tính toán sức kéo ôtô khách

3/ Tính toán chỉ tiêu động lực học của ôtô - Tính toán chỉ tiêu về công suất N k - Tính toán chỉ tiêu về lực kéo P k - Tính toán nhân tố động lực học khi đầy tải D và tải thay đổi D x -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

LÝ THUYẾT ÔTÔ

Giáo viên hướng dẫn : Phạm Hữu Truyền

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Hóa

Vinh, tháng 3 năm 2013

Họ tên sinh viên: Trần Văn Hóa

Lớp:DHCN ÔTÔ K5A Khóa:2010-2014

Tên bài tập: TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ KHÁCH

II NỘI DUNG CẦN HOÀN THÀNH

1/ Xây dựng đặc tính ngoài động cơ

3/ Tính toán chỉ tiêu động lực học của ôtô

- Tính toán chỉ tiêu về công suất (N k)

- Tính toán chỉ tiêu về lực kéo (P k)

- Tính toán nhân tố động lực học khi đầy tải (D) và tải thay đổi (D x)

- Tính toán khả năng tăng tốc của ôtô:

+ Gia tốc (j)+ thời gian tăng tốc (t)+ Quảng đường tăng tốc (s)

III BẢN VẼ:

1/ Đồ thị đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.

2/ Các đồ thị; Cân bằng công suất, cân bằng lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc và gia tốc ngược, thời gian tăng tốc, quảng đường tăng tốc

3/ Tất cả các đồ thị đều biểu thị trên tờ giấy kẻ ô ly khổ A0

Ngày giao đề: ………/……/ 2012

Ngày hoàn thành: …………./ … / 2013

Phạm Hữu Truyền

Nhận xét , đánh giá bài t ập lớn Giáo viên hướng dẫn:

Kết quả đánh giá:

Giáo viên chấm:

i nói đ ầu

Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện di lại cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ôtô trong xã hội, đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéotheo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong nghành công nghiệp ôtô nhất là trong lĩnh vực thiết kế

Sau khi học xong giáo trình ‘‘ Lý thuyết ôtô -máy kéo ’’ chúng em được

tổ bộ môn giao nhiệm vụ làm bài tập lớn môn học Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán, thiết kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc Nhưng với sự quan tâm, động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo trưởng khoa Phạm hữu truyền , cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành bài tập lớn trong thời gian được giao Qua bài tập lớn này giúp sinh viên chúng em nắm được phương pháp thiết kế tính toán ôtô mới như : chọn công suất của động cơ, xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ, xác định tỷ số truyền và thành lập đồ thị cần thiết để đánh giá chất lượng động lực học của ôtô máy kéo, đánh giá các chỉ tiêu của ôtô-máy kéo sao cho năng suất là cao nhất với giá thành thấp nhất

Đảm bảo khả năng làm việc ở các loại đường khác nhau, các điều kiện công tác khác nhau Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ôtô

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng rất nhiều không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn để em có thể hoàn thiện bài tập lớn của mình hơn và cũng qua đó rút ra được những kinh nghiệm qúi giá cho bản thân nhằm phục vụ tốt cho quá trình học tập và công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện TRẦN VĂN HÓA

A: THUYẾT MINH

B: TÍNH TOÁN SỨC KÉO ÔTÔ

I: CÁC THÔNG TIN CHO TRƯỚC

5) Hệ số cản lớn nhất của mặt đương mà ô tô có thể khắc phục được ở số I là

248 , 0 13 017 , 0 017

6) Loại động cơ: Động cơ xăng loại không hạn chế vòng quay

7) Loại hệ thống truyền lực: một cầu chủ động phía sau

II CÁC THÔNG SỐ CHỌN:

1) Trọng lượng bản thân ô tô: G o

- Dựa vào các thông số kỹ thuật ô tô khách ta có với mẫu xe có 20 chỗ ngồi, 27 chỗ đứng ta xác định được G o = 4340kg.

2) Hệ số cản không khí k, diện tích chính diện của ôtô và nhân tố của không khí

B

Trong đó: B=1900mm(=1,9m):chiều rộng cơ sở của ôtô

H =2800mm(=2,8m):chiều cao lớn nhất của ôtô

- Dựa vào mẫu xe đã chọn ta tìm được hệ số cản của không khí

) / (

K

3) Phân bố tải trọng lên các cầu xe ( ở trạng thái tĩnh, đầy tải)

- Đây là ô tô khách nên có thể chọn phân bố trọng lượng lên cầu trước và cầu sau như sau:

- cầu trước: G1 =38,97%G

- cầu sau: G2 =61,03%G (G: khối lượng của ô tô khi đầy tải)

4) Hiệu suất cơ khí của hệ thống truyền lực : ηt

- Để đánh giá sự tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền lực người ta dùng hiệu suất trong hệ thống truyền lực (ηt) là tỉ số giữa công bánh xe chủ động và

công suất hữu ích của động cơ, thường được xác định bằng công thức thực nghiệm Khi tính toán ta chọn theo loại xe như sau: đối với xe khách thì

1) Xác định trọng lượng toàn bộ ôtô G(khi đầy tải)

-Đối với ôtô chở khách được xác định như sau:

hl

G nh

G

Trong đó: G0: trọng lượng bản thân ôtô

G h:khối lượng của một hành khách

n h :số lượng hành khách kể cả lái xe và phụ xe

* Xác định tải trọng tác dụng lên một bánh xe ôtô

- Ta có phân bố tải trọng lên các cầu như sau:

kg G

G1= 38 , 97 % = 38 , 97 % 7865 = 3065

kg G

G1= 61 , 03 % = 61 , 03 % 7865 = 4800

- Dựa vào tải trọng phân bố G1:và G2 sẽ xác định được tải trọng tác dụng lên

một lốp xe dựa theo biểu thức sau: bi

n số bánh xe ở đầu cầu dầm cầu thứ i chịu tải

- Từ đó ta có: Đối với bánh xe trước:

kg n

G G

- đối với bánh xe trước: có kích thước lốp : B-d: 9-20 (insơ)

- đối với bánh xe sau có kích thước lốp : B-d: 8,25-20 (insơ)

Trong đó: - B: bề rộng của lốp (insơ)

- d: đường kính của vành bánh xe (insơ)

Từ đó xác định được bán kính thiết kế theo công thức sau:  =

→với bánh trước: r 2 )25,4 482,6mm

20 9 (

→với bánh sau: r 2)25,4 463,55mm

20 25 , 8 (

- vì cầu sau là cầu chủ động nên ta xác định được bán kính làm việc trung bình của ôtô cho bánh xe sau và lấy giá trị này cho các công thức tính toán sau:

Vậy bán kính làm việc của ôtô là r b =0,431(m).

3) Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ

a) Xác định công suất cực đại của động cơ

* Xác định công suất cực đại của động cơ ứng với vận tốc cực đại của ôtô

- Khi ôtô chuyển động trên mặt đường có hệ số cản tổng cộng thì công suất ứng

với vận tốc cực đại được xác định theo công thức: [ 3 ]

max

.

1

V kF V

G n

N

t

; (w)

Trong đó: n t :hiệu suất của hệ thống truyền lực

G:trọng lượng của toàn bộ ôtô khi đầy tải (kg)

Vmax :vận tốc lớn nhất của ôtô (m/s) W=K.F :nhân tố cản không khí(NS2/ m2)

ψ : hệ số cản tổng cộng của mặt đường ở vận tốc lớn nhất

- Khi ô tô chuyển động với vận tốc lớn nhất là lúc ôtô đang chuyển động trên đường bằng, nghĩa là α =0⇒ψ = f +tgα = f =0,017

- Vậy công suất của động cơ ứng với vận tốc cực đại còn được xác định theo

.

max max kF V V

G n

N

t v

ψ

[mã lực (ml)]với G [kg] ; ψ = ; Vmax[km/h]; W =k.F[kgS2 /m2]

- Thay các số liệu ứng với các đơn vị ta được:

[ ]ml n

105 017 , 0 7865

sẽ đươc tính theo công thức sau: ta chọn lớn hơn 15% và ta dùng công suất này

1

% 115

3 max max

ψ[ ]ml

77 , 141 28 , 123

%

* Xác định công suất cực đại của động cơ

- Ta dựa vào công thúc thực nghiệm của SR.Lây Decman

[ ]ml n

n c n

n b n

n a N

N

N

e N

e N

e e

Trong đó: - N emax: công suất cực đại của đông cơ [ ]ml

- n e: số vòng quay của trục khuỷu ứng với từng giá trị công suất[vòng / phút]

- n N : số vòng quay của trục khuỷu ứng với công suất cực đại

[vòng / phút]

- a , c b, :các hệ số thực nghiệm của SR.LâyDécman

- Ta có: khi N e =N v thì n e =n emax và N emaxsẽ được tính theo công thức sau:

3 max

2 max max

max

.

=

N

e N

e N

e

v e

n

n c n

n b n

n

a

N N

N

1 , 1 1 , 1 1 , 1

28 , 123

.

− +

= + +

=

λ λ λb) Xây đựng đường đặc tính ngoài của động cơ

* 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 SR.LâyDecman:

n

n c n

n b n

n a N n

f

N

N

e N

e N

e e

=

=

3 2

- Phương trình mômen xoắn ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu

động cơ được viết theo công thức:

[kg m]

n

n c n

n n

n M

M

N

e N

e N

e e

3 2

=

n

N g

N g

M

e

e e

e

[ ]g m g

n

n c n

n b n

n a n

N M

N

e N

e N

e e

e

3 2

=

→

πTrong đó N emax: công suất cực đại của động cơ [ ]W

n e:[vòng/ phút]; g : gia tốc trọng trường

Hoặc : M e còn được tính theo công thức sau: e

e e

* Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

- Đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bểthử, khi cho động cơ làm việc ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là mở bướm ga hoàn toàn ta sẽ nhận được đường đặc tính ngoài của động cơ, nếu bướm ga mở ở các vị trí khác nhau sẽ cho ta các đường đặc tính cục bộ Như vậy đối với mỗi lại động cơ sẽ có một đường đặc tính ngoài, nhưng vô số đường đặc tính cục bộ

Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài bằng thực nghiệm, ta có thể xác định đường đặc tính nói trên nhờ công thức thực nghiệm của

Trong đó :

- N emax, n N: công suất lớn nhất của động cơ và hộp số vòng quay tương ứng

-N e,n e:công suất và vòng quay ở một điểm trên đường đặc tính ngoài động

cơ

-a , c b, : hệ số thực nghiệm của RS.Lây Déc man.

các đại lượng n , e n N đã biết

- Để động cơ có thể hoạt động ổn định ở số vòng quay N eminta lấy

N e

N e

N e

N

N min = 0 , 2 ; = 0 , 3 ; = 0 , 4 ; ; max = λvới λ = 1 , 1 ⇒n emax = 1 , 1n N

- Đối với ô tô chở khách, dùng động cơ xăng dựa vào mẫu xe đã chọn ta có được

số vòng quay tương ứng với công suất nhất là: n N = 3600[vòng/phút]

f

M

e

e e

(các đại lượng N e và n e đã có giải thích ở trên)

- Lập bảng quan hệ N e và M e theo n e để vẽ đồ thị đặc tính ngoài động cơ, với các thông số N emax = 125 , 92[ ]cv n N = 3600[vòng/ phút]

- Ta có công suất ứng với vận tốc lớn nhất tính theo công thức:

.

max max kF V V

G

η ta tính được N v = 123 , 28[ ]cv Công suất này được

biểu diễn ở điểm A trên đồ thị ( hình 1) nghĩa là tương ứng với số vòng quay lớn nhất của động cơ n emax = 3960 [vòng/ phút] Vị trí điểm A nằm bên phải vị tríđiểm B Điểm B là điểm ứng với công suất cực đại của động cơ

[ ]cv

N emax = 125 , 92 có số vòng quay tương ứng làn N = 3600 [vòng/phút]

Số vòng quay tại n emin =720 của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất mà động

cơ có thể làm việc ở chế độ toàn tải Khi tăng số vòng mômen và công suất củađộng cơ tăng lên Mômen xoắn đạt giá trị cực đại Mmax = 31 , 31 [kg.m] ở số vòng quay n M = 1800[vòng/ phút] và công suất đạt giá trị cực đại

→ chọn động cơ thực tế: để đáp ứng các điều kiện hoạt động thực tế ta cần chọn động cơ thực tế vì trong một nhóm động cơ đốt trong sử dụng cùng loại nhiên liệu nên có cùng công suất định mức (N eN) nhưng số vòng định mức

( )n eN lại khác nhau thì việc chọn động cơ nào để lắp lên ôtô thiết kế cùng công suất định mức NeN cần phải dựa trên số vòng quay neN Đối với ô tô khách thì chọn động cơ có số vòng quay ( )n eN được lấy giá trị nhỏ: ⇒ chọn động cơ có công suất cực đại : 126[ ]cv

Có số vòng quay n eN = 3600[vòng/ phút]

4) Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực:

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực trong trường hợp tổng quát được xác định theo công thức sau: i t =i h.i f.i o

Trong đó: i h: tỉ số truyền của hộp số chính

f

i : tỉ số truyền của hốp số phụ hoặc hộp phân phối

o

i : tỉ số truyền của truyền lực chính

- xe khách một cầu chủ động, truyền lực chính loại đơn thì:

1

=

f

i

a) Xác định tỉ số truyền của truyền lực chính ( )i o

- Tỉ số truyền của truyền lực chính i o được xác định từ điều kiện đảm bảo cho ô

tô đạt tốc độ lớn nhất được xác định theo công thức:

max max

max max

max

.

377 , 0

30

.

60

2

v i i

n r V

i i

n r V

i i

n r i

hn fc

v b fc

hn

e fc

hn

e o o

thẳng →i hn =1fc

i : tỉ số truyền của hộp số phụ, lấy i fc=1

max

V : vân tốc lớn nhất của ôtô [km / h]

- Thay các giá trị tương ứng vào biểu thức trên:

[ ]m n [vòng phút] V [km h]

r b = 0 , 431 ; emax = 3960 / ; max = 105 /

128 , 6 105

1 1

3960 431 , 0 377

- ở tỉ số truyền số 1 của hộp số ôtô phải vượt qua ψ (ψ = f +i)

Số 1 có tỉ số truyền cao nhất trong dãy số của hộp số, tốc độ tương ứng là chậm nhất (khoảng 3÷5 km / h), ôtô phải di chuyển ở loại đường có hệ số cản lăn ( f ) đã cho và phải vượt qua được độ dốc (i)

Như vậy, cần chọn lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động của ôtô để có thể khắc phục được lực cản tổng cộng ψ = f +i trên và để ôtô chuyển động ổn định thì lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động phải thõa mãn điều kiện:

2 max

max max

P k ≥ ψ ⇔ k ≥ ψ +

- Do tốc độ nhỏ (3÷5 km / h), có thể bỏ qua lực cản không khí và điều kiện của

i i i M G P

b

t fc o hI e

t fc o e

b hI

i i M

r G i

η

ψ

.

.

η hiệu suất của hệ thống truyền lực.

- Thay các số liệu đã tìm được: G= 7865 (kg); r b = 0 , 431m

15 , 5 85 , 0 1 128 , 6 31 , 31

431 , 0 7865 248 ,

b

t pc o hI e

t fc o e

b

r G i

η

ϕ ϕ

.

.

- ϕ:hệ số bán dọc từ hệ số cản lăn đã cho f = 0 , 017 ta tra bảng thì tìm được xe được thử nghiệm trên đường nhựa bê tông tốt ⇒ từ đó dựa vào loại đường tìm được ta chọn được hệ số bán kính dọc theo điều kiện mặt đường khô theo tài liệu hướng dẫn là ϕ =0,7.

88 , 8 85 , 0 1 128 , 6 31

,

31

431 , 0 4800 7

,

=

⇒i hI

Vậy ta có thể chọn tỉ số truyền i hI trong khoảng 5,15≤i hI ≤8.88

Và ta chọn theo điều kiện khắc phục lực cản ⇒i hI =5,15

* Xác định tỉ số truyền các số truyền trung gian hộp số

- Muốn chọn hộp số truyền cho hộp số cần dựa vào chủng loại ôtô, động cơ, phạm vi sử dụng của nó Dựa vào loại xe đã chọn, ta chọn ôtô có 4 cấp số tiến

và một số lùi

- Ta tiến hành chọn hệ thống tỉ số truyền trung gian theo cấp số nhân

+ chọn tỉ số truyền ở số cao nhất (số 4) là số truyền thẳng i h4 =1

⇒tiến hành tính các số truyền trung gian Khi xác định được tỉ số truyền số 1

và số cuối cùng, trị số truyền trung gian được xác định theo công thức:

trong đó: n: là số cấp số tiến của hộp số

m: là chỉ số ở số truyền đang trang tính, m: 2 ÷ 3

với hộp số của chúng ta có 4 cấp số truyền nên ta có: n=4

- tay số 1:i hI =5,15

- tay số 2: i hII =3 5,152 ≈2,98

- tay số 3: i hIII =3 5,151 =1,73

- tay số 4: i hIV =1

* Xác định tỉ số truyền của số lùi

Trong hộp số trường được bố trí một tỉ số truyền số lùi (kí hiệu i L) Tỉ số của tỉ

số truyền số lùi được chọn lớn hơn tỉ số truyền số 1: i L = ( 1 , 2 ÷ 1 , 3 )i hI

Chọn i L =1,25.i hI =1,25.5,15=6,44

- Kiểm tra lại điều kiện chuyển động ổn định ở tốc độ nhỏ nhất:

] / [

.

377 ,

i i i

r n V

pc hI o

b e

=

Trong đó: n emin = 720 [vòng/ phút] ; r b= 0 , 431m

1

; 15 , 5

; 128 ,

1 15 , 5 128 , 6

431 , 0 720 377 , 0

⇒ thỏa mãn điều kiện chuyển động ổn định khi chuyển động ở số thấp.

5) Tính toán chỉ tiêu về công suất

a) Tính toán chỉ tiêu về công suất

* Phương trình cân bằng công suất

Trường hợp ôtô khách làm việc tổng quát trên dốc nghiêng ngang

j i f

270 cos

=

- Nω : công suất tiêu hao cho cản không khí:

ml V F k

- Để xây đựng đồ thị cân bằng công suất ta cần lập bảng chế độ vận tốc dựa trên công thức gần đúng sau:

) / (

377 , 0

h km i

i i

n r V

hi fo o

e b

với r b =0,431m; i h1 =5,15

98 , 2

; 1

; 128 ,

i

Bảng II: Bảng chế độ vận tốc theo các số truyền biến thên từ n emin →n emax

* Xây dựng đồ thị cân bằng công suất:

- Ta có trị số của đường biểu diễn công suất N k là như nhau ở mọi số truyền

Bởi vì công suất kéo của các tay số tại bánh xe chủ động chỉ phụ thuộc vào

hiệu suất truyền lực (ηt), mà ηt =const

- Đường biểu diễn công suất cản:

Ta xây dựng công suất cản tại tay số 4, khi xe chuyển động trên đường bằng và

ổn định không có gia tốc Nghĩa là α =0, j=0

=

3500 270

)

(

3 4 4

4 4 4

V F k V f G N

N công suất tiêu hao cho lực cản ở tay số 4

- Lập bảng tính công suất của ôtô:

3240 16.68 28.83 49.66 85.91 123.53 105.00 42.54 28.91 71.46

3600 18.54 32.03 55.18 95.46 125.92 107.03 47.27 39.66 86.93

3960 20.39 35.24 60.69 105.00 123.28 104.78 52.00 52.79 104.79

* Vẽ đồ thị cân bằng công suất của ôtô

- Từ bảng số liệu đã tính được ở trên ta sẽ vẽ được đồ thị cân bằng công suất

Hình 2: Đồ thị cân bằng công suất

- Đồ thị được xây dựng trên trục tọa độ Đề các, trục hoành thể hiện giá trị của

vận tốc (V) Trục tung thể hiện các giá trị: N e, N c, N f4 và

4 3 2

k