Giáo trình lý thuyết ô tô đặng quý

I rv -ầ -^ M 116 Qu BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯ0ÌMG ĐẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÔ Hồ CHÍ MINH NĂM XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN ĐẶNG QUÝ GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT Ô TÔ ThS ĐẶNG QUÝ GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT Ô TỒ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LỜ I NÓ I Đ Ầ U Nen công nghiệp chế tạo ô tô giới ngày phát triển mạnh mẽ Ở Việt Nam, thời gian không lâu từ tình trạng lắp ráp xe nay, tiến đến tự chế tạo ô tô Bởi vậy, việc đào tạo đội ngũ cử nhân, kỹ sư có trình độ đáp ứng đòi hỏi ngành công nghệ chế tạo sửa chữa ô tô nhiệm vụ quan trọng cấp bách Để phục vụ cho mục đích lâu dài nêu trước mắt để đáp ứng cho chương trình đào tạo theo hướng công nghệ ô tô, khoa Cơ khí Động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM phân công cán giảng dạy biên soạn giáo trình “Lý thuyết ô tô” dùng cho hệ đại học Giáo trình có 11 chương bao gồm vấn đề khảo sát động học chuyển động thẳng, quay vòng phanh ô tô, khảo sát tượng dao động, ổn định đánh giá tính kinh tế nhiên liệu ô tô Học phần sở cho việc đánh giá chất lượng động lực học chuyển động ô tô, cho ứng dụng vận hành, khai thác tính toán thiết kế động học động lực học mẫu xe “Lý thuyết ô tô” học phần chuyên ngành quan trọng năm cuối Bởi vậy, trước học môn này, sinh viên phải học trước học phần sau: “Cơ lí thuyết”, “Kết cấu ô tô”, “Nguyên lý động đốt trong” Mục tiêu học phần cung cấp cho sinh viên phương pháp công cụ đê khảo sát đặc tính động học động lực học chuyển động ô tô; trang bị cho sinh viên sở lý thuyết phục vụ cho học phần chuyên ngành khác như: “Kết cấu tính toán ô tô”, “Phân phối công suất ổn định chuyển động ô tô”, “Tự động điều khiển ô tô” Do trình độ thời gian có hạn, giáo trình có nhiều chỗ chưa hoàn thiện thiếu sót Rất mong độc giả bạn đọc góp ý để lần tái sau có chất lượng nội dung tốt Tôi xin chân thành cám ơn! Người biên soạn: GVC ThS Đặng Quý KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO c BẢN Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Hệ số chuyển đổi đơn vị V đơn vị cũ Chiều dài m inch = 2,54 cm = 0,0254 m Vận tốc dài V m/s lm / s = 3,6 km / h Vận tốc góc co rad / s Số vòng quay n v g /p h Gia tốc j m / s2 Gia tốc góc £ rad / s2 Lực F N Trọng lượng G N Khối lượng m kg p suất q N /m IN / m2 = lPa = 10'5kg / cm2 ứ ng suất N /m lM N /m 2« k g /cm Mômen quay M Nm lNm » kgcm « ,1 kgm Công L J 1J = lNm « 0,1 kgm Công suất p w 1W = 1J/S «0,1 kgm/s 1W « 1/736 m l(m lực) Nhiệt độ T K T = t + 273° (T: độ Kenvin, t: độ Xenxiut) Nhiệt lượng Q J 1J « 2,4.10'3kcal Nhiệt dung riêng c J / kgđộ lJ/kgđộ « 2,4.10'3kcal/kgđộ Thời gian t s IN * 0,1 kg 10 3N * 102kg « 0,1 Chương CÁC NGUÒN NĂNG LƯỢNG DÙNG TRÊN Ồ TÔ Mục đích: Trong chương này, khảo sát đặc tính động theo quan điểm coi động nguồn sức kéo ô tô Các phân tích phần lớn tập trung vào loại động đốt kiểu piston Mục tiêu: Sau học xong chương này, sinh viên có khả năng: ❖ Trình bày yêu cầu động dùng ô tô ❖ Nêu khái niệm đặc tính công suất động ❖ Vẽ đường đặc tính động đốt ô tô ❖ Áp dụng công thức S.R.Lây Đécman để xây dựng đường đặc tính động ❖ Trình bày đặc tính tiêu hao nhiên liệu hiệu suất động ❖ Vẽ giải thích đường đặc tính lý tưởng động dùng ô tô 1.1 NHỮNG YÊU CẦU ĐÓI VỚI ĐỘNG c DÙNG TRÊN Ô TÔ Động dùng ô tô phải đáp ứng yêu cầu sau: □ Cung cấp cho xe công suất cần thiết đủ để khắc phục lực cản chuyển động thay đổi vận tốc xe theo yêu cầu □ Phải có hiệu suất lớn Ũ Lượng nhiên liệu tiêu hao tốt □ Có khối lượng thể tích nhỏ □ Phải có độ bền độ tin cậy cao làm việc □ Tạo điều kiện dễ dàng cho công việc bảo dưỡng sữa chữa □ Phải giảm tối đa lượng khí thải độc hại tiếng ồn □ Có giá thành thấp để tăng tính cạnh tranh thị trường 1.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG c ĐÓT TRONG 1.2.1.Đặc tính công suất Để xác định lực mômen tác dụng lên bánh xe chủ động ô tô, cần phải nghiên cứu đặc tính công suất động đôt loại piston Đặc tính công suât mô tả quan hệ công suât pe hai thành phần mômen M e tốc độ góc e (hay số vòng quay n e) Thông thường biểu diễn qua đặc tính tốc độ mômen M e(e) hay đặc tính tốc độ công suất pe (e) M ối quan hệ Pe, M e, e biểu diễn theo công thức: P e = M ée ( 1) Me - Mômen xoắn động pe - Công suất động e - Vận tốc góc động Thông thường hay sử dụng đặc tính pe, M e(e) động làm việc chế độ cung cấp nhiên liệu lớn nhất, thường gọi đặc tính Chế độ danh định điểm ừên đặc tính ngoài, thông thường ỏng với công suất cực đại, lúc thông số có ký hiệu: Pemax, M ep, eP Chế độ mômen xoắn cực đại ứng với thông số pem, Memax, em ta có số khái niệm sau đây: Hệ số đàn hồi (thích ứng) động theo mômen: M emax M! ( 1.2 ) Memax - Mômen xoắn cực đại động Km - Hệ số thích ứng động theo mômen Đối với loại động cơ, hệ số thích ứng theo mômen có giá trị sau: □ Động xăng: Km= 1,1 -ỉ- 1,35 □ Động diesel phun đậm đặc: Km = 1,1 □ Động diesel có phun đậm đặc: Km= 1,1 ^-1,25 Hệ số đàn hồi (thích ứng) theo tốc độ: (1.3) Ở chế độ danh định, biết Kmthì: 1,15 Memax = Km MP = Kmi W ( ) We Ta xây dựng đường đặc tính cách thử động bệ thử điêu kiện thử xác định, công suât động bệ thử khác với công suất sử dụng thực tế động đặt xe Vì vậy, ta đưa thông sổ hệ sổ công suất hữu ích hp: P = P’hp (1.5) P’ - Công suất thử p - Công suất thực tế Với- hp = hp hp (1.6) hp = 0,92 0,96 - Đặc trưng cho sai biệt công suât thay đôi sô trang bị động thử hp - Đặc trưng cho ảnh hưởng môi trường thử Động diesel: hp = ^ „x u q I 293 Đông xăng: hp = —— , —- — p 0,101 V273 + Với: q (MPa), t (°C) áp suất nhiệt độ phòng thử Khi tính toán lực kéo mômen xoắn chủ động bánh xe, cần phải có đặc tính động đốt Đặc tính động cho trị số lớn mômen, công suất số vòng quay xác định Các trị số nhỏ mômen công suất nhận cách giảm mức cung cấp nhiên liệu Dưới đặc tính loại động khác nhau: p 'l co Hình 1.1: Đặc tỉnh động xăng không hạn chê sô vòng quay Động xăng phận hạn chế số vòng quay thường dùng cho xe du lịch Để giảm tải ữọng mài mòn, giá trị e max thường không vượt eP từ 10 20% Hình 1.2: Đặc tỉnh động xăng có hạn chế sổ vòng quay Động xăng có phận hạn chế số vòng quay thường dùng xe tải nhằm tăng tuổi thọ động cơ, thường chọn COe max = ( , -Ỉ-O ,9 )c p Hình 1.3: Đặc tính động diesel Động diesel dùng ô tô trang bị điều tốc Bộ điều tốc giữ cho chế độ làm việc động vùng tiêu hao nhiên liệu riêng c Chủ ý: Tiêu chuẩn thử động để nhận đường đặc tính nước khác, mà động thử nước khác cho giá trị công suất khác Khi đường đặc tính tốc độ động thực nghiệm, ta xây dựng đường đặc tính nói nhờ công thức kinh nghiệm S.R.Lây Đécman Việc sử dụng quan hệ giải tích công suất, mômen xoắn với số vòng quay động theo công thức Lây Đécman để tính toán sức kéo thuận lợi nhiều so với dùng đồ thị đặc tính thực nghiệm, việc sử dụng máy vi tính trờ nên phô cập Công thức S.R.Lây Đécman có dạng sau: P e = P ,'emax a— K (1.7) pe, ne - Công suất hữu ích động sổ vòng quay trục khuỷu ứng với điểm đồ thị đặc tỉnh ngoài; Pemax - Công suất có ích cực đại so vòng quay ứng với công suất nói a, b, c: Các hệ số thực nghiệm chọn theo loại động sau: Đối với động xăng: a = b = c = Đối với động điêden kỳ: a = 0,87 ; b = 1,13 ; c = Đối với động điêden kỳ có buồng cháy trực tiếp: a = 0,5 ; b = 1,5 ; c = Đối vói động điêden kỳ có buồng cháy dự bị: a = 0,6 ; b = 1,4 ; c = Đối với động điêden kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a = 0,7 ; b = 1,3 ; c = Cho trị số ne khác nhau, dựa theo công thức (1.7) tính công suất Pe ương ứng từ vẽ đồ thị Pe = f(ne) Có giá trị pe ne tính giá trị mômen xoắn động theo công thức sau: x, Me = lo4pc l,047ne — ; -— Me ( 1.8) Pe - Công suất động ( kW) ne - Sổ vỏng quay trục khuỷu ( v/ph) Me - Mômen xoan động (N.m) Cỏ giá trị pe, M e tương ứng với giá trị ne ta vẽ đồ thị pe = f(n e ) đồ thị M e = f (ne) Như vậy, sau xây dựng đường đặc tính tốc độ động cơ, có sở để nghiên cứu tính chất động lực học ô tô 1.2.2 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hiệu suất động Ctf Tính kinh tế động làm việc đánh giá qua thông số sau : □ Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo khối lượng, ký hiệu Q □ Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo thể tích, ký hiệu Qy Q=Qv.p (1.9) p - Khối lượng riêng nhiên liệu (kg/m3) Q - Có đơn vị kg/s, g/s, kg/h Qv - Có đơn vị m3/s, cm3/s, dm3/s □ Tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng q (kg/J, g/MJ, g/kWh) ( 10) Chuyển đổi đơn vị: lg/MJ=3,6g/kWh=2,65g/m.l.h Hiệu suất động đánh giá thông qua trình biến đổi hóa thành Hiệu suất biến đổi hóa thành xác định: r r = — ỉ— *1= — = — Ph Hn Q H n q Ph 10 - (1.11) Là hóa nâng động tỉnh đơn vị thời gian Phương trình đặc tính hệ phương trình (11.12) phương trình trùng phương có dạng: Giải phương trình (11.13) ta biểu thức để tính tần số dao động liên kết sau: ^ 1,2 ~ 'yíi _ \ 2ụ - p , p 2)L ((,C0|2 + O l (022 )2 0)2 ) ± - J ( (,001 f+ p j P 2G)l20)22 (1 1.14) co, Hình 11.9: Sơ đồ dao động độc lập ô tô cầu trước Biểu thức cho thấy dao động ô tô phức tạp gồm hai dao động điều hoà có tần số dao động liên kết Q ivàQ 2- Tần số dao động liên kết ô tô phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà trước hết phụ thuộc vào thông số cấu tạo ô tô khối lượng treo, tọa độ trọng tâm phần treo, bán kính quán tính phần treo, độ cứng hệ thống treo Trường hợp = p,2= 0, dao động xảy cầu xe độc lập lẫn nhau, phương trình dao động ô tô đơn giản nhiều (hình 11.9) Phương trình dao động xe cầu trước có dạng: M |Z ị+ C ,Z != (1 01.15) Tần số dao động riêng tính biểu thức: (11.16) 202 Khi phương trình (10.15) có dạng: z , + C0i2 Zj = (11.17) Nghiệm phương trình có dạng: Z j= AsinOịt Như dao động có quy luật theo hàm số sin điều hòa với chu kỳ dao động: (11.18) Số lần dao động phút tính theo biểu thức: 300 (11.19) fti - Độ võng tĩnh hệ thống treo cầu trước Đối với ô tô du lịch độ võng tĩnh đầy tải có giá trị khoảng 20-^25 cm, xe tải từ -í- 12 cm xe khách từ 11 đến 15 cm Dao động cầu sau ta xét tương tự 11.3.2 Dao động tự ô tô có lực cản Nếu kể tới thành phần cản, tức hệ thống treo xe có lắp ống giảm chấn để dập tắt dao động phát sinh xe chạy sơ đồ tính toán biểu diễn hình (11.10) Khi hệ thống treo có lắp giảm chấn thủy lực, lực cản giảm chấn thủy lực vận tốc bình thường tỉ lệ với vận tốc dao động Phương trinh dao động trường họp có dạng: M,z, + K,Z, +Clz, =0 Ta đăt: M, ( 11.20) = 2h = (0? M, 203 Hình 11.10: Sơ đồ dao đông tự tắt dần ô tô Phương trình (11.20) có dạng: Zj + 2h1z1+to,2z, = (11.21) hi - Hệ số tắt chấn động Để giải phương trình (11.21) ta đưa hệ số tỉ lệ tắt chấn động V|/, : V, = è m, ( 11.22) Hệ số thể mối tương quan hai đại lượng đặc trưng cho hệ thống treo hệ số cản giảm chấn hệ số cứng phận đàn hồi ( nhíp, lò xo ) Đây thông số quan trọng hệ dao động xe Phương trình đặc tính phương trình vi phân (11.21) có dạng: A.^+2hjA, + G)^ = Nghiệm cùa phương trình đặc tính là: \ 2=-h,±7hf-G )f (11.23) Kêt toán tùy thuộc vào nghiệm số phương trình (11.23) Cỏ ba trường hợp sau xảy 11.3.2.1 Trường hợp thứ nhất: h, > CÛ, tức \|/j >1 Đặt: ß^hf-cof (11.24) Í2| - Tần sổ dao động xe có phận cản cầu trước 204 ff>, - Tần sổ dao động riêng cầu trước Nghiệm phương trình dao động (11.21) có dạng: z, =A e-h|t.sh (íy + p0) (11.25) Nghiệm phương trình (11.21) trường hợp cho thấy hệ thống treo có lắp thành phần cản với đại lượng đặc trưng hệ số cản K dao động dập tắt, với Vị/, > trình dập tắt theo quy luật hình sin hypecbol, trình dập tắt đột ngột, cần tránh thiết kế hệ thống treo ô tô 11.3.2.2 Trường hợp thứ hai: h, = Cừ, tức y, = Nghiệm phương trình đặc tính nghiệm kép nghiệm phương trình dao động ( 11.21) có dạng sau: z, = e “h',.(A1+ A 2t) (11.26) Ớ đây, trình dập tắt dao động có quy luật hình sin hypecbol Trong thiết kế hệ thống treo cần tránh trường hợp 11.3.2.3 Trường hợp thứ ba: h, < co, tức V|/j < Trường hợp này, nghiệm phương trình đặc tính nghiệm phức và nghiệm phương trình dao động (11.21) có dạng: 205 Z, = A.e h|1.sin(f2]t + (p0) (11.27) Quá tình dập tắt dao động trường hợp theo quy luật hình sin điều hòa, trình dập tắt từ từ êm dịu (hình 11.11) Như thiết kế hệ thống treo ô tô, phải chọn < V|/, < Nếu chọn \|/, « thời gian dập tắt dao động lâu lực cản để dập tắt dao động bé Neu chọn V|/, » 1thì trình dập tắt dao động nhanh đột ngột theo quy luật hình sin hypecbol Thông thường ô tô hệ số tỉ lệ tắt chấn động có giá trị ừong khoảng Vị/, = 0,15 -ỉ- 0,3 (xem hình 11.12) Hình 11.12: Vùng sử dụng hệ số tỉ lệ tắt dao động 208 TÀI LIỆU THAM KHÂO Tác giả fTP > » » A Tài liệu [1] GYC TS Lâm Mai Long Ô tô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM - 2006,157 trang [2] GVC MSc Đặng Quý Ô tô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM - 2006, 224 trang [3] GVC MSc Đặng Quý Tính toán thiết kế ô tô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM - 2001, 279 trang [4] GVC MSc Đặng Quý Ô tô (Dùng cho hệ cao đẳng) Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM - 2007,273 trang [5] GVC MSc Đặng Quý Ô tô (Dùng cho hệ đạl học chuyển tiếp) Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM - 2008, 262 trang [6JGVC.TS Lâm Mai Long Cơ học chuyển động ô tô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM — 2Ó01,112 trang Thiết kế tính toán ô tô, máy kéo [7] Nguyễn Hữu cẩn, Phan Đình Kiên Nhà xuất Đại học THCN Hà Nội - 1984, Tập 1,2 3; 648 trang [8] Thái Nguyễn Bạch Liên Kết cấu tính toán ô tô Nhà xuất Giao thông vận tải Hà Nội 1984,212 trang Motorová vozidla [9] Prof Ing M Apetaur, DrSc Doc Ing V Stejskal, Nhà xuất SNTL Praha - Czech Republic CSc - 1988, Tập 1,2,3,4 5; 895 trang [10] Prof Ing M Apetaur, DrSc Vypoctové metody ve stavbe motorových vozidel Nhà xuất CVUT Praha - Czech Republic - 1984, 178 trang 207 - - -[11] Prof Ing Frantisek Vlk, [11.1] Teorie vozidel Nhà xuất SNTL Praha - 1982, 235 DrSc trang [11.2] Dynamika motorových vozidel, 472 trang [11.3] Podvozky motorových vozidel, 356 trang [11.4] Prevodová ustroji motorových vozidel, 214 trang [11.5] Karoserie motorových vozidel, 248 trang [11.6] Koncepce motorových vozidel, 193 trang [11.7] Ulohy z dynamiky motorových vozidel, Nhà xuất SNTL Praha - 2000, 143 trang [12] Prof Ing Petranek Jan, CSc Ústrojí automobilu Nhà xuất SNTL Praha - 1980, 579 trang [13] Prof Heidt P.M The automotive chassis The University of New York - 1962, 386 trang [14] Fenton, J Handbook of Automotive Powertrains and Chassis Design Professional Engineering Publishing, Ltd., Suffolk (UK) - 1998 [15] Fenton, J 'Handbook of Vehicle Design Analysis, Professional Engineering Publishing, Ltd., Suffolk (UK) - 1996 [16] Prof Ing Frantisek Vlk DrSc Stavba motorových vozidel Nhà xuất SNTL Praha - Czech Republic - 2003,499 trang 208 MỤC LỤC Trang Lòi nói đầu Ký hiệu CHƯƠNG 1: CÁC NGUÒN NĂNG LƯỢNG DÙNG TRÊN Ồ TO Mục đích - Mục tiêu 1.1 Những yêu cầu đối vói động dùng ô tô 1.2 Các đặc tính động đốt 1.2 1.Đặc tính công suất: 1.2.2 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hiệu suất động 1.3 Đặc tính lý tưởng động dùng ô tô khuynh hướng sừ dụng động điện 10 11 1.3.1 Đặc tính lý tưởng động dùng ô tô 11 1.3.2 Khuynh hướng sử dụng động điện 12 CHƯƠNG 2: s ự TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE 15 Mục đích - Mục tiêu 15 2.1 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực loại ô tô 15 2.1.1 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x2 16 2.1.2 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x4 18 2.1.3 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x4 18 2.1.4 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x6 19 2.2 Sự truyền biển đổi lượng hệ thống truyền lực 19 2.3 Sự biến đổi lượng hệ thống chuyển động 24 2.4 Sự tổn hao lượng truyền lượng xe 25 209 CHƯƠNG 3: C HỌC LẰN CỦA BẢNH XE 29 Mục đích - Mục tiêu 29 3.1 Các loại bán kính bánh xe 29 3.1.1 Bán kính thiết kế (bán kính danh định) ro 29 3.1.2 Bán kính tự r 30 3.1.3 Bán kính tĩnh rt 30 3.1.4 Bán kính động lực học r