Bài tập lớn lý thuyết ô tô

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ô-TÔ
TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ô-TÔ TẢI
Đề 55: Tính toán sức kéo ô tô tải
Tải trọng toàn bộ : 54500 N
BxH :

1950x2150

Động cơ :

Điezen

nmax :

2550 v/ph

Vmax :

100 km/h

rb :

0.4 m

α:

16

ƒ:

0.02

Dùng loại lốp :

9.00-20

I . CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI
a.

Chọn động cơ

Theo đề bài cho động cơ là động cơ diezen 4 kỳ buồng cháy trực tiếp có số
vòng quay cực đại nmax = 2550 (v/ph) .

Tính công suất cần thiết của động cơ
-Khi xe chạy trên đường có hệ số cản cao nhất : Trường hợp này bánh xe phải
có momen kéo cực đại. Do ta chưa biết số vòng quay tại Memax (tức nM) và
cũng không biết được vận tốc của xe trong trường hợp này, do đó chưa xác định
được công suất động cơ. Cho nên vị trí này ta không chọn.
SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 1


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

-Khi xe chạy ở vận tốc cực đại Vmax : Trường hợp này động cơ phải có số

vòng quay cực đại. nếu ta xác định được công suất động cơ tại vị trí này ta được
1 điểm trên đường công suất. đây là cơ sở để xác định các vị trí khác trên đường
công suất.
Tại vị trí Vmax xe chạy trên đường bằng và tốt. khi đó công suất kéo(tại bánh
xe) chỉ khắc phục 2 công suất cản : công suất cản lăn Nf và công suất cản
không khí Nw.
Ta có Nf,Nw trong trường hợp này bằng:
Nƒ=GƒVmax
Nῳ=1/2CρAV3max
Trong đó :
ρ-là mật độ không khí :ρ=1,24 kg/m3;
C-là hệ số khí động của ô tô,với ô tô tải thì C=0.6-0.85
A-là diện tích chính diện của xe (m2) : xe tải A=BH
Với B-là chiều rộng cơ sở của xe; H-là chiều cao của xe.
ηt-là hiệu suất của hệ thống truyền lực: hệ thống truyền lực cơ khí :ηt=0.8-0.85
Trong trường hợp Nv tính bằng kW, Vmax tính bằng km/h ta dung công thức
sau để tính công suất cực đại
v

N =(

GfV max ρCAV 3 max 1
+
3,6.10 3
93,3.10 3
ηt

)

G-là trọng lượng toàn bộ của xe: G=54500 N

f= 0,02;Vmax= 100 km/h ; ρ=1,24 kg/m3 , C=0,7 ; ηt=0,85;
A=BxH=1,95x2,15=4,193 m2;

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 2


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

v

Thay số vào ta có: N =

(

54500.0,02.100 1,24.0,7.4,193.100 3
1
+
)
3
3
0,85
3,6.10
93,3.10

= 81,51 kw

b.Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Gọi nN là số vòng quay của động cơ ứng với công suất cực đại Nemax
v

Do ta sử dụng động cơ diezen nên ra có N =N
n

N

e max

=n

=81,51 kw

max

=2550 v/ph

Ta biết công suất tại 1 điểm đặc biệt của động cơ là Nemax-nN nên ta có thể
tính được công suất tại các điểm khác bằng công thức sau (công thức Laydecman):

e

N =N

e max

2
3
 n

 ne 
 ne  
e
 − c
 
a
+ b
 n N
 nN 
 n N  

Trong đó: Ne là công suất tại số vòng quay bất kỳ ne.
Do là động cơ diezen 4 kỳ buồng cháy trực tiếp nên:
+ a=0,5 ;b=1,5 ;c= 1
N

e max

= 81,51 kw

nN=2550 v/ph
Khi biết Ne và ne ta có thể tính ra momen xoắn trên trục động cơ Me theo công
thức :

e

M =

10 3.N e ( kw)
ωe 1s

e

( )
e

=

10 4.N e ( kw)
1,047ne ( v / ph )

e

Từ đó ta lập đươc bảng giá trị của n ; N ; M . Bảng 1:
e

n (v/p

500

SVTH: Vũ Văn Quyết

600

700

800
Page 3

1050

1400

1600

1800


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng
h)

e

12,08

15,30

18,71

22,30

31,82

45,74

53,57

61,02

e

230,75

243,55

255,28

266,24

289,44

312,05

319,78

323,78

e

2000

2100

2300

2350

2400

2550

2800

3200

e

67,85

70,96

76,42

77,60

78,71

81,51

84,25

82,60

N
(kw)
M
(Nm)

n (v/ph

)

N

(kw)

e
324,02 322,74 317,35 315,39 313,24 305,30 287,39
M
(Nm)
Từ bảng giá trị trên ta tiến hành vẽ đường đặc tính ngoài của động cơ

246,54

II. TÍNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL)
1.Chọn số cấp số truyền
Trên HTTL càng nhiều cấp số ta càng dễ chọn được vị trí làm việc thích hợp
với điều kiện đường xá, do đó ta chọn cấp số truyền là n=5.
2.Tính tỉ số truyền của các cấp số
max

-Khi xe chạy trên đường có hệ số cản cực đại (ψ
) : để xe chạy được trên
đường có hệ số cản cực đại thì bánh xe chủ động phải có momen kéo cực đại ( M
k max

). Mặt khác ta lại có :
k

e t t

M =M i η
Cho nên để có M

k max

thì HTTL phải ở vị trí có tỉ số truyền lớn nhất i

t max

Như vậy tỉ số truyền cực đại của HTTL có thể tính được từ điều kiện khắc phục lực
cản lớn nhất của đường. lúc này vận tốc xe không bị rang buộc.
-Khi xe chạy với vận tốc cực đại (V
SVTH: Vũ Văn Quyết

max

):

Page 4


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

Ta có :

V=

ωe

rb
it
t min

Cho nên để có Vmax thì HTTL phải ở vị trí tỉ số truyền nhỏ nhất (i
) . như
vậy tỉ số truyền cực tiểu của HTTL có thể tính được từ điều kiện xe chạy với vận
tốc cực đại. lúc này xe phải chạy trên đường bằng có hệ số cản nhỏ nhất.
Sau khi tính tỉ số truyền cực đại, cực tiểu và các cấp số của HTTL, ta tính tỉ số
truyền của các tay số trung gian.

a.

Tính tỉ số truyền cực đại i

t max

t max

Như đã nói ở trên, i
được tính theo điều kiện xe khắc phục sức cản lớn
nhất của đường: ta có điều kiện khắc phục lực cản lớn nhất của đường :
M e max .it max
η t ≥ Gψ max
rb

suy ra :

i

t max

≥

Gψ max rb
M e maxη t

trong đó : G- là trọng lượng toàn bộ của ô tô : G= 54500 N;
ψ

max

=f + i

max

= f + tan α

max

= 0,02 + tan

16 o

= 0,02 + 0,287 =0,307
b

Theo đề bài cho ta có r =0,4 m nên :
M

e max

là momen cực đại của động cơ, tra bảng 1 ta có M

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 5

e max

= 322,88 Nm


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

it max ≥

Thay vào ta có
Tỉ số truyền cực tiểu

Gψ max rb 54500.0,307.0,4
=
= 24,39
M e maxη t
322,88 .0,85
it min

:
it min = 0,377

Áp dụng công thức 1.11 :
ne max = 2550( v / ph ) Vmax = 100( km / h )

;

ne max ( v / ph )
rb ( m )
Vmax ( km / h )

. Thay vào ta có :

it min = 0,377

2550
0,4 = 3,85
100

Tính tỉ số truyền của các số trung gian :
Ta đã có tỉ số truyền cao nhất và thấp nhất của HTTL, bây giờ ta sẽ tính các tỉ số
truyền của các tay số trung gian.
Chọn quy luật phân bố tỉ số truyền là cấp số nhân.

Tính công bội : áp dụng công thức 3.20 :
= n −1

a

it max
24,39

=4
= 1,586
it min
3,85

>1

Sau khi có công bội a, áp dụng điều kiện 1.13,ta tính được tỉ số truyền các số như
sau:
it 5 = it min = 3,58

;
it1 = it max = 24,39

it 4 = it 5 .a = 3,85 .1,586 = 6,11
it 2 = it 3 .1,586 = 9,69.1,586 = 15,37

;
Ta tính vận tốc xe ở các tỉ số truyền :
SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 6

;

it 3 = it 4 .a = 6,11.1,586 = 9,69

;

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

Áp dụng công thức 3.27 :

V =0,377

ne
n
n
rb = 0,377 e 0,4 = 0,1508 e
it
it
it

Ta lập bảng để tính các giá trị vận tốc V. Bảng 2:

ne ( v / ph )

V

1

500

600

700

800

1050

1400

1600

1800

3,09

3,71

4,33

4,95

6,49

8,66

9,89

11,13

4,91

5,89

6,87

7,85

10,30

13,74

15,7

17,66

7,78

9,34

10,89

12,45

16,34

21,79

24,9

28,01

12,34

14,81

17,28

19,74

25,91

34,55

39,49

44,43

21,06

25,27

29,49

33,7

44,23

58,97

67,4

75,82

( km / h )

V

2

( km / h )

V

3

( km / h )

V

4

( km / h )

V

5

( km / h )

ne ( v / ph )

V
V

1

2

2000

2100

2300

2350

2400

2550

( km / h )

12,36

12,98

14,22

14,53

14,84

15,77

( km / h)

19,62

20,6

22,57

23,06

23,55

25,02

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 7


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

V
V
V

3

( km / h)

31,12

32,68

35,79

36,57

37,35

39,68

4

( km / h)

49,36

51,83

56,77

58

59,23

62,94

5

( km / h)

84,25

88,46

96,88

98,99

101,09

107,41

III. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Để xây dựng đồ thị cân bằng công suất cho xe ta phải đi xác định các công suất sau
đây :
+Công suất động cơ Ne : Lấy số liệu trong bảng 1
t

+Công suất kéo Nk : Nk=η Ne trong đó
chọn trong phần I)
Nf =

+Công suất cản lăn : Dùng công thức

ηt

là hiệu suất truyền lực :

GfV cos α
3,6

trong đó α=

η t = 0,85

( đã

16 o

Nhìn vào công thức tính công suất cản lăn ta thấy đường công suất cản lăn theo
vận tốc xe là một đường thẳng (tuyến tính) do vậy ta chỉ cần tính 2 điểm là đủ:
Điểm thứ nhất là gốc tọa độ (V=0)
Điểm thứ hai lấy tại vị trí V
Nf2 =

max

ta có:

GfVmax cos α 54500.0,02.107,41. cos16 o
=
= 31262w = 31,26kw
3,6
3,6

+Công suất cản không khí : sử dụng công thức sau với

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 8

Nw

tính bằng kw ta có :


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

Nw =

ρCAV 3 1,24.0,7.4,193.V 3
=
= 0,000039V 3
3
3
93,3.10
93,3.10

Từ đó ta có thể lập bảng các giá trị công suất như sau ( bảng 3) :
ne

500

600

700

800

1050

1400

1600

1800

e

12,08

15,3

18,71

22,3

31,82

45,74

53,57

61,02

k

10,27

13,01

15,9

18,96

27,05

38,88

45,53

51,87

1

3,09

3,71

4,33

4,95

6,49

8,66

9,89

11,13

2

4,91

5,89

6,87

7,85

10,30

13,74

15,7

17,66

3

7,78

9,34

10,89

12,45

16,34

21,79

24,9

28,01

4

12,34

14,81

17,28

19,74

25,91

34,55

39,49

44,43

5

21,06

25,27

29,49

33,7

44,23

58,97

67,4

75,82

0,36

0,63

1,0

1,49

3,37

8,0

11,94

17,0

(v/ph

)
N
(kw)
N
(kw)
V (km/
h)
V (km
/h)
V (km/
h)
V (km
/h)
V (km/
h)
f

N (kw
)
w

N (kw
)

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 9


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

ne

2000

2100

2300

2350

2400

2550

2800

3200

e

67,85

70,96

76,42

77,6

78,71

81,51

84,25

82,6

k

57,67

60,32

64,96

65,96

66,9

69,28

71,61

70,21

1

12,36

12,98

14,22

14,53

14,84

15,77

2

19,62

20,6

22,57

23,06

23,55

25,02

3

31,12

32,68

35,79

36,57

37,35

39,68

4

49,36

51,83

56,77

58

59,23

62,94

5

84,25

88,46

96,88

98,99

101,09

107,41

(v/ph

)
N
(kw)
N (kw
)
V (km/
h)
V (km
/h)
V (km/
h)
V (km
/h)
V (km/
h)

31,26

f

N (kw
)
w

N (kw
)

23,32

SVTH: Vũ Văn Quyết

27,0

35,46

37,83

Page 10

40,29

48,33


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

Từ số liệu của bảng 3 ta có thể vẽ được đồ thị cân bằng công suất.

IV. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO CHO Ô TÔ
Để xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo cho ô tô từ các số liệu đã tính ở trên ta phải
xác định các lực sau:
Lực kéo : Áp dụng công thức ta có lực kéo tại các tay số :
Pki =

M e itiη t
rb

b

Với r =0,4 và các giá trị tỉ số truyền tại các tay số lấy kết quả ở phần II ta tính
được :

Pk1 = 51,83 M e

Pk 2 = 32,66 M e

;
Pk 4 = 12,98M e

Pk 3 = 20,59 M e

;
Pk 5 = 8,18M e

;
f

= Gf = 54500.0,02 = 1090 N

Lực cản lăn : áp dụng công thức ta có P
Lực cản không khí : áp dụng công thức ta có
Pw =

1
1
ρCFkV 2 =
1,24.0,7.4,19.V 2 = 0,1403V 2
25,92
25,92

Các số liệu tính toán được thể hiện trong bảng 4 :
M

e

(Nm)

V1 (km / h)

P

k1

(N )

230,75

243,55

255,28

266,24

289,44

312,05

319,78

323,78

3,09

3,71

4,33

4,95

6,49

8,66

9,89

11,13

11960

12623

13231

13799

15002

16174

16574

16782

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 11


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

P

w1

(N )

1

2

3

4

6

11

14

17

V2 (km / h)

4,91

5,89

6,87

7,85

10,30

13,74

15,7

17,66

k2

(N )

7536

7954

8337

8695

9453

10192

10444

10755

w2

(N )

3

5

7

9

15

26

35

44

V3 ( km / h)

7,78

9,34

10,89

12,45

16,34

21,79

24,9

28,01

Pk 3 ( N )

4751

5015

5256

5482

5960

6425

6584

6667

Pw3 ( N )

9

12

17

22

37

67

87

110

V4 ( km / h)

12,34

14,81

17,28

19,74

25,91

34,55

39,49

44,43

Pk 4 ( N )

2995

3161

3314

3456

3757

4050

4151

4203

Pw 4 ( N )

21

31

42

55

94

167

219

277

V5 ( km / h)

21,06

25,27

29,49

33,7

44,23

58,97

67,4

75,82

Pk 5 ( N )

1888

1992

2088

2178

2368

2553

2616

2649

Pw5 ( N )

62

90

122

159

274

488

637

807

P
P

(Nm)

324,02

322,74

317,35

315,39

313,24

305,30

V1 (km / h)

12,36

12,98

14,22

14,53

14,84

15,77

(N )

16794

16728

16448

16347

16235

15824

(N )

21

24

28

30

31

35

V2 (km / h)

19,62

20,6

22,57

23,06

23,55

25,02

(N )

10582

10541

10365

10301

10230

9971

M

P
P

P

e

k1

w1

k2

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 12


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

54

60

71

75

79

88

V3 ( km / h)

31,12

32,68

35,79

36,57

37,35

39,68

Pk 3 ( N )

6672

6645

6534

6494

6450

6286

Pw3 ( N )

136

150

180

188

196

221

V4 ( km / h)

49,36

51,83

56,77

58

59,23

62,94

Pk 4 ( N )

4206

4189

4119

4094

4066

3963

Pw 4 ( N )

342

377

452

472

492

556

V5 ( km / h)

84,25

88,46

96,88

98,99

101,09

107,41

Pk 5 ( N )

2650

2640

2596

2580

2562

2497

Pw5 ( N )

996

1098

1317

1375

1434

1619

P

w2

(N )

Từ số liệu đó ta có thể dựng được đồ thị cân bằng lực kéo cho ô tô
V. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC CHO Ô TÔ
Pk − Pw
G

Sử dụng công thức D =
và lấy kết quả các số liệu
4,ta có bảng kết quả sau : (bảng 5)

V1 (km / h)

D1
V2 ( km / h)

D2

Pk , Pw

đã được tính ở bảng

3,09

3,71

4,33

4,95

6,49

8,66

9,89

11,13

0,219

0,232

0,243

0,253

0,275

0,297

0,304

0,308

4,91

5,89

6,87

7,85

10,30

13,74

15,7

17,66

0,138

0,146

0,153

0,159

0,173

0,187

0,191

0,197

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 13


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng
V3 ( km / h)
D3

V4 ( km / h)
D4
V5 (km / h)
D5

7,78

9,34

10,89

12,45

16,34

21,79

24,9

28,01

0,087

0,092

0,096

0,1

0,109

0,117

0,119

0,120

12,34

14,81

17,28

19,74

25,91

34,55

39,49

44,43

0,055

0,057

0,060

0,062

0,067

0,071

0,072

0,072

21,06

25,27

29,49

33,7

44,23

58,97

67,4

75,82

0,034

0,035

0,036

0,037

0,038

0,038

0,036

0,034

V1 (km / h)
D1

V2 ( km / h)
D2
V3 ( km / h)

D3

V4 ( km / h)
D4
V5 (km / h)
D5

12,36

12,98

14,22

14,53

14,84

15,77

0,308

0,306

0,301

0,299

0,297

0,290

19,62

20,6

22,57

23,06

23,55

25,02

0,193

0,192

0,189

0,188

0,186

0,181

31,12

32,68

35,79

36,57

37,35

39,68

0,120

0,119

0,117

0,116

0,115

0,111

49,36

51,83

56,77

58

59,23

62,94

0,071

0,070

0,067

0,066

0,066

0,063

84,25

88,46

96,88

98,99

101,09

107,41

0,030

0,028

0,023

0,022

0,021

0,020

Xây dựng đồ thị tia :
a

0%

20%

40%

60%

80%

Gx(N)
tgα
α
SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 14

100%

120%

140%

160%


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng

Từ kết quả ởbảng 5 và 6 ta có thể vẽ được đồ thị nhân tố động lực học với các tải
trọng khác nhau của ô tô
VI. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ GIA TỐC CHO Ô TÔ
Từ các số liệu cần thiết tính trong các bảng 1,2,3,4,5,6 ta đi tính các δ

i

δ i1 = 1,05 + 0,0015.it1 = 1,05 + 0,0015.24,39 2 = 1,94
2

δ i 2 = 1,05 + 0,0015.15,37 2 = 1,4

δ i 3 = 1,05 + 0,0015.9,69 2 = 1,19
δ i 4 = 1,05 + 0,0015.6,112 = 1,12

δ i 5 = 1,05 + 0,0015.3,85 2 = 1,07

D− f =

Và sử dụng công thức
δi

jδ i
g

thay các giá trị của D từ bảng 5 và các giá trị

vừa tính được ta tính được các giá trị j. sau đó ta lập bảng sau : ( bảng 7)

V1 (km / h)

3,09

3,71

4,33

4,95

6,49

8,66

9,89

11,13

D1 − f

0,199

0,212

0,223

0,233

0,255

0,277

0,284

0,288

J1

1,005

1,071

1,126

1,177

1,288

1,399

1,435

1,455

V2 (km / h)

4,91

5,89

6,87

7,85

10,30

13,74

15,7

17,66

D2 − f

0,118

0,126

0,133

0,139

0,153

0,167

0,171

0,177

V3 ( km / h)

7,78

9,34

10,89

12,45

16,34

21,79

24,9

28,01

D3 − f

0,067

0,072

0,076

0,080

0,089

0,097

0,099

0,10

J2

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 15


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng
J3

V4 (km / h)

12,34

14,81

17,28

19,74

25,91

34,55

39,49

44,43

D4 − f

0,035

0,037

0,040

0,042

0,047

0,051

0,052

0,052

V5 ( km / h)

21,06

25,27

29,49

33,7

44,23

58,97

67,4

75,82

D5 − f

0,014

0,015

0,016

0,017

0,018

0,018

0,016

0,014

J4

J5

V1 (km / h)

12,36

12,98

14,22

14,53

14,84

15,77

D1 − f

0,288

0,286

0,281

0,279

0,277

0,270

J1

1,455

1,445

1,419

1,409

1,399

1,364

V2 (km / h)

19,62

20,6

22,57

23,06

23,55

25,02

D2 − f

0,173

0,172

0,169

0,168

0,166

0,161

V3 ( km / h)

31,12

32,68

35,79

36,57

37,35

39,68

D3 − f

0,10

0,099

0,097

0,096

0,095

0,091

V4 (km / h)

49,36

51,83

56,77

58

59,23

62,94

D4 − f

0,051

0,050

0,047

0,046

0,046

0,043

84,25

88,46

96,88

98,99

101,09

107,41

J2

J3

J4
V5 ( km / h)

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 16


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn ô-Tô và Xe chuyên dụng
D5 − f

0,010

0,008

0,003

0,002

J5

Từ kết quả bảng 7 ta có thể vẽ được đồ thị gia tốc ô tô

SVTH: Vũ Văn Quyết

Page 17

0,001

0,000