Lý thuyết ôtô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ôtô có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả trong quá trình sử dụng. Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu…Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ôtô để vận dụng để tính toán sức kéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản của động cơ hay hệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể. Qua đó, biết được một số thống số kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc vủa ôtô khi kéo, từ đó hiểu được nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việc sau này.Nội dung bài tập lớn gồm 2 chương :CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔCHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔNội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Anh Ngọc .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CNKT Ô TÔ BỘ MÔN LÝ THUYẾT Ô TÔ ❧ ✪ ❧ BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ơ TƠ Tên đề tài: Tính tốn sức kéo ô tô Loại ô tô: Xe bán tải cầu Tải trọng/Số chỗ ngồi: chỗ ngồi Vận tốc chuyển động cực đại: Hệ số cản tổng cộng đường lớn nhất: Ψmax = Xe tham khảo: Toyota Fortuner 2.4G (4x2) Nhóm thực : Nhóm Lớp: CNKT Ơ TƠ Hệ: Chính quy Khóa: 11 Người hướng dẫn: GV Nguyễn Anh Ngọc Hà Nội 2018 Mục lục Lời Nói Đầu CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ƠTƠ 1.1.Xác định kích thước xe 1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn tính chọn: 1.3.Xác định trọng lượng phân bố trọng lượng lên ô tô CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN SỨC KÉO 2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngồi động 2.2 Xác định tỷ số truyền hệ thống truyền lực 11 2.2.1 Tỷ số truyền truyền lực 11 2.2.2, Tỷ số truyền hộp số 11 2.3.Xây dựng đồ thị 14 2.3.1.Phương trình cân lực kéo đồ thị cân lực kéo ơtơ 14 2.3.2.Phương trình cân công suất đồ thị cân công suất ôtô 16 2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học 18 2.3.4.Xác định khả tăng tốc ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc 20 2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc 22 2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược 23 2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc ơtơ 24 2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc ôtô 26 2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc quãng đường tăng tốc KẾT LUẬN 29 30 Lời Nói Đầu Lý thuyết ơtơ mơn sở then chốt chun ngành khí ơtơ có liên quan đến tính chất khai thác để đảm bảo tính an tồn, ổn định hiệu q trình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , động, êm dịu… Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô phần môn học, với việc vận dụng kiến thức học tiêu đánh giá khả kéo ôtô để vận dụng để tính tốn sức kéo động lực học kéo, xác định thong số động hay hệ thống truyền lực loại ôtô cụ thể Qua đó, biết số thống số kỹ thuật, trạng thái, tính khả làm việc vủa ơtơ kéo, từ hiểu nội dung, ý nghĩa tập góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục vụ cho môn học bổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việc sau Nội dung tập lớn gồm chương : - CHƯƠNG : THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ƠTƠ CHƯƠNG : TÍNH TỐN SỨC KÉO Ơ TƠ Nội dung tập lớn hoàn thành hướng dẫn thầy Nguyễn Anh Ngọc Nhóm thực Nhóm CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ƠTƠ 1.1.Xác định kích thước xe – – Ba hình chiếu xe – Các kích thước bản: STT Thơng số Ký hiệu Kích thước Đơn vị Chiều dài tồn L0 4795 Mm Chiều rộng toàn B0 1855 Mm Chiều cao toàn H0 1835 Mm Chiều dài sở L 2745 Mm Khoảng sáng gầm xe H1 219 Mm Vận tốc tối đa Vmax 170 Mm 1.2.Các thông số thiết kế, thơng số chọn tính chọn: a) Thơng số theo thiết kế phác thảo: – Loại động cơ: 2GD-FTV ,4 xy lanh, thẳng hàng, Common rail – Dung tích cơng tác: Vc = 2393 (cc) – Cơng suất tối đa: Pmax = 110(148)/3400 – nN = 3400 () – Mômen xoắn tối đa: – Vận tốc lớn nhất: – Hệ thống truyền lực: Mmax =400 (N.m) vmax = 180 (km/h) = 50 (m/s) + Dẫn động cầu sau (RWD) + Hộp số tay cấp b) Thông số chọn: – Trọng lượng thân: 1990 kg – Trọng lượng hành khách: 60 kg/người – Trọng lượng hành lí: 25 kg/người – Hiệu suất truyền lực: – Hệ số cản khơng khí: K=0,25 – Hệ số cản lăn V ⇨ Bán kính thiết kế bánh xe: r0=(B+ )*25.4 (mm) r0 = 265+ * 25,4 = 480.9 (mm) = 0,48 (m) ⇨ Bán kính động học bán kính động lực học bánh xe: rb = rk = λ.r0 với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ=0,930,95) Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,94 → rb = rk = 0,940,48 = 0,452 (m) - Diện tích cản diện: F = 0,8.B0.H0 = 0,8.1,855.1,835= 2,72 - Công thức bánh xe: 4x2 1.3.Xác định trọng lượng phân bố trọng lượng lên ô tô - Xe Toyota Fortuner 2.4G 2017 chỗ: + Tự trọng (trọng lượng thân): G0 = 1990 (kG) + Tải trọng (hàng hoá, hành lý, ): Gh = 25 (kG) → Trọng lượng: G = G0 + n.(A + Gh) + G0 – tự trọng + n – số người (n = 7) + A – khối lượng người + Gh – khối lượng hành lý ⇨ G = 1990 + 7.(60 + 25) = 2585 (kG) - Vậy trọng lượng toàn xe: G = 2585 (kG)= 25333 (N) - Phân bố trọng lượng: xe bán tải trọng tác dụng lên cầu sau (G2) chiếm từ 50% ÷ 60% - Chọn G1 = 55%G ⇨ G1 = 60% 2425 = 815,65 (kG)= 7993,4 (N) ⇨ G2 = (1 – 60%).2425 = 667,35 (kG)= 6540 (N) - Vậy G1 = 7993,4 (N); G2 = 6540 (N) CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN SỨC KÉO 2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ động - Các đường đặc tính tốc độ ngồi động đường cong biểu diễn phụ thuộc đại lượng công suất, mômen suất tiêu hao nhiên liệu động theo số vòng quay trục khuỷu động Các đường đặc tính gồm: + Đường cơng suất: Ne = f(ne) + Đường mômen xoắn : Me = f(ne) + Đường suất tiêu hao nhiên liệu động : ge = f(ne) - Ne = (Ne)max (CT 1-3 GT ) (1) Đặt λ = Đây động dầu diezel - (λ = 1,1 ÷ 1,25) Chọn λ = 1,1 (đối với động dầu) → (Ne)max = = (2) + Động dầu kỳ có buồng cháy phun trực tiếp: a =0,5 ; b =1,5 ; c =1 ( a, b, c hệ số thực nghiệm) + vmax = 180 () ⇨ vmax = 180 = 50 () + Nev = (CT 3-5 , tr 102) ● G = 2585 (kG) = 25333 (N) ● vmax = 50 () > 22 () Vậy hệ số cản lăn f tính: = = 0,04 ● ● ● ● K – hệ số cản khí động học ( chọn K = 0,25) F: diện tích cản diện : Hiệu suất truyền lực: = 0,9 (tr 15) Hệ số cản tổng cộng đường: = 0,4 → Nev = 148656,67 W ⇨ Nev = 149 (KW) - Vậy công suất động theo điều kiện cản chuyển động: Nev = 149 (kW) - Công suất cực đại động cơ: (2) → Nemax = 144 (kW) - Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngồi: + Tính cơng suất động số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman) (1) → Ne = (Ne)max (kW) Trong : - Ne max nN – cơng suất cực đại động số vòng quay tương ứng - Ne ne : công suất số vòng quay thời điểm đường đặc tính + Tính mơmen xoắn trục khuỷu động ứng với số vòng quay ne khác : Me = 9550 (N.m) + Lập bảng: - Các thông số nN; Ne ; Me có cơng thức tính - Cho λ = với λ = 0,1; 0,2; 0,3; ….; 1,1 - Kết tính ghi bảng: - Nhận xét : ● Trị số Me max xác định theo công thức Laydecman sau : Xuất phát từ công thức M e= ⇨ ⇨ ⇨ Memax ⇨ Memax= 158,83 (N.m) ● Trị số công suất Nemax phần công suất động dùng để khác phục lực cản chuyển động Để chọn động đặt ô tô, cần tăng thêm phần công khắc phục lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí … Vì vật phải chọn cơng suất lớn : Nemax = 1,1*Nemax = 1,1*79,82 = 87,802 (N.m) 2.2 Xác định tỷ số truyền hệ thống truyền lực - Tỉ số truyền hệ thống truyền lực : itl = i0 ih ic ip Trong : + itl – tỷ số truyền HTTL + i0 – tỷ số truyền truyền lực ne 600 ne/nN 0.1 1200 0.2 1800 0.3 2400 0.4 3000 0.5 3600 0.6 4200 0.7 4800 0.8 5400 0.9 6000 6600 1.1 Ne 8.7006 18.518 28.975 39.591 49.888 59.387 67.609 74.074 78.305 79.822 78.145 Nk v1 1.83 v2 1.94 v3 2.75 v4 3.89 v5 5.50 18 3.66 3.88 5.50 7.77 10.99 28 5.50 5.83 8.24 11.66 16.49 38 7.33 7.77 10.99 15.54 21.98 47 9.16 9.71 13.74 19.43 27.48 56 10.99 11.65 16.49 23.32 32.97 64 12.82 13.59 19.23 27.20 38.47 70 14.65 15.53 21.98 31.09 43.96 74 16.49 17.48 24.73 34.98 49.46 76 18.32 19.42 27.48 38.86 54.95 74 20.15 21.36 30.22 42.75 60.45 Bảng Công suất ô tô Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị theo bảng trên: – Xét ôtô chuyển động đường bằng: = Nf + Nw – ⇨ Lập bảng tính – v(m/s) – = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57) – 21.9 – ) Nc(Kn – – – 23 16.2 – – 32.9 19 – – 46.6 53.9 – 151 – Bảng Công cản ô tô ứng với tay số Hình Đồ thị cân công suất ôtô 2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học Nhân tố động lực học tỷ số hiệu số lực kéo tiếp tuyến Pk lực cản khơng khí Pw với trọng lượng tồn ôtô Tỷ số ký hiệu “D” D = = = = f + i + (CT 1-56,tr55) -Xây dựng đồ thị Di = (-KFv²) (CT 1-57,tr55) vi = - Đồ thị nhân tố động lực học thể mối quan hệ D với tốc độ chuyển động v ôtô đủ tải động làm việc đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v) - Lập bảng thể mối quan hệ D v tay số: Bảng 6:Nhân tố động lực học Nhân tố động học theo điều kiện bám xác định sau : (CT 1-58, tr 56) `Bảng Nhân tố động lực học theo điều kiện bám v(m/s 21.98 23.3 32.97 46.63 0.528 0.015 0.512 0.020 0.510 0.020 0.491 0.026 0.455 0.037 ) Dᵩ f Dựa vào kết bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học ôtô Hình Đồ thị nhân tố động lực học ơtơ - Nhận xét: + Dạng dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự dạng đồ thị lực kéo Pk = f(v); vân tốc lớn đường cong dốc + Khi chuyển động vùng tốc độ v > vth i (tốc độ vth i ứng với Di max tay số) ơtơ chuyển động ổn định, trường hợp sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < vth i vùng làm việc không ổn định tay số ôtô + Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max tay số thấp biểu thị khả - khắc phục sức cản chuyển động lơn đường: D1 max = ψmax Vùng chuyển động không trượt ôtô: + Cũng tương tự lực kéo, nhân tố động lực học bị giới hạn điều kiện bám bánh xe chủ động với mặt đường + Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ xác định sau: Dφ = = (CT 1-8,tr56) + Để ôtô chuyển động khơng bị trượt quay nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau : Ψ D Dφ + Vùng giới hạn đường cong Dφ đường cong Ψ đồ thị nhân tố động lực học vùng thoả mãn điều kiện Khi D > Dφ giới hạn định dùng đường đặc tính cục động để chống trượt quay điều kiện khai thác thực tế xảy 2.3.4.Xác định khả tăng tốc ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc - Biểu thức tính gia tốc : J = g (CT 1-64,tr59) - Khi ôtô chuyển động đường (a = 0) thì: ⇨ Ji = g (CT 1-65,tr59) Trong đó: + Di – giá trị nhân tố động lực học tay số thứ i tương ứng với tốc độ vi biết từ đồ thị D = f(v); + f, i – hệ số cản lăn độ dốc đường; + ji – gia tốc ôtô tay số thứ i + hệ số kể đến ảnh hưởng khối lượng chuyển động quay = 1+0.05(1+ihi²) (CT 1-37,tr41) ta có: Tay số δJ 1,50 1.31 1.20 1.14 1.10 Bảng Hệ số kể đến ảnh hưởng khối lượng chuyển động quay Khi ô tô chuyển động với vận tốc v22 m/s f=f0*(1+) - Lập bảng tính tốn giá trị ji theo vi ứng với tay số: Bảng Giá trị gia tốc ứng với tay số Từ kết bảng tính, xây dựng đồ thị j = f(v): Hình Đồ thị gia tốc ôtô - Nhận xét: + Gia tốc cực đại ôtô lớn tay số giảm dần đến tay số cuối + Tốc độ nhỏ ôtô vmin = 1,87 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ động nmin = 520 (vòng/phút) + Trong khoảng vận tốc từ đến vmin ơtơ bắt đầu khởi hành, đó, li hợp trượt bướm ga mở dần dần + Ở tốc độ vmax = 47,22 (m/s) jv = 0, lúc xe khơng khả tăng tốc + Do ảnh hưởng δj mà j2 (gia tốc tay số 2) > j1 (gia tốc tay số 1) 2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc 2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược - Biểu thức xác định thời gian tăng tốc: Từ CT: j = → dt = dv - Thời gian tăng tốc ôtô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 là: t = dv (CT 1-66,tr61) + ti – thời gian tăng tốc từ v1 đến v2 + ti = Fi – với Fi phần diện tích giới hạn phần đồ thị = f(v); v = v ; v = v2 trục hoành đồ thị gia tốc ngược ⇨ Thời gian tăng tốc toàn bộ: n – số khoảng chia vận tốc (vmin → vmax) - (vì j = → = Do đó, tính tới giá trị v = 0,95vmax = 161,5 km/h) - Lập bảng tính giá trị theo v: Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với tay số Từ kết bảng tính, dựng đồ thị = f(v): Hình Đồ thị gia tốc ngược 2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc ôtô ❖ Xác định Vimax theo phương pháp giải tích: Từ đồ thị 1/j ta tìm giao điểm việc tính vận tốc thời điểm chuyển số(Vmax) ➢ Ta có: vị trí Vmax1 ⇨ => = (1) Với + D = + f= + Mặt khác: ⇨ (4) (2) (3) Từ (1), (2), (3), (4) ta có phương trình sau giao điểm sau: Thay số vào phương trình ta V1max=20,15 (m/s) Tính tốn tương tự cho lần chuyển số ta có vận tốc lần lượt sau: ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ V1max= 20,15 (m/s) V2max= 21,36 (m/s) V3max= 30,22 (m/s) V4max= 42,75 (m/s) V5max= 60,38 (m/s) a Thời gian tăng tốc Dựa vào hình dáng đồ thị gia tốc ngược ta có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao Vmax tay số Tính gần theo công thức: (s) b Quãng đường tăng tốc dS = v.dt → Từ đồ thị t = f(v) Ta có : Si = – với phần diện tích giới hạn đường t = f(v) ; t = t1 ; t = t2 trục tung đồ thị thời gian tăng tốc Quãng đường tăng tốc từ vmin ÷ vmax : 2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc ôtô - Có xét đến mát tốc độ thời gian chuyển số + Sự mát tốc độ chuyển số phụ thuộc vào trình độ người lái, kết cấu hộp số loại động đặt ôtô + Động xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 2s (Với người lái có trình độ thời gian chuyển số cao từ 25 ÷ 40%) - Tính tốn mát tốc độ thời gian chuyển số (giả thiết: người lái xe có trình độ thấp thời gian chuyển số tay số khác nhau): Δv = (m/s) Trong đó: + f – hệ số cản lăn đường f = f0 + g – gia tốc trọng trường (g = 9,81 [m/s2]) + t – thời gian chuyển số [s] + δj = + 0,05.[1 + ()2.(ip)2] Từ cơng thức ta có bảng sau: Bảng 11 Độ giảm vận tốc sang số số → số δi 1.31 số → số số → số số → số 1.24 1.19 1.15 - Lập bảng: v(m/s) 1/j t(s) s(m) 0 1.83 0.42 0.3843 3.66 0.4 1.1346 5.5 0.38 7.33 0.37 9.16 0.37 10.99 0.37 1.8522 2.5384 3.2155 3.8926 12.82 0.38 4.5789 14.65 0.4 5.2926 16.49 0.42 6.047 18.32 20.15 0.46 0.52 6.8522 7.7489 0.3516 35 3.1144 77 8.4830 76 16.284 16 26.512 21 39.218 45 54.511 72.693 86 94.151 79 119.26 25 149.05 Δt (s) chọn: ∆t = 1(s ) Δv (m/s) 0.299232 0.347101 0.52543 0.911895 21.98 0.58 24.73 0.61 27.48 0.68 30.22 0.76 31.09 0.75 34.98 0.86 38.86 0.93 42.75 1.11 44 1.2 49 1.35 55 1.54 60 1.79 8.7554 10.391 65 12.165 14.138 14.795 05 17.926 21.399 25.366 26.810 65 33.185 65 41.855 65 50.180 65 01 184.43 25 242.69 317.57 78 407.88 71 453.54 23 592.20 19 790.05 48 1035.0 96 1162.9 12 1543.1 33 2176.4 94 2885.3 87 Bảng 12: thời gian quãng đường tăng tốc 2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc quãng đường tăng tốc Hình Đồ thị thời gian quãng đường tăng tốc KẾT LUẬN Việc tính tốn động lực học kéo ơtơ có ý nghĩa mặt lý thuyết tính tương đối phép tính lựa chọn hệ số q trình tính tốn khơng xác so với thực tế Trong thực tế, việc đánh giá chất lượng kéo ôtô thực đường bệ thử chuyên dùng