BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

A/ NHỮNG THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHỌN I/ Những liệu cho theo thiết kế phác thảo Chủng loại ôtô, loại động đặc điểm hệ thống truyền lực; Tải trọng chuyên chở (G c), Vận tốc lớn V max giá trò hệ số cản tổng cộng ψVmax đường; Hệ số cản lăn (f) (imax) phải vượt hệ số bám đường (ϕ); Sơ đồ bố trí HTTL trọng lượng phân bố lên trục bánh xe; II/ Những thông số chọn tính chọn Trọng lượng ô tô (tự trọng hay trọng lượng thiết kế) Hệ số khai thác KG theo bảng 1.2 KG = Gc/G0 Gc: tải trọng chuyên chở; Go: tự trọng ô tô Bảng 1.2 Loại ô tô Ô tô cỡ nhỏ, trọng lượng toàn < 1,5 Ô tô cỡ trung, trọng lượng toàn từ 1,5 – Ô tô cỡ lớn, trọng lượng toàn >8 Đoàn xe (rơ moóc, bán rơ moóc) (1.1) KG chọn theo bảng 1.3 KG 1,15 1,15 ÷ 1,00 0,80 ÷ 0,75 0,75 ÷ 0,70 Hệ số cản lăn theo vận tốc 80km/h, tính theo công thức Iacolev Đurakov: f = f0 (1 + V2/1500 ) (1.2) đó: f0 : giá trò hệ số cản lăn vận tốc 80 km/h chọn theo bảng Hệ số dạng động học K, nhân tố cản động học W diện tích cản diện F F = m B H; (1.3) B- Chiều rộng sở ô tô (m) H- Chiều cao toàn ô tô (m) m- Hệ số điền đầy, chọn theo loại ô tô, ô tô tải ô tô bus m = 1,00-1,10 ; ô tô ô tô tải nhẹ, m = 0,90 ÷ 0,95 Hiệu suất hệ thống truyền lực, chọn theo loại ô tô - Đối với ô tô tải nhẹ, ηt = 0,85 ÷ 0,90 - Đối với ô tô tải nặng khách ηt = 0,83 ÷ 0,85 - Đối với ô tô nhiều cầu chủ động ηt = 0,75 ÷ 0,80 Tính chọn trọng lượng toàn ô tô chọn lốp xe Trọng lượng xe đầy tải: Ga = Go + A.n + Gh ; (1.4) Ô tô Ga = Go + A.n + Gh; (1.5) Tính chọn lốp xe bán kính làm việc trung bình: Gb = Gi/ nbi ; chọn lốp theo sổ tay tùy tải trọng tốc độ xe rb = λ r0 ; (1.10) Lốp áp suấp thấp: λ = 0,930 – 0,935; áp xuấp cao: λ = 0,945 – 0,950 B/ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ Xác đònh NVmax động chế độ vận tốc cực đại Vmax ô tô N V max = (G ψ V max Vmax + K F Vmax ) /(1000.η t ) ; (kW); (1.11) Chọn động xây dựng đường đặc tính động a)Xây dựng đường đặc tính lý tưởng Nemax động chọn theo công thức thực nghiệm Leidecman: Nemax = NV/[a(nV/nN)+b(nV/nN)2-c(nV/nN)3] ; kW (1.13) - nN : số vòng quay động chọn thời điểm N emax Động xăng phận hạn chế số vòng quay: nN = nV/(1,1÷1,3); - Động xăng có phận hạn chế số vòng quay nN = nN = nV/(0,8÷0,9) - động diesel: nN = nV - a,b,c hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào loại động phương pháp hình thành hỗn hợp đốt, chọn theo bảng 1.5  Điểm hạn chế số vòng quay động xăng điểm bắt đầu làm việc điều tốc động diesel - Điểm hạn chế số vòng quay động xăng : số vòng quay thiết kế n v công suất đònh mức động (n v) , số vòng quay sau hạn chế n o–nv =300÷500 vòng/phút - Điểm bắt đầu làm việc điều tốc động diesel số vòng quay thiết kế nN = nV công suất đònh mức động (N N = NV) , số vòng quay sau điều tốc no lấy lớn nN khoảng giá trò (300 ÷ 500) vòng / phút  Điểm có số vòng quay chạy không tải động cơ, thường chọn khoảng 500 ÷ 800 vòng / phút (động cao tốc lấy đến 1000 vòng/phút) Sau có điểm trên, vẽ đồ thò Ne = f(ne) theo công thức : Ne = Nemax [a(ne/nN)+b(ne/nN)2-c(ne/nN)3]; (1.13) Ne = K Nemax ; K =[a(ne/nN)+b(ne/nN)2-c(ne/nN)3] ; 10 N e Me = f(ne) công thức M e = , (Nm); 1,047 ne (1.14) (1.15) (1.15b) Lập bảng biến thiên bảng (1.6) Bảng (1.6) 1,3 nN Ne (v/ph) 0,2 nN 0,3 nN 0,4 nN … 1,1nN 1,2 nN K Ne = K.Nemax Me Các ý xây dựng đường đặc tính : • Kiểm tra hình dạng đường đặc tính, có điểm uốn hay gãy khúc phải kiểm tra lại tính toán điều chỉnh kòp thời • Đây đường đặc tính “ngoài sử dụng” thành lập để đảm bảo động lực học kéo ô tô Trong thực tế, động ô tô làm việc xe phải cung cấp lượng cho trang thiết bò phụ khác (quạt gió, máy nén khí, máy phát điện….), chọn động cho ô tô, phải chọn động có công suất cao công suất tính toán từ 15% - 20% • Đồ thò đặc tính sử dụng loại động vẽ hình 1a,b,c • Sau xây dựng xong đường đặc tính động cơ, phải kiểm tra tiêu sau đây: - Hệ số thích ứng động cơ: KM = Memax/MN; Đối với động diesel vận tải không dùng cấu hiệu chỉnh K = 1,1 đến 1,15, động xăng K = 1,2 ÷ 1,45 - Hệ số đàn hồi động Kn = nM/nN Đối với động diesel Kn= 0,55 ÷ 0,75; động xăng Kn = 0,45 ÷ 0,65 b)Chọn động xác đònh đường đặc tính thực tế Căn đường đặc tính lý tưởng, tiến hành kiểm tra nhân tố động lực học ô tô chế độ V max xem có thỏa mản điều kiện chọn trước (D Vmax = ψVmax) hay không Nếu không thỏa mãn, điều chỉnh thông số công thức 1.11 - Lập đường đặc tính thiết kế (lấy giá trò đặc tính sử dụng tăng lên 15% - 20%) động lý tưởng - Lựa chọn động có đặc tính thiết kế xấp xỉ đặc tính lý tưởng M(Nm) N [kW] Nn N[kW) Nmax Me (Nm) M NM Mmax M M P0 Mm Ce C Ce 0 nmin M max Mn p Ne Nm N Ce [g/kW.h] M Nmax Ce nM nec nn nmax n ηp nmin nM nec a/ nn nmax n(v/p) b/ Hình 1: Đồ thò đặc tính sử dụng loại động - Trường hợp độc/ng chọn không tham khảo đặc tính thiết kế cần xây dựng đồ thò theo công thức Leidecman C/ TÍNH CHỌN TỈ SỐ TRUYỀN CỦA CẦU CHỦ ĐỘNG π nv rb i0 = ; 30.iht i pc Vmax D/ XÁC ĐỊNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỘP SỐ (1.16) Tỉ số truyền hộp số tay số (ih1) Lực kéo tiếp tuyến lớn bánh xe chủ động ô tô thắng lực cản tổng cộng lớn đường PKmax> Pψmax M e max ic i h1 η t ≥ Ga ψ max ; (17) rb Ga ψ max rb hay ihl = ; M e max i0 i pc η t - Lực kéo tiếp tuyến phải thỏa mãn điều kiện bám (tránh tượng trượt quay bánh xe chủ động) PKmax < Pϕ ϕ r m G (1.18) ih1 ≤ M e max b i0 i pc b η t ; - đó: ψmax = f ÷ imax : hệ số cản tổng hợp đường Tỉ số truyền tay số trung gian Chọn số tay số i Chọn phương pháp phân bố tỉ số truyền hợp lý Trên ô tô sử dụng phương pháp phân bố tỉ số truyền sau: ♦ Phân bố theo cấp số nhân: cho phép đạt giá trò công suất trung bình tất tay số thời gian tăng tốc, khoảng vận tốc tay số tăng dần tay số cao, loại cần số phù hợp cho ô tô có vận tốc lớn n −1 i i Công bội q cấp số lược tính: q = h1 ; (1 19) hn (n số cấp hộp số ) hộp số có i hn số truyền tăng (được chọn sẳn) tỉ số truyền lại (n – 1) xác đònh hộp số (n-1) cấp tỉ số truyền tay số trung gian : ihm = ih1 q − ( m −1) = n −1 i − ( n−m) ; h1 ( 1.20 ) Đối với loại ô tô có truyền lực trực tiếp cầu chủ động hộp số tùy theo điều kiện kết cấu để bố trí tay số cao ihn khác 1, tay số lại tính ♦ Phân bố theo cấp số điều hòa: tạo khoảng biến thiên vận tốc đồng tay số công suất động tăng dần tay số cao phù hợp với ô tô cần lượng dự trữ công suất lớn i h1 − ; Hằng số điều hòa tính G = ( n − 1) ih1 1− a ihn-2 = − 2a ihn-1 = ………………………………… ihm = ; − ( n − m) a Tỉ số truyền tay số lùi hộp số phụ (1.21) Tay số lùi: dùng từ đến số lùi tùy theo loại ô tô khả bố trí chung hộp số, thường chọn: ihR = ( 0,8 – 1,3 ).ih1; (1.22) Hộp số phụ: Thường có hai cấp, số truyền cao i pc chọn với i0 Số truyền thấp int xác đònh cho ô tô leo độ dốc lớn (28 o– 32o) không bò trượt quay chạy đường có hệ số bám (ϕ) thấp ϕ x rb m Gb ψ max Ga rb ≥ i pt ≥ ; M e max i0 ih1 η t M e max i0 i h1 η t (1.23) ψmax = f + tg (29o ÷ 32o) ϕx : hệ số bám đường lầy lội Sau tính ipt , cần kiểm tra vận tốc nhỏ ô tô gài số phụ thấp theo công thức: π ne rb Vmin = = (0,83 ÷ 1,39), (m/s) ; (1.24) 30 i h1 ic i pt đó: E/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT CỦA Ô TÔ Phương trình cân công suất ô tô Ne = Nr + Nf ± Ni + NW ± Nj + Nmk + N0 ; (1.25) Trong đó: - Ne - công suất động Nr = Ne (1 – ηt) - công suất tiêu hao ma sát hệ thống truyền lực, Ne : công suất động ô tô, kW ; Nf = fGVcosα /1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn, kW; Ni = GVsinsα /1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc, kW; - NW = KFV /1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí, kW; - Nj = G/g) δi.J.V/1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính, kW; - NmK =Pmk.V/1000 - công suất tiêu hao để thắng lực cản moóc kéo, kW; N0 = 0,1047.M0 n0 - công suất tiêu hao phận thu công suất, kW; Trong điều kiện đường bằng, xe chạy ổn đònh, không kéo moóc không trích công suất, cân công suất tính: Ne = Nb + Nf + NW + Nd = Nf + NK Nd = Ni ± Nj + NmK + N0 công suất dự dùng để leo dốc, tăng tốc kéo moóc, truyền công suất ô tô làm việc giá trò NK: Công suất kéo ô tô bánh xe chủ động tính : NK = Ns – Nr = Ne ηt = Nf + NW + Nd ; (1.26) Khi lập đồ thò, phải tính toán vận tốc ô tô tay số theo số vòng quay/ rb ne động thích ứng Vi = 2πnerb/ (60it) = 0,1047 , (m/s); (1.27) i0 ihi i pc Vi = vận tốc tay số có tỉ số truyền ihi Lập bảng chế độ vận tốc tay độ theo ne (bảng 1.7) Bảng 1.7 Ne Vhi Vh2 Vhn Đồ thò cân công suất ô tô xây dựng hệ trục tọa độ, trục tung bao gồm Ne, NK, Nf, NW ; trục hoành vận tốc V Để lập đồ thò dễ dàng, nên lập bảng 1.8 Đồ thò cân công suất ô tô thể hình H.3 - Đồ thò cân công suất ô tô với tay số (các đường Na đồ thò công suất dư Kết hợp số liệu tính toán bảng 1.7 bảng 1.8 cho ta đồ thò cân công suất ô tô thể hình Bảng 1.8 ne Vh1 Nb2 NK1 NW1 Nf1 Vh2 N Ne, Nk (kW) N e1 Ne2 Ne4 Ne3 e Nk1 Nk2 d Nk4 Nk3 Nf + N w c b Nf a Vmax (m/s) Hình 3: Đồ thò cân công suất ô tô với tay số (đoạn cd biểu thò công suất dư giá trò vận tốc đó) Sử dụng đồ thò cân công suất ô tô nghiên cứu vấn đề sau: - Vận tốc lớn tay số - Độ dốc lớn mà ô tô khắc phục tay số: Vẽ đường đặc tính N K = NW tay số tương ứng, dựng đường thẳng qua gốc tọa độ tiếp truyền với đường cong này, độ dốc cực đại ψmax = tg βmax Ngoài tính khả tăng tốc kéo moóc ô tô - Lựa chọn tay số chế độ chuyển động hợp lý theo loại đường cho trước - Nghiên cứu mức độ sử dụng công suất động phù hợp loại đường sá chế độ chuyển động khác F/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO CỦA Ô TÔ Phương trình cân lực kéo ô tô: PK = Pf ± Pi + PW ± Pj + PmK Trong đó: Pf = f.G.cosα - lực cản lăn, N PW =K.F.V - lực cản gió, N (1.28) Pi = G.sinα G Pj = ⋅ δ j ⋅ j g PmK - lực cản lên dốc, N - lực cản tăng tốc, N - lực kéo moóc kéo, N Lực kéo bánh xe chủ động PK tính: M e i h i o i pc η t = M e i h C1 , N PK = rb i o i pc η t C1 = - số tính toán, N rb (1.29) (1.30) Trong điều kiện tính toán, cân lực kéo chuyển dạng ô tô chuyển động đường bằng: PK = Pf + PW + Pd Lực kéo dư Pd = ± Pi ± Pj ± PmK dùng để leo dốc, tăng tốc kéo moóc Đồ thò cân lực kéo xây dựng theo vận tốc V, sở bảng tính (1.9) cho tay số i Bảng 1.9 Vi Me PKi Pf PW Pdi Đồ thò cân lực kéo ô tô thể hình Pk (N) Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pf + Pw Va Pd4 Pf Vmax V (m/s) Hình 4: Đồ thò cân lực kéo ô tô có tay số (đoạn Pd4 lực kéo dư xe chạy với vận tốc Va tay số 4) Khảo sát ứng dụng đồ thò: - Xác đònh vận tốc lớn ô tô tay số - Xác đònh độ dốc lớn đường mà ôtô vượt tay số vận tốc cho trước - Nghiên cứu xác đònh chế độ cân lực loại đường có f i khác - Lựa chọn chế độ chuyển động hợp lý ô tô loại đường cho trước G/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ Nhân tố động lực: P − PW Pd + Pf = D= K = (Pd+Pf)/G ; (1.31) G G Pd+Pf = Pf ±Pi±PJ +Pm Và theo chế độ vận tốc Vi đãõ có, tiến hành lập bảng 1.10 để tính D tay số Bảng 1.10 Vh1 D1 ……… Vhn Dn Đồ thò nhân tố động lực học: Khi ô tô chuyển động với tải trọng thay đổi, đặc tính động lực học thay đổi, áp dụng đồ thò tia để khảo sát, đồ thò tia xây dựng phía bên trái đồ thò D (hình 5), tia có góc nghiêng góc tọa độ với: D G tgα = = x ; (1.32) Dx G α - góc nghiêng tia ứng với số phần trăm tải trọng sử dụng so với tải đònh mức xe D Dx - nhân tố động lực học ô tô tải đònh mức Gt tải Gtx Gx - trọng lượng toàn ô tô tải Gtx: Gx = Go + Gtx Gtx - tải trọng ô tô Nếu ô tô khách hay ô tô Gtx tính theo số hành khách chuyên chở Bảng 1.11 để tính góc tia α Bảng 1.11 α (Gtx/Gt ),% Gtx Gx tgα =Gx / G 10 20 40 60 80 100 120 140 … Sử dụng đồ thò đặc tính động lực học ô tô xác đònh: 1- Vận tốc lớn ô tô tay số, tải trọng khác 2- Độ dốc lớn đường mà ô tô khắc phục tay số tải trọng khác 3- Lựa chọn chế độ chuyển động thích hợp loại đường cho trước với tải trọng cho trước 4- So sánh đặc tính động lực loại ô tô khác Q tải 1,00 1,6 1,8 D D1 0,6 Non tải D2 0,4 D3 Dx D4 f α Vmin Hình 1.5: Đồ thò đặc tính động lực học D đồ thò tia D V max V, m/s x K/ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ Đặc tính tăng tốc ô tô dùng để đánh giá chất lượng động lực học ô tô chuyển động không ổn đònh, tiêu gia tốc, quãng đường thời gian cần thiết để tăng tốc khoảng vận tốc xác đònh Đồ thò gia tốc ô tô Gia tốc ô tô chuyển động không ổn đònh tính g j = (D - ψ ) ; δi (1.32) Khi tính gia tốc đường (đường độ dốc, i=0); ψ = f δi: hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng quay, tính theo công thức kinh nghiệm δi = 1,03 + a i 2h (1.33) a = 0,05 ÷ 0,07: ô tô tải nhẹ a = 0,04 ÷ 0,05: ô tô tải trung, tải nặng ô tô khách Vì D hàm số vận tốc, nên j hàm tương tự, số truyền khác Theo vận tốc, ta lập bảng tính toán 1.12 Từ số liệu bảng này, lập đồ thò gia tốc j = f(V) gia tốc ngược 1/j = f (V), đồ thò gia tốc ngược dùng để tính thời gian quãng đường tăng tốc, biểu diễn hình 1.6 1.7 Bảng 1.12 Vi Di ji Vmin 0,9 Vmax i 1/j Đồ thò thời gian quãng đường tăng tốc a)Thời gian tăng tốc tính: V2 dV V1 j t= ∫ (1.34) Dùng phương pháp tích phân đồ thò gia tốc ngược để tính thời gian tăng tốc Trên đồ thò 1/j = f(V), chia trục hoành khoảng vận tốc (1,4 ÷ 2,8) m/s tính diện tích phần đường đường cong 1/j nằm khoảng vận tốc chọn ∆Fi (mm2), tiến hành lập bảng tính toán 1.13 Bảng 1.13 Khoảng ∆ Vi , m/s ∆ Fi Σ∆ Fi Thời gian tăng tốc t (giây) 1,4 ÷ 2,8 2,8 ÷ 5,6 5,6 ÷14 ∆ F1 ∆ F1 t1 ∆ F2 ∆ F1 + ∆ F2 t2 ∆ F3 ∆ F1 + ∆ F2 + ∆ F3 t3 Các giá trò ti tính sau: t1 = ∆F1.A.B t2 = (∆F1+∆F2).A.B t3 = (∆F1+∆F2 +∆F3).A.B …………… tn=t3 = (∆F1+∆F2 +…+∆Fn).A.B; (1.35) Trong đó: tn - Tổng thời gian tăng tốc (giây) A - tỉ lệ xích vận tốc: A = (m/s)/mm = m/(mm.s) B- tỉ lệ xích gia tốc ngược: 1/j =(s2/m)/mm Cần ý Vmax j= 0, η1/j = ∞, khoảng Vi lập đến V= 0,9Vmax b) Quãng đường tăng tốc ôtô tính theo công thức: t (s) s (m) t s s V0 0,9 Vmax V (m/s) Hình 1.8: Đồ thò thời gian quãng đường tăng tốc Vn S = ∫ V.dt V1 (1.36) Kết tính đưa vào bảng 1.13 Từ kết vẽ đồ thò t = f(V) hình1.8 Sử dụng đồ thò t = f(V) dùng phương pháp tích phân đồ thò hình 1.8, tính phần diện tích ∆ F đường cong khoảng tung độ ∆ ti tương ứng với ∆ Vi lập bảng 1.14 Các giá trò Si tính sau: S1 = ∆F1 A.C ; S = (∆F1 + ∆F2 ) A.C 10 (1.37) S n = ( ∆F1 + ∆F2 + + ∆Fn ) A.C Trong đó: C - tỉ lệ xích thời gian tăng tốc (s/mm) Khoảng ∆ Vi m/s Khoảng ∆ ti (giây) ∆ Fi (mm2) Σ ∆ Fi (mm ) S (m) Bảng 1.14 1,4 ÷ 2,8 ∆ t1 ∆ F1 ∆ F1 2,8 ÷ 5,6 ∆ t2 ∆ F2 ∆ F1+ ∆ F2 5,6 ÷ 14 ∆ t3 ∆ F3 S1 S2 S3 … Sn Sau theo bảng 1.14 lập đồ thò S = f(V) từ V0 đến 0,9 Vmax hình 1.8 Trong thực tế có ảnh hưởng thời gian chuyển số số truyền đến trình tăng tốc, đồ thò thực tế thời gian tăng tốc quãng đường tăng tốc có dạng hình 1.9, với ∆Vc tốc độ giảm vận tốc chuyển động sang số ∆Vc = ψ.g.tc/δi ; (m/s) tc - thời gian chuyển số: t (s) ôtô có động xăng: tc = (0,5 ÷1,5) s; ô tô có động Diesel: tc = (1,0 ÷ 4) s S (m) g = 9,81 m/s2 - gia tốc trọng trường; Ψ - hệ số cản tổng cộng đường; Quãng đường xe chạy thời gian chuyển số tính: Sc = ∆ Vc.tc , (m) Vđ: vận tốc bắt đầu chuyển số (m/s), Thời gian tăng tốc ô tô đại (10 ÷ 15) giây, xe buýt tải (25÷40) giây Quãng đường tăng tốc ô tô đời khoảng (400÷900) m 11 V t III IV S II I ∆Vc 0,9 Vmax Hình 1.9: Đồ thò t S có tính đến giảm tốc độ chuyển động sang số V (m/s) [...]... tô có động cơ xăng: tc = (0,5 ÷1,5) s; ô tô có động cơ Diesel: tc = (1,0 ÷ 4) s S (m) g = 9,81 m/s2 - gia tốc trọng trường; Ψ - hệ số cản tổng cộng của đường; Quãng đường xe chạy được trong thời gian chuyển số được tính: Sc = ∆ Vc.tc , (m) Vđ: vận tốc ở khi bắt đầu chuyển số (m/s), Thời gian tăng tốc ở ô tô con hiện đại là (10 0 ÷ 15) giây, xe buýt và tải là (25÷40) giây Quãng đường tăng tốc của ô. .. chuyển số được tính: Sc = ∆ Vc.tc , (m) Vđ: vận tốc ở khi bắt đầu chuyển số (m/s), Thời gian tăng tốc ở ô tô con hiện đại là (10 0 ÷ 15) giây, xe buýt và tải là (25÷40) giây Quãng đường tăng tốc của ô tô đời mới khoảng (400÷900) m 11 V t III IV S II I ∆Vc 0,9 Vmax Hình 1.9: Đồ thò t và S có tính đến sự giảm tốc độ chuyển động khi sang số V (m/s)