Bài tập lớn lý thuyết ô tô

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔGiới thiệu nội dung của bài tập lớn I... Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ... Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơNe Me Nhận xét : Trị số cô

Lời Nói Đầu

BTL môn học Lý thuyết Ô tô là một phần của môn học "Lý thuyết ô tô",bằng cách vận dụng các lý luận, các nội dung của môn học để tiến hành tính toán sức kéo, động lực học kéo của một ô tô

Tính toán sức kéo của ô tô nhằm xác định các thông số cơ bản của ô tô: Công suất động cơ, các thông số của hệ thống truyền lực nhằm đảm bảo chất lượng kéo cần thiết của ô tô

Tính toán sức kéo cho ta biết một số thông số kỹ thuật, trạng thái, tính năng vàkhả năng làm việc của ô tô, nhằm mục đích phục vụ cho quá trình vận hành khai thác ô tô có hiệu quả, đảm bảo tính năng kinh tế - kỹ thuật tối ưu

Nội dung của Bài tập lớn gồm 2 phần :

Phần A: Thiết kế tuyến hình

I.xác định các kích thước cơ bản của ô tô

II.bố trí động cơ và hệ thống truyền lực

III.xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng

Phần B: Tính toán sức kéo

I.xác định các thông số động cơ và xây dựng đường đặc tính ngoài

II.xác định tỉ số truyền lực

III.đánh giá chất lượng kéo bằng phương pháp đồ thị

Mẫu xe tham khảo là xe Toyota Innova 2.0E MT 2012 Nội dung Bài Tập Lớn

được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của Thầy Trần Văn Như Bộ môn Cơ Khí Ô

Tô - Đại Học Giao Thông Vận Tải

Hà Nội – 15/03/2014

SVTH: La Văn Cương Lớp: Cơ Khí Ô Tô B –K52

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Giới thiệu nội dung của bài tập lớn

I Các thông số cho trước:

- Ô tô con, cầu trước chủ động

- Trọng lượng bản thân G0 = 1575 kg

- Trọng tải ô tô: 7 chỗ

- Tốc độ lớn nhất Vmax = 160 km/h

- Số vòng quay ứng với công suất cực đại nN = 5600 v/ph

- Hệ số cản lớn nhất của đường mà ô tô có thể khắc phục ψmax = 0,25

- Hệ thống truyền lực cơ khí

II Các thông số chọn:

- Hiệu suất của hệ thống truyền lực ηtl = 0,95

- Hệ số cản không khí K = 0,025 (kG.s2/m4)

- Hệ số cản lăn f0 = 0,018

- Ψv = fv = 0,018.(1+44,44

2

1500 ) = 0,041

- Ψmax = 0,25

III Các thông số tính toán:

- Công suất động cơ

- Tính tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

- Các đại lượng đánh giá chất lượng kéo của ô tô

PHẦN A :THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH

I Các kích thước cơ bản của ô tô :

- Kích thước bao ngoài : Lo x Bo x Ho = 4585 x 1760 x 1750 (mm)

- Chiều dài cơ sở L: 2750 (mm)

- Chiều rộng cơ sở: 1510 x 1510 (mm)

- Khoảng sáng gầm xe: 176 (mm)

- Số chỗ ngồi: n = 7

II.Bố trí động cơ và hệ thống truyền lực:

- Động cơ đặt trước,cầu sau chủ động (F-R)

- Công thức bánh xe: 4  2

- Cầu trước dẫn hướng

III.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng

1 Trọng lượng xe thiết kế :

G = Go + n.(A + Gh)

Tong đó :

Go : Trọng lượng bản thân của xe

Gh: Trọng lượng của hành lý

A : Trọng lượng của 1 người

n : Số chỗ ngồi trong xe

G : Trọng lượng toàn bộ của ô tô (kG)

+ Tải trọng phân bố cầu sau

Đường kính vành bánh xe d = 15 (inch) = 381 (mm)

Chiều cao lốp H = B.65% = 205.0,65 = 133,25 (mm)

Bán kính thiết kế lốp r0 = H + d2 =323,75 (mm)

Bán kính làm việc trung bình của bánh xe : rbx = λ.r0

λ : Hệ số kể đến biến dạng của lốp, chọn λ = 0,95

rbx = 307,5 (mm) = 0,3075 (m)

PHẦN B :TÍNH TOÁN SỨC KÉO

I xây dựng đường đặc tính ngoài

- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ của các đại lượng công suất , mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm :

+ Đường công suất Ne = f(ne)

+ Đường mô men xoắn Me = f(ne)

+ Đường xuất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ge = f(ne)

1 Xác định công suất của động cơ theo điều kiện cản chuyển động

1

❑(G*f*Vmax + K*F*V max3 )

-Trong dó : G - tổng trọng lượng của ô tô = 2170KG

Vmax - vận tốc lớn nhất của ô tô 160(km/h=44.44 (m/s)

K- hệ số cản khí động học, chọn K = 0,025 (kG.s2/m4) =0.25(N.s2

/m4

¿

F - diện tích cản chính diện F = 0.78.B0.H =0.78*1.76*1.75 = 2.4(m2)

η tl - hiệu suất của hệ thống truyền lực chọn η tl = 0,95

f : là hệ số cản lăn của đường ( chọn f0 =0,018 với đường nhựa bê tông tốt ).Vậy ta có f = f0 (1 + )= 0.041 Vì v = 160 > 80 km/h

Vậy ta có :

Nv= 0.951 (2170*10*0.041*44.44 + 0.25*2.4*44.443) = 95680 W =132 (HP)

2 Xác định công suất cực đại của động cơ

Công suất lớn nhất của động cơ: : Nemax=

nN =5600 v/p : số vòng quay của trục khuỷu động cơ ứng với Nemax= 135 (HP)

Với động cơ xăng chọn λ =1.1

3 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.

-Tính công suất động cơ ở số vòng quay khác nhau :

Sử dụng công thức Lây-Đec-Man:

N e=N emax.[a n e

n eN+bλ.( n e

n eN)2−cλ ( n e

n eN)3] (mã lực)

Trong đó Ne max và Nn là công suất cực đại và số vòng quay tương ứng

Ne và ne công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính ngoài của động cơ

- Tính mô men xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với vòng quay

ne khác nhau : Me = N emax

⍵ eN ¿kG.m)

λ| = là các đại lượng ne và nn đã biết ( với λ| = 0,2; 0,4 … 0,9;1: 1,1)

Bảng 1: thông số đặc tính ngoài động cơ

21.187

18.475

Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ

Ne Me

Nhận xét :

Trị số công suất Nemax ở trên chỉ là phần công suất động cơ dùng để khắc phục các lực cản chuyển động Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cần tăng thêm phần công khắc phục các sức cản phụ, quạt gió, máy nén khí,… Vì vậy phải chọn công suất lớn nhất là:

Nemax = 1,1xNemax = 1.1*135=148.5(HP)

-ta có : Me = N emax

⍵ N ¿

II Xác định tỷ số truyền của truyền lực.

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực chính trong trường hợp tổng quát được xácđịnh theo công thức :

it = ih if io

Trong đó : ih là tỷ số truyền lực chính

if là tỷ số truyền của hộp số phụ

io là tỷ số truyền của truyền lực chính

1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính.

i0 được xác định trên cơ sở đảm bảo tốc độ chuyển động cực đại của ô tô ở số truyền cao nhất trong hộp số

i0 = 0,377

rb= 0,3075 m : bán kính động lực học của bánh xe (m)

ihn = 1 : tỷ số truyền của tay số cao nhất

vmax : vận tốc lớn nhất của ô tô 160( km/h)

nv : số vòng quay của động cơ khi ô tô đạt tốc độ lớn nhất

- Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục đước

sức cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động

- sử dụng phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô chuyển động ổn định ở tay số

1 Tỷ số truyền ở tay số 1 được xác định sao cho ở M emaxcủa đọng cơ thì ô tô

chuyển động với tốc độ v = const trên đường có hệ số cản tổng cộng Ψmax điều kiện đó được biểu thị bằng phương trình :

G ϕ : trọng lượng phân bố ở cầu chủ động

ϕ = 0,8 : hệ số bám của mặt đường tốt

rb : bán kính làm việc trung bình của bánh xe

m k= 1.3

ihI ≤ 1.3∗868∗0.8∗O.307521.3∗4.46∗0.95 = 3.85(2)

Từ (1) và (2) ta chọn lấy ih1 = 1.9

2.2.3.Xác định tỷ số truyền của các tay số trung gian

- Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo cấp số nhân.

Công bội được xác định theo biểu thức;

q=n−1√ ih1

ihn

Trong đ: n - số cấp trong hộp số; n= 5

ih1 - tỷ sổ truyền tay số 1, i

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

Từ hai công thức trên ta sẽ xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+Tỷ số truyền của tay số II

i hII= i h 1

q( 2−1 )

=

1.9 1.174= 1.6

+Tỷ số truyền của tay số III là :ih3 = i hIII= i h1

q( 3−1)= 1.9

1.1742=1.4

+Tỷ số truyền của tay số IVlà :ih4

1 (4 1)

h i

q 

1.1743= 1.2+ Tỷ số truyền tay số 5 là : ih5= 1:

-Tỷ số truyền tay số lùi : i1= 1,2.ihi= 1,2* 1.9=2.28

Kiểm tra tỷ số truyền tay số lùi theo điều kiện bám Pkl ¿ P ϕ =G ϕ ϕ

Vậy il = 2.28 < 3.85 là thỏa mãn điều kiện

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số :

Bảng 2: bảng tỷ số truyền của các tay số

38.2284

45.87408

61.16544

68.81112

76.4568

84.10248

V số 18.144 27.216 45.36 54.432 72.576 81.648 90.72 99.792

62.2608

83.0144

93.3912

103.768

114.1448

V số

4 24.192 36.288 60.48 72.576 96.768

108.864

120.96

133.056

V số

5 29.12 43.68 72.8 87.36 116.48 131.04 145.6 160.16

3.đánh giá chất lượng kéo bằng phương pháp đồ thị

3.1 Cân bằng công suất của ô tô

3.1.1 Phương trình cân bằng công suất

Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động

Nk = Nf ± N i ± N j +Nw

Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động

Nk = Ne – Nr = Ne η t = Ne η t

Nr công suất tiêu hao cho tổn thất cơ khí trong hệ thống truyền lực

η t = 0,95 hiệu suất truyền lực.

Nf công suất tiêu hao cho lực cản lăn

v : vận tốc chuyển động của ôtô

δ j : hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay.

g : gia tốc trọng trường

Tuy nhiên trong phương trình chỉ cần xác định thanh phần Nk ,Nf,Nw

Ta thấy đường biểu diễn Nf là đường bậc nhất qua gôc tọa độ nên chỉ cần xácđịnh 2 điểm

Nf0 = 0 và

max

( ) 270

f

V

- Đường biểu diễn đồ thị Nw là đường cong

- Các đồ thị Nk-v theo các số truyền

- Bảng 4: Tính công suất của động cơ

29.75

4

46.55475

80.156

119.016

125.8133

128.25

125.5568

38.2284

45.87408

61.16544

68.81112

76.4568

84.10248

83.0144

93.3912

103.768

114.1448

120.96

133.056

V số

5 29.12 43.68 72.8 87.36 116.48 131.04 145.6 160.16

- Xét ô tô chuyển động trên đường bằng : Nc = Nf + Nw

-Ta có bảng tính sau

f 0.018 0.018 0.018 0.018 0.024 0.026 0.028 0.029

5.49936

8.97264

15.8227

19.0226

23.4125

25.4144

0.05991

0.97398

4.23032

9.78678

13.3759

19.9663

22.9868

2.23071

6.47334

13.203

25.6095

32.3985

43.3788

48.4012

0.03

2 0.034 0.038 0.041

125.446

3.1.2 Đồ thị cân bằng công suất

Nhận xét:

Trên đồ thị, đoạn nằm giữa Nk và (Nf + N) là công suất dư Công suất dư này để khắc phục các công cản công lên dốc, công suất cản tăng tốc

3.3.Xác định chỉ tiêu về lực kéo của ô tô:

1 Phương trình cân bằng lực kéo:

- Pi : Lực cản lên dốc Pi =G.sin α

- Pw : Lực cản không khí, Pw=

2

* *13

α : Góc dốc của đường

- i=tg α :Độ dốc của đường

- f : Hệ số cản lăn của đường

Bảng 6: Tính lực kéo P K theo tốc độ ô tô

Me(KG.

20.509 5

21.187

19.662 2

18.475

15.085 5

Pk1

515.7932

538.0257

555.8117

551.3652

515.7985

484.6678

444.6494

395.7379

V số 1

15.29136

22.93704

38.2284

45.87408

61.16544

68.81112

76.4568

84.10248

Pk2

434.53

468.2438

464.4978

434.5346

408.3086

374.595

333.3896

V số 2 18.144 27.216 45.36 54.432 72.576 81.648 90.72 99.792

Pk3

380.0665

396.4486

409.5544

406.2779

380.0703

357.1314

327.6435

291.6027

V số 3

20.7536

31.130

62.2608

83.0144

93.3912

103.768

114.1448

Pk4

306.1373

319.3329

329.8894

327.2503

306.1405

287.6635

263.9115

234.8812

V số 4 24.192 36.288 60.48 72.576 96.768

108.86

133.056

Pk5

282.9362

295.1317

304.8881

302.449

282.9391

265.8624

243.9105

217.0803

75 58 58 18 95 2 95 95

Pf+Pw 39

40.56375

49.0358

65.7158

85.7318

96.55295

114.1712

121.573

140.755

2 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô

Nhận xét:

Trục tung biểu diễn lực Pk, Pf, P Trục hoành biểu diễn vận tốc của ô tô theo

km/h

* Đường PK5 (lực kéo khi xe chạy ở số truyền 5) cắt nhau với đường biểu diễn lực

cản (Pf, P) tại A dóng xuống ta được Vmax =160 km/h

Đồ thị Pf là đường thẳng // với trục hoành khi V < 80km/h và là đường cong bậc 2

khi V > 80km/h

Khoảng cách từ Pf + P đến Pki là lực kéo dư để khắc phục các lực cản khác.

3 Giới hạn của đồ thị D theo điều kiện bám

Ψ ≤ D ≤ Dφ

Trong đó Ψ = f ± tgα

D ≥ Ψ là điều kiện cần thiết khi ô tô chuyển động ở vận tốc của các số truyền khác

- Điều kiện D ≤ Dφ là giới hạn của nhân tố động lực học D theo điều kiện bám

Dφ được xác định theo biểu thức :

- Dφ = = -

- Gx : Khối lượng của ô tô ở tảI trọng đang tính Gx = Go + Gex

- Khối lượng của ô tô ở trạng tháI không tải

- Gex : Tải trọng của ô tô ở trạng thái đang tính

- Trị số của α1 được biểu diễn theo các góc thứ nguyên ( 00) khi :

Gx < G suy ra tgα1 < 1 , α1<450 ( non tải)

Gx = G suy ra tgα1 =1 , α1= 450 ( đầy tải)

Gx > G suy ra tgα1 >1 , α1> 450 ( quá tải)

-Đồ thị nhân tố động lực học Dx (cũng gọi là đồ thị tia) được biểu diễn kết hợp với đồ thị D.Phần bên phải là đồ thị D khi ô tô chở đầy tải ,phần bên trái là đồ thị biểu diễn nhân tố động lực học khi xe chở tải thay đổi Dx hoặc φx ( trục hoành ) , trục tung biểu thị nhân tố động lực học D khi đầy tải

-Lập bảng giá trị nhân tố động lực học ;

38.2284

45.87408

61.16544

68.81112

76.4568

84.10248Pk1 539.92 563.19 581.81 577.15 539.92 507.33 465.44 414.24

9.680384

17.20957

21.78086

26.88995

32.53684

D1

0.2482

72

0.258324

0.264748

0.261122

0.240191

0.222887

490.1464

486.2252

454.8558

427.4076

392.1172

348.9842

Pw2

1.5143

42

3.407269

9.464636

13.62908

24.22947

30.66542

37.85854

45.80884

D2

0.2088

52

0.216939

0.221133

0.21724

0.197474

0.181602

0.161736

0.137876

83.0144

93.3912

103.768

114.1448

Pk3

397.84

45

414.9931

428.7118

425.282

397.8445

373.8366

342.9695

305.2427

Pw3

1.9812

75

4.457868

12.38297

17.83147

31.7004

40.12081

49.53187

59.93356

D3

0.1823

46

0.189008

0.19136

0.187051

0.16746

0.152178

0.13324

0.110644

Pk4

320.45

72

334.2702

345.3203

342.5577

320.4573

301.1193

276.2563

245.868

Pw4

2.6921

63

6.057367

16.82602

24.22947

43.07461

54.5163

67.30408

81.43794

D4

0.1463

28

0.151007

0.150706

0.1457

0.111457

0.093594

0.072511

V số

5 29.12 43.68 72.8 87.36 116.48 131.04 145.6 160.16

282.93

62

295.1317

304.8881

302.449

282.9391

265.8624

243.9105

217.0803

Pw5

3.9006

82

8.776535

24.37926

35.10614

62.41092

78.98882

97.51706

117.9956

D5

0.1284

31

0.131609

0.12829

0.121793

0.099125

0.082952

0.063555

0.040933

2 Đồ thị nhân tố động lực học D x khi tải trọng thay đổi

3.5 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô

1.Xác định gia tốc của ô tô :

a.Biểu thức xác định gia tốc

J = *g-Khi ô tô chuyển động trên đường bằng ( α = 0 ) suy ra:

Jm = * g

45.87408

61.16544

68.81112

76.4568

84.10248

D1

0.2482

72

0.258324

0.264748

0.261122

0.240191

0.222887

0.2010

f 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018

0.024366

j1

1.9809

73

2.061559

2.112519

2.082908

1.91348

1.773672

1.597126

1.383849

0.221133

0.21724

0.197474

0.181602

0.161736

0.137876

0.025407

0.026963

j2

1.6006

68

1.665488

1.690762

1.651217

1.467761

1.323859

1.145163

0.931673

83.0144

93.3912

103.768

114.1448

D3

0.1823

46

0.189008

0.19136

0.187051

0.16746

0.152178

0.13324

0.110644

f 0.018 0.018 0.018 0.018 0.0242 0.0258 0.0276 0.0297

1.427146

1.234882

1.08895

0.909832

0.697512

D4

0.1463

28

0.151007

0.150706

0.1457

0.111457

0.093594

0.072511

0.026428

0.028666

0.031168

0.033934

j4

1.1274

63

1.162932

1.14169

1.08496

0.87931

0.73038

0.550721

0.340331

0.12829

0.121793

0.099125

0.082952

0.063555

0.040933

0.024869

0.030211

0.033454

0.037079

0.041086

j5

0.9870

79

1.007181

0.950111

0.872938

0.621326

0.44687

0.2399

- Đồ thị gia tốc

Nhận xét:

Vmax = 160km/h

- Ở tốc độ của ô tô Jvmax = 0.0007 khả năng tăng tốc của xe gần như bằng không

- khả năng tăng tốc cao nhất là ở tay số 1 : j max =2.115

2 Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc.

1 Biểu thức xác định thời gian tăng tốc

38.2284

45.87408

61.16544

68.81112

76.4568

84.10248

j1

1.9809

73

2.061559

2.112519

2.082908

1.91348

1.773672

1.597126

1.383849

1/j1

0.5048

02

0.48507

0.473369

0.480098

0.522608

0.563802

0.626125

0.722622