lớn, sinh viên sẽ hiểu được một số

thông số kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc của

ôtô, từ đó 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

1.2 Nhiệm vụ tính toán thiết kế

 Xác định trọng lượng bản thân, trọng lượng toàn bộ và phân bố trọng lượng ô tô

 Tính chọn lốp

 Tính chọn động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ

 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

 Xác định tỷ số truyền của số cao nhất của hộp số

 Xác định số cấp và tỷ số truyền các số trung gian của hộp số

 Xác định trục bánh xe chủ động

 Xây dựng các đồ thị cân bằng công suất, cân bằng lực, hệ số nhân tố động

lực khi đầy tải và khi tải trọng thay đổi, đồ thị gia tốc

2 Tính toán thiết kế sức kéo

2.1 Xác định trọng lượng bản thân, trọng lượng toàn bộ, phân bố trọng lượng ô tô 2.1.1 Xác định xe và trọng lượng xe tải.

Ta có số liệu đề:

+ Loại ô tô thiết kế xe tải, có 3 chỗ ngồi (bao gồm người lái)

+ Tải trọng định mức: 4000 kg = 39240 N

+ Vận tốc cự đại: 90 Km/h

+ Sức cản lớn nhất của đường ô tô vượt được :0.35

=> Từ yêu cầu của đề chọn loại ôtô tải có tải trọng định mức là Q = 4000 kg,

ta chọn số liệu tham khảo của xe Isuzu NPR 4000 kg

Lý do chọn xe tải Isuzu NPR 4000 kg

+ Có khối lượng bản thân Go = 3305 kg = 32422.05 N – Phù hợp với yêu cầu đề + Có 3 chỗ ngồi (bao gồm người lái) – Phù hợp với yêu cầu đề

+ Vận tốc cực đại: 90 Km/h – Phù hợp với yêu cầu đề

2.1.2 Trọng lượng bản thân và hành lý

Theo yêu cầu đề số người chở là n = 3 người kể cả người lái

Chọn trọng lượng của bản thân là: Gp = 70 Kg = 686.7 N

Ta chọn trọng lượng hành lí mỗi người là: G1 = 20Kg = 196.132 N

2.1.3 Trọng lượng toàn bộ

1kg = 9.81 N

Vậy ta có: G = 3305 + 3*(70 + 20) + 4000 = 7575 kg = 74310.75 N

Trọng lượng xe không tải : G= 3305 + 3*(70+ 20) = 3575 kg = 35070.75 N

2.1.4 Dự kiến phân bộ trọng lượng lên trục xe tải.

Khi ô tô đầy tải : G = 7575 kg kg = 74310.75 N

Ta chọn hệ số phân bố tải trọng lên trục 2 là m2 = 65% =>

m1= 35% Tải trọng phân bố cầu trước :

Z1 = 35% x G = 0,35 x 7575 = 2651.25 (Kg) = 26008.7625 (N) Tải trọng phân bố cầu sau :

Z2 = 65% x G = 0,65 x 7575 = 4923.75 (Kg) = 43870.6125 (N)

2.2 Tính chọn lốp

2.2.1 Xác định tải trọng thẳng đứng tĩnh của bánh xe bị động

Ta có: Z1.α1 = Gb1.α1 (công thức II-3 sách LTotoMK- Nguyễn

Hữu Cẩn) Trong đó: Gb1 là tải trọng thẳng đứng tĩnh của bánh xe bị động

α 1 là khoảng cách từ điểm đặt hợp lực Z1 đến giao điểm của đường thẳng góc

đi qua tâm trục bánh xe với đường Suy ra: Z1 = Gb1 = 2651.25 (Kg) = 26008.7625 N

Vì trục bánh xe trước có 2 bánh nên mỗi bánh phải chịu tải trọng là:

Z= Z1

2.2.2 Xác định tải trọng thẳng đứng tĩnh của bánh xe chủ động

Ta có: Z2.f2 = Gb2.f2 (công thức II-14 sách LTotoMK-

Nguyễn Hữu Cẩn) Trong đó: Gb2 là tải trọng thẳng đứng tĩnh của bánh xe chủ động

f 2 là hệ số cản lăn của bánh xe chủ động với đường f2= ∝2

g R

Suy ra: Z2 = Gb2 = 4923.75 (Kg) = 43870.6125 (N)

Vì trục bánh xe sau có 4 bánh nên mỗi bánh phải chịu tải trọng là

là:

Z= Z2

2.2.3 Xác định chọn lốp xe

Vì tải trọng một bánh trước chịu lớn hơn một bánh sau nên chọn toàn bộ lốp theo bánh trước

Dựa vào loại xe là xe tải, chở hàng nặng, đi đường liên tỉnh, trải qua nhiều

loại đường khác nhau

D622 là một loại lốp xe địa hình phổ biến được sử dụng cho các loại xe địa

hình, xe tải và xe SUV Lốp có nhiều ưu điểm khiến nó trở thành một lựa

chọn tuyệt vời cho các ứng dụng off-road

Thiết kế gai lốp

D622 có thiết kế gai lốp giúp tăng độ bám trên các bề mặt địa hình khác nhau

Gai lốp có hình dạng và kích thước khác nhau, giúp cung cấp lực kéo và độ ổn

định tối ưu trên đất bùn, sỏi đá và các bề mặt trơn trượt khác

Lốp xe địa hình D622

Cấu trúc lốp

Lốp D622 được làm bằng cao su chất lượng cao, giúp tăng độ bền và khả năng chịu tải

Lốp cũng có cấu trúc đa lớp giúp tăng khả năng chống thủng và hư hỏng

Khả năng uốn cong

Lốp D622 có khả năng uốn cong tốt, giúp tăng độ thoải mái khi lái xe trên các

bề mặt gồ ghề Lốp cũng có khả năng chống mòn tốt, giúp kéo dài tuổi thọ

Chọn lốp xe D622 có kiểu lốp 295/75R22.5

Bán kính bánh xe:

Bán kính bánh xe : Có kí hiệu 295/75R22.5 Trong đó

- Kiểu hoa: D622

- Kiểu lốp: TL - lốp không săm

- R là loại lốp có nhứng lớp bố đặt ngang

- B bề rộng của lốp : 295 mm

- Tỷ lệ H/B : 75%

- d là dường kính vành bánh xe: 22.5 inch = 571,5 mm

H/B =75% ⇒ H=75%B=0,75.295=221,25m

⇨ Bán kính thiết kế của bánh xe:

r0 = B+(d/2)

r0 = 295 + (571,5/2) = 580,75 (mm)

2.3 Tính chọn động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ

2.3.1 Công suất cần thiết của động cơ để xe duy trì V max :

Công suất cần thiết của động cơ để xe duy trì

V max :

P tv = P R + P drag

= (fR + f ).G.Vmax+ Cw.A V3 Với fR : hệ số cản lớn nhất của đường ô tô vượt được: 0.02

f : lượng dự trữ để ô tô duy trì Vmax với ô tô tải chọn 0,01 G : Khối lượng toàn bộ của xe (Kg)

Vmax : Vận tốc cực đại của

ô tô (m/s) Cw : Hệ số cản

của không khí A: Diện tích cản chính diện của ô tô (m2) V: Mật độ môi trường xung quanh (kg/m3)

Ptv= (0,02 + 0,01).7575.25 + 12.0,8.6.1,225.25 3=101.67(kW)

Công suất cần thiết tại bánh đà của động cơ:

PeV

=

P Tv η

t

với

η t hiệu suất động cơ ô tô tải chọn: 0,9

= 101,67/0,9 = 112.9667 (kW)

Công suất yêu cầu của động cơ:

Công suất lớn nhất của động cơ:

Pe,max = 0,87+1,13.1 101 ,672 −1.1 3

= 101,67 (kW)

Thông số kỹ thuật của động cơ Isuzu NPR 4000kg (4JJ1E4NC):

 Loại động cơ: Diesel, 4 xilanh thẳng hàng, phun nhiên liệu trực tiếp

 Công suất: Khoảng 110 kW (có thể thay đổi tùy theo phiên bản)

 Dung tích xilanh: 2,999 cc

 Đường kính x hành trình piston: 95 x 104 mm

 Momen xoắn: Khoảng 350 Nm tại 1,600 - 2,800 vòng/phút

 Chiều dài cơ sở: 3,760 mm (tương tự)

2.3.2 Xây dựng đường đặc tính tốc độ của động cơ

Công suất và momen xoắn: Sử dụng các thông số kỹ thuật để xác định các điểm

dữ liệu cho công suất và momen xoắn tại các tốc độ quay khác nhau Ví dụ:

o Tại 1,600 vòng/phút: Momen xoắn = 350 Nm, Công suất = (350 Nm * 1,600 vòng/phút) / 9,5488 = khoảng 58.3 kW

o Tại 2,000 vòng/phút: Tính toán tương tự với momen xoắn giảm dần

o Tại 2,800 vòng/phút: Momen xoắn = 350 Nm, Công suất = 110 kW.

2.4 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

Xe ô tô tải nhẹ Isuzu NPR có tải trọng 4 tấn, được trang bị động cơ 4JJ1E4NC Động cơ này có dung tích 2.999 cc, công suất cực đại khoảng 110 kW (150 mã lực) tại 2.800 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại 350 Nm tại 1.600 - 2.800 vòng/phút Xe sử dụng hộp

số sàn 6 cấp

Có hai phương án chọn số truyền cao nhất:

 Phương án số truyền thẳng: Tỷ số truyền số cao nhất ihn=1, tức là truyền lực

trực tiếp từ động cơ đến bánh xe

 Phương án số truyền tăng: Tỷ số truyền số cao nhất ihm<1, với giá trị thường

chọn trong khoảng 0,75 - 0,85, để tối ưu hóa hiệu suất khi xe chạy ở tốc độ cao

Quan điểm thiết kế

Trong thiết kế số truyền cao nhất cho xe tải, cần lưu ý các yếu tố sau:

 Lực kéo của xe: Xe tải thường xuyên phải di chuyển trên nhiều loại địa hình, bao

gồm cả đường xấu hoặc chở hàng nặng, do đó, tỷ số truyền phải đảm bảo lực kéo đáp ứng được yêu cầu vận hành

 Tốc độ trung bình của xe: Việc chọn số truyền cao nhất ảnh hưởng đến khả năng

duy trì tốc độ trung bình của xe Tỷ số truyền phù hợp sẽ giúp xe vận hành hiệu quả hơn

Yêu cầu đối với số truyền thẳng

Số truyền thẳng là tỷ số truyền giữa các trục dẫn động và bánh xe, có nhiệm vụ truyền lực

từ động cơ đến bánh xe để xe di chuyển ở tốc độ trung bình Số truyền thẳng cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Đảm bảo lực kéo của xe

Lực kéo của xe phụ thuộc vào công suất của động cơ và tỷ số truyền của số truyền thẳng Tỷ số truyền cần được chọn sao cho lực kéo đáp ứng đủ yêu cầu vận hành của xe, đặc biệt là khi di chuyển trên đường khó hoặc chở tải trọng lớn

Giảm thiểu tiếng ồn và rung động

Khi xe vận hành ở tốc độ trung bình, tỷ số truyền thẳng sẽ hoạt động ở tốc độ quay cao Do đó, cần chọn tỷ số truyền sao cho giảm thiểu tiếng ồn và rung động, giúp cải thiện sự êm ái và thoải mái khi lái

Giảm thiểu mức tiêu hao nhiên liệu

Mức tiêu hao nhiên liệu của xe phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tỷ số truyền của số truyền thẳng Việc chọn tỷ số truyền phù hợp sẽ giúp xe vận hành hiệu quả hơn, giảm mức tiêu hao nhiên liệu và tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng

Yêu cầu đối với số truyền tăng

Đối với xe ô tô tải và ô tô khách, tải trọng thường thay đổi trong phạm vi lớn Để tận dụng tối đa công suất động cơ khi xe chạy non tải hoặc không tải, phương án số truyền tăng có thể được sử dụng Khi áp dụng số truyền tăng, xe có khả năng vận hành ở tốc độ cao hơn Tuy nhiên, việc tính chọn động cơ vẫn được thực hiện theo vận tốc lớn nhất yêu cầu (VmaxV_{max}Vmax), với xe hoạt động ở số truyền cuối cùng (số truyền thẳng) Đối với xe ô tô du lịch, số truyền tăng cũng được lựa chọn nhằm giảm số vòng quay tối

đa của động cơ, kéo dài tuổi thọ động cơ và giảm yêu cầu về dao động Ngược lại, với xe tải và khách, nếu chọn số truyền tăng, công suất động cơ cần được tính toán để đảm bảo

xe hoạt động hiệu quả ở số cao nhất

Phân tích phương án thiết kế số truyền thẳng cho xe tải

Từ các yêu cầu đối với số truyền thẳng và số truyền tăng, các phương án thiết kế số truyền thẳng cho xe ô tô tải có thể được đưa ra như sau:

 Phương án 1: Tỷ số truyền 1:1

o Ưu điểm: Đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng.

o Nhược điểm: Lực kéo của xe yếu hơn, khó di chuyển trên đường xấu hoặc

khi chở nặng Tốc độ trung bình thấp

 Phương án 2: Tỷ số truyền 1:1,2

o Ưu điểm: Cải thiện lực kéo, xe dễ di chuyển hơn trên đường xấu hoặc khi

chở nặng Tốc độ trung bình tăng

o Nhược điểm: Khó chế tạo và bảo dưỡng hơn so với phương án 1.

 Phương án 3: Tỷ số truyền 1:1,4

o Ưu điểm: Lực kéo cải thiện đáng kể, dễ dàng di chuyển trên đường xấu

hoặc khi chở nặng Tốc độ trung bình cao

o Nhược điểm: Khó chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng hơn so với các phương án

khác

Lựa chọn phương án thiết kế

Phân tích các phương án trên, phương án 3 là lựa chọn phù hợp nhất cho xe ô tô tải Phương án này đảm bảo lực kéo, tốc độ trung bình, mức tiêu hao nhiên liệu thấp và giảm tiếng ồn, rung động Tuy nhiên, để khắc phục khó khăn trong chế tạo và bảo dưỡng, có thể áp dụng các giải pháp sau:

1 Sử dụng vật liệu và công nghệ tiên tiến

2 Áp dụng thiết bị tự động hóa trong lắp đặt và bảo dưỡng

2.5 Xác định tỷ số truyền của số cao nhất của hộp số

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :

i tl =i0.i h .i c .i p

Trong đó :

+ i tl – tỷ số truyền của HTTL

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính

+ i h – tỷ số truyền của hộp số

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

+ i p – tỷ số truyền của hộp số phụ

Tỷ số truyền của truyền lực chính:

i0=0.105 r bx n v

i hc i pc v max

Trong đó:

+ r bx = 0,581 (m): bán kính bánh xe

+ n v = 2500 v/p: số vòng quay của trục khuỷu khi ô tô đạt vận tốc cực đại