Bài tập lớn lý thuyết ô tô tính toán sức kéo ô tô infiniti QX56

Nội dung yêu cầu - Chọn động cơ và xây dựng đặc tính ngoài động cơ - Tính chọn tỷ số truyền của cầu chủ động - Xác định tỷ số truyền của hộp số - Xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ô

Tr ường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh ng Đ i H c S Ph m Kỹ Thu t Vinh ại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh ọc Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh ư ại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh ật Vinh

Khoa C Khí Đ ng L c ơ Khí Động Lực ộng Lực ực

BÀI T P L N MÔN H C ẬP LỚN MÔN HỌC ỚN MÔN HỌC ỌC

LÝ THUY T Ô TÔ 1 ẾT Ô TÔ 1

Đ TÀI: TÍNH TOÁN S C KÉO Ô Ề TÀI: TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô ỨC KÉO Ô TÔ CÓ H TH NG TRUY N L C C Ệ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ ỐNG TRUYỀN LỰC CƠ Ề TÀI: TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô ỰC CƠ Ơ

KHÍ

Giáo viên h ướng dẫn: ng d n: ẫn: ThS Hoàng Văn Th c ức

Sinh viên th c hi n: ực hiện: ện: Nguy n M nh Tú ễn Mạnh Tú ạnh Tú

L p ớng dẫn: : ĐH ôtô K8B

Vinh, tháng 11 năm 2015

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh

1

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

Khoa Cơ khí động lực

*********

Bài t p l n ật Vinh ớn Môn h c ọc Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh lý thuy t ô tô ết ô tô

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Mạnh Tú

Lớp: ĐH ôtô K8B

Tên bài tập: Tính toán sức kéo ô tô có hệ thống truyền lực cơ khí

I Số liệu cho trước

-II Nội dung yêu cầu

- Chọn động cơ và xây dựng đặc tính ngoài động cơ

- Tính chọn tỷ số truyền của cầu chủ động

- Xác định tỷ số truyền của hộp số

- Xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ô tô

- Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô

- Xây dựng đồ thị đặc tính động lực học của ô tô

- Xây dựng đồ thị đặc tính tăng tốc của ô tô

III Bản vẽ

các đồ thị được vẽ trên giấy A0 bằng phần mền matlab hoặc autocad

Ngày giao đề :14 / 10 /2015

2

Ngày hoàn thành :14 / 11 /2015

Duyệt bộ môn Giáo viên hướng dẫn

3

5

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

Lời nói đầu

Ôtô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại

cá nhân cũng như vận chuyển hành khách, hàng hóa rất phổ biến Sự giatăng nhanh chóng số lượng ô tô trong xã hội, đặc biệt là các loại ô tô đờimới đang kéo theo nhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụtrong nghành công nghiệp ô tô nhất là trong lĩnh vực thiết kế

Sau khi học xong giáo trình “ Lý thuyết ôtô -máy kéo ” em được tổ bộ môngiao nhiệm vụ làm bài tập lớn môn học Vì bước đầu làm quen với côngviệc tính toán, thiết kế ôtô nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ và vướngmắc Nhưng với sự quan tâm, động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình củagiảng viên hướng dẫn, cùng giáo viên giảng dạy và các thầy giáo trong khoanên em đã cố gắng hết sức để hoàn thành bài tâp lớn trong thời gian đượcgiao Qua bài tập lớn này giúp sinh viên chúng em nắm được phương phápthiết kế tính toán ôtô mới như: chọn công suất của động cơ, xây dựngđường đặc tính ngoài của động cơ, xác định tỷ số truyền và thành lập đồthị cần thiết để đánh giá chất lượng động lực học của ôtô máy kéo, đánhgiá các chỉ tiêu của ôtô-máy kéo sao cho năng suất là cao nhất với giáthành 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 viênnghành công nghệ kĩ thuật ô tô

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

6

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Mạnh Tú

Vinh, 11/2015

7

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

A: Thuyết minh

8

B: Trình tự tính toán

I: Xác định toàn bộ trọng lượng ô tô

a.Trọng lượng không tải của ô tô

Trong đó: G0 – trọng lượng bản thân ô tô

nc – số chỗ ngồi trong xe ô tô

Gn - trọng lượng trung bình của mỗi người

Gh – trọng lượng hành lý

Đối với loại xe này ta chọn:

G0 = 2675 kg ( xe tham khảo infinitti QX56)

Đối với loại xe này trọng lượng đặt lên bánh xe là 3020kg ở ô tô con trọng lượng phân bố

ra cầu trước và cầu sau gần như là bằng nhau, ở loại xe này ta chọn khối lượng phân bố vàocầu trước là 48,8%, vào cầu sau là 51,2% Như vậy khối lượng đặt vào cầu trước và cầu saugần như là tương đương

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

Trọng lượng phân bố ra cầu trước: 1474kg

Trọng lượng phân bố ra cầu sau là: 1546kg

Do đó lốp trước và lốp sau ta sẽ chọn cùng một loại lốp và theo thông số lốp sau:275/60R20

( với lốp áp suất cao α = 0,945 ÷ 0,950 ta chọn α = 0,945 )

CƠ :

1.Xác định NVmax của động cơ ở chế độ Vmax của ô tô:

NVmax = (G Vmax .V max+K F V max

3

)

1000.t

*Các thông số lựa chọn:

a ƞ t – Hiệu suất truyền lực chính

Để đánh giá sự tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền lực người ta dùng hiệu suấttrong hệ thống truyền lực (t) là tỷ 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 theoloại xe như sau:

Xe du lịch: t = 0,90 0,93 nên ta chọn t = 0,9

b K – Hệ số cản khí động học

Hệ thống cản khí động học phụ thuộc vào mật độ không khí, hình dạng chất lượng bề mặtcủa ô tô(KG.s2/m4) K được xác định bằng thực nghiệm:

Đối với xe du lịch: đối với ô tô con thùng xe không có mui

K= 0,3 – 0,5 ( kG.s2/m4)

ta chọn K=0,35 ( kG.s2/m4)

c F – Diện tích cản chính diện

Diện tích cản chính diện của ô tô là diện tích hình chiếu của ô tô lên mặt phẳng vuông góc

với trục dọc của xe ô tô (m2) Việc xác định diện tích có nhiều khó khăn, để đơn giản trongtính toán người ta dùng công thức gần đúng sau

Đối với xe ô tô con

F = m B H (m2)

Trong đó: B – Chiều rộng toàn bộ của ô tô (m)

H – Chiều cao của toàn bộ ô tô (m)

Ta chọn các chọn các thông số là: B= 2,001 (m)

H = 1,976 (m)

m : hệ số điền đầy, chọn theo loại ôtô

ô tô tải nặng và xe bus : m 1, 00 1,10

ô tô t i nh và ô tôải nhẹ và ô tô ẹ và ô tô con : 0,9 – 0,95

a Chọn động cơ:

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

Ta chọn động cơ xăng bốn kỳ, không hạn chế số vòng quay

b Xây dựng đường đặc tính ngoài lý tưởng của động cơ:

 Điểm có tọa độ ứng với vận tốc cực đại của ô ô:

trong đó nN: số vòng quay trục khuỷu ứng với công suất lớn nhất(v/ph)

-Đối với động cơ xăng không hạn chế số vòng quay α=1,1 và 1, ta chọn 1 suy ra nv=1,1

nemax = nv + 500 = 5830 (v/p)

 Điểm có số vòng quay không tải của động cơ : ta chọn bằng 800 (v/p)

 Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ :

a.Xác định tỷ số truyền của tay số 1

tỷ số truyền được xác định bắt đầu từ tay số 1,phải thỏa mãn hai điều kiện sau: lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động phải thắng được lực cản tổng cộng lớn nhất của đường và lực kéo này phải thỏa mãn điều kiện bám :

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

I1 ≤ m r b G ∅

M emax i o i pc .❑t

max = fmax + imax = 0,06 + 0,36 = 0,42

Tỷ số truyền của 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:

max- hệ số cản cực đại của đường mà ô tô có thể khắc phục được

G- trọng lượng toàn bộ của xe (kg)

rb- bán kính động lực học của bánh xe

Memax- mô men xoắn cực đại của động cơ

i0- tỷ số truyền của truyền lực chính

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

tl- hiệu suất truyền lực

+ Các thông số đã cho: Memax=45kg.m(xe tham khảo uoat-111)

Thay các thông số vào công thức ta được:

Ihl=M G max r b

emax i0i pc❑tl=3130.0,235.0,39545.4,04 0,93 =1,72

(do xe không có hộp số phụ nên ta không tính ipc trong này)

Mặt khác lực kéo cực đại của ô tô bị hạn chế bởi điều kiện bám cho nên khi tính ihl xong ta phải kiểm tra lại theo điều kiện bám:

ihl ≤ M G max r b m p

emax i0i pc❑tl

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

Đối với cầu trước :mp= 0,8 ữ 0,9 chọn mp=0,9

Đối với cầu sau: mp= 1,1 ữ 1,2

G- trọng lượng phân bố lên cầu chủ động

Đối với loại xe này trọng lượng phân bố lên cầu trước khi có tải là:

b Tỷ số truyền trung gian

* phương pháp phân phối theo cấp số nhân

Công bội được xác định theo biểu thức:

q= n−1√i hl

i hn = 4 −1√1,721 = 1,198

Trong đó: n- số cấp trong hộp số

ihl- tỷ số truyền tay số 1

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

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

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

*phương pháp phân phối theo cấp số điều hòa

Hằng số điều hòa xác định theo công thức:

a = (n−1) i i hl−i hn

hl

Trong đó: n- số cấp trong hộp số

ihl- tỷ số truyền tay số 1

ihn- tỷ số truyền tay cuối cùng trong hộp số

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

ihi= 1+ a i h (i−1)

i h(1−1)= 1+(i−1) a i hl

i hl

Trong đó: ihi- tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số(i=2,3 n-1)

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

Đối với hộp số có số truyền thẳng: i=1

Đối với hộp số có số truyền tăng, chọn ihn=0,8 0,9

Khi sử dụng số truyền tăng phải tính kiểm tra lại động lực học xem ở tỷ số truyền tăng công suất kéo có đủ hay không

*Tỷ số truyền số lùi: (il)

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

ii= (1,1 1,3)ihl

trong đó: ihl- tỷ số truyền tay số 1

Đối với xe này ta chọn tỷ số truyền số lùi như sau:

il=1,3.1,72= 2,236

Chú ý: khi chọn tỷ số truyền số lùi ta phải kiểm tra lại điều kiện bám

VII Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay

Những động cơ không có bộ phận hạn chế số vòng quay thường được đặt trên những ô tô

du lịch và ở một số xe tải tải trọng nhỏ

Đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệ thứ, 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 đường đặc tính cực bộ Như vậy ứng với mỗi loại động cơ sẽ có một đường đặc tính ngoài nhưng sẽ có rất nhiều đường đặc tính cực bộ

Khi không có đường đặc tính tốc đọ ngoài bằng thực nghiệm, ta có thể xây dựng đường đặctính nói trên nhờ công thức thực nghiệm của S.R.Lây Đecman

Công suất tại số vòng quay ne của động cơ:

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

ne-số vòng quay của trục khuỷu

nN- số vòng quay ứng với công suất cực đại

a, b, c – các hệ số thực nghiệm được chọn theo từng loại động cơ

Đối với động cơ xăng ta chọn:a=b=c=1

Để tính toán Ne được nhanh chóng ta chọn: k= [an ne

Hoặc ta có thể tính Me ta quy đổi ra kGm theo hệ số chuyển đổi ở trên.

Ngoài ra để vẽ đồ thị công suất và mô men của động cơ phụ thuộc số vòng quay ta cần chú

ý đến mối quan hệ giữa công suất và mô men quay bằng hệ thức liên hệ S.R.Lây Đecman sau đây:

Mmax = 1,25MN và nM = 0,5 nN

Trong đó: Mmax – mô men quay cực đại của động cơ

MN – mô men quay khi ở công suất cực đại Nmax

nM – số vòng quay khi mô men quay cực đại Mmax

nN – số vòng quay khi ở công suất cực đại Nmax

để xây dựng đừng đặc tính công suất và đường đặc tính mô men quay được thuận lợi khỏi nhầm lẫn ta đặt những trị số tính toán vào bảng sau:

126,25

150,28

171,09

187,16

Số vòng quay tại nmin= 840 của trục khuyurnhor nhất mà động cơ có thể làm việc ở chế độtoàn tải, khi tăng số vòng thì mô men và công suất của động cơ tăng lên, mô men xoắn đạtgiá trị cực đại Mmax= 58,55 kG.m ở số vòng quay nM=2100 và công suất đạt cực đại Nmax= 202(CV) ở số vòng quay nN=4200(v/ph) Động cơ ô tô chủ yếu làm việc trong vùng nM-nN.

Khi tăng số vòng quay của trục khuỷu lớn hơn giá trị nN thì công suất sẽ giảm, chủ yếu là do

sự nạp hỗn hợp khí kém đi và do tăng tổn thất ma sát trong động cơ Ngoài ra khi tăng sốvòng quay sẽ làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh các chi tiết động cơ Vì thế khithiết kế ô tô du lịch thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với tốc độ cực đạicủa ô tô trên đường nhựa tốt nằm ngang không vượt quá 10 ữ 20% so với số vòng quay của

nN

VIII Lập đồ thị căn bằng công suất của động cơ

Đồ thị cân bằng công suất của ô tô là đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa công suất phát ra củađộng cơ và các công suất cản trong quá trình chuyển động ô tô phụ thuộc với tốc độ chuyểnđộng hoặc số vòng quay của trục khuỷu động cơ

Ta có phương trình cân bằng công suất:

Ne=NT + Nf ± Ni± Nj±N

Trong đó

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

Nf – công suất tiêu hao để khắc phục lực cản lăn

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

NT – công suất tiêu hao dùng cho hệ thống truyền lực

Ni – công suất tiêu hao để khắc phục lực cản lên dốc

N - công suất tiêu hao để khắc phục lực cản không khí

Nj – công suất tiêu hao để khắc phục lực cản quán tính

Chú ý:

Ni – lấy dấu (+) khi xe chuyển động lên dốc

- Lấy dấu (-) khi xe chuyển động xuống dốc

Nj – lấy dấu (+) khi xe chuyển động tăng tốc

- Lấy dấu (-) khi xe chuyển động giảm tốc

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

: góc dốc của mặt đường

Phương trình cân bằng công suất của ô tô có thể biểu diễn bằng đồ thị N= f(v)

Chúng ta xây dựng đường công suất kéo:

Nkt= Ne.tl

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

Chuyển tốc độ quay của động cơ thành tốc độ quay của ô tô:

vi= 0,377.n i emin r k

0.i hi (km/h)

trong đó: ihi – tỷ số hệ thống truyền lực ở tay số thứ i

nemin – tốc độ vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu (v/ph)

5 1 1

2520 150.2

8

139.76

2

108.52

143.94

4620 197.9

6

184.10

0

145.99

185.09

KHOA C KHÍ Đ NG L C Ơ KHÍ ĐỘNG LỰC ỘNG LỰC ỰC ĐH Ô TÔ K8B

IX Lập đồ thị cân bằng lực kéo.

Đồ thị cân bằng lực kéo là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo phát ra tại bánh xe chủđộng pk và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô, nghĩa là:

Ne – công suất động cơ (CV)

ne – số vòng quay của động cơ ứng với Ne (vòng/phút)

i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính

150.28

171.09

187.45

198.16

698.59

704.24

698.57

681.69

653.51

614.09

563.39

501.93

590.15

594.92

590.13

575.87

552.07

518.76

475.94

424.02

486.58

490.51

486.56

474.8 455.1

8

427.72

392.41

349.6

409.56

406.27

396.45

380.06

357.14

327.65

291.91Xây dựng đồ thị cản:

Để đạt tốc độ cực đại thì ô tô chỉ có thể đạt được trên đường bằng và không kéo móc, do

đó khi xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ta coi pi=pj=pm =0 do đó thành phần lực chỉ baogồm cản lăn và cản gió:

Pc = Pf + P= G.f + KFV

2

13 (kG)Trong đó:

G – trọng lượng toàn bộ xe ô tô 3130(kG)

f- hệ số cản lăn của đường và lốp

62.00

77.00 92.00 108.0

0

123.00

139.00

154.00

170.00

p 7.69 16.9

3

30.75

47.43 67.71 93.31 121.0

3

154.57

189.73

231.20

93.35

110.03

130.31

155.91

183.63

217.17

252.33

293.80

Trên trục tung ta đặt các giá trị của lực kéo tiếp tuyến ứng với các số truyền khác nhau củahộp số pkI, pkII, pkIII, trên trục hoành ta đặt các giá trị của vận tốc, đồ thị biểu diễn quan hệgiữa các lực nói trên và vận tốc chuyển động của ô tô, được gọi là đồ thị cân bằng lực kéocủa ô tô

Sau đó ta xây dựng đường lực cản của mặt đường p =f(v) Nếu hệ số cản lăn và độ dốc củamặt đường không đổi thì đường lực cản tổng cộng của mặt đường p là một đường nằmngang vì chúng không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô ( đường song song vớitrục hoành) Tiếp theo đó xây dựng đường cong lực cản không khí p, đây là một đườngcong bậc 2 phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô Các giá trị đường cong lực cảnkhông khí được đặt trên đường cong lực cản tổng cộng của măt đường p

nằm về bên trái của điểm A là lực kéo dư của ô tô, kí hiệu là pd, lực kéo dư nhằm để tăngtốc ô tô hoặc ô tô chuyển động lên dốc với vận tốc tăng lên.

Chú ý, tại giao điểm A ô tô không còn khả năng tăng tốc và khắc phục độ dốc cao hơn

X Lập đồ thị đặc tính động lực của ô tô

Chỉ tiêu về lực kéo chưa đánh giá được chất lượng động lực học của ô tô này so với ô tôkhác Bởi vì nếu 2 ô tô có cùng lực kéo bằng nhau thì ô tô nào có nhân tố cản không khí béhơn thì có chất lượng động lực học tốt hơn, và cho dù 2 ô tô có cùng nhân tố cản đi nữa ô

tô có nào có trọng lượng bé hơn cũng tốt hơn Chính vì vậy để đánh giá đúng đắn chấtlượng động lực học của ô tô này so với ô tô khác ta đưa ra khái niệm nhân tố động lực học

Pk : lực kéo tiếp tuyến (kG)

Pw: lực cản không khí (kG)

Me: mô men xoắn của động cơ lấy theo đường đặc tính ngoài (kG.m)

itli : tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở tay số i

tl: 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)