thiết kế và tính toán ô tô khách

- Loại động cơ: vì xe phải đón trả khách nhiều lần nên cần có khả năng tăng tốc lớn.. 2 1 với mục đích: tăng hệ số sử dụng chiều dài, vị trí ngồi của ngời lái thuận tiện, rộng rãi, khoan

Mục lục

Giới thiệu đề tài: 4

Phần i: thiết kế tuyến hình 5

1.1 Lựa chọn các kích thớc cơ bản của ô tô 5

1.2 Bố trí động cơ và hệ thông truyền lực 5

1.3 Lựa chọn dạng tuyến hình và bố trí chung trên ô tô 5

1.4 Xác định trọng lợng và phân bố trọng lợng 6

1.5 Chọn lốp 8

Phần ii: tính toán động lực học kéo của ô tô 10

2.1 Chọn động cơ 10

2.2 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0 11

2.3 Xác định tỷ số truyền của các tay số của hộp số và hộp số phụ 12

2.4 Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lợng kéo của ô tô 14

phần iii: tính toán ổn định chuyển động 20

3.1 Xác định trọng tâm của ô tô 20

3.2 Kiểm tra ổn định dọc 21

3.3 Kiểm tra ổn định ngang 22

tài liệu tham khảo 24

Giới thiệu đề tài

Thiết kế và tính toán ô tô khách A3-3201 (4x4)

-Loại ô tô: ô tô chở khách

-Số hành khách chuyên chở : n =40

-Hệ số cản tổng cộng cực đại của mặt đờng max= 0,32

-Tốc độ cực đại của ô tô cần thiết kế : vmax=80 km/h

-Loại đờng: đờng nhựa khô và sạch, đờng bằng f = 0,018,  = 0,8

- Loại động cơ: vì xe phải đón trả khách nhiều lần nên cần có khả năng tăng tốc lớn Vì vậy dùng động cơ xăng sẽ phù hợp hơn động cơ diesel

-Loại hệ thống truyền lực: cơ khí

-Trọng lợng bản thân: G0= 7100 (Kg)

-Hệ số cản của không khí K= 0,4 (NS2/m2)

-Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ ứng với công suất lớn nhất:

n=3200(v/p)

-Hiệu suất cơ khí của hệ thống truyên lực:

 =0,93

Phần i: thiết kế tuyến hình

1.1 Lựa chọn các kích thớc cơ bản của ô tô.

- Kích thớc bao ngoài: L0 x B0 x H0 = 8100 x 2500 x 3400 (mm)

- Chiều dài cơ sở: L = 400 (mm)

- Chiều dài đầu và đuôi xe:

+ Chiều dài đầu xe L1 = 2500(mm)

+ Chiều dài đuôi xe:

L2 =L0 - (L1 + L) =8100 -(2500 +4000) = 1600(mm)

- Tâm vết bánh xe trớc và sau:

B1 = 1800 (mm)

B2 = 1700(mm)

- Các góc vát:

+ Góc vát trớc: 1 = 13o

+ Góc vát sau: 1 = 12o

1.2 Bố trí động cơ và hệ thống truyền lực.

a Bố trí động cơ.

2 1

với mục đích: tăng hệ số sử dụng chiều dài, vị trí ngồi của ngời lái thuận tiện, rộng rãi, khoang hành khách đợc cách nhiệt tốt và cách ly đợc tiếng ồn, kết cấu truyền lực gọn Ta bố trí động cơ ở phía sau

Động cơ xăng 4 kỳ gồm 8 xilanh bố trí chữ V, 4 tay số

b Bố trí hệ thống truyền lực:

Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực (kiểu 4 x 4) (Hình 1.2)

Hiệu suất của hệ thống truyền lực: t =0,93

1.3 Lựa chọn dạng tuyến hình và bố trí chung trên ô tô.

- Dạng tuyến hình đợc thể hiện trên bản vẽ (hình 1)

- Bố trí chung:

Ngời lái : Đầu xe bên trái

Số ghế ngồi đợc đánh số nh hình vẽ ( 40 chỗ)

Có một cửa lên xuống

1 - Khoá vi sai

2 - Vi sai

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực (kiểu 4 x 4)

1.4 Xác định trọng lợng và phân bố trọng lợng:

- Trọng lợng toàn bộ của ô tô đợc xác định theo công thức:

G = G0 + (nh+p)Gh + Ghl )

Trong đó : G0 là trọng lợng bản thân ô tô

HS

L2 =7200

3000

O1 O2

GKH

Gh là trọng lợng của một hành khách

Ghl là trọng lợng hành lý

nh là số lợng hành khách

P=1 là số nhân viên phụ xe

Ta có dựa trên xe mẫu : G0 = 7000(KG)

Gh = 55(KG) n =40

Ghl = 25 (KG)

Vậy G = 7000+ 55.(40+1) + 100=10000(KG)

1.6 Sự phân bố trọng lợng lên các cầu.

Theo xe mẫu :

+Trọng lợng phân bố lên cầu truớc và sau là:

Z01 = 2336 KG

Z02 = 4664 kG

Z01 = G0 – Z02 = 4800 – 2700 =2100 (KG)

+ Phân bố trọng lợng khi có tải:

Biểu diễn sơ đồ lực tác dụng do riêng hành khách, ngời lái, phụ xe và hàng hoá tác dụng lên xe nh sau:

Với : GHK = G-G0 = 7160 –4800 = 2360 (KG)

Ta có M01 = 0

 ZK2 3700 –gHK 3000 =0

 ZK2 3700-2360.3000 = 0

 ZK2 = 1914 (Kg)

Do đó ta có:

ZK1 = GHK –ZK2 =2360-1914 =446 (KG)

Từ đó ta tính đợc:

Z1 =Z01 +ZK1 =2100 +446 =2546 (KG)

Z2 =Z02 +ZK2 = 2700+1914 =4614 (KG)

1.5 Chọn lốp.

- Tải trọng tác dụng lên bánh trớc:

-Tải trọng tác dụng lên bánh sau:

Tuy nhiên trong thực tế trọng lợng tác dụng lên mỗi lốp sau lớn hơn so với lốp trớc, vì vậy ta chọn lốp sau để bố trí cho toàn bộ ô tô

Chọn áp suất không khí trong lốp là 4 (KG/cm3)

Đây là loại lốp có áp suất thấp nên ký hiệu nh sau:

B-d = 8,25-20

Với : B là bề rộng của lốp (insơ)

D là đờng kính của vành bánh xe (insơ)

+Ta có bán kính thiết kế của bánh xe là:

+ Bán kính trung bình làm việc của bánh xe:

rb =   r0

 là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp

chọn  =0,932 ta đợc:

rb = 0,932  463,55 = 432 (mm)

phần ii: tính toán động lực học kéo của ô tô

2.1 Chọn động cơ.

- động cơ xăng 4 kỳ, gồm 8 xilanh, bố trí chữ V

- xác định công xuất cực đại của động cơ:

+ Công xuất của động cơ khi chạy với vận tốc lớn nhất:

1  3 ( )

max max K F v w v

G N

t



ta có: t = 0,93

 = 0,025  0,035 , chọn  = 0,035















9

200 (

5 , 2 9

200 7160 035 , 0 93 , 0

1

ev N

) ( 1173 2

2546 2

2

1

G







) ( 5 , 1153 4

4614 4

4

2

G







) ( 4 , 25 ) 2

(

) ( 55 , 463 4 , 25 ) 2

20 25 , 8 (

Nev = 35488 (w)

+ Công suất cực đại của động cơ:

a,b,c: hệ số thực nghiệm, a = b = c = 1

chọn  =1,2 ; nN = 3200(vòng/phút)

=> nemax = .nN =1,2 x 3200 = 3840 (vòng /phút)

vậy

- Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ:

với a = b = c =1 ta có:

Trong đó: Ne tính bằng KW

=>

Trong đó Ne tính bằng mã lực (ml)

Ta có bảng sau:

ne

vòng/phút

) ( 2 , 48 736

35488

ml

3 2 max





 b c a

N

e







N

e

n





) ( 53 2 , 1 2 , 1 2 , 1

2 , 48

3 2





















































3 2

max

N

e N

e N

e e

n c n

n b n

n a N N

) (

3 2

n

n n

n n

n N N

N

e N

e N

e e e















































e

e e

n

N M

047 , 1

10 4





) ( 703 047

, 1

736 , 0

10 4

m KG n

N n

N M

e

e e

e

2













N

e

n

n

N

e

n

n

0,01 0,10 0,33 1 1,73

Me (KG.m)

Ta dựng đợc đồ thị nh hình 1

2.2 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i 0

max

max 0

60

2

v i i

n r i

pc hn

e b





Ta có: rb = 0,432 (m)

nemax = 3840 (vòng/phút)

ihn là tỷ số truyền của hộp ở số truyền cao nhất

ihn = 1 (truyền thẳng)

ipc là tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối

chọn ipc = 1,15

vmax = 80 (km/h) =200/9 (m/s)

Vậy

2.3 Xác định tỷ số truyền của các tay số của hộp số và của hộp số phụ.

Tỷ số truyền ở tay truyền số 1:

+ Điều kiện 1: ô tô phải khắc phục đợc lực cản tổng cộng lớn nhất của mặt đ-ờng:

PKmax  max.G + W.v2

Khi ô tô chuyển động ở số 1 thì v << nên bỏ qua lực cản của không khí

Nh vậy:

PK max  max G



=>

Ta có : max =0,32

e

e

n

N

3













N

e

n

n

8 , 6 200 15 , 1 1 60

9 3840 432

, 0 2













 

i

G r

i i i

M

b

t pc h e

max 1

0 max







t pc e

b h

i i M

r G i





.

.

0 max max





.0 1

r

i i i M

b

t pc h e



G =7160 (KG)

rb = 0,432 (m)

Memax =14,66 (KG)

i0 = 6,8

ipc =1,15

=0,93

Vậy ih1  140,,6632..67160,8.1,15.0,.4320,93 9,28

Điều kiện 2: lực kéo tiếp tuyến lớn nhất PKmax bị giới hạn bởi điều kiện bám:

PKmax  m.G.

Hay 

G là tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động Đây là ô tô có 2 cầu chủ động nên G =G =7160 (KG)

 là hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đờng, chọn =0,8

m là hệ số phân bố tải trọng động, m =1

do đó ih1  16 , 58

93 , 0 15 , 1 8 , 6 66 , 14

432 , 0 8 , 0 7160



Vậy 9,28  ih1  16,58

Chọn ih1 = 9,3

- tính tỉ số truyền của các tay số trung gian:

ta thiết kế hộp số theo cấp số nhân, do đó tỉ số truyền của tay số thứ k đ ợc xác

định theo công thức:

1 ( ) 1

n h n k

Do đó 3 2 3 9 , 3 2 4 , 42

1

i

3 2 3 4 , 42 2 2 , 69

2

i

ih4 =1 (tay số truyền thẳng)

- Xác định tỷ số truyền của số lùi:

iL =(1,2 1,3)ih1

Chọn iL = 1,2 ; ih1 =1,2.6,55 = 7,86

- Xác định tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối

+ Tỷ số truyền cao: ipc =1,15

t pc e

b

r G m i







.

0 max

1 

+ Tỷ số truyền thấp:

2.4 Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lợng kéo của ô tô.

-Đồ thị cân bằng công suất:

Phơng trình cân bằng công suất có dạng:

NK = Nf + Nw + Ni + Nj

Khi ô tô chuyển động không có gia tốc thì:

NK = N + N

 Ne.t = N + N

+Dựng đồ thị NK= Ne.t theo v:

Ta có:

Ta có bảng số liệu sau:

ứng với 4 tay số ta dựng đợc 4 đờng NK1, NK2, NK3 và NK4 theo v (hình 2)

+ Dựng đồ thị công suất cản:

N N 1  .G.v ƯWv3(w)

t











Chọn một số giá trị của v ta lập đợc bảng số liệu sau:

Ta có : N.v = 22,22 (m/s) = 8,14 (ml)

t h e

b pt

i i M

r G i





.

.

1 0 max



87 , 2 93 , 0 3 , 9 8 , 6 66 , 14

432 , 0 7160 8 , 0





pt

i

) / ( 0058 , 0 15

, 1 8 , 6 60

432 , 0 2

60

2

0

s m i i

i i i

r v

hi

t hi

t hi

pc

b













0 , 018 7160 2 , 5 ( ) 93

, 0

w v v

N

128 , 88 2 , 5 ( ) 93

, 0

w v v

N

128 , 88 2 , 5 ( ) 48

, 684

N

Ta dựng đồ thị N và N + N nh hình 2.

-Đồ thị cân bằng lực kéo:

Khi ô tô chuyển động không có gia tốc, phơng trình cân bằng lực kéo có dạng:

PK = P + P

+Ta có:

PKi =14,64.Me.ihi.ipi (N)

ở tay số 1 ta chọn ipi = ipt =2,86

ở các tay số còn lại ta chọn: ipi = ipt =1,15

Ta lập đợc bảng số liệu sau:

+Dựng đồ thị lực cản:

P + P = .G +Wv2

P + P = 0,035.7160 +2,5.v2

P + P = 250,6 +2,5v2

Chọn một số giá trị của v ta lập đợc bảng số liệu sau:

P =0.25

Ta dựng đợc đồ thị P và P + P

- Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học D:

Ta có phơng trình:

Khi ô tô chuyển động không có gia tốc:

Hay 1/G (PK – W.v2) = 

pi hi e b

t pi hi e

r

i i i M

432 , 0

93 , 0 8 , 6 0







G

P P P G

P P















G

P G

P P

Ta lập đợc bảng số liệu sau:

Ta dựng đợc đồ thị D nh hình 4

Tính theo điều kiện bám ta có:

Chọn một số giá trị của v ta lập đợc bảng số liệu sau:

Ta dựng đợc D nh hình 4 – bản vẽ

- Xác định gia tốc, quãng đờng và thời gian tăng tốc:

+ Xác định gia tốc:

Khi ô tô chuyển động trên đờng bằng:

Với g = 9,81 m/s2

max = f + imax f = 0,018 => max =0,32

ji = 1,05 + 0,05.i2 hi là hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng vận

động quay

Với tay số 1: j1 =5,37

Với tay số 2: j2 = 2,03

Với tay số 3: j3 = 1,41

G

P P







G

Wv G m D

2







71600

5 , 2 7160 08

71600

5 , 2

57280 v2

) / ( g m s2

D j

ji

i









) / ( g m s2

f D j

ji

i







Với tay số 4: j4 = 1,1

Ta có bảng số liệu sau:

Ta xây dựng đồ thị gia tốc nh hình 5

+ Xác định thời gian tăng tốc:

Ta có:

Khi tăng tốc từ v1 đến v2 :

Dựng đồ thị 1/j:

Ta có bảng số liệu sau:

Ta có bảng giá trị thời gian tăng tốc nh sau:

Ta dựng đợc đồ thị 1/j nh hình 6 – bản vẽ

Từ đồ thị 1/j ta dùng phơng pháp tích phân đồ thị và dựng đợc đồ thị thời gian tăng tốc t nh hình 7 – bản vẽ

+Xác định quãng đờng tăng tốc:

Ta có: ds = vdt

Quãng đờng tăng tốc của ô tô từ v1 đến v2 là:

S = 

2

1

v

v vdt

dv j

dt dt

dv

j  1

) ( 1

2

1

s dv j t v

v



Dùng phơng pháp tích phân đồ thị ta dựng đợc đồ thị quãng đờng tăng tốc S theo

v nh hình 8 - bản vẽ

Ta có bảng số liệu quãng đờng tăng tốc nh sau: