Đối với Ôtô tải Theo quy định là tải trọng hàng hóa chuyên chở, trong đó có tính cả trọng lượng của hai hoặc ba người điều khiển, và được tính chung là: Gt [N]; 1.2.4.3.. Xác định toàn b
Trang 11 TÍNH TOÁN SỨC KÉO ÔTÔ 1.1 Các thông số cho trước
a Chủng loại: Ôtô con
b Tải trọng chuyên chở: 06 chỗ ngồi
c Nhiên liệu sử dụng cho động cơ:
Xăng – Loại không có bộ phận hạn chế số vòng quay
c Kết cấu mặt đường ứng với tốc độ cực đại của Ôtô:
Bêtông nhựa và bêtông xi-măng mới
d Tốc độ lớn nhất (Vmax) của Ôtô ở số truyền cao:
e Sơ đồ hệ thống truyền lực:
- Một cầu chủ động phía sau
f Chọn Ôtô mẫu:
- Thông số kích thước: có chiều rộng = 2020 mm, chiều cao = 1447mm
- Trọng lượng bản thân (G 0 )
1.2 Xác định các thông số chọn
1.2.1 Xác định các hệ số giữa các bánh xe với mặt đường
1.2.1.1 Xác định hệ số bám dọc (φ x ) giữa các bánh xe chủ động với mặt đường
Đường Ôtô thí nghiệm là: bêtông nhựa và bêtông xi-măng mới, có khoảng giá trị của hệ số bám dọc đối với:
- Mặt đường khô: 0.70 ÷ 0.80
- Mặt đường ươt: 0.50 ÷ 0.60
Chọn mặt đường khô, giá trị của hệ số bám dọc là: ϕX =0.75
1.2.1.2 Xác định hệ số cản lăn (f) giữa các bánh xe với mặt đường
Đường Ôtô thí nghiệm là: bêtông nhựa và bêtông xi-măng, có khoảng giá trị của
hệ số cản lăn đối với vận tốc bằng hoặc nhỏ hơn 80km/h đối với:
- Mặt đường tốt: 0.012 ÷ 0.018
- Mặt đường trung bình: 0.018 ÷ 0.020
Chọn mặt đường trung bình, giá trị của hệ số cản lăn là: f0 =0.02
Khi ôtô chuyển động trên mặt đường nhựa tốt hay nhựa – bê tong, ứng với giá trị
của vận tốc cực đại V max = 46m/s > 22.22m/s thì hệ số cản lăn (f) sẽ được xác định
theo biểu thức:
0343 0 2800
89 63 32 2800
=
f
Như vậy:
Hệ số cản lăn ứng với vận tốc cực đại V max = 63.89m/s là: f =0.0343
1.2.1.3 Xác định độ dốc mặt đường (i)
Trang 2Theo bảng 3 của tài liệu hướng dẫn thì độ dốc (i) thường sử dụng để Ôtô một
cầu chủ động sẽ vượt qua ở số truyền của số 1 nằm trong khoảng : α = (17
÷19)0, chọn: α = 180
Để Ôtô con di chuyển ở số truyền cao, đạt vận tốc lớn nhất (Vmax), nên chọn độ
dốc mặt đường chuyển động là: α = 00
1.2.2 Xác định diện tích cản chính diện (F), hệ số cản khí động học (K) và nhân tố cản khí động học (W)
Đây là Ôtô con và dựa theo thông số kích thước của một mẫu Ôtô con, nên diện tích cản chính diện (F) được tính gần đúng theo biểu thức sau:
F = 0.88.B0.H Trong đó:
B0 = 2020 mm – chiều rộng cơ sở của Ôtô thiết kế, [m];
H = 1447 mm – chiều cao toàn bộ của Ôtô thiết kế, [m];
Thế vào, được: F = 0.88 x 2020 x 1447= 2572187.2 mm2 = 2.572 m2
Dựa vào bảng 4 - tài liệu hướng dẫn - sẽ có các khoảng giá trị của:
- Hệ số dạng khí động học (K): 0.20 ÷ 0.035 [daNs2 / m4]
- Nhân tố cản khí động (W): 0.030 ÷ 0.090 [daNs2 / m2]
Chọn:
K = 0.02 [daNs2 / m4]
Tính chọn:
W = F.K = 2.572 m2 x 0.02[daNs2 / m4] = 0.0514 [daNs2 / m2] (thỏa điều kiện)
W = 0.514 [Ns2 / m2] (thỏa điều kiện)
1.2.3 Xác định hiệu suất của hệ thống truyền lực (ηt)
Hiệu suất của hệ thống truyền lực được tính theo biểu thức sau:
c o cd h l
η =
Trong đó:
l
η - hiệu suất của ly hợp;
h
η - hiệu suất của hộp số và hộp số phụ;
cd
η - hiệu suất của cardan;
o
η - hiệu suất của truyền lực chính – vi sai;
c
η - hiệu suất của truyền lực cuối cùng.
Dựa vào bảng 5 của tài liệu hướng dẫn, khoảng giá trị về hiệu suất của hệ thống
truyền lực (η t ) bằng thực nghiệm của Ôtô con là: η t = 0.85 ÷ 0.90
Ôtô thiết kế là Ôtô con nên chọn: η t = 0.88
Trang 31.2.4 Xác định trọng lượng của Ôtô
1.2.4.1 Xác định trọng lượng bản thân Ôtô, G 0[N]
Trọng lượng bản thân là trọng lượng của Ôtô khi chưa chất tải hữu ích (Gt ) Thông
số này không thể xác định được, có thể dựa vào một Ôtô mẫu có Gt tương đương
để xác định G0
G 0 = 14900 [N]
1.2.4.2 Xác định tải trọng chuyên chở, G t[N]
Tải trọng chuyên chở là tải trọng có ích mà Ôtô có thể chở được
a Đối với Ôtô con và khách
Được tính theo biểu thức sau:
Gt = (m1 + m2).n [N];
Trong đó:
m1 – trọng lượng của một người [N];
m2 – trọng lượng hành lý của một người [N];
n – lượng người theo thiết kế
Gt = 4850 [N];
b Đối với Ôtô tải
Theo quy định là tải trọng hàng hóa chuyên chở, trong đó có tính cả trọng lượng
của hai (hoặc ba) người điều khiển, và được tính chung là: Gt [N];
1.2.4.3 Xác định trọng lượng toàn bộ của Ôtô, G a [N]
Trọng lượng toàn bộ của Ô tô được xác định theo biểu thức sau:
Ga = (Gt + G0)[N]
Ga = 19750 [N]
1.2.5 Xác định toàn bộ tải trọng lên các dầm cầu của Ôtô ở trạng thái tĩnh
Đây là Ôtô con, theo bảng 7 của tài hướng dẫn có thể chọn phân bố trọng lượng lên cầu trước và cầu sau như nhau:
G1 = G2 = 50%Ga Trong đó:
G1 – trọng lượng Ôtô được phân bố lên các bánh xe của dầm cầu phía trước;
G2 – trọng lượng Ôtô được phân bố lên các bánh xe của dầm cầu phía sau
Nên: G 1 = G 2 = 50%G a = 50%.19750 N = 9875 [N]
Như vậy: G 1 = G 2 = 9875 [N]
1.2.6 Chọn lốp Ôtô
1.2.6.1 Điều kiện chọn lốp xe
Lốp xe được chọn dựa theo các điều kiện sau:
- Dựa vào chủng loại Ôtô;
- Sức chịu tải của một bánh xe;
Trang 4- Theo chế độ chuyển động (vận tốc di chuyển, kết cấu mặt đường) v.v…
Lốp xe được chọn dựa theo biểu thức sau:
bi
i bi
n
G
G =
Trong đó:
G bi – trọng lượng đặt lên một bánh xe dầm cầu chịu tải lớn, [N];
G i = 9875 [N] – trọng lượng của Ôtô phân bố lên dầm cầu thứ i, [N];
nbi = 2 – số bánh xe ở dầm cầu thứ i chịu tải, [N].
Thế vào biểu thức:
5 4937 2
=
=
bi
i
bi
n
G
1.2.6.2 Thông số lốp xe
- Là Ôtô con ;
- Lốp xe phải chịu một tải trọng là: G bi =4937.5 [N];
- Vận tốc tối đa là: V max = 63.89m/s
Do đó, đã chọn 225/ 45 R 17
Chiều rộng lốp xe: 225 mm
Chiều cao lốp: 225x45% = 101.25 mm
Đường kính vành: 25.4x17 = 431.80 mm
Bán kính lăn (rb) của bánh xe được tính:
rbx = 2x101.25 + 431.80 [mm]
mm
x
2
3 634 2
80 431 25
101
=
mm
r bx =317.15
1.3 Chọn động cơ và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ
1.3.1 Xác định công suất cực đại của động cơ
1.3.1.1 Xác định công suất của động cơ ứng với vận tốc cực đại của Ôtô
Khi Ôtô di chuyển trên mặt đường thì công suất ứng với vận tốc cực đại được tính theo biểu thức:
max max
t
Trong đó:
Hiệu suất của hệ thống truyền lực, ηt= 0.88;
Trọng lượng toàn bộ của Ôtô, G a = 19750 [N];
Vận tốc lớn nhất của Ôtô, V max = 63.89 m/s [m/s];
Hệ số cản lăn giữa các bánh xe với mặt đường, ứng với tốc độ V max, f =0.0343;
Trang 5ψ = f =0.0343– hệ số cản tổng cộng của mặt đường (ψ = f + i);
W = 0.514 [Ns2 / m2] – Nhân tố cản khí động
88 0
1
s m x
m s N s
m x
Nx
[N.m/s].
5795 972 , 113 max =
eV
973 113 max =
eV
Để các thiết bị như: máy nén khí, máy phát điện, vv…cùng làm việc khi Ôtô chuyển động với vận tốc tối đa thì công suất chọn phải lớn hơn công suất tính khoảng 15 962 % Như vậy, chọn động cơ có công suất:
165 132 max =
eV
1.3.1.2 Xác định công suất cực đại của động cơ
Động cơ chọn để lắp lên Ôtô là động cơ xăng không có bộ phận giới hạn số vòng quay, dưa theo bảng 8 của tài hướng dẫn chọn:
- Các hệ số thực nghiệm của S.R.Lây Décman: a = b = c = 1
N
eV
n
n max
Công thức thực nghiệm của S.R.Lây Décman, công suất ứng với từng giá trị số vòng quay động cơ được tính theo biểu thức:
−
+
=
3 2
N
e N
e N
e e
n c n
n b n
n a
N
Trong đó:
N emax – công suất cực đại của động cơ, [W];
n e – số vòng quay của trục khuỷu ứng với từng giá trị công suất, [v/ph];
n N – số vòng quay của trục khuỷu ứng với công suất cực đại, [v/ph];
a, b, c – các hệ số thực nghiệm của S.R.Lây Décman;
Khi N e là N eVmax thì n e chính là n eVmax và N emax sẽ được tính theo biểu thức:
3 2
max 3
max
2 max max
max max
N n
n c n
n b n
n
a
N
N
eV N
eV N
eV
eV
−
+
=
, [W];
Với:
N
eV
n
n max
=
λ
Thay thế các giá trị đã chọn vào biểu thức trên:
135 1 1 1 1 1 1
165 132
− +
=
− +
=
λ λ
a
N
Trang 61 1
max =
=
N
eV
n
n
λ
1.3.2 Chọn động cơ và xác định đường đặc tính ngoài thực tế
1.3.2.1 Chọn động cơ thực tế
Theo bảng các số liệu kỹ thuật về động cơ đốt trong sử dụng cùng một nhiên liệu , tuy có cùng một công suất định mức (Nemax) nhưng có nhiều số vòng quay định mức (nN) tương ứng
Đây là Ôtô con, nên động cơ được chọn sẽ có số vòng quay định mức lớn Động
cơ chọn với:
- Công suất cực đại: 135 kW
- Có giá trị số vòng quay tương ứng là: 5500 vòng/phút
- Có = max =1.1
N
eV
n
n
λ
(Công suất (kW [hp] tại v/ph) 135 [184] tại 5500)
1.3.2.2 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ
a Phương trình đặc tính ngoài của động cơ
- Phương trình công suất ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ được viết theo công thức thực nghiệm của S.R.Lây Décman:
−
+
=
3 2
N
e N
e N
e e
e
n
n c n
n b n
n a
N
N
−
+
=
3 2
5500 5500
5500
e
n n
n
N
- Phương trình Mômen xoắn ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ động cơ được viết theo biểu thức dưới đây:
e
e e
e
e
n
N N
M
30
π
=
Với:
60
e
n
π
ω = - tốc độ góc của trục khuỷu động cơ, [rad/s];
⇔
−
+
=
3 2
5500 5500
5500
135
e e
n n
n n
M
π
⇔
−
+
=
3 2
5500 5500
5500 152
e e
n n
n n
M
b Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ
Trang 7Phương trình đường công suất và mômen xoắn của động cơ có thể biểu diễn bằng
đồ thị Nó được xây dựng theo mối quan hệ giữa công suất và mômen xoắn phát ra của động cơ trong quá trình hoạt động, phụ thuộc vào số vòng quay, có nghĩa:
) (
1 e
N =
) (
M =
Đường biểu diễn công suất và mômen xoắn của động cơ phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu được gọi là đường đặc tính ngoài của động cơ
Do đó:
( )
−
+
=
=
3 2
1
5500 5500
5500
e e
n n
n n
f
e
e e
e e
e
n
N N
n f M
30 )
(
2
π
ω =
=
Nó được thể hiện bằng bảng số liệu dưới đây:
e
n (vòng/phút) N e = f1(n e)[kW] M e = f2(n e)[]
n emin = 750
0.15nN =825
0.20nN =1100
0.25nN =1375
0.30nN =1650
1925
2200
2475
2750
3025
3300
3575
3850
4125
4400
4675
4950
5225
1.05nN =5775
n emax = n eVmax = λ.n N =
1.10nN =6050
6200
Trang 8Trên hệ trục tọa độ vuông góc:
- Trục hoành của đặt các giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ;
- Trục tung đặt các giá trị công suất và mômen xoắn của động cơ
1.4 Tính chọn tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
- Không lắp hộp phân phối cũng như hộp số phụ
- Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số là số truyền tăng và i hn = (0.7 ÷ 0.85),
chọn: i hn = 0.8 ;
- Tốc độ lớn nhất của động cơ đã chọn: n emax = n eVmax = λ.n N = 6050 vòng/phút
1.4.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính (i 0 )
Tỷ số truyền của truyền lực chính (i0) được tính theo biểu thức sau:
max
max max
max 0
30
60
2
V i i
n r V
i
i
n
r
i
pc hn
eV b pc
hn
eV
=
Trong đó:
Bán kính bánh xe: r bx =317.15mm=0.31715[m];
Số vòng quay lớn nhất của động cơ: nemax = 6050 [v/ph];
Vận tốc lớn nhất của Ôtô: Vmax = 46 [m/s];
Tỷ số truyền của hộp số phụ không có, nên: ipc = 1;
Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số: i hn = 0.7 i hn
Thay các giá trị vào biểu thức trên:
24 6 46 7 0 30
6050 31715 0
30
max
max
x x
x V
i
i
n
r
i
pc
hn
eV
π
24
6
0 =
i
1.4.2 Xác định tỷ số truyền của hộp số và hộp số phụ
1.4.2.1 Xác định tỷ số truyền ở số 1 của hộp số
Tỷ số truyền số 1 cần phải chọn sao cho lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các bánh xe chủ động của Ôtô có thể khắc phục được lực cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường Từ đó, có thể viết:
2 1 max
Số 1 có tỷ số truyền cao nhất và tốc độ tương ứng yêu cầu phải chậm [(3÷5) km/h], nên có thể bỏ qua lực cản không khí và phương trình trên có thể viết lại:
a
P max ≥ψmax
bx
t pc h
e
G r
i i
i
M
max 1
0
⇔
t pc e
bx a
r G
i
η
ψ
0 max max
1 ≥
Trang 9Trong đó:
i h1 – tỷ số truyền của số 1;
Hệ số cản lăn giữa bánh xe với mặt đường ứng với vận tốc nhỏ nhất (Vmin): f0 = 0.02;
Độ dốc mà Ôtô sẽ vượt qua ở số 1: Tan180 = 0.32492;
Hệ số cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường ứng với Ôtô chuyển động ở số 1;
(f +i)
=
ψ = f + tanα = 0.02 + tan190 = 0.02 + 0.34492 = 0.34492
(f +i)
=
Trọng lượng toàn bộ của Ôtô: G a = 19750 [N];
Bán kính bánh xe: r bx =317.15mm=0.31715[m];
Mômen xoắn cực đại: Memax = [N.m];
Tỷ số truyền của truyền lực chính: i0 =6.24;
Tỷ số truyền của hộp phân phối (không có hộp phân phối): i PC =1;
Hiệu suất của hệ thống truyền lực: η t =0.88
Thay thế các giá trị vào biểu thức:
88 0 738 2400 6 250
31715 0 19750
34492 0
0 max max
r G
i
t pc e
bx a
η ψ
88 0 738 2400 6 250
31715 0 19750
34492 0
0 max max
1
x x
x x
i i M
r G
i
t pc e
bx a
η ψ
3755 4 ) 10 423 6 ( 164
12
i h
3755
4
1≥
h
Tuy nhiên, lực kéo tiếp tuyến này lại bị hạn chế bởi điều kiện bám, nên:
ϕ
P
P Kmax ≤
⇔ max. 1. .0.η Gϕ.ϕ
r
i i
i
M
bx
t pc h
⇔
t pc e
bx h
i i M
r G
i
η
ϕ
ϕ. . max .0
1≤
Trọng lượng bám của cầu chủ động phía sau khi đang di chuyển trên mặt đường nằm nghiêng có α = 190 là:
ϕ
ϕ
P =
Trong đó:
Hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường: ϕX =0.75;
Góc dốc mà Ôtô sẽ vượt qua ở số 1: α =190 ⇒Cos190 =0.94552;
Trang 10Trọng lượng thẳng đứng với mặt đường (G φ) – nơi tiếp xúc của bánh xe – được tính theo sau:
α
G =50% a
9337 94552
0 19750
%
Lực bám ở các bánh xe của cầu chủ động với mặt đường nghiêng (α):
75 7002 75
0 9337
Thay thế các giá trị vào biểu thức:
) 10 423 6 ( 75 7002
0 max
i i M
r G
i
t pc e
bx
4979
4
1≤
h
Từ (1) và (2), chọn:
47
4
1=
h
i
1.4.2.2 Xác định tỷ số truyền ở các số trung gian
+ Hộp số này chọn: 5 cấp số truyền;
+ Chọn hệ thống tỷ số truyền trung gian theo cấp số nhân
+ Chọn tỷ số truyền ở số cao nhất (5) là số truyền tăng, với: i h5 =0.8
Tỷ số truyền của số 4 là số truyền thẳng, i h4 =1
Hệ thống tỷ số truyền trung gian theo cấp số nhân, có công bội là:
65 1 4921 4 3
1
4
= −
h
i
q
65
1
=
Như vậy: tỷ số truyền của các số truyền trung gian được xác định sau:
- Tỷ truyền ở tay số 2 là: 3 (4.4921)2 2.72
i
72
2
2 =
i
- Tỷ truyền ở tay số 3 là: 1 ( 3) 3 4.4921 1.65
1
i
65
1
3=
i
1.4.2.3 Tỷ số truyền số lùi của hộp số, hộp số phụ hoặc hộp phân phối
a Xác định tỷ số truyền của số lùi (i L)
Tỷ số truyền của số lùi (il) thường chọn: iL = (1.2 ÷ 1.3).ih1
Chọn: iL = 1.247.ih1 =1.247x 4.4921 = 5.6
Kiểm tra lại theo điều kiện chuyển động ổn định ở tốc độ nhỏ nhất:
pc h
bx e
i i
i
r n
V
60
2
1 0
min
min
π
Trong đó:
Trang 11Số vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu động cơ: nemin = 600 [vòng/phút];
4921 4 986 1 30
31715 0 600
60
2
1
0
min
min
x x
x i
i
i
r n
V
pc h
bx
2337 2 4921 4 986
1
30
31715 0 600
x x
x
Vmin – vận tốc nhỏ nhất của Ôtô
Vmin = (3 ÷ 5) [km/h] = (0.83 ÷ 1.38) [m/s]
1.5 Xây dựng các đường đặc tính của Ôtô
1.5.1 Đường đặc tính cân bằng công suất của Ôtô
1.5.1.1 Phương trình công suất
- Phương trình công suất động cơ phát ra:
( )
−
+
=
=
3 2
N
e N
e N
e e
e
n
n c n
n b n
n a N
V
f
N
- Phương trình công suất động cơ phát ra tại bánh xe chủ động của Ôtô
N K = f(V)=
t
η
1
.N e
η t – hiệu suất của hệ thống truyền lực
Với:
pc hi
e bx
i i i
n r V
30
0
π
Trong đó:
V – vận tốc chuyển động của Ôtô, [m/s];
r bx – bán kính bánh xe, [m];
n e – số vòng quay, [V/ph];
i hi – tỷ số truyền của số i;
i 0 – tỷ số truyền của truyền lực chính;
i PC – tỷ số truyền của hộp phân phối
- Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn là:
N f = f(V)= f.G a V
Trong đó:
f – hệ số cản lăn;
G a – trọng lượng toàn bộ của Ôtô, [N];
V – vận tốc của Ôtô, [m/s].
- Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí là: N W = f(V) = WV 3
Trong đó:
W – nhân tố cản khí động, [N.s2/m2]
