thiết kế môn học tính toán ô tô-thiết kế sức kéo ô tô

THiết kế môn học lý thuyết ôtô tính toán sức kéo ôtô phần I 1.ý nghĩa của việc tính toán sức kéo ôtô - Biết đợc những độ tốc nào của xe mà có thể khắc phục đợc trên những đoạn đờng khác

THiết kế môn học lý thuyết ôtô tính toán sức kéo ôtô

<I> phần I

1.ý nghĩa của việc tính toán sức kéo ôtô

- Biết đợc những độ tốc nào của xe mà có thể khắc phục đợc trên những đoạn đờng khác nhau, với những tải trọng bất kỳ và ở những tay số khác nhau

- Tìm đợc tốc độ cực đại mà xe có thể đạt đợc trên mặt đờng bằng

- Xác định đợc khả năng tăng tốc của ôtô tới những tốc độ quy định

2 Đề bài: 2.7

Số chỗ ngồi Vận tốc cực đại ( km/h) Hệ số cản Imax Xe tham khảo

<

II> phần II: thiết kế tuyến hình

1 Các thông số cho tr ớc :

• Chủng loại xe, xe chở khách

• Số lợng hành khách cần chuyên chở: 62 ( không kể ngời lái xe )

• Tốc độ cực đại mà xe cần phải đạt đợc trên loại đờng quy định với tải trọng

định mức : Vmax = 80 (km/h)

• Hệ số cản lớn nhất của ôtô mà xe cần phải khắc phục ở tay số thấp nhất khi chở đủ tải: Ψmax = 0,35

• Loại động cơ sử dụng: Động cơ xăng zil- 130Я2

• Loại hệ thống truyền lực: cơ khí

2 Các thông số chọn :

• Tải trọng bản thân của ôtô: Go = 6850 (KG)

• Hệ số cản của không khí K và diện tích cả chính diện của ôtô (F)

+ Ôtô thiết kế có hệ số K đợc chọn theo kiểu toa xe có dạng khí động học ít Diện tích cản chính diện: F = 0,8 *Bo * H với

K = 0,028 (KG.s2/m4 )

Trong đó: H - chiều cao của ôtô ( Tính từ mặt đất tới mui ca bin) ; H = 2950 (mm)

B0 - Chiều rộng lớn nhất của ôtô: Bo = 2500 (mm)

Suy ra: F = 0,8.2950.2500 = 5,9 (m2)

• Tải trọng phân bố ra các cầu khi có tải và không có tải ( Xe có động cơ đặt phía trớc)

+ Khi không có tải: G01 = 0,45.G0 = 0,45.6850 = 3082,5 (KG)

G02 = 0,55.G0 = 0,55.6850 = 3767,5 (KG) + Khi có tải: G1 = 0,45.Gtb = 0,45.11425 = 5141,25 (KG)

G2= 0,55.Gtb = 0,55.11425 = 6283,83 (KG)

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

nN = 3200 (v/p) Hiệu suất truyền lực: ηt =0,85

Phần III: trình tự tính toán

1.Xác định trọng l ợng toàn bộ của ôtô:

Xe đợc tính theo công thức của xe khách:

Ta có: G = G0+n (Ghl + Gk)

Trong đó: n- số ngời ngồi, kể cả ngời lái

G0- trọng lợng bản thân của ô tô; G0= 6850 (KG) Gk- Trọng lợng trung bình của một ngời; Gk=50(KG) Ghl- Trọng lợng trung bình hành lý của một ngời; Ghl=20(KG) Suy ra :G-6850+63(20+50)=11260(KG)

2.Chọn lốp và tính toán bánh xe:

Để chọn lốp cần xác định tải trọng tác dụng lên một bánh xe ôtô

G1 lốp trớc =G1/2=5141,25/2=2570,625(KG)

G1 lốp sau =G2/2=6283,75/2 =3141,875(KG)

Ta chọn lốp theo tải trọng tác dụng lên lốp sau:

Chọn lốp có ký hiệu ИΒЛ-1 10-20 (280-508)

Chiều rộng của lốp B= 280 (mm);

d- Đờng kính của lốp; d=508 (mm);

Bán kính vành: r0=B+d/2=280+254=534(mm)

Bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rbx =λ.r0

Rbx=0,95.534=507,3 (mm)

Với λ- là hệ số kể đến biến dạng của lốp (λ= o,95)

r0 –là bán kính vành xe (mm)

3.Thiết kế tuyến hình:

- Kích thớc cơ bản của ôtô:

+ Kích thớc bao ngoài : L0*B0*H0 =10540*2500*2900

+ Chiều dài cơ sở: L=5540 (mm)

+ Khoảng cách tâm vết bánh trớc: 2116 (mm)

+ Khoảng cách tâm vết bánh sau: 1850 (mm)

+ Góc vát trớc:120

+ Góc vát sau:130

-Bố trí động cơ:

+Bố trí động cơ phía trớc; cầu sau chủ động

+Bố trí hệ thống truyền lực: công thức 4x2

1-Động cơ

2-Li hợp 3-Hộp số 4-Các đăng 5-Vi sai

4.Xác định trọng lợng:

- Tải trọng hữu ích :Ge=4410(KG)

- Tải trọng bản thân: G0=6850(KG)

- Khối lợng nhiên liệu: Gnl=165(KG)

- Tải trọng tổng cộng:G =11425(KG)

*G0 bao gồm:

• Động cơ+ li hợp:550(KG)

• Hộp số: 120(KG)

• Cầu trớc :304(KG)

• Cầu sau:655(KG)

• Các đăng :20(KG)

• Khung vỏ:3300(KG)

• Bánh xe + lốp : 6*110 (KG)

• Két nớc:35(KG)

Lợng d so với G0 là 1260(KG) bao gồm: nớc làm mát, dầu bôi trơn , ác quy, nhíp, hệ thống lái , nhiên liệu…

b—Xác định sự phân bố trọng lợng lên các bánh xe:

 Xác định phản lực Z1 , Z2:

+ lấy mô men đối với đIểm A ta đợc:

Z2= 5160,79(KG)

+ lấy mô men đối với đIểm B ta đợc:

Z1 = 4498,01(KG)

Xác định toạ dộ trọng tâm:

+ khoảng cách tâm trục trớc đến trọng tâm ô tô:

a = Z2*L/Go = 5160,79*5540/6850 = 4173,84 mm

+ khoảng cách tâm trục sau đến trọng tâm ô tô

b = Z1*L/Go = 4498,01*5540/6850 = 2366,16 mm

Phần IV:Tính toán động lực học kéo của ôtô

1

Chọn động cơ:

-Loại động cơ: Động cơ xăng 3И1-130λ2

- Số kỳ:4 kỳ

- Số xi lanh :8 xi lanh

- Tỉ số nén: ε =6,5

2.Xác định công suất lớn nhất của động cơ và xác định đ ờng đặc tính ngoài

của động cơ

Công suất của động cơ ứng với Vmax = 80 (km/h)=22,2(m/s)

Theo công thức: Nv =1/ηt (G Vƒ max+ K.F.V 3 max); (N)

Trong đó:

K- Hệ số cản của không khí; K = 0, 28 (N.S2/m4)

F- Diện tích cản chính diện của ôtô; F = 5,9 (m2)

G- Trọng lợng toàn bộ của ôtô; G = 114250 (N)

- Hệ số cản lăn của đ

ηt – Hiệu suất hệ thống truyền lực; ηt =0,85

Vmax – Vận tốc chuyển cực đại của ôtô; (m/s)

Suy ra:

Nv=1/0,85.(114250.0,025.22,2+0, 28.5,9.22,2)

=95,863(Kw)

Công suất lớn nhất của động cơ:

Ne Max= Nv.1/(a.λ+b.λ2 +c.λ3); (N)

Trong đó: a,b,c là hằng số thực nghiệm; a=b=c=1 (động cơ xăng)

λ=nN/nN ; là tỷ số giữa vòng quay của động cơ ứng với vận tốc cực đại của xe và công suất cực đại của động cơ

Chọn λ=0,9 ( đối với động cơ xăng có hạn chế tốc độ quay),4

Suy ra: Ne max=95,863/(1.0,9+1.0,92-1.0,93)=97,72(kw)

Công suất của động cơ ở chế độ bất kỳ:

Ne= Ne Max(a.(ne/nN)+b.( ne/nN)2-c.( ne/nN)3) (N)

Đặt k=(a.(ne/nN)+b.( ne/nN)2-c.( ne/nN)3)

Trong đó:

Ne, ne: là công suât có ích và số vòng quay ở điểm cần tìm của đờng đặc tính công suât của động cơ

a,b,c là hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào chủng loại động cơ

Mô men của động cơ ở chế độ bất kỳ:

Me=10000*Ne/(1,047*ne)

Với Ne, ne : công suât có ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu

Lần lợt cho tỷ số ( ne/nN) nhận các giá trị: 0,2;0,3;0,4;0,5;0,6;0,7;0,8;0,9.Ta lập bảng biểu thị mối quan hệ:

Ne max,Me max=f(ne)

K 0.232 0.363 0.496 0.625 0.744 0.847 0.928 0.981

Ne max(ml) 22,67 35,47 48,47 61,1 72,7 82,77 90,68 95,86

Me max(KG.m) 340,59 355,27 364,11 367,19 364,08 355,3 340,59 320

Đối với ôtô chỉ có một cầu chủ động và không có truyền lực chính cuối cùng Ta có: i0 = 2*3,14*rbx*nemã/(60*Ihn*Ipc*vmã)

Trong đó: rbx: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động, rbx=0,507(m)

nv: Số vòng quay của trục khửu động cơ ứng với Vmax(v/p) inn: Tỷ số truyền của tay số cao nhất; inn=1=ipc

Vmax: Vận tố cực đại của xe; Vmax=22.2(m/s) Thay vào (1) ta có: i0=6,9

b,Xác định tỷ số truyền của hộp số chính:

- Xác định tỷ số truyền ở tay số một của hộp số: in1

Giá trị của in1 phải thoả mãn hai điều kiện sau:

• Lực kéo tuyếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động phải lớn hơn lực cản chuyển động: Pkmax ≥ PΨmax (a)

Trong đó : Pkmax lực kéo tiếp tuyếnlớn nhất ở các bánh xe chủ động của ôtô

ứng với tay số 1; Pkmax=

bx

t h e

r

i i

M max. 1.0 η

PΨmax lực cản lớn nhất của đờng đã qui định

PΨmax =G Ψv max ; Ψv max =0,35

85 , 0 9 , 6 19 , 367

5073 , 0 35 , 0 114250

.

0 max

Ψ

t e

bx v

i M

r G

η

•Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của các bánh xe chủ động phải nhỏ hơn lực bám của chúng với đờng: Pkmax ≤Pf (b)

Pf = Gf.f=m2.G2.f lực bám của các bánh xe chủ động

Gf-Trọng lợng bám; đối với các bánh xe chủ động ở phía sau; Gf=m2.G2

m2-Hệ số phân bố lại tải trọng lên các bánh xe khi chuyển động; m2=1,1;

f-Hệ số bám; chọn f=0,7

G2- Trọng lợng tĩnh tác dụng lên các bánh xe chủ động sau:

G2=62837,5 (N)

Từ (b) suy ra:

ih1≤m2.G2.f.rbx/Me max.i0.ηt=1,1.62837,5.0,7.0,507/367,19.6,9.0,85 hay ih1≤ 11,4

Từ (a) và (b), ta chọn ih1=9,4

-Xác định tỷ số truyền của các tay số trung gian hộp số ô tô

Chọn số lợng tay số bằng 5; tính tỷ số truyền của các tay số trung gian hộp số

ôtô theo cấp số nhân; với tay số cao nhất ih5=1

Ta có: ih2=4 3 4 9 , 4 3 5 , 37

1 = =

h

i ; ih3=4 2 4 9 , 4 2 3 , 07

1 = =

h

i

ih4=4 4 9 , 4 1 , 75

1 = =

h

i ; ih5=1 Xác định tỷ số truyền của tay số lùi: iL=1,2.ih1=1,2.9,4=11,28

Phần V: Xác định các dạng công suất

và lập đồ thị cân bằng công suất của ô tô

Phơng trình cân bằng công suât có dạng nh sau:

Nk=Nf+Ni+Nw+Nj= NΨ +Nw+Nj=Ne.ηt

=G f v G v +K F v +N j

1

1

sin 1

cos

Trong đó: Nk-Công suât kéo của bánh xe chủ động;

Ne-Công suât hữu ích của động cơ:

Nf công suât cản lăn trên đờng có độ dốc α;

Ni- công suât cản lên dốc; NΨ =Nf+Ni=G.Ψ.v; công suât cản tổng cộng của đờng; Ψ=(f.cosα+sinα)- hệ số cản tổng cộng

Nj- công suât cản quán tính khi xe tăng tốc

v- vận tốc chuyển động của xe; (km/h)

vi=2.3,14.rbx.ne/it=0,377.rbx.ne/ihi.i0

ηt -hiệu suât của hệ thống truyền lực

công suất kéo của ô tô ứng với từng tay số:

Nki = Nei 0,85

Tính vận tốc theo công thức: vi=0,377.rbx.ne/ihi.i0

Ta có giá trị tại bảng 2

1 Tính công suât kéo của tất cả các tay số theo vận tốc của xe:

Ta tính theo công thức: Nki=Nei.ηt với ηt=0,85

Giá trị của công suât kéo đợc thể hiện ở bảng 2

Nk(N) 19,27 30,15 41,2 51,94 61,79 70,35 77,08 81,48

3 Tính công suât cản lăn của đ ờng khi xe chạy trên mặt đ ờng nằm ngang

và công suât cản của không khí:

-Công suât cản lăn: Nf=G.f.v (kw); f=0,025; G= 114250(N)

-Công suât cản của không khí: Nw=K.F.v3; (kw)

Giá trị của Nf và Nw phụ thuộc vào vận tốc của các tay số đợc thể hiện ở bảng 3

N f (kw) 0 8,57 17,14 25,71 34,28 42,84 51,4 57,13 63,41

N w (kw) 0 0,045 0,357 1,204 2,854 5,575 9,634 13,216 18,07

N Ψ =N f +N w 0 8,615 17,497 26,914 37,134 48,415 61,034 70,346 81,48

Đồ thị cân bằng công suât đợc thể hiện trên giấy vẽ A1

phần VI:

Xác định áp lực kéo tiếp tuyến và các dạng lực cản.

Lập đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô

Trờng hợp không kéo moóc, chuyển động nhanh dần và lên dốc

Phơng trình cân bằng lực kéo có dạng:

Pk=Pf+Pi+Pw+Pj=PΨ +Pj +Pw

= G.cosα.f+G.sinα+ K.F.v2+ G.δi.j/g

Khi xe chạy với vận tốc cực đại Vmax, khi đó phơng trình trên có đạng:

Pk=Pf+Pw=G.f+ K.F.v2

ở đây: Pk=Mk/rb=Me.ih.i0.ηt/rb; là lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động

Mk,Me: là mô men xoắn ở bánh xe chủ động và động cơ.

Pf=f.G.cosα – lực cản lăn khi xe lên dốc có độ dốc α

Pi=G.sinα-lực cản lên dốc

PΨ=Pf+Pi=G.(f.cosα+sinα)=G.Ψ

PΨ=K.F.v2–lực cản không khí

lực kéo tiếp tuyến ở từng tay số

Pk = Me.ihi.io.nt/rbx

Lực cản của đờng

Pf = G.f = 114250.0,025 = 2856,3 N

Lực cản không khí

Pw=k.F.v2

Kết quả tính toán đợc ghi dới bảng sau

n e (v/p) 640 960 1280 1600 1920 2240 2560 2880

P k1

37013,73 38609,09 39569,78 39904,5 39566,52 38612,35 37013,73 3478,54

P k2 21145,08 22056,47 22605,29 22796,51 22603,43 22058,3 21145,08 19869,88

P k3 12088,53 12609,56 12923,32 13032,64 12922,26 12609,56 12088,53 11359,5

P k4 6890,85 7187,86 7566,71 7429,03 7366,11 7187,86 6890,85 6475,29

P k5 3937,63 4107,35 4209,55 4245,16 4209,2 4107,35 3937,63 3670,47

Pw 4,868 59,472 133,812 237,89 371,7 535,25 600,8 814,17 Pw+ Pf 2861,1682 2915,772 2990,112 3094,19 3228 3391,59 3457 3670,47

• -Đồ thị nhân tố động lực học và đồ thị tia

Khi xe không déo moóc, theo phơng trình cân bằng Pk=PΨ+Pw+Pj

j k

g

j G

P P G

P P

D= − ω = ψ + = ψ + σ

Giá trị nhân tố động lực học ở các tay số khác nhau là

áp dụng : Di=(Pki-Pwi)/G với G=114250N

Kết quả tính đợc ghi dới bảng sau

Trong đó: Ψ- Hệ số cả tổng cộng của đờng: Ψ=fcosa + sina

j- Gia tốc tịnh tiến của xe (m/s) g- Gia tốc trọng trờng (m/s) δi- Hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng quay của xe khi xe chuyển

động không ổn định

Ta lập bảng giá trị nhaan tố động lực học:

P k1 37013.73 38609.09 39569.78 39904.5 39566.52 38612.35 37013.73 3478.54

P k2 21145,08 22056,47 22605,29 22796,51 22603,43 22058,3 21145,08 19869,88

P w2 1.398 3.146 5.532 8.663 12.493 17.022 22.25 28.18

P k3 12088,53 12609,56 12923,32 13032,64 12922,26 12609,56 12088,53 11359,5

P w3 4.229 9.595 17.022 26.564 38.22 51.992 68.089 86.116

P k4 6890,85 7187,86 7566,71 7429,03 7366,11 7187,86 6890,85 6475,29

P w4 13.324 29.419 52.363 81.876 117.678 160.28 209.453 264.775

P k5 3937,63 4107,35 4209,55 4245,16 4209,2 4107,35 3937,63 3670,47

P w5 39.989 90.219 160.28 250.337 360.388 491 641.125 814.17

D 5 0.034 0.0352 0.0354 0.0349 0.0337 0.0316 0.0289 0.025

1 Xây dựng đồ thị tia:

Các giá trị nhân tố động lực học tính đợc ở trên là 0đối với trờng hợp xe chở

đủ tải, thực tế thì tải trong của xe luôn thay đổi: quá tải hoặc non tải cho nên nhân

tố động lực học của xe cũng thay đổi theo tải trọng sử dụng

Chính vì vậy, ta xây dung một đồ thị đặc tính động lực học của xe khi tảit trọng thay đổi gọi là đồ thị tia

Xác đinh các tia khi tải trọng của xe thay đổi:

Dx và Gx là nhân tố động lực học và trọng lợngcủa xe ứng với tải trọng bất kỳ (Gx= G0+Ge) ; với G0=6850 (KG) ; Ge=4575 (KG)

Ta có: D=(Pk-Pw)/G và Dx= (Pk-Pw)/Gx

Với Pk- Pw=const thì D/Dx =Gx/G =tgα

α là góc nghiêng của tia so với trục hoành của đồ thị đặc tính động lực học; giá trị của α sẽ thay đổi theo tải trọng đặt lên xe Tính các gía trị α

% trở Tải Tải trọng hữu ích

của xe Gx(KG) TGα=Gx/G α

140% 13255 1.16 49014’

Phần VIII Tính gia tốc của xe và lập đồ thị gia tốc

Tính gia tốc của xe ở các tay số và lập bảng :

Tờ công thức tổng quát: j =(D-Ψ).g/δi

Ta xét cho trờng hợp khi chuyển động trên đờng bằng và chở đủ tải:

j= (D-f).g/δi; chọn f = 0,025

Xác định hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng quay của xe, khi tăng tốc của ở các tay số δi: δi=1.05+0.05*ihi2

ih- tỷ số truyền của tay số đang sử dụng

σ1~ σ2 = 0,05 (hệ số thực nghiệm )

Tay số 1 : δi1=1.05+0.05*9.42 = 5.468

Tay số 2 : δi2=1.05+0.05*5.372 = 2.49

Tay số 3 : δi3=1.05+0.05*3.072 = 1.52

Tay số 4 : δi4=1.05+0.05*1.752 = 1.2

Tay sô 5 : δi5=1.05+0.05*12 = 1.1

PHần IX Tính thời gian và quãng đ ờng tăng tốc.

Lập đồ thị thời gian và đồ thị quãng đờng tăng tốc của xe

1 Tính thời gian tăng tốc và lập đồ thị t-v:

Để giải tích phân này ta sử dụng phơng pháp tính tích phân đồ thị Cách giải đợc thực hiện theo các bớc sau:

- Lập đồ thị gia tốc nghịch đảo: 1/j = f(v)

Dựa vào các giá trị ở bảng 9 để tính các giá trị 1/j ở các tay số:

ne(v/p) 640 960 1280 1600 1920 2240 2560 2880 D1- f 0.299 0.313 0.321 0.324 0.321 0.313 0.299 0.279

D2- f 0.16 0.168 0.173 0.174 0.173 0.168 0.16 0.149

D3- f 0.081 0.085 0.088 0.089 0.088 0.085 0.081 0.074

D4- f 0.035 0.038 0.039 0.039 0.038 0.037 0.033 0.029

D5- f 0.009 0.0102 0.0104 0.0099 0.0087 0.0066 0.0039 0

Dựa vào kết quả tính toán ở trên ta dựng đợc đồ thị gia tốc của ô tô ứng với từng tay số

1/j3 1.876 1.789 1.727 1.706 1.727 1.789 1.876 2.05

Đối với hệ thống truyền lực của ô tô vứi hộp số có cấp thời gian chuyển từ số thấp lên số cao có xẩy ra hiện tợng giảm vận tốc chuyển động của ô tô một khoảng Δvc

Đợc xác định

Trong đó : Δv là độ giảm vận tốc chuyển động khi chuyển số

hệ số cản tổng cộng của mặt đờng

g= 10 m/s2 gia tốc trọng trờng

tl = 1 Thời gian chuyển số

Δv12 = 10*0,25*1/5,468 = 0.046

Δv23 = 10*0,25*1/2,49 = 0.1

Δv34 = 10*0.25*1/1.25=0.2

Δv45 =10*0.25*1/1.2 = 0.21

ds =v dt => ds =vtb Δt

quãng đờng đI đợc trong thời gian chuyển số

ΔSc = vb tc - g.f.tc2/2 δI

vb là vận tốc lúc bắt đầu chuyển số

( m s )

t g

v

i

*

*

δ

ψ

=

∆

ta tính đợc

quãng đờng tăng tốc

Δs = vtbi Δt

Các giá trị tính đợc ta ghi vào bảng

6.42 0.81 0.533 0.546 1.406 12.214 6.015 8.914 42.191

i

s

S =∑∆