Thiết kế môn học Lí thuyết Ôtô

Mở đầu Thiết kế môn học Lý thuyết Ô tô là một phần của môn học "Lý thuyết các phơng tiện vận tải đờng bộ", vận dụng các lý luận, các nội dung của môn học để tiến hành tính toán sức kéo,

Mở đầu

Thiết kế môn học Lý thuyết Ô tô là một phần của môn học "Lý thuyết các phơng tiện vận tải đờng bộ", vận dụng các lý luận, các nội dung của môn học để tiến hành tính toán sức kéo, động lực học kéo của một ô tô

Tính toán sức kéo của ô tô nhằm xác định các thông số cơ bản của ô tô: Công suất động cơ, các thông số của hệ thống truyền lực nhằm đảm bảo chất lợng kéo cần thiết của ô tô

Tính toán sức kéo cho ta biết một số thông số kỹ thuật, trạng thái, tính năng

và khả năng làm việc của ô tô, nhằm mục đích phục vụ cho quá trình vận hành khai thác ô tô có hiệu quả, đảm bảo tính năng kinh tế - kỹ thuật tối u

Nội dung của thiết kế gồm 3 phần :

Phần I : Thiết kế tuyến hình

Phần II : Tính toán động lực học kéo

Phần III : Tính toán ổn định chuyển động

Mẫu xe tải HINO FF3H

Nội dung thiết kế đợc hoàn thành dới sự hớng dẫn của PGS.TS Cao Trọng Hiền Bộ môn Cơ Khí Ôtô-Đại Học Giao Thông Vận Tải

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tiến Tuấn

Giới thiệu nội dung thiết kế

I - Các thông số cho trớc

- Loại ô tô : Ô tô tải 2 cầu

- Trọng tải hữu ích Ge : 8000 (kg)

- Tốc độ lớn nhất ở số truyền cao : Vmax = 100km/h = 27.78m/s

- Hệ số cản lớn nhất của đờng mà ô tô có thể khắc phục

- Hiệu suất cơ khí của hệ thống truyền lực ηT = 0.89

(Các thông số chọn dựa trên điều kiện sử dụng

1500

maxV1

2

= 0.03  + 1500 

78 27

III Các thông số tính toán

- Công suất động cơ

- Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Các đại lợng đánh giá chất lợng kéo của ô tô

1 : Động cơ 7

2 : Li hợp 3 : Hộp số

4 : Truyền động cac đăng 5 : Truyền lực chính

6 : Vi sai 7 : Nửa trục

(khi toàn tải )

Q

o

28 1650 42

6

8 10594

6

- Sơ đồ hoá tải trọng tác dụng lên ô tô

Gọi Zo1, Zo2 : Phản lực từ đờng tác dụng lên cầu trớc , cầu sau khi không tải :

Z1, Z2 : Phản lực từ đờng tác dụng lên cầu trớc và cầu sau của ô tô khi toàn tải

Sơ đồ tải trọng tác dụng lên ô tô

Q6 Q1 Q7 Q4 Q2 Q3 Q5

ii xác định công suất của ôtô

- Công suất của động cơ khi ô tô chuyển động với tốc độ cực đại Vmax =

Vmax : Vận tốc lớn nhất của ô tô (m/s)

Ψ : Hệ số cản tổng cộng của đờng tơng ứng với tốc độ lớn nhất Vmax

Ta có : Ψ = 0.045

W = 3.12

Nv =

89 0

a

Nv

λ

−λ+

n

n

ncmax : Số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ ứng với Vmax

nN : Số vòng quay của trụch khuỷu động cơ ứng với Ncmax

Chọn λ = 0.9 nN = 3200 v/p

Suy ra :

Nemax =

936 0

101 95 9 0 9 0

* 5 1 9 0

* 5

− +

Nv

= 101.6 (KW) Vậy Nemax = 101.6 (KW)

- Tính công suất của động cơ ở số vòng quay ηc khác nhau

3 2

.

N

e N

e N

e

n

n c n

n b n

n a

- Tính momen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ηc khác nhau

10 4

(N.m) Lập bảng tính các giá trị trung gian Ne, Me để xây dựng các đờng đặc tính Ne = f(ne)

iii xác định thể tích công tác của động cơ

Vc =

N eN

c

P

N Z

η

*

*

* 10

* 5

6 101

* 4

* 10

* 5

max c b

V.i

i

60

2πΓ η

inn : Tỷ số truyền của hộp số ở số truyền cao nhất

Chọn inn = 0.66

ipc = 1 : Tỷ số truyền của hộp số phụ và hộp phân phối (không có hộp số phụ và hộp phân phối)

Ncmax = λ* nN = 0.9 * 3200 = 2880 (v/p)

rb : Bàn kính làm việc trung bình của bánh xe

io =

78 27

* 66 0

* 60

457 0

* 2880

Pkmax : Lực kéo lớn nhất của động cơ phát ra ở bánh xe chủ động

PΨmax : Lực cản tổng cộng của đờng

Pw : Lực cản không khí

Khi ô tô chuyển động ở số I, vận tốc của ô tô nhỏ nên bỏ qua Pw

Vậy : PKmax≥ PΨmax = Ψmax G

b

t I o max

c

r

.i

b max

.i

M

r.G

ηψ

(-)

b

T I o max c

r

.i

b

.i

M

r

.mG

10114 =

Do đó :

iI ≤ 0,683.10114661,,763.5.,92,.810,89.0,75.0,482 = 8.27

Vậy ta chọn iI =7.8

2 Xác định tỷ số truyền của các số trung gian

- Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo cấp số nhân

- Tû sè truyÒn cña cÊp sè IV

.i

i

Vi =

i o

b e

ii60

r

n

Việc sử dụng lực kéo của ô tô còn bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh

xe với mặt đờng Vì vậy để đánh giá khả năng bị trợt quay của bánh xe ta dựng thêm đồ thị lực bám Pϕ = f(v)

e N

e

n

ncn

nbn

n

b c

ii60

(2) Dựa vào công thức (1) và (2) thiết lập bảng giá trị trung gian để xây dựng

Dựa vào đồ thị ta có thể đánh giá mức độ dự trữ công suất (để tăng tốc hoặc vợt dốc) của ô tô ở các cấp số truyền khác nhau của hộp số

iMG

P

b

t ti c W

PK : Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động

iti : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở tay số i của hộp số Nhân tố động lực học bị giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe

.mG

P

Để ô tô chuyển động không bị trợt

Dϕ≥ D ≥Ψ

iMG

1

vi =

i o

b c

ii60

Thiết lập bảng giá trị trung gian

Ta có bảng giá trị trung gian của Di ở các tay số khác nhau và theo tốc độ chuyển động của ô tô

Dϕ =

G

wvG

1,145286

v.12,352,99224

75,0.683,

1500

v1

(Các chỉ tiêu đánh giá chất lợng kéo của ô tô)

4 Xác định gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đờng, vận tốc lớn nhất

của ô tô và độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục đợc

Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học của ô tô xác định đợc độ dốc lớn nhất

mà ô tô có thể khắc phục đợc ở mỗi tay số

Trong đó : g : Gia tốc trọng trờng

δj : Hệ số kể đến ảnh hởng của các khối lợng chuyển động quay

81,9

2 i

+

- Khi xe chuyển động với vận tốc v < 22,2 m/s thì f = fo = 0,03

- Khi xe chuyển động với vận tốc v>22,2m/s

1500

v1

d Xác định thời gian tăng tốc và quãng đờng tăng tốc :

(*) Xác định thời gian tăng tốc của ô tô

Từ phơng trình j = dtdv -> đt = dv.

j1Suy ra : Khoảng thời gian tăng tốc từ v1 -> v2 củaô tô là :

ti : là thời gian tăng tốc từ v1ữ v2

ti = Fi : Với Fi là diện tích giới hạn bởi phần đồ thị

j

1 = f(v) ; v = v1; v = v2

và trục hoành (ov)

Suy ra : Thời gian tăng tốc toàn bộ

t = ∑

=

n 1 i

- Lập bảng tính gia tốc ngợc

j1

+ Quãng đờng tăng tốc

ds = v.dt-> s = ∫2

1

t t

Fis : n : Số khoảng chia vận tốc

Bảng giá trị thời gian tăng tốc, quãng đờng tăng tốc

Trong trờng hợp không xét đến sự mất mát vận tốc và thời gian khi sang số

tl: thời gian chuyển số

(trong thiết kế không tính phần này)

Phần III : Tính toán ổn định chuyển động của ô tô

i xác định toạ độ trọng tâm của ô tô

- Xác định khoảng cách a, b

Lấy momen đối với điểm A

.ΣMA = 0 A G B -> G.a - Z2 L = 0 a b

a =

139302

52 , 99224

II TíNH TOáN ổn định dọc của ô tô

Xét các lực tác dụng lên xe trong mặt phẳng dọc khi xe chuyển động lên dốc

Suy ra α'T =23o20'

Ta có α'L > α'T : Đảm bảo điều kiện ổn định

* Trờng hợp ô tô chuyển động trên đờng bằng

Vận tốc giới hạn lật

Vghl =

n

h.W

Ư

b.GGiả sử hw = hg = 1,38 (m)

Vghl =

38 , 1 12 , 3

253 , 1 14200

= 65,65 (m/s) Vghl > Vmax : Đảm bảo điều kiện

iii tính toán ổn định ngang của ô tô

1 Khi xe chuyển động trên đờng có góc nghiêng ngang β

- Góc nghiên βđ : Tại đó xe bị lật đổ

tgβđ = 2Bhg = 21970.1380 =0,72

- Góc nghiêng βϕ : Tại đó xe bị trợt ngang

tgβϕ = ϕy = 0,7

tgβđ > tgβϕ -> Đảm bảo điều kiện ổn định

2 Khi ô tô quay vòng trên đờng bằng

Bán kính quy vòng tối thiểu của ô tô R = 11 (m)

- Vận tốc giới hạn lật ngang

Vghl =

hg2

R.g.B

=

1380.2

11.81,9.1970

3 Khi ô tô quay vòng trên đờng có góc nghiêng β

a Khi hớng nghiêng của đờng cùng phía với trục quay vòng

(Xét góc lật nguy hiểm và góc trợt nguy hiểm bằng với khi chuyển động trên đờng bằng)

- Vận tốc nguy hiểm khi xe bị lật đổ

Vn =

d

d

tg.hg2/B1

)tghg2/B(R.g

β

−

β+

=

)72,0.(

1380.2/19701

)72,01380.2/1790(11.81,9

- Vận tốc nguy hiểm khi xe bị trợt ngang

Vϕ =

ϕ

ϕ

βϕ

−

β+ϕ

tg.1

)tg(

R.g

y

y

=

7,0.7,01

)7,07,0(11.81,9

Vn > Vϕ : Đảm bảo điều kiện ổn định

b Khi hớng nghiêng của đờng ngợc phía với trục quay vòng

)tghg2/B(R.g

β+

β

−

- Vận tốc nguy hiểm khi xe bị trợt ngang

Vϕ =

ϕ

ϕ

βϕ+

β

−ϕ

tg.1

)tg(

R.g

y y

Để đảm bảo điều kiện ổn định

Nhận xét

Việc tính toán động lực kéo của ô tô chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết do tính tơng đối của các phép tính , và sự lựa chọn các hệ số trong quá trình tính toán không chính xác so với thực tế Trong thực tế , việc nghiên cứu đánh giá chất l-ợng kéo của ôtô đợc thực hiện trên đờng hoặc trên các bệ thử chuyên dùng

Tài liệu tham khảo

- Lý thuyết ô tô - máy kéo GS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên) NXB Khoa học kỹ thuật 2000

- Kết cấu - tính toán ô tô TS Thái Nguyễn Bạch Liên (Chủ biên) NXB Giao thông vận tải Hà Nội 1984