TÍNH TOÁN SỨC KÉO ÔTÔ 2 potx

Xác định hệ số bám φ d Muốn cho Ôtô máy kéo có thể di chuyển được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe cầu chủ động với mặt đường phải có độ bám hệ số bám nhất định.. Xác định hệ số cản lăn

1 TÍNH TOÁN SỨC KÉO ÔTÔ 1.1 Thiết kế sơ bộ

1.1.1 Các thông số phát thảo

a Chủng loại Ôtô

Hiện nay Ôtô có thể phân thành nhiều chủng loại như: ôtô con, tải, khách hay ôtô chuyên dụng v.v…

•Ôtô con: dùng để vận chuyển người với số chỗ ngồi ít hơn 10 kể cả người điều khiển;

•Ôtô khách: dùng để vận chuyển người với số chỗ ngồi từ 10 trở lên kể cả người điều khiển;

•Ôtô tải: dùng để vận chuyển các loại hàng hóa

c Tải trọng chuyên chở: là khối lượng có ích mà ôtô có thể chở được.

e Vận tốc lớn nhất của Ôtô (V max ): là tốc độ của ôtô di chuyển trên mặt đường

nằm ngang mà ở đường đó không tăng tốc được nữa

1.1.2 Xác định các thông số ban đầu

1.1.2.1 Xác định các hệ số

a Xác định hệ số bám (φ d )

Muốn cho Ôtô máy kéo có thể di chuyển được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe cầu chủ động với mặt đường phải có độ bám (hệ số bám) nhất định Hệ số bám này phụ thuộc vào nguyên liệu, tình trạng mặt đường …

Vì vậy, để có số liệu trong quá trình tính toán cần phải dựa vào bảng 1 chọn giá trị

trung bình của hệ số bám ứng với chất liệu và tình trạng mặt đường

Bảng giá trị trung bình của hệ số bám (φ d ) Bảng 1

Kết cấu của mặt đường Hệ số bám (φ d )

Ở trạng thái mặt đường

Bêtông nhựa và bêtông Xi-măng mới 0.70 ÷ 0.80 0.50 ÷ 0.60 Bêtông nhựa và bêtông Xi-măng mòn - sạch 0.70 ÷ 0.80 0.35 ÷ 0.45 Bêtông nhựa và bêtông Xi-măng có bùn đất 0.40 ÷ 0.50 0.30 ÷ 0.40

Đường đất tình trạng xấu (ướt có bùn lầy) 0.15 ÷ 0.30 0.10 ÷ 0.15

b Xác định hệ số cản lăn (f) của mặt đường

Tich số giữa hệ số cản lăn (f) với trọng lượng toàn bộ (Ga) của Ôtô là lực cản lăn Lực cản lăn sinh ra khi các bánh xe chuyển động trên mặt đường, lực cản lăn xem như ngoại lực có phương song song với mặt đường, ngược chiều chuyển động, có điểm đặt tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

Do tính chất cơ lý và trạng thái của mặt đường … khi bánh xe lăn chính là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến hệ số cản lăn Ngoài ra, còn yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến hệ số cản lăn là tốc độ của Ôtô và thực nghiệm chứng tỏ rằng khi Ôtô chuyển động ≤ 80km/h thì trị số của hệ số cản lăn hầu như không thay đổi và khi tính toán lấy giá trị trung bình dựa vào bảng 2 dưới đây:

Giá trị trung bình của hệ số cản lăn (f 0) Bảng 2

Kết cấu của mặt đường mặt đường Trạng thái Hệ số cản lăn (fTương ứng 0)

Trung bình 0.018 ÷ 0.020

Trung bình 0.022 ÷ 0.025

Trung bình 0.030 ÷ 0.035

Khi tốc độ của ôtô V > 80km/h thì hệ số cản lăn (f) sẽ được tính theo biểu thức:









+

=

1500

1

2 0

V

f

f

Với: V là vận tốc của ôtô [m/s]

Và khi ôtô chuyển động trên mặt đường nhựa tốt hay nhựa – bê tông thì hệ số cản

lăn (f) cũng có thể tính theo công thức:











=

2800

32 V

f

c Xác định hệ số cản tổng cộng ( )ψ của mặt đường

Hệ số cản tổng cộng (ψ = f +i) là tổng của hai hệ số cản lăn (f) và độ dốc của mặt đường (i), nhưng mặt đường thử nghiệm là mặt đường nằm ngang, nên i = 0 và hệ

số cản tổng cộng chính hệ số cản lăn

1.1.2.2 Xác định hiệu suất của hệ thống truyền lực

Có chủng loại Ôtô, dựa vào bảng 3 sẽ chọn được hiệu suất (ηt) trung bình

Hiệu suất của hệ thống truyền lực (η t ) bằng thực nghiệm Bảng 3

Du lịch Tải - Khách Nhiều cầu chủ động

ηt ηt = 0.85 ÷ 0.90 ηt = 0.80 ÷ 0.85 ηt = 0.75 ÷ 0.80 Hiệu suất của hệ thống truyền lực được tính theo biểu thức sau:

c o cd h l

t ηη η η η

η =

Trong đó:

l

η - hiệu suất của ly hợp;

h

η - hiệu suất của hộp số và hộp số phụ;

cd

η - hiệu suất của cardan;

o

η - hiệu suất của truyền lực chính – vi sai;

c

η - hiệu suất của truyền lực cuối cùng.

1.1.2.3 Diện tích cản chính diện (F), hệ số cản khí động học (K) và nhân tố cản khí động học (W).

Dựa vào bảng 4 và chủng loại ôtô thiết kế, sẽ chọn được các giá trị trung bình của

hệ số dạng khí động học (K), diện tích cản chính diện (F), nhân tố cản khí động học (W)

Giá trị trung bình của hệ số dạng khí động học (K),

diện tích cản chính diện (F), nhân tố cản khí động học (W) Bảng 4

Loại Ôtô

Hệ số dạng khí động học (K) [daNs 2 / m 4 ]

Diện tích cản chính diện (F) [m 2 ]

Nhân tố cản khí động (W) [daNs 2 / m 2 ]

Không có mui 0.04 ÷ 0.05 1.5 ÷ 2.0 0.060 ÷ 0.100

1.1.3 Trọng lượng trên Ôtô

1.1.3.1 Xác định trọng lượng toàn bộ của Ôtô (G a )

Để thuận tiện cho việc tính toán, quy định chung: một hành khách có trọng lượng trung bình là 600N và được mang theo một lượng hành lý tương đương (600N)

a Trọng lượng bản thân Ôtô, G 0 [N]

Trọng lượng của bản thân là khi đổ đầy nhiên liệu, dầu bôi trơn, nước làm mát

Có hai cách để tính G 0, đó là:

- Cách thứ nhất: dựa vào ôtô mẫu ở trên, nên có thể chọn: G0 ứng với Ôt ô mẫu

- Cách thứ hai: theo chủng loại Ôtô thiết kế, dựa vào bảng 5

Hệ số khai thác (K G ) theo bảng Bảng 5

b Cở trung (trọng lượng toàn bộ từ 15,000N ÷80,000N) 1.15 ÷ 1.00

c Cở nhỏ (trọng lượng toàn bộ > 80,000N) 0.80 ÷ 0.75

Sẽ chọn hệ số khai thác (KG) và theo biểu thức:









=

0

G

G

G ⇔ G0 =K G.G t [N]

a Tải trọng chuyên chở, G t [N]

Tải trọng chuyên chở là tải trọng có ích mà Ôtô có thể chở được

- Đối với Ôtô con và khách

Được tính theo biểu thức sau:

Gt = (m1 + m2).n [N];

Trong đó:

m1 – trọng lượng của một người [N];

m2 – trọng lượng hành lý của một người [N];

n – lượng người theo thiết kế

- Đối với Ôtô tải

Theo quy định là tải trọng hàng hóa chuyên chở, trong đó có tính cả trọng lượng

của hai (hoặc ba) người điều khiển, và được tính chung là: Gt [N];

c Trọng lượng toàn bộ của Ôtô, G a [N]

Được tính theo biểu thức sau:

Ga = (Gt + G0)[N]

1.1.3.2 Phân bố tải trọng (G a) lên các dầm cầu của Ôtô

Phân bố tải trọng G a lên hai trục (dầm cầu) dựa vào chủng loại Ôtô trong bảng 6

Trọng lượng phân bố tải trọng ở trạng thái tĩnh Bảng 6

Loại Ôtô Trọng lượng phân bố lên các trục của bánh xe

Phía trước (G 1 ) Phía sau (G 2 )

Ôtô Tải & Khách (25 ÷ 30)% G a (70 ÷ 75)% G a

1.1.4 Chọn lốp Ôtô

a Tải đặt lên lốp Ôtô của một dầm cầu

Dựa tải trọng phân bố G1[N] và G2[N], sẽ xác định được tải trọng tác dụng lên một lốp xe dựa theo biểu thức sau:

bi

i bi n

G

G =

Trong đó:

Gbi– trọng lượng đặt lên một bánh xe dầm cầu chịu tải lớn, [N];

Gi – trọng lượng của Ôtô phân bố lên dầm cầu thứ i, [N];

nbi – số bánh xe ở dầm cầu thứ i chịu tải, [N].

b Chọn lốp Ôtô

Chọn lốp ôtô phụ thuộc vào:

- Chủng loại Ôtô ;

- Sức chịu tải;

- Theo chế độ chuyển động (vận tốc chuyển động, loại mặt đường)

…

Và dựa theo bảng tính năng kỹ thuật và kích thước lốp Ôtô, chọn được lốp và có: Bán kính lăn (rb) của bánh xe được tính:

rb = λ.r0; [m]

Trong đó:

r0 – bán kính thiết kế của bánh xe; [m]

λ – hệ số tính đến ảnh hưởng sự biến dạng của lốp Ôtô

1.1.5 Chọn động cơ và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

1.1.5.1 Chọn động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu

Trên Ôtô thường lắp đặt các loại động cơ đốt trong sau:

• Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng:

- Loại có bộ phận hạn chế số vòng quay;

- Loại có bộ phận hạn chế số vòng quay

• Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu Diesel;

• Động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khác

1.1.5.2 Xác định công suất cực đại của động cơ

a Xác định công suất của động cơ ứng với vận tốc cực đại của Ôtô

Khi Ôtô chuyển trên mặt đường có hệ số cản tổng cộng thì công suất ứng với vận tốc cực đại được tính theo công thức:

max max

max 1 G V K.F.V

t

eV = ψ +

Trong đó:

t

η - hiệu suất của hệ thống truyền lực;

G a – trọng lượng toàn bộ của Ôtô, [N];

ψ – hệ số cản tổng cộng của mặt đường (ψ = f + i);

f – hệ số cản lăn của các bánh xe với mặt đường;

i – hệ số cản độ dốc của mặt đường;

V max – vận tốc lớn nhất của Ôtô, [m/s];

K – hệ số cản khí động học, [N.s2/m4];

F – diện tích cản chính diện, [m2]

Để các thiết bị như: máy nén khí, máy phát điện, vv…cùng làm việc khi Ôtô chuyển động với vận tốc tối đa thì công suất chọn phải lớn hơn công suất tính khoảng (15÷20)% Như vậy, Công suất chọn ứng với vận tốc cực đại sẽ được tính

theo biểu thức sau:

max max

max 115 120%.1 G V K.F.V

t

b Xác định công suất cực đại của động cơ

Công suất ứng với từng giá trị số vòng quay động cơ được viết theo công thức thực nghiệm của S.R.Lây Décman:

























−







 +

=

3 2

N

e N

e N

e e

e

n

n c n

n b n

n a

N

Trong đó:

N emax – công suất cực đại của động cơ, [W];

n e – số vòng quay của trục khuỷu ứng với từng giá trị công suất, [v/ph];

n N – số vòng quay của trục khuỷu ứng với công suất cực đại, [v/ph];

a, b, c – các hệ số thực nghiệm của S.R.Lây Décman;

Khi: N e = N eVmax thì n e = n eVmax và N emax sẽ được tính theo biểu thức:

3 max

2 max max

max max









−







 +

=

N

eV N

eV N

eV

eV e

n

n c n

n b n

n

a

N N

, [W];

Với:

N

eV

n

n max

=

λ

Các hệ số thực nghiệm của S.R.Lây Décman: a, b, c và hệ số λ được chọn dựa

Các hệ số a, b, c và λ của loại động cơ đặt trên Ôtô Bảng 8

4 kỳ - có buồng cháy: 2 kỳ

Trực tiếp Dự bị Xoáy lốc

b 1 1.50 1.40 1.30 1.13

Bộ phận hạn chế số vòng quay

c Chọn động cơ và xác định đường đặc tính ngoài thực tế

c.1 Chọn động cơ thực tế

Trong một nhóm động cơ đốt trong sử dụng cùng loại nhiên liệu có cùng công suất định mức (Nen) nhưng số vòng quay định mức (nen) lại khác nhau thì việc chọn động cơ nào để lắp lên các Ôtô thiết kế cùng công suất Nen cần phải dựa trên số vòng quay nen, nếu:

- Ôtô thiết kế là tải hay khách thì chọn động cơ có số vòng quay nen được chọn lấy giá trị nhỏ;

- Ôtô thiết kế là con thì chọn động cơ có số vòng quay nen được chọn lấy giá trị lớn

c.2 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

c.2.1 Phương trình đường đặc tính ngoài của động cơ

- Phương trình công suất ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ được viết theo công thức thực nghiệm của S.R.Lây Décman:

























−







 +

=

=

3 2

max

N

e N

e N

e e

e

n c n

n b n

n a N n

f

- Phương trình Mômen xoắn ứng với từng giá trị số vòng quay của trục khuỷu động cơ động cơ được viết theo biểu thức dưới đây:

e

e

e

e e

e

n

N N

n

f

M

30 )

(

⇔

























−







 +

=

=

3 2

30 ) (

N

e N

e N

e e

e e

e

n

n c n

n b n

n a n

N n

f

M

Trong đó:

60

e

n

π

ω = - tốc độ góc của trục khuỷu động cơ, [rad/s];

c.2.2 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

c.2.2.1 Lập bảng biến thiên

Bảng biến thiên với 3 thông số sau:

• Số vòng quay (ne)

- Đối với động cơ Diesel

Vòng quay ổn định nhỏ nhất (n emin) của động cơ không lớn hơn 30% vòng quay định mức (n en) Nó sẽ giúp Ôtô chuyển động ổn định ở vận tốc nhỏ nhất (Vmin = 3

÷ 5 km/h)

Vòng quay lớn nhất (n emax) của động cơ lớn hơn không quá 3% vòng quay định mức (n en)

• Công suất động cơ

- Công suất cực đại (N emax) là công suất có ích do động cơ phát ra trong thời gian ngắn, không vượt quá 10% công suất định mức (N en);

- Công suất định mức (N en) là công suất có ích do động cơ phát ra ứng với số vòng quay định mức (n en);

- Công suất định mức (N en) là công suất có ích do động cơ phát ra ứng với số vòng quay định mức (n en)

• Mômen xoắn động cơ

Giá trị N e= f1(n e)và M e= f2(n e)phụ thuộc vào biến ne được chọn từ đoạn (nemin÷

nemax)

N

eV

n

n max

=

λ ⇔n emax =n eVmax =λ.n N

Lập bảng biến thiên

e

n emin

N n

05

0

N n

10

0

…

N n

75

0

n emax = n eVmax = λ.n N

Chú ý:

Trong quá trình lập bảng biến thiên nên chú ý đến các giá trị:

- Mômen xoắn cực đại (M emax) và số vòng quay (n eM ) ứng với M emax

- Công suất cực đại (N emax), mômen xoắn định mức (M en) của động cơ và số vòng quay (neN) ứng với N emax;

- Công suất có ích (N eVmax) và số vòng quay neVmax ứng với vận tốc cực đại (Vmax)

c.2.2.2 Kiểm tra theo các chỉ tiêu

c.2.2.3 Vẽ đường đặc tính ngoài của động cơ

Dựa vào các giá trị n e,N e,M etrong bảng biến thiên vẽ đồ thị N e= f1(n e),

)

(

2 e

e f n

M =

1.1.6 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực NeN

1.1.6.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính (i 0 )

Tỷ số truyền của truyền lực chính (i0) được tính theo công thức sau:

max

max max

max 0

30

60

2

V i i

n r V

i

i

n

r

i

pc hn

eV b pc

hn

eV

=

Trong đó:

rbx – bán kính bánh xe, [m];

nemax – số vòng quay lớn nhất của động cơ, [v/ph];

Vmax – vận tốc lớn nhất của Ôtô, [m/s];

i pc – tỷ số truyền của hộp số phụ ở số truyền cao, có thể chọn ipc = (1 ÷ 1.5);

i hn – tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số:

- Nếu là truyền thẳng thì i hn = 1;

- Nếu là truyền tăng thì i hn = (0.7 ÷ 0.85) < 1 trang 132 LTOT

1.1.6.2 Xác định tỷ số truyền của hộp số và hộp số phụ

a Xác định tỷ số truyền ở số 1 của hộp số

• Ở tỷ số truyền số 1 của hộp số Ôtô phải vượt qua ψ (ψ = f +i)

Số 1 có tỷ số truyền cao nhất trong dãy số của hộp số, tốc độ tương ứng là chậm

nhất [(3÷5) km/h], Ôtô phải di chuyển ở loại đường (f) đã chọn và vượt qua được một độ dốc (i) theo yêu cầu hoặc dựa vào bảng 9 Như vậy, cần chọn lực kéo tiếp

tuyến ở bánh xe chủ động của Ôtô có thể khắc phục được lực cản tổng cộng

(ψ = f +i) trên và để Ôtô chuyển động ổn định thì lực kéo tiếp tuyến ở các bánh

xe chủ động phải thỏa điều kiện:

2 1 max

max

Độ dốc (i) thường sử dụng để Ôtô vượt qua ở số truyền của số 1 Bảng 9

Do tốc độ nhỏ [(3÷5) km/h], có thể bỏ qua lực cản không khí và điều kiện của lực kéo của số 1 trên có thể viết:

a

P 1max ≥ψmax

⇔ a

bx

t pc h

r

i i

i

M

max 1

0

⇔

t pc e

bx a h

i i M

r G i

η

ψ

0 max

max

1 ≥

Trong đó:

i h1 – tỷ số truyền của số 1 ;

Memax – mômen xoắn cực đại, [N.m];

Ga – trọng lượng toàn bộ của Ôtô thiết kế, [N];

rbx – bán kính bánh xe, [m];

f – hệ số cản lăn giữa bánh xe với mặt đường ứng với vận tốc lớn nhất (Vmax) của Ôtô;

i – độ dốc mà Ôtô thiết kế sẽ vượt qua ở số 1;

(f +i)

=

ψ – hệ số cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường ứng với Ôtô chuyển động ở số 1;

i 0 – tỷ số truyền của truyền lực chính;

i PC – tỷ số truyền của hộp phân phối;

η t – hiệu suất của hệ thống truyền lực

• Ở tỷ số truyền số 1 của hộp số, lực kéo tiếp tuyến lớn nhất phát ra ở các bánh xe chủ động của Ôtô bị hạn chế điều kiện bám, và được thể hiện:

ϕ

P

P K1max ≤

ϕ

ϕ ) (

max

1 G Sin i G

Hay max. 1. .0.η G Sin(i) Gϕ.ϕ

r

i i i

M

a bx

t pc h

t pc e

bx a

h

i i M

r G i

Sin

G

i

η

ϕ

ϕ

)

(

0 max

1

+

≤

Trong đó:

Pφ – lực bám ở các bánh xe của cầu chủ động với mặt đường;

Gφ – trọng lượng bám của cầu chủ động;

φ – hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường;

Chú ý:

Trong quá trình tính toán, nếu điều kiện bám không thỏa mãn thì phải tính lại trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, nghĩa là phải bố trí

b Xác định tỷ số truyền ở các số trung gian

Muốn chọn cấp số truyền cho hộp số cần dựa vào chủng loại Ôtô, động cơ, phạm

vi sử dụng của nó Tiến hành tính các số truyền trung gian sau khi đã xác định được tỷ số truyền số 1:

Có hai phương pháp xác định tỷ số truyền trung gian trong hộp số:

b.1 Phương pháp thứ nhất

Chọn hệ thống tỷ số truyền trung gian theo cấp số nhân

• Khi tỷ số truyền ở số n là số truyền thẳng: i hn =1

- Có công bội: 1

1

−

=n h i

Và tỷ số truyền của các số truyền trung gian được xác định sau:

- Tỷ số truyền ở tay số 1 là: ih1

- Tỷ số truyền ở tay số n là: i hn =1

- Tỷ truyền ở tay số 2 là: 1 ( 2)

1

2 =n− i n− i

- Tỷ truyền ở tay số 3 là: 1 ( 3)

1

3 =n− i n− i

- Tỷ truyền ở tay số n là: ( ) 1

1 1

i

• Khi tỷ số truyền ở số n là số truyền tăng i hn =(0.7÷0.85)

Số truyền trước đó (n-1) là số truyền thẳng: i h(n−1) =1

- Có công bội: 2

1

−

=n h i q

Và tỷ số truyền của các số truyền trung gian được xác định sau:

Tỷ số truyền thứ k sẽ là: 2 [ (1 )]

1

h

k i i

b.1 Phương pháp thứ nhất

Chọn hệ thống tỷ số truyền trung gian theo cấp số điều hòa (tham khảo tài liệu)

c Tỷ số truyền số lùi

Tỷ số truyền của số lùi (i l ) thường chọn: i L = (1.2 ÷ 1.3).i h1

d Tỷ số truyền hộp số phụ ( i PC)

Tỷ số truyền của số lùi (i L) thường chọn:

- Tỷ số truyền ở số cao, thường lấy: i PC = (1.0 ÷ 1.5)

- Tỷ số truyền ở số thấp được xác định theo điều kiện không có sự trượt quay của các bánh xe chủ động:

t h e

bx i

PC

i i

M

r G

i

η

ϕ

1 0

max

=

Trong đó:

P φ – lực bám ở bánh xe của cầu chủ động với mặt đường;

G i – trọng lượng bám được của cầu chủ động i;