thiết kế và tính toán ô tô khách

Thiết kế môn học động cơ đốt trong
Mục lục
Giới thiệu đề tài:..............................................................................4
Phần i: thiết kế tuyến hình........................................................5
1.1. Lựa chọn các kích thớc cơ bản của ô tô.........................................5
1.2. Bố trí động cơ và hệ thông truyền lực.............................................5
1.3. Lựa chọn dạng tuyến hình và bố trí chung trên ô tô......................5
1.4. Xác định trọng lợng và phân bố trọng lợng....................................6
1.5. Chọn lốp...........................................................................................8
Phần ii: tính toán động lực học kéo của ô tô...............10
2.1. Chọn động cơ...................................................................................10
2.2. Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0................................11
2.3. Xác định tỷ số truyền của các tay số của hộp số và hộp số phụ....12
2.4. Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lợng kéo của ô tô ..................14
phần iii: tính toán ổn định chuyển động..........................20
3.1. Xác định trọng tâm của ô tô............................................................20
3.2. Kiểm tra ổn định dọc.......................................................................21
3.3. Kiểm tra ổn định ngang...................................................................22
tài liệu tham khảo.........................................................................24

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

2


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
Giới thiệu đề tài
Thiết kế và tính toán ô tô khách A3-3201 (4x4).
-Loại ô tô: ô tô chở khách.
-Số hành khách chuyên chở : n =40
-Hệ số cản tổng cộng cực đại của mặt đờng max= 0,32

-Tốc độ cực đại của ô tô cần thiết kế : vmax=80 km/h
-Loại đờng: đờng nhựa khô và sạch, đờng bằng f = 0,018, = 0,8
- Loại động cơ: vì xe phải đón trả khách nhiều lần nên cần có khả năng tăng
tốc lớn. Vì vậy dùng động cơ xăng sẽ phù hợp hơn động cơ diesel.
-Loại hệ thống truyền lực: cơ khí
-Trọng lợng bản thân: G0= 7100 (Kg)
-Hệ số cản của không khí K= 0,4 (NS2/m2)
-Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ ứng với công suất lớn nhất:
n=3200(v/p)
-Hiệu suất cơ khí của hệ thống truyên lực:
=0,93

Phần i: thiết kế tuyến hình

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

3


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
1.1 Lựa chọn các kích thớc cơ bản của ô tô.
- Kích thớc bao ngoài: L0 x B0 x H0 = 8100 x 2500 x 3400 (mm).
- Chiều dài cơ sở: L = 400 (mm).
- Chiều dài đầu và đuôi xe:
+ Chiều dài đầu xe L1 = 2500(mm).
+ Chiều dài đuôi xe:
L2 =L0 - (L1 + L) =8100 -(2500 +4000) = 1600(mm)
- Tâm vết bánh xe trớc và sau:
B1 = 1800 (mm)
B2 = 1700(mm)

- Các góc vát:
+ Góc vát trớc: 1 = 13o
+ Góc vát sau: 1 = 12o
1.2 Bố trí động cơ và hệ thống truyền lực.
a. Bố trí động cơ.
với mục đích: tăng hệ số sử dụng chiều dài, vị trí ngồi của ngời lái thuận
tiện, rộng rãi, khoang hành khách đợc cách nhiệt tốt và cách ly đợc tiếng ồn, kết cấu
truyền lực gọn. Ta bố trí động cơ ở phía sau.
Động cơ xăng 4 kỳ gồm 8 xilanh bố trí chữ V, 4 tay số.
b. Bố trí hệ thống truyền lực:
Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực (kiểu 4 x 4) (Hình 1.2)
Hiệu suất của hệ thống truyền lực: t =0,93
1.3 Lựa chọn dạng tuyến hình và bố trí chung trên ô tô.
- Dạng tuyến hình đợc thể hiện trên bản vẽ (hình 1).
- Bố trí chung:
Ngời lái : Đầu xe bên trái.
Số ghế ngồi đợc đánh số nh hình vẽ ( 40 chỗ).
Có một cửa lên xuống.

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

4


Thiết kế môn học động cơ đốt trong

P

HS

1

2
1 - Khoá vi sai
2 - Vi sai

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực (kiểu 4 x 4).
1.4 Xác định trọng lợng và phân bố trọng lợng:
- Trọng lợng toàn bộ của ô tô đợc xác định theo công thức:
G = G0 + (nh+p)Gh + Ghl )
Trong đó : G0 là trọng lợng bản thân ô tô
Gh là trọng lợng của một hành khách.
Ghl là trọng lợng hành lý.
nh là số lợng hành khách.
P=1 là số nhân viên phụ xe.
Ta có dựa trên xe mẫu :

G0 = 7000(KG)
Gh = 55(KG)
Ghl = 25 (KG)

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

5

n =40


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
Vậy G = 7000+ 55.(40+1) + 100=10000(KG)

1.6. Sự phân bố trọng lợng lên các cầu.
Theo xe mẫu :
+Trọng lợng phân bố lên cầu truớc và sau là:
Z01 = 2336 KG
Z02 = 4664 kG
Z01 = G0 Z02 = 4800 2700 =2100 (KG)
+ Phân bố trọng lợng khi có tải:
Biểu diễn sơ đồ lực tác dụng do riêng hành khách, ngời lái, phụ xe và hàng hoá
tác dụng lên xe nh sau:
Với : GHK = G-G0 = 7160 4800 = 2360 (KG)

3000

GKH
O2
ZK2

L =3700
L2 =7200
Ta có M01 = 0
ZK2 .3700 gHK .3000 =0
ZK2 .3700-2360.3000 = 0
ZK2 = 1914 (Kg)
Do đó ta có:
ZK1 = GHK ZK2 =2360-1914 =446 (KG)
Từ đó ta tính đợc:
Z1 =Z01 +ZK1 =2100 +446 =2546 (KG)
Z2 =Z02 +ZK2 = 2700+1914 =4614 (KG)

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

6

O1
ZK1
L1 =1200


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
1.5 Chọn lốp.
- Tải trọng tác dụng lên bánh trớc:

G1 Z1 2546
=
=
= 1173( KG )
2
2
2
-Tải trọng tác dụng lên bánh sau:

G2 Z 2 4614
=
=
= 1153,5( KG )
4
4
4
Tuy nhiên trong thực tế trọng lợng tác dụng lên mỗi lốp sau lớn hơn so với
lốp trớc, vì vậy ta chọn lốp sau để bố trí cho toàn bộ ô tô.

Chọn áp suất không khí trong lốp là 4 (KG/cm3).
Đây là loại lốp có áp suất thấp nên ký hiệu nh sau:
B-d = 8,25-20
Với :

B là bề rộng của lốp (insơ)
D là đờng kính của vành bánh xe (insơ)

+Ta có bán kính thiết kế của bánh xe là:

d
r0 = ( B ) ì 25,4(mm)
2
20
r0 = (8,25 ) ì 25,4 = 463,55(mm)
2
+ Bán kính trung bình làm việc của bánh xe:
rb = ì r0
là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
chọn =0,932 ta đợc:
rb = 0,932 ì 463,55 = 432 (mm).

phần ii: tính toán động lực học kéo của ô tô

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

7


Thiết kế môn học động cơ đốt trong

2.1 Chọn động cơ.
- động cơ xăng 4 kỳ, gồm 8 xilanh, bố trí chữ V.
- xác định công xuất cực đại của động cơ:
+ Công xuất của động cơ khi chạy với vận tốc lớn nhất:

N ev =
ta có:

1
3
(
.G.vmax + K .F .vmax
)(w)
t

t = 0,93
= 0,025 0,035 , chọn = 0,035

N ev =

1
200
200 3
+ 2,5.(
)
0,035.7160.
0,93
9
9

Nev = 35488 (w)

N ev =

35488
= 48,2(ml )
736

+ Công suất cực đại của động cơ:

N e max =

N ev
a + b2 c3

a,b,c: hệ số thực nghiệm, a = b = c = 1

=

ne max
nN

chọn =1,2 ; nN = 3200(vòng/phút)
=> nemax = .nN =1,2 x 3200 = 3840 (vòng /phút)
vậy

N e max =

48,2
= 53( ml )

1,2 + 1,2 2 1,23

- Xây dựng đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ:
2
n


n
n
N e = N e max a e + b e c e
n N
nN
nN

với a = b = c =1 ta có:

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

8





3

Thiết kế môn học động cơ đốt trong
2
3
n
ne ne
e

(ml )
N e = N e max
+
n N n N n N

10 4 ì N e
Me =
1,047ne

Trong đó: Ne tính bằng KW

10 4 ì N e ì 0,736
N
= 703 e ( KG.m)
=> M e =
1,047 ne
ne
Trong đó Ne tính bằng mã lực (ml)
Ta có bảng sau:
ne
vòng/phút

700

1500

2200

3200

3840

0,22

0,47

0,69

1

1,2

0,05

0,22

0,47

1

1,44

0,01

0,10

0,33

1

1,73

Ne (ml)

13,8

31,27

43,99

53

48,23

Ne
ne

0,019

0,02

0,019

0,016

0,012

13,84

14,66

14,06

11,64

8,83

ne
nN
ne

nN





ne

nN

2

3

Me (KG.m)

Ta dựng đợc đồ thị nh hình 1
2.2 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0

i0 =

2rb ne max
60ihn i pc v max

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

9


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
Ta có: rb = 0,432 (m)
nemax = 3840 (vòng/phút)
ihn là tỷ số truyền của hộp ở số truyền cao nhất
ihn = 1 (truyền thẳng)
ipc là tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối
chọn ipc = 1,15
vmax = 80 (km/h) =200/9 (m/s)

Vậy

i0 =

2 ì 0,432 ì 3840 ì 9
= 6,8
60 ì1ì1,15 ì 200

2.3 Xác định tỷ số truyền của các tay số của hộp số và của hộp số phụ.
Tỷ số truyền ở tay truyền số 1:
+ Điều kiện 1: ô tô phải khắc phục đợc lực cản tổng cộng lớn nhất của mặt đờng:
PKmax max.G + W.v2
Khi ô tô chuyển động ở số 1 thì v << nên bỏ qua lực cản của không khí.
Nh vậy:
PK max max. G

=>

M e max i0ih1i pct
rb

ih1

max .G

max .G.rb
M e max .i0 .i pc .t

Ta có : max =0,32
G =7160 (KG)

rb = 0,432 (m)
Memax =14,66 (KG)
i0 = 6,8
ipc =1,15
=0,93

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

10


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
0,32.7160.0,432

ih1 14,66.6,8.1,15.0,93 = 9,28

Vậy

Điều kiện 2: lực kéo tiếp tuyến lớn nhất PKmax bị giới hạn bởi điều kiện bám:
PKmax m.G.

M e max .i0ih1i pct
rb
Hay



ih1

m.G .

m.G ..rb
M e max .i0 .i pc .t

G là tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động. Đây là ô tô có 2
cầu chủ động nên G =G =7160 (KG).
là hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đờng, chọn =0,8
m là hệ số phân bố tải trọng động, m =1

7160.0,8.0,432
= 16,58
14,66.6,8.1,15.0,93

do đó

ih1

Vậy

9,28 ih1 16,58

Chọn ih1 = 9,3
- tính tỉ số truyền của các tay số trung gian:
ta thiết kế hộp số theo cấp số nhân, do đó tỉ số truyền của tay số thứ k đợc xác
định theo công thức:

ihk = n 1 ih1
Do đó

( nk )

,với n là số tay số.

ih 2 = 3 ih21 = 3 9,32 = 4,42

ih 3 = 3 ih22 = 3 4,42 2 = 2,69
ih4 =1 (tay số truyền thẳng).
- Xác định tỷ số truyền của số lùi:
iL =(1,2 ữ1,3)ih1
Chọn iL = 1,2 ; ih1 =1,2.6,55 = 7,86

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

11


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
- Xác định tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối.
+ Tỷ số truyền cao: ipc =1,15
+ Tỷ số truyền thấp:

i pt =

.G.rb

M e maxi0 .ih1.t

i pt =

0,8.7160.0,432

= 2,87
14,66.6,8.9,3.0,93

2.4 Xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lợng kéo của ô tô.
-Đồ thị cân bằng công suất:
Phơng trình cân bằng công suất có dạng:
NK = N f + N w + N i + N j
Khi ô tô chuyển động không có gia tốc thì:
NK = N + N
Ne.t = N + N
+Dựng đồ thị NK= Ne.t theo v:
Ta có:

v=

2 .e .rb

2 .0,432 t
=
ì = 0,0058. t (m / s)
60.i0 .i pc .ihi 60.6,8.1,15 ihi
ihi

Ta có bảng số liệu sau:
e(v/p)
V1(m/s)
V2(m/s)
V3(m/s)
V4(m/s)
NK(ml)

700
0,44
0,92
1,51
4,06
12,82

1500
0,94
1,97
3,23
8,7
29,08

2200
1,57
2,89
5,57
12,76
40,91

3200
2
4,2
8,1
18,56
49,29

3840

2,4
5,04
9,73
22,22
44,85

ứng với 4 tay số ta dựng đợc 4 đờng NK1, NK2, NK3 và NK4 theo v (hình 2)
+ Dựng đồ thị công suất cản:
N + N =
N + N =

1
(
.G.v + Ư Wv 3 )( w)
t

(

)

1
0,018.7160.v + 2,5.v 3 ( w)
0,93

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

12


Thiết kế môn học động cơ đốt trong

(

)

N + N =

1
128,88.v + 2,5v 3 ( w)
0,93

N + N =

1
128,88.v + 2,5v 3 (ml )
684,48

(

)

Chọn một số giá trị của v ta lập đợc bảng số liệu sau:
V (m/s)
N + N (ml)

0,44
0,16

1,97
0,75

5,57
2,67

12,76
12,26

22,22
44,85

Ta có : N.v = 22,22 (m/s) = 8,14 (ml)
Ta dựng đồ thị N và N + N nh hình 2.
-Đồ thị cân bằng lực kéo:
Khi ô tô chuyển động không có gia tốc, phơng trình cân bằng lực kéo có dạng:
PK = P + P
+Ta có:
PKi =

M e .i0 .ihi .i pi .t
rb

=

6,8 ì 0,93
ì M e .ihi .i pi
0,432

PKi =14,64.Me.ihi.ipi (N)
ở tay số 1 ta chọn ipi = ipt =2,86
ở các tay số còn lại ta chọn: ipi = ipt =1,15

Ta lập đợc bảng số liệu sau:
e (v/p)
Me (KG.m)
V1(m/s)
PK1(KN)
V2(m/s)
PK2 (KN)
V3(m/s)
PK3(KN)
V4(m/s)
PK4(KN)

700
13,84
0,44
54,08
0,92
10,3
1,51
6,27
4,06
2,33

1500
14,66
0,94
57,39
1,97
10,9
3,23

6,64
8,7
2,47

2200
14,06
1,37
54,94
2,89
10,46
5,57
6,47
12,76
2,37

+Dựng đồ thị lực cản:

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

13

3200
11,64
2
45,58
4,2
8,66
8,1
5,27
18,56

1,96

3840
8,83
2,4
34,5
5,04
6,57
9,73
4
22,22
1,49


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
P + P = .G +Wv2
P + P = 0,035.7160 +2,5.v2
P + P = 250,6 +2,5v2
Chọn một số giá trị của v ta lập đợc bảng số liệu sau:
V (m/s)
P + P (KN)

0,44
0,25

1,97
0,26

5,57
0,33

12,76
0,66

22,22
1,49

P =0.25
Ta dựng đợc đồ thị P và P + P
- Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học D:
Ta có phơng trình:

PK P Pf + Pi + Pj
=
G
G

D=

Khi ô tô chuyển động không có gia tốc:

D=
Hay

PK P P
=
=
G
G

1/G (PK W.v2) =

Ta lập đợc bảng số liệu sau:
700
1500
e (v/p)
V1(m/s)
0,44
0,94
D1
0,76
0,8
V2(m/s)
0,92
1,97
D2
0,14
0,16
V3(m/s)
1,51
3,23
D3
0,08
009
V4(m/s)
4,06
8,7
D4
0,03
0,04

Ta dựng đợc đồ thị D nh hình 4.

2200
1,37
0,78
2,89
0,15
5,57
0,08
12,76
0,03

Tính theo điều kiện bám ta có:

D =
D =

P P
G
mG Wv 2
G

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

14

3200
2
0,63
4,2

0,12
8,1
0,08
18,56
0,02

3840
2,4
0,48
5,04
00,1
9,73
0,05
22,22
0,018


Thiết kế môn học động cơ đốt trong

1 ì 08 ì 7160 2,5 ì v 2
D =
71600
57280 2,5v 2
D =
71600
Chọn một số giá trị của v ta lập đợc bảng số liệu sau:
V (m/s)
0,44
1,97
0,8

0,8
D
Ta dựng đợc D nh hình 4 bản vẽ.

5,57
0,79

12,76
0,75

22,22
0,65

- Xác định gia tốc, quãng đờng và thời gian tăng tốc:
+ Xác định gia tốc:

Di
.g ( m / s 2 )
ji

j=

Khi ô tô chuyển động trên đờng bằng:

j=
Với

Di f
.g ( m / s 2 )
ji

g = 9,81 m/s2
max = f + imax f = 0,018

=>

max =0,32

ji = 1,05 + 0,05.i2hi là hệ số tính đến ảnh hởng của các khối lợng vận
động quay.
Với tay số 1: j1 =5,37
Với tay số 2: j2 = 2,03
Với tay số 3: j3 = 1,41
Với tay số 4: j4 = 1,1
Ta có bảng số liệu sau:
e (v/p)
V1 (m/s)
j1 (m/s2)
V2(m/s)
J2 (m/s2)

700
0,44
2,18
0,92
1,43

1500
0,94
2,4

1,97
1,55

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

2200
1,37
2,34
2,89
1,51
15

3200
2
1,88
4,2
1,21

3840
2,4
1,42
5,04
0,91


Thiết kế môn học động cơ đốt trong
V3(m/s)
J3 (m/s2)
V4(m/s)
J4 (m/s2)

1,51
0,89
4,06
0,46

3,23
1,05
8,7
0,55

5,57
0,97
12,76
0,46

8,1
0,73
18,56
0,18

9,73
0,57
22,22
0

2200
1,37
0,43
2,89

0,66
5,57
1,03
12,76
2,17

3200
2
0,53
4,2
0,83
8,1
1,24
18,56
5,6

3648
2,4
0,7
5,04
1,1
9,73
1,75
22,22
16,7

Ta xây dựng đồ thị gia tốc nh hình 5.
+ Xác định thời gian tăng tốc:
Ta có:

j=

dv
1
dt = dv
dt
j

Khi tăng tốc từ v1 đến v2 :
Dựng đồ thị 1/j:

v2

1
t = dv ( s )
j
v1

Ta có bảng số liệu sau:
e (v/p)
V1(m/s)
1/j1 (s2/m)
V2(m/s)
1/j2 (s2/m)
V3(m/s)
1/j3 (s2/m)
V4(m/s)
1/j4 (s2/m)

700

0,44
0,46
0,92
0,7
1,51
1,12
4,06
2,17

1500
0,94
0,42
1,97
0,65
3,23
0,95
8,7
1,82

Ta có bảng giá trị thời gian tăng tốc nh sau:
v(m/s)
0,62
2,49
6,82
t(s)
0
0,8
3,2
Ta dựng đợc đồ thị 1/j nh hình 6 bản vẽ.

12,76
7,4

18,56
25

21,15
59,6

Từ đồ thị 1/j ta dùng phơng pháp tích phân đồ thị và dựng đợc đồ thị thời gian
tăng tốc t nh hình 7 bản vẽ.
+Xác định quãng đờng tăng tốc:
Ta có:

ds = vdt

Quãng đờng tăng tốc của ô tô từ v1 đến v2 là:
v2

S=

vdt

v1

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

16

Thiết kế môn học động cơ đốt trong
Dùng phơng pháp tích phân đồ thị ta dựng đợc đồ thị quãng đờng tăng tốc S theo
v nh hình 8 - bản vẽ.
Ta có bảng số liệu quãng đờng tăng tốc nh sau:
v(m/s)
t(s)

0,62
0

2,49
0,8

6,82
3,2

SV thực hiện: Nguyễn Đình Hải

17

12,76
7,4

18,56
25

21,15
59,6