Bài tập lớn môn Lí thuyết Ô tô

Bài tập lớn môn Lí thuyết Ô tô

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 lượng 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 ưu

Nội dung của Bài tập lớn gồm 3 phần :

Phần I : Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng.

Phần II : Xác định các thông số của động cơ và xây dựng dường đặc tính ngoài Phần III : Xác định các thông số của hệ thống truyền lực.

Phần IV :Xác định các chỉ tiêu đánh giá lực kéo bằng phương pháp đồ thị.

Mẫu xe tham khảo: Xe Tải HUYNDAI HD65-TMB

Nội dung Bài Tập Lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của Thầy Cao Trọng Hiền Bộ môn Cơ Khí Ôtô-Đại Học Giao Thông Vận Tải

Sinh viên thực hiện

Lê Đăng Toàn

Giới thiệu nội dung của Bài Tập Lớn.

I - Các thông số cho trước

- Loại ô tô : Ô tô tải 2 cầu

- Trọng lượng bản thân: Go = 2905 kg

- Trọng tải của ô tô Ge : 1800 (kg)

- Tốc độ lớn nhất ở số truyền cao : Vmax = 76,86 km/h = 21,35 m/s

- Số vòng quay ứng với công suất cực đại nN = 2900 (vòng/phút )

- Hệ số cản lớn nhất của đường mà ô tô có thể khắc phục max = 0.35

- Động cơ dùng trên ô tô : Diesel

- Hệ thống truyền lực cơ khí

II - Các thông số chọn

- Hiệu suất cơ khí của hệ thống truyền lực T = 0.9

- Hệ số cản của mặt đường tương ứng với Vmax

Do Vmax = 76,86 (km/h) < 80 (km/h) nên ta lấy : f = f0 = 0,02

III Các thông số tính toán

- Công suất động cơ

- Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

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

PHẦN I :XÁC TRỌNG LƯƠNG VÀ PHÂN BỐ TRỌNG LƯƠNG Ô TÔ.

1 Các kích thước cơ bản của ô tô

- Kích thước bao ngoài : Lo x Bo x Ho = 6200 x 2060 x 2900 (mm)

- Chiều dài cơ sở L 3375 (mm)

- Chiều dài trước L1 1075 (mm)

- Chiều dài sau L2 1750 (mm)

- Chiều dài thùng xe Ltx 4360 (mm)

- Khoảng cách 2 vệt bánh xe sau 1495 (mm)

- Khoảng cách 2 vệt bánh xe trước 1665 (mm)

- Diện tích cản chính diện F = B x Ho = 1,665 x 2,900 = 4,83 (m2)

- Số người cho phép chở (kể cả lái xe) : 03

- Động cơ bố trí đằng trước phía trong cabin, dẫn động cầu sau chủ động (F-R)

- Công thức bánh xe 4  2 - cầu sau chủ động

2 Trọng lượng xe và sự phân bố trọng lượng:

2.1 Trọng lượng xe:

G = Go + nc Gh + Ge

Trong đó : Go : Trọng lượng bản thân của xe

Ge : Tải trọng của xe lớn nhất

Gh : Trọng lượng trung bình của 1 người

nc : Số chỗ ngồi trong cabin (nc = 3)

G = 2905+ 3.55 + 1800 = 4870 (kG) = 47774,7 (N)

2.2 Phân bố tải trọng lên các trục :

-Khi không tải:

Ta có: Go =2905 (kN)

Z01 = 0,3.2905 = 871,5 (kN)

Z02 =0,7.2905 = 2033,5 (kN)

-Khi có tải :

Z1 = 0,3.4870 = 1461 (kN)

Z2 = 0,7.4870 = 3409 (kN)

PHẦN II: XÁC DỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG

ĐẶC TÍNH NGOÀI.

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

Ta có :

Nv = 1

tl

 (v G Vmax + K.F.V3

max ) ( W) Trong đó :

Nev : Công suất của động cơ cần thiết để ô tô khắc phục sức cản chuyển động đạt vận tốc lớn nhất trên đường tốt

G : Trọng lượng toàn bộ của ô tô (N)

 v: Hệ số cản tổng cộng của đường khi ô tô chuyển động ở tốc độ Vmax (m/ s) Lấy v = f0 = 0,02 ( do Vmax =76,86 km/h < 80 km/h)

Vmax : Tốc độ chuyển động lớn nhất của ô tô (m/s)

K : Hệ số cản của không khí (KGS2/m4), chọn k = 0,6

F : Diện tích cản chính diện của ô tô (m2)

tl

 : Hiệu suất của hệ thống truyền lực Thay số vào ta có :

Nev = 1

0,9 (0,02.47774,7.21,35 + 0,6.4,83.21,353) = 54002,8 (W)

- Công suất lớn nhất của động cơ :

+Theo phương pháp S.R Laydecman :

Nev = Nemax













































3 2

.

.

N

e N

e N

e

n

n c n

n b n

n

Với động cơ diesel : nemax

N

Trong đó : a, b, c là các hệ số thực nghiệm

Với động cơ diesel 4 kỳ : a = 0,5 ; b = 1,5; c = 1

Thay vào ta được Nev = Nemax

⇒ Nemax = 54002,8 (W) = 54,0028(kw) ≈ 54 (kw)

2 Tính momen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay n khác nhau e

Me =

4

10

1,047

e e

N

n (N.m) với N [kW] ; e n [vg/ph] e

Lập bảng tính các giá trị trung gian Ne, Me để xây dựng các đường đặc tính :

Ne = f(ne)

Me = f(ne)

Bảng giá trị trung gian:

Bảng 1 :

Với : n emin = 0,2.n N = 0,2.2900 = 580 (vg/ph)

nemax = nN = 2900 ( vg/ph)

Hệ số thích ứng : K =

N

max e

M

M

, Chọn K = 1,1

 Memax = K MN = 1,1 177,85 = 195,635 (N.m)

PHẦN III: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

1 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính :

Công thức :

io = 0,105 max

max

k e

hc pc

r n

i i V

ihc : Tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số

Chọn ihc = 0,75

ipc : Tỷ số truyền của tay số cao của hộp số phụ hoặc hộp phân phối Do ở đây ko có hộp số phụ hay hộp phân phối nên ta lấy ipc = 1

nemax: là số vòng quay của trục khuỷu tương ứng Vmax

nemax = nN = 2900 (vg/ph)

rbx : Bàn kính làm việc trung bình của bánh xe

rbx = .r0 = 0,935.(16/2+7,0).2,54 = 35,6cm = 0,356 m

io =0,105 0,356.2900

0,75.1.21,35 = 6,77

2 Xác định tỉ số truyền các tay số của hộp số:

Chọn hộp số chính gồm 05 số tới và 01 số lùi, dẫn động cơ khí

2.1 Xác định tỷ số truyền của tay số I :

Tỷ số truyền của tay số 1 của hộp số được xác định trên cơ sở đamg bảo lực kéo cực đại phát ra ở các bánh xe chủ động của ô tô khắc phục được lực cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường

Sử dụng phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô chuyển động ổn định ở tay số I, trường hợp này nếu thừa nhận Pw =0, Pj = 0 thì ta có :

PKI = Pmax = Gmax

Ta có :

KI emax .o h1. tl

bx

P

 ; Pmax = G.max

max 1

max 0

47774,7.0,35.0,356

5, 00 195,635.5,08.0,9

bx h

e tl

i





Kiểm tra điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường :

PK1max  P = Z 

Hay: emax .o h1 tl

bx

r

  Z  Theo điều kiện bám ta phải có :

ih1 

max

bx

e o tl



 +Với Tải trọng bám : 2t 2

m

Z Z K

2

m

K : Hệ số phân bố lại tải trọng ở cầu sau (cầu sau chủ động) K = m2 1,1 1, 2 

Chọn K =1,15 m2

2

t

Z = Z2 = 3409.9,81 = 33442,29 (N) Vậy : Z = 33442,29.1,15 = 38458,63 (N)

 : Hệ số bám của mặt đường, chọn  = 0,7

rbx : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

-Do đó :

ih1  38458,63.0,7.0,356 10,71

195,635.5,08.0.9  .

Vậy ta chọn ih1 = 5,00

2.2 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

- Công thức xác định

q = 1

1 h

n hn

i i



Trong đó : n : Số cấp số của hộp số thiết kế

1

i : tỉ số truyền của tay số 1

i :tỉ số truyền của tay số cuối cùng (ở đây là số 5 ).chọn hn i =1 hn

-Vây : q = 1 1 5 15, 00

1, 607 0,75

h n hn

i

- Tỷ số truyền của cấp số II :

ih2 1

5,00

3,11 1,607

h

i

q

- Tỷ số truyền của cấp số III

5, 00

1,94

1, 607

h

i

q

- Tỷ số truyền của cấp số IV

ih4 = 13 5,003 1, 20

1, 607

h

i

- Tỷ số truyền của cấp số V :

ih5 = 0,75 ( đã chọn )

3 Tỷ số truyền số lùi :

iL =1,1 1, 2  ih1 = 1,1 1,3  5,00 = (5,5  6,5) chọn iL = 6,0

Vậy : Tỷ số truyền tương ứng với từng cấp số :

Bảng 2

PHẦN IV : XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KÉO CỦA Ô TÔ

1 Cân bằng lực kéo của ô tô

a Phương trình cân bằng lực kéo:

PK = Pf + Pi + P + Pj + Pm

- PK : Lực kéo tiếp truyền ở bánh xe chủ động

- Pf : Lực cản lăn : Pf = f G cos 

- Pi : Lực cản lên dốc : Pi = G sin

- P: Lực cản không khí : P = K.F.V2

- Pj : Lực cản quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

Pj = j

G j

-  : Góc dốc của đường

- i = tg : độ dốc của đường

- f : Hệ số cản lăn của đường

P = Pf + Pi = G (f cos   sin )  G (f  i) = G 

 = f  i : Hệ số cản tổng cộng của đường

* Xét trường hợp xe chuyển động ổn định không kéo moóc

PK = Pf  Pi + P = P + P

b Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô:

b.1 Dựng đồ thị lực kéo :

PKi = e hi o . t

bx

M i i r

 (2)

Vi = 2 .

60

e bx

o hi

n r

i i



(3) Trong đó : PKi : Lực kéo tương ứng ở cấp số i

ihi : Tỷ số truyền của cấp số i

io : Tỷ số truyền lực chính

Vi : Vận tốc chuyển động của ô tô theo số vòng quay của trục khuỷu động

cơ khi ô tô chuyển động ở cấp số i

Dựa vào biểu thức (2) và (3) thiết lập bảng toạ độ trung gian

Bảng 3

n e (v/p) M e (N.m) Số truyền 1 Số truyền 2 Số truyền 3 Số truyền 4 Số truyền 5

V 1 (m/s) P k1 (N) V 2 (m/s) P k2 (N) V 3 (m/s) P k3 (N) V 4 (m/s) P k4 (N) V 5 (m/s) P k5 (N)

580 135.16 0.64 11566.82 1.03 7194.56 1.65 4487.92 2.66 2776.04 4.26 1735.02

870 152.95 0.96 13088.77 1.54 8141.21 2.47 5078.44 3.99 3141.30 6.39 1963.31

1160 167.18 1.28 14306.33 2.05 8898.53 3.29 5550.85 5.32 3433.52 8.52 2145.95

1450 177.85 1.60 15219.50 2.57 9466.53 4.12 5905.16 6.65 3652.68 10.65 2282.92

1740 184.96 1.92 15828.28 3.08 9845.19 4.94 6141.37 7.98 3798.79 12.78 2374.24

2030 188.52 2.24 16132.67 3.59 10034.52 5.76 6259.47 9.32 3871.84 14.90 2419.90

2320 188.52 2.56 16132.67 4.11 10034.52 6.59 6259.47 10.65 3871.84 17.03 2419.90

2610 184.96 2.87 15828.28 4.62 9845.19 7.41 6141.37 11.98 3798.79 19.16 2374.24

2900 177.85 3.19 15219.50 5.13 9466.53 8.23 5905.16 13.31 3652.68 21.35 2282.92

b.2 Đồ thị lực cản Pc :

Pc = Pf + P = f (V)

-Xét khi ô tô chuyển động trên đường bằng và không có gió.

Pc = f.G + K.F.V2

f = fo + Kf.V2 ; Lấy f = 0,02 ( do V = 76,86 km/h < 80 km/h )

Sau khi tính toán ta có bảng sau :

Lập bảng Pc-V:

Bảng 4

-Từ bảng trên dựng đồ thị Pc = f(v)

-Từ đồ thị PKi = f(v)

Pc = f(v)

Ta có thể nhận thấy mức độ dự trữ lực kéo của ô tô ở các tay số khác nhau (sử dụng khi tăng tốc hoặc vượt dốc)

Việc sử dụng lực kéo của ô tô còn bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường Vì vậy để đánh giá khả năng bị trượt quay của bánh xe ta dựng thêm đồ thị lực bám

P = f(v)

P = Z  =Z2. =(3409.9,81).0,7 = 23409,60 (N)

( Do cầu sau chủ động nên Z=Z2 )

Đồ thị là đường nằm ngang song song với trục hoành

Từ đó ta dựng được đồ thị cân bằng lực kéo như sau:

2 Cân bằng công suất của ô tô

a Phương trình cân bằng công suất

Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động

NK = N + N f + N + i N j

Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động

NK = Ne t = 0,9.Ne

- Công suất tiêu hao cho lực cản của đường

N = N + f N = G.f V cos + G.V sin  i

- Công suất tiêu hao cho lực cản không khí

N = K.F.V3

- Công suất tiêu hao khi tăng tốc

j

N =

g

G

.j V j Trong đó : j : Gia tốc của ô tô

V : Vận tốc chuyển động của ô tô

j : Hệ số kể đều ảnh hưởng của các khối lượng quay

g : Gia tốc trọng trường

b Đồ thị cân bằng công suất

b.1.Dựng đồ thị công suất kéo N K = f(v)

NK = Ne.t

Theo công thức Lay Decman ta có :

NK = 0,9.Nemax























































N e 2

N

e N

e

n

n c n

n b n

n

NKi = f(Vi)

NKi : Công suất kéo của động cơ phát ra ở bánh xe chủ động khi ô tô chuyển động ở cấp số i của hộp số

Vi : Vận tốc tương ứng với số vòng quay trục khuỷu động cơ khi ô tô chuyển động ở cấp số i của hộp số

Vi = 2 .60 e bx

o hi

n r

i i



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

Bảng 5

ne(v/p) Ne(kw) Nk(kw) V1(m/s) V2(m/s) V3(m/s) V4(m/s) V5(m/s)

Dựa vào bảng trên dựng đồ thị NKi = f(Vi)

b.2.Dựng đồ thị công suất cản:

Nc = N + N f  = G.f cos .V + K.F.V3

Nc = V.(G.f + W.V2) 10-3 (kW) –Xét ô tô chuyển động trên đường bằng

Từ đó ta có bảng sau :

Bảng 6

Ta dựng được đồ thị : NKi = f(V)

Nc = f(V) Gọi là đồ thị cân bằng công suất của ô tô

Dựa vào đồ thị ta có thể đánh giá mức độ dự trữ công suất = NK –Nc.(để tăng tốc hoặc

vượt dốc) của ô tô ở các cấp số truyền khác nhau của hộp số

ax ax

G.V

m Kdu m

N

3 Nhân tố động lực học của ô tô

a Nhân tố động lực học

D = K e tl . t V 2 1

bx

K F



Trong đó : D : Nhân tố động lực học của ô tô

P : Lực cản không khí

PK : Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động

itl : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Nhân tố động lực học bị giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe

D =

2

      

Để ô tô chuyển động không bị trượt

D  D 

b Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học

D = f(V)

* Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô ở các số truyền khác nhau của hộp số

Di = f(Vi)

.V

e ti t bx

M i i

K F





Vi = 2 .

60

e bx

o hi

n r

i i



Thiết lập bảng giá trị trung gian

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

của ô tô

Bảng 7

V1(m/s) D1 V2(m/s) D2 V3(m/s) D3 V4(m/s) D4 V5(m/s) D5

1450 1.60 0.398 2.57 0.229 4.12 0.144 6.65 0.078 10.65 0.041

* Đồ thị D = f(V)

D =

2

      

=

2 23409,60 0,6.2,83.V

47774,7



Ta có bảng giá trị trung gian của D :

Bảng 8

-Dựng đường hệ số cản lăn f = fo  













 1500

v 1

2

Do Vmax = 76,86 (km/h) < 80 (km/h) nên f = f0 = 0,02

-Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học để xác định các thông số đặc trưng cho hoạt động của ô

tô

4 Xác định gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đường, vận tốc lớn nhất của ô tô và độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục được

a Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô

- Từ đồ thị cân bằng công suất của ô tô đồ thị NK5 cắt đồ thị Nc tại A, từ A dòng xuống trục hoành ta được Vmax = 21,35(m/s)

b Độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục (i max )

Khi ô tô chuyển động ổn định (j = 0)

imax = Dmax – f = Dmax – 0,02

Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học của ô tô xác định được độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục được ở mỗi tay số

Bảng 9

c Xác định khả năng gia tốc của ô tô :

D = i + f +

g

j



.j

Xét ô tô tăng tốc trên đường bằng vậy khi đó: i = 0

Ta có : j = (D - f)

j

g

 Trong đó : g : Gia tốc trọng trường

j

 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

j

 = 1 + 0,05.(1 + ihi2.ip2 )

Do chọn ip = 1 nên ta có : j= 1 + 0,05.( 1+ ihi2 )

- ở tay số I : j1 = 2,300

- ở tay số II : j2= 1,534

- ở tay số III : j3= 1,238

- ở tay số IV : j4= 1,122

- ở tay số V : j5 = 1,078