TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
*
* *
BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC ÔTÔ I
***********
PHẦN I: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI
I/ Xác định trọng lượng toàn bộ của ôtô:
Ta đang tính với ôtô tải chuyên chở hàng hóa nên trọng lượng toàn bộ
của ôtô được xác định như sau:

0
.
n hh
G G n G G= + +

Trong đó:
:
o
G
tự trọng của ôtô.

:n
G
: tự trọng môt người.

hh
G
: trọng lượng hàng hóa chuyên chở.

:n
số chổ ngồi trong buồng lái.
Đối với xe tải ta đang xét: n=3 người (1 lái 2 phụ)

0
4300
75
5000
n
hh
G kg
G kg
G kg
=
=
=
Vậy ta có: G =4300 + 3.75 + 5000 = 9525 (kg)

II/ Chọn động cơ và xây dựng đường đăc tính ngoài
Theo đầu đề bài ta đã biết được loại ôtô, tải trọng và tôc độ
max
V
của xe khi
chạy trên đường nằm ngang có hệ số cản lăn f . Ta thấy rằng ôtô chỉ đạt
được
axm
V
khi chạy trên đường bằng tốt và không kéo moóc hoăc truyền
công suât cho thiết bị phụ khi đó công suất động cơ phát sinh ra là:


N
v

3
ax ax
. . . .
1
.
270 3500
m m
t
G f V K F V
η
 
= +
 ÷
 

(1)
Ở đây : G=9450 kg , trọng lượng toàn tải.
f = 0,021 - hệ số cẳn lăn của đường.
Vmax = 90 ( km/h )-tốc độ cực đại của ôtô ở tay số truyền
thẳng khi chạy trên đường tốt , nằm ngang.
K - hệ số cản không khí
+ Đối với ôtô tải : K = 0,06 0,07 KG.
2
gy
/
4
m

Ta chọn K = 0,07KG.
2 4
gy m
(thông số chọn)

F - Diện tích cản chính diện tính theo
2
m
.
+ Việc xác định diên tích cản chính diện gặp nhiều khó khăn ,
để đơn giản người ta dùng công thưc tính gần đúng sau :
F = B.H (
2
m
)
m - Hệ số điền đầy diên tích cản không khí.
Đối với ôtô tải m = 1.
B - Chiều rộng cơ sở của xe : B = 1,8 m.
H - Chiều cao toàn bộ của xe :H = 2,35.
Do đó : F = 2,35.1,8 = 4,554 (
2
m
).

t
η
- Hiệu suất truyền lực . Đối với ôtô tải

t
η

= 0.8 - 0.85 và ta chọn
t
η
= 0.85
Từ các thông số đã có trên thay vào công thưc (1) ta có :

3
1 9525.0,023.100 0,07.4,23.100
.
0.85 270 3500
v
N
 
= +
 ÷
 
=194,98 (m.l)
Công suất tính theo công thức (1) chỉ thỏa mản điều kiện đầu đề thiết kế
đã cho. Ta dùng giá trị này để tính toán các phần sau và trên cơ sở đó để xây
dựng các đồ thị. Nhưng nếu ta căn cứ vào giá trị công suất đó để chọn động
cơ là chưa đủ. Vì công suất động cơ đem thử trong điều kiện thí nghiệm
thiếu các bộ phận: tiêu âm, quạt gió, bình lọc không khí và các bộ phân khác
Nhưng khi lắp trên ôtô thì các bộ phận trên lại có mặt và mặt khác để tăng
khản năng thắng lực cản đột xuất trong quá trình chuyển động thì công suất
của động cơ đặt trên ôtô phải lơn hơn công suất tính theo công thức (1) tư
15%-20%. Ở đây ta chọn công suất đặt trên ôtô lớn hơn 20%
Vậy công suất động cơ được chọn đặt trên ôtô sẽ la :

'
0,2.

v v v
N N N= +

=194,98 +0,2.194,89
=234 (m.l)
III/ Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ xăng có hạn chế số
vòng qoay.
Ôtô ta đang xét là ôtô tải đặt động cơ xăng có hạn chế số vòng qoay. Đối
với ôtô tải không yêu cầu tốc độ lớn như ôtô du lịch mà chủ yếu là yêu cầu
năng suất và tính kinh tế cao, theo đường đặc tính ngoài của động cơ thì suất
tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ứng với chổ công suất không phải là cực đại mà
là điểm dưới chổ công suất cưc đại
axm
N
. Như vậy để đạt được năng suất cao
giá thành hạ thì ôtô tải đặt động cơ xăng thường có bộ phận hạn chế số vòng
qoay.
Ở ôtô có bộ phận hạn chế số vòng qoay thì tốc độ lớn nhất
axm
V
của ôtô
sẻ ứng với số vòng qoay
V
n
ở chổ hạn chế .
Theo đầu đề thiết kế ta chọn
N
n
=3200 v/f ứng với công suất cưc đại
axm

N

Muốn tìm
v
n
ta có biểu thức xác định như sau :

(0,8 0,9).
v N
n n= ÷
Ta chọn
0,9.
v N
n n=
và với
v
N
đã tính từ công thức (1) ta xác định công
suất cực đại
axm
N
theo biểu thức sau :


ax
2 3
v
m
v v v
N N N

N
N
n n n
n n n
=
 
   
 ÷
+ −
 ÷  ÷
 ÷
   
 

2 3
194,98
0,9 0,9 0,9
=
+ +
=198,75 (m.l)
Với
3200
N
n =
v/p và tỷ số chọn
0,9.
v N
n n=
ta xác định được số vòng qoay
ở chổ hạn chế (hay ở

axm
V
) là :

0,9. 0,9.3200 2880
v N
n n= = =
(vòng/phút)
Từ các trị số
,
v v
n N
và
,
N N
n N
ta đã xác định được điểm hạn chế số vòng
qoay và điểm có công suất cực đại. Để xác định các điểm khác ta sử dụng
công thức thực nghiệm của S.R.Lây-Đéc-Man sau đây :

2 3
ax
e e e
e m
N N N
n n n
N N a b c
n n n
 
   

 ÷
= + −
 ÷  ÷
 ÷
   
 

Ơ đây :

e
n
- Số vòng qoay của động cơ ứng với công suất
e
N
.

N
n
- Số vòng qoay của động cơ ứng với công suất cực đại
axm
N
a,b,c - hằng số thực nghiệm. Đối với đông cơ xăng :
a = b = c = 1 .
Lúc đó :
2 3
ax
.
e e e
e m
N N N

n n n
N N
n n n
 
   
 ÷
= + −
 ÷  ÷
 ÷
   
 
. Mà theo thực nghiệm
đối với động cơ xăng tỷ số
(0,2 1,1).
e
N
n
n
= ÷
Khi xây dựng được đồ thị
( )
e e
N f n=
ta có thể xây dựng đồ thị mômen
qoay của đông cơ theo công thức sau :
716,2.
e
e
e
N

M
n
=
(KG.m)
Để cho đơn gian trong tính toán ta lâp bảng quan hệ
,
e e
N M
theo
e
n
rồi từ
đó vẽ đồ thị đường đặc tính ngoài của đông cơ .


/
e n
n n
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

e
n
640 960 1280 1600 1920 2240 2560 2880 3200 3520

e
N
46.11 72.146 98.585
124.2
2 147.87
168.3

4 184.44
194.9
8 198.75
194.57
6

e
M
51.599 53.824 55.164 55.603 55.159
53.82
4 51.6
48.48
6 44.483 39.5896

Bảng 1: Mối quan hệ
,
e e
N M
theo
e
n
.
PHẦN II : XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC
I/ Xác định tỷ số của truyền lực chính :
0
i
Tỷ số truyền lưc chính
0
i

được xác định đảo bảo tốc độ chuyển động cực
đại
axm
V
của ôtô khi xe chở với tải trọng định mức thì người lái cho xe chạy ở
số truyền thẳng trên mặt đường bằng nghĩa là
1
h
i =
. Theo lý thuyết
0
i
được
xác định theo công thức :

ax
0
ax
.
0,377.
.
bx em
h m
r n
i
i V
=
(2)
Ở đây :
0

i
- Tỷ số truyền của truyền lực chính .

h
i
- Tỷ số truyền cao nhất của hộp số (
h
i
=1).

axm
V
-Vận tốc cực đại của ôtô (đầu đề cho
axm
V
=100 km/h).

axem v
n n=
-Số vòng qoay của động cơ ưng với
axm
V

(
axem
n
=2880v/p)

bx
r

-Bán kính lăn của bánh xe :
bx
r
=
0
.r
λ
+
0
r
: Bán kính thiết kế của lốp :
0
r
=
( ).25,4
2
d
B +
(mm)
Theo đầu đề thiết kế ta chọn loại lốp có ký hiệu B-d = 9-20 (insơ) . Dựa
vào ký hiệu ta biết được lốp là loại lốp có áp suất thấp nên
(0.93 0,935)
λ
= ÷
.
Ta chọn
λ
= 0,935 , vậy bán kính lăn của bánh xe sẻ là :



bx
r
=
λ
.
( ).25,4
2
d
B +
= 0,935.(9 +
20
2
).25,4= 451,231(mm)
= 0,451,231 (m).
Thay các giá trị đã có vào công thức (2) ta có :

0
0,451231.2880
0,377.
1.100
i =
=4,90
II/ Xác định tỷ số truyền ở các tay số trung gian của hôp số.
1 ,Xác định tỷ số truyền của tay số I :
Tỷ số tryền của hộp số bắt đầu được xác định ở tay số trưyền thấp nhất. Tỷ
số truyền
hI
i
được xác định theo điều kiện cần và điều kiện đủ để khắc phục
được lưc cản lớn nhất của đường và bánh xe chủ động không bị qoay trong

điều kiện chuyển động .
- Theo điều kiện khắc phục lực cản lớn nhất :

ax axkm m
P P
ψ
≥

Khai triển hai vế ta được :

ax
ax 0
. .
. .
m bx
hI
em t
G r
i
M i
ψ
η
≥
-Theo điều kiện đảm bảo cho bánh xe chủ động không bị trươt qoay:

axkm
P P
ϕ
≤
Khai triển hai vế ta được :


ax 0
. .
. .
b bx
hI
em t
G r
i
M i
ϕ
η
≤

Mà
hI
i
lại được xác định theo điều kiện cản chuyển động và được kiểm
tra theo điều kiện bám :

ax
ax 0
. .
. .
m bx
hI
em t
G r
i
M i

ψ
η
=
Điều kiên kiểm tra :

ax 0
. .
. .
b bx
hI
em t
G r
i
M i
ϕ
η
≤
Ở đây :


0
i
: tỷ số truyền của truyền lực chính (
0
i
=4,90).

bx
r
:Bán kính lăn của bánh xe .

G: Trọng lượng toàn tải của ôtô.

axem
M
:Mômen xoắn cực đại của động cơ.
So sánh giá trị
e
M
ở bảng I ta có
axem
M
=55,603 (m.l)

b
G
:Trọng lượng bám
b
G
= m.
2
G
+
2
G
:Trọng lượng tĩnh tác dụng cầu chủ động ( cầu sau).

2
G
=6950 kg (chọn theo xe tham khảo)
+ m: Hệ số phân bố tải trọng m = 1,1

÷
1,2
Ta chọn m = 1,1.


axm
ψ
:Hệ số cản tổng cộng của đường :
axm
ψ
= f+tg
α
f :Hệ số cản lăn f = 0,023

α
:Độ dốc của đường
α
=13
°
Vậy :
axm
ψ
= 0,023 + tg13
°
= 0,2538.

ϕ
:Hệ số cản của đường có thể chọn trong khoảng

ϕ

=0,6
÷
0,8 ta chọn
ϕ
=0,6

t
η
=0,85: Hiệu suất truyền lực.
Từ các thông số trên ta có :
hI
i
=
9525.0,2538.0.451231
55,61.4,9.0,85
= 4,72
Và điều kiện kiểm tra:

ax 0
. .
. .
b bx
hI
em t
G r
i
M i
ϕ
η
≤

=
0,6.1,1.6950.0.451231
55,61.4,9.0,85
= 8,94 .
Ta thấy
hI
i
=4,72 <8,94 thỏa mãn điều kiện vậy ta chọn
hI
i
= 4,72

2, Xác định tỷ số truyền của các tay số trung gian:
Có hai phương pháp xác định tỷ số truyền ở các tay số trung gian:
+ Xác định tỷ số truyền theo cấp số nhân .
+ Xác định tỷ số truyền theo cấp số điều hòa.
Ta chọn phương pháp xác định tỷ số truyền theo cầp số điều hòa .
Ta đang tính với xe có 5 tay số, tay số cuối cùng
5h
i
là số truyền thẳng
nên
5h
i
= 1.

3
4
2 1h h
i i=

=
3
4
4,72 3,202=

2
4
3 1h h
i i=
=
2
4
4,72 2,172=

4
4 1h h
i i=
=
4
4,72 1,473=

PHẦN III : XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÁC CHỈ TIÊU ĐỘNG LỰC
HỌC CỦA ÔTÔ .
I/ Tính toán chỉ tiêu về công suất .
Phương trình cân bằng công suất tổng quát của ôtô như sau:

K
N
=
f

N
+
N
ω
±
i
N

±

j
N
+
m
N

Trong đó :

K
N
: Công suất kéo ở bánh xe chủ động, được xác định
Theo công thức :
K e r e t
N N N N
η
= − =
.
với :
e
N

:công suất có ích của động cơ.

r
N
:công suất tiêu hao cho tổn thất cơ khí
trong hệ thống truyền lực.


t
η
: Hiệu suất lực (
t
η
=0,85).


f
N
: Công suất tiêu hao cho lực cản lăn.

f
N
=
. .
270
G f V
.

j
N

: Công suất tiêu hao cho lực cản quán tính khi tăng tốc

j
N
=
ij
. . .
270
G V
J
g
δ
.

i
N
:Công suất tiêu hao cho lực cản lên dốc.

i
N
=
3
. .
3500
K F V
.

N
ω
:Công suất tiêu hao cho lực cản không khí.


N
ω
=
3
. .
3500
K F V
.

m
N
: Công suất tiêu hao cho lực cản kéo moóc.
Ta đang xét với xe không kéo moóc nên
m
N
=0.
Vây công thức có thể viết lại như sau :

K
N
=
f
N
+
N
ω

±
j

N
±

i
N
.
Tuy nhiên trong phương trình cân bằng công suất trên ta chỉ cần xác
định công suất
K
N
,
f
N
và
N
ω
theo tốc độ của tường tay số của hộp số và
để xây dựng được đồ thị cân bằng công suất ta phải tính tốc độ chuyển động
của ôtô ở từng tay số theo số vòng qoay
e
n
của động cơ .
Công thức tính :
0
.
0,377.
.
bx e
n
hn

r n
V
i i
=
.
Ở đây: Ta đang xét với xe 5 tay số nên n=1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5.

bx
r
: Bán kính lăn của bánh xe
bx
r
=0,451231 (m).

e
n
:Số vòng qoay của động cơ.

0
i
:Tỷ số truyền lực chính
0
i
=4,90.

hn
i
:Tỷ số truyền ở tay số đang xét.

hI

i
= 4,72 ;
2h
i
=3,202 ;
3h
i
=2,172 ;
4h
i
=1,473 ;
5h
i
=1 .
Để cho đơn giãn ta lập bảng tính V ở các tay số theo
e
n
như sau :

e
n
640 960 1280 1600 1920 2240 2560 2880

1
V
4.707 7.061 9.414 11.769 14.122 16.476 18.83 21.183

2
V
6.939 10.409 13.878 17.348 20.817 24.287 27.756 31.226


3
V
10.23 15.345 20.459 25.574 30.689 35.804 40.919 46.034

4
V
15.084 22.626 30.168 37.71 45.253 52.795 60.337 67.879

5
V
22.219 33.328 44.438 55.547 66.657 77.766 88.876 100.00
Bảng 2: Tốc độ chuyển động V của các tay số theo
e
n
.
Sau khi thành lập được bảng vận tốc V ở từng tay số ta thành lập bảng
tính
K
N
cho từng tay số theo vận tốc của các tay số đó và thành lập bảng
tính
f
N
,
N
ω
,
f
N

+
N
ω
từ vận tốc
min
V
đến
axm
V
.
Sử dụng công thức tính sau đây để lập bảng
K
N
:

K
N
=
e
N
.
t
η
.
Do
1 2 3 4 5
.
K K K K K K e t
N N N N N N N
η

= = = = = =
nên ta lập chung cùng một bảng
Với bảng
e
N
theo vận tốc của từng tay số:

1
V
4.707
4 7.0611 9.4148 11.769 14.122 16.476 18.83 21.183

2
V
6.9391 10.409 13.878 17.348 20.817 24.287 27.756 31.226

3
V
10.23 15.345 20.459 25.574 30.689 35.804 40.919 46.034

4
V
15.084 22.626 30.168 37.71 45.253 52.795 60.337 67.879

5
V
22.219 33.328 44.438 55.547 66.657 77.766 88.876 100.00

e
N

46.11 72.146 98.58 124.22 147.87 168.34 184.44 194.98

K
N
39.19
4 61.324 83.793 105.59 125.69 143.09 156.77 165.74
Bảng 3:
K
N
,
e
N
theo vận tốc từng tay số.
Sử dụng các công thức tính sau đây để lập bảng tính
f
N
,
N
ω
,
f
N
+
N
ω
theo
vận tốc từ
min
V
đến

axm
V
(
axm
V
vận tốc ở chổ hạn chế số vòng qoay ):

f
N
=
. .
270
G f V
.

i
N
=
3
. .
3500
K F V
.

f
N
+
i
N
=

. .
270
G f V
+
3
. .
3500
K F V
.

V
4.7074 6.9391 7.0611 9.4148 10.23 10.409 11.77 13.878

f
N
3.8195 5.6303 5.7293 7.6391 8.3005 8.4457 9.55 11.26

N
ω
0.0088 0.0283 0.0298 0.0706 0.0906 0.0954 0.1379 0.2261
f
N
+
N
ω
3.8284 5.6586 5.7591 7.7097 8.3911 8.5412 9.688 11.487

V
14.122 15.084 15.345 16.476 17.35 18.83 20.817 20.459


f
N
11.458 12.239 12.451 13.368 14.078 15.278 16.891 16.6

N
ω

0.2383 0.2903 0.3057 0.3784 0.4418 0.5648 0.7632 0.7245
f
N
+
N
ω
11.697 12.529 12.756 13.747 14.519 15.843 17.654 17.325

V
20.817 21.183 22.219 22.626 24.287 25.57 27.756 30.168

f
N
16.891 17.188 18.028 18.358 19.706 20.747 22.521 24.478

N
ω
0.7632 0.8041 0.928 0.9799 1.212 1.4144 1.809 2.3228
f
N
+
N
ω

17.654 17.992 18.956 19.338 20.918 22.162 24.33 26.801

V
30.689 31.226 35.804 37.71 40.92 44.438 45.253 46.034

f
N
24.901 25.336 29.051 30.597 33.202 36.056 36.718 37.351

N
ω
2.4452 2.5758 3.883 4.5367 5.7967 7.4239 7.8399 8.2529
f
N
+
N
ω
27.346 27.912 32.934 35.134 38.999 43.48 44.558 45.604
V
52.795 55.55 60.337 66.657 67.879 70.766 88.878 99.999

f
N
42.837 45.073 48.957 54.085 55.076 57.419 72.115 81.138

N
ω
12.449 14.502 18.583 25.056 26.459 29.981 59.395 84.597
f
N

+
N
ω
55.287 59.574 67.54 79.141 81.535 87.4 131.51 165.74
Bảng 4: Tính
f
N
,
N
ω
,
f
N
+
N
ω
theo
V
.
Từ các thông số tính toán trên ta vẽ đồ thị cân bằng công suất (hình ).

II/ Tính toán chỉ tiêu về lực kéo (
K
P
).
Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô khi chuyển động tổng quát trên dốc
với đấy đủ các thành phần lực các thành phần lực cản được biểu diễn theo
dạng sau:

K

P
=
f
P
+
P
ω
±

i
P

±

j
P
+
mk
P
.
Trong đó:

K
P
- Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động (kg).

f
P
=
.f G

.cos
α
-Lực cản lăn (kg).

P
ω
=
3
. .
.
13
K F V
-Lực cản không khí (kg).

i
P
=
.sinG
α
-Lực cản lên dốc (kg).

j
P
=
ij
. .
G
J
g
δ

-Lực cản tăng tốc (kg).

mk
P
-Lực cản kéo mooc.
Tính lực kéo ở bánh xe chủ động tính theo công thức sau:

K
K
bx
M
P
r
=
=
0
. . .
e h t
bx
M i i
r
η
.

K
P
=
0
716,2. . . .
.

e h t
bx e
N i i
r n
η
.
Ở đây:

k
M
: Mômen xoắn ở bánh xe chủ động (KG.m).

bx
r
:bán kính lăn của bánh xe chủ động (m).

e
M
:Mômen xắn của trục khuỷu động cơ (KG.m).

e
N
:Công suất động cơ (m.l).

e
n
:Số vòng qoay của động cơ ứng với
e
N
(v/f).


0
i
:Tỷ số truyền của truyền lực chính.

h
i
:Tỷ số truyền ở tay số đang tính toán của hộp số.
Từ các thông số đả tính được ở các phần trên và công thức (II) ta lâp bảng

K
P
theo vận tốc của từng tay số như sau:
n
e
640 960 1280 1600 1920 2240 2560 2880
M
e
51.6 53.824 55.158 55.603 55.159 53.824 51.6 44.486
V
1
4.707 7.061 9.415 11.768 14.122 16.476 18.839 21.183
P
k1
2248.06 2344.95 2403.072422.46 2403.11 2344.952248.06 1938.12
V
2
6.939 10.408 13.878 17.347 20.817 24.827 27.756 31.226
P
k2

1525.06 1590.79 1630.221643.37 1630.25 1590.791525.06 1314.8
V
3
10.2297 15.3446 20.459525.5743 30.6892 35.804140.9189 46,034
P
K3
1034.49 1079.08 1105.821114.74 1105.84 1079.081034.49 891.865
V
4
15.084 22.626 30.168 31.71 45.252 52.795 60.337 67.879
P
K4
701.566 731.804 749.941755.992 749.955 731.804701.566 604.842
V
5
22.219 33.328 44.438 55.547 66.657 77.766 88.876 100
P
K5
476.284 496.812 509.125513.233 509.134 496.812476.284 410.619



Bảng

5: P
K
theo vận tốc của các tay số.