bài tập lớn lý thuyết ô tô máy kéo

Tính toán sức kéo ô tô nhằm mục đích xác các thông số cơ bản của động cơ, của hệ thống truyền lực để đảm bảo chất lợng động lực học cần thiết của chúng trong các điều kiện sử dụng khác n

Lời nói đầu

Ô tô ngày càng đợc sử dụng rộng rãi ở nớc ta nh một phơng tiện đi lại cá nhân

cũng nh vận chuyển hành khách, hàng hóa rất phổ biến Sự gia tăng nhanh chóng sốlợng ô tô sử dụng trong xã hội, đặc biệt là các loại ô tô đời mới đang kéo theo nhu

cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ô tô nhất là trong lĩnh vực tính toán và thiết kế

Tính toán sức kéo ô tô nhằm mục đích xác các thông số cơ bản của động cơ,

của hệ thống truyền lực để đảm bảo chất lợng động lực học cần thiết của chúng

trong các điều kiện sử dụng khác nhau, phù hợp với các điều kiện đã cho của ô tô từ

đó xác định các chỉ tiêu để đánh giá chất lợng kéo của ô tô nh chỉ tiêu vận tốc lớn

nhất, góc dốc lớn nhất của đờng mà ô tô có thể khắc phục đợc, gia tốc lớn nhất của

ô tô, quãng đờng và thời gian tăng tốc ngắn nhất khi đạt vận tốc là lớn nhất Các chỉtiêu trên coa thể tìm đợc khi giải phơng trình chuyển động của ô tô bằng phơng

pháp đồ thị hoặc phơng pháp giải tích

Sau khi học xong môn học “ ô tô 1 ” chúng em đợc tổ môn giao nhiệm vụ làm bài tập lớn môn học Vì bớc đầu làm quen với công việc tính toán, thiết kế nên không

tránh khỏi những vớng mắc Với đề tài “ Tính toán sức kéo của ô tô ” nhờ sự quan

tâm động viên giúp đỡ tận tình của giáo viên hớng dẫn, giáo viên giảng dạy và các

thầy bộ môn công nghệ ô tô Nên em đã cố gắng hết sức để hoàn thành bài tập lớn

trong thời gian đợc giao Qua bài tập lớn này giúp sinh viên chúng em hiểu thêm

phơng pháp tính toán thiết kế nh: chọn công suất của động cơ, xác định tỷ số truyềncủa hộp số cũng nh của hệ thống truyền lực và thành lập đồ thị để xác định các chỉ

tiêu về động lực học của ô tô

Tuy nhiên kiến thức còn hạn chế tài liệu không thể có những sai sót vì vậy mong

đợc những đóng góp của thầy giáo cũng nh các bạn để tài liệu càng đợc hoàn thiện

và tốt hơn

Vinh, ngày 20 tháng 11 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Vừ Văn Quõn

Phần I Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của ôtô

ro = (B+d/2 ) * 25.4 r0 = ( 12 + 22.5/2 )*25.4 = 590.55 (mm) = 0.591(m)Bán kính động và động lực học của bánh xe: rđ = rk= *roChọn lốp có áp suất cao, hệ số biến dạng = 0.9450.950 Ta chọn = 0.95

rk = rb = *ro = 0.95*0.591 =0.561 (m)Trong đó:

- Các đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của các đại lợng công suất có ích Ne, mômen xoắn có ích Me và suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ GT và suất tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay hoặc theo tốc độ góc của trục khuỷu.Các đờng đặc tính này gồm:

 Đờng công suất Ne = f(ne)

 Đờng mômen xoắn Me = f(ne)

 Đờng suất tiêu hoa nhiên liệu của động cơ ge = f(ne)

1 Xác định công suất của động cơ theo điều kiện cản chuyển động

Ôtô đạt tốc độ lớn nhất Vmax khi chạy trên đờng bằng Khi đó công suất

động cơ sinh ra là:

Nv = (Nf + N)

) 3500

270

(

max

v G N

Theo đề bài ta có: Vmax = 80 km/h+ f: hệ số cản lăn của mặt đờng f = 0.018

+ F: là diện tích chính diện của ôtô (m2)

F = m.B0.H

- m: là hệ số điền đầy diện tích cản chuyển động của ôtô

Đối với ô tô khách(vận tải) m = 1

- B0: chiều rộng cơ sở của xe(m)

B0 = 2

- H: chiều cao của xe(m)

H = 2.7 (m)Vậy ta có: F = 2*2,7=5,4 (m2)+ là hệ số truyền lực Đối với ôtô du lịch = 0.85 0.9

Ta chọn = 0.85

Từ các chỉ số trên ta có công suất khi xe đạt vận tốc cực đại là:

) 3500

270

(

max

v G N

2 Xác định công suất cực đại của động cơ

Công suất lớn nhất của động cơ: max 2 3 (W)

c b a



=> max 2 3 0 5 * 0 8 1 5 * 0 82 0 83

9 96

Đây là công suất thảo mãn khi thiết kế nhng khi lắp trên ôtô có thêm các

bộ phận khác, mặt khác để tăng khả năng thắng sức cản đột xuất trong quátrình chuyển động( sức cản phụ, quạt gió, khí nén ) thì ta phải chọn côngsuất cao hơn 15 - 20% so với công suất trong quá trình tính toán nên ta chọn:

Nemax = 114.3+114.3*15% = 131.44 (HP)

So sánh công suất này với công suất của xe tham khảo ta có:

ứng với Nemax = 380(mã lực) ta chọn nv = 1900( vòng/phút)

3 Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.

Muốn xây dựng đờng đặc tính ( Ne, ne ) và ( me, ne )

ta Sử dụng công thức Lây-Đéc-Man đối với động cơ xăng

max

n

e n

e N

e e

n

n c n

n b n

n a N N

n b n

n a T

Trong đó

 Nemax là công suất có ích cực đại

 Ne là công suất hữu ích của động cơ

 ne là số vòng quay của trục khuỷu

 nN là số vòng quay ứng với công suất cực đại

 a,b,c là các hệ số thực nghiệm đợc chọn theo từng loại động cơ

Đối với động điezel ta chọn: a =0.5 ; b=1.5; c=1

Ne và ne công suất và số vòng quay ở thời điểm trên đờng đặc tính ngoài của động cơ

- Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với vòng quay ne khác nhau:

Me = 716.2*Ne/ne (kG.m) = là các đại lợng ne và nN đã biết( với  = 0.4 ;1.3)

Để động cơ có thể hoạt động ổn định ở số vòn quay ta lấy ne = .nN với:

nemin = 0.4nN 1.4nN(v/phút) ta lấy số vòng trong khoảng (760 2660)

Ta thành lập đợc bảng tính các giá trị(, ne, Ne, Me) kết quả ghi ở bảng sau:

= (kG.m)/mm

135.8 117.6

31.8

52.5 46.5 49.4

Đờng đặc tính ngoài của động cơ xăng không hạn chế số vòng quay

Nhận xét:

Số vòng quay nmin = 760(v/p) của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất

mà động cơ có thể làm việc ổn định ở chế độ toàn tải Khi tăng số vòng quay thì mômen và công suất của động cơ tăng lên, mômen xoắn đạt giá trịcực đại Memax ở số vòng quay nN=1520(v/p).Các giá trị Nemax, Memax là số vòng quay tơng ứng với các giá trị trên nN và nM đợc chỉ dẫn trong các đặc tính kỹ thuật của động cơ Động cơ ô tô làm việc chủ yếu ở vùng nM - nN

Khi tăng số vòng quay của trục khuỷu lớn hơn giá trị nN thì công suất sẽ giảm, chủ yếu là do sự nạp hỗn hợp khí kém đi và do tăng tổn thất ma sát trong động cơ Ngoài ra khi tăng số vòng quay sẽ làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh các chi tiết động cơ Vì thế khi thiết kế ô tô du lịch thì

số vòng quay của trục khuỷu động cơ tơng ứng với tốc độ cực đại của ô tô

trên đờng nhựa tốt nằm ngang không vợt quá 10 20% so với vòng quay nN

- Hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn:

=> Memax = k.MN = 1.2*49.49 = 59.39(kG.m)

Phần II Xác định tỷ số truyền và truyền lực chính

1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực chính trong trờng hợp tổng quát đợc xác định theo công thức:

it = ih*ip*io*icTrong đó:

 ih: là tỷ số truyền của hộp số chính

 ip: là tỷ số truyền của hộp số phụ

 io: là tỷ số truyền của truyền lực chính

 ic: là tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng( thờng có ở máy kéo)

1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

io đợc xác định trên cơ sở đảm bảo tốc độ chuyển động cực đại của ô tô ở

số truyền cao nhất trong hộp số

max max

2470

* 561 0 377 0

i

Trong đó:

nN = nv = 2470(v/ph) ip: Tỷ số truyền của hộp số phụ(11.5), ta chọn ip = 1

( Do xe đang xét không có hộp số phụ nên ta có thể bỏ qua)

2 Xác định tỷ số truyền của hộp sô

a Xác định tỷ số truyền của tay số 1

- Tỷ số truyền của tay số 1 đợc xác định trên cơ sở đảm bảo khắc phục

đ-ợc sức cản lớn nhất của mặt đờng mà bánh xe chủ động không bị trợt quay trong mọi điều kiện chuyển động

- Theo điều kiện chuyển động ta có:

w

Pmax  maxTrong đó:

 Pkmax : là lực kéo lớn nhất của đsộng cơ phát ra ở bánh xe chủ động

 P : max là lực cản tổng cộng của đờng

 Pw : là lực cản không khí

Do đó ihI đợc xác định theo điều kiện cản chuyển động:

tl pc o e

b

r G i





.

* 53 6

* 2 1 39 59

561 0

* ) 25 0 018 0 (

* 11000





Trong đó:

 G = 11000: là trọng lợng của toàn bộ xe

 io: tỷ số truyền của truyền lực chính = 6.53

  max: hệ số cản tộng cộng lớn nhất của đờng

 t: hiệu suất của hệ thống truyền lực (với ôtô khách = 0.85)

b h

i i M

m r G i







.

.

0 max

1 

=> ihI 8.43 thỏa mãn điều kiện đề ra.

Vậy ta chọn ihI = 4.18

b Xác định tỷ số truyền của tay số trung gian

Muốn chọn hộp số truyền cho hộp số cần dựa và chủng loại ôtô, động cơ, phạm

vi sử dụng của nó Dựa vào loại xe đã chọn ta chọn ôtô có 5 cấp số tiến và 1 số lùi

Ta sẽ chọn hệ thống tỷ số truyền trung gian theo cấp số nhân, chọn tỷ số truyền ở

số cao nhất ( số 5 ) là số truyền thẳng ih5 = 1

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

Công bội đợc xác định theo biểu thức:

43 1 18 4

Trong đó:

 n : số cấp trong hộp số; n = 5

 ihI : tỷ số truyền tay số 1; ihI = 4.18

 ihn : tỷ số truyền tay số cuối cùng trong hộp số, ih5 = 1q= 1.43

Tỷ số truyền tay số i đợc xác định theo công thức sau:

- Tỷ số truyền tay số lùi: (i1) thờng đợc chọn trong khoảng

i1 = ( 1.11.3)ihI

Đối với xe này ta chọn tỷ số truyền số lùi nh sau:

i1 = 1.2*4.18 =5.02Kiểm tra tỷ số truyền tay số lùi theo điều kiện bám

Theo điều kiện bám ta phải có:

Vậy i1 = 5.02 < 8.43 thỏa mãn điều kiện

i i

r n v

.

377 , 0

Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ độngNe=NtNfNiNjN

Trong đó:

 Nr : công suất tiêu hao cho tổn thất cơ khí trong hệ thống truyền lực

 t :hiệu suất truyền lực( với ô tô khách(vận tải) ta có = 0.85)

 Nf : công suất tiêu hao cho lực cản lăn

Nf = G.f.v/270

 Ni : công suất tiêu hao để khắc phục lực cản không khí

- Ni lấy dấu ( + ) khi xe chuyển động lên dốc

- Ni lấy dấu ( - ) khi xe chuyển động xuống dốc

- Công suất tiêu hoa cho lực cản của không khí

Nw = K.F.v3/3500

- Công suất tiêu hoa cho lực cản quán tính khi tăng tốc (Nj)

v j g

G

N j  i .

/270Trong đó:

- lấy dấu ( - ) khi xe chuyển động giảm tốc

- Đờng biểu diễn đồ thị Nw là đờng cong

- Các đồ thị Nk-v theo các số truyềnMuốn lập đợc đồ thị cân bằng công suất của ôtô ta phải tính tốc độchuyển động của ôtô ở các tay số theo số vòng quay của động cơ (ne) theocông thức sau:

min

.

377 , 0

h

k e i

i i

r n

v 

min 2

.

377 , 0

h

k e i i

r n

v 

+ ở tay số 3 : 0 3

min 3

.

377 , 0

h

k e i i

r n

v 

+ ở tay số 4 : 0 4

min 4

.

377 , 0

h

k e i i

r n

v 

+ ở tay số 5 : 0

min 5

377 , 0

i

r n

Trong đó:

- rb : bán kính lăn của bánh xe-ne : số vòng quay của động cơ

Tuy nhiên trong phơng trình chỉ cần xác định thành phần Nk, Nf, Nw

Ta thấy đờng biểu diễn Nf là đờng bậc nhất qua gốc tọa độ nên chỉ cần xác

.f v k f v3

G

Cho ne những giá trị khác nhau từ(760 2660) vào các công thức trên đểtính đối với mỗi tay số ta thành lập đợc các bảng sau:

N kI

+ Pf = f.G.cosα lực cản lăn ( kg)α lực cản lăn ( kg)

+ Pw =

2

13

K F V

lực cản của không khí ( kg) -K : hÖ sè c¶n kh«ng khÝ, víi «t« kh¸ch vá kÝn ta cã:

bx

h h e bx

k k

r

n i i M r

M

P   . .0.

bx e

tl o h e k

n r

i i N P

.

.

27 19 6

V(km/h)Nf

Nw+Nf

NkVINkIIINkIINkI

k ki

r

i i M r M

P   . .0.

Trong đó:

 Mk: Là mụmen xoắn ở bỏnh xe chủ động (kg.m)

 rb: Bỏn kớnh lăn của bỏnh xe chủ động

 Me: Mụmen xoắn của trục khuỷu động cơ (g.m)

 i0 : Tỷ sα lực cản lăn ( kg)ố truyền của truyền lực chớnh

 ih: Tỷ sα lực cản lăn ( kg)ố truyền của hộp sα lực cản lăn ( kg)ố tuỳ theo từng tay sα lực cản lăn ( kg)ố tớnh toỏn

 Vi : Vận tốc chuyển động của ôtô theo số vòng quay củatrục khuỷu động cơ khi ôtô chuyển động ở cấp số i

Lực cản lăn Pf đợc xác định nh sau:

- Với: V 80km/h thì f = f0 = 0.018

=> Pf = G.f đồ thị là đờng thẳng song song với trục hoành

- Với: V  80km/h thì f = 0.032(1+v2/1500)

658.2 943.6

2300Pk(kg)

V(km/h)

- Đờng Pk5( lực kéo khi xe chạy ở số truyền 5) cắt nhau với đờng biểu diễn lực

cản( Pf, Pw) tại A dóng xuống ta đợc Vmax = 80 km/h

- Đồ thị Pf là đờng thẳng // với trục hoành V < 80km/h và là đờng cong bậc 2

khi V>80km/h

- Khoảng cách từ Pf + Pw đến Pki là lực kéo d để khắc phục các lực cản khác

Phần III Lập đồ thị đặc tính động lực học của ôtô

C: TÍNH TOÁN CÁC NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC KHI ĐẦY TẢI (D)

VÀ TẢI THAY ĐỔI (D X )

1) xỏc định nhõn tố động lực học D khi ụtụ chở tải định mức.

* Phương trỡnh nhõn tố động lực học của ụtụ ở điều kiện chở tải định mức được

biểu thỡ bằng phương trỡnh sα lực cản lăn ( kg)au:

G

P P



trong đú: D: nhõn tố động lực học:

- Phương trỡnh cú thể viết dưới dạng khai triển (trường hợp khụng kộo moúc)

v F k r

i M D

b

t hi

) 6 , 3

.

Ta cú phương trỡnh P k P f P P i P j

j g

G G

G f P

P k    cosα lực cản lăn ( kg)   sα lực cản lăn ( kg)in   i.

G i f G G

j s g

G f

G D

i

)

sα lực cản lăn ( kg)in cosα lực cản lăn ( kg)

j g

S i

.





trong đó:  f  j: hệ sα lực cản lăn ( kg)ố tổng cộng của đường

* Xây dựng đồ thị động lực học khi ôtô chở tải định mức.

- Để xây dựng đồ thị D, cần lập bảng tính các trị sα lực cản lăn ( kg)ố trong phương trình

G

P P



Trong trường hợp này ta xây dựng đồ thị D với hộp sα lực cản lăn ( kg)ố chính của ôtô

có sα lực cản lăn ( kg)ố 5 truyền ( n = 5) với các nhân tố động lực học ở các tay sα lực cản lăn ( kg)ố là:

G

P P





Trong đó: m là chỉ sα lực cản lăn ( kg)ố tương ứng với sα lực cản lăn ( kg)ố truyền đang tính: m = 15

các đại lượng khác đã giải thích ở phần trước

V5 25 31 37 43 49 55 62 68 74 80 86 D5 0.041 0.043 0.045 0.045 0.044 0.043 0.040 0.037 0.032 0.027 0.020

* Vẽ đồ thị:

- Từ sα lực cản lăn ( kg)ố liệu đã có ở bảng VI ta vẽ được đồ thị nhân tố động lực học giá trị

nhân tố động lực học D (không thứ nguyên ) được biểu diễn trên trục tung Trục

hoành biểu diễn vận tốc chuyển động của ôtô

v 1

Hình 4: Đồ thị nhân tố động lực học khi đầy tải D

D 5

0.175

6

- Trên đồ thị nhân tố động lực học ta vê thêm đường hệ sα lực cản lăn ( kg)ố của cản lăn

const

f  và ta xây dựng thêm nhân tố động lực học của ôtô tính theo điều kiện

bám D được tính ở biểu thức sα lực cản lăn ( kg)au:

2

13

W V G

P P D

- Từ các giá trị của nhân tố động lực học theo điều kiện bám Thì D là đường

cong có điểm xuất phát từ điểm có giá trị = 0.130 (tại đó vận tốc của ôtô bằng

0) và thoải dần theo tốc độ ôtô

ta thấy D5= 0.027  (0.018+0.25) Vì vậy ôtô có thể hoạt động ở mọi sα lực cản lăn ( kg)ố

truyền mà không bị trượt quay

- Vậy điều kiện để ôtô duy trì chuyển động trong các điều kiện đã cho chỉ phụ thuộc vào hệ sα lực cản lăn ( kg)ố cản tổng cộng của đường  , nghĩa là D 

- Ta có thể xác định được độ đốc lớn nhất của ô tô:

Trong trường hợp ô tô chuyển động đều (ổn định) thì ta có D  , nếu biết hệ

sα lực cản lăn ( kg)ố cản lăn của loại đường thì ta có thể tìm được độ dốc lớn nhất của đường mà ô

tô có thể khắc phục được ở một vận tốc cho trước Ta có:

x

k x G

P P



P P



từ (1) và (2) ta có: . . G tg1

G D

D G D G

x x

Trong đó: +,  1: góc nghiêng biểu thị tỉ sα lực cản lăn ( kg)ố giữa tải trọng của xe đang tính với khối lượng toàn bộ của xe

+, G x:khối lượng ôtô ở tải trọng đang tính G x G0 G ex

+, G0:khối lượng ôtô ở trạng thái không tải+, G ex :tải trọng của ôtô ở vị trí đang tính

 G ex :thay đổi từ 0 đến G G e;( e G hk G hl)

 G x: thay đổi từ G0 đến G

- Trị số của đợc biểu diễn ở góc thứ nguyên( 00) khi:

 Gx < G suy ra tg < 1,  < 450 ( non tải)

 Gx = G suy ra tg = 1,  = 450 ( đầy tải)

 Gx > G suy ra tg  > 1,  > 450 ( quá tải)

Đồ thị nhõn tố động lực học D x (cũn gọi là đồ thị tia) được biểu diễn kết hợp với đồ

thị D Phần bờn phải là đồ thị D khi ụtụ chở đầy tải, phần bờn trỏi là đồ thị biểu

diễn nhõn tố động lực học khi xe chở tải thay đổi D x(trục hoành) Trục tung biểu

thị nhõn tố động lực học D khi đầy tải

* Đồ thị nhõn tố động lực học D x (đồ thi tia) khi tải trọng thay đổi

- Để thuận lợi cho vẽ đồ thị, ta lập bảng tớnh (D x) cỏc tia tải trọng lượng ứng

với cỏc gúc  1theo cụng thức:

0 7

k   ( chỉ theo sα lực cản lăn ( kg)ố người)

Ta tớnh cỏc tia tải trọng theo sα lực cản lăn ( kg)ố người ( cú theo hành lý), nghĩa là mỗi người lỳc

này cú trọng lượng: Ge = 65 + 15 = 80 (kg)

Ta sα lực cản lăn ( kg)ử dụng cỏc sα lực cản lăn ( kg)ố liệu đó cú để tớnh và lập bảng:

G = 11000(kg); Ge = n.Ghk+Ghl = 80*45=3600 (kg) ; G0 =7400(kg)