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 cực Đại 200 kmh

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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

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 trọng/Số chỗ ngồi: 5Vận tốc chuyển động cực đại: 200 Km/h

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: max = 0,4

Xe tham khảo: Honda city 2017

Sinh viên: Hà Thanh Kiên

Lớp: KTOTO K63 MSSV: 6351040038

Người hướng dẫn: GV Vũ Văn Định

TP.Hồ Chí Minh 2024

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 Định Bộ môn Lý thuyết ôtô – Đại học Giao Thông Vận Tải Phân Hiệu tại TP Hồ Chí Minh

Sinh viên thực hiện

Hà Thanh Kiên

Trang nhận xét của GVHD

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

– Ba hình chiếu của xe Honda city

– Các kích thước cơ bản:

10 Vận tốc tối đa V

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

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: SOHC i-VTEC, 4 xy lanh thẳng hàng

 G = 1085 + 4.(60 + 20) = 1405 (kG)

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 1405 (kG) = 13783,05 (N)

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

- Chọn G1 = 60%G

 G1 = 60% 13783,05 = 8269,83 (N)

 G2 = (1 – 60%) 13783,05 = 5513,22 (N)

- Vậy G1 = 8269,83 (N); G2 = 5513,22 (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 công suất tiêu hao nhiên liệu củađộng 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)

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)

 Hiệu suất truyền lực: ƞ tl = 0,9 (tr 15)

 Hệ số cản tổng cộng của đường: ψ max = 0,4

- 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 [a λ +b λ2

−c λ3] (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 :

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

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

Nemax = 1,1 * Nemax = 1,1 * 137,123 = 150,8353(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 ởtay số cao nhất của hộp số

- Ta có:

i0 = 0,105 ¿ r bx ∗n v

i h c¿i pc ∗v max (CT3-8,tr104)Trong đó: + rbx = 0,289 (m)

+ nv – 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 0 ,289∗72601∗1∗55 ,55 = 3,96588

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 đảm bảo khắc phục được lực 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 cảnkhông khí PW

– Vậy : Pk max = M emax ∗i h 1 ∗i0∗η tl

Trong đó: + mk – hệ số lại tải trọng (mk =1)

+ Gφ = 8269,83 (N) – 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

 i h 1 ≤ 1∗8269 , 83∗0 , 8∗0 ,289

283,425∗3,605∗0 , 9 = 2,08 (4)

 Chọn ih1 = 1,79986

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 = n−1√i h 1

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

+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 1,73)

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

 q = 4

√1 , 79986

1 = 1,1582– Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:

ihi = i h (i−1 )

q = i h 1

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

– Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền của tay số 2: ih2 =

i h 1

q2−1 =

1, 79986

1 ,1582 = 1,5539 + Tỷ số truyền của tay số 3: ih3 =

i h 1

q3−1 =

1, 79986

1 , 15822 = 1,3415 + Tỷ số truyền của tay số 4: ih4 =

c Tỷ số truyền của các tay số

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

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 = M ki

r đ = M e i0 i hi ƞ tl

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

Pj = G 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 truyền

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

Pc = fG + KFv² (trang 52)

0

f f khi v≤ 22 m/s

2 0 0

1500

Pc 632.0634515 1108.33788 1271.029057 1489.294116 1782.116608 2174.964701

Pϕ 7277.4504 7277.4504 7277.4504 7277.4504 7277.4504 7277.4504

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

Pφ = z1.mk2.φTrong đó:

+ mk2– hệ số phân bố lại tải trọng ở cầu sau (cầu sau chủ động m k2  1,1 1, 2)

 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.ŋ tl (với v i=0,105. r k n e

i0 i hi i pc .) (tr 57)– 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 ∑N c theo bảng trên:

– Xét ôtô chuyển 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

Bảng 5 Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số

V(m/s) 0 30.86339025 35.74816375 41.40605425 47.95942362 55.55

Nc(kW) 0 34.20706454 45.43695486 61.66579295 85.46928535 120.8192892

0 20

12.999332 27

0.3364495 56

15.056747 0.2875441

05

246.03233 95

0.43364120 4

0.41780544 5

0.39656032 9

0.36805806 8

f 0.015 0.024525489 0.027779312 0.032144613 0.038001063 0.045858025

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

0 10 20 30 40 50 60 0

 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 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 kiệnbám của các bánh xe chủ động với mặt đường

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

Ψ ≤ D ≤ Dφ

 Vùng giới hạn giữa đường cong Dφ và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > Dφ trong giới hạn nhất định có thể dùng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra

2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc

độ 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

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

1.13999335 4

1.11707956

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+1500v ² )

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

Bảng 9 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số

0.015078 224

2.721997 9

3.249833 068

0.300755 429

0.015105 614

2.415075 322 5.611525

5

0.370057 6

0.015314 892

2.897824 629

6.499666 135

0.318945 21

0.015422 457

2.568807 112 8.417288

2

0.384629 7

0.015708 507

3.016755 732

9.749499 203

0.330843 253

0.015950 527

2.669363 974 11.22305

1

0.392230 7

0.016259 569

3.078791 307

12.99933 227

0.336449 556

0.016689 826

2.716745 908 14.02881

3

0.392860 5

0.016968 076

3.083931 353

16.24916 534

0.335764 121

0.017640 354

2.710952 915 16.83457

6

0.386519 1

0.017834 03

3.032175 872

19.49899 841

0.328786 946

0.018802 109

2.651984 995 19.64033

9

0.373206 6

0.018857 429

2.923524 861

22.74883 147

0.315518 031

0.020175 093

2.539842 147 22.44610

2

0.352922 9

0.020038 275

2.757978 323

25.99866 454

0.295957 378

0.021759 306

2.374524 371 25.25186

4

0.325668 0

0.021376 567

2.535536 256

29.24849 761

0.270104 985

0.023554 746

2.156031 669

28.05762 0.291442

0

0.022872 305

2.256198 662

32.49833 068

0.237960 853

0.025561 415

1.884364 038

1.919965 538

35.74816 375

0.199524 981

0.027779 312

1.559521 481

2.122408 287

4.359947 601

0.223774

134 0.01519

1.849979 279 7.528373

5

0.274630

342

0.015566 764

2.253972 247

8.719895 203

0.236120

483 0.01576

1.959382 15 11.29256

025

0.283986

456

0.016275 219

2.335197 035

13.07984 28

0.242969

063 0.016711

2.020068 462 15.05674

7

0.287544

105

0.017267 056

2.366082 653

17.43979 041

0.244319

875 0.018041

2.032038 212 18.82093

375

0.285303

291

0.018542 275

2.346629 1

21.79973 801

0.240172

919 0.019752

1.995291 403 22.58512

05

0.277264

014

0.020100 877

2.276836 376

26.15968 561

0.230528

194 0.021843

1.909828 033 26.34930

725

0.263426

272

0.021942 86

2.156704 481

30.51963 321

0.215385

701 0.024314

1.775648 103 30.11349

4

0.243790

067

0.024068 225

1.986233 415

34.87958 081

0.194745

439 0.027166

1.592751 612 33.87768

075

0.218355

398

0.026476 973

1.765423 178

39.23952 841

0.168607

409 0.030397

1.361138 561 37.64186

75

0.187122

266

0.029169 102

1.494273 77

43.59947 601

0.136971

61 0.034009

1.080808 949 41.40605

425

0.150090

67

0.032144 613

1.172785 191

47.95942 362

0.099838

043 0.038001

0.751762 777

của động cơ nmin = 600 (vòng/phút)

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

10.1 0.20253689

1.68783203 1

15.15 0.20680073

1.72620664 2

20.2 0.20565848

1.71592637 1

25.25 0.19911013

1.65699121 7

30.3 0.18715568

1.54940118 2

35.35 0.16979514

1.39315626 5

+ Ở tốc độ vmax = 55,55 (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).

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

- Biểu thức xác định thời gian tăng tốc:

+ ti = Fi – với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị 1j = f(v); v = v1 ; v =

v2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược

 Thời gian tăng tốc toàn bộ: t i=∑

i=1

n

F i

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

- (vì tại j = 0 → 1j = ∞ Do đó, chỉ tính tới giá trị v = 0,95vmax = 190 km/h)

- Lập bảng tính giá trị 1j theo v:

2.80576275 0.36737719

9 3.249833068 0.41406576 3.76418675 0.471162885.61152550

1

0.34508644

5 6.499666135 0.389285749 7.5283735

0.44366118 6 8.41728825

1

0.33148192

6 9.749499203 0.374621074

11.2925602 5

0.42822938 9

11.223051 0.32480278

8 12.99933227 0.368087423 15.056747

0.42263950 4 14.0288137

5

0.32426143

3 16.24916534 0.368873983

18.8209337 5

0.42614318 6

16.8345765 0.32979617

4 19.49899841 0.37707604 22.5851205

0.43920591 3 19.6403392

5

0.34205284

6 22.74883147 0.393725256

26.3493072 5

0.46367038 6

22.446102 0.36258443

1 25.99866454 0.42113697 30.113494 0.503465525.2518647

5

0.39439388

7 29.24849761 0.46381508

33.8776807 5

0.56643642 9

28.0576275 0.44322338

1 32.49833068 0.530683021 37.6418675

0.66922141 1 30.8633902

5

0.52084268

2 35.74816375 0.641222332

41.4060542 5

0.85267106 7

0.54054659 5 8.71989520

3

0.51036496

4

8.71989520 3

0.51036496 4

13.0798428 0.49503272

7 13.0798428

0.49503272 7

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

Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1j = f(v):

0 0.5

1 1.5

2 2.5

3 3.5

4

Đồ thị gia tốc ngược

Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược

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

 Xác định Vimax theo phương pháp giải tích:

Từ đồ thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tạithời điểm chuyển số(Vmax)

1500) (3)

 V1max = 30.86339025 (m/s)

 V2max = 35.74816375 (m/s)

 V3max = 41.40605425 (m/s)

 V4max = 47.95942362 (m/s)

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

i 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 :S=∑

i=1

n

F S i

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

- 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):