BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ Tên đề tài Tính toán sức kéo ô tô Loại ô tô Xe khách Tải trọngSố chỗ ngồi 16 Vận tốc chuyển động cực đại 200 Kmh Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất max = 0 45 Xe tham khảo Toyota Hiace 2 7L 4x2 Sinh viên Nguyễn Văn Tuân Lớp KSTN cơ khí ô tô Hệ Chính quy Khóa 59 GV hướng dẫn Vũ Văn Tấn Hà Nội 2021 Mục lục Mục lục 1 Lời Nói Đầu 2 CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 3 1 1 Xác định các kích thước cơ bản c.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Vận tốc chuyển động cực đại: 200 Km/h

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: max = 0.45

Xe tham khảo: Toyota Hiace 2.7L 4x2

Sinh viên: Nguyễn Văn Tuân Lớp: KSTN cơ khí ô tô

GV hướng dẫn: Vũ Văn Tấn

Hà Nội 2021

Mục lụ

Mục lục 1

Lời Nói Đầu 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 7

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 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 suất và đồ thị cân bằng công suất 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 – 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 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 29

KẾT LUẬN 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 VŨ VĂN TẤN Bộ môn cơ khí ôtô – Đại học Giao Thông Vận Tải.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tuân

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe.

– Ba hình chiếu của xe Toyota Hiace

– Các kích thước cơ bản:

1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: động cơ xăng 2TR-FE, 4 xylanh thẳng hàng: dual VVT-i– Dung tích công tác: Vc = 2694 (cc)

– Công suất tối đa: Pmax = 149 (mã lực) = 111 (kW)

Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,94

 G = 2075+ 16.(60 + 20) = 3355 (kg)

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 3355 (kg) = 32912,55 (N)

- Phân bố trọng lượng: Chọn tải trọng cầu trước G1 chiếm 55% tổng tải trọng

 G1 = 55%.3355 = 1845,25(kg) =18101,9 (N)

 G2 = (1 – 55%).3355 = 1509,75(kg) =14810,6 (N)

- Vậy G1 = 18101,9 (N); G2 = 14810,6 (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 biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:

+ Đường công suất: Ne = f(ne)

+ Đường mômen xoắn : Me = f(ne)

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge = f(ne)

G = G0 + n.(A + Gh)

- Ne = (Ne)max (CT 1-3 GT ) (1)

- Đặt λ = với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (λ = 1,1 ÷ 1,2)

Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)

- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:

+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức ledeman)

(1) → Ne = (Ne)max (kW)

Trong đó : - Ne max và nN – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng

- Ne và ne : công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính

+ Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau :

Me = 9550 (N.m) + Lập bảng:

- Các thông số nN; Ne ; Me đã có công thức tính

- Cho λ = với λ = 0,1; 0,2; 0,3; ….; 1,1

λ.= λ.4800

- Kết quả tính được ghi ở bảng:

Bảng 1:Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ

0 1000 2000 3000 4000 5000 60000.00

50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00





 Memax

 Memax = 0,642516 kN.m= 642,516 N.m(với )

 Trị số công suất Nemax ở trên chỉ là phần công suất động cơ dùng để khác phục cáclực cản chuyển động Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cần tăng thêm phần công khắcphục các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí … Vì vật phải chọn công suất lớn nhất

là :

Nemax = 1,1*Nemax = 1,1*258,24 = 284,064 (kW)

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :

itl = i0 ih ic ip

Trong đó : + itl – tỷ số truyền của HTTL

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính + ih – tỷ số truyền của hộp số

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng + ip – tỷ số truyền 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 điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số

- Ta có:

i0 = 0,105 (CT3-8,tr104)Trong đó: + rbx = 0,30738 (m)

+ nemax – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất+ vmax = 200 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô

+ ihc = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số+ ipc = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chính

 i0 = 0,105 = 2,788

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số.

a Tỷ số truyền của tay số 1.

– Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc phục đượclực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động

– Theo điều kiện chuyển 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 chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không khí PW = 0

– Vậy : Pk max

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt) + rk – bán kính động học của xe

 Từ (3) và (4) => 2,75 2,94

 Chọn tỷ số truyền tay số 1:

b Tỷ số truyền của các tay số trung gian.

– Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’

– Công bội được xác định theo biểu thức:

q = (CT 3-14,tr108)Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 5)

+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 2,8)

+ ihn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (ih5 = 1)

 q = = 1,294– Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:

ihi = = Trong đó: ihi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)

Tỷ số truyền của tay số lùi phải thỏa mãn điều kiện bám:

c Tỷ số truyền của các tay số

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

Tỷ số

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 = Pf + Pi + Pj + Pw (CT 1-46,tr49)

Trong đó: + Pk – lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động

Pki = = (CT 1-52,tr52) (a)+ Pf – lực cản lăn Pf = G.f = G.f (do = 0)

+ Pi – lực cản lên dốc Pi = G = 0 (do = 0)

+ Pj – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

Pj = j + Pw – lực cản không khí Pw = K.F.v2

- Vận tốc ứng với mỗi tay số

(b)

Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

1.98 12800.59 2.57 9895.56 3.32 7649.81 4.30 5913.73 5.56 4571.643.97 13622.64 5.13 10531.05 6.64 8141.09 8.59 6293.51 11.11 4865.235.95 14209.82 7.70 10984.98 9.96 8491.99 12.89 6564.78 16.67 5074.947.94 14562.13 10.27 11257.33 13.28 8702.54 17.18 6727.54 22.23 5200.769.92 14679.57 12.84 11348.12 16.60 8772.72 21.48 6781.80 27.78 5242.7011.91 14562.13 15.40 11257.33 19.92 8702.54 25.77 6727.54 33.34 5200.7613.89 14209.82 17.97 10984.98 23.25 8491.99 30.07 6564.78 38.90 5074.9415.88 13622.64 20.54 10531.05 26.57 8141.09 34.36 6293.51 44.45 4865.2317.86 12800.59 23.10 9895.56 29.89 7649.81 38.66 5913.73 50.01 4571.6419.85 11743.66 25.67 9078.49 33.21 7018.18 42.96 5425.44 55.57 4194.1621.83 10451.85 28.24 8079.86 36.53 6246.18 47.25 4828.64 61.12 3732.81

Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số

1500

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0.00

Hình 2 Đồ thị cân bằng lực kéo

- Nhận xét:

 Trục tung biểu diễn Pk , Pf , Pw Trục hoành biểu 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 suất tại bánh xe chủ động:

Nk = Nf + Ni + Nj + NW (tr 57)– Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định

theo công thức:

Nki = Ne (tr 57)– Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:

Bảng 4: Giá trị công suất ứng với từng vận tốc tại các tay số

Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị theo bảng trên:

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

= Nf + Nw

 = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57)– Lập bảng tính

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 hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk và lực cản không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”

D = = = = f + i + (CT 1-56,tr55)-Xây dựng đồ thị

Di = (- KFv²) (CT 1-57,tr55)

- Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D với tốc độ chuyển động vcủa ôtô khi đủ tải và động cơ làm việc ở đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v)

- Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô

m/s

Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô

- Nhận xét:

 Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo Pk

= f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường cong dốc hơn

 Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > vth i (tốc độ vth i ứng với Di max ở từng tay số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < vth i là vùng làm việckhông ổn định ở từng tay số của ôtô

 Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắcphục sức cản chuyển động lơn nhất của đường: D1 max = ψmax

- Vùng chuyển động không trượt của ôtô:

 Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường

 Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ được xác định như sau:

đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế

vi đã biết từ đồ thị D = f(v);

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;

+ ji – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i

+ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

= 1+0.05(1+ihi²) (CT 1-37,tr41)

ta có:

Bảng 8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v<22 m/s thì f=f0

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v>22 m/s thì f=f0*(1+)

- Lập bảng tính toán các giá trị ji theo vi ứng với từng tay số:

0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Đồ thị gia tốc ôtô

j1 j2 j3 j4 j5

 Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số một và giảm dần đến tay số cuối cùng

 Tốc độ nhỏ nhất của ôtô vmin = 3,32 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ

nhất của động cơ nmin = 480 (vòng/phút)

 Trong khoảng vận tốc từ 0 đến vmin ôtô bắt đầu khởi hành, khi đó, li hợp trượt và

bướm ga mở dần dần

+ Ở tốc độ vmax = 55,56 (m/s) thì jv = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc

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

Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với từng tay số

m/s

Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược

2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

a Thời gian tăng tốc

Từ CT: J = → dt = dv

- Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 sẽ là:

t = dv (CT 1-66,tr61)

Vậy ∆ =)

 Thời gian tăng tốc: t = ∆

b Quãng đường tăng tốc

Từ CT: = ds = v.dt Xét quãng đường đi được của ô tô khi tăng tốc từ v1 đến v2

=>

Vậy ∆ =

Quãng đường tăng tốc: S= ∆

2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

- Khi xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số

+ Sự mất mát về tốc độ khi chuyển số sẽ phụ thuộc vào trình độ người lái, kết cấu của hộp số và loại động cơ đặt trên ôtô

- Tính toán sự mất mát tốc độ trong thời gian chuyển số (giả thiết: người lái xe có trình

độ thấp và thời gian chuyển số giữa các tay số là khác nhau):

∆V = (m/s)Trong đó: + f – hệ số cản lăn của đường f = f0

+ g – gia tốc trọng trường (g = 9,81 [m/s2]) + t – thời gian chuyển số [s]

2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc.

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0.0000

Đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc