LỰA CHỌN SỐ LIỆU VÀ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN BAN ĐẦU
Xác định các kích thước của xe
Ba mặt hình ảnh xe toyota vios
Các kích thước cơ bản:
Stt Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ L0 4425 mm
2 Chiều rộng toàn bộ B0 1730 mm
3 Chiều cao toàn bộ H0 1475 mm
4 Chiều dài cơ sở L 2550 mm
5 Chiều rộng cơ sở trước B1 1475 mm
6 Chiều rộng cơ sở sau B2 1460 mm
7 Khoảng sáng gần xe H1 133 mm
10 Vận tốc tối đa Vmax 180 Km/h
11 Công suất cực đại Nemax 107/6000 bhp/vòng/phút
Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn
Thông số thiết kế của động cơ 1.5 VVT-i bao gồm dung tích công tác 1496 cc, mômen xoắn đạt 141 Nm tại 4200 vòng/phút, và vận tốc lớn nhất lên tới 180 km/h (50 m/s) Hệ thống truyền lực cũng được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
Động cơ đặt cầu trước, cầu trước chủ động
Thông số chọn cho phương tiện bao gồm: trọng lượng bản thân là 1075 kg, trọng lượng hành khách 60 kg, và trọng lượng hành lý 30 kg Hiệu suất truyền lực đạt 0.9, hệ số cản không khí là 0.35, và hệ số cản lăn là 0.015 khi vận tốc dưới 22 m/s Độ nghiêng của mặt đường là 0 độ.
Thông số tính chọn o Hệ số cản mặt đường ứng với Vmax: 0.35
Lốp xe có ký hiệu: 185/60R15 (bề rộng mặt lốp là 185 mm, tỷ lệ: H/B =0.6, bán kính 15 in)
Bán kính thiết kế của xe: 0
Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe: rb = rk = 𝜆.r0 ( chọn hệ số biến dạng lốp 𝜆 = 0,94)
rb = rk = 0,94.301,5 = 283,41 (mm) =0,28341 (m) o Diện tích cản chính diện:
TÍNH TOÁN SỨC KÉO
Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy Hoàng Quang Tuấn - Bộ môn lý thuyết ôtô – Đại học Công Nghiệp Hà Nội
CHƯƠNG I: LỰA CHỌN SỐ LIỆU VÀ SỐ LIỆU TÍNH
1.1 Xác định các kích thước của xe
Ba mặt hình ảnh xe toyota vios
Các kích thước cơ bản:
Stt Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị
1 Chiều dài toàn bộ L0 4425 mm
2 Chiều rộng toàn bộ B0 1730 mm
3 Chiều cao toàn bộ H0 1475 mm
4 Chiều dài cơ sở L 2550 mm
5 Chiều rộng cơ sở trước B1 1475 mm
6 Chiều rộng cơ sở sau B2 1460 mm
7 Khoảng sáng gần xe H1 133 mm
10 Vận tốc tối đa Vmax 180 Km/h
11 Công suất cực đại Nemax 107/6000 bhp/vòng/phút
1.2 Các thông số thiết kế, thông số chọn và tính chọn:
Thông số thiết kế của động cơ 1.5 VVT-i bao gồm dung tích công tác 1496 cc, mômen xoắn đạt 141 Nm tại 4200 vòng/phút, và vận tốc lớn nhất lên tới 180 km/h (50 m/s) Hệ thống truyền lực được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
Động cơ đặt cầu trước, cầu trước chủ động
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các thông số chọn cho một phương tiện, bao gồm trọng lượng bản thân là 1075 kg, trọng lượng hành khách 60 kg và trọng lượng hành lý 30 kg Hiệu suất truyền lực được xác định là 𝜂tl = 0.9, trong khi hệ số cản không khí là k = 0.35 Hệ số cản lăn f0 được áp dụng cho tốc độ dưới 22 m/s là 0.015 Cuối cùng, độ nghiêng mặt đường được ghi nhận là 0 độ.
Thông số tính chọn o Hệ số cản mặt đường ứng với Vmax: 0.35
Lốp xe có ký hiệu: 185/60R15 (bề rộng mặt lốp là 185 mm, tỷ lệ: H/B =0.6, bán kính 15 in)
Bán kính thiết kế của xe: 0
Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe: rb = rk = 𝜆.r0 ( chọn hệ số biến dạng lốp 𝜆 = 0,94)
rb = rk = 0,94.301,5 = 283,41 (mm) =0,28341 (m) o Diện tích cản chính diện:
1.3 Xác định trọng lượng và phân bố trọng lương lên ô tô
Xe vios có 5 chỗ o Trọng lượng không tải là: G0 = 1075(kg) = 14955 (N) o Trọng lượng mỗi hành khách là: 60 (kg) o Trọng lượng hành lý là: 30 (kg)
Phân bố tải trọng (chọn tải trọng cầu trước chiếm 55% tổng tải trọng)
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 thể hiện mối quan hệ giữa công suất, mômen xoắn và suất tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay của trục khuỷu Hai đường đặc tính chính là đường công suất (Ne = f(ne)) và đường mômen xoắn (Me = f(ne)).
Công suất động cơ được xác định:
Trong đó; a,b,c: hệ số phụ thuộc vào từng loại động cơ
n đối với động cơ xăng thì 𝜆 = 1,1-1,2
Chọn 𝜆 =1,1 Để tính công suất của động cơ ta cần tính:
+ công suất cần thiết của động cơ Nev
+ công suất cực đại của động cơ Nemax
Trong đó: tl : Hiêu suất truyền lực
v :Hệ số cản tổng cộng
( vì đang xét ô tô chuyển động trên đường không có dốc)
K :Hệ số cản không khí
F :Diện tích cản chính diện
Công suất được xác định: N e N e max ( a b 2 c 3 ) o Tốc độ vòng quay được xác định: e N e
- Ne: Công suất động cơ
- ne : Số vòng quay trục khuỷu
- Nemax: Công suất có ích cực đại
- nN : số vòng quay ứng với công suất cực đại Nemax
Từ đó ta có bảng thông số công suất, momen xoắn của động cơ được thể hiện dưới đây: ne Ne Me
Từ bản đồ thị trên ta có các đường đặc tính nhưa bảng sau:
ME (N M) ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI
+ giá trị M emax được xác định theo công thức Laydecman như sau:
Đạo hàm hai vế ta được: 0 e e max 2 e e N N
Trị số công suất N e max chỉ phản ánh công suất động cơ cần thiết để vượt qua các lực cản chuyển động Để lựa chọn động cơ cho ô tô, cần bổ sung thêm công suất để khắc phục các lực cản phụ như quạt gió và máy nén khí.
- Vì vật phải chọn công suất lớn nhất là: max 1,1 1,1.107 117, 7 e e
2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực: i tl i i i i o h c p
Trong đó: i tl : Tỷ số truyền của HTTL i o : Tỷ số truyền của truyền lực chính
- 12 - i h : Tỷ số truyền của hộp số i c : Tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng i p : Tỷ số truyền của hộp số phụ
2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính Được xác đinh theo điều kiện đảm bảo ô tô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số max 0 max
Trong đó: r b : Bán kính bánh xe max n e : Tốc độ quay max
I hn : Tỷ số truyền tại tay số lớn nhất
I pc : Tỷ số truyền tại hộp số phụ
V max : Vận tốc lớn nhất
2.2.2 Tỷ số truyền của từng tay số a Tỷ số truyền của tay số 1
Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định nhằm khắc phục lực cản lớn nhất của mặt đường, đảm bảo rằng bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.
- Theo điều kiện chuyển động, ta có:
Trong đó: Pk: lực kéo phát động
P𝜓: lực cản tổng cộng của mặt đường
Pw: lực cản của không khí
( vì xe đi số nhỏ lên coi Pw = 0)
Theo đề bài ta có: max 0, 35
Theo điều kiện bám đường:
Trong đó: m : Hệ số phân bố tải trọng ( chọn m = 1,2)
G : Tải trọng tác dọng lên cầu chủ động
: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường ( chọn =0,8)
Chọn tỷ số truyền tay số 1 là: I h 1 2,7 b Tỷ số truyền tại 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:
Trong đó: n : cấp hộp số (n = 5)
I h 1: Tỷ số truyền tay số 1
I hn : Tỷ số truyền tay số lớn nhất
Tỷ số truyền của tay số thứ ‘i’ trong hộp số được xác định theo công thức sau:
Ta có bảng tỷ số truyền các tay số sau:
Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Số 5 Số lùi
2.3.1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo
- Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô: P k P f P i P j P w
Trong đó: P k : lực phát động k e hn pc tl b
P i :Lực cản nghiêng mặt đường P i 0
Bảng giá trị lực kéo tại các tay số: n e N e M e
Tay Số 1 Tay Số 2 Tay Số 3 Tay Số 4 Tay Số 5
V1 Pk1 V2 Pk2 V3 Pk3 V4 Pk4 V5 Pk5
Chú ý: - nếu vận tốc xét < 22,22m/s thì f f 0 ( chọn f 0 0.015)
- nếu vận tốc xét >22.22m/s thì
Bảng giá trị lực cản, lực bám đường như sau: v Pc Pφ
Ta có đồ thị cân bằng lực kéo:
- Trục tung biểu diễn Pk, Pf, Pw tục hoành biểu diễn v(m/s)
- Dạng đồ thị lực kéo của ô tô Pki =f(v) tương tự dạng đường cong Me=f(ne) 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 ô tô phải nhỏ hơn lực bám giữa các bánh xe và mặt đường
- Vận tốc lớn nhất là giao điểm của lực cản và lực ở tay số lớn nhất
2.3.2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất
Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động: w k f i j
Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ 1 được xác định theo công thức: kn e tl
N N Công suất cản được xác định theo công thức sau:
V (M/S) ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO pk1 pk2 pk3 pk4 pk5 pc pϕ
(chú ý: giá trị cản lăn theo vận tốc chuyển động) Bảng giá trị công suất ứng với từng vận tốc tại các tay số n e N e M e
Tay Số 1 Tay Số 2 Tay Số 3 Tay Số 4 Tay Số 5
V1 Nk1 V2 Nk2 V3 Nk3 V4 Nk4 V5 Nk5
Bảng giá trị công suất cản:
Vận tốc Công suất cản chuyển động
Biểu đồ cân bằng công suất:
Nhận xét: Giá trị giao nhau của công suất tại tay số lớn nhất với công suất cản là vận tốc lớn nhất
V (M/S) ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT nk1 nk2 nk3 nk4 nk5 Nc
2.3.3 Nhân tố động lực học
Nhân tốc động lực học, ký hiệu là “D”, được xác định bằng tỷ số giữa hiệu số lực kéo tiếp tuyến (Pk) và lực cản không khí (Pw) so với trọng lượng toàn bộ của ô tô.
Nhân tố động lực học ứng với từng tay số được xác định:
Nhân tố động lực học theo điều kiện bám của bánh xe với mặt đường:
Để đảm bảo chuyển động thì 𝐷 𝜑 ≥ 𝐷 𝑛 ≥ 𝜓
Bảng giá trị nhân tố động lực học ứng với từ vận tốc trong các tay số n e N e M e
Tay Số 1 Tay Số 2 Tay Số 3 Tay Số 4 Tay Số 5
Bảng giá trị nhân tố động lực học theo điều kiện bám:
Vận tốc Nhân tố động lực học ĐK bám Lực cản tổng cộng
50 0.4115 0,040 Đồ thị nhân tố động lực học:
Đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) có hình dạng tương tự như đồ thị lực kéo Px = f(v), tuy nhiên, khi vận tốc tăng cao, độ dốc của đường cong trở nên lớn hơn.
Khi ô tô di chuyển với tốc độ v lớn hơn vth (tốc độ vth tương ứng với D1max ở từng tay số), xe sẽ hoạt động ổn định do sức cản chuyển động gia tăng, dẫn đến tốc độ giảm và động lực học D tăng Ngược lại, khi tốc độ v nhỏ hơn vth, xe rơi vào vùng làm việc không ổn định cho từng tay số.
Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1max tại tay số thấp nhất cho thấy khả năng vượt qua sức cản chuyển động lớn nhất của đường, được thể hiện qua công thức D1max = 𝜓max.
Vùng chuyển động không trược của otô:
- Cũng như tương tự lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường
- Nhân tố động học theo điều kiện bám Dφ được xác định theo công thức bên trên
- Để otô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau: D D
Vùng giới hạn giữa đường cong D và đường cong trên đồ thị nhân tố động lực học thể hiện các điều kiện cần thiết Khi D lớn hơn D trong một khoảng nhất định, có thể áp dụng đường đặc tính cục bộ của động cơ để ngăn chặn hiện tượng trượt quay trong các điều kiện khai thác thực tế.
V (M/S) ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC
2.3.4 Xác định khả năng tăng tốc – xây dựng biểu đồ gia tốc chuyển động
Từ công thức nhân tố động lực học: i
Với: 𝜓 : hệ số cản tổng cộng
i : hệ số tính đến chuyển động quay
Ta có bảng giá trị hệ số tính đến chuyển động xoay
Tay số 1 Tay số 2 Tay số 3 Tay số 4 Tay số 5
Bảng giá trị gia tốc với từng vận tốc tại các tay số: n e N e M e
Tay Số 1 Tay Số 2 Tay Số 3 Tay Số 4 Tay Số 5
Biều đồ gia tốc chuyển động của xe:
- Gia tốc cực đại của ô tô lớn nhất ở tay số một va giảm dần đến tay số cuối cùng
2.3.5 Xác định thời gian tăng tốc – quảng đường tăng tốc
2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược
Ta có bảng giá trị gia tốc ngược n e N e M e
Tay Số 1 Tay Số 2 Tay Số 3 Tay Số 4 Tay Số 5
Biểu đồ gia tốc ngược:
2.3.5.2 Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ô tô a Thời gian tăng tốc
Từ công thức tính gia tốc: dv
Xét ô tô tăng tốc từ v1 đến v2 ta có công thức tính thời gian như sau:
VẬN TỐC ( M/S) ĐỒ THỊ GIA TỐC NGƯỢC
Thời gian tăng tốc là: t t 1 t 2 t 3 t i b Quãng đường tăng tốc
Từ công thức tính vận tốc: s v d
Xét quãng đường đi được của ô tô khi tăng tốc v1 đến v2:
Vậy khoảng quãng đường tăng tốc là : 1 2
Quãng đường tăng tốc được xác định: S S 1 S 2 S 3 S n
2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc - quãng đường tăng tốc của ô tô
Khi có xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số
- Sự mất mát về tốc độ khi chuyển số sẽ phụ thuộc vào trình độ người lái
- Kết cấu của hộp số và loại động cơ đặt trên ô tô
Trong quá trình chuyển số, việc tính toán sự mất mát tốc độ là rất quan trọng, đặc biệt khi người lái xe có trình độ thấp và thời gian chuyển số giữa các tay số không đồng đều Sự chênh lệch này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất lái xe và an toàn giao thông Do đó, cần chú ý đến kỹ thuật chuyển số để giảm thiểu sự mất mát tốc độ và cải thiện trải nghiệm lái xe.
Nếu tính thêm lực cản không khí thì áp dụng công thức sau:
Nếu không xét lực cản không khí thì áp dụng CT:
Trong đó: : hệ số cản tổng cộng.(vì xe trên đường có độ dốc = 0 nên f ) t c : thời gian chuyển số (chọn bằng 1 giây)
i : hệ số tính đến chuyển động quay i 1 0,05.(1 I I hi 2 ) 2 p
Quãng đường xe đi được trong quá trình chuyển số là:
Khi áp dụng lực cản không khí thì áp dụng
Nếu không áp dụng lực cản thì áp dụng CT:
Trong đó: vi : vận tốc max từng tay số tc: thời gian chuyển số (1 giây)
Bảng giá trị độ giảm vận tốc, quãng đường đi được tính theo cách áp dụng lực cản không khí
Chuyển số Độ giảm vận tốc v c
Thời gian chuyển số là 1 giây
Bảng đồ thị giảm tốc khi sang số
Từ đó ta cs bẳng sau:
Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc
0 10 20 30 40 50 60 th ời gian (s ) q u ãn g đườn g (m ) vận tốc (m/s) ĐỒ THỊ THỜI GIAN VÀ QUÃNG ĐƯỜNG TĂNG TỐC s t (s)
