BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ, CHƯƠNG SỨC KÉO

Yêu cầu về công suất động cơ- Khắc phục các sức cản chuyển động, - Các hệ thống phục vụ hoạt động của ô tô như bơm, máy nén khí, chiếu sáng, …, - Các tiện nghi trên xe, Công suất động cơ

b Động cơ điêzen

Hình 3.2

3.2.1.2 Yêu cầu về công suất động cơ

- Khắc phục các sức cản chuyển động,

- Các hệ thống phục vụ hoạt động của ô tô như bơm, máy nén khí, chiếu sáng, …,

- Các tiện nghi trên xe,

Công suất động cơ:

Chi phí năng lượng

Trong chương này: Công suất động cơ → Khắc phục các sức cản chuyển động

α = 0;

j = 0

- Quy luật phân bố it,

- Hiệu suất truyền lực ηt

Hình 3.5

Số lượng và quy luật it

- Điều kiện vận hành;

- Khả năng tăng tốc của xe;

- Các tính năng động lực học khác

Đảm bảo vận tốc xe vvmax

min (đối với xe chuyên dụng)

Đảm bảo lực kéo Fkmax ≥ Gψmaxmax = G(f + tanαmax ) (3.6)

Fk tại vmax

Đảm bảo điều kiện bám Fk ≤ Fφ

Giá trị các tỉ số truyền it →thỏa mãn các điều kiện vận hành của xe

3.3 CHỌN ĐỘNG CƠ (cho trường hợp thiết kế ô tô mới)

3.3.1 Đặt vấn đề:

Động cơ đốt trong

3 max wA max 1

Ví dụ 3.1 Chọn và xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ lắp cho xe sau

đây: Xe du lịch 4 chỗ ngồi (không kể người lái); tự trọng xe: 15000 N; kích

thước xe:chiều rộng B 0 = 1650 mm; chiều cao H= 1450 mm; vận tốc cực đại của

xe v max = 180 km/h; chạy trên loại đường có hệ số cản lăn f = 0,02, góc dốc cực đại α max = 15 0

- Chọn loại động cơ: Chọn động cơ xăng (không hạn chế số vòng quay); số vòng quay tại công suất cực đại nN = 6000 v/ph

- Tính công suất cần thiết của động cơ:

max

N

e N

e N

e e

e

n

n c n

n b n

n a N

N

)/(

)(

7162)

/(047,1

)(

10)

/1(

)(10

)(

4 3

ph v

n

ml

N ph

v n

kw

N s

kw N

Nm

M

e

e e

e e

e



Chọn điểm làm việc của động cơ khi xe đạt vmax là công suất cực đại Nemax

Chọn động cơ có Nemax = 125 kw (+ ≈ 30%) để lắp lên xe

- Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ:

Hình 3.6

Đồ thị đặc tính ngoài của động

cơ (vẽ từ số liệu bảng 3.1)

Ví dụ 3.2: Chọn động cơ lắp cho xe sau đây: Xe tải có tải trọng 5 tấn (50000

N); trọng lượng bản thân xe: 45000 N; vận tốc cực đại của xe: 100 km/h; loại đường xe hoạt động: hệ số cản lăn: 0,02; góc dốc cực đại: 17 0 ; kích thước xe: chiều rộng cơ sở B = 1,8 m; chiều cao H= 2,3 m

Chọn điểm làm việc của động cơ khi xe đạt vmax là công suất cực đại Nemax

Chọn động cơ có Nemax = 140 kw (+ ≈ 30%) để lắp lên xe

Hình 3.7

Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ (vẽ từ số liệu bảng 3.2)

3.4 TÍNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL)

Sơ đồ truyền động trên ô tô

Giá trị các tỉ số truyền it →thỏa mãn các điều kiện vận hành của xe

Đảm bảo vận tốc xe vvmax

min (đối với xe chuyên dụng)

Đảm bảo lực kéo Fkmax ≥ Gψmaxmax = G(f + tanαmax )

3.4.3.1 Tỉ số truyền cực tiểu i tmin i tmin  vmax → Điều kiện vận tốc

 Điều kiện khác → kiểm tra

Tại vận tốc cực đại vmax: Fk ≤ Fφ = Gφφ (3.13)

Biểu thức 3.12 tương ứng với biểu thức 3.7 Vì thế Nếu ta chọn công suất động

cơ theo điều kiện 3.7 thì điều kiện lực kéo mặc nhiên thoả mãn

Điều kiện bám là điều kiện kiểm tra và thông thường khi ô tô chạy với vận tốc vmaxthì điều kiện này luôn thỏa mãn

e b t

max

(1/ )

( ) ( / )

Nếu vmax tại Nemax thì ω)evmax = ω)N và nevmax = nNCông thức 3.7 → Ne Trên thực tế khó chọn Ne đúng giá trị tính toán

Phải xác định lại vmax

Phương pháp đồ thị(3.14)

c Xác định lại vận tốc cực đại của xe

Hai tác giả A Ch Khuxainop (А Ш Хусаинов) và V V Xelifonop (В В ) và V V Xelifonop (В В

Селифонов) và V V Xelifonop (В В ) giới thiệu cách tìm vmax từ phương trình 3.14 theo công thức Kardano (Кардано) như sau:

3.4.3.2 Tỉ số truyền cực đại i tmax i

tmax

itmax đượcchọn là giá trị lớn trong 2 giá trị

 ψmaxmax → Điều kiện lực kéo

G

max max

v t

i max



 Gr

i

M

t b

t e



max max

3.4.3.3 Tỉ số truyền các tay số trung gian

i a

b t

e r i

e Số truyền tăng  Đường tốt (hơn đường thiết kế)

e r i

i

ph v n h

km

t e



Ví dụ 3.3 Tính tỉ số truyền cho xe trong trường hợp sau đây: Thông số của xe và

đường cho ở ví dụ 3.1: G = 19800 N; f = 0,02; ρ = 1,24 kg/m 3

; η t = 0,85; C w = 0,4; A = 2,034 m 2 ; f = 0,02;α max = 15 0 Xe lắp động cơ đã tính toán được ở ví dụ 3.1: Động cơ xăng, công suất cực đại 125 kw tại số vòng quay 6000 v/ph Xe dùng loại lốp P185/75R/14.

- Xác định vmax: Vì xe và động cơ đều lấy ở ví dụ 3.1 nên ta có: vmax = 180 km/h

- Xác định công suất, mô men động cơ chi phí cho chuyển động của xe:

+ Ở ví dụ 3.1: công suất chi phí cho chuyển động của xe Nemax = 97,48 kW

+ Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ:

Chọn số lượng số truyền: Giả thiết rằng xe sử dụng HTTLcơ khí → chọn n = 5 Tính r b : r = 0,75.185+0,5.14.25,4 = 316,55 mm; rb = λr → lốp áp suất thấp:r → lốp áp suất thấp:

λr → lốp áp suất thấp: = 0,93 ÷ 0,935 → rb = 294,39 ÷ 295,97 → chọn rb = 295 mm = 0,295 m

Tính tỉ số truyền cực đại i tmax :

 Điều kiện lực kéo: từ 3.11: Memax = 194 Nm (bảng 3.3)

ψmaxmax = f + tanαmax = 0,02 + tan150 = 0,02 + 0,268 = 0,288Thay số:

 Kiểm tra điều kiện bám: từ 3.14

Thay số:

Giả thiết: Gφ = 0,5G = 0,5.19800 = 9900 N; cos150 ≈ 1; φ = 0,6

→ Thỏa mãn

max max

max

b t

k t



 Gr

i

M

t b

t e

max

max

194.10, 20

0,85 5702 9900.0,6 5940

- Xác định vận tốc cực đại của xe vmax:

+ Chọn vmax tại Nemax

+ Xác định công suất động cơ → chuyển động của xe: Chọn công suất → trang bị trên xe = 25% công suất chi phí cho chuyển động của xe

max min

max

60000,377 0,377 0, 295 3,71

min

10, 2

1, 2873,71

t n t

i a

i



Công suất động cơ → chuyển động của xe tại vmax:

Ví dụ 3.2 → vmax = 100 km/h → Nemax = 108,71 kw, → Nemax = 96 kw → vmax ≠

Chọn số lượng số truyền: Xe tải → HTTLcơ khí → chọn n = 5

Tính r b : r0 = (9 + 0,5.20)25,4 = 482,6 mm; rb = λr → lốp áp suất thấp:r → lốp áp suất thấp:

λr → lốp áp suất thấp: = 0,93 ÷ 0,935 → rb = 448,8 ÷ 451,4 → chọn rb = 450 mm = 0,45 m

Tính tỉ số truyền cực đại i tmax :

 Điều kiện lực kéo: từ 3.11: Memax = 382 Nm (bảng 3.5)

ψmaxmax = f + tanαmax = 0,02 + tan150 = 0,02 + 0,306 = 0,326Thay số:

ne(v/ph) 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Bảng 3.5

 Kiểm tra điều kiện bám: từ 3.14

Giả thiết: Gφ = 0,7G = 0,7.97000 = 67900 N ; cos150 ≈ 1; φ = 0,7

max max

i

M

t b

t e

max

max

Tính tỉ số truyền cực tiểu i tmin :  Điều kiện vận tốc: từ 3.17:

Tính tỉ số truyền các tay số trung gian: Chọn quy luật cấp số nhân

Từ 3.21:

it5 = 5,46; it4 = a.it5 = 1,683.5,46 = 9,19; it3 = 15,47; it2 = 26,04; it1 = 43,82

Ví dụ 3.5 Tính vận tốc tại các tay số cho xe có các thông số cho ở ví dụ 3.3

max min

max

30000,377 0,377 0, 45 5, 46

i a

i



Ví dụ 3.5 Tính vận tốc tại các tay số cho xe có các thông số cho ở ví dụ 3.3

Kết quả tính toán của ví dụ 3.3: it5 = 3,71; it4 = 4,78; it3 = 6,15; it2 = 7,91;

it1 = 10,20; số vòng quay ne lấy ở bảng 3.3

) ( ) / ( 377 , 0 ) /

i

ph v n h

km

t e



3.5 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Ô TÔ

3.5.1 Phương trình cân bằng công suất

3.5.2 Đồ thị cân bằng công suất:

Biểu diễn các giá trị của các thành phần trong biểu thức 3.30(hoặc 3.31) lên đồ thị N – v(ne) ta được đồ thị cân bằng công suất (hình 3.8)

Hình 3.10 Đồ thị cân bằng công suất theo ví dụ

3.6.2 Đồ thị cân bằng lực kéo

e t t k

,25

1

v C

Ví dụ 3.8 Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo cho xe có số liệu ở ví dụ 3.3

b

t ti

e ki

w

Hình 3.12 Đồ thị lực kéo theo ví dụ 3.8

3.7 NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC

Từ 3.32: Fk – Fw = Ff ± Fd ± Fq + Fm → chia cho G và khai triển:

Xe không kéo mooc; cosα ≈ 1; tanα ≈ sinα

Nhân tố động lực học theo điều kiện bám Dφ

Hình 3.13 Hình 3.14

nhân tố động lực học khi đầy

tải và khi Gx = 0,5G (đối với

Dx chỉ cần thay đổi tỉ lệ xích)

Hình 3.15

x

w k

x

G

F F

G

G D

x

x 

G

G D

Ví dụ 3.9 Xây dựng đường nhân tố động lực học khi đầy tải và khi tải trọng thay

đổi cho xe có số liệu ở ví dụ 3.3

a Xây dựng đường nhân tố động lực học khi xe đầy tải:

k và Fw lấy ở bảng 3.8 của ví dụ 3.8 → kết quả → bảng 3.9



Hình 3.17 Đồ thị nhân tố động lực học theo ví dụ 3.9

b Xây dựng đường nhân tố động lực học ở các tải trọng khác nhau:

G0: 15000 N; tải trọng: 4 hành khách, mỗi hành khách 1200 N (bao gồm cả hành

lý)Không tải: Gt = 0; Gx = G0 + Gt = 15000 + 0 = 15000N

3.8 KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ

3.8.1 Gia tốc ô tô: Xe chạy trên đường bằng không kéo mooc:











Hình

3.8.2 Thời gian tăng tốc

(3.61)

tích phân đồ thị → t(đồ thị gia tốc ngược)

 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược (1/j

Khoảng vận tốc v1 – v2 v2 – v3 vn-1 – vn

Tổng diện tích S1 S1 + S2 S1 + S2 +…+ Sn-1Thời gian tăng tốc từ v1 μSS1 μS(S1 + S2) μS(S1 + S2 +…+ Sn-1)

Hình

Chú ý: thứ nguyên: v (m/s); j (m/s2)Thứ nguyên t:

Trục v: 200 mm biểu diễn 80 km/h

Trục 1/j: 200 mm biểu diễn 10 s2/m

(3.62)

s s

m s

m

21

0, 4 0,11 200

0, 05200

 Thời gian tăng tốc → tmin

Thời gian sang số: ts = 0,5 ÷ 3 s

Ví dụ 3.10 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc cho xe có số liệu ở ví dụ 3.9.

Từ bảng 3.11 → bảng 3.13 (chỉ tính toán đến vận tốc 161,9 km/h ở tay số 5)

Bảng 3.13

Từ bảng 3.13 → vẽ đồ thị (hình 3.22)

v1 (km/h) 6,54 13,08 19,63 26,17 32,71 39,25 45,79 52,34 58,88 65,42 71,96 78,50 1/j1 (m/s 2 ) 0,532 0,497 0,476 0,465 0,462 0,467 0,482 0,508 0,548 0,608 0,701 0,863

v2 (km/h) 8,44 16,87 25,31 33,74 42,18 50,62 59,05 67,49 75,92 84,36 92,80 101,2 1/j2 (m/s 2 ) 0,668 0,621 0,596 0,584 0,581 0,593 0,615 0,653 0,713 0,801 0,953 1,210

v3 (km/h) 10,85 21,70 32,55 43,40 54,25 65,10 75,95 86,80 97,65 108,5 119,4 130,2 1/j3 (m/s 2 ) 0,864 0,808 0,775 0,765 0,765 0,786 0,826 0,898 1,001 1,179 1,489 2,176

v4 (km/h) 13,96 27,92 41,88 55,84 69,80 83,76 97,72 111,7 125,6 139,6 153,6 167,5 1/j4 (m/s 2 ) 1,135 1,059 1,029 1,019 1,048 1,101 1,197 1,359 1,643 2,202 3,670 15,73

v5 (km/h) 17,99 35,97 53,96 71,95 89,93 107,9 125,9 143,9 161,9 180 197,8 215,8 1/j5 (m/s 2 ) 1,536 1,454 1,435 1,474 1,581 1,788 2,181 3,030 5,454

Hình 3.22

Khoảng v/tốc 6,54÷20 20÷40 40÷60 60÷80 80÷100 100÷120 120÷140 140 ÷ 160

Diện tích (mm 2 ) 8 12 13 16 22 30 45 87

Tổng diện tích 8 20 33 49 71 101 145 232

Th/gian tăng tốc (s) 1,8 4,4 7,3 10,9 15,8 22,4 32,2 51,6

Giả thiết khoảng cách giữa 2 vạch (trên đồ thị): 1 mm → tỉ lệ xích μS:

Từ đồ thị (hình 3.22): chia khoảng (theo vận tốc xe – km/h):

6,54 ÷ 20; 20 ÷ 40; 40 ÷ 60; 60 ÷ 80; 80 ÷ 100; 100 ÷ 120; 120 ÷ 140; 140 ÷ 160

Bảng 3.14Diện tích đồ thị → thời gian tăng tốc (bảng 3.14)

Hình 3.23

3.8.3 Quãng đường tăng tốc s

tích phân đồ thị → sNếu có đồ thị v - t

Ví dụ 3.11 Xây dựng đồ thị quãng đường tăng tốc cho xe có số liệu ở ví dụ 3.3

Thời gian tăng tốc → hình 3.23 → khoảng cách giữa 2 vạch (trên đồ thị): 1 mm

Hình 3.26

3.9 TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

3.9.1 Khái niệm

- Truyền động thủy động: Dựa vào động năng của dòng chất lỏng,

- Truyền động thủy tĩnh: Dựa vào áp năng của dòng chất lỏng

Hình 3.27 Khớp nối thủy lực

(3.65)

t b

n i

n

b

N N

3.9.2 Biến mô thủy lực

a Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 3.28 Biến mô thủy lực

1 Trục chủ động; 2 bánh bơm; 3 Bánh phản ứng;

4 Bánh tuốc bin; 5 Trục bị động; 6 Vỏ

Mt = Mb + Mp (3.66)

b Thông số và đặc tính biến mô

λr → lốp áp suất thấp:1, λr → lốp áp suất thấp:2 là hệ số mô men sơ cấp và thứ cấp → xác định bằng thực nghiệm

(3.72) λr → lốp áp suất thấp:1 = const → biến mô loại “không nhạy”,

λr → lốp áp suất thấp:1 ≠ const → biến mô loại “nhạy”

(3.70)

t t

b b

n i n

M



t b

N N

M

K M

Hình 3.29 Biến mô thủy lực và đặc tính không thứ nguyên

a Đặc tính làm việc hỗn hợp động cơ – bánh bơm của biến mô

Cách xác định giá trị Mb theo ib:

 Xây dựng đường đặc tính động cơ → Me – ne,

 Xây dựng các đường Mb – nb từ công thức 3.44, trong đó λr → lốp áp suất thấp:1 được lấy từ đường đặc tính không thứ nguyên (cứ mỗi giá trị ib ta có một giá trị λr → lốp áp suất thấp:1),

 “Chồng” hai đồ thị vào nhau (thực chất là ta chỉ vẽ một đồ thị trong đó trục hoành là ne ≡ nb, còn trục tung là Me và các Mb)

 Giá trị M tại các điểm giao nhau của Me và các Mb → giá trị Mb – ib

Từ đồ thị hình 2.25: Chọn trước các giá trị ib, từ đó gióng lên để xác định các giá trị

K và λr → lốp áp suất thấp:1 Kết quả cho ở bảng 3.14

Dùng số liệu bảng 3.17 và 3.1 vẽ đồ thị (hình 3.32)

Từ đồ thị hình 3.32 → điểm cắt nhau của Me với Mb → Các điểm làm việc của bánh bơm trong hệ thống động cơ - biến mô Số liệu → bảng 3.18

Hình 3.32

Công suất trên bánh tuốc bin:

Lấy giá trị ib, K ở bảng 3.16 ; nb, Mb ở bảng 3.18 Thay vào 3.73, 3.74, 3.75

→ giá trị của Mt theo nt và Nt theo nt Kết quả thể hiện trong bảng 3.19

Hình 3.26 Đặc tính trục ra của biến mô theo ví dụ 3.11