Đồ án ôtô thiết kế tính toán sức kéo của xe tải ôtô huyndai 20,4 tấn

Qua đồ án này giúp chúng em nắm được phương pháp tính toán thiết kế ôtô như: chọn công suất động cơ, xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ, xác định tỷ số truyền và thành lập đồ thị

ĐỒ ÁN ÔTÔ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA XE TẢI ÔTÔ HUYNDAI 20,4 TẤN

Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô

Khoa CNKT ôtô

GVHD:

SVTH:

Lớp:

LỜI NÓI ĐẦU

Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cũng như vận chuyển hành khách, hàng hóa Do đó ngành công nghiệp ôtô hiện nay đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Vì vậy việc đào tạo kỹ sư trong ngành cũng hết sức quan trọng Trong khi đó môn học “ lý thuyết ôtô” chiếm vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành công nghệ ôtô Môn học “ lý thuyết ôtô” cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản thuộc lĩnh vực lý thuyết ôtô liên quan tới sự phát triển của ngành ôtô trong sự đổi mới của đất nước hiện nay Đồng thời cũng đề cập đến những vấn đề liên quan đến sự phát triển kỹ thuật mới của ngành ôtô trên thế giới

Sau khi học xong môn “ lý thuyết ôtô”, em được tổ bộ môn giao nhiệm vụ làm

đồ án môn học Qua đồ án này giúp chúng em nắm được phương pháp tính toán thiết

kế ôtô như: chọn công suất 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, đánh giá các chỉ tiêu của ô tô 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 công nghệ kỹ thuật ôtô

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

Em xin chân thành cảm ơn!

1

NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN SỨC KÉO ÔTÔ

I Khái niệm chung

II Số liệu cho trước

- Loại ôtô: xe tải Hyundai 20,4 tấn

- Tải trọng: 20400 kg

- Tốc độ cực đại của ôtô: 90 km/h

- Hệ số cản của đường ở tốc độ cực đại

- Hệ số cản cực đại của đường mà ôtô có thể khắc phục được

- Loại động cơ diezel kiểu D6CB

III Thông số chọn

- Trọng lượng bản thân ôtô: 13770 Kg

- Hệ số dạng khí động học

- Diện tích cản chính diện của ôtô (hoặc nhân tố cản)

- Sự phân bố trọng lượng giữa các trục khi ôtô đầy tải và không có tải

- Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ ứng với công suất cực đại

- Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Các thông số này lựa chọn trên cơ sở thực nghiệm và những số liệu thống kê của loại ôtô hiện có tương tự như loại ôtô thiết kế và có tính đến nhịp độ phát triển của kỹ thuật chế tạo ôtô ở trong nước và trên thế giới

IV Thông số tính toán

- Công suất cực đại của động cơ

- Dung tích làm việc của động cơ: 12344 Cm3

- Tỷ số truyền của hộp số, truyền lực chính, hộp số phụ, hộp phân phối (nếu có)

- Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ÔTÔ

1.1 Xác định trọng lượng toàn bộ của ôtô

Trọng lượng toàn bộ của ôtô xác định theo công thức:

G = Go + Gn.n + Ge = 13770+60.2+ 20400

G= 34290 Kg

Trong đó: Go - trọng lượng bản thân của ôtô

Gn - trọng lượng trung bình của mỗi người

n - số chỗ ngồi trong buồng lái

Ge - tải trong định mức của ôtô

1.2 Chọn lốp

- Ký hiệu lốp: 12R22,5-16PR

1.3 Xác định công suất cực đại của động cơ

- Hiệu suất của hệ thống truyền lực t:

Đối với ôtô có tính cơ động cao (loại có từ 2 cầu chủ động trở lên) chọn t = 0,85

- Hệ số cản không khí K:

Hệ số cản khí động học phụ thuộc vào mật độ không khí, hình dạng và chất lượng bề mặt của ôtô (kG.s2/m4) K được xác định bằng thực nghiệm

Đối với ôtô tải chọn K = 0,65 (kG.s2/m4)

- Diện tích cản chính diện F:

Diện tích cản chính diện của ôtô là diện tích hình chiếu của ôtô trên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của xe ôtô (m2) Việc xác định điện tích có nhiều khó khăn, để đơn giản trong thực tế người ta sử dụng công thức gần đúng sau:

F = B.Ho= 2,098.3,22 =6,76 m2

Trong đó : chiều rộng cơ sở của ôtô B=2,098 m

chiều cao toàn bộ của ôtô Ho=3,22 m

-Vận tốc cực đại của ôtô Vmax: Vmax= 94 km/h

- Trọng lượng toàn bộ của ôtô G: G= 34290 Kg

- Hệ số cản tổng cộng của đường v khi ôtô chuyển động ở Vmax:

+ Khi thiết kế ôtô tải người ta thường chọn hệ số cản tổng cộng của đường (ứng với khi ôtô chạy ở tốc độ cực đại) với một lượng dự trữ nào đó (lớn hơn hệ số cản lăn) tức là để ôtô vẫn có khả năng vượt dốc khi chuyển động ở vận tốc cực đại

Chọn v = 0,03

Xác định công suất cực đại của động cơ ứng với tốc độ cực đại của động cơ của ôtô (Nev):

















270 3500

max G v KFv

t ev





3

1 0,65.6,76.94 34290.0,03.94

ev

N

N ev 544 (CV)

Sau đó căn cứ vào loại động cơ để tìm công suất cực đại của nó theo công thức:

3 2 max





 b c a

N

e







max 2 3

544 0,53.1 1,56.1 1,09.1



e

N emax 544 (Cv)

Trong đó: Các hệ số thực nghiệm a,b,c đối với động cơ Diesel:

a = 0,53; b = 1,56; c = 1,09,  = 1 (tức là Nemax = Nv)

Sau khi xác định được Nemax, căn cứ vào loại động cơ có sẵn trên thị trường để chọn loại phù hợp hoặc đặt chế tạo động cơ mới theo yêu cầu

Lực cản lăn của lốp và đường là kết quả sự tiêu hao năng lượng cho tổn thất bên trong của lốp và sự tổn thất bên ngoài, một phần năng lượng bị tiêu hao do ma sát giữa lốp và đường, lực cản trong các ổ bi ở may ơ bánh xe, lực cản không khí chống lại sự quay của các bánh xe Vì tính chất phức tạp trong việc xác định tất cả nhứng yếu tố tiêu hao kể trên nên người ta coi lực cản lăn là một ngoại lực tác dụng lên ôtô và được xác định theo sự tiêu hao năng lượng tổng hợp Để đánh giá tiêu hao năng lượng khi bánh xe lăn người ta dùng hệ số cản lăn (f)

Ở tốc độ nhỏ hơn từ 60 ÷ 80km/h hệ số cản lăn coi như không thay đổi Khi tốc

độ chuyển động của ôtô lớn hệ số cản lăn tăng lên rõ rệt Để xác định sự phụ thuộc của

hệ số cản lăn vào tốc độ người ta dùng công thức kinh nghiệm sau:





















20000 1

2

0 a

V f

f

Trong đó:

fo - Hệ số cản lăn khi ôtô chuyển động ở vận tốc nhỏ hơn 60 ÷ 80 km/h

Va - Vận tốc chuyển động của ôtô, km/h

-Hệ số cản lăn fo phụ thuộc vào loại đường: Chọn fo=0,02

- Vận tốc chuyển động của ôtô Va=70 km/h

2

70

20000

f       

5

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

2.2 Xác định tỷ số truyền của hộp số và hộp số phụ (nếu có):

2.2.1 Xác định tỷ số truyền của hộp số:

- Các loại bán kính bánh xe:

1 Bán kính thiết kế (ro): Là bán kính của bánh xe khi chưa có tải trọng tác dụng (bán kính tự do) ro = D/2

Các kích thước cơ bản của lốp:

d - đường kính trong

B - bề rộng lốp Các kích thước cơ bản của lốp được biết thông qua kí hiệu lốp

Theo ký hiệu lốp của nhà sản xuất ta có:

B = 12.25,4 = 304,8 (mm) =0,3048 (m)

d = 22,5.25,4=571,5 (mm) = 0,5715 (m)

- Đối với lốp có áp xuất cao: ro = (d+2.B)/2

2

o

2 Bán kính tĩnh (rt): Là bán kính bánh xe đứng yên, chịu tải trọng thẳng đứng

3 Bán kính động lực học (rd): là khoảng cách từ điểm đặt lực tổng hợp tác dụng từ đường lên bánh xe đến mặt phẳng song song với mặt đường đi qua tâm bánh xe

4 Bán kính động học (rk): là bán kính của bánh xe giả định khi lăn không có trượt lăn

và trượt lê nhưng có cùng vận tốc với bánh xe thực r k   r o ,

 rk  0,95.0,59  0,56( ) m

Trong đó:  - Hệ số biến dạng lốp

Chọn  = 0,95, đối với lốp áp suất cao

5 Bán kính trung bình (rb): khi ôtô chuyển động không trượt lăn hoặc trượt lê giá trị các loại bán kính khác nhau không nhiều, và khi các loại bán kính bánh xe không phải

là đối tượng nghiên cứu thì ta có thể coi xấp xỉ như nhau và bằng bán kính bánh xe

rk = rd = rb = ro

-Tỷ số truyền của truyền lực chính (io) được xác định đảm bảo tốc độ chuyển động cực đại của ôtô ở số truyền cao nhất trong hộp số io được xác định theo công thức:

max

0 0 , 377

v i i

r n i

hn pc

k v



Trong đó: nv - tốc độ vòng quay của trục khuỷu động cơ khi đạt tốc độ lớn nhất, v/ph

rk - bán kính động học của bánh xe, m

ipc - tỷ số truyền của số phụ hoặc hộp phân phối ở số truyền cao

ihn - tỷ số truyền của số cao nhất trong hộp số

Vmax - vận tốc lớn nhất của ôtô, km/h

- Tỷ số truyền của số cao nhất trong hộp số:

Đối với hộp số có số truyền thẳng ihn = 1

-Tỷ số truyền số truyền cao của hộp số phụ chọn ipc=1

0

0,377.3200.0,56

7,2 1.1.94

i

2.2.1.1 Tỷ số truyền ở tay số 1 được xác định:

Tỷ số truyền tay số 1 được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục được sức cản lớn nhất của mặt đường mà không bị trượt:

P max  P k1 P

Do đó ih1 được xác định theo điều kiện cản chuyển động:

1

max 0

.d

h

G f r i

M i i





và được kiểm tra theo điều kiện bám

1

max 0

24003.0,7.0,56.1,2

13,18 140.7,2.1.0,85

h

Z r m i

M i i





Trong đó:

max - hệ số cản tổng cộng của đường

G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, kG

rd - bán kính động lực hoc của bánh xe, m

Memax - mô men xoắn cực đại của động cơ, kG.m

io - tỷ số truyền của truyền lực chính

ipc - tỷ số truyền số truyền cao của hộp số phụ

mp - hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động khi truyền lực kéo

t - hiệu suất truyền lực

Dựa theo điều kiện cản chuyển động và kiện bám ta chọn i h1 7

2.2.1.2 Tỷ số truyền ở tay số trung gian được xác định:

1 Phương pháp phân phối theo cấp số nhân

Công bội được xác định theo biểu thức

1 5 1

1,63 1

h n hn

i q

i





Trong đó: n - số cấp trong hộp số

ih1 - tỷ sổ truyền tay số 1

ihn - tỷ số truyền tay số cuối cùng trong hộp số

Tỷ số truyền tay số thứ i được xác định theo công thức sau:

7

 

1 1 1







hi

q

i q

i i

Trong đó: ihi - tỷ số truyền tay số thứ i trong hộp số (i = 2, , n-1)

Chọn tỷ số truyền tay số 1:i h1 7nên ta có:

-Tỷ số truyền tay số 2 : 1

2 2 1

7 4,29 1,63

h h

i i

q 

-Tỷ số truyền tay số 3 : 1

7 2,63 1,63

h h

i i

q 

-Tỷ số truyền tay số 4: 1

7 1,62 1,63

h h

i i

q 

-Tỷ số truyền tay số 5: i h5 1

2.2.1.3 Tỷ số truyền của số cao nhất trong hộp số

Đối với hộp số có số truyền thẳng ihn = 1

2.2.1.4 Tỷ số truyền số lùi (i l )

Tỷ số truyền số lùi trong hộp số thường chọn trong khoảng:

1

Trong đó: ih1 - tỷ số truyền tay số 1

Khi chọn tỷ số truyền số lùi phải kiểm tra lại theo điều kiện bám

2.2.2 Xác định tỷ số truyền của hộp số phụ:

Ở hộp số phụ và hộp phân phối thông thường có hai số truyền: số truyền thấp

và số truyền cao

Số truyền cao thường chọn: i pc 1

CHƯƠNG III CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KÉO CỦA ÔTÔ

3.1 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Hiện nay chưa có phương pháp tính toán lý thuyết đối với các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ mà thường xác định bằng thực nghiệm Trường hợp không

có đường đặc tính thực nghiệm người ta có thể dựa vào công thức kinh nghiệm để xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài theo toạ độ đã biết của một số điểm (ví dụ: Nemax/nN

Memax/nM) Phổ biến nhất là công thức Lay-Đéc-Man

 















































3 2

max

N

e N

e N

e e

e

n c n

n b n

n a N n

Trong đó: a, b, c - các hệ số thực nghệm Lay-Đéc-Man, a = 0,53; b = 1,56; c = 1,09

Nemax - công suất cực đại của động cơ, CV,

nN - Số vòng quay tại công suất cực đại, v/ph

Ne(ne)- công suất tại số vòng quay ne, CV

ne - tốc độ vòng quay trục khuỷu tại thời điểm đang tính

Để xây dựng đường công mô men hữu ích của động cơ từ đường cong công suất ta dùng công thức sau:

e

e e

n

N

M  716 (KG.m)

Trong đó: Ne - công suất của động cơ, CV

Me - mô men xoắn của động cơ, kG.m

Ta có Bảng tính

(v/ p)

e

(CV)

e

(KG.m)

e

Đường đặc tính ngoài

0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0

0 1000 2000 3000 4000 5000

ne (v/p)

Ne Me

3.2 Xây dựng đồ thị cân bằng công suất

Để phân tích tính chất động lực học của ôtô ngoài mối tương quan về lực ta có thể sử dụng mối tương quan về công suất giữa công suất kéo ở bánh xe chủ động và công suất các lực cản chuyển động

Trong trường hợp tổng quát phương trình cân bằng công suất:

9

j i

f t e t e

N         

Trong đó: Nk - công suất kéo ở bánh xe chủ động

Ne - công suất của động cơ, lấy theo đường đặc tính ngoài

Nt - công suất tổn thất t - hiệu suất truyền lực

Nf, Ni, N, Nj - công suất cản lăn, cản dốc, cản gió và công suất cản tăng tốc

- Xây dựng đường công suất kéo

N ki = N e t

Ne - lấy theo đường đặc tính ngoài, Ne = f(ne)

Chuyển tốc độ quay của động cơ thành tốc độ của ôtô

0

0,377.

.

v k i

pc hi

n r v

i i i

Trong đó: ihi - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở tay số thứ i

ne - tốc độ vòng quay trục khuỷu, v/ph

rk - bán kính động học của bánh xe, m Lập bảng giá trị Nki – V

e

e

1

k

1

2

k

2

3

k

3

4

k

4

5

k

5

c

Đồ thị cân bằng công suất

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

450.0

500.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0

v (km/h)

Nk1 Nk2 Nk3 Nk4 Nk5 Nc

- Xây dựng nhánh cản

Ta xây dựng cho trường hợp chuyển động ổn định và ôtô không leo dốc do đó:

Ni = Nj = 0 Do đó công suất cản xác định theo biểu thức:

3500 270

3

KFv Gfv N

N

N c  f     (ml)

Trong đó: G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, G = 34290 kG

f - hệ số cản lăn của đường,

V - vận tốc chuyển động của ôtô, km/h,

K - hệ số cản khí động học, K = 0,065 kG.s2/m4

Hệ số cản khí động học phụ thuộc vào mật độ không khí, hình dạng và chất lượng bề mặt của ôtô (kG.s2/m4) K được xác định bằng thực nghiệm

Đối với ôtô con thùng xe có mui: K = 0,02 ÷ 0,035 kG.s2/m4

Đối với ôtô con thùng xe không có mui: K = 0,04 ÷ 0,05 kG.s2/m4

Đối với ôtô tải: K = 0,06 ÷ 0,07 kG.s2/m4

Đối với ôtô kéo moóc: K = 0,085 ÷ 0,095 kG.s2/m4

Đối với ôtô buýt K = 0,025 ÷ 0,04 kG.s2/m4

Đối với ôtô đua: K = 0,013 ÷ 0,015 kG.s2/m4

11

F - diện tích cản chính diện, F = 6,76m2

Diện tích cản chính diện của ôtô là diện tích hình chiếu của ôtô trên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của xe ôtô (m2) Việc xác định điện tích có nhiều khó khăn, để đơn giản trong thực tế người ta sử dụng công thức gần đúng sau:

F = B.H o (m 2 )

Trong đó: B - chiều rộng cơ sở của ôtô, m

Ho - chiều cao toàn bộ của ôtô, m Đối với ôtô con F = 0,78Bo.Ho (m2)

Trong đó: Bo - chiều rộng toàn bộ của ôtô, m

3.3 Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo

Trong trường hợp tổng quát phương trình cân bằng lực kéo của ôtô như sau:

m j i f

P      

Trong đó: Pk - lực kéo ở bánh xe chủ động, kG

Pf, Pω, Pi, Pj, Pm - lần lượt là lực cản lăn, lực cản gió, lực cản dốc, lực cản tăng tốc, lực cản kéo moóc, kG

Xây dựng đồ thị lực kéo

Ta có: ki e hi pc0 tl

d

M i i i P

r



Chuyển tốc độ quay của động cơ thành tốc độ của ôtô

0

i

hi pc

n r v

i i i

Trong các công thức trên

Pki - lực kéo bánh xe chủ động ở số truyền i, kG

Me - mô men xoắn của động cơ, lấy theo đường đặc tính ngoài, kG.m

ihi - tỷ số truyền ở tay số i

ip - tỷ số truyền hộp số phụ

io - tỷ số truyền truyền lực chính

rd, rk - bán kính động lực học và động học của bánh xe, m

t - hiệu suất truyền lực

ne - tốc độ vòng quay trục khuỷu, v/ph Lập bảng giá trị

pk1 6594.3 7933.1 8958.2 9662.0 10052.1 10121.0 9876.2 9310.1

Đồ thị cân bằng lực kéo

0.0 5000.0 10000.0 15000.0 20000.0 25000.0 30000.0 35000.0

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0

v (km/h)

Pk2 Pk3 Pk4 Pk5 Pc

Xây dựng đồ thị lực cản

13

Để đạt tốc độ cực đại thì chỉ có thể đạt được trên đường bằng và không kéo moóc do đó khi xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ta coi Pj = Pi = Pm = 0 Do đó thành phần lực cản chỉ bao gồm lực cản lăn và cản gió:

13

2

KFv Gf P P

P c  f     (kG)

Trong đó: G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, kG

f - hệ số cản lăn của lốp và đường

K - hệ số cản khí động học, kG.s2/m4

F - diện tích cản chính diện, m2

V - vận tốc chuyển động của ôtô, km/h

3.4 Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học

Chỉ tiêu về lực kéo chưa đánh giá được chất lượng động lực học của ôtô này so với ôtô khác Bởi vì nếu hai ôtô có cùng lực kéo như nhau thì ôtô nào có nhân tố cản không khí bé hơn thì có chất lượng động lực học tốt hơn và cho dù hai ôtô có cùng nhân tố cản đi nữa thì ôtô nào có trọng lượng bé hơn cũng tốt hơn Chính vì vậy để đánh giá đúng đắn chất lượng động lực học của ôtô này so với ôtô khác người ta đưa ra khái niệm nhân tố động lực học

G

KFv r

i M G

P P

tl tli e

2













Chuyển tốc độ quay của động cơ thành tốc độ của ôtô

tli

k e i

i

r n

v  0 , 377 (km/h)

Trong công thức trên

Pk - lực kéo tiếp tuyến, kG

Pω - lực cản không khí, kG

Me - mô men xoắn của động cơ, lấy theo đường đặc tính ngoài, kG.m

iti - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở tay số i t - hiệu suất truyền lực

rd, rk - bán kính động lực học và bán kính động học của bánh xe, m

K - hệ số cản khí động học, kG.s2/m4

F - diện tích cản chính diện, m2

V - vận tốc chuyển động của ôtô, km/h

G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, kG.:

ne - tốc độ vòng quay trục khuỷu, v/ph Lập bảng giá trị