TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CNKT Ô TÔ
BỘ MÔN LÝ THUYẾT Ô TÔ
------ ❧ ✪ ❧ ------
BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ
Tên đề tài: Tính toán sức kéo ô tô
Loại ô tô: Xe bán tải 1 cầu
Tải trọng/Số chỗ ngồi: 7 chỗ ngồi
Vận tốc chuyển động cực đại:
Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: Ψmax =
Xe tham khảo: Toyota Fortuner 2.4G (4x2)
Nhóm thực hiện : Nhóm
Lớp: CNKT Ô TÔ 3
Hệ: Chính quy
Khóa: 11
Người hướng dẫn: GV. Nguyễn Anh Ngọc
Hà Nội 2018
Mục lục
1
Lời Nói Đầ
2
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ
3
1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.
3
1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:
4
1.3.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô.
5
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO
7
2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
2.2 Xác định tỷ số tr̀yền của hệ thống tr̀yền lực
7
11
2.2.1. Tỷ số truyền của truyền lực chính.
11
2.2.2, Tỷ số truyền của hộp số.
11
2.3.Xây dựng đồ thị.
14
2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.
14
2.3.2.Phương trình cân bằng công s̀ất và đồ thị cân bằng công s̀ất của ôtô
16
2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học.
18
2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc
20
2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – q̀ãng 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 của ôtô
24
2.3.5.3. Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô 26
2.3.5.4. Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc.
KẾT LUẬN
29
30
Lời Nói Đầu
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 ÔTÔ
-
CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ
Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Anh
Ngọc .
Nhóm thực hiện
Nhóm
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ
1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.
–
– Ba hình chiế̀ xe
– Các kích thước cơ bản:
STT
Thông số
Ký hiệu
Kích thước
Đơn vị
Chiề̀ dài toàn bộ
L0
4795
Mm
Chiề̀ rộng toàn bộ
B0
1855
Mm
Chiề̀ cao toàn bộ
H0
1835
Mm
Chiề̀ dài cơ sở
L
2745
Mm
Khoảng sáng gâm xe
H1
219
Mm
Vận tốc tối đa
Vmax
170.
Mm
1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:
a) Thông số theo thiết kế phác thảo:
– Loại động cơ: 2GD-FTV ,4 xy lanh, thẳng hàng, Common rail
– D̀ng tích công tác:
Vc = 2393 (cc)
– Công s̀ất tối đa: Pmax = 110(148)/3400
vòng
– nN = 3400 ( phút )
– Mômen xoắn tối đa:
Mmax =400 (N.m)
– Vận tốc lớn nhất:
vmax = 180 (km/h) = 50 (m/s)
– Hệ thống tr̀yền lực:
+ Dẫn động cầ sà (RWD)
+ Hộp số tay 6 cấp.
b) Thông số chọn:
– Trọng lượng bản thân:
1990 kg
– Trọng lượng hành khách: 60 kg/người
– Trọng lượng hành lí:
25 kg/người
– Hiệ̀ s̀ất tr̀yền lực:
ηtl =0,9
– Hệ số cản không khí:
K=0,25
– Hệ số cản lăn khi V<22 m/s là f 0=0,015
c) Thông số tính chọn :
– Hệ số cản mặt đường tương ứng với Vmax
V max2
f =f 0∗(1+
)
1500
502
=0,04 .
⇨ f =0,015∗ 1+
1500
(
)
– Bán kính bánh xe :
có kí hiệ̀: 265/65R17=>
{265 : Bề rộng của lốp(mm)65 :tỷ lệ
⇒
H
(% )17 : Đường kínhtrong củalốp(inch)
B
H
=65 % ⇒ H =265∗65 %=172,25 (mm)
B
⇨ Bán kính thiết kế của bánh xe:
d
r0=(B+ 2 )*25.4 (mm)
17
r0 = 265+ 2 * 25,4 = 480.9 (mm) = 0,48 (m)
⇨ Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe:
rb = rk = λ.r0
với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ=0,93÷0,95)
Chọn lốp có áp s̀ất cao λ = 0,94
→ rb = rk = 0,94¿0,48 = 0,452 (m).
-
Diện tích cản chính diện:
F = 0,8.B0.H0 = 0,8.1,855.1,835= 2,72 (m2)
-
Công thức bánh xe:
4x2
1.3.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô.
- Xe Toyota Fort̀ner 2.4G 2017 chỗ:
+ Tự trọng (trọng lượng bản 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 bộ của xe: G = 2585 (kG)= 25333 (N)
- Phân bố trọng lượng: xe bán tải trọng tác dụng lên cầ sà (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 TOÁN SỨC KÉO
2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biể̀ diễn sự
phụ th̀ộc của các đại lượng công s̀ất, mômen và s̀ất tiề hao nhiên liệ̀ của
động cơ theo số vòng q̀ay của trục kh̀ỷ̀ động cơ. Các đường đặc tính này
gồm:
+ Đường công s̀ất: Ne = f(ne)
+ Đường mômen xoắn : Me = f(ne)
+ Đường s̀ất tiề hao nhiên liệ̀ của động cơ : ge = f(ne)
- Ne = (Ne)max .[a .(
(1)
ne
n 2
n 3
)+b .( e ) −c .( e ) ]
nN
nN
nN
(CT 1-3 GT )
ne
Đặt λ = n . Đây là động cơ dầ diezel
N
-
(λ = 1,1 ÷ 1,25).
Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ dầ)
N ev
→
(Ne)max =
N ev
2
3
ne
ne
ne =
a .( )+b .( ) −c .( )
a . λ+b . λ2 −c . λ 3
nN
nN
nN
(2)
+ Động cơ dầ 4 kỳ có b̀ồng cháy ph̀n trực tiếp:
a =0,5 ; b =1,5 ; c =1 ( a, b, c là các hệ số thực nghiệm)
km
+ vmax = 180 ( h )
1000
m
⇨ vmax = 180. 3600 = 50 ( s )
1
+ Nev = ƞ .[G. f . v max + K . F .(v max )3 ]
tl
(CT 3-5 , tr 102)
● G = 2585 (kG) = 25333 (N)
m
m
● vmax = 50 ( s ) > 22 ( s ). Vậy hệ số cản lăn f được tính:
f =f 0∗(1+
V max2
50 2
) = 0,04
) = f =0,015∗(1+
1500
1500
● K – hệ số cản khí động học ( chọn K = 0,25)
● F: diện tích cản chính diện :
● Hiệ̀ s̀ất tr̀yền lực: ƞtl = 0,9 (tr 15)
● Hệ số cản tổng cộng của đường: ψ max = 0,4.
1
→ Nev = 0,9 ×[25333× 0,04 ×50+ 0,25× 2,66 ×(50)3 ]=¿ 148656,67 W
⇨ Nev = 149 (KW)
- Vậy công s̀ất động cơ của theo điề̀ kiện cản ch̀yển động:
Nev = 149 (kW)
- Công s̀ất cực đại của động cơ:
(2) → Nemax = 144 (kW)
- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:
+ Tính công s̀ất của động cơ ở số vòng q̀ay khác nhà: (sử dụng công thức
ledeman)
(1) → Ne = (Ne)max .[a . λ+b . λ2 −c . λ 3] (kW)
Trong đó :
- Ne max và nN – công s̀ất cực đại của động cơ và số vòng q̀ay tương ứng
- Ne và ne : công s̀ất và số vòng q̀ay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính
+ Tính mômen xoắn của trục kh̀ỷ̀ động cơ ứng với số vòng q̀ay ne khác nhà :
N e [kW ]
Me = 9550. n [v / p]
e
(N.m)
+ Lập bảng:
- Các thông số nN; Ne ; Me đã có công thức tính
ne
- Cho λ = n với λ = 0,1; 0,2; 0,3; ….; 1,1
N
- Kết q̀ả tính được ghi ở bảng:
- Nhận xét :
● Trị số Me max xác định theo công thức Laydecman như sà :
X̀ất phát từ công thức
N e N emax
b∗ω e
ωe 2
[a+
−c∗(
)]
M e= =
ωe
ωN
ωN
ωN
dM
N
c∗ω
e
emax
M
⇨ dω ∨ω M = ω [b−2 ω ]=0
e
N
N
ωM
1
⇨ ω = 2 =0,5
N
N emax
b∗ω M
ω M 2 79822∗60
[a+
−c∗(
) ]=
[1+0,5−(0,5)2 ]
⇨ Memax¿
ωN
ωN
ωN
2 π∗5200
⇨ Memax= 158,83 (N.m)
● Trị số công s̀ất Nemax ở trên chỉ là phân công s̀ất động cơ dùng để khác
phục các lực cản ch̀yển động. Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cân tăng thêm
phân công khắc phục các lực cản phụ, q̀ạt gió, máy nén khí … Vì vật phải
chọn công s̀ất lớn nhất là :
Nemax = 1,1*Nemax = 1,1*79,82 = 87,802 (N.m)
2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
- Tỉ số tr̀yền của hệ thống tr̀yền lực :
itl = i0 . ih . ic . ip
Trong đó : + itl – tỷ số tr̀yền của HTTL
+ i0 – tỷ số tr̀yền của tr̀yền lực chính
+ ih – tỷ số tr̀yền của hộp số
+ ic – tỷ số tr̀yền của tr̀yền lực c̀ối cùng
+ ip – tỷ số tr̀yền của hộp số phụ
- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1
2.2.1. Tỷ số truyền của truyền lực chính.
- Được xác định theo điề̀ kiện đảm bảo ôtô ch̀yển động với vận tốc lớn
nhất ở tay số cao nhất của hộp số.
- Ta có:
r bx∗n v
i0 = 0,105¿ i ¿i ∗v
hc
pc
max
Trong đó:
(CT3-8,tr104)
+ rbx = 0,376 (m)
+ ne max – số vòng q̀ay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất
+ vmax = 180 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô
+ ihc = 1 – tỷ số tr̀yền của tay số cao nhất trong hộp số
+ ipc = 1– tỷ số tr̀yền của hộp phân phối chính
0,376.6600
⇨ i0 = 0,105. 1.1.50
= 4,14
2.2.2. Tỷ số truyền của hộp số.
a. Tỷ số truyền của tay số 1.
– Tỷ số tr̀yền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc phục
được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị
trượt q̀ay trong mọi điề̀ kiện ch̀yển động.
– Theo điề̀ kiện ch̀yển động, ta có:
Pk max ≥ Pψ max + PW
● Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ
● Pψ max – lực cản tổng cộng của đường
● PW – lực cản không khí
– Khi ôtô ch̀yển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ q̀a lực
cản không khí PW
– Vậy : Pk max =
⇨
M emax∗i h 1∗i 0∗ηtl
=G∗Ψ max ≤ Pφ =Z 2∗φ
r bx
M emax∗i 0∗i h 1∗ƞtl
¿ ψmax.G
rk
G∗ψ
∗r
max
k
⇨ ih 1 ¿ M ∗i ∗ƞ (Me max = 290,37 [N.m] ) (CT 3-9,tr106)
emax
0
tl
14533,4∗0,4∗0,282
⇨ ih 1 ¿ 158,83∗4,14∗0,9 = 3,12
(3)
- Mặt khác, Pk max còn bị giới hạn bởi điề̀ kiện bám giữa bánh xe với
mặt đường:
Pk max ≤ Pφ = mk.Gφ.φ
⇨
M e∗i0∗i h 1∗ƞtl
≤ mk¿Gφ¿φ
rk
m ∗G ∗φ∗r
k
φ
k
⇨ ih 1 ≤ M ∗i ∗ƞ
e max
0
tl
Trong đó:
+ mk – hệ số lại tải trọng (mk =1)
+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầ chủ động
+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường
tốt)
+ rk – bán kính động học của xe
1∗7993,4∗0,8∗0,282
⇨ ih 1 ≤ 158,83∗4,14∗0,9 = 3,047
(4)
⇨ Chọn ih1 = 3
b. Tỷ số truyền của các tay số trung gian.
–
Chọn hệ thống tỷ số tr̀yền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’
–
Công bội được xác định theo biể̀ thức:
q=
√
n−1
ih 1
i hn
(CT 3-14,tr108)
Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 6)
+ ih1 – tỷ sô tr̀yền của tay số 1 (ih1 = 3)
+ ihn - tỷ số tr̀yền của tay số c̀ối cùng trong hộp số (ih6 = 1)
⇨
–
√
q=5
3
= 1,316
1
Tỷ số tr̀yền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sà:
ihi =
ih 1
i h(i−1 )
= i−1
q
q
Trong đó: ihi – tỷ số tr̀yền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)
–
Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số tr̀yền ở các tay số:
+ Tỷ số tr̀yền của tay số 2:
ih2 =
ih 1
2−1
q
3
= 1,246 = 2,28
+ Tỷ số tr̀yền của tay số 3:
ih3 =
+ Tỷ số tr̀yền của tay số 4:
ih4 =
+ Tỷ số tr̀yền của tay số 5:
ih5 =
–
Tỷ số tr̀yền của tay số lùi:
ih 1
3−1
q
ih 1
q
4−1
ih 1
5−1
q
=
2,29
2 = 1,73
1,18
=
2,29
= 1,316
1,183
=
2,29
=1
1,184
ihl = 1,2¿ih1 = 1,2¿3 = 3,6 (5)
Kiểm tra tỷ số tr̀yền của tay số lùi theo điề̀ kiện bám:
lùi
Pk ≤ Pφ = mk.Gφ.φ
M e .i 0 . i hl . ƞtl
≤ mk.Gφ.φ
rk
⇨
⇨
⇨
–
i hl ≤
i hl ≤
mk . Gφ . φ . r k
M emax . i 0 .ƞtl
1∗7993,4∗0,8∗0,282
= 3,047
158,83∗4,14∗0,9
(6)
Từ (5) + (6) → ihl = 3
c. Tỷ số truyền của các tay số
Tỷ số tr̀yền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sà:
Tay số
Tỷ số
tr̀yền
1
2
3
4
5
6
lùi
3
2,4
1,93
1,55
1.246
1.00
3,6
2.3.Xây dựng đồ thị.
2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.
-
Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:
Pk = P f + P i + P j + P w
(CT 1-46,tr49)
Trong đó: + Pk – lực kéo tiếp t̀yến ở bánh xe chủ động
M ki
Pki = r =
đ
M e .i 0 . i hi . ƞtl
rđ
(CT 1-52,tr52)
+ Pf – lực cản lăn
Pf = G.f.cos α = G.f (do α = 0)
+ Pi – lực cản lên dốc
Pi = G.sin α
= 0 (do α = 0)
+ Pj – lực q̀án tính (x̀ất hiện khi xe ch̀yển động không ổn định)
G
Pj = g .δ j .j
+ Pw – lực cản không khí
Pw = K.F.v2
- Vận tốc ứng với mỗi tay số
V i=
2 π∗n e∗r bx
60∗i 0∗i hi
(b)
Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số tr̀yền
Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số
Phương trình cân bằng lực cản Pc.
P c= P f + P w
Xét ô tô ch̀yển động trên đường bằng và không có gió
Pc = fG + KFv²
(trang 52)
khi v≤ 22 m/s
(a)
Với
ta chọn
f 0=0,015
- Lập bảng tính Pc, Pφ
v(m/s)
Pc(N)
0
17.1
Pᵩ
7673,6
7
22
737.872
8
7673,67
23
804.886
8
7673,67
33
1638.83
9
7673,67
47
3306.74
3
7673,67
Bảng 3. Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số
Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
Pφ = z2.mk2.φ
Trong đó:
+ mk2 – hệ số phân bố lại tải trọng ở cầ sà( cầ sà chủ động
) Chọn mk2 = 1,2.
+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầ chủ động.
+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8)
Pφ = z2.mk2.φ =7993,4x1,2x0.8=7673,67 N
Dựng đồ thị Pk =f(v) và Pφ =f(v):
Hình 2. Đồ thị cân bằng lực kéo
-
Nhận xét:
+ Trục t̀ng biể̀ diễn Pk , Pf , Pw . Trục hoành biể̀ diễn v (m/s)
+ Dạng đồ thị lực kéo của ôtô Pki = f(v) tương tự dạng đường cong Me = f(ne)
của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.
+ Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo Pki và đường cong tổng lực cản
là lực kéo dư (Pkd) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.
+ Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô
–
Phương trình cân bằng công s̀ất tại bánh xe chủ động:
Nk = Nf + Ni + Nj + NW
–
(tr 57)
Công s̀ất tr̀yền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác
định theo công thức:
r k . ne
Nki = Ne.ŋtl (với v i=0,105. i . i . i . ) (tr 57)
0 hi pc
–
Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:
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
1
6600
1.1
Ne
8.7006
18.518
7
28.975
4
39.591
7
49.888
8
59.387
6
67.609
2
74.074
8
78.305
4
79.822
0
78.145
7
Nk
8
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 4. Công suất của ô tô
❑
Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị ∑ ❑ N c theo bảng trên:
❑
–
Xét ôtô ch̀yển động trên đường bằng:
❑
❑ N c = Nf + Nw
∑
❑
❑
⇨
–
❑ N c = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57)
∑
❑
❑
Lập bảng tính ∑ ❑ N c
❑
–
v(m/s) –
0 –
21.9
8
–
Nc(Kn –
0 –
–
23.
3
16.2
)
–
–
32.9
7
19.
–
–
46.6
3
53.9
2
–
151.
8
–
Bảng 5. Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số
Hình 3. Đồ thị cân bằng công suất của ôtô
2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học.
Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệ̀ số của lực kéo tiếp t̀yến Pk và lực
cản không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô. Tỷ số này được ký hiệ̀ là “D”
G
P k −Pw P i+ P j + Pf G.(f +i)+ . j . δ j
j
g
D=
=
=
= f + i + g .δ j (CT 1-56,tr55)
G
G
G
-Xây dựng đồ thị
- Xem thêm -