Tiểu luận: Thí nghiệm Ôtô

‘Thí nghiệm ôt ô’ là một môn học không thể thiếu đối đối với sinh viên ngành động lực. Giúp sinh viên không những có trang bị kiến thức lý t học mà còn có được những vận dụng những gì được học vào thực tế. Sau khi được Thầy giáo Lê Văn Tụy trang bị kiến thức môn ‘Thí nghiệm ôtô’ bản thân em đã có một kiến thức lý thuyết vững vàng, có một cái nhìn tổng quan hơn về quá trình làm việc của ôtô cũng như mục đích của quá trình làm thí nghiệm ôtô. Để có được kiến thức thực tế chúng em tiếp tục được Thầy giáo Phùng Minh Nguyên ở ‘Trung tâm thí nghiệm ôtô và máy công trình ĐH Bách Khoa’, hướng dẫn và trang bị thêm kiến thức cũng như các thao tác làm thí nghiệm trong môn ‘Thực hành thí nghiệm ôtô’. Ở đây em được làm thí nghiệm đo lực phanh ôtô trên băng thử và đo lực cản chuyển động của xe trên đường cùng với các bạn trong nhóm. Sau khi hoàn thành thí nghiệm, giúp em có đầy đủ kiến thức lý thuyết lẫn thực tế và đó là nền tản cho các công việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tụy đã dạy bảo tận tình, hướng dẫn cụ thể trong quá trình học để em hoàn thành bài tiểu luận này. Đà nẵng: 10 10 2012. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tặng ĐO LỰC CẢN TỔNG CỘNG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG I. PHẦN LÝ THUYẾT. 1. Cơ sở lý thuyết. Hình 1.1: Lực tác dụng lên ôtô khi ôtô chuyển động trên đường bằng có gia tốc. Trong đó: G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô. Ff1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động. Ff2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động. Fω – Lực cản không khí. Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động. Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau. Mf1, Mf2 – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động. Khi ô tô đang chuyển động với một vận tốc ban đầu, nếu ta cắt lý hợp thì ô tô chịu tác dụng của các lực: Lực cản lăn; Lực cản không khí; Lực quán tính của ô tô; Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang, lúc này ta có phương trình chuyển động của ô tô như sau: Fk= Ff + Fω Fj Trong đó: Fk – lực kéo tiếp tuyến sin

LỜI MỞ ĐẦU

‘Thí nghiệm ôt ô’ là một môn học không thể thiếu đối đối với sinh viên ngành

động lực Giúp sinh viên không những có trang bị kiến thức lý t học mà còn có được những vận dụng những gì được học vào thực tế

Sau khi được Thầy giáo Lê Văn Tụy trang bị kiến thức môn ‘Thí nghiệm ôtô’ bản

thân em đã có một kiến thức lý thuyết vững vàng, có một cái nhìn tổng quan hơn về quá trình làm việc của ôtô cũng như mục đích của quá trình làm thí nghiệm ôtô Để có được

kiến thức thực tế chúng em tiếp tục được Thầy giáo Phùng Minh Nguyên ở ‘Trung tâm

thí nghiệm ôtô và máy công trình- ĐH Bách Khoa’, hướng dẫn và trang bị thêm kiến thức cũng như các thao tác làm thí nghiệm trong môn ‘Thực hành thí nghiệm ôtô’ Ở đây em được làm thí nghiệm đo lực phanh ôtô trên băng thử và đo lực cản chuyển động của xe trên đường cùng với các bạn trong nhóm Sau khi hoàn thành thí nghiệm, giúp em có đầy

đủ kiến thức lý thuyết lẫn thực tế và đó là nền tản cho các công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tụy đã dạy bảo tận tình, hướng dẫn cụ thể trong

quá trình học để em hoàn thành bài tiểu luận này

Đà nẵng: 10/ 10/ 2012

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Tặng

ĐO LỰC CẢN TỔNG CỘNG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG

I PHẦN LÝ THUYẾT.

1 Cơ sở lý thuyết.

Hình 1.1: Lực tác dụng lên ôtô khi ôtô chuyển động trên đường bằng có gia tốc.

Trong đó:

G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô

Ff1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động

Ff2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động

Fω – Lực cản không khí

Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau

M , M – Mô men cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động

Xét trường hợp xe chuyển động trên đường ngang, lúc này ta có phương trình chuyển động của ô tô như sau:

Fk= Ff + Fω - Fj

Trong đó:

Fk – lực kéo tiếp tuyến sinh ra tại bánh xe chủ động;

Ff = Ff1 + Ff2, - Lực cản lăn sinh ra ở các bánh xe cầu chủ động và bị động; Giả sử hệ số cản lăn trên bánh xe trước và sau là bằng nhau

f1 = f2 = f Suy ra: Error: Reference source not found Ff=G.f=G.f (1+0 V2 )

1500

f0 – hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe,

v – tốc độ chuyển động của ô tô tính theo m/s,

G – trọng lượng ô tô tác dụng lên bánh xe

Fω, Fj – Lực cản không khí và lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của ô tô (bỏ qua lực quán tính do chuyển động quay của các chi tiết)

Với Fω= K.V2

V – tốc độ tương đối giữa không khí và ô tô, m/s Ta xem không khí tĩnh tuyệt đối khi làm thí nghiệm, tức là V = Voto

Và Error: Reference source not found Fj=G dv

g dt

G – trọng lượng toàn bộ của ô tô, N

dv

dt – gia tốc tịnh tiến của ô tô, m/s2

 Phương trình cân bằng khi xe lăn trơn (cắt ly hợp ) với gia tốc chậm dần:

Ff + Fω - Fj = 0

 Ff + Fω - G dv =0

g dt Error: Reference source not found Suy ra: G dv =Ff+Fω

g dt Error: Reference source not found

Mặt khác ta có : Ff + Fω= G.f + K.V2Error: Reference source not found

0

V

Ff + Fω=G.f (1+ ) + K.V

1500 Error: Reference source not found Đặt : F0 = G.f0 ; F1 = 0 ; F2 = G.f0

K +

1500Error: Reference source not found Suy ra: 0 1 2

G dv Fj= =F +F +F

g dt Error: Reference source not found.V2

* Kết luận:

Lực quán tính do chuyện động chậm dần của xe đóng vai trò là lực kéo, để xe chuyển động được thì lực quán tính bằng lực cản Vì vậy để xác định đặc tính lực cản của ô tô trên đường ta xác định lực quán tính chậm dần của ô tô Như vậy phương pháp là đo biến thiên tốc độ theo thời gian (dv/dt)

2 Phương pháp đo.

Cho xe gia tốc đến một vận tốc (Vmax) nào đó, ta ngưng cung cấp nhiên liệu, cắt li hợp và cho xe lăn trơn trên đường và khi đó xe chuyển động chậm dần đều Phương pháp

là đo biến thiên tốc độ theo thời gian

Ta có bảng số liệu đo được:

ti Vi

t1 V1

t2 V2

t3 V3

tn Vn

3 Xử lý số liệu.

+ Bước 1:

- Dùng Microsoft Excel vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ thay đổi giữa vận tốc V(m/s) theo thời gian t(s) khi xe chuyển động chậm dần

- Sử dụng công cụ Add Tirendline trong excel để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3

Ta có được đồ thị sau:

Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn vận tốc chuyển động của xe theo thời gian

và hàm xấp xỉ bậc 3.

+ Bước 2:

Lấy đạo hàm dv/dt của đa thức V(t) ta được:

1 2 3 2

dv

=a +2a t+3a t dt

Tính c j

G dv

F = F = -

g dt

Ta lập được bảng tính

+ Bước 3:

Sau khi tính được Pc ta xây dựng đồ thị lực cản tổng cộng theo tốc độ và dùng công cụ Add tirendline để xấp xỉ Pc bậc 2 theo tốc độ ta được:

Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ lực cản tổng cộng của đường theo vận tốc

và xấp xỉ bậc hai hàm Pc theo V.

+ Bước 4:

ti Vi (dv/dt)i Pci

t1 V1 (dv/dt)1 Pc1

t2 V2 (dv/dt)2 Pc2

t3 V3 (dv/dt)3 Pc3

tn Vn (dv/dt)n Pcn

Đặt: F = a ;F = a và F = a0 0 1 1 2 2

Ta có:

2

F =F +F V+F V

G(f +f V+f V ) K.V

Suy ra: 0 0 1 1 2 2

f = ; f = và f =



*Biện luận:

Nếu f1 0 G.f(1+ V2 )

1500

 

Nếu f2  0 G(a+b.V) K=F2

II PHẦN TÍNH TOÁN.

1.Đề bài tính toán.

-Cho:

Xe có trọng lượng G = 24000 [N] (nhóm 7)

Gia tốc trọng trường g = 9,8 [m/s²]

Giả thiết xe chạy ở đường nằm ngang, chuyển động chậm dần đều Thí nghiệm lăn trơn trên đường tốt

Và cho: Fc = Ff + F

Với: Ff = G(a + b.V)

F = K.V²

- Tính: a, b và K

2 Bảng số liệu cho trước (nhóm 7).

3 Xử lí số liệu.

- Ta xây dựng đồ thị đường đặc tính vận tốc V theo t ( V = f(t)) như sau

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của V theo t.

- Dùng công cụ AddTirenline để xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3 ta được:

Hình 2.2 Xấp xỉ hàm V(t) thành đa thức bậc 3.

-Tính đạo hàm của vận tốc theo thời gian: (dv/dt)

dv/dt= - 0,209 + 0,00166t – 0,0000093t² (*)

Từ (*) ta có: a1 = - 0,209; a2 = 0,00166; c = -0,0000093

- Ta tiến hành lập bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng ti:

Bảng tính dv/dt và Fc ứng với từng ti.

23 44 8.8573 -0.154 377.01

- Sau khi tính được Fc ta tiến hành biểu diễn đặc tính của lực cản Fc theo vận tốc V và dùng công cụ AddTirendline xấp xỉ hàm Fc (v) thành đa thức bậc 2 :

Hình 2.3 Đồ thị đặc tính của lực cản tổng cộng theo tốc độ.

Từ đồ thị ta tìm được hàm xấp xỉ: Fc = 0,5031v2 + 4,3665v + 299,75

Trong đó: F0 = 299,75; F1 = 4,3665; F2 = 0,5031

Ta có: Fc = F2V2 + F1V + F0 (a)

Hay: Fc = G(f2V2 + f1V + f0) + K.V² (b)

Từ (a) và (b) suy ra:

- f0 = F 0 299,75

0,01249

- f1 = F 1 4,3665

0,000182

- f2 = F 2 0,5031

0,000021

Theo Lý thuyết ôtô ta có:

Hệ số cản lăn được tính:

+ Là hàm bậc hai theo tốc độ

f = f (10 V2 )

1500



= f0 0.V f 0 V2

1500

+ Là hàm bậc nhất theo tốc độ

f = (a+b.V)

 a+b.V 0.V  2 (c)

Suy ra: f = f0+ f1V +f2V2

Theo đề cho hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ

Ff = G(a + b.V)

= G(f2V2 + f1V + f0)

Nên từ (c) ta có: f0= a; f1= b và f2= 0

Vậy: a = f0= 0,01249

b = f1= 0,000182

*Tính K:

Ta có: f2= 0  G(a + b.V)

Suy ra: K= F = 0,5031

4 Kết luận.

Từ kết quả thì nghiệm ta có thể tính được đường đặc tính lực cản của ô tô bằng phương pháp tính toán xấp xỉ sử dụng công cụ Add Tirenline của excel

Dựa vào đường đặc tính quan hệ lực cản với vận tốc của đường và kết quả tính toán ta

có kết luận như sau:

-Lực cản tổng cộng của ô tô trên đường phụ thuộc vào các lực cản chuyển động của

ô tô Tất cả các yếu tó ảnh hưởng đến các lực cản chuyển động của ô tô sẽ ảnh hưởng đến lực cản tổng cộng của ô tô

-Vận tốc ô tô càng lớn thì lực cản càng lớn do hệ số cản khí động tăng

- Thực tế thì các hệ số luôn tồn tại dao động xung quanh các giá trị lí thuyết, bởi vì thí nghiệm thực tế luôn tồn tại các biến động nhỏ tác động đến quá trình thí nghiệm

- Qua bài thí nghiệm chúng ta cũng hiểu rõ hơn về các công cản mà chúng ta đã được học và các bước tiến hành làm thí nghiệm cũng như cách xử lí số liệu

- Sau khi tính toán bằng Excel ta tìm được hằng số a = f0= 0,01249  32/2800 và hằng

số b = f1= 0,000182  1/2800 Phù hợp với phương trình hệ số cản lăn là hàm bậc nhất theo tốc độ f = ( 32 + V )

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

ĐO LỰC CẢN TỔNG CỘNG CỦA Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG 2

I PHẦN LÝ THUYẾT 2

1 Cơ sở lý thuyết 2

2 Phương pháp đo 4

3 Xử lý số liệu 5

II PHẦN TÍNH TOÁN 7

1.Đề bài tính toán 7

2 Bảng số liệu cho trước (nhóm 7) 8

3 Xử lí số liệu 9

4 Kết luận 13