Bài tập lớn: Lí thuyết ô tô tính toán sức kéo ô tô Xe tham khảo: Huyndai Tuson

Bài tập lớn: tính toán sức kéo ô tô Xe tham khảo: huyndai tucson. tài liệu này bao gồm 1 bản thuyết minh, một file cad tuyến hình xe huyndai Tucson và một bảng Excel tính toán dãy tỉ số truyền phục vụ cho thuyết minh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ -    -

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Tên đề tài: Tính toán sức kéo ô tô

Loại ô tô: xe con Tải trọng/Số chỗ ngồi: 7 chỗ Vận tốc chuyển động cực đại: 195 km/h

Hệ số cản tổng cộng của đường lớn nhất: max = 0.45

Xe tham khảo: Huyndai Tuson

Lớp: Cơ khí ô tô 3

Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Văn Như

Hà Nội 2020

Mục lục

Mục lục 1

Lời Nói Đầu 3

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ 4

1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe 4

1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn: 5

1.3.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô 6

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO 7

2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 7

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 10

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính 10

2.2.2, Tỷ số truyền của hộp số 11

2.3.Xây dựng đồ thị 13

2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô 13

2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô 15

2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học 17

2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc 19

2.3.5.Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc 20

2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược 20

2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô 22

2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô 24

2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc 26

KẾT LUẬN 26

Lời Nói Đầu

Lý thuyết ôtô là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành cơ khí ôtô có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả trong quá trình sử dụng Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu…

Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã học về các chỉ tiêu đánh giá khả năng kéo của ôtô để vận dụng để tính toán sức kéo và động lực học kéo, xác định các thong số cơ bản của động cơ hay

hệ thống truyền lực của một loại ôtô cụ thể Qua đó, biết được một số thống số kỹ thuật, trạng thái, tính năng cũng như khả năng làm việc vủa ôtô khi kéo, từ đó hiểu được nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việc sau này

Nội dung bài tập lớn gồm 2 chương :

- CHƯƠNG 1 : THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ

- CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô TÔ

Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy TRẦN VĂN NHƯ

Bộ môn cơ khí ôtô – Đại học Giao Thông Vận Tải

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Nam

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH ÔTÔ

1.1.Xác định các kích thước cơ bản của xe

– Ba hình chiếu của xe Huyndai Tucson :

– Các kích thước cơ bản:

1.2.Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:

a) Thông số theo thiết kế phác thảo:

– Loại động cơ: động cơ xăng, 4 xylanh thẳng hàng

 G = 1435 + 7.(60 + 20) = 1995 (kG)

- Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 1995 (kG) = 19564,27 (N)

G = G0 + n.(A + Gh)

- Phân bố trọng lượng: (G1) chiếm từ 55% ÷ 65%

- Chọn G1 = 60%G

 G1 = 60% 1995 = 1197 (kG) = 11738,56 (N)

 G2 = (1 – 60%) 1995 = 798 (kG) = 7825,71(N)

- Vậy G1 = 11738,56 (N); G2 = 7825,71 (N)

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN SỨC KÉO

2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của

động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm: + Đường công suất: Ne = f(ne)

+ Đường mômen xoắn : Me = f(ne)

+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ : ge = f(ne)

𝑁 với động cơ xăng không hạn chế tốc độ có (θ = 1,1 ÷ 1,2)

Chọn θ = 1,1 (đối với động cơ xăng)

- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài:

+ Tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau: (sử dụng công thức

- Các thông số e; Ne ; Me đã có công thức tính

- Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với

Công suất Ne(kW) và Mômen xoắn Me(N.m):

- Kết quả tính được ghi ở bảng:

Bảng 1:Bảng thể hiện mômen và công suất động cơ

Me 288,283 299,9791 308,1971 310,6317 307,2828 298,1505 283,2347 262,5354 236,0527 221,1826

Ne 37,41529 56,99604 80,13126 102,5085 122,9131 140,1307 152,9467 160,1466 160,5159 157,8861

Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với Công

suất Ne(kW) và Mômen xoắn Me(N.m) :

Hình 1 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

Nemax = 1,1 Nemax = 1,1 161,2728 = 177,4 (N.m)

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :

itl = i0 ih ic ip

Trong đó : + itl – tỷ số truyền của HTTL

+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính

+ ih – tỷ số truyền của hộp số

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng

+ ip – tỷ số truyền của hộp số phụ

- Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất

ở tay số cao nhất của hộp số

- Ta có:

i0 =𝑒𝑉.𝑟𝑏𝑥

𝑣 𝑚𝑎𝑥 𝑖 ℎ𝑛 (CT3-8,tr104)Trong đó: + rbx = 0,3298 (m)

+eV – số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất + vmax = 195 (km/h) =54,16 (m/s) – tốc độ lớn nhất của ôtô + ihn = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số

i0 = 0,3298 713,8267

1 54,16 = 4,3468

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số

a Tỷ số truyền của tay số 1

– Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động

– Theo điều kiện chuyển động, ta có:

Pk max ≥Pψ max + PW

• Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ

• Pψ max – lực cản tổng cộng của đường

• PW – lực cản không khí – Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực

cản không khí PW – Vậy : Pk max =𝑀𝑒 𝑚𝑎𝑥∗𝑖ℎ1∗𝑖0∗𝜂𝑡𝑙

- Mặt khác, Pk max còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường:

+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động + φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt) + rk – bán kính động học của xe

 𝑖ℎ1 ≤ 0,8 ∗ 11738,56 ∗ 0,8 ∗ 0,3298

310,65 ∗4,3468 ∗ 0,9 = 2,0388 (4)

 Chọn ih1 = 2,0388

b Tỷ số truyền của các tay số trung gian

– Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’

– Công bội được xác định theo biểu thức:

q = √𝑖ℎ1

𝑖ℎ𝑛

𝑛−1

(CT 3-14,tr108) Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 6)

+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 = 2,389)

+ ihn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (ih6 = 1)

 q = √2,0388

1

5

= 1,153 – Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:

ihi = 𝑖ℎ(𝑖−1)

𝑞 = 𝑖ℎ1

𝑞𝑖−1

Trong đó: ihi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i= 1; 2;…; n-1)

– Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

+ Tỷ số truyền của tay số 2: ih2 = 𝑖ℎ1

𝑞 2−1 = 2,0388

1,153 = 1,7680 + Tỷ số truyền của tay số 3: ih3 = 𝑖ℎ1

𝑞3−1 = 2,0388

1,1532 = 1,5333 + Tỷ số truyền của tay số 4: ih4 = 𝑖ℎ1

𝑞4−1 = 2,0388

1,1,533 = 1,3297 + Tỷ số truyền của tay số 5: ih5 = 𝑖ℎ1

𝑞 5−1 = 2,0388

1,153 4 = 1,1531 + Tỷ số truyền của tay số 6: ih6 = 1,00

– Tỷ số truyền của tay số lùi: ihl = 1,2∗ih1 = 1,2∗2,0388 = 2,4466 (5) Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

– Từ (5) + (6) → ihl = 2,0388

– c Tỷ số truyền của các tay số

– Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

tỉ số truyền 2,0388 1,7680 1,5333 1,3297 1,1531 1 2,0388

2.3.Xây dựng đồ thị

2.3.1.Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô

- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:

+ Pi – lực cản lên dốc Pi = G.sin 𝛼 = 0 (do 𝛼 = 0)

+ Pj – lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

Pj = 𝐺

𝑔.𝛿𝑗.j + Pw – lực cản không khí Pw = K.F.v2

- Vận tốc ứng với mỗi tay số

Vi =𝜔e ∗𝑟𝑏𝑥

i 0 ∗i hi (b) Lập bảng tính Pk theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền

we(rad/s) 129,79 190,00 260,00 330,00 400,00 470,00 540,00 610,00 680,00 713,83 Me(Nm) 288,283 299,9791 308,1971 310,6317 307,2828 298,1505 283,2347 262,5354 236,0527 221,1826 Ne(kW) 37,4153 56,9960 80,1313 102,5085 122,9131 140,1307 152,9467 160,1466 160,5159 157,8861

Tay

số 1

V1 4,8300 7,0709 9,6759 12,2810 14,8860 17,4911 20,0961 22,7012 25,3062 26,5651 Pk1 6971,766 7254,622 7453,365 7512,241 7431,253 7210,398 6849,678 6349,093 5708,642 5349,027

Tay

số 2

V2 5,5696 8,1535 11,1575 14,1614 17,1653 20,1693 23,1732 26,1771 29,1811 30,6327 Pk2 6046,017 6291,314 6463,667 6514,725 6444,491 6252,963 5940,141 5506,026 4950,618 4638,754

Tay

số 3

V3 6,4224 9,4020 12,8659 16,3298 19,7936 23,2575 26,7214 30,1853 33,6492 35,3231 Pk3 5243,194 5455,92 5605,386 5649,665 5588,756 5422,66 5151,377 4774,906 4293,248 4022,795 Tay

số 4

V4 7,4058 10,8416 14,8358 18,8301 22,8244 26,8186 30,8129 34,8072 38,8014 40,7316 Pk4 4546,974 4731,453 4861,072 4899,472 4846,651 4702,61 4467,349 4140,868 3723,167 3488,627 Tay

số 5

V5 8,5397 12,5016 17,1075 21,7133 26,3192 30,9250 35,5309 40,1368 44,7426 46,9683 Pk5 3943,202 4103,185 4215,593 4248,893 4203,086 4078,172 3874,15 3591,021 3228,785 3025,388 V6 9,84727 14,41582 19,72692 25,03801 30,34910 35,66020 40,97129 46,28238 51,59348 54,16000

Bảng 4 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số

Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

1500

f V

f = f + f =0 0, 015 0, 02

Hình 2 Đồ thị cân bằng lực kéo

- Nhận xét:

+ Trục tung biểu diễn Pk , Pf , Pw Trục hoành biểu diễn v (m/s)

+ Dạng đồ thị lực kéo của ôtô Pki = f(v) tương tự dạng đường cong Me = f(e)

của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

+ Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo Pki và đường cong tổng lực cản là

lực kéo dư (Pkd) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc

+ Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

2.3.2.Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô

– Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:

Nk = Nf + Ni + Nj + NW (tr 57) – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác

định theo công thức:

Nki = Ne.ŋ𝑡𝑙 (𝑣ớ𝑖 𝑣𝑖 = 𝑟𝑘 𝑒

𝑖 0 𝑖 ℎ𝑖 ) (tr 57) – Lập bảng và tính toán các giá trị Nki và vi tương ứng:

Bảng 5 Công suất của ô tô

Trên đồ thị Nk = f(v), dựng đồ thị ∑𝑁𝑐 theo bảng trên:

– Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

∑ 𝑁𝑐 = Nf + Nw

 ∑𝑁𝑐 = G.f.v +K.F.v3 (CT 1-61,tr 57) – Lập bảng tính ∑𝑁𝑐

Pc 293,4641 716,0048 855,3076 1040,536 1611,414 2045,914 2623,661

Bảng 5 Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số

Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

2.3.3.Đồ thị nhân tố động lực học

- Nhân tố động lực học là tỷ số giữa hiệu số của lực kéo tiếp tuyến Pk và lực cản

không khí Pw với trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này được ký hiệu là “D”

- Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D với tốc độ chuyển

động v của ôtô khi đủ tải và động cơ làm việc ở đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v)

Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

we(rad/s) 129,7867 190 260 330 400 470 540 610 680 713,8267 Tay số

1

V1 4,83 7,07 9,68 12,28 14,89 17,49 20,10 22,70 25,31 26,57 D1 0,36 0,37 0,38 0,38 0,37 0,36 0,34 0,31 0,27 0,25 Tay số

2

V2 5,57 8,15 11,16 14,16 17,17 20,17 23,17 26,18 29,18 30,63 D2 0,31 0,32 0,33 0,33 0,32 0,31 0,29 0,26 0,23 0,21 Tay số

3

V3 6,42 9,40 12,87 16,33 19,79 23,26 26,72 30,19 33,65 35,32 D3 0,27 0,28 0,28 0,28 0,27 0,26 0,24 0,22 0,18 0,17 Tay số

4

V4 7,41 10,84 14,84 18,83 22,82 26,82 30,81 34,81 38,80 40,73 D4 0,23 0,24 0,24 0,24 0,23 0,22 0,20 0,17 0,14 0,13 Tay số

5

V5 8,54 12,50 17,11 21,71 26,32 30,93 35,53 40,14 44,74 46,97 D5 0,20 0,20 0,21 0,20 0,19 0,18 0,16 0,13 0,10 0,09 Tay số

6

V6 9,85 14,42 19,73 25,04 30,35 35,66 40,97 46,28 51,59 54,16 D6 0,20 0,20 0,20 0,20 0,19 0,17 0,15 0,12 0,08 0,06

Bảng 7:Nhân tố động lực học

Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau :

- n mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô :

Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô

- Nhận xét:

+ Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực

kéo Pk = f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường cong dốc hơn

+ Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > vth i (tốc độ vth i ứng với Di max ở từng tay

số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản chuyển động

tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < vth i

là vùng làm việc không ổn định ở từng tay số của ôtô

+ Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lơn nhất của đường: D1 max = ψmax

- Vùng chuyển động không trượt của ôtô:

+ Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều

kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường

+ Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ được xác định như sau:

Dφ = 𝑃φ − 𝑃𝑤

𝐺 = 𝑚𝑘.φ.𝐺φ−𝐾.𝐹.𝑣

2

𝐺 (CT 1-8,tr56) + Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau :

Ψ ≤ D ≤ Dφ + Vùng giới hạn giữa đường cong Dφ và đường cong Ψ trên đồ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > Dφ trong giới hạn nhất định có thể

dùng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra

2.3.4.Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc

độ vi đã biết từ đồ thị D = f(v);

+ f, i – hệ số cản lăn và độ dốc của đường;

+ ji – gia tốc của ôtô ở tay số thứ i

+ δj là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

δj = 1,04+0,05(1+ihi²) (CT 1-37,tr41) Khi ô tô chuyển động với vận tốc v<22 m/s thì f=f0

Khi ô tô chuyển động với vận tốc v>22 m/s thì f=f0*(1+ v²

số 2

V2 5,57 8,15 11,16 14,16 17,17 20,17 23,17 26,18 29,18 30,63 D2 0,31 0,32 0,33 0,33 0,32 0,31 0,29 0,26 0,23 0,21 j2 2,40 2,50 2,55 2,56 2,50 2,40 2,23 2,01 1,67 1,51 Tay

số 3

V3 6,42 9,40 12,87 16,33 19,79 23,26 26,72 30,19 33,65 35,32 D3 0,27 0,28 0,28 0,28 0,27 0,26 0,24 0,22 0,18 0,17 j3 2,13 2,21 2,26 2,25 2,19 2,08 1,86 1,63 1,34 1,19 Tay

số 4

V4 7,41 10,84 14,84 18,83 22,82 26,82 30,81 34,81 38,80 40,73 D4 0,23 0,24 0,24 0,24 0,23 0,22 0,20 0,17 0,14 0,13 j4 1,88 1,94 1,97 1,95 1,88 1,71 1,52 1,28 0,99 0,83

V5 8,54 12,50 17,11 21,71 26,32 30,93 35,53 40,14 44,74 46,97