Bai tap lon ly thuyet oto

1 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 con 1 cầu Tải trọngSố chỗ ngồi 5 Vận tốc chuyển động.

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Tên đề tài: Tính toán sức kéo ô tô

Loại ô tô: Xe con 1 cầu Tải trọng/Số chỗ ngồi: 5 Vận tốc chuyển động cực đại: 210 Km/h

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: max = 0,35

Xe tham khảo: Honda City L 2022

Sinh viên: Nguyễn Ngọc Hoàng Anh Lớp: Cơ khí ô tô 2 MSV:191302956

Người hướng dẫn: Đào Mạnh Hùng

Hà Nội 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Tính toán sức kéo oto nhằm mục đích xác định các thông số cơ bản của động cơ, của hệ thống truyền lực để đảm bảo chất lượng động lực học cần thiết của chúng tỏng các điều kiện sử dụng khác nhau, phù hợp với các điều kiện đã cho của oto Từ đó để xác định các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng kéo của oto như chỉ tiêu vận tốc lớn nhất, góc dốc lớn nhất của đường mà oto có thể khắc phục được, gia tốc lớn nhất của oto, quãng đường cà thời gian tăng tốc ngắn nhất khi đạt vận tốc là lơn nhất Các chỉ tiêu trên có thể tìm được khi giải phương trình chuyển động của oto bằng phương pháp đồ thị hoặc phương pháp giải tích

Tài liệu tính toán sức kéo oto có thể làm tài liệu nghiên cứu cho nhiều đối tượng kahcs nhau như : Sinh viên cơ khí, thợ sửa chữa oto trong các gara cũng như những người có nhu cầu khác…

Vì kiến thức còn hạn chế vì vậy tài liệu không thể không có những sai xót vì cật mong nhận được những đống góp của thầy giáo cũng như các bạn để tài liệu ngày càng được hoàn thiện

Sinh viên

Nguyễn Ngọc Hoàng Anh

3

TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ

NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ

I Số liệu cho trước

Kiểu động cơ: 1.5L DOHC i-VTEC 4 xi lanh thẳng hàng, 16 van Hộp số cơ khí 5 cấp

- Dung tích xi lanh (cm2): 1,498

- Công suất cực đại ( hp/rpm): 119(89kW)/6600, nN=6600

- Momen xoắn cực đại (Nm/rpm): 145/4300

- Dung tích thùng nhiên liệu (l): 40

- Hệ thống nhiên liệu : Phun xăng điện tử/ PGM-FI

- Số chỗ ngồi : 5

- Dài x rộng x cao (mm): 4553 x 1748 x 1467

- Chiều dài cơ sở (mm): 2600

- Chiều rộng cơ sở trước sau (mm): 1495/1483

- Cỡ lốp: 185/55R16

- La zăng: hợp kim 16 in

- Khảng sáng gầm xe (mm): 134

- Bán kính quay vòng tối thiểu toàn thân (m): 5

- Khối lượng bản thân: 1124 Kg

- Hệ thống treo trước : kiểu MacPherson

- Hệ thống treo sau: giằng xoắn

- Loại đường chuyển động của xe:

+ Hệ số cản lăn (f): 0,35

+ Góc dốc lớn nhất ():

- Vận tốc lớn nhất của oto: Vmax= 210 km/h = 58,33 m/s

II Nội dung tính toán

1/ Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ gồm:

- Ne = f(ne)

- Me = f(ne)

- Ge = f(ne)

2/ Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính (i0)

- Xác định tỷ số truyền của hộp số phụ (if)

- Xác định tỷ số truyền của hộp số chính (ih)21

3/ Tính toán các chỉ tiêu động lực học của ô tô

- Tính toán chỉ tiêu về công suất (Nk)

- Tính toán chỉ tiêu về lực kéo (Pk)

- Tính toán nhân tố động lực học khi đầy tải (D) và tải thay đổi (Dx)

- Tính toán khả năng tăng tốc của ô tô:

+ Gia tốc (j) + Thời gian tăng tốc (t) + Quãng đường tăng tốc (s)

+ G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô tính theo KG (N)

+ G0: Trọng lượng sử dụng của ô tô (còn gọi là trọng lượng của ô tô khi không tải) (1124Kg)

+ Gh: Trọng lượng của hành lý 20Kg/ người + A: Trọng lượng trung bình của một người trên ô tô ( 55Kg) + n: Số chỗ ngồi trong ô tô kể cả người lái (5 người)

 G = 1124 + 5*55 + 20*5 = 1499(Kg)

Vậy trọng lượng toàn bộ của xe là G = 1499 (kG)=14705,19 (N)

- Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cầu trước (G1) chiếm từ 55% ÷ 65%

rb = rk = λ.r0 với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp (λ=0,93÷0,95)

Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,94

→ rb = rk = 0,94∗0,305 = 0,287 (m)

II 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, momen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm có:

- Đường công suất Ne = f(ne)

- Đường momen xoắn Me = f(ne)

- Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ Ge = f(ne)

Khi động cơ làm việc, các đại lượng Ne, Me, Ge thay đổi theo số vòng quay của trục khuỷu (ne); trị số của ne biến thiên từ nemin đến nemax hoặc n0 (số vòng quay tại điểm bộ hạn chế số vòng quay của động cơ xăng hoặc bộ điều tốc ở động cơ diezel bắt đầu làm việc)

1 Xác định công suất dộng cơ theo điều kiện cản chuyển động:

G : Trọng lượng toàn bộ của ô tô (1499Kg) = 14705,19N

f : hệ số cản lăn của đường, (chọn f0=0,015 với đường nhựa bê tông tốt)

Vmax : Tốc độ chuyển động lớn nhất của ô tô (58,33m/s)

K : Hệ số cản của không khí (KGS2/m4) tham khảo bảng II trang 10 K=0,25

F : Diện tích cản chính diện của ô tô (m2) (Tham khảo bảng II) hoặc tính theo công thức:

* F = B0.H.m Với ô tô du lịch Trong đó:

* B0: Chiều rộng toàn bộ của ô tô (1,748m)

* H: chiều cao lớn nhất của ô tô tính từ mặt đường đến điểm cao nhất của ô tô (1,467m)

* m :Hệ số điền đầy diện tích, với m = 0,78

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

Chọn λ = 1,1 (đối với động cơ xăng)

3 Xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ ngoài của động cơ:

+ Đường biểu diễn công suất của động cơ:

Ne = Nemax.[a +b2 −c3] (3) Trong đó:

Nemax, nN : Công suất lớn nhất của động cơ và số vòng quay tương ứng nN=6000v/ph

Ne, ne : Công suất và số vòng quay tại một điểm trên đường đặc tính của động cơ + Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau :

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

Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với Công suất

Ne(kW) và Mômen xoắn Me(N.m):

Hình 1 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Nemax = 1,1*Nemax = 1,1*155,15= 170,665 (N.m)

III 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

0 50 100 150 200 250 300

9

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng

+ ip – tỷ số truyền của hộp số phụ

- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1

1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính (i 0 ):

Tỉ số truyền của truyền lực chính i0 được xác định từ điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt vận tốc lớn nhất, được xác định theo công thức:

i0 = 0,105

max

.

.

v i i

n r

hn fc

v b

Trong đó:

+ Nv : Số vòng quay của động cơ khi ô tô đạt vận tốc lớn nhất (Vmax)

+ rb : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe, được xác định theo kích thước lốp, tính theo (m) rb = 0,287 (m)

+ vmax : Vận tốc lớn nhất của ô tô tính theo km/h vmax = 58,33m/s

ifc : Tỉ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối ở số truyền cao

– 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

b Xác định tỉ số truyền các số truyền trung gian hộp số

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 = √𝑖ℎ1

𝑖ℎ𝑛

𝑛−1

Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 5)

+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 1,66)

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

𝑞3−1 = 1,66

1,142 = 1,28 + Tỷ số truyền của tay số 4: ih4 = 𝑖ℎ1

𝑞 4−1 = 1,66

1,14 3 = 1,12 + Tỷ số truyền của tay số 5: ih5 = 1

c Xác định tỉ số truyền của số lùi

- Tỷ số truyền của tay số lùi: ihl = 1,2∗ih1 = 1,2∗1,66 = 1,992 (5)

Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

11

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÁC CHỈ TIÊU

ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

I/ Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của oto

- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:

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

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

Pj = 𝐺

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

- Vận tốc ứng với mỗi tay số

Vi =2π∗ne ∗𝑟 𝑏𝑥

60∗i 0 ∗ihi (b) Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

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

Phương trình cân bằng lực cản Pc.

Pc= Pf + Pw Xét ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió

+ 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

0

f = f

2 0 0

1500

13

+ 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:

II/ Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của oto

– Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:

Nk = Nf + Ni + Nj + NW – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo công thức:

Nki = Ne.ŋ𝑡𝑙 (𝑣ớ𝑖 𝑣𝑖 = 0,105 𝑟𝑘 𝑛𝑒

𝑖 0 𝑖 ℎ𝑖 𝑖 𝑝𝑐 ) – Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:

Bảng 4 Công suất của ô tô

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

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô III/ 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”

Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám

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

+ 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 việc

không 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 khắc phục 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:

IV/ Xác định khả năng tăng tốc của oto, xây dựng đồ thị gia tốc

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

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

17

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+ v²

j1 2.39 2.54 2.64 2.69 2.68 2.61 2.45 2.27 2.03 1.74

Tay số 2

V2 3.98 7.96 11.93 15.91 19.89 23.87 27.84 31.82 35.80 39.78

D2 0.268 0.284 0.294 0.297 0.295 0.287 0.272 0.252 0.225 0.193 f2 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.021 0.023 0.025 0.028 0.031

j2 2.14 2.27 2.36 2.38 2.37 2.25 2.11 1.92 1.67 1.37

Tay số 3

V3 4.51 9.03 13.54 18.06 22.57 27.09 31.60 36.12 40.63 45.15

D3 0.236 0.249 0.257 0.258 0.254 0.245 0.229 0.208 0.181 0.148 f3 0.015 0.015 0.015 0.015 0.02 0.022 0.025 0.028 0.031 0.035

j3 1.92 2.03 2.10 2.11 2.03 1.94 1.77 1.56 1.30 0.98

Tay số 4

V4 5.12 10.25 15.37 20.50 25.62 30.75 35.87 40.99 46.12 51.24

D4 0.208 0.219 0.224 0.223 0.217 0.205 0.188 0.165 0.136 0.102 f4 0.015 0.015 0.015 0.015 0.022 0.025 0.028 0.032 0.036 0.041

j4 1.71 1.80 1.85 1.84 1.72 1.59 1.41 1.18 0.88 0.54

Tay số 5

V5 5.82 11.63 17.45 23.27 29.08 34.90 40.71 46.53 52.35 58.16

D5 0.183 0.191 0.194 0.191 0.182 0.168 0.148 0.122 0.091 0.054 f5 0.015 0.015 0.015 0.02 0.023 0.027 0.032 0.037 0.042 0.049

+ 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 = 3.50 (m/s) tương ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ nmin = 660 (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 = 58.16 (m/s) thì jv = 0, lúc đó xe không còn khả năng tăng tốc

+ Do ảnh hưởng của δj mà j2 (gia tốc ở tay số 2) > j1 (gia tốc ở tay số 1)

V/ Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc, quãng đường tăng tốc

1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược

- Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:

+ ti = Fi – với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị 1

𝑗 = f(v); v = v1 ; v = v2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược

 Thời gian tăng tốc toàn bộ: 𝑡𝑖 = ∑𝑛𝑖=1𝐹𝑖

n – số khoảng chia vận tốc (vmin → vmax)

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

19

Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1

𝑗 = f(v):

Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược

2 Tính thời gian tăng tốc, quãng đường tăng tốc của oto

a, Thời gian tăng tốc

Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ta có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao là tại Vmax của từng tay số

1

1

v

v v v

in n v

Ta có : Si = 𝐹𝑠𝑖 – với 𝐹𝑠𝑖 phần diện tích giới hạn bởi các đường t = f(v) ; t = t1 ; t

= t2 và trục tung đồ thị thời gian tăng tốc

 Quãng đường tăng tốc từ vmin ÷ vmax :

3 Lập bảng giá trị thời gian tăng tốc, quãng đường tăng tốc của oto

- Có 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

+ Động cơ xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 2s

(Với người lái có trình độ kém thì thời gian chuyển số có thể cao hơn từ 25 ÷ 40%)

- 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):

Δv = 𝑗 ∗ ∆𝑡 = 𝑓∗𝑔

𝛿𝑗 ∗ ∆𝑡 +𝐾∗𝐹∗𝑉2∗𝑔

𝐺∗𝛿𝑗 ∗ ∆𝑡 (m/s) Trong đó: + f – hệ số cản lăn của đường f = f0∗ (1 + 𝑉2

1500) + g – gia tốc trọng trường (g = 9,81 [m/s2]) + ∆t – thời gian chuyển số [s]

+ δj = 1 + 0,05.[1 + (𝑖ℎ𝑖)2.(ip)2]

Từ công thức trên ta có bảng sau:

Chuyển số delta V Delta S

Bảng 12: thời gian và quãng đường tăng tốc

4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tôc

Hình 7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc

0 500 1000 1500 2000 2500

KẾT LUẬNViệc tính toán động lực học kéo của ôtô chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết do tính tương đối của phép tính và sự lựa chọn các hệ số trong quá trình tính toán không chính xác so với thực tế Trong thực tế, việc đánh giá chất lượng kéo của ôtô được thực hiện trên đường hoặc trên bệ thử chuyên dùng