Tính toán sức kéo cho ô tô du lịch (động cơ xăng)

Đồ án môn thiết kế ô tô

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Khoa: Cơ Khí Động Lực Độc lập – tự dọ - hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ Ô TÔ

Họ và tên : Hoàng Hữu Trường

Lớp : ĐLK5

Ngành: Cơ Khí Động Lực

1

2

Đề tài thiết kế : Tính toán sức kéo cho ô tô du lịch(động cơ xăng)

• Khối lượng ô tô khi không tải : Go = 980 kg Các số ban đầu:

• Khối lượng ô tô khi đầy tải : G = 1280 kg

• Công suất cực đại của động cơ : Nemax = 45 mã lực

• Kích thước lốp(B-d) : 7- 15

• Tốc độ tối đa : Vmax = 115km/h

• Các thông số hình học của ô tô(kèm theo)

3

a Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Nội dung các phần thiết kế tính toán

b Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

c Tính toán các chỉ tiêu động lực học của ô tô

4

01 bản vẽ Ao kẻ ly bao gồm + Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ

+ Các đồ thị : Cân bằng công suất , cân bằng lực kéo đồ thị nhân tố động lực học, đồ thị gia tốc, đồ thị thời gian gia tốc và quãng đường tăng tốc

Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ họ tên và kích thước các bản vẽ ):

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

L ỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô hiện nay đang phát triển rất mạnh, nó là một ngành công nghiệp

có vai trò quan trọng trong nền kinh tế của một đất nước Vì vậy việc đào

tạo kĩ 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 nghành

ôtô máy kéo Môn học “lý thuyết ôtô” cung cấp cho sinh viên những kiến

thức cơ bản thuộc lĩnh vực lý thuyết ôtô liên quan đến sự phát triển của

ngành ôtô trong sự đổi mới của đất nước hiện nay Đồng thời cũng đề cập

đến các vấn đề liên quan đến sự phát triển kỹ thuật mới của nghành ôtô trên

thế giới

Nhận thấy sự cần thiết của môn học này nên các sinh viên đã được giao

nhiệm vụ làm đồ án môn tính toán thiết kế về “lý thuyết ôtô”.Việc tính toán

thiết kế “lý thuyết ôtô” giúp cho sinh viên hiểu rõ và sâu sắc hơn về ôtô điều

đó đồng nghĩa với việc đảm bảo được sự an toàn khi xe chuyển động, sự tiết

kiệm nhiên liệu hay tính kinh tế khi vận hành xe

đồ án thiết kế ôtô về “tính toán sức kéo cho ôtô du lịch” (động cơ xăng)

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SỨC KÉO CỦA ÔTÔ

Lịch sử phát triển ngành ôtô máy kéo đã chứng kiến nhiều loại động cơ

khác nhau dùng trên ôtô nhưng hiện nay nguồn động lực chính dùng trên ôtô

vẫn là loại động cơ đốt trong loại piston

Khi nghiên cứu tính toán sức kéo ôtô người ta nghiên cứu tính toán qua

những phần chính sau:

1* Xây d ựng đường đặc tính ngoài động cơ

- Để xác định lực, momen tác dụng lên các bánh xe chủ động của ôtô cần

phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong lại piston

- Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc

của công suất có ích Ne, momen xoắn có ích Me tiêu hao nhiên liệu trong

1 giờ Gt và xuất tiêu hao nhiên liệu Ge theo số vòng quay n hoặc theo tốc

độ góc trục khuỷu

- Có 2 loại đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài động cơ

Đường đặc tính tốc độ động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ

trên bệ thử.Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên

liệu cực đại tức là mở bướm ga hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc đặt

thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn đối

với động cơ diesel Chúng ta nhận được đường đặc tính ngoài của động

cơ

Đường đặc tính cục bộ thể hiện khi bướm ga hoặc thanh răng ở vị trí

trung gian

Nên đối với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính tốc độ

ngoài và vô vàn đường đặc tính cục bộ tùy theo vị trí bướm ga hay vị trí

của thanh răng

2* Nghiên c ứu về tỷ số truyền của HTTL

- Công suất phát ra của động cơ một phần tiêu hao cho ma sát trong

HTTL, phần còn lại để khắc phục sức cản, khả năng tải, tốc độ cần có của

động cơ khi làm việc

- Ô tô chạy ở các chế độ khác nhau và làm việc ở các chế độ có tính kinh

tế nhiên liệu tốt nhất khi chạy ở các chế độ và tải khác nhau tức là để ôtô

chạy ổn định ở các chế độ khác nhau chúng ta cần thay đổi tỷ số truyền

của HTTL

- Đối với tỷ số truyền của truyền lực chính

Từ công thức nhân tố động lực học D nhận thấy tỷ số truyền i0 có ảnh

hưởng đến chất lượng động lực học của ôtô và vận tốc của chúng Khi i0

tăng thì D tăng nghiã là khắc phục sức cản chuyển động của ôtô cũng tăng

lên Tuy nhiên khi i0 tăng thi vận tốc lớn nhất của ôtô ở mỗi số truyền bị

giảm xuống dẫn đến số vòng quay trục khuỷu cho một đơn vị quãng

đường chạy tăng lên dẫn đến tiêu hao nhiên liệu tăng lên và giảm tuổi thọ

của các chi tiết động cơ

Tùy theo loại xe cần chọn thông số i0 cho thích hợp việc chọn i0 được

nghiên cứu bằng sự cân bằng công suất ôtô và được tính toán ở phần sau

khi tính toán

- Số lượng số truyền trong hộp số:

Số lượng số truyền trong hộp số ảnh hưởng đến tính chất động lực

học của ôtô Để tiện khi so sánh 2 loại ôtô có đặc tính động lực học như

nhau, nhưng ôtô thứ nhất với hộp số có 3 số truyền và thứ 2 có 4 số truyền

chúng đều có tỷ số truyền thứ nhất và cuối cùng bằng nhau

nếu 2 ôtô cùng chuyển động trên cùng một loại đường có hệ số cản tổng

như nhau là φ2 khi đó vận tốc lớn nhất của ôtô có hộp số 3 cấp nhỏ hơn

vận tốc của ôtô có hộp số 4 cấp

- Cần xác định tỷ số truyền của hộp số :

Hộp số đặt trong hệ thống truyền lực của ôtô nhằm đảm bảo khả năng

khắc phục lực cản của mặt đường luôn thay đổi như vậy cần xác định tỷ

số truyền của từng số trong hộp số

3 Các ch ỉ tiêu để đánh giá ôtô

Đánh giá ôtô người ta đánh giá qua các chỉ tiêu sau:

* Ch ỉ tiêu về công suất

Xây dựng phương trình công bằng công suất dạng tổng quát

Ta xây dựng đồ thị công suất dựa trên phương trình này

Đồ thị cân bằng công suất động cơ biểu thị mối quan hệ vào vận tốc

chuyển động của ôtô Ne = f(v) mà số vòng quay trục khuỷu và vận tốc có

quan hệ bậc nhất

v=

i

r n

t

b e

60

.

2 π

(m/s)

Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và công suất

cản trong quá trình chuyển động

Dựa vào đồ thị ta có thể nhận biết được vận tốc lớn nhất của ôtô, biết được

thành phần công suất dư từ đó có thể biết được khả năng khắc phục sức cản dốc,

tăng tốc của ôtô………

- Ý nghĩa đồ thị

Đường Nf,(Nf+Nω)… ,Ne

biết được vận tốc lớn nhất ôtô đạt được khi ôtô chuyển động đều trên đường

bằng(α = 0) và bướm ga mở hết và ở hộp số truyền cao nhất của hộp số

- Khi muốn ôtô chuyển động đều trên đoạn đường đó với vận tốc vmaxnhỏ

hơn thì người lái cần đóng bớt bướm ga và thực hiện chuyển số thấp hơn

để tránh tiêu hao nhiên liệu lãng phí

* L ực kéo ôtô

- xây dựng phương trình lực kéo: pk= pf ± pi+ pω ± pj

Tương tự như xây dựng phương trình đồ thị cân bằng công suất khi xây

dựng phương trình cân bằng lực kéo trên đường bằng và chuyển động đều ổn

b

t t

e .η

= f.G + W v2

Các lý luận tương tự như xây dựng đồ thị cân bằng công suất

- Ý nghĩa của đồ thị

+ Sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô có thể xác định được các chỉ

tiêu động lực học của ôtô khi chuyển động ổn định

+ Xây dựng: Pφ=m.G φ φ =f(φ) khi đó đồ thị của Pφ biểu diễn trên cùng

đồ thị của lực kéo

+ Dựa vào đồ thị có thể biết được khu vực ôtô có thể bị trượt quay……

* Nhân t ố động lực học của ôtô D

- Nhân tố động lực học của ôtô là tỷ số truyền giữa lực kéo tiếp tuyến p

b

t t

e .η

- W.v2]

G

1

- Để so sánh tính chất động lực học của các loại ôtô khác nhau và ứng với

các điều kiện làm việc của ôtô trên các loại đường khác nhau người ta có

thể biết ngay được các tính chất động lực học của ôtô được đặc trưng bởi

các thông số “D”

* Xây d ựng đồ thị nhân tố động lực học

đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa nhân tố động lực học và vận tốc chuyển

động của ôtô D=f(v)

- ý nghĩa của đồ thị

+ biết được ôtô làm việc chế độ toàn tải khi nào

+ khi nào chuyển động ko bị trượt quay(bánh xe chủ động)……

+vận tốc lớn nhất của ôtô

+ độ

+ sự tăng tốc của ôtô

+thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô

4 S ự cần thiết làm đề tài tính toán sức kéo của ôtô

Mục đích xác định các thông số kết cấu cơ bản của ôtô, để đảm bảo các

tính chất kéo của ôtô khả ngăng ổn định, chế độ tải thay đổi, lên dốc, vượt

trướng ngại vật… tính chất đó phải hợp lý, phù hợp với các điều kiện sử

dụng, điều kiện kỹ thuật của ôtô

PH ẦN II

XÂY D ỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ NGOÀI ĐỘNG CƠ

I, XÂY D ỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ NGOÀI ĐỘNG CƠ

* Ne=Ne max[a.λ' + b.λ' 2

- c.λ' 3

] Trong đó:

+Ne max,nN công suất lớn nhất của động cơ và số vòng quay tương ứng:

ne : có thứ nguyên số vòng quay/ phút

Ta chọn: ηt=0,95

Ta có bảng thông số sau:

B ảng 1: Tính các thông số của động cơ

II Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực:

1 X ác định tỉ số truyền của truyền lực chính(i o ):

tỉ số truyền của hệ thống truyền lực trong trường hợp tổng quát được xác

định theo công thức sau: i t = i h i p i o

trong đó:

* ih: tỉ số truyền của hộp số chính

*ip: tỉ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối

* io: tỉ số truyền của truyền lực chính

Ta chọn loại xe thiết kế là loại xe có một cầu chủ động, truyền lực chính

loại đơn, xác định tỉ số truyền của truyền lực chính (io):

Tỉ số truyền của truyền lực chính io được xác định từ điều kiện đảm bảo

cho ôtô đạt vận tốc lớn nhất, được xác định theo công thức:

i o = 0,377

v i i

n rhn p

v b

max

.

Trong đó:

* nv: số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt vận tốc lớn nhất(v max)

*rb: bán kính làm việc trung bình của bánh xe, được xác định theo kích

thước lốp, tính theo (m)

* r b= λ.r 0 với r 0: bán kính thiết kế của bánh xe

λ: hệ số kể đến sự biến dạng của lốp Chọn λ = 0,93 với lốp có áp suất thấp

*nv: số vòng quay của trục khuỷu động cơ, ứng với vận tốc lớn nhất của

ôtô(vmax) tính theo vòng/phút

* i p: tỉ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối

Đối với xe một cầu chủ động, truyền lực chính loại đơn thì tỉ số truyền:

i p=1

* i hn: tỉ số truyền của hộp số chính ở số truyền thẳng chọn i h=1

* v max = 115(km/h): vận tốc lớn nhất của ôtô tính theo km/h

Vậy i 0 = 0,377 ≈

115 1 1

5300 348 , 0

Trị số truyền i h1được xác định theo điều kiện cần và đủ để ôtô khắc phục

được lực cản lớn nhất và bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi

điều kiện chuyển động

* theo điều kiện chuyển động để khắc phục lực cản lớn nhất:

P kmax ≥P ψmax, khai triển 2 vế của biểu thức ta được:

i 1≥

t o p e

b i i M

r G

η

ψ

.

.

max max (1)

* theo điều kiện đảm bảo cho bánh xe không bị trượt quay:

P kmax ≤ P φ = G b φ

Khai triển 2 vế của biểu thức, rút gọn ta được :

i 1≤

t o p e

b b i i M

r G

η

ϕ

.

.

max

(2) Trong đó:

αmax: góc dốc cực đại của đường (tính theo độ) αmax= 12o

ip : tỷ số truyền của hộp số phụ ở số truyền cao

* ψ max: hệ số cản tổng cộng của đường

ψ max =f + tg αmax

+ f: hệ số cản lăn của đường

Với vận tốc v≥22,2 m /s là 115 km/h (khoảng 32 m/s) Thì f được tính theo

công thức sau:

f

2800

) 32 ( +v

2800

) 32 32 ( + =

m là chỉ số truyền đang tính, m được lấy từ 2 đến (n-1)

ih2 = = 2,52 ; ih3 = = 1,6 ; ih4= 1

c Xác định tỷ số truyền của số lùi

Trong hộp số, thường được bố trí tỷ số truyền số lùi (kí hiệu il)

Trị số cảu tỷ số lùi được chọn lớn hơn số truyền số 1

il= (1,2 -1,3) ih1

il = 1,2.4 = 4,8

3 L ập bảng xác đinh vận tốc của ô tô tương ứng với từng số truyền

Vận tốc chuyển động của ô tô ở các số truyền được xác định theo công thức

i i i

n r v

hk p o

e b m

.

377 , 0

=

+ k: chỉ số của số truyền đang tính k=1÷4

+ i o ,i p: với i o =6,0,i p =1

+ n e: số vòng quay động cơ, n e biến thiên từ n emin đến n max (n max: số vòng

quay ứng với tốc độ lớn nhất của xe)

Ta có bảng thông số các giá trị của vận tốc sau:

B ảng 2: Bảng tính vận tốc của ôtô theo các số truyền

s ố truyền II (v2 )

s ố truyền III (v3 )

s ố truyền IV (v4 )

I/ XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU VỀ CÔNG SUẤT:

1.Phương trình cân bằng công suất:

trường hợp ôtô làm việc tổng quát trên dốc nghiêng(theo tài liệu I):

Nk= Nf +Nω±Ni±Nj+Nm

với Nk: công suất kéo bánh xe chủ động

Nk= Ne-Nt=Ne.ηt

Trong đó: Ne- công suất của động cơ có ích

Nt- công suất tiêu hao tổn thất cho hệ thống truyền lực(TL)

- Nj: công suất tiêu hao cho lực cản quán tính khi tăng tốc

N j j

g

G

i δ

=

270 v

do vận tốc của xe v max=32(m/s) nên khi đó f thay đổi theo vân tốc nên f được tính

theo công thức:

f

2800

) 32 ( +v

= (v:v ận tốc của ôtô tính theo m/s)

Hình1: đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng và cân bằng công suất

II XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU VỀ LỰC KÉO:

1 P hương trình cân bằng lực kéo:

• phương trình cân bằng lực kéo của ôtô khi chuyển động trên đường với

đầy đủ các thành phần lực cản được biểu diễn theo dạng sau:

b

t h p o

lập bảng tính P k theo vân tốc từng số truyền Đối với 1 ôtô nhất định các trị

số: io,ip,rb,ηtlà không đổi nên lực kéo có trị số thay đổi theo 2 thông số là

Momen xoắn M e và tỉ số truyền của hộp số⇒công thức P k có thể viết dưới

b

t p

o .η

348 , 0

95 , 0 1 0 , 6

• Lực cản P f được biểu diễn trên đồ thị là một đường thẳng song song trục

hoành (trường hợp này coi f = const) v>80 km/h ⇒biểu thị biểu diễn lực

cản lăn sẽ thay đổi vì khi đó f phụ thuộc vào vận tốc v

• tính lực cản không khí(P ω) xác định theo biểu thức:

P ω

13

.F v2

k

=

Trong đó: + v: vận tốc của ôtô (km/h)

+ k,F:hệ số cản của không khí và diện tích cản của không khí

được tính ở phần trên

Ta chọn F = 2,0 ;k = 0,03

đồ thị của (P ω) là một đường parabol tương ứng với các trị số trong bảng sau:

B ảng 5:Tính lực cản không khí P ω theo t ốc độ ôtô

Trục tung biểu diễn lực P k , P f , P ω …theo (kg) Trục hoành biểu diễn vận tốc

chuyển động của ôtô theo (km/h)

+ các đường cong P k có dạng tương tự như đường M e (là đường cong lồi , có 1

điểm cực đại mà tại đó P k đạt cực đại ứng với v m)

tại điểm này đường cong được chia làm 2 nhánh:

- nhánh bên phải là nhánh ổn định

- Nhánh bên trái là nhánh không ổn định

• trên đồ thị đường P k4 (đường lực kéo khi xe chạy ở số truyền 4) cắt với

đường biểu diễn lực cản (P f + P ω) tại điểm A, dóng xuống trục hoành ta

được vận tốc lớn nhất của ôtô (v max)

• ở các vận tốc khác, khoảng tung độ nằm giữa đường P k và(P f + P ω) là lực

kéo dư được tính bằng hiệu số : P kd = P k - (P f + P ω ) ; P kd dùng để ôtô khắc

phục các lực cản lên dốc, lực cản tăng tốc

• xây dựng đồ thị lực bám P φ , sử dụng công thức sau:

P φ =φ G φ m =0,5.G=1670 (kg)

III XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU VỀ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC D

A X ác định nhân tố động lực học D khi ôtô chở tải định mức

1 P hương trình nhân tố động lực học D

phương trình nhân tố động lực học của ôtô ở điều kiện chở tải định mức(hay

đầy tải) được biểu thị bằng phương trình sau:

F k

p p

( D

2

b

t h f o er

i i i M

j g

2 Đồ thị nhân tố động lực học khi ôtô chở tải định mức:

lập bảng tính các giá trị số trong phương trình trên Ta xây dựng đồ thị D với

hộp số chính của ôtô có 4 số truyền(n=4), số truyền 1