- Chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo: Lập đồ thị công suất, đồ thị lực kéo, đồ thị nhân tốđộng lực học, đồ thị gia tốc, đồ thi thời gian tăng tốc, đồ thị quãng đường tăng tốc.. BẢN VẼ : Đồ
CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CHO TRƯỚC, THÔNG SỐ CHỌN VÀ THÔNG SỐ TÍNH CHỌN
Thông số thiết kế
- Tải trọng bản thân: G 0700kg
- Tải trọng định mức: G e U00kg
- Hệ số phân bố lên tải trọng lên cầu trước và cầu sau:
- Tốc độ lớn nhất ở số truyền cao: V maxp(km/h)
- Hệ số cản tổng cộng của đường nhất: ψmax = 0.34
- Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu: Diesel
- Hệ thống truyền lực cơ khí
Thông số tự chọn
- Hiệu suất truyền lực chính: ŋ tl = 0 , 89
- Khối lượng trung bình của một người: 60 kg
- Hệ số cản không khí: K = 0,7 ( N s 2 / m 4 )
- Diện tích cản chính diện: F = 4 ( m 2 )
- Số vòng quay lớnn nhất của động cơ ứng với vận tốc lớn nhất ô tô: n emax &00(vòng/phút)
Thông số tính chọn
- Bán kính bánh xe: Chọn lốp có ký hiệu: 275/80R22,5 (bề rộng của lốp B = 275 mm, bề dày H%.B, d = 22,5 inch đường kính vành bánh xe)
- Bán kính thiết kế bánh xe: r 0 =0,8.B+d
- Bán kính trung bình làm việc của bánh xe: r bx =λ r 0
Trong đó: λ - hệ số kể đến sự biến dạng của lốp Chọn lốp áp suất cao λ=0,945
TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
Xác định trọng lượng ô tô và phân bố tải trọng trên ô tô
G 0 - Trọng lượng của bản thân xe n - số chỗ ngồi
A - Trọng lượng trung bình của một người
GH - Trọng lượng hàng hóa
* Phân bố tải trọng lên các cầu:
Tính toán và xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ thể hiện mối quan hệ giữa công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của trục khuỷu Những đường cong này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích hiệu suất hoạt động của động cơ.
Ta có : công thức S.R.Lây Đécman :
N e = N emax ¿(2-1) Đặt λ =n e n N đối với động cơ diezel (λ=0.8÷0.9) Chọn λ = 0.9 Động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp: a=0,5; b=1,5; c=1 (a,b,c là các hệ số thực nghiệm)
Khi xe chuyển động với vận tốc lớn nhất:
V max p(km/h) M max =k M N =1,1.201,28"1,408(N m) (2-5)Với k là hệ số thích ứng của động cơ theo momen xoắn.
Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực (HTTL) được xác định bằng công thức: i tl = i 0 * i hh * i c * i p Trong đó, i tl là tỷ số truyền của hệ thống truyền lực, i 0 là tỷ số truyền của truyền lực chính, i h là tỷ số truyền của hộp số, i c là tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng, và i p là tỷ số truyền của hộp số phụ.
- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1
2.3.1 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.
Trong công thức tính tốc độ lớn nhất của ôtô, r bx được xác định là 0,48(m), n emax là số vòng quay tối đa của động cơ Tỷ số truyền của hộp số ở số truyền cao nhất được ký hiệu là ihn = 1, trong khi tỷ số truyền của hộp số phụ ở số cao là ipc = 1.
2.3.2 Tỷ số truyền của hộp số a, Tỷ số truyền của tay số 1
Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định nhằm khắc phục lực cản lớn nhất của mặt đường, đảm bảo bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.
- Theo điều kiện chuyển động, ta có:
Pk max ≥ Pψ max + Pω (2-7) Ở đây: Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ
Pψ max – lực cản tổng cộng của đường
Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không khí
Vậy: Pk max = M r e max i h1 i 0 i pc η tl bx
i h1 ≥ G ψ M max r bx e max i 0 i pc ƞ tl
234,99 4,4412 1 0,89 = 8,801 (*) Mặt khác, Pk max còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường:
i h1 ≤ G M φ φ r b x e max i 0 i pc ƞ tl Trong đó:
Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8: đường tốt) rbx – bán kính làm việc của xe
Từ (*) và (**), chọn ih1 = 13 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 √ i i h1 hn (2-10)
Trong đó: n – số cấp trong hộp số (n = 5) ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 13) ihn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (ih5 = 1)
Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau: i hi = i h(i−1) q = i h1 q i−1 (2-11)
Trong đó: ihi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i= 1; 2;…; n-1)
Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:
+ Tỷ số truyền của tay số 2: ih2 = i h1 q 2-1 = 13 1,89 = 6,84
+ Tỷ số truyền của tay số 3: ih3 = i h1 q 3-1 = 13 1,89 2 = 3,605
+ Tỷ số truyền của tay số 4: ih4 = i h1 q 4-1 = 9 1,7 3 = 1,898 + Tỷ số truyền của tay số 5: ih5 = 1
+ Tỷ số truyền của tay số lùi: ihl = 1,2.ih1 = 1,2 13 = 15,6 c, Tỷ số truyền của các tay số
Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:
Xây dựng đồ thị
2.4.1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô
Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:
Trong đó: P k – lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động
Pki = M r ki bx = M r e i 0 i hi η tl bx (2-13)
Pf – lực cản lăn Pf = G.f.cos α = G.f (do α = 0) (2-14)
Pi – lực cản lên dốc Pi = G.sin α = 0 (do α = 0) (2-15)
Pj – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)
Pω – lực cản không khí P ω = K F v 2 (2-17) Vận tốc ứng với mỗi tay số
Tỷ số truyền 13 6,48 3,605 1,898 1 15,6 v i =2π n e i tl ŋ tl
Lập bảng tính Pk theo công thức ứng với từng tỉ số truyền: số truyền 1 số truyền 2 số truyền 3 số truyền 4 số truyền 5
Bảng 2.2 Bảng giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số
Phương trình cân bằng lực cản P c
Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió
Bảng 2.3 Bảng giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
Dựng đồ thị Pk =f(v) và P φ =f(v):
Bảng 2.4 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô
- 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.
2.4.2 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:
Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ i được xác định theo công thức:
Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng: n e (vòng phút) N e (W) N k (W) V 1 ( m s ) V 2 (m s ) V 3 (m s ) V 4 (m s ) V 5 (m s )
Bảng 2.4 Công suất của ô tô
Trên đồ thị N k =f(v), dựng đồ thị ∑ N c theo bảng trên:
- Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:
Hình 2.3 Đồ thị cân bằng công suất của ô tô 2.4.3 Đồ thị nhân tố động lực học
Nhân tố động lực học, ký hiệu là “D”, được xác định bằng tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến (Pk) và lực cản không khí (Pw) so với trọng lượng toàn bộ của ôtô.
G(M e i 0 i hi r bx η tl −KFv²) v i =2πn e r bx
Đồ thị nhân tố động lực học mô tả mối quan hệ giữa lực D và tốc độ chuyển động v của ôtô khi ôtô đủ tải Mối quan hệ này được thể hiện qua hàm số D=f(v) khi động cơ hoạt động ở đường đặc tính tốc độ ngoài.
Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số: n e (v/ph) V1 D1 V2 D2 V3 D3 V4 D4 V5 D5
Bảng 2.6 Bảng giá trị đồ thị nhân tố động lực học
Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau:
Bảng 2.7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám vận tốc 0 1.49 2.83 5.38 10.22 19.40
Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô:
Hình 2.4 Đồ thị nhân tố động lực học
- Dạng của đồ thị nhân tố động lực học D=f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo
P k =f(v), nhưng ở những vận tốc lớn thì đường cong dốc hơn.
Khi ôtô di chuyển với tốc độ v lớn hơn vth i (tương ứng với Di max ở từng tay số), xe sẽ hoạt động ổn định do sức cản tăng, tốc độ giảm và yếu tố động lực học D gia tăng Ngược lại, khi tốc độ v nhỏ hơn vth i, ôtô sẽ rơi vào vùng làm việc không ổn định tại từng tay số.
Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất thể hiện khả năng vượt qua sức cản chuyển động lớn nhất của đường, được ký hiệu là D1 max = ψmax.
+ Vùng chuyển động không trượt của ôtô:
- 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:
- Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau : Ѱ ≤ D ≤ D φ
Vùng giới hạn giữa đường cong D φ và đường cong Ψ trên đồ thị động lực học thể hiện những điều kiện cần thiết Khi D > D φ trong một giới hạn nhất định, có thể áp dụng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay, nhất là khi điều kiện khai thác thực tế xảy ra.
2.4.4 Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc
Biểu thức tính gia tốc :
Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (a = 0) thì:
Giá trị nhân tố động lực học tại tay số thứ i, tương ứng với tốc độ v_i, được xác định từ đồ thị D = f(v) Hệ số cản lăn và độ dốc của đường được ký hiệu là f và i Gia tốc của ôtô tại tay số thứ i được ký hiệu là j_i Hệ số δ_j phản ánh ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay, được tính theo công thức δ_j = 1 + 0,05(1 + i h_i²).
Bảng 2.8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay
Khi ô tô chuyển động với vận tốc v < 22 m / s thì f =f 0
Lập bảng tính toán các giá trị ji theo vi ứng với từng tay số:
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
Bảng2.9 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số
Từ kết quả bảng tính, xây dựng đồ thị j = f (v):
Hình 2.5 Đồ thị gia tốc ôtô
- Tốc độ nhỏ nhất của ôtô vmin = 0,34 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ nmin = 600 (vòng/phút)
- Trong khoảng vận tốc từ 0 đến vmin ôtô bắt đầu khởi hành, khi đó, li hợp trượt và bướm ga mở dần dần.
- Ở tốc độ vmax = 19,4 (m/s) thì jv = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc.
- Do ảnh hưởng của δj mà j2 (gia tốc ở tay số 2) > j1 (gia tốc ở tay số 1).
2.4.5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc
2.4.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược
Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:
Từ CT: j=dv dt → dt=1 j dv Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v 1 đến tốc độ v 2 sẽ là: t=∫ v 1 v 2
Trong đó: t i – thời gian tăng tốc từ v 1 đến v 2 t i = F i – với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị 1 j =f(v); v=v 1 ; v=v 2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược.
Thời gian tăng tốc toàn bộ: t i=∑ i =1 n
Với: n – số khoảng chia vận tốc (vmin → vmax) vì tại j =0→1 j=∞ Do đó, chỉ tính tới giá trị v=0,95 v max =1 8,43(m/s) Lập bảng tính giá trị 1 j theo v :
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
Bảng 2.10 Giá trị 1 /¿ j ứng với từng tay số
Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị1/j=f(v):
Hình 2.6 Đồ thị gia tốc ngược
2.4.5.2 Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc
Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược, thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao xảy ra tại Vmax của từng tay số Công thức j = dv/dt cho thấy mối liên hệ giữa gia tốc và thời gian, trong đó dt = 1/j dv Từ đó, ta có thể xác định sự thay đổi vận tốc từ v1 đến v2 thông qua tích phân ∫(v2 - v1).
Tính gần đúng theo công thức: t v 1 −v 2 = ( 1 j i + 1 j j ) ( v j − v i )
2.4.5.3 Lập bảng tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc
Trong hệ thống truyền lực của ô tô có hộp số cấp, khi chuyển từ số thấp lên số cao, ô tô sẽ gặp phải hiện tượng giảm vận tốc một khoảng Δv.
Trong đó: t c :Thời gian sang số, chọn ứng với từng lần chuyển số. t c =1÷4(s)(đối với động cơ diesel) ta chọn t c =2(s)
Từ công thức trên ta có bảng sau: t (s) Δv (m/s) V(m/s)
Bảng 2.11 Độ giảm vận tốc khi sang số
Bảng 2.12 Thời gian và quãng đường tăng tốc
Từ đó ta được đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc
Hình 2.7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc