- Xác định công suất cần thiết của động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ.. - Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính và tỷ số truyền của hộp số.. - Chỉ tiêu đánh giá chất lư
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
-oOo -THUYẾT MINH BÀI TẬP LỚN
LÝ THUYẾT Ô TÔ
Đà Nẵng - 2024
Giáo viên hướng dẫn : TS Lưu Đức Lịch
Sinh viên thực hiện : Trần Tuấn Anh – 103220093
(Nhóm trưởng) : Trần Ngọc Châu – 103220094 : Phan Mạnh Cường – 103220095
Trang 2- Loại ô tô: «xe du lịch»
- Số người chở (kể cả người lái): «10»
- Tải trọng bản thân G0 [KG]: « 3600»
- Hệ số phân bố tải trọng lên cầu trước/cầu sau: «0.35/0.65»
- Vận tốc cực đại [km/h]: «85»
- Sức cản lớn nhất của đường max:ψ max «0.34»
- Lắp động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu: xăng
- Hệ thống truyền lực cơ khí
B YÊU CẦU
- Xác định trọng lượng toàn bộ ô tô và tải trọng tác dụng lên cầu trước và cầu sau
- Xác định công suất cần thiết của động cơ và xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ
- Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính và tỷ số truyền của hộp số
- Chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo: Lập đồ thị công suất, đồ thị lực kéo, đồ thị nhân tố động lực học, đồ thị gia tốc, đồ thi thời gian tăng tốc, đồ thị quãng đường tăng tốc
C BẢN VẼ : Đồ thị đường đặc tính ngoài động cơ, đồ thị công suất kéo, đồ thị lực kéo,
đồ thị nhân tố động lực học, đồ thị gia tốc, đồ thị gia tốc ngược, đồ thị thời gian tăng tốc,
đồ thị quãng đường tăng tốc
Trang 3Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:
Trang 4
tô mà ta sử dụng được ứng dụng rất nhiều công nghệ hiện đại, để hoàn thiện cả về mặt kinh tế cũng như kỹ thuật Cùng với sự phát triển đó, thì hệ thống trên ô tô đã không ngừng được cải tiến để ngày một tối ưu hơn Từ dó nâng cao công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường
Qua phần bài tập lớn này Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô giáo trong Khoa Cơ khí Giao thông, đồng thời gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Giảng viên hướng dẫn TS Lưu Đức Lịch, người Thầy đã tận tình giúp đỡ Nhóm em hoàn thành bài tập lớn này
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Trang 5Mục Lục
Tờ giao nhiệm vụ 2
Lời nói đầu 4
I Thiết kế ô tô 6
1 Xác định kích thước cơ bản của xe 6
2 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính toán 6
3 Xác định trọng lượng và trọng lượng phân bố trên ô tô 7
II Tính toán sức kéo 7
1 Xác định công suất cần thiết và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ 7
2 Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực 9
III XÂY DỰNG ĐỒ THỊ 11
1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo 11
2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất 12
3 Nhân tố động lực học 14
4 Xác định khả năng tăng tốc và xây dựng biểu đồ gia tốc chuyển động 15
5 Xác định khả năng tăng tốc và quãng đường tăng tốc 17
6 Tính thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của ô tô 18
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
Trang 6I.THIẾT KẾ Ô TÔ
Thông số đề:
Loại xe: du lịch; số người chở: 10 (kể cả người lái)
G0 = 3600 Kg
Vmax= 85 km/h = 23.6 m/s
1 Xác định kích thước cơ bản của xe
Các kích thước cơ bản:
Bảng 1: Các kích thước cơ bản STT Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị
2 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:
a) Thông số:
- Loại động cơ: Xăng, 4 xylanh thẳng hàng, 2TR-2FE
- Dung tích công tác: V c= 2693cc
- Số vòng quay: n N= 5200 v/ph
- Vận tốc lớn nhất: V max= 85 km/h = 23.6 m/s
- Hệ thống truyền lực : động cơ đặt trước, cầu sau chủ động, số sàn 5 cấp
b) Thông số chọn:
- Trọng lượng bản thân: G o= 3600 kg
- Trọng lượng hành khách: G h= 70 kg/người
- Trọng lượng hành lý: G hl= 0 kg/người
- Hiệu suất truyền lực: η tl = 0,93
- Hệ số cản không khí: K = 0,35 Ns2/m4
- Hệ số cản lăn: f o= 0,015
- Độ nghiêng mặt đường: 0°
Trang 7Bài Tập Lớn Lý Thuyết Ô TôGVHD: TS.Lưu Đức Lịch
- Hệ số thực nghiệm chọn: a = b = c = 1
c) Thông số tính:
- Hệ số cản lăn mặt đường ứng với V max:
f = f o (1+(V max)2
1500 ) ⇒ f = 0,015 (1+(23.6)
2
1500 ) = 0.021 (1.1)
- Bán kính bánh xe : 215/70R15
+ 215: bề rộng của lốp
+ 70 : Tỷ số giữa độ cao hông lốp và độ rộng bề mặt lốp (tính bằng %)
+ R: là loại lốp Radial
+ 15 : Đường kính trong của lốp (inch)
H B = 70% H = 215.70% = 150,5 (mm)
- Bán kính thiết kế của bánh xe :
r o= 150,5 + 15/2 25,4 = 341 (mm) = 0,341 (m)
- Bán kính động lực học của bánh xe:
r b= r k= r o λ (với hệ số biến dạng lốp λ = 0,94)
r b= r k= 0,94.0,341 = 0,32 (m)
- Diện tích cản chính diện:
F = 0,78.B0.H0= 0,78.2,150.3,560 = 5,97012 (m)2
(1.2)
3 Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng trên ô tô
- Xe khách có 10 chỗ ngồi
- Trọng lượng không tải: G o= 3600 kg
- Trọng lượng hành khách: G h= 70 kg/người
- Trọng lượng hành lý: G hl= 0 kg/người
⇒ Trọng lượng G = 3600 + 10.70 + 0 = 4300 kg = 43000 (N) (1.3)
- Phân bố tải trọng
+ Z1= 0,35.43000 = 15050 (N (cầu trước)
+ Z2= 0,65.43000 = 27950 (N) (cầu sau)
II.TÍNH TOÁN SỨC KÉO
1 Xác định công suất cần thiết và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ:
Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, momen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm :
+ Đường công suất N e= f(n e)
+ Đường momen xoắn M e= f(n e)
Trang 8Công suất động cơ được xác định:
N e= N e max (a.λ + b.λ2- c.λ3) (2.1)
Trong đó: a, b, c là hệ số phụ thuộc vào từng loại động cơ (chọn: a=b=c=1 - động cơ xăng)
λ = n n e max
N : chọn λ = 1,1 (2.2)
Để tính công suất động cơ ta cần tính:
- Công suất cần thiết của động cơ N ev
- Công suất cực đại của động cơ N e max
Công suất cần thiết:
N ev= n1
tl.(G.ψ.V max+K.F.V max3
) (2.3)
N ev = 0 , 931 ( 4300.0,34.23,6+0,35 5,97012.(23 ,6)3
)
⇒ N ev= 66632,98 W = 66,64 KW
Trong đó: ψ v là hệ số cản tổng cộng (ψ v= f xét ô tô chuyển động trên đường không có độ dốc)
Công suất cực đại:
N e max= N ev
a λ +b λ2
−c λ3 = 66 ,64
1.1 ,1 +1.1,12
−1.1,13 = 68,063 KW (2.4)
⇒ N e max= 68,063 KW
Vậy công suất được xác định:
⇒ N e= N e max.(a.λ + b.λ2- c.λ3) (2.5)
Ta có:
- Tốc độ vòng quay: n e= n N.λ =5200.λ (2.6)
- Momen: M e= 9550.N n e
e
(2.7)
Từ (1), (2) và (3), ta xác định được đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ:
Bảng 1: Các giá trị đường đặc tính ngoài
Trang 9Bài Tập Lớn Lý Thuyết Ô TôGVHD: TS.Lưu Đức Lịch
Từ bảng giá trị ta có biểu đồ:
2 Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực:
- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực:
i tl= i o.i h.i c.i p (2.8)
a) Tỉ số truyền của truyền lực chính (i o):
Được xác định theo điều kiện đảm bảo ô tô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số:
Trang 10i o =0,105 I r bx n e max
hc I pc V max = 0,105 0 ,32.5200 1.1.23 ,6 = 7,4 (2.9)
b) Tỉ số truyền của từng tay số
- Tỉ số truyền của tay số 1
Tỉ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động
- Theo điều kiện chuyển động, ta có:
P k ≥ P ψ + P w vì xe đi số nhỏ nên ta xem lực cản không khí P w= 0
⇒ P k ≥ P ψ ⇔ M e max I h 1 I o I pc η tl
r b ≥ ψ max.G (2.10) ⇒ I h 1≥ M ψ max .G r b
e max I o I pc η tl (với ψ max= 0,34)
⇒ I h 1≥ 0 ,34.0 ,32.43000 140.7 , 4.1.0 , 93 = 4,8
Điều kiện bám đường : P φ≥ P ψ
⇒ M e max I h 1 r I o I pc η tl
b ≤ m.G φ.φ (2.11) Chọn m: hệ số phân bố tải trọng (m=1)
φ: hệ số bám của bánh xe đối với mặt đường (φ = 0,9)
G φ: tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
⇒ I h 1≤ M r b m G φ φ
e max I o I pc η tl = 0 ,32.1 27950 0 , 9 140.7 , 4.1.0 , 93 = 8,3 ⇒ 4,8 ≤ I h 1 ≤ 8,3
Vậy chọn tỉ số truyền ở tay số 1 là I h 1= 4,8
- Tỉ số truyền ở các tay số trung gian:
Chọn hệ thống tỉ 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 h 1
I hn Trong đó: n = cấp hộp số (n=5) (2.12)
I hn: tỉ số truyền ở tay số lớn nhất (I hn=1)
⇒ q = 5−1
√4 , 8
1 = 1,48
Tỉ số truyền của tay số thứ i được xác định theo công thức sau:
Trang 11Bài Tập Lớn Lý Thuyết Ô TôGVHD: TS.Lưu Đức Lịch
I hi= I h 1
q i−1 (2.13) Đối với tỷ số truyền tại số lùi phải thỏa mãn điều kiện bám, chọn tỉ số truyền tại số lùi
bằng tay số 1 (I hl=I h 1= 4,8)
- Bảng tỉ số truyền tại các tay số:
Bảng 2: Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số
Tỷ số truyền 4,80 3,24 2,19 1,48 1,00 5,28
III XÂY DỰNG ĐỒ THỊ
1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo:
- Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô
P k= P f+ P i+ P j+ P w (3.1)
- Vận tốc: V n= 60 I 2 π r bx n e
hn I pc I o; (3.2)
- Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động: P k= M e I hn r I o η tl
b (3.3)
- Bảng giá trị lực kéo tại các tay số:
Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số Ne(kW) Me(N.m) ne(v/f) Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
V1 Pk1 V2 Pk2 V3 Pk3 V4 Pk4 V5 Pk5 5,58 102,50 520,0 0,49 10581,10 0,7
3 7149,39 1,08 4830,67 1,59 3263,97 2,36 2205,38
12,52 115,00 1040,0 0,98 11871,48 1,4
6 8021,27 2,15 5419,78 3,19 3662,01 4,72 2474,33 20,42 125,00 1560,0 1,48 12903,78 2,1
8 8718,77 3,23 5891,06 4,78 3980,45 7,08 2689,49 28,86 132,50 2080,0 1,97 13678,01 2,9
1 9241,90 4,31 6244,53 6,38 4219,27 9,44 2850,86 37,43 137,50 2600,0 2,46 14194,16 3,6
4
9590,65 5,39 6480,17 7,97 4378,49 11,8
0 2958,44 45,74 140,00 3120,0 2,95 14452,24 4,3
7
9765,02 6,46 6597,99 9,57 4458,10 14,1
6 3012,23 53,36 140,00 3640,0 3,44 14452,24 5,1
0
9765,02 7,54 6597,99 11,16 4458,10 16,5
2 3012,23 59,90 137,50 4160,0 3,94 14194,16 5,8
2
9590,65 8,62 6480,17 12,76 4378,49 18,8
8 2958,44 64,93 132,50 4680,0 4,43 13678,01 6,5
5
9241,90 9,70 6244,53 14,35 4219,27 21,2
4 2850,86 68,06 125,00 5200,0 4,92 12903,78 7,2
8
8718,77 10,77 5891,06 15,95 3980,45 23,6
0 2689,49
Trang 12- Phương trình lực cản: P c= P f+ P w ⇒ P c= f.G + K.F.V2 (3.4)
+ Nếu vận tốc < 22,22 m/s thì f = f o (chọn f o= 0,015)
+ Nếu vận tốc > 22,22 m/s thì f = f o.(1+ V2
1500)
- Lực bám đường: P φ= m.G φ.φ (chọn m = 1 và φ = 0,9) (3.5)
- Bảng giá trị lực cản, lực bám đường:
Bảng 3 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
Pc 903,00 953,56 1013,74 1145,57 1434,33 2066,82
- Đồ thị cân bằng lực kéo:
2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất
- Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:
N k= N f+ N i+ N j+ N w (3.6)
- Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo
công thức: N kn= N e.n tl (3.7)
- Công suất cản được xác định theo công thức:
N c= N f+ N w= G.f.V + K.F.V3 (3.8)
- Bảng giá trị công suất ứng với từng vận tốc tại các tay số:
Trang 13Bài Tập Lớn Lý Thuyết Ô TôGVHD: TS.Lưu Đức Lịch
Bảng 4 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô
1040 12,52 0,98 1,46 2,15 3,19 4,72 11,65
1560 20,42 1,48 2,18 3,23 4,78 7,08 18,99
2080 28,86 1,97 2,91 4,31 6,38 9,44 26,84
2600 37,43 2,46 3,64 5,39 7,97 11,80 34,81
3120 45,74 2,95 4,37 6,46 9,57 14,16 42,54
3640 53,36 3,44 5,10 7,54 11,16 16,52 49,63
4160 59,90 3,94 5,82 8,62 12,76 18,88 55,70
4680 64,93 4,43 6,55 9,70 14,35 21,24 60,39
5200 68,06 4,92 7,28 10,77 15,95 23,60 63,30
- Bảng giá trị công suất cản:
Bảng 5 Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số
- Biểu đồ cân bằng công suất:
+ Nhận xét: Giá trị giao nhau tại tay số lớn nhất và công suất cản là vận tốc lớn nhất
Trang 143 Nhân tố động lực học:
- Nhân tố động lực học là tỉ số giữa hiệu số lực kéo tiếp tuyến và lực cản không khí với trọng lượng toàn bộ của ô tô
D = P k −P w
G (3.9)
- Xây dựng biểu đồ:
+ Nhân tố động lực học ứng với từng tay số được xác định:
D n = P k −P w
G = (M e I G r o I pc η tl
b - K F V
2
G ) (3.10) + Nhân tố động lực học theo điều kiện bám của bánh xe với mặt đường:
D φ = P φ −P w
G = (m G φ φ
G - K F V2
G ) (3.11) + Để đảm bảo chuyển động thì: D φ≥ D n≥ ψ
- Bảng giá trị nhân tố động lực học ứng với từng vận tốc của các tay số:
Bảng 6: Nhân tố động lực học ne(v/f) Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay
số 4 Tay số 5 Me(N.m)
520 0,49 0,25 0,73 0,17 1,08 0,11 1,59 0,08 2,36 0,05 102,50
1040 0,98 0,28 1,46 0,19 2,15 0,13 3,19 0,08 4,72 0,06 115,00
1560 1,48 0,30 2,18 0,20 3,23 0,14 4,78 0,09 7,08 0,06 125,00
2080 1,97 0,32 2,91 0,21 4,31 0,14 6,38 0,10 9,44 0,06 132,50
2600 2,46 0,33 3,64 0,22 5,39 0,15 7,97 0,10 11,80 0,06 137,50
3120 2,95 0,34 4,37 0,23 6,46 0,15 9,57 0,10 14,16 0,06 140,00
3640 3,44 0,34 5,10 0,23 7,54 0,15 11,16 0,10 16,52 0,06 140,00
4160 3,94 0,33 5,82 0,22 8,62 0,15 12,76 0,09 18,88 0,05 137,50
4680 4,43 0,32 6,55 0,21 9,70 0,14 14,35 0,09 21,24 0,04 132,50
5200 4,92 0,30 7,28 0,20 10,77 0,13 15,95 0,08 23,60 0,04 125,00
- Bảng giá trị nhân tố động lực học theo điều kiện bám:
Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám
Trang 15Bài Tập Lớn Lý Thuyết Ô TôGVHD: TS.Lưu Đức Lịch
Dφ 0,5200 0,5188 0,5174 0,5144 0,5076 0,4929
f 0,0150 0,0152 0,0155 0,0162 0,0175 0,0206
- Đồ thị nhân tố động lực học:
4 Xác định khả năng tăng tốc và xây dựng biểu đồ gia tốc chuyển động:
- Từ công thức nhân tố động lực học
D = ψ + ઠ i
g J (3.12) Với: ψ: hệ số cản tổng cộng
ઠ i: hệ số tính đến chuyển động quay (ઠ i= 1,05 + 1,05.i h2
) ⇒ J = (D - f).ઠ g
i (3.13)
- Bảng giá trị tính đến chuyển động quay:
Bảng 8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay
- Bảng giá trị gia tốc với từng vận tốc tại các tay số:
Trang 16Bảng 9 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số Tay số 1 V1 0,49 0,98 1,48 1,97 2,46 2,95 3,44 3,94 4,43 4,92
D1 0,25 0,28 0,30 0,32 0,33 0,34 0,34 0,33 0,32 0,30 f1 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 j1 1,05 1,19 1,29 1,38 1,43 1,46 1,46 1,43 1,37 1,29 Tay số 2 V2 0,73 1,46 2,18 2,91 3,64 4,37 5,10 5,82 6,55 7,28
D2 0,17 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,23 0,22 0,21 0,20 f2 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,016 j2 0,96 1,09 1,19 1,27 1,32 1,34 1,34 1,31 1,25 1,17 Tay số 3 V3 1,08 2,15 3,23 4,31 5,39 6,46 7,54 8,62 9,70 10,77
D3 0,11 0,13 0,14 0,14 0,15 0,15 0,15 0,15 0,14 0,13 f3 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,016 0,016 0,016 0,016 j3 0,75 0,86 0,94 1,00 1,04 1,05 1,05 1,02 0,97 0,89 Tay số 4 V4 1,59 3,19 4,78 6,38 7,97 9,57 11,16 12,76 14,35 15,95
D4 0,08 0,08 0,09 0,10 0,10 0,10 0,10 0,09 0,09 0,08 f4 0,015 0,015 0,015 0,015 0,016 0,016 0,016 0,017 0,017 0,018 j4 0,52 0,60 0,66 0,70 0,72 0,72 0,70 0,67 0,61 0,54 Tay số 5 V5 2,36 4,72 7,08 9,44 11,80 14,16 16,52 18,88 21,24 23,60
D5 0,05 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,05 0,04 0,04 f5 0,015 0,015 0,016 0,016 0,016 0,017 0,018 0,019 0,020 0,021 j5 0,33 0,37 0,41 0,42 0,41 0,39 0,36 0,30 0,23 0,14
- Biểu đồ gia tốc chuyển động của xe:
Trang 17Bài Tập Lớn Lý Thuyết Ô TôGVHD: TS.Lưu Đức Lịch
5 Xác định khả năng tăng tốc và quãng đường tăng tốc:
- Bảng giá trị gia tốc ngược:
Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với từng tay số Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
0,49 0,95 0,73 1,04 1,08 1,33 1,59 1,91 2,36 3,06 0,98 0,84 1,46 0,92 2,15 1,16 3,19 1,67 4,72 2,67 1,48 0,77 2,18 0,84 3,23 1,06 4,78 1,52 7,08 2,47 1,97 0,73 2,91 0,79 4,31 1,00 6,38 1,44 9,44 2,39 2,46 0,70 3,64 0,76 5,39 0,96 7,97 1,40 11,80 2,41 2,95 0,69 4,37 0,75 6,46 0,95 9,57 1,39 14,16 2,54 3,44 0,69 5,10 0,75 7,54 0,95 11,16 1,43 16,52 2,82 3,94 0,70 5,82 0,76 8,62 0,98 12,76 1,50 18,88 3,34 4,43 0,73 6,55 0,80 9,70 1,03 14,35 1,63 21,24 4,42 4,92 0,78 7,28 0,85 10,77 1,12 15,95 1,85 23,60 7,38
- Biểu đồ gia tốc ngược: