Cẩm nang tính toán kỹ thuật ô tô

Trang 2

KHOA CONG NGHE DONG LUC PGS TS NGUYEN VAN PHUNG

CAM NANG

TÍNH TỐN KỸ THUẬT Ô TÔ

Trang 3

` ee CÀ Lời nói đầu

Quyển Cẩm nang tính toán kỹ thuật ô tô gém ba phan chinh:

Cơ sở lý thuyết ô tô Tính toán động cơ

Tính toán kiểm tra thiết kế ô tô

Đây là các môn giảng dạy chính của Khoa Công nghệ động lực Trường Đại học Công nghiệp TPHCM Quyên Cam nang tính toán kỹ thuật 6 tô trình bày đây đủ và tóm tắt các phân kiến thức cơ bản ngắn gon cùng các thông số kinh nghiệm khi tính tốn ơ tơ Quyển sách này cũng có thé là tài liệu tham khảo cho các sinh viên khoa Cơ khí động lực các trường

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban chủ nhiệm khoa, Thây Đặng Hữu Hạnh, Thay Nguyễn Chí Hùng, Thây Nguyễn Hồng Sơn cùng các Thây khác

Tp HCM, ngày 19 tháng 8 năm 2010 Tác giả

Trang 4

Muc luc PHAN I: TINH TOAN DONG CO 1 Các thơng số tính tốn -ccssztesrrxrerrrrerreerree 2 Các phương trình tính toán động cơ sỹ 3 Đường đặc tính động cơ -cccieierrre 4 Động học cơ cấu trục khuyu thanh truyền và

quy luật chuyển động của pittông - Quy luật chuyên động thanh truyền .-.-

Trang 5

PHANI TINH TOAN DONG CO 1 Các thông số tính toán

Ký hiệu Tén goi Don vi

a, Gia tốc pittông m/sec?

B Tiéu hao nhién liéu kg/h, dm? /h

b, Tiêu thụ nhiên liệu riêng g/kW.h D Đường kính xilanh (=2r) mm d, Đường kính xupap mm F Lực N F, Lực tổng hợp của khí thể N Fy Phan luc ngang N F, Lực quán tính tịnh tiến N F, Lực tác dụng lên thanh truyền N Fự Lực tiếp tuyến N M Moment N.m

Mẹ Moment quán tính tịnh tiến N.m

M, Moment quan tinh chuyển động quay N.m

M, Moment quay déng co N.m

m, Hệ số khối lượng công suất kg/kW

n Số vòng quay động cơ v/min

n, Số vòng quay bơm cao áp v/min

p Công suat kW

Trang 6

Ky hiéu Tén goi Don vi

Pew Céng suất hữu ích kW

Py Công suất/ thể tích buồng đốt kW/dm?

Pp Ap suat bar (=10N/cm”)

P Ap suất cuối kỳ nén bar

Pp Ap suất làm việc trung bình bar

Py Áp suất tải bar

Prax Ap suất phun vào xilanh bar

r Ban kinh truc khuyu mm

Sy Tiét dién ngang voi phun mm?

Trang 7

Ký hiệu Tên gọi Đơn vị

Yingg Tốc độ cực đại pittông m/sec

z S6 xilanh -

B Góc quay thanh truyền (°)

8 Tỷ sô nén -

Hiệu suất -

Ne Hiệu suất hữu ích “

Mn Hiệu suất nhiệt -

p Tỷ trọng kg/m?

9 Géc quay truc khuyu (°)

4= ; Hệ số kết cấu trục khuỷu thanh truyền -

Trang 9

Công thức chung Công thức theo số Đồ thị: Gia tốc pittông a,- m/sec? ; n— v/min l.r,S - mm Aaz= 27?n?s(cosp +5 c0s29) Tốc độ hòa khí J _d nS Tốc độ hòa khí qua tiết diện |”zˆ 330000 _ Ver m/s; d,d,,S — mm v= pm n- v/min Mức độ cung cấp cao nhất ở V.= 1000.P „5, tốc độ hòa khí trung bình đạt | ” # ˆ 602„z từ 90 + 110 m/s

Yêu cầu nhiên liệu Ve~ mm’; P cach ~ KW, Be

Khối lượng phun của vòi g/kW.h

Trang 10

Công thức chung Công thức theo số Công suất động cơ P=Mø@=2r.Mmn Vụ.p, Ähua—-

Trang 11

Céng thire chung Công thức theo số V„- dm°

Moment quay động cơ |Động cơ ; Động cơ

Động cơ Động cơ | bốn kỳ hai kỳ

bốn kỳ hai kỳ M = Yur 3 M,= Vee V„.p 0,12566 0,06284 = Pe ou Pe th My _¬ Mụ 2z M,-Nm;V,,-dm’, p,- bar Pp M, = 9549 cóïch n M, -Nm; Paya, - KW; n- v/min Tiéu hao nhién liéu b= V,.p,-3600 b = B tp Pu

“ ưng V„- cm): thể tích đo khi thử

B có số đo là kg/h £„ - sec: thời gian đo khi thử 1 = B - dm’ /h, hay kg/h, p,,,, - kW róich Ø; - g/cm”: tỷ trọng nhiên liệu ^^, Ẩ Hiệu suât Nn le!” đán Te" BH, 7 b, 286 b € Khi H, - nhiét tri thap = 42000 ki/kg - g/kW.h 3 Đường đặc tính động cơ

Trang 12

Đường đặc tính danh nghĩa là đường đặc tính sử dụng lớn nhất của động cơ ở chế độ toàn tải

Đường đặc tính cục bộ là đường đặc tính sử dụng ứng với từng chế độ sử dụng tải trọng động cơ Đường đặc tính động cơ có thể xây dựng trên cơ sở khảo nghiệm động cơ trên băng tải trong phòng thí nghiệm

Trang 13

4 Động học cơ cấu trục khuÿu thanh truyền và quy luật chuyển động của pittông Pittông chuyển động tịnh tiến lên xuống Độ dịch chuyển pittông pct S,= la —cosøØ)+ “a —cos 29) A= h - hệ số kết cấu trục khuỷu thanh truyền nen Tốc độ dịch chuyển pitttong v = ø@r(sin ø + sin 29)

Gia tốc chuyển động pittông

a, =a’ cosy + Acos2ø]

Các thông số : (1—cosg)+ 2q- cos2ø)

: A

b2 lượng

Trang 15

Bang 2 4 Gid ti (sing + 2 sin2p) khí 2 bằng a fa 2 a] y° 0Ì 9.24 | 0.25 | 0.26 | 0.27 | 0.28 | 0.29 | 0.30 | 0.31 |"

ol+looo {0.00 |ooo |ooo |ooo {0,00 |ooo |ooo |-|360

Trang 16

Bang 3 d Gia tri (cosy + 4 cos 2) khid bang d ola a] 9? l | 0.24 | 0.25 | 0.26 | 0.27 | 0.28 | 0,29 | 0.30 | 0,31 | | y 0} + |1,240e |1,2500 | 1.2600 | 1,2700 | 1.2800 |1.2900 | 1,3000 | 1.3100 | + |360 10] + |1,2103 |1,2197 |1.2291 |1,2385 | 1.2479 |1.2573 |1,2887 | 1.2761 | + |350 20] + |1.1235 |1,1312 | 1.1389 |1,1465 |1.1542|1,1618 1.1695 |1.1772 | + |340 30] + |o.986o |0.9910 |0.9960 |1.000 |1.0060 |1,0110 11.0160 |1,0210 | + |330 40] + |0.8077 |0.8094 |0.811 1 |0.8129 |0.8146 |0,8163 |0,8198 |1.8198 | + |320 50| + |0,6011 10,5994 |0,5977 10,5959 |0,5942 |0,5925 |0,5907 |0,5890/ + |310 60| + |0.3800 |0.3750 | 0.3700 |0,3650 |0.3600 |0,3550 |0,3550 |0,3450 | + |300 70] + |0.1582 |0.1505 |o.1428 Ì0.1352 Ì0,1275 |0.1199 |0,1122 |0.1045 ' + |290 8o] - |0.0519 |0.0613 |o.0707 |0.0801 |0.0895 |0,0989 |0.1083 10,1177; - |280 so| - |o.24oo |0,25oo |o,26oo |o.2zoo |o.28oo |o,2soo |o,30oo |o,3100 - |270 100] - |0,3891 |0.4085 |0.4179 10.4273 |0.4367 |0.4461 |0.4555 |0.4649 | - |260 110| - |o,5258 |0,5335 |o.5412 0.5488 |o.5565 |o,5641 |o.5718 |o,5795 | - |250 3420| - |0,6200 |0.6250|0.630 '0.635 |0.640 |0,6450 |0.6500 |0,6550 | - |240 130| - |0.6845 |0.6862 |0.6879 '0.6897 0.6914 |0,6931 |0,6949 |0,6966 | - |230 140] - |o.7243 |0.7226 |0.7209 :0.7191 |0.7174 |0.7157 |0.7139 |0.7122 | - |220 150| - |0,7460 |0,7410|0.7360 0.7310 |0.7260 |0.7210|7160 |0.7110] - |210 160] - |0.7559 |0.7482 |0.7405 '0.7329 |0.7252 |0.7176 |0.7099 |0.7022 | - |200 170| - |0,7593 |0.7499 0.7405 0.7311 |0.7217 |0.7123|0.7123 |0.6935 | - |190 180Ì - |0,7600 |0.7500 |0.7400,0.7300 |0,7200 |0.7100 |0.7100 |0.6900 | - |180; J =a R(cosg+Acos29)

5 Quy luật chuyền động thanh truyền Thanh truyền chuyển động song phẳng - Đầu nhỏ thanh truyền chuyển động tịnh tiễn - Đầu to thanh truyền chuyển động quay - Thân thanh truyền chuyển động lắc

Trang 17

Góc lắc thanh truyền / = arcsin(4 sinø) Tốc độ góc lắc thanh truyền @, = A@ cose

sinø Gia tốc góc lắc thanh truyền #, =—=Â@?(1-Â?)——————

(1-7 sin? g) 6 Động lực học cơ cầu truc khuyu thanh truyền

Trang 18

mẹ = _ +, - khối lượng chuyển động tịnh tiến

mại - khối lượng thanh truyền mạ - khối lượng nhóm pittông

m, = +My

my - khối lượng trục khuỷu

Lực tổng hợp tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Fo=Fkn+Fo Phân lực tông hợp Lực tổng hợp Fe được phân ra F G cos - Phan luc tac dung lén thanh truyén: Fy = -Phanlucngang Fy = #;#gØ Phân lực tác dụng lên truc khuyu - Lực tiếp tuyến #; = F, Sint@* 8) cosB cos(ø + đ) Fp =F - Luc phap tuyén cos8 cos/Ø = 4j1— 4ˆ sin”ø Các moment:

- Moment quay truc khuyu déng co (moment quay động cơ )

Moment nay dugc tao do luc tiép tuyến F† : Mạ= Fr.r

Trang 21

Bang 5 d Giá tri sin(p + 8)/cosp Khiz d ofa a} oe Y 0.24 |0,25 | 0,26 | 0,27 | 0,28 | 0,29 | 0.30 | 0.31 Ú # 0|+|o 0 0 0 0 0 0 9 - 360 10|+ |0.215 |0.216 10,218 |0,220 |0.221 {0.223 |0,225 |0,227 | - |350 20|+|0.419 |0/223 |0.426 |0.429 |0.452 |ð.4536 |0.439 |0.442 | - |340 30|+|0.605 |O.609 |0.613 |0,618 |0,622 |0,627 |0.631 |0,636 |- |330 40|+|0.762 |0.767 |0,772 {0,777 |0.782 |0.788 |0.793 |0,798 | - |320 50|+ |0.886 |0.891 |0,896 |0,9-1 |O.906 |0,912 |0,917 {0,922 | - |310 60|+ ¡0.972 |0,976 |0,981 |0,985 |0.990 |0.995 |0,999 |1.004 | - |300 70]+ |1.018 |1.022 |1,025 |1.029 |1.032 |1.035 |1,039 |1.043 | - |290 80|+ |1.027 |1.029 |1,030 |1,032 j1.034 |1.036 |1.038 |1.040 | - [280 90|+ j1 1 1 1 1 1 1 1 - 1270 100}+|0.943 10,941 [0,939 |0.937 |0,936 |0,934 |0,932 |0,930 | - |260 110|+ |0.861 /0,858 ,0,854 j0,851 |0,847 |0.844 |0,840 |0,837 | - |250 120 + |0.760 |0.756 |0,751 |0,747 |0.742 |0.737 |0.733 |0.728 | - |240 130|+ |0,646 |0.641 |0,636 |0.631 |0,626 |0,620 |0,615 |0.610 | - |230 140|+|0.524 |0.519 |0,513 |0,508 |0,503 |0.498 |0.493 |0.488 |- |220 150|+|0.395 |0,391 |0.387 |0.382 |0,378 |0,373 |0,369 0.364 | - |210 160 + |0.265 10,261 [0,258 |0,255 |0,252 j0.248 |0.245 |0,242 | - |200 170|+ |0.133 |0,131 |0.129 |0.127 |0.126 |0.124 |0.122 |0.121 | - |190 180} + j0 0 0 0 0 9 0 ọ - |180 r- pŠn(2 +8) 7 Cân bằng động cơ cos8

Khi làm việc, động cơ phát sinh các lực và moment luôn thay đổi nên tạo ra sự mắt cân bằng

Trang 23

m r 3a +My

Trang 24

r : Tựa = Hạ.—— , 2n Lực quán tính cấp 2 trong thực tế không phải cân bằng B= SM Pity

Tổng khối lượng cân bằng lực quán tính chuyển động quay và lực quán tính chuyển động tịnh tiến: r Sm =my+my =5, 0 +m) Cân bằng các moment Do các lực quán tính F, F›, F; cùng nằm trong một mặt phẳng qua đường tâm xilanh và vuông góc với trục khuỷu nên: 3M, =0;3)M,, =0;3”M, =0 Từ đó không phải cân bằng

Trang 26

Tổng các lực quán tính 2 » 1 3 > M, = 2m ra’ Acos29 1 ew 1 Az £ Tông các moment: 2 m 2 3 MẸ, = đmạrøˆ COS 1 2 3 M,, =O 1 2 _ 2 =, =am,ro 1 Khối lượng đối trọng cân bang moment quan tinh chuyển động 2 tịnh tiến 3 M,, 1

Trang 27

b - khoảng cach hai đối trọng

Khối lượng đối trọng cân bằng moment quán tính chuyển động quay 5: M, 1 Mi l * ¢ “—A mạ ==—m,F \ bn \ , Đ \ Tổng khối lượng đối trọng \ \ M ar bog Z Si m=m, +m =——(m, +m) hi i bn 0 : m- Ve © Or Me,

Cân bằng động cơ bốn kỳ hai xilanh bố tri chit V

Động cơ có hai xilanh bố trí chữ V hợp góc: z z 90°

Trang 28

Lực quán tính cấp 2

Của xilanh l: #2 = mạr@Â cos20 Của xilanh 2: #?› = mạr@Â cos 2(7 — Ø) Tổng lực quán tính cấp 2 của hai xilanh 2 > Fy, = (AD? + (F2)? - 2 F} cos(180° - 9) 1 Động cơ có hai xilanh bố trí chữ V hợp góc 7= 90° y=90°

Lực quán tính cấp I của xilanh 1: Fis mạre? cosp

Lue quan tinh cdp | cua xilanh 2: F71 = m,r@’ sing

Tổng lực quán tinh cấp 1 của hai xilanh: ° Fy =myre?

1

Góc hợp bởi tổng lực quán tính cấp 1 với đường tâm xilanh 1: a=9

Trang 29

Do đó phương của hợp lực quán tính cấp l (Z) trùng với phương của hợp lực quán tính chuyên động quay

Từ đó có thể dùng chung đối trọng với đối trọng dùng để cân bằng hợp lực quán tính chuyển động quay

Khối lượng tổng của đối trọng: 7„ = Sứ", +) Lực quán tính cấp 2

Của xilanh I: ”2 = mạrø@ cos 2ø Của xilanh 2: Ƒ'?¿ =mạrœ” cos(ø@ — 90”) Tổng lực quan tính cấp 2 của hai xilanh: 2 YX Fy, = J2m,ro?A cos 29 1 Góc hợp giữa tổng hợp lực trên và đường tâm xilanh | ó=45°;ự =135

Động cơ nhiều xilanh thẳng hàng chữ V

Các lực quán tính cấp 1, cấp 2 và moment cấp 1, cấp 2 cũng như khoảng cách thì nổ xem ở bảng dưới đây

Trang 32

Ví dụ: Tính toán động học, động lực học cơ cấu trục khuyu thanh truyén và tính cân bằng động cơ Honda C50

Các thông số cho trước Đường kính xilanh D = 39 mm Chu trình pittông S = 41.4 mm Thể tích xilanh Vụ = 49 cm? Tỷ số nén £ = 7

Hệ số kết cầu trục khuỷu thanh truyền 2 = 0.25

Áp suất làm việc trung bình = 0.8 /mưn?

Số vòng quay khi Nemax ny =500V /min

Trang 33

P= Vi, Hen My F =m K Công suật động cơ : Kew P„„ =1.43kW ed, * Ss

Ban kinh truc khuyu r= 5 =20.7mm

Chiều dài thanh truyền I= T = 82.80mm

Giả thiết coi tỷ số khối lượng m = mựr , khối lượng cơ cầu trục

khuỷu thanh truyền z„ = = = Akg / kw

Khối lượng trục khuỷu thanh truyền : mxr= 5.72 (kg) Coi khối lượng chuyển động tịnh tién : mo

1

m, = "2 + mz =o me =1.43kg

khối lugng chuyén dong quay m, m, =i Ny = my =4.29kg Tính toán động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Độ dịch chuyển pittông

A |

S,= Ju- cosg) + ae - Hung Ï

Tốc độ dịch chuyền pittông V =ar(sing + <sin 2ø)

Gia tốc dịch chuyển pittông a, =a’ r(cosg + Acos29)

Trang 34

Góc lắc thanh truyền Gia tốc lắc thanh truyền #„ =-Aw?(1- 7’) @„ = Â@ COSP sinø (1— 4ˆ sin? ø) Kết qua ghi lai ở bang va dé thị sau khí góc Ø thay đổi từ: 0” - 360° ? 0°DcT | 90° | 180°DCD | 270° | 3600 DCT S,,(mm) 0 25,875 41,4 25,875 0 V (m/sec) 0 10.826 0 -10.826 0 a,(misec?) | 707 -1415 -4246 -1415 7077 80) 0° 15° 0° -15° 0° @, (1/sec) 130,75 0 -130,75 0 130,75 z„(1/sec?) tự 0 -68382 0 68382 0 Tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Lực quán tính chuyển động tịnh tiến

Trang 35

cos(g + B) cos Khi góc thay đổi từ: 0° - 3602 có bảng va đồ thị sau: Lực pháp tuyến F, = F, © 0 90° 180° 270° 360° F°(KN) 10.12 -2.024 | -6.072 | -2.024 10.12 F,(KN) 10.95 -1.19 -5.24 -1.19 10.95 E„(KN) 0 -1.19 0 1.19 0 tạ(KN) 10.95 -0.30 5.24 0.30 10.95

Trang 36

PHAN II

CƠ SỞ LÝ THUYÉT Ô TÔ 1 Các thơng số tính tốn

Cơng suất chuyển động

Một ô tô khi chuyển động, lên dốc cũng như tăng tốc theo tốc độ nào đó, cần phải có một công suất (P,) được tính qua moment quay (N,) va số vong quay déng co 7,

Pe = Me Ne

Khi công suất vượt qua công suất giới hạn lớn nhất Pemax thì công suất sẽ giảm khi tốc độ tăng lên

Mật độ công suất và mật độ dữ trữ

Mật độ công suất (W/kg) cũng như mật độ dữ trữ (W.h/kg) của hệ thống động cơ (bộ tích dự trữ) cần phải cao để giữ được các thông số ô tô cũng như giảm được các khối lượng quán tính của ô tô

Lực kéo tiếp tuyến chủ động

Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động càng lớn khi moment quay động cơ M càng lớn và tỷ số truyền giữa động cơ và bánh xe chủ động càng lớn và hiệu suất truyền càng lớn

p= Mi, hay F=f2y r v

p—céng suat déng co

Trang 37

v— tốc độ ô tô

£ =i¿4, tỷ số truyền lực i, -Ty số truyền lực chính uạ - Tỷ số truyền hộp số Hiệu suất truyền luc 7

Trang 39

Từ trục hoành 0,3i/r = 4,11 chiếu lên đường cong 750 kg/1, Xác định được Km = 1,05

Lực kéo chủ động và tốc độ chuyển động ô tô khi có hộp số tự động

Hộp số tự động là loại hộp số có bộ biến mô thủy động hay ly hợp thủy động Trong đó, lực chủ động được tạo ra do moment quay và số vòng quay của bộ phận tuốc bin 1 Trục chủ động Tuốc bin 2 3 4 5 Bơm Bộ phản ứng (Bánh dẫn) Ôbi 6 Trục bị động Bộ biến mô Đồ thị chuyển động của loại xe du lịch có hộp số tự động và bộ biến mô Trilok ở chế độ toàn tải

Trang 40

6000 4000 2000 Lực kéo chủ động - Lực cản lăn 50 100 150 200 250 km/h Tốc độ ô tô

Qua đồ thị trên, lực cản lên dốc (hiệu số của lực kéo chủ động và lực cản lăn) thay đổi theo số truyền của hộp số tự động Khi độ dốc tăng càng cao thì số truyền hộp số tự động giảm Lực bám Để xe chuyên động được thì bánh xe chủ động phải bám được trên mặt đường Lực bám phụ thuộc trọng lượng phân bố lên bánh xe chủ động (G,) Fụ = Gụ.ụ Điều kiện để xe chuyển động được là F < Fị,

Khi xe có hai cầu chủ động thì G„ = G 5 Fy, =G.p

Hệ số bám p thay đổi theo mặt đường