Tài liệu Lý thuyết ôtô pptx

- Trọng lượng bản thân ôtô- Hệ số dạng khí động học - Diện tích cản chính diện của ôtô hoặc nhân tố cản - Sự phân bố trọng lượng giữa các trục khi ôtô đầy tải và không có tải - Tốc độ gó

Trang 1

Hướng dẫn thiết kế môn học Lý thuyết ôtô

Tài liệu được biên soạn bởi Trần Văn Như, Bộ môn cơ khí ôtô, Đại học Giao thông Vận tải

Phần 1 Nhiệm vụ tính toán sức kéo ôtô

I Khái niệm chung

Tính toán sức kéo ôtô là xác định những thông số chủ yếu của động cơ, hệ thống truyền lực, đảm bảo tốc độ chuyển động của ôtô là lớn nhất khi ôtô chuyển động ở đường bằng và ôtô có khả năng chuyển động ở trên đường có lực cản lớn nhất Những thông số đó là: công suất cực đại của động cơ, số vòng quay trục khuỷu động cơ tại công suất cực đại, thể tích làm việc của động cơ, tỷ số truyền của hộp số, hộp số phụ, truyền lực chính Tính toán sức kéo ôtô để kiểm nghiệm sức kéo và tính kinh tế của nó hoặc để thiết kế ôtô mới Khi thiết kế ôtô mới người thiết

kế phải chọn trước một số thông số và xác định một số thông số Những thông số chọn trước có thể dựa trên cơ sở thực nghiệm hoặc tham khảo ôtô tương tự Những thông số chọn cần phải kiểm tra việc tính toán kéo và tính kinh tế của ôtô

II Số liệu cho trước

- Loại ôtô

- Tải trọng hoặc số hành khách chuyên chở

- Tốc độ cực đại của ôtô

- Hệ số cản của đường ở tốc độ cực đại

+Khi thiết kế ôtô tải người ta thường chọn hệ số cản tổng cộng của đường (ứng với khi ôtô chạy ở tốc độ cực đại) với một lượng dự trữ nào đó (lớn hơn hệ số cản lăn) tức là để ôtô vẫn có khả năng vượt dốc khi chuyển động ở vận tốc cực đại

Đối với ôtô tải hệ số cản tổng cộng của đường được chọn trong khoảng từ 0,025 0,035

Đối với ôtô du lịch thì chọn hệ số cản tổng cộng của đường ứng với khi ôtô chạy ở tốc độ cực đại bằng hệ số cản lăn, có nghĩa là ôtô chỉ đạt tốc độ cực đại trên đường nằm ngang

+Lực cản lăn của lốp và đường là kết quả sự tiêu hao năng lượng cho tổn thất bên trong của lốp và sự tổn thất bên ngoài, một phần năng lượng bị tiêu hao do ma

Trang 2

sát giữa lốp và đường, lực cản trong các ổ bi ở may ơ bánh xe, lực cản không khí chống lại sự quay của các bánh xe Vì tính chất phức tạp trong việc xác định tất cả nhứng yếu tố tiêu hao kể trên nên người ta coi lực cản lăn là một ngoại lực tác dụng lên ôtô và được xác định theo sự tiêu hao năng lượng tổng hợp Để đánh giá tiêu hao năng lượng khi bánh xe lăn người ta dùng hệ số cản lăn (f)

ở tốc độ nhỏ hơn từ 60 80km/h hệ số cản lăn coi như không thay đổi Khi tốc độ chuyển động của ôtô lớn hệ số cản lăn tăng lên rõ rệt Để xác định sự phụ thuộc của

hệ số cản lăn vào tốc độ người ta dùng công thức kinh nghiệm sau:

f = f0(1+ )

Trong đó: fo - Hệ số cản lăn khi ôtô chuyển động ở vận tốc nhỏ hơn 60 80km/h

Va - Vận tốc chuyển động của ôtô, km/h

Hệ số cản lăn f0 phụ thuộc vào loại đường như sau:

Đường bê tông nhựa và bê tông xi năng:

- Đặt biệt tốt: 0,012 0,018

- Tốt: 0,018 0,020 Đường dải đá: 0,020 0,040

Đường dải đá răm: 0,040 0,070

Đường đất:

- Khô, bằng phẳng: 0,030 0,050

- Sau khi mưa: 0,050 0,150 Đường cát: 0,10 0,30

- Hệ số cản cực đại của đường mà ôtô có thể khắc phục được

+Hệ số cản lớn nhất của đường mà ôtô có thể khắc phục được ().tuỳ thuộc vào loại đường, theo quy định của luật đường bộ = 0,3 0,35

- Loại động cơ (xăng hoặc diezel) và loại hệ thống truyền lực

III Thông số chọn

Trang 3

- Trọng lượng bản thân ôtô

- Hệ số dạng khí động học

- Diện tích cản chính diện của ôtô (hoặc nhân tố cản)

- Sự phân bố trọng lượng giữa các trục khi ôtô đầy tải và không có tải

- Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ ứng với công suất cực đại

- Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Các thông số này lựa chọn trên cơ sở thực nghiệm và những số liệu thống kê của loại ôtô hiện có tương tự như loại ôtô thiết kế và có tính đến nhịp độ phát triển của kỹ thuật chế tạo ôtô ở trong nước và trên thế giới

IV Thông số tính toán

- Công suất cực đại của động cơ,

- Dung tích làm việc của động cơ,

- Tỷ số truyền của hộp số, truyền lực chính, hộp số phụ, hộp phân phối (nếu có),

- Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo

Phần II Trình tự tính toán

I Xác định trọng lượng toàn bộ ôtô

-Trọng lượng toàn bộ của ôtô xác định theo công thức:

+ Đối với ôtô du lịch:

G=G0 + Gn.n+Gh

Trong đó: Go - trọng lượng bản thân của ôtô;

Gn - trọng lượng trung bình của mỗi người;

Gh - trọng lượng hành lý

+ Đối với ôtô khách chạy trong thành phố:

G=G0 + Gn.(n + m + 2) Trong đó: n - số chỗ ngồi

Trang 4

m - số chỗ đứng + Đối với ôtô chở khách chạy đường dài (liên tỉnh)

G=G0 + Gn.(n+1)+Gh

Trong đó: n - số chỗ ngồi

+ Đối với ôtô chở khách chạy đường dài (liên tỉnh)

G=Go + Gn.n+Ge

Trong đó: n - số chỗ ngồi trong buồng lái

Ge - tải trong định mức của ôtô

II Chọn lốp

-Để chọn lốp cần phải xác định trọng lượng đặt lên bánh xe ôtô

+ở ôtô du lịch trọng lượng phân bố ra cầu trước và cầu sau gần như bằng nhau

+ ở ôtô tải loại 4x2 khi trở đầy tải trọng lượng phân bố ra cầu trước vào khoảng 25 30% trọng lượng toàn bộ Cầu sau thường đặt bánh kép nhưng mỗi lốp của cầu sau vẫn chịu trọng lượng lớn hơn so với ở cầu trước vì vậy chọn lốp cho xe tải được tiến hành theo trọng lượng đặt lên bánh xe sau

-Ký hiệu lốp

Lốp bố tròn

Hệ thống lốp mã hoá ISO

Lốp bố tréo

Lốp loại gọn (lốp T)

Lốp có áp xuất thấp

Lốp áp xuất cao

III Xác định công suất cực đại của động cơ

Trang 5

Xác định công suất cực đại của động cơ ứng với tốc độ cực đại của động cơ của ôtô (Nev):

Trong đó: - hiệu suất truyền lực

Để đánh giá sự tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền lực người ta sử dụng hiệu suất trong hệ thống truyền lực () là tỷ số giữa công suất của bánh xe chủ động và công suất hữu ích của động cơ thường được xác định bằng thực nghiệm Khi tính toán sức kéo ta chọn theo loại ôtô như sau:

Đối với ôtô con: = 0,90 0,93;

Đối với ôtô tải và ôtô khách: = 0,85 0,90;

Đối với ôtô có tính cơ động cao( loại có từ 2 cầu chủ động trở lên): =

0,80 0,85

K - hệ số cản khí động học, kG.s^2/m^4

Hệ số cản khía động học phụ thuộc vào mật độ không khí, hình dạng và chất lượng

bề mặt của ôtô (kG.s^2/m^4) K được xác định bằng thực nghiệm

Đối với ôtô con thùng xe có mui: K = 0,02 0,035 kG.s^2/m^4;

Đối với ôtô con thùng xe không có mui: K = 0,04 0,05 kG.s^2/m^4;

Đối với ôtô tải: K = 0,06 0,07 kG.s^2/m^4;

Đối với ôtô kéo moóc: K = 0,085 0,095 kG.s^2/m^4;

Đối với ôtô buýt K = 0,025 0,04 kG.s^2/m^4;

Đối với ôtô đua: K = 0,013 0,015 kG.s^2/m^4;

F - diện tích cản chính diện, m^2 Diện tích cản chính diện của ôtô là diện tích hình chiếu của ôtô trên mặt phănngr vuông góc với trục dọc của xe ôtô (m^2) Việc xác định điện tích có nhiều khó khăn, để đơn giản trogn thực tế người ta sử dụng công thức gần đúng sau:

F=B.Ho (m^2)

Trong đó: B - chiều rộng cơ sở của ôtô, m;

Trang 6

Ho - chiều cao toàn bộ của ôtô, m.

Đối với ôtô con F= 0,78Bo.Ho (m^2)

Trong đó: Bo - chiều rộng toàn bộ của ôtô, m

Vmax - vận tốc cực đại của ôtô, km/h

G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, kG Trọng lượng toàn bộ của ôtô xác định theo công thức:

- Đối với ôtô du lịch:

G=Go + Gn.n+Gh Trong đó: Go - trọng lượng bản thân của ôtô;

Gn - trọng lượng trung bình của mỗi người;

Gh - trọng lượng hành lý

- Đối với ôtô khách chạy trong thành phố:

G=Go + Gn.(n + m + 2) Trong đó: n - số chỗ ngồi

m - số chỗ đứng

- Đối với ôtô chở khách chạy đường dài (liên tỉnh)

G=Go + Gn.(n+1)+Gh Trong đó: n - số chỗ ngồi

Đối với ôtô chở khách chạy đường dài (liên tỉnh)

G=Go + Gn.n+Ge Trong đó: n - số chỗ ngồi trong buồng lái

Ge - tải trong định mức của ôtô

Trang 7

Tài liệu được biên soạn bởi Trần Văn Như, Bộ môn cơ khí ôtô, Đại học Giao thông Vận tải

- hệ số cản tổng cộng của đường khi ôtô chuyển động ở Vmax Sau đó căn cứ vào loại động cơ để tìm công suất cực đại của nó theo công thức:

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

Đối với động cơ xăng: a=b=c=1;

Đối với động cơ Diezel 2 kỳ: a=0,87; b= 1,13; c=1

Đối với động cơ Diezel 4 kỳ: a=0,53; b=1,56; c=1,09

Đối với động cơ xăng không hạn chế tốc độ: = 1,1 1,3 Đối với động cơ xăng có hạn chế tốc độ: = 0,8 0,9 Đối với động cơ Diezel: = 1 (tức là Nemax=Nv)

Sau khi xác định được Nemax, căn cứ vào loại động cơ có sẵn trên thị trường để chọn loại phù hợp hoặc đặt chế tạo động cơ mới theo yêu cầu

IV Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính

Tỷ số truyền của truyền lực chính (io) được xác định đảm bảo tốc độ chuyển động cực đại của ôtô ở số truyền cao nhất trong hộp số io được xác định theo công thức:

Trong đó: nv - tốc độ vòng quay của trục khuỷu động cơ khi đạt tốc độ lớn nhất, v/ph;

rk - bán kính động học của bánh xe, m;

1 Bán kính thiết kế (ro)

Là bán kinh của bánh xe khi chưa có tải trọng tác dụng (bán kính tự do)

Trang 8

Các kích thước cơ bản của lốpD - đường kính ngoàid - đường kính trongH - chiều cao lốpB - bề rộng lốpCác kích thước cơ bản của lốp được biết thông qua kí hiệu lốp

- Đối với lốp có áp xuất thấp: ro=(d+2.H)/2;

- Đối với lốp thông thường (HB): ro=(d+2.B)/2;

2 Bán kính tĩnh (rt): Là bán kính bánh xe đứng yên, chịu tải trọng thẳng đứng

3 Bán kính động lực học (rd): là khoảng cách từ điểm đặt lực tổng hợp tác dụng từ đường lên bánh xe đến mặt phẳng song song với mặt đường đi qua tâm bánh xe

4 Bán kính động học (rk): là bán kính của bánh xe giả định khi lăn không có trượt lăn và trượt lê nhưng có cùng vận tốc với bánh xe thực

5 Bán kính trung bình (rb): khi ôtô chuyển động không trượt lăn hoặc trượt lê giá trị các loại bán kính khác nhau không nhiều, và khi các loại bán kính bánh xe không phải là đối tượng nghiên cứu thì ta có thể coi xấp xỉ như nhau và bằng bán kính bánh xe

rk=rd=rb=.ro

Trong đó: - hệ số biến dạng lốp

=0,93 0,935, đối với lốp áp suất thấp

= 0,945 0,95, đối với lốp áp suất cao

ipc - tỷ số truyền của số phụ hoặc hộp phân phối ở số truyền cao; Tài liệu được biên soạn bởi Trần Văn Như, Bộ môn cơ khí ôtô, Đại học Giao thông Vận tải

Trang 9

ihn - tỷ số truyền của số cao nhất trong hộp số Đối với hộp số có số truyền thẳng ihn=1;

Đối với hộp số có số truyền tăng, chọn ihn trong khoảng ihn=0,8 0,95 Khi sử dụng số truyền tăng phải tính kiểm tra lại động lực học xem ở tỷ số truyền tăng công suất kéo có đủ không

Vmax - vận tốc lớn nhất của ôtô, km/h

Khi tính toán sức kéo, đối tượng nghiên cứu không phải là bánh xe thì ta có thể coi gần đúng rk=rd=rb=.ro

Các loại bán kính bánh xe

Ký hiệu lốp

V Xác định tỷ số truyền của hộp số và hộp số phụ (nếu có)

Tỷ số truyền tay số I

Tỷ số truyền tay số 1 được xác định trên cơ sở đảm bảo khác phục được sức cản lớn nhất của mặt đường mà không bị trượt:

Do đó ih1 được xác định theo điều kiện cản chuyển động:

Trang 10

và được kiểm tra theo điều kiện bám

Trong đó: - hệ số cản tổng cộng của đường

G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, kG;

rd - bán kính động lực hoc của bánh xe, m;

Memax - mô men xoắn cực đại của động cơ, kG.m;

io - tỷ số truyền của truyền lực chính;

ipc - tỷ số truyền số truyền cao của hộp số phụ;

mp - hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động khi truyền lực kéo;

- hiệu suất truyền lực

Tỷ số truyền tay số trung gian

Phương pháp phân phối theo cấp số nhân

Công bội được xác định theo biểu thức;

Trong đó: n - số cấp trong hộp số;

ih1 - tỷ sổ truyền tay số 1;

ihn - tỷ số truyền tay số cuối cùng trong hộp số

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

Trang 11

Trong đó: ihi - tỷ số truyền tay số thứ i trong hộp số (i=2, ,n-1)

Phương pháp phân phối theo cấp số điều hoà

Hằng số điều hoà xác định theo công thức:

Trong đó: n - số cấp trong hộp số;

ih1 - tỷ sổ truyền tay số 1;

ihn - tỷ số truyền tay số cuối cùng trong hộp số

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

Trong đó: ihi - tỷ số truyền tay số thứ i trong hộp số (i=2, ,n-1)

Tỷ số truyền tay số cuối cùng

Tỷ số truyền số lùi

Tỷ số truyền số lùi trong hộp số thường chọn trong khoảng:

il = (1,1 1,3).ih1

Trang 12

Trong đó: ih1 - tỷ số truyền tay số 1

Khi chọn tỷ số truyền số lùi phải kiểm tra lại theo điều kiện bám

Điều kiện bám: do đó tỷ số truyền tay số lùi được kiểm tra theo điều kiện:

Trong đó: il - tỷ số truyền tay số lùi

- tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động, kG;

- hệ số bám dọc

rd - bán kính động lực hoc, m;

Memax - mô men xoắn cực đại của động cơ, kG.m;

io - tỷ số truyền truyền lực chính;

ipc - tỷ số truyền số truyền cao của hộp số phụ;

- hiệu suất truyền lực

VI Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng kéo của ôtô

1 Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Hiện nay chưa có phương pháp tính toán lý thuyết đối với các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ mà thường xác định bằng thực nghiệm Trường hợp không có đường đặc tính thực nghiệm người ta có thể dựa vào công thức kinh nghiệm để xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài theo toạ độ đã biết của một số điểm (ví dụ: Nemax/nN; Memax/nM) Phổ biến nhất là công thức Lay-Đéc-Man

Trong đó: a, b, c - các hệ số thực nghệm Lay-Đéc-Man Nemax - công suất cực đại của động cơ, CV,

nN - Số vòng quay tại công suất cực đại, v/ph;

Trang 13

Ne(ne)- công suất tại số vòng quay ne, CV

ne - tốc độ vòng quay trục khuỷu tại thời điểm đang tính

Để xây dựng đường công mô men hữu ích của động cơ từ đường cong công suất ta dùng công thức sau:

Trong đó: Ne - công suất của động cơ, CV;

Me - mô men xoắn của động cơ, kG.m

Hoặc ta xây dựng đường cong mô men theo công thức sau:

Trong đó: MeN - mô men tại công suất cực đại của động cơ, kG.m,

nN - Số vòng quay tại công suất cực đại, v/ph;

Me(ne)- mô men tại số vòng quay ne, kG.m

2.Xây dựng đồ thị cân bằng công suất

Để phân tích tính chất động lực học của ôtô ngoài mối tương quan về lực ta có thể

sử dụng mối tương quan về công suất giữa công suất kéo ở bánh xe chủ động và công suất các lực cản chuyển động

Trong trường hợp tổng quát phương trình cân bằng công suất:

Trong đó: Nk - công suất kéo ở bánh xe chủ động;

Ne - công suất của động cơ, lấy theo đường đặc tính ngoài;

Nt - công suất tổn thất;

- hiệu suất truyền lực;

Nf, Ni, Mw, Nj - công suất cản lăn, cản dốc, cản gió và công suất cản tăng tốc

Trang 14

Xây dựng đường công suất kéo

Nki=Ne

Ne - lấy theo đường đặc tính ngoài, Ne=f(ne)

Chuyển tốc độ quay của động cơ thành tốc độ của ôtô

Trong đó: itli - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở tay số thứ i

ne - tốc độ vòng quay trục khuỷu, v/ph;

rk - bán kính động học của bánh xe,m Lập bảng giá trị Nki-V

Xây dựng nhánh cản

Ta xây dựng cho trường hợp chuyển động ổn định và ôtô không leo dốc do đó: Ni=Nj=0 Do đó công suất cản xác định theo biểu thức:

Trong đó: G - trọng lượng toàn bộ của ôtô, kG;

f - hệ số cản lăn của đường;

V - vận tốc chuyển động của ôtô, km/h;

K - hệ số cản khí độn học, kG.s^2/m^4;