THIẾT KẾ Ô TÔ


1. TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA Ô TÔ
1.1. THÔNG SỐ YÊU CẦU
Chủng loại:
Trọng tải, (Gt):
Tốc độ lớn nhất (vmax):

Xe du lịchh.
525
kg
190
km/h

Ứng với mặt đường: Đường nhựa khô và sạch.
1.2. CHUẨN BỊ CHO TÍNH TOÁN SỨC KÉO
1.2.1. Động cơ
a. Chọn động cơ
Động cơ được chọn: động cơ đốt trong – ĐCĐT
Sử dụng nhiên liệu: Xăng; 4 kỳ
Giá trị tương ứng của các hệ số thực nghiệm a, b, c của ĐCĐT, như sau:
a=

1

b=

1

c=

1

b. Chọn tốc độ động cơ
Đối với ô tô Du lịch, sử dụng nhiên liệu xăng cho ĐCĐT, không bộ phận hạn chế số vòng
quay, tốc độ của động cơ thường nằm trong khoảng:
- Tốc độ nhỏ nhất, nemin = (600 ÷ 1100) vg/ph; chọn: nemin
- Tốc độ lớn nhất, nemax = (5000 ÷ 7000) vg/ph; chọn: nemax

= 600 vg/ph
= 6100 vg/ph

Gọi λ là tỷ số giữa số vòng quay n emax (ứng với công suất có vmax - Nvmax) với số vòng
quay nN (ứng với công suất công suất lớn nhất - N emax); Với động cơ xăng không hạn chế
số vòng quay thì:
λ = (nemax/nN) = (1.1 ÷ 1.3); chọn: λ = 1.1;
nên, nN = (nemax/λ) = 5545.5; [vg/ph]
1.2.2. Các hệ số của mặt đường ảnh hưởng xe di chuyển
a. Chọn mặt đường ứng với vmax
Xe thiết kế di chuyển đạt vmax ứng với mặt đường: nhựa khô và sạch; không độ dốc (i =
0 hay tani = 0);
Lực cản của mặt đường phụ thuộc vào 2 hệ số (bảng 3):
- Hệ số bám φ thuộc khoảng
(0.7 ÷ 0.8),
chọn φ
- Hệ số cản lăn fo thuộc khoảng (0.015 ÷ 0.018), chọn fo

= 0.8
= 0.015


Theo thực nghiệm, hệ số cản lăn fv sẽ thay đổi nhiều khi tốc độ xe lớn hơn (>) 80km/h.
Khi ấy hệ số cản lăn (fv) có thể tính theo biểu thức thực nghiệm sau:
fv = fo*(1+v^2/1500)


Trong đó:
fo – hệ số cản lăn ứng tốc độ xe nhỏ hơn () 80km/h;
v – vận tốc của ô tô, [m/s].
Giả sử móc thay đổi rõ rệt tại v = 80km/h; thì giá trị tại f(80km/h) được tính theo biểu thức:
f(80km/h) = fo*(1+((80*(10^3)/3600)^2)/1500) = 0.01994
Ngoài ra, giá trị hệ số cản lăn fv tại vmax, được xác định:
fvmax = fo*(1+((vmax)^2)/1500) = 0.042855
Ngoài ra, đối với mặt đường: nhựa bê tông, theo thực nghiệm còn có thể dùng:
fv = (32 + v)/2800
với: v – vận tốc của ô tô, [m/s].
1.2.3. Chọn tốc độ nhỏ nhất của xe
Xe thiết kế thuộc chủng loại: du lịch. v min - vận tốc nhỏ nhất thường chọn trong khoảng
(5 ÷ 7); và chọn vmin = 7 km/h
1.2.4. Chọn thông số liên quan đến hộp số chính
a. Hộp số
Chọn - Hộp số: Thường, 5 cấp.
- Điều khiển: tay
b. Chọn và xác định tỷ số truyền của các số truyền n và 1
Ứng với từng giá trị số vòng quay (n e) của ĐCĐT - từ nmin  nmax - ở mỗi tỷ số truyền hệ
thống truyền lực của xe sẽ có một vận tốc tương ứng, được biểu thị qua biểu thức:
vne = (2*π*rbx*ne)/(ihi*ip*io*ic)
Trong đó:
π - số pi() = 3.141592654
rbx - bán kính lăn của bánh xe chủ động, m;
ne - số vòng của ĐCĐT, vg/s;

ihi.ip.io.ic = ihi*A - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Với: ihi - tỷ số truyền ở số truyền thứ i trong hộp số chính;
Đặt: A = ip.io.ic
ip - tỷ số truyền ở hộp số phụ;
io - tỷ số truyền của truyền lực chính;
ic - tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng (nếu có);
vmax của xe được xác định, khi mà số truyền ở hộp số phụ (ip) đang ở vị trí có tỷ số
truyền nhỏ nhất, thì:
vmax = (2*π*rbx*nemax)/ihn*A

(1)


Tương ứng, vmin của xe được xác định, khi mà số truyền ở hộp số phụ (ip) đang ở vị trí có
tỷ số truyền nhỏ nhất, thì:
vmin = (2*π*rbx*nemin)/ih1*A

(2)

Trong đó:
ihn - tỷ số truyền ở số truyền cao nhất trong hộp số chính;
ih1 - tỷ số truyền ở số truyền thấp nhất trong hộp số chính.
Lấy (1) chia (2), được:
ih1 = (vmax/vmin)*(nemin/nemax)*ihn
Để nâng cao tính kinh tế cho ô tô, giá trị của tỷ số truyền ở số truyền cao nhất (i hn)
trong hộp số chính chọn theo số truyền thẳng, nên ihn thuộc khoảng (g1 ÷ g2); và chọn ihn =
1
Như vậy, giá trị của tỷ số truyền số truyền thứ 1 trong hộp số chính, được xác định:
ih1 = (vmax/vmin)*(nemin/nemax)*ihn = 2.6698
c. Chọn số truyền và tỷ số truyền tương ứng ở các số trung gian trong hộp số chính

Với hộp số thường, điều khiển tay.
- Các số tiến
n – số lượng số truyền của số tiến trong hộp số chính;
Chọn:
n = 5;
Hệ thống các số truyền trung gian - ở các số tiến - theo quy luật “cấp số nhân”
có “công bội q”, nên:
- Tỷ số truyền ở số lùi
Tỷ số truyền ở số lùi được tính: ihlui = (1.2 ÷ 1.3)*ih1
1.2.5. Trọng lượng liên quan
a. Trọng lượng bản thân Go
Trọng lượng bản thân hay tự trọng của xe có thể chọn theo xe mẫu,
Go = 1580, [kg]
b. Tải trọng (Gt)
Tải trọng hay trọng lượng chuyên chở là tổng trọng lượng số người tham gia cùng
trọng lượng hành lý của họ, và trọng lượng hàng hóa chuyên chở
Trọng lượng số người tham gia, cùng hành lý họ mang theo
Chọn:


- Trọng lượng trung bình một người, mn = (60 ÷ 75)kg, chọn: 75 [kg]
- Trọng lượng trung bình hành lý một người mang theo, mhl = (25 ÷ 30)kg,
chọn: 30 [kg]
- Số người tham gia theo quy định, đối với ô tô du lịch chọn: n = 5 [người]
Tính chọn:
- Tổng trọng lượng số người và hàng lý mang theo, Gnl = (mn+ mhl)*n
Trọng lượng hàng hóa chuyên chở (Ghh)
Tải trọng: Gt = Ghh + Gnl [kg]
c. Tải trọng toàn bộ (Ga)
Trọng lượng toàn bộ Ga được tính theo biểu thức:

Ga = Go + Ghh + Gnl [kg]
d. Phân bố tải trọng
Đối với ô tô: Du lịch
Phân bố trọng lượng bản thân
- Lên các bánh xe trục phía trước, thường Go1 = (h1 ÷ h2)%.Go
Chọn, Go1 = 35%.Go, nên: Go1 = 553 [kg]
- Lên các bánh xe trục phía sau: Go2 = (Go - Go1) = 1027
Phân bố trọng lượng toàn bộ
- Lên các bánh xe trục phía trước, thường G a1 = (i1 ÷ i2)%.Ga
Chọn, Ga1 = 50%.Ga, nên: Ga1 = 1052.5 [kg]
- Lên các bánh xe trục phía sau, Ga2 = (Ga - Ga1) = 1052.5 [kg]
1.2.6. Chọn lốp xe
a. Bán kính thiết kế của lốp xe
Bán kính lốp xe (ro) được chọn dựa vào:
- Tốc độ lớn nhất của ô tô, vmax = 190 [km/h]
- Tải trọng tác động lên lốp xe ở một đầu trục
Phía trước, G a1/2 = 526.25 [kg]
Phía trước, G a2/2 = 526.25 [kg]
Chọn, ro = 0.4636 [m]
b. Bán kính lăn của bánh xe
Bán kính lăn của bánh xe (rbx) phụ thuộc vào ro và áp suất lốp


Ô tô có ảnh hưởng đến hệ số (λ) biến dạng của lốp,
Đối với ô tô du lịch (Du lịch, Tải, hay Khách), thường sử dụng lốp có áp suất cao, hệ
số biến dạng λ thuộc khoảng (0.945 ÷ 0.950), và chọn λ = 0.945 . Như vậy: rbx = λ*ro =
0.438102 [m]
1.2.7. Xác định A = ip*io*ic
Thay các giá trị đã có vào biểu thức:
A = (2*π*rbx*nemax)/ihn.vmax = 5.3025233

1.2.8. Chọn trục chủ động
Đối với ô tô du lịch (Du lịch, Tải, hay Khách), nên chọn trục chủ động có trọng lượng
toàn bộ Ga của xe phân bố lên trục ấy > 50%, nên chọn trục phía sau (trước, hay sau) làm
chủ động, và trọng lượng bám được tính bởi:
Gφ = Ga2 = 1052.5 [kg]
1.2.9. Hiệu suất truyền lực
Hiệu suất của hệ thống truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số và điều kiện làm việc của
ô tô, như: chế độ tải trọng, tốc độ chuyển động, chất lượng chế tạo chi tiết, độ nhớt dầu
bôi trơn, v.v…. Hiệu suất của hệ thống truyền lực (η t) có thể xác định bằng tích số hiệu
suất của các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực:
ηt = ηl.ηh.ηcd.ηo.ηc.ηx
Trong đó:
ηl
ηh
ηcd
ηo
ηc
ηx

– hiệu suất ly hợp (coi như ηl = 1);
– hiệu suất hộp số chính và hộp số phụ (nếu có);
– hiệu suất các đăng;
– hiệu suất cầu chủ động;
– hiệu suất truyền lực cuối cùng;
– hiệu suất dải xích (đối với máy kéo xích).

Thường hiệu suất của hệ thống truyền lực của ô tô du lịch, với lực truyền chính một (một
hay hai) cấp được xác định bằng thực nghiệm đã cho giá trị trung bình, ηt = 0.93.
1.3. Công suất động cơ đốt trong
1.3.1. Lực ảnh hưởng đến xe

a. Lực bám bánh xe với mặt đường
Điều kiện xe lăn bánh được trên mặt đường:
Pki ≤ Pφ
Với, Pφ = φ*Gφ, lực bám ở bánh xe chủ động, N;
φ - hệ số bám của bánh xe với mặt đường nhựa khô và sạch;
Gφ – trọng lượng bám của bánh xe với mặt đường nhựa khô và sạch, N.


Thay các giá trị vào biểu thức:
Pφ = φ*Gφ = 10296, N;
b. Lực bám bánh xe với mặt đường
Điều kiện để xe đạt vận tốc lớn nhất trên mặt đường nhựa khô và sạch đã chọn:
Pc = Pψ + Pω ≤ Pki, N
Trong đó:
Pψ - tổng lực cản mặt đường ở vmax, N;
Pω - lực cản do môi trường không khí ở vmax. N.
b.1. Tổng lực cản mặt đường ở vmax
Khi xe di chuyển, trên mặt đường sẽ chịu 2 lực cản chuyển động:
- Lực cản do độ dốc của đường: Pi = Ga.Sinα
α - độ nghiêng theo chiều dài của mặt đường
- Lực cản lăn giữa lốp xe với mặt đường: Pf = f.Ga.Cosα
với f - hệ số cản lăn của mặt đường
Gọi: Tổng lực cản của đường:
Pψ = Pf ± Pi = Ga.(f.Cosα ± Sinα) = Ga.(f ± tanα)
hay:

Pψ = Pf ± Pi = Ga.(f ± i), với i = tanα
với i - độ dốc của đường

Hệ số cản tổng cộng của mặt đường: ψ = (f ± i)

Để ô tô đạt được vận tốc lớn nhất (vmax) trong thực nghiệm, xem như lực cản tổng hợp của
mặt đường sẽ không có độ dốc (i = 0), mà chỉ có lực cản lăn, nên:
Pψ = Pf hay ψ = f
Lực cản lăn được tính theo biểu thức
Pf = fv*Ga,
Khi: v ≤ 22.2m/s (80 km/h), Pf = fo*Ga
v > 22.2m/s (80 km/h), Pf = fv*Ga
b.2. Hệ số cản do môi trường không khí
Khi di chuyển trong môi trường không khí có hệ số cản không khí (K), xe có diện tích cản
chính diện (F), vận tốc tương đối giữa xe và không khí (vo).
Biểu thức lực cản không khí được tính:
Pω = K.F.(v)^2


Ô tô có:
B - chiều rộng: 1.77 [m]
H - chiều cao: 1.447 [m]
F = 0.8*B*H = 2.049 [m2]
Đối với ô tô du lịch, vỏ kín, có:
F: thuộc khoảng (1.60 ÷ 2.80), = 2.049 [m2]
K: thuộc khoảng (0.20 ÷ 0.35), chọn = 0.2 (N*S2/m4)
Nhân tố cản không khí, W = K.F = 0.40979 [N*(S/m)2]
1.3.2. Công suất ứng với vmax
Công suất ứng với vmax được tính:
Nvmax = (1/ηt)*(ψ*Ga*vmax+W*(vmax)^3)
= (1/ηt)*(fvmax*Ga*vmax+W*(vmax)^3) = 115973 [N.m/S = J/S = W]
1.3.3. Công suất lớn nhất
Công suất lớn nhất được tính:
Nemax = Nv/(a*λ+b*(λ^2)-c*(λ^3)) = 118461
Với:

a, b, c - các hệ số thực nghiệm của ĐCĐT (bảng 1);
λ – tỷ số giữa số vòng quay nemax (ứng với công suất có vmax - Nvmax) với số vòng
quay nN (ứng với công suất công suất lớn nhất - Nemax).
1.4. Đường đặc tính của động cơ đốt trong
Đường đặc tính của động cơ đốt trong là mối liên hệ giữa công suất (N e) và mô men (Me)
với số vòng quay (ne) của ĐCĐT
- Giữa Ne với ne của ĐCĐT theo phương trình:
Ne = f(ne) = Nemax*[a*(ne/nN)+b*(ne/nN)^2-c*(ne/nN)^3]
- Giữa Me với ne của ĐCĐT theo phương trình:
Me = f(ne) = Ne/(2*Pi()*ne)
hay: Me = Nemax*[a*(ne/nN)+b*(ne/nN)^2-c*(ne/nN)^3]/(2*Pi()*ne/60)
- ne của ĐCĐT thay đổi từ nemin  nemax
Lập bảng giá trị và đồ thị:
5. Đường công cân bằng lực kéo
Đường công cân bằng lực kéo là mối liên hệ giữa lực kéo P ki ứng với từng số truyền (i),
lực bám Pφ, lực cản môi trường chuyển động Pc (Pc = Pψ + Pω) với vận tốc (vne) của ô tô.


- Giữa Pφ với vne của xe theo phương trình:
Pφ = f(vne) = φ*Gφ = 8420, [N]
- Giữa Pc với vne của xe theo phương trình:
Pc = Pψ + Pω = Pf + Pω = f(vne) = fv*Ga + K*F*(vne)^2, , [N]
- Giữa Pki với vne của xe theo phương trình:
Pki = f(vne) = (Me*ihi*A*ηt)/rb, [N]
- Giữa vne với ne của ĐCĐT theo phương trình:
vne = f(ne) = (2*π*rbx*ne)/(ihn*A)
Lập bảng giá trị và đồ thị:
6. Đường công nhân tố động lực học xe
a. Định nghĩa
Nhân tố động lực học là hiệu của lực kéo (P ki) với lực cản không khí (Pω), chia cho trọng

lượng toàn bộ (Ga) của ô tô
D = (PkI – Pω)/Ga
b. Đường công nhân tố động lực học tính toán theo điều kiện bám
Đường công nhân tố động lực học của ô tô tính theo điều kiện bám là mối liên hệ giữa
hiệu của lực bám (Pφ) với lực cản không khí (Pω), chia cho trọng lượng toàn bộ (Ga) của ô
tô với vận tốc vne của nó
Dφ = f(vne) = (Pφ – Pω)/Ga, [N]
c. Điều kiện chuyển động
Để duy trì ô tô chuyển động, nhân tố động lực học của ô tô phải thỏa mãn điều kiện:
ψ ≤ Di ≤ Dφ
d. Lập bảng giá trị và đồ thị


ĐỒ T HỊ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI
300

140000

250

120000
100000

200

80000 M
E

150


60000
100

40000

50
0

20000

0

1000

2000

3000

4000

5000

0
7000

6000

ĐỒ THỊ CÔNG CÂN BẰNG LỰC KÉO
9000
8000

7000
Pφ
Pc
Pk1
Pk2
Pk3
Pk4
Pk5

6000
5000
4000
3000
2000
1000
0

0

10

20

30

40

50

60



ĐỒ T HỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC
0.45
0.4
0.35
Dφ
D1
D2
D3
D4
D5

0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0

0

10

20

30

40


50

60