4. Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe
4.2. Tính tôn vă chọn động cơ điện.
Câc thơng số ban đầu cho việc tính tôn vă chọn cơng suất của động cơ điện. - Tổng tải trọng của xe lă : 578(Kg).
- Vận tốc xe : Vmax = 30(Km/h). - Khả năng vượt dốc với α = 10%. - Bân kính bânh xe : R = 0,2(m).
4.2.1. Xâc định cơng suất của động cơ điện
Xe thiết kế với động cơ điện dùng để chạy trong phạm vi cơ quan cĩ khuơn viín đi lại rộng (nhu câc khu khâch sạn du lịch bêi biển - Resorts, trong khuơn viín câc trường đại học cĩ diín tích lớn). Tốc độ thiết kế chỉ giới hạn trong phạm vi từ 25 km/h đến 30 km/h.
Cơng suất cần thiết của động cơ điện cĩ thể tạo ra lực kĩo tiếp tuyến ở câc bânh xe chủ động (hai bânh xe sau) của ơ tơ thiết kế được sử dụng để khắc phục câc lực cản chuyển động sau: lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản khơng khí vă lực quân tính.
Pk = Pf ± Pi + Pω ± Pj (4.1) Trong đĩ:
Pk - lực kĩo tiếp tuyến phât ra ở câc bânh xe chủ động. Pf - lực cản lăn.
Pi - lực cản dốc. Pω - lực cản khơng khí. Pj- lực cản quân tính.
Tính cho trường hợp xe lín dốc (cho độ dốc lă 10%): sinα = 0,1 => α ≈ 6o
Lực cản lăn được tính:
Pf= f.(Z1 + Z2) = f.Gtb.cosα, với f: lă hệ số cản lăn (f =0,018: đối với đường nhựa).
Gtb = 578.9,81 = 5670,18(N): lă tổng trọng tải của xe thiết kế. Do đĩ Pf = 0,018.5670.cos6o = 101,5(N).
Lực cản lín dốc được tính:
Pi = Gtb.sinα ,với sinα lă độ dốc của mặt đường, nếu độ dốc lă 10% (sinα = 0,1), thì ta sẽ cĩ: Pi = 5670,18.0,1 = 567(N).
Lực cản khơng khí: Pω = k.F.v2= 0,5.1,6.8,332 = 55,5 (N). Trong đĩ:
k : lă hệ số cản khơng khí. Đối với xe con vỏ hở k = 0,4 ÷ 0,5 (Ns2/m4), chọn k = 0,5 (Ns2/m4).
F lă diện tích cản chính diện. Đối với ơ tơ du lịch: S = 0,8.B.H B : chiều rộng toăn bộ ơ tơ, B = 1,2 (m).
H : chiều cao toăn bộ của ơ tơ, H = 1,65 (m). Suy ra: F = 0,8.1,2.1,65 = 1,6 (m2).
V lă vận tốc lớn nhất của xe, vận tốc lớn nhất của xe được chọn lă: v = 30(km/h) ≈ 8,33 (m/s).
Lực cản quân tính: Pj= Gtb.a với a lă gia tốc của xe. Chọn gia tốc của xe: a = 1(m/s2), ta cĩ: Pj= 578.1 = 578(N).
Từ những tính tôn trín, thay câc giâ trị tính được văo biểu thức (4.1) ta cĩ: Pk = Pf ± Pi + Pω ± Pj
= 101,5+ 567+ 55,5 + 578 = 1302(N).
Đĩ lă trường hợp cực đoan của cơng suất. Trong thực tế 4 lực cản năy thường khơng xảy ra cùng lúc. Chẳng hạn, khi xe lín dốc chạy đều vă vận tốc nhỏ, cĩ thể bỏ qua lực quân tính vă lực cản khơng khí hoặc khi xe đang chạy ở tốc độ tối đa thì xem
như khơng tồn tại lực cản lín dốc vă lực quân tính. Như vậy, lực cần thiết của động cơ ở hai trường hợp năy được tính lại lă:
Pfi = Pf + Pi = 101,5 + 567 = 668,5(N). Pfω = Pf + Pω = 101,5 + 55,5 = 157(N).
Cả hai trường hợp năy đều cĩ lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng quât vă phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe. Trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa được xem lă sử dụng hết cơng suất của động cơ điện. Trường hợp xe leo dốc tuy lực cản cĩ lớn hơn nhưng nếu xe chạy với vận tốc rất bĩ thì cơng suất phụ tải cũng sẽ bĩ hơn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa. Vì vậy ta cĩ thể chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xâc định cđn bằng cơng suất cho động cơ, khi đĩ Pfω= 157,36 (N) vă vận tốc của xe v = 8,33(m/s).
Ta cĩ cơng suất cản của xe lúc năy lă:
Neω= Pfω.v = 157.8,33 = 1307,81(W).
Đđy lă cơng cản của xe, cơng suất cần thiết của động cơ để cđn bằng với cơng cản của xe trong trường hợp năy, cơng suất cực đại yíu cầu của động cơ:
Nect= Neω/ η
Hiệu suất trung bình của động cơ điện lă ηdc≥80% vă hiệu suất của hệ thống truyền
lực, ta chọn sơ bộ lă ηtl = 0,9.
Nect = Neω/( ηdc. ηtl) = 1307,81/(0,85.0,9) = 1709,6 (W) Chọn động cơ lắp trín xe ứng với cơng suất cực đại yíu cầu Ne max
Nemax = (1,1÷1,25).Nect = 1880,56 ÷ 2137 (W)
Vì vậy để đảm bảo xe đạt được câc thơng số thiết kế, chúng ta chọn động cơ điện cĩ cơng suất tổng Nemax = 2 (KW).
4.2.2. Chọn động cơ điện cho xe thiết kế a. Yíu cầu.
Chọn một động cơ điện cho hệ thống truyền lực cần phải đâp ứng được một số điều kiện sau:
o Động cơ phải cĩ đủ cơng suất kĩo.
o Tốc độ phù hợp vă đâp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương phâp điều chỉnh thích hợp.
o Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng.
o Thích hợp với điều kiện lăm việc (điều kiện thơng thông, nhiệt độ, độ ẩm, khí độc hại, ngoăi trời hay trong nhă..).
M(Nm)
Động cơ AC khơng động bộ Động cơ DC
Động cơ AC đồng bộ
Theo phương phâp cung cấp năng lượng thì động cơ điện được phđn ra lăm: động cơ xoay chiều (AC) vă động cơ một chiều (DC).Vă từ hai loại động cơ điện năy, tùy theo cấu trúc động cơ vă cơ chế vận hănh mă người ta lại phđn chia ra thănh câc loại khâc nhau như sau:
Hình 4-5 Câc loại động cơ điện chính.
Đối với động cơ một chiều DC thì như tín gọi cho thấy sử dụng nguồn cung cấp lă dịng điện một chiều. Nĩ cĩ ưu điểm lă dễ điều khiển tốc độ mă khơng ảnh hưởng tới cơng suất vă giâ cả rẻ hơn, qua phđn tích đồ thị đặc tính cơ (hình 4-6) thì ta thấy động cơ điện một chiều cĩ khả năng cung cấp một mơmen khởi động cao hoặc yíu cầu tăng tốc ím ở một dải tốc độ rộng. Nhưng bín cạnh đĩ thì nĩ lại cĩ kích thước vă trọng lượng lớn hơn động cơ AC.
Đối với động cơ xoay chiều AC thì ưu điểm chính động cơ năy lă thường đạt được hiệu suất cao văphạm vi hoạt động rộng, nhưng câc mạch điện tử phức tạp cầnphải lắp thím bộ biến tần tuy nhiín thiết bị năy chỉ cải thiện việc điều khiển tốc độ nhưng chất lượng dịng điện lại giảm vă cĩ hệ số tỷ lệ cơng suất/ trọng lượng lă cao (gấp đơi so với tỷ lệ cơng suất: trọng lượng của động cơ điện một chiều).
Hình 4-6 Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện.
Qua câc phđn tích ở trín ta chọn loại động cơ một chiều (DC) cho xe thiết kế. Hiện nay, động cơ điện một chiều cĩ hai loại: động cơ một chiều cĩ chổi than vă động cơ một chiều khơng chổi than. Loại cĩ chổi than thì tuổi thọ khơng cao, trong quâ trình vận hănh địi hỏi phải bảo dưỡng chổi than, cịn động cơ điện một chiều khơng chổi than cĩ rất nhiều ưu điểm nhưng giâ thănh rất cao. Vì vậy xĩt về mặt kinh tế thì ta chọn loại động cơ điện một chiều cĩ chổi than lăm nguồn động lực cho xe thì giâ thănh của xe sẽ giảm bín cạnh đĩ vẫn đảm bảo được câc đặc tính kỹ thuật cần thiết cho xe thiết kế.
Theo câch kích thích từ thì động cơ điện một chiều cĩ rất nhiều loại. Theo câch phđn loại năy thì cĩ câc loại động cơ điện như:
+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Bao gồm động cơ kích thích bằng nam chđm vĩnh cửu hay kích thích điện từ. Loại kích thích bằng nam chđm vĩnh cửu chỉ dùng cho câc loại động cơ cĩ cơng suất nhỏ (cỡ văi chục W). Loại kích thích điện từ cĩ dđy quấn lấy điện từ ắc quy lưới điện một chiều vă được dùng trong trường hợp điều chỉnh điện âp trong phạm vi rộng, cơng suất lớn vă điện âp thấp hoặc điện âp cao.
+ Động cơ điện một chiều tự kích thích: Tuỳ theo câch nối câc dđy quấn kích thích ta cĩ:
o Động cơ điện một chiều kích thích song song.
o Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp.
o Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp.
U It