Bài tập lớn lý thuyết ô tô

Bài tập về tính toán sức kéo, gia tốc, thời gian và quãng đường ô tô bằng cách tính về phân bố tải trọng lên các cầu xe, sau đó dựa vào kết quả tính toán để vẽ đồ thì đặc tính. Từ đó dựa vào đường đặc tính để suy ra Momen, lực kéo, gia tốc, nhân tố động lực học, thời gian, quãng đường ô tô chạy.

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô-TÔ

TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô-TÔ TẢI

Đề 55: Tính toán sức kéo ô tô tải

Tải trọng toàn bộ : 54500 N

BxH : 1950x2150

Động cơ : Điezen

nmax : 2550 v/ph

Vmax : 100 km/h

rb : 0.4 m

α: 16

ƒ: 0.02

Dùng loại lốp : 9.00-20

I CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI

a Chọn động cơ

Theo đề bài cho động cơ là động cơ diezen 4 kỳ buồng cháy trực tiếp có số vòng quay cực đại nmax = 2550 (v/ph)

Tính công suất cần thiết của động cơ

-Khi xe chạy trên đường có hệ số cản cao nhất : Trường hợp này bánh xe phải

có momen kéo cực đại Do ta chưa biết số vòng quay tại Memax (tức nM) và cũng không biết được vận tốc của xe trong trường hợp này, do đó chưa xác định được công suất động cơ Cho nên vị trí này ta không chọn

-Khi xe chạy ở vận tốc cực đại Vmax : Trường hợp này động cơ phải có số vòng quay cực đại nếu ta xác định được công suất động cơ tại vị trí này ta được

1 điểm trên đường công suất đây là cơ sở để xác định các vị trí khác trên đường công suất

Tại vị trí Vmax xe chạy trên đường bằng và tốt khi đó công suất kéo(tại bánh xe) chỉ khắc phục 2 công suất cản : công suất cản lăn Nf và công suất cản không khí Nw

Ta có Nf,Nw trong trường hợp này bằng:

Nƒ=GƒVmax

Nῳ=1/2CρAV3

max

Trong đó :

ρ-là mật độ không khí :ρ=1,24 kg/m3;

C-là hệ số khí động của ô tô,với ô tô tải thì C=0.6-0.85

A-là diện tích chính diện của xe (m2) : xe tải A=BH

Với B-là chiều rộng cơ sở của xe; H-là chiều cao của xe

ηt-là hiệu suất của hệ thống truyền lực: hệ thống truyền lực cơ khí :ηt=0.8-0.85 Trong trường hợp Nv tính bằng kW, Vmax tính bằng km/h ta dung công thức sau để tính công suất cực đại

N v =(

GfV max

3,6 103 +

ρCA V3max

93,3 103 )

1

ηtt

G-là trọng lượng toàn bộ của xe: G=54500 N

f= 0,02;Vmax= 100 km/h ; ρ=1,24 kg/m3 , C=0,7 ; ηt=0,85;t=0,85;

A=BxH=1,95x2,15=4,193 m2;

Thay số vào ta có: N v = (

54500.0,02.100

3,6.103 +

1,24 0,7.4 ,193.1003

1

0,85 = 81,51

kw

b.Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Gọi nN là số vòng quay của động cơ ứng với công suất cực đại Nemax

Do ta sử dụng động cơ diezen nên ra có N v =N e max =81,51 kw

n N =n max =2550 v/ph

Ta biết công suất tại 1 điểm đặc biệt của động cơ là Nemax-nN nên ta có thể tính được công suất tại các điểm khác bằng công thức sau (công thức Laydecman):

N e = N emax [a n e

n N+b(n e

n N)2−c(n e

n N)3]

Trong đó: Ne là công suất tại số vòng quay bất kỳ ne

Do là động cơ diezen 4 kỳ buồng cháy trực tiếp nên:

+ a=0,5 ;b=1,5 ;c= 1

N e max = 81,51 kw

nN=2550 v/ph

Khi biết Ne và ne ta có thể tính ra momen xoắn trên trục động cơ Me theo công thức :

M e =

103 N e(kw)

ω e(1s) =

104 N e(kw)

1 , 047 n e(v/ ph)

Từ đó ta lập đươc bảng giá trị của n e ; N e ; M e Bảng 1:

n e (v

/ph)

N e

(kw)

M e

(Nm)

230,75 243,55 255,28 266,24 289,44 312,05 319,78 323,78

n e (v/

ph)

N e

(kw)

M e

(Nm)

324,02 322,74 317,35 315,39 313,24 305,30 287,39 246,54

Từ bảng giá trị trên ta tiến hành vẽ đường đặc tính ngoài của động cơ

II TÍNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL)

1.Chọn số cấp số truyền

Trên HTTL càng nhiều cấp số ta càng dễ chọn được vị trí làm việc thích hợp với điều kiện đường xá, do đó ta chọn cấp số truyền là n=5

2.Tính tỉ số truyền của các cấp số

-Khi xe chạy trên đường có hệ số cản cực đại (ψ max ) : để xe chạy được trên đường có hệ số cản cực đại thì bánh xe chủ động phải có momen kéo cực đại ( M

k max ) Mặt khác ta lại có :

M k = M e i t ηt=0,85; t

Cho nên để có M k max thì HTTL phải ở vị trí có tỉ số truyền lớn nhất i t max

Như vậy tỉ số truyền cực đại của HTTL có thể tính được từ điều kiện khắc phục lực cản lớn nhất của đường lúc này vận tốc xe không bị rang buộc

-Khi xe chạy với vận tốc cực đại (V max ):

Ta có : V=

ω e

i t r b

Cho nên để có Vmax thì HTTL phải ở vị trí tỉ số truyền nhỏ nhất (i t min ) như vậy tỉ số truyền cực tiểu của HTTL có thể tính được từ điều kiện xe chạy với vận tốc cực đại lúc này xe phải chạy trên đường bằng có hệ số cản nhỏ nhất

Sau khi tính tỉ số truyền cực đại, cực tiểu và các cấp số của HTTL, ta tính tỉ số truyền của các tay số trung gian

a Tính tỉ số truyền cực đại i t max

Như đã nói ở trên, i t max được tính theo điều kiện xe khắc phục sức cản lớn nhất của đường: ta có điều kiện khắc phục lực cản lớn nhất của đường :

M e max i t max

r b ηt t≥Gψmax

suy ra : i t max ¿

Gψmaxr b

M e max ηt t

trong đó : G- là trọng lượng toàn bộ của ô tô : G= 54500 N;

ψ max =f + i max = f + tan α max = 0,02 + tan 16o

= 0,02 + 0,287 =0,307

Theo đề bài cho ta có r b =0,4 m nên :

M emax là momen cực đại của động cơ, tra bảng 1 ta có M emax = 322,88 Nm

Thay vào ta có i t max≥

Gψmaxr b

M e max ηt t=

54500 0 ,307 0,4 322,88 0 , 85 =24 ,39

Tỉ số truyền cực tiểu i t min :

Áp dụng công thức 1.11 : i t min=0 , 377

n e max (v / ph)

Vmax(km/h) r b (m)

n e max=2550 (v/ ph) ; Vmax =100 (km/h) Thay vào ta có :

i t min=0 ,377

2550

100 0,4=3, 85

Tính tỉ số truyền của các số trung gian :

Ta đã có tỉ số truyền cao nhất và thấp nhất của HTTL, bây giờ ta sẽ tính các tỉ số truyền của các tay số trung gian

Chọn quy luật phân bố tỉ số truyền là cấp số nhân

Tính công bội : áp dụng công thức 3.20 :

a =

n−1

√i t max

i t min=

4

√24 ,39 3, 85 =1 ,586 >1 Sau khi có công bội a, áp dụng điều kiện 1.13,ta tính được tỉ số truyền các số như sau:

i t5=i t min=3,58 ; i t 4=i t 5 a=3,85.1,586=6,11 ; i t3=i t 4 a=6,11.1,586=9,69 ;

i t1=i t max=24 ,39

; i t 2=i t 3 .1,586=9,69.1,586=15,37

Ta tính vận tốc xe ở các tỉ số truyền :

Áp dụng công thức 3.27 : V =0,377

n e

i t r b=0 ,377n e

i t 0,4=0 ,1508

n e

i t

Ta lập bảng để tính các giá trị vận tốc V Bảng 2:

V 1

(km/h)

V 2

(km/h)

V 3

(km/h)

V 4

(km/h)

V 5

(km/h)

V 1

(km/h)

V 2

(km/h)

V 3

(km/h)

V 4

(km/h)

V 5

(km/h)

III XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Để xây dựng đồ thị cân bằng công suất cho xe ta phải đi xác định các công suất sau đây :

+Công suất động cơ Ne : Lấy số liệu trong bảng 1

+Công suất kéo Nk : Nk=ηt=0,85; t Ne trong đó ηt t là hiệu suất truyền lực : ηt t=0 ,85

( đã chọn trong phần I)

+Công suất cản lăn : Dùng công thức N f=

GfV cosα

3,6 trong đó α= 16o

Nhìn vào công thức tính công suất cản lăn ta thấy đường công suất cản lăn theo vận tốc xe là một đường thẳng (tuyến tính) do vậy ta chỉ cần tính 2 điểm là đủ:

Điểm thứ nhất là gốc tọa độ (V=0)

Điểm thứ hai lấy tại vị trí V max ta có:

N f 2=

GfV max cosα

3,6 =

54500.0,02.107,41.cos16 o

3,6 =31262w=31 ,26 kw

+Công suất cản không khí : sử dụng công thức sau với N w tính bằng kw ta có :

N w=

ρ CAV 3

93,3.103=

1,24.0,7.4,193.V3 93,3.103 =0,000039V

3

Từ đó ta có thể lập bảng các giá trị công suất như sau ( bảng 3) :

n e (v/

ph)

N e

(kw)

N k

(kw)

V 1 (k

m/h)

V 2 (k

m/h)

V 3 (k

m/h)

V 4 (k

m/h)

V 5 (k

m/h)

N f (k

w)

N w (k

w)

n e (v/

ph)

N e

(kw)

N k (k

w)

V 1 (k

m/h)

V 2 (k

m/h)

V 3 (k

m/h)

V 4 (k

m/h)

V 5 (k

m/h)

N f (k

w)

31,26

N w (k

w)

Từ số liệu của bảng 3 ta có thể vẽ được đồ thị cân bằng công suất

IV XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO CHO Ô TÔ

Để xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo cho ô tô từ các số liệu đã tính ở trên ta phải xác định các lực sau:

Lực kéo : Áp dụng công thức ta có lực kéo tại các tay số :

P ki=

M e i ti ηt t

r b

Với r b =0,4 và các giá trị tỉ số truyền tại các tay số lấy kết quả ở phần II ta tính được :

P k 1=51,83 Me

; P k 2=32,66 Me

; P k 3=20,59 Me

P k 4=12,98Me

; P k 5=8,18 M e Lực cản lăn : áp dụng công thức ta có P f=Gf =54500.0,02=1090 N

Lực cản không khí : áp dụng công thức ta có

P w=

1

25,92 ρCF k V2= 1

25,92 1,24.0,7.4 ,19.V

2=0,1403V2

Các số liệu tính toán được thể hiện trong bảng 4 :

M

e(Nm)

230,75 243,55 255,28 266,24 289,44 312,05 319,78 323,78

V1(km/h) 3,09 3,71 4,33 4,95 6,49 8,66 9,89 11,13

V2(km/h) 4,91 5,89 6,87 7,85 10,30 13,74 15,7 17,66

w 2(N )

V3(km/h) 7,78 9,34 10,89 12,45 16,34 21,79 24,9 28,01

P k 3(N ) 4751 5015 5256 5482 5960 6425 6584 6667

P w 3(N ) 9 12 17 22 37 67 87 110

V4(km/h ) 12,34 14,81 17,28 19,74 25,91 34,55 39,49 44,43

P k 4(N ) 2995 3161 3314 3456 3757 4050 4151 4203

P w 4(N ) 21 31 42 55 94 167 219 277

V5(km/h) 21,06 25,27 29,49 33,7 44,23 58,97 67,4 75,82

P k 5(N ) 1888 1992 2088 2178 2368 2553 2616 2649

P w 5(N ) 62 90 122 159 274 488 637 807

V1(km/h) 12,36 12,98 14,22 14,53 14,84 15,77

V2(km/h) 19,62 20,6 22,57 23,06 23,55 25,02

V3(km/h) 31,12 32,68 35,79 36,57 37,35 39,68

P w 3(N ) 136 150 180 188 196 221

V4(km/h ) 49,36 51,83 56,77 58 59,23 62,94

V5(km/h) 84,25 88,46 96,88 98,99 101,09 107,41

P k 5(N ) 2650 2640 2596 2580 2562 2497

P w 5(N ) 996 1098 1317 1375 1434 1619

Từ số liệu đó ta có thể dựng được đồ thị cân bằng lực kéo cho ô tô

V XÂY DỰNG ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC CHO Ô TÔ

Sử dụng công thức D =

P k−P w

G và lấy kết quả các số liệu P k , P w đã được tính ở

bảng 4,ta có bảng kết quả sau : (bảng 5)

V1(km/h) 3,09 3,71 4,33 4,95 6,49 8,66 9,89 11,13

V2(km/h) 4,91 5,89 6,87 7,85 10,30 13,74 15,7 17,66

V3(km/h) 7,78 9,34 10,89 12,45 16,34 21,79 24,9 28,01

V4(km/h ) 12,34 14,81 17,28 19,74 25,91 34,55 39,49 44,43

V5(km/h) 21,06 25,27 29,49 33,7 44,23 58,97 67,4 75,82

V1(km/h) 12,36 12,98 14,22 14,53 14,84 15,77

V2(km/h) 19,62 20,6 22,57 23,06 23,55 25,02

V3(km/h) 31,12 32,68 35,79 36,57 37,35 39,68

V4(km/h ) 49,36 51,83 56,77 58 59,23 62,94

V5(km/h) 84,25 88,46 96,88 98,99 101,09 107,41

Xây dựng đồ thị tia :

Gx(N)

tgα

α

Từ kết quả ởbảng 5 và 6 ta có thể vẽ được đồ thị nhân tố động lực học với các tải trọng khác nhau của ô tô

VI XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC CHO Ô TÔ

Từ các số liệu cần thiết tính trong các bảng 1,2,3,4,5,6 ta đi tính các δ i

δ i1=1, 05+0 ,0015 i

t12=1 , 05+0 , 0015 24 , 392=1, 94

δ i2=1, 05+0 ,0015 15 ,372=1,4

δ i3=1,05+0,0015.9,692=1,19

δ i4=1 ,05+0, 0015 6 ,112=1, 12

δ i5=1,05+0,0015 3,852=1,07

Và sử dụng công thức D−f =

jδδ i

g thay các giá trị của D từ bảng 5 và các giá trị

δ i vừa tính được ta tính được các giá trị j sau đó ta lập bảng sau : ( bảng 7)

V1(km/h) 3,09 3,71 4,33 4,95 6,49 8,66 9,89 11,13

V2(km/h) 4,91 5,89 6,87 7,85 10,30 13,74 15,7 17,66

J2

V3(km/h) 7,78 9,34 10,89 12,45 16,34 21,79 24,9 28,01

J3

V4(km/h) 12,34 14,81 17,28 19,74 25,91 34,55 39,49 44,43

J4

V5(km/h) 21,06 25,27 29,49 33,7 44,23 58,97 67,4 75,82

J5

V1(km/h) 12,36 12,98 14,22 14,53 14,84 15,77

V2(km/h) 19,62 20,6 22,57 23,06 23,55 25,02

J2

V3(km/h) 31,12 32,68 35,79 36,57 37,35 39,68

J3

V4(km/h) 49,36 51,83 56,77 58 59,23 62,94

J4

V5(km/h) 84,25 88,46 96,88 98,99 101,09 107,41

J5

Từ kết quả bảng 7 ta có thể vẽ được đồ thị gia tốc ô tô