Đồ án môn học TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ SỨC KÉO Ô TÔ CHO TRƯỚC

Tên ĐAMH: Tính toán đánh giá sức kéo ô tô cho trước 1. Số liệu ban đầu (file đính kèm) Trọng lượng bản thân xe: 1180 Kg Động cơ: xăng Hệ thống truyền lực: Xe tham khảo: Sonata 2. Nội dung tính toán và thuyết minh Đặc tính ngoài động cơ Đặc tính kéo của ô tô, cân bằng công suất ô tô Đặc tính động lực học (đầy tải và tải bất kỳ) Đặc tính tăng tốc Nhận xét đánh giá về sức kéo, tính năng động lực của ô tô; khả năng làm việc khuyến cáo về công việc, loại đường phù hợp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ SỨC KÉO

Ô TÔ CHO TRƯỚC

SVTH :

MSSV : GVHD: TRẦN ĐÌNH QUÝ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4, năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ SỨC KÉO

Ô TÔ CHO TRƯỚC

SVTH :

MSSV : GVHD: TRẦN ĐÌNH QUÝ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4, năm 2023

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MƠN HỌC

Họ và tên SV: MSSV:

Tên ĐAMH: Tính tốn đánh giá sức kéo ơ tơ cho trước

1 Số liệu ban đầu (file đính kèm)

-Trọng lượng bản thân xe: 1180 Kg

-Động cơ: xăng

-Hệ thống truyền lực:

-Xe tham khảo: Sonata

2 Nội dung tính tốn và thuyết minh

-Đặc tính ngồi động cơ

-Đặc tính kéo của ơ tơ, cân bằng cơng suất ơ tơ

-Đặc tính động lực học (đầy tải và tải bất kỳ)

-Đặc tính tăng tốc

-Nhận xét đánh giá về sức kéo, tính năng động lực của ơ tơ; khả năng làm việc-

khuyến cáo về cơng việc, loại đường phù hợp

3 Bản vẽ: (tiêu chuẩn TCVN)

-Bản vẽ đồ thị đặc tính ngồi động cơ (A4 ngang)

-Bản vẽ đồ thị cân bằng lực kéo, đị thị đặc tính động lực (A3 ngang)

-Bản vẽ đồ thị cân bằng cơng suất (A4 ngang)

-Bản vẽ đồ thị gia tốc, gia tốc ngược, thời gian và quãng đường tăng tốc (A3 ngang)

Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày hồn thành, nộp:

Giáo viên hướng dẫn Trần Đình Quý

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MƠN Ơ TƠ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SỨC KÉO CỦA ÔTÔ 4

1 Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ 4

2 Nghiên cứu về tỷ số truyền của HTTL 4

3 Các chỉ tiêu để đánh giá ô tô 5

PHẦN II SỐ LIỆU BAN ĐẦU 8

1 Giới thiệu xe Hyndai Sonata 8

PHẦN III XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI 9

CỦA ĐỘNG CƠ 9

1 Xây Dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 9

PHẦN IV XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH KÉO CỦA Ô TÔ 12

1 Những thông số tính toán 12

1.1 Trọng lượng xe thiết kế 12

1.2 Chọn lốp: 12

1.3 Các thông số tính toán khác 12

2 Đặc tính kéo của ô tô 13

PHẦN V XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 17

1 Phương trình cân bằng công suất 17

2 Công suất kéo 17

PHẦN VI XÂY DỰNG ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC 19

1 Phương trình nhân tố động lực học D(ψ) 19

2 Xác định nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi 20

PHẦN VII XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ 24

1 Khả năng tăng tốc của xe khi chuyển động trên đường bằng 24

2 Xác định thời gian tăng tốc của ô tô 26

3 Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô 28

KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô hiện nay đang phát triển rất mạnh, nó là một ngành công nghiệp có vai trò quan trọng trong nền kinh tế của một đất nước Vì vậy việc đào tạo kĩ sư trong ngành cũng hết sức quan trọng Trong khi đó môn học “lý thuyết ôtô” chiếm vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư nghành ôtô Môn học “lý thuyết ôtô” cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản thuộc lĩnh vực lý thuyết ôtô liên quan đến sự phát triển của ngành ôtô trong sự đổi mới của đất nước hiện nay Đồngthời cũng đề cập đến các vấn đề liên quan đến sự phát triển kỹ thuật mới của

nghành ôtô trên thế giới

Nhận thấy sự cần thiết của môn học này nên các sinh viên đã được giao nhiệm vụ làm đồ án môn tính toán thiết kế về “lý thuyết ôtô”.Việc tính toán thiết kế “lý thuyết ôtô” giúp cho sinh viên hiểu rõ và sâu sắc hơn về ôtô điều đó đồng nghĩa với việc đảm bảo được sự an toàn khi xe chuyển động, sự tiết kiệm nhiên liệu hay tính kinh tế khi vận hành xe đồ án thiết kế ôtô về “tính toán sức kéo cho ôtô du lịch” (động cơ xăng)

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SỨC KÉO CỦA ÔTÔ.

1 Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ.

Để xác định lực, momen tác dụng lên các bánh xe chủ động của ôtô cần phải

nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong lại piston

Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích Ne, momen xoắn có ích Me tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ Gt và xuất tiêu hao nhiên liệu Ge theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc trục khuỷu

Có 2 loại đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài động cơ Đường đặc tính tốc độ động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệ thử.Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại tức là mở bướm

ga hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel Chúng ta nhận được đườngđặc tính ngoài của động cơ

Đường đặc tính cục bộ thể hiện khi bướm ga hoặc thanh răng ở vị trí trung gian.Nên đối với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và vô vàn đường đặc tính cục bộ tùy theo vị trí bướm ga hay vị trí của thanh răng

2 Nghiên cứu về tỷ số truyền của HTTL

Công suất phát ra của động cơ một phần tiêu hao cho ma sát trong HTTL, phần còn lại để khắc phục sức cản, khả năng tải, tốc độ cần có của động cơ khi làmviệc

Ô tô chạy ở các chế độ khác nhau và làm việc ở các chế độ có tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất khi chạy ở các chế độ và tải khác nhau tức là để ôtô chạy ổn định ở các chế độ khác nhau chúng ta cần thay đổi tỷ số truyền của HTTL

Đối với tỷ số truyền của truyền lực chính

Từ công thức nhân tố động lực học D nhận thấy tỷ số truyền i có ảnh hưởng đến

là khắc phục sức cản chuyển động của ôtô cũng tăng lên Tuy nhiên khi i0 tăng thi vận tốc lớn nhất của ôtô ở mỗi số truyền bị giảm xuống dẫn đến số vòng quay trục khuỷu cho một đơn vị quãng đường chạy tăng lên dẫn đến tiêu hao nhiên liệu tăng lên và giảm tuổi thọ của các chi tiết động cơ.

Tùy theo loại xe cần chọn thông số i0 cho thích hợp việc chọn i0 được nghiên cứu bằng sự cân bằng công suất ôtô và được tính toán ở phần sau khi tính toán

Số lượng số truyền trong hộp số:

Số lượng số truyền trong hộp số ảnh hưởng đến tính chất động lực học của ôtô Để tiện khi so sánh 2 loại ôtô có đặc tính động lực học như nhau, nhưng ôtô thứ nhất với hộp số có 3 số truyền và thứ 2 có 4 số truyền chúng đều có tỷ số truyền thứ nhất và cuối cùng bằng nhau

Nếu 2 ôtô cùng chuyển động trên cùng một loại đường có hệ số cản tổng như nhau

là φ2 khi đó vận tốc lớn nhất của ôtô có hộp số 3 cấp nhỏ hơn vận tốc của ôtô có hộp số 4 cấp

Cần xác định tỷ số truyền của hộp số :

Hộp số đặt trong hệ thống truyền lực của ôtô nhằm đảm bảo khả năng khắc phục lực cản của mặt đường luôn thay đổi như vậy cần xác định tỷ số truyền của từng sốtrong hộp số

3 Các chỉ tiêu để đánh giá ô tô

 Chỉ tiêu về công suất

Xây dựng phương trình cân bằng công suất dạng tổng quát

Pe=P t+P f ± Pi ± P j+P w

Trường hợp xe ô tô chuyển động trên đường bằng:

Pe=P t+P f+P w

Ta xây dựng đồ thị công suất dựa trên phương trình này

Đồ thị cân bằng công suất động cơ biểu thị mối quan hệ vào vận tốc chuyển động của ôtô P e=f (v) mà số vòng quay trục khuỷu và vận tốc có quan hệ bậc nhất

Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và công suất cản trong quá trình chuyển động.

Dựa vào đồ thị ta có thể nhận biết được vận tốc lớn nhất của ôtô, biết được thành phần công suất dư từ đó có thể biết được khả năng khắc phục sức cản dốc, tăng tốc của ôtô………

biết được vận tốc lớn nhất ôtô đạt được khi ôtô chuyển động đều trên đường

bằng và bướm ga mở hết và ở hộp số truyền cao nhất của hộp số

- Khi muốn ôtô chuyển động đều trên đoạn đường đó với vận tốc vmax nhỏ hơn

thì người lái cần đóng bớt bướm ga và thực hiện chuyển số thấp hơn để tránh tiêu hao nhiên liệu lãng phí

 Lực kéo của ô tô

Xây dựng phương trình lực kéo: F k=F f ± F i+F w ± F j

Trường hợp xe chuyển động ổn đinh

+ Dựa vào đồ thị có thể biết được khu vực ôtô có thể bị trượt quay……

 Nhân tố động lực học của ôtô D

Nhân tố động lực học của ôtô là tỷ số truyền giữa lực kéo tiếp tuyến

trừ đi lực cản của không khí F w và chia cho trọng lượng toàn bộ của ôtô ký hiệu: D

D= F k−F w

G

Để so sánh tính chất động lực học của các loại ôtô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của ôtô trên các loại đường khác nhau người ta có thể biết ngay đượccác tính chất động lực học của ôtô được đặc trưng bởi các thông số “D”

 Đặc tính tăng tốc của ô tô j

PHẦN II SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 Giới thiệu xe Hyndai Sonata

- Loại xe: Xe Huyndai Sonata

- Trọng lượng bản thân xe: 1180 (kg)

- Động cơ: 2.0 MPI

- Kích thước bao: 4700 x 1770 x 1405 (mm)

- Chiều dài cơ sở: 2700(mm)

- Vệt bánh trước: 1515(mm)

- Vệt bánh sau: 1500(mm)

- Kích thước xylanh và hành trình công tác: 85x88 (mm)

- Tỷ số nén: 8,5

- Công suất cực đại (ml) / số vòng quay (v/ph): 104/5000

- Moment cực đại (KGM)/số vòng quay(v/ph): 16,6/2400

- Tỷ số truyền hộp số: I-3,363 ; II-1,947; III-1,285; IV-0,939: V-0,756; Lùi-3,083

- Công thức lốp; 4x2

- Kích thước lốp: 195/70HR14

- Thùng nhiên liệu: 65(lít)

- Số chỗ ngồi: 4

PHẦN III XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI

CỦA ĐỘNG CƠ

1 Xây Dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.

Ta xây dựng các đường đặc tính sau

+ Đường đặc tính công suất P e=f (ne)

+ Đường moment xoắn M e=f (ne )

Phương trình đặc tính tốc độ ngoài của động cơ có thể xác định qua sự khảonghiệm của động cơ trên băng thử ở chế độ toàn tải, tức bướm ga mở hoàntoàn.Sau đó cho tăng tải, tức tăng moment M e, thì số vòng quay trục khuỷu động

cơ n e thể hiện qua công thức kinh nghiệm Leydecman:

P e=P e max .[a. ne

n e p+b (ne n e p)2−c (ne n e p)3] (1)

Trong đó : P e max và n e p là công suất cực đại và số vòng quay tương ứng

a Nội Suy công thức laydecman

Bảng 1 Số liệu đặc tính ngoài

0 5 10 15 20 25 30 0

Đồ thị đặc tính ngoài

Pe Me

Ne(v/ph)

 Nhận xét:

Trục tung biểu diễn P e ( kW ) , M e(N ) Trục hoành biểu diễn n e (v/ph)

Đồ thị đặc tính ngoài cho thấy đường công suất P e tăng dần theo số vòng quay của động cơ và đạt đỉnh ở n e=5400 (v/ph) , sau đó giảm dần khi vượt qua số vòng quay này , thì có thể cho thấy động cơ đang hoạt động ở mức hiệu suất cao

ở vùng số vòng quay này Đường moment cũng tăng dần theo số vòng quay và đạt cực đại ở n e=3200 v/ph , cho thấy động cơ đang cung cấp một lực xoắn đủ mạnh để đáp ứng yêu cầu của động cơ

Do đó khu vực làm việc ổn định của động cơ sẽ nằm trong khoảng n e M

−n e p

tức từ 3200 vòng/phút đến 5400 vòng/phút

PHẦN IV XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH KÉO CỦA Ô TÔ

1.3 Các thông số tính toán khác

- G trọng lượng của ô tô : G=m.G1520 kg

- v max vận tốc lớn nhất của ô tô v max=166,2km

Với m là hệ số cản chính diện chọn m =m.G0,78 đối với xe du lịch nhằm giảm diện tích cản chính diện ,B và H lần lượt là chiều rộng và chiều cao của ô tô

- flà hệ số cản lăn, ta chọn mặt đường là đườn nhựa ¿ >f =0,02

- η t hiệu suất của hệ thống truyền lực η t=0,93 ÷ 0,95= ¿chọn η t=0,93

2 Đặc tính kéo của ô tô

Công thức tính lực kéo tiếp tuyến;

v n=π n e r b

30.i n

- vận tốc của xe ở tay số 1:

v1=π n e r b

30.i1

=π n e.0,35 30.3,363

- vận tốc của xe ở tay số 2:

v2=π n e r b

30.i2 =

π n e.0,35 30.1,947

- vận tốc của xe ở tay số 3:

v3=π n e r b

30.i2 =

π n e.0,35 30.1,285

- vận tốc của xe ở tay số 4:

v3=π n e r b

30.i3 =

π n e.0,35 30.0,939

- vận tốc của xe ở tay số 5:

v1=π n e r b

30.i5 =

π n e.0,35 30.0,756

- Đường lực cản của đường F f=G f =2520.0,02=304 kN=304 N

- Đường lực cản không khí F w=0,625 Cx S v2=0,625.1520 1,98 v2

- Lực bám F φ=m2 G φ=0,61.1520 0,85=7881 kN =7881 N

+ Với xe du lịch có công thức lốp 4x2 , ta chọn cầu sau là cầu chủ động

vì cầu sau có thể cung cấp lực kéo mạnh hơn và tăng tốc tốt hơn

+ m2 hệ số thay đổi tải trọng ở cầu sau ta chọn m2=0,61 nhằm đảm bảo được lực kéo và khả năng tăng tốc và độ ổn định của xe

- Từ các dữ kiện ở trên ta có bảng thông số lực kéo như sau

- Trục tung biểu diễn F k , F f , F w , F φ Trục hoành biểu diễn v (km/h)

- Dạng đồ thị lực kéo của ôtô F ki=f (v) tương tự dạng đường cong

Me =m.G f(ne) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéoF ki và đường cong tổng

lực cản là lực kéo dư (F kd) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc

- Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt

đường:

- Xe có số liệu như trên có thể chạy được ở 5 số 1, 2, 3, 4, 5

- Xe có thể chạy trên đường có lực bám < 7881 N

- Ở tay số truyền 5 xe chạy đến tốc độ cho phép là 178 km/h

 Xe chỉ chạy được tốc độ tối đa là 175 km/h vì nếu chạy hơn sẽ không thắng được lực cản

Ta Xét trong trường hợp xe chuyển động ổn định (j=m.G0) trên đường ngang (F i=0 ) không kéo moc

1 Phương trình cân bằng công suất

Ta có Công suất kéo ở từng tay số như sau

+ Công suất kéo ở tay số 1

Từ đó ta có bảng giá trị công suất như sau

BẢNG 3 GIÁ TRỊ CÔNG SUẤT

0 2 4 6 8 10 12 14 16 0

p cản pf

v(km/h) P(w)

 Nhận xét:

Ở vùng tốc độ xe thấp , động cơ xăng cung cấp công suất thấp công suất nhỏ nhất là P e=8576 W tại V =5,31 km/h, do đó hiệu suất sử dụng nhiên liệu thấp và công suất tăng dần theo tốc độ của động cơ và đạt giá trị cực đại

P e=71999 W tại V =179 km/h và hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao nhất Khi tốc độquay tăng lên hơn giá trị này, công suất động cơ sẽ giảm dần và hiệu suất sử dụng nhiên liệu cũng giảm

Để tối ưu hiệu suất của động cơ xăng, ta cần đưa nó vào vùng tốc độ quay mà động cơ đạt công suất tối đa Đồng thời, đồ thị cân bằng công suất cũng giúp cho các nhà sản xuất động cơ có thể thiết kế động cơ sao cho nó hoạt động trong vùng tốc độ quay đạt hiệu suất tốt nhất và đáp ứng được các yêu cầu vận hành của người sử dụng

- G ex tải trọng thay đổi từ 0 đến G e

- G e Tổng tải trọng của xe (bao gồm hành lý và người)

Qua đó ta thu được bang số liệu về nhân tố động lực học D và D x như sau:

14.9 4

17.9 3

20.9 2

23.9 1

26.9 0

29.8 9

32.8 8

35.8 7

37.3 6

40.3 5

44.8 4

8

0.26 3

0.27 4

0.28 3

0.28 7

0.28 8

0.28 6

0.28 1

0.27 1

0.25 9

0.25 1

0.23 3

0.20 0

25.8 1

30.9 8

36.1 4

41.3 0

46.4 7

51.6 3

56.7 9

61.9 6

64.5 4

69.7 0

77.4 5

66.4 9

79.7 8

93.0 8

D φ 0.846 0.843 0.840 0.836 0.830 0.825 0.818 0.811 0.802 0.794 0.789 0.779 0.762

BẢNG 5 TÍNH % TẢI TRỌNG CỦA Ô TÔ

% Tải trọng Khối lượng

theo % tải

G x (Kg) tan α

1 k=G xk G

α o

Và với đồ thị tia ta có thể thấy Khi tải trọng tăng, động cơ sẽ phải sản xuấtmô-men xoắn lớn hơn để giúp xe ô tô vận hành trơn tru và nhanh chóng hơn Khi quá tải động cơ đạt tới giới hạn mô-men xoắn, hiệu suất và tốc độcủa xe ô tô sẽ bị ảnh hưởng và giảm xuống giảm dần

Khả năng leo dốc của ô tô

- Ở tay số truyền I ta có IDmax =m.G Dmax –f =m.G 0,504 - 0,02 =m.G 0,484

- Ta có tg=m.G0,484 α=25 O49'

 Vậy trong trường hợp này xe có khả năng tăng tốc lên dốc với độ dốc của đường làα=25 O49'

PHẦN VII XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ

1 Khả năng tăng tốc của xe khi chuyển động trên đường bằng

Ta có công thức sau: D=f + δ i

g j=¿ j=( D−f )

g

δ i(m

s2 )

- m là chỉ số tương ứng với số truyền đang tính: m=m.G1÷n⇒n là số cấp số của hộp số chính.

- D là nhân tố động lực học khi ôtô chở đủ tải

Theo đồ thị gia tốc j ta có thể thấy ô tô có thể tăng tốc lên vận tốc 178 km/h Khi ô

tô đạt được vận tốc này thì nó không còn khả năng tăng tốc nữa

- Ở tay số 1 ta sẽ chuyển số khi vận tốc đạt giá trị là v1=m.G 46,7 km/h

- Ở tay số 2 ta sẽ chuyển số khi vận tốc đạt giá trị là v2=m.G 77,5 km/h

- Ở tay số 3 ta sẽ chuyển số khi vận tốc đạt giá trị là v3=m.G 117,8 km/h

- Ở tay số 4 ta sẽ chuyển số khi vận tốc đạt giá trị là v4=m.G 160 km/h

2 Xác định thời gian tăng tốc của ô tô

Áp dụng công thức tính gia tốc trong tài liệu

m trong đó m=m.G1÷k; trên đồ thị 1/j-v chia các khoảng đều nhau từ

v min ÷ 0,95 v max làm k khoảng lấy