Chương 3 tính toán sức kéo của ô tô 9

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ NỘI DUNG 3.1 Cân lực kéo ô tô 3.2 Cân công suất ô tô 3.3 Nhân tố động lực học ô tô 3.4 Sự tăng tốc ô tô 3.5 Ảnh hưởng thông số kết cấu truyền động thủy lực đến chất lượng kéo ơtơ 3.6.Tính tốn sức kéo CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.1 Cân lực kéo tơ 3.1.1 Phương trình cân lực kéo ôtô Lực kéo tiếp tuyến Pk bánh xe chủ động dùng khắc phục lực cản: - Lực cản lăn Pf - Lực cản quán tính Pj - Lực cản lên dốc Pi - Lực cản không khí Pω - Lực mc kéo Pm Trường hợp tổng quát PTCB lực kéo có dạng: Pk = Pf ± Pi +Pω ± Pj + Pm M k M e it ηt G = = f G cos α ± G sin α ± j.δ i + K F v + n.ψ Q  rb rb g Trường hợp ôtô chuyển động (ổn định), mặt đường nằm ngang, PTCB lực kéo có dạng : Pk=Pf+Pω M e it η t ⇔ = f G + W v rb Me-Mô men xoắn động cơ; rb-Bán kính bánh xe chủ động CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.1 Cân lực kéo tơ 3.1.1 Phương trình cân lực kéo ôtô Lực cản tổng cộng đường có dạng: PΨ=Pf± Pi PΨ=f.G.cosα± G.sinα=G.(f.cosα± sinα) PΨ=Ψ.G PΨ : Lực cản tổng cộng đường Ψ = f ± i : Hệ số cản tổng cộng đường i - Độ dốc mặt đường; i ≈ tgα Biểu thức Ψ, “+” ôtô chuyển động lên dốc, “-” ơtơ chuyển động xuống dốc ⇒Ψ có giá trị “+” ôtô chuyển động mặt đường nằm ngang (α =0) lên dốc xuống dốc f > i CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ 3.1 Cân lực kéo ô tô 3.1.2 Đồ thị cân lực kéo Phương trình cân lực kéo biểu diễn đồ thị xây dựng mối quan hệ lực kéo tiếp tuyến Pk với vận tốc v ôtô (P = f(v)) Đồ thị cân lực kéo ôtô Pk Pk1 Pϕ biểu diễn quan hệ lực Pk2 vận tốc chuyển động ôtô Pψ = f (υ ) : hàm bậc vận tốc ôtô Pk3 d + f, i=const v ≤ 22m / s đường nằm ngang + v > 22 m/s đường cong Pω = f (υ ) hàm bậc hai vận tốc ôtô O v2 Pψ+Pω A Pd Pψ Pω a b v c v v neI neII max neIII Hình 3.1 Đồ thị cân lực kéo tơ CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.2 Cân công suất ô tô 3.2.1 Phương trình cân cơng suất ơtơ - Cơng suất động phát tiêu tốn cho: + Ma sát hệ thống truyền lực + Khắc phục lực cản lăn Pf, lực cản khơng khí, lực cản dốc Pi, lực cản quán tính Pj - Biểu thức cân công suất phát động cơng cản gọi ‘‘Phương trình cân cơng suất ơtơ’’ chuyển động Phương trình có dạng tổng quát sau: N e = Nt + Nf + Nω ± Nj ± Ni Ne : công suất phát động cơ; Nt : công suất tiêu hao ma sát phát hệ thống truyền lực; Nf : công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn; Nω : công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí; CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.2 Cân cơng suất ô tô 3.2.1 Phương trình cân công suất ôtô Ta có: N i = Gv sin α ; N ω = Wv ; N f = fvG cos α ; N j = => G jδ i v g G N e = N e (1 − η t ) + Gfv cos α ± Gv sin α ± jδ i v ± Wv g ⇒ Ne = G (Gfv cosα ± Gv sin α ± jδ i v ± Wv ) ηt g Khi ơtơ chuyển động đường bằng, khơng có gia tốc tức α = 0, j = Ta có phương trình cân cơng suất có dạng sau: N e = N t + N f ± Nω = 1 ( N f ± Nω ) ⇔ N e = (Gfv ± Wv ) ηt ηt CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.2 Cân công suất ô tô 3.2.2 Đồ thị cân công suất ôtô 2πne rb m v= ; 60it s Ne Nt Ne NkI Ne NkIII A Nψ+Nω Nψ Nψ Nω Nd NkII N'kII Số vòng quay trục khuỷu động ne vận tốc ôtô có mối quan hệ phụ thuộc bậc nhất, biểu thị cơng thức: N N'kIII Từ phương trình cân công suất ôtô ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ công suất động công tiêu hao để thắng lực cản q trình ơtơ chuyển động theo vận tốc ơtơ, có dạng : N = f(v) O n eI v' n eII vmax v n eIII Hình 3.2 Đồ thị cân cơng suất ơtơ CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.2 Cân cơng suất ô tô 3.2.2 Đồ thị cân công suất ôtô Nếu f thay đổi phụ thuộc vào vận tốc N chuyển động ơtơ đồ thị đường cong dạng: N = f ( v ) Ne ψ Nt Đồ thị công suất cản không khí đường cong bậc ba phụ thuộc vào v: độ để O Nω Ứng với v khác tung giới hạn đồ thị trục hồnh tương ứng với cơng suất tiêu hao thắng sức cản mặt đường khơng khí N'k Nk A' Nψ+Nω Nψ Nψ Tổng đường cong Nϖ +N ψ gọi đường cong tổng công suất cản ôtô chuyển động Nd N ω = W v A v1vN vmax v vmin Hình 3-3 Đồ thị cân cơng suất Tại A ơtơ đạt vmax ; công suất dự trữ Pd = nên khơng khả tăng tốc ơtơ Để ôtô chuyển động với vận tốc v1 người lái cần phải giảm ga trả bớt nhằm giảm Nk giảm xuống đường cong Nk cắt đường cong (Nψ +Nω) ’ CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.2 Cân cơng suất ô tô 3.2.3 Mức độ sử dụng công suất động Mức độ sử dụng công suất động tỷ số công suất cần thiết để ôtô chuyển động với công suất động phát bánh xe chủ động Nk mở hoàn toàn bướm ga kéo hết bơm cao áp YN = Nψ + N ω Nk = Nψ + N ω N e η t Chất lượng mặt đường tốt (hệ số cản tổng cộng Ψ đường giảm) vận tốc ôtô nhỏ cơng suất động sử dụng nhỏ tỷ số truyền hộp số lớn, làm cho hệ số sử dụng cơng suất động Y N nhỏ CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ 3.3 Nhân tố động lực học tơ 3.3.3 Đặc tính động lực học ô tô tải trọng thay đổi Giá trị D tỷ lệ nghịch với trọng lương tồn nên ta tính D tương ứng với trọng lượng theo cơng thức: DG = D x Gx G Dx = D Gx Hình 3-8: Đồ thị D ơtơ có bốn số truyền chuyển động với tải trọng đầy G có Gx= 0,5 G Hình 3-9 Đồ thị theo nhân động lực học tải trọng thay đổi CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.4 Sự tăng tốc ô tô 3.4.1.Gia tốc ô tô Khi biết trị số hệ số cản mặt đường ψ , nhân tố động lực học D,thì gia tốc D ơtơ xác định sau: I δ g dv D = ψ + i j ⇒ j = ( D −ψ ) = g δ i dt 3.4.2.Thời gian tăng tốc ô tô d ψ2 Thời gian tăng tốc ôtô từ tốc độ v1 đến v2 tốc độ v2 là: t = ∫ dv ψ1 j v1 O 3.4.2.Quãng đường tăng tốc ô tô Quãng đường tăng tốc S từ vận tốc v1 đến v2 v2 s = ∫ vdt v1 e c II b III A a v2 v1 Hình 3- 10: Xác định khả tăng tốc ôtô theo đồ thị v CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.5 Ảnh hưởng thông số kết cấu truyền động thủy lực đến chất lượng kéo ôtô 2.4.1 ảnh hưởng tỷ số truyền truyền lực Từ công thức xác định nhân tố động lực học ơtơ ta có: M e itη t − Wv Pk − Pω rb D= = G G it –tỷ số truyền hệ thống truyền lực với it =ihi0iP ih - tỷ số truyền hộp số: iP - tỷ số truyền hộp số phụ (nếu có ) io - tỷ số truyền truyền lực chính; v - vận tốc chuyển động ôtô v= 2π ne rb 60ih it io CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ Hình 3-11 Đồ thị cân cơng suất ôtô với tỷ số truyền lực khác truyền lực io CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.5 Ảnh hưởng thơng số kết cấu truyền động thủy lực đến chất lượng kéo ôtô 2.4.2 ảnh hưởng số lượng số truyền hộp số Xét động lực học loại ơtơ: có D nhau; ơtơ thứ có số truyền ơtơ thứ hai có số truyền; tỷ số truỳên số thứ (số I) số cuối Hình 3-12 đặc tính động lực học ơtơ a) Ơtơ có hộp số cấp b) Ơtơ có hộp số cấp CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.5 Ảnh hưởng thông số kết cấu truyền động thủy lực đến chất lượng kéo ôtô 2.4.3 Ảnh hưởng tỷ số truyền hộp số 2.4.3.1 Xác định tỷ số truyền số hộp số Khi ơtơ chuyển động số tốc độ chúng nhỏ, lực cản khơng khí nhỏ nên bỏ qua ta xác định tỷ số truyền ihI theo cơng thức: Theo điều kiện bám tỷ số truyền số I hộp số chọn là: => Khi chọn tỷ số truyền số I hộp số phải thoả mãn: ψ max Grb ihI ≥ M e max i0i pηt ihI ≤ mGϕ ϕ rb M e max i0 i pη t mGϕ ϕ rb ψ max Grb ≤ ihI ≤ M e i p i0icη t M e max i0 i pη t CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 2.4.3.2 Xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số theo cấp số nhân Ta có đồ thị sang số ơtơ có hộp số cấp bố trí theo cấp số nhân hình : Trong phần ta phải xác định công bội ‘q’:q = n −1 ihI ihn Để xác định công bội “q” cấp số nhân ta cần biết tỷ số truyền ihI số I, số lượng số truyền n hộp số tỷ số truyền số cuối hộp số ihn CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ Khi tỷ số truyền số trung gian xác định theo biểu thức: ihII = n −1 ihI( n − 2) ihIII = n −1 ( n −3) ihI M (2.52) ihk = n −1 ihI( n − k ) Hình 2.21 Đồ thị sang số ơtơ có hộp số cấp bố trí theo cấp số nhân CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ 2.4.3.3 Chọn hệ thống tỷ số truyền số trung gian theo cấp số điều hoà Nhằm mục đích khắc phục nhược điểm hệ thống tỷ số truyền chọn theo cấp số nhân, người ta chọn hệ thống tỷ số truyền cho khoảng tốc độ số truyền Hình 2.22 Đồ thị sang số ôtô tỷ số truyền bố trí theo cấp số điều hồ CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ Ta xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số biết ihI a ih1 − a: số điều hoà a = ( n − 1) ih1 (2.60) Khi xác định a ta xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số theo công thức; ( n − 1) ih1 ihII = ihIII ; ( n − 2) + ih1 ( n − 1) ih1 = ; ( n − 3) + 2ih1 (2.61) = ih ( n−1) ( n − 1) ihI = + ( n − ) ihI Và tỷ số truyền thứ k hộp số dược xác định theo công thức; ( n − 1) ihI ihk = ( n − k ) + ( k − 1) ihI (2.62) CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.6.Tính tốn sức kéo A- Các dạng thông số Các thông số cho trước, thông số trọn thông số cần tính tốn 1- Các thơng số cho trước Loại ôtô, tải trọng hữu ích số hành khách, tốc độ lớn ôtô số truyền cao (vmax), hệ số cản mặt đường tương ứng với tốc độ lớn nhất, hệ số cản lăn lớn mặt đường mà ơtơ khắc phục số I, loại động dùng ôtô cuối loại hệ thống truyền lực 2- Các thông số chọn Trọng lượng thân ôtô, hệ số cản khơng khí diện tích diện ôtô nhân tố cản không khí, trọng lượng phân bố cầu không tải có đầy tải, tốc độ góc trục khuỷu động ứng với công suất lớn cuối hiệu suất hệ thống truyền lực 3- Các thơng số tính tốn Cơng suất động cơ; thể tích cơng tác động cơ; tỷ số truyền truyền lực chính; số lượng số truyền hộp số CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.6.Tính tốn sức kéo B- Trình tự tính tốn 1- Xác định trọng lượng tồn ơtơ a) Đối với ôtô ôtô chở khách : G = G0 + nh.Gh + Ghl G0 ; Gh ; Gh1 :trọng lượng thân ôtô; hành khách; hành lý nh: số lượng hành khách kể người lái phụ xe b) Đối với ôtô vận tải: G = G0 + nc.Gh + Ghh G0 ; Gh ; Ghh :trọng lượng thân ôtô; hành khách; hàng hoá chuyên chở nc: số chỗ ngồi buồng lái 2- Chọn lốp - Xác định tải trọng lên lốp; - Chọn lốp theo tải trọng tác dụng; - Xác định bán kính làm việc trung bình bánh xe CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.6.Tính tốn sức kéo 3- Xác định cơng suất lớn động - Xác định công suất động ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất: Nv = ( ψ G v max + K F v 3max ηt ) ψ: hệ cản tổng cộng mặt đường ứng với vận tốc lớn Nv - Công suất lớn động cơ: N e max = a.λ + b.λ2 − c.λ3 với λ = nemax/nN nemax: số vòng quay lớn động ứng với vận tốc lớn ôtô; nN: số vòng quay động ứng với công suất lớn - Xác định công suất động theo số vòng quay khác động cơ: Ne = N e max n a. e  nN  n  + b. e   nN  n   − c. e    nN  CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.6.Tính tốn sức kéo 4- Xác định thể tích cơng tác động 17,5.105.Z N e max Ve = (lit ) PeN nN Z- Số kỳ động cơ; PeN: áp suất hữu ích trung bình ứng với công suất lớn động 5- Xác định tỷ số truyền truyền lực i0 = 2.π.rb n e max 60.i hn i pc v max CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ 3.6.Tính toán sức kéo 6- Xác định số lượng số truyền, tỷ số truyền số, hộp số phụ, hộp phân phối - Việc xác định số lượng số truyền, tỷ số truyền hộp số ta đề cập phần - Tỷ số truyền số lùi: il = (1,2 ÷ 1,3)ih1 - Tỷ số truyền hộp số phụ hộp phân phối: + Số phụ cao: ipc =1,0 – 1,5; ϕ.G r + Số phụ thấp: i pt = b M e max i i h1 η t Chú ý: tìm tỷ số truyền số thấp, cần kiểm tra lại điều kiện ôtô chuyển 2.π.rb n e động tốc độ nhỏ nhất: vmin=(0,83-1,38) m/s với: v = 60.i i h1 i pt nemin: số vòng quay nhỏ trục khuỷu động ...CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ƠTƠ NỘI DUNG 3. 1 Cân lực kéo ô tô 3. 2 Cân công suất ô tô 3. 3 Nhân tố động lực học ô tô 3. 4 Sự tăng tốc ô tô 3. 5 Ảnh hưởng thông số kết cấu truyền... v2 vth v1 vmax v Hình 3- 7 Xác định tốc độ lớn tô đồ thị nhân tố động lực học CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ 3. 3 Nhân tố động lực học ô tô 3. 3 .3 Đặc tính động lực học ô tô tải trọng thay đổi... f O b a v1 D3 A vmax v Hình 3- 6 Xác định tốc độ lớn tô đồ thị nhân tố động lực học CHƯƠNG TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ 3. 3 Nhân tố động lực học ô tô 3. 3.2 Đồ thị nhân tố động lực 3. 3.2.2 Sử dụng