btl lý thuyết ô tô Nguyên cứu và tính toán các thông số trên toyota vios 1.5E MT

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

BÀI TẬP LỚN
MƠN : Lý Thút ơ tơ
Tên chủ đề : Ngun cứu và tính tốn các thơng
số trên toyota vios 1.5E MT
GVHD:
Hà Nội,......../......../.........


2

Lời mở đầu
Trong thời đại đất nước đang trên con đường Cơng nghiệp hóa - Hiên đại
hóa, từng bước phát triển đất nước. Trong xu thế của thời đại khoa học kỹ thuật
của thế giới ngày một phát triển cao. Để hịa chung với sự phát triển đó đất nước
ta đã có chủ trương phát triển một số ngành mũi nhọn, trong đó có ngành cơ khí
Động Lực. Để thực hiện được chủ trương đó địi hỏi đất nước cần phải có đội
ngũ cán bộ, cơng nhân kỹ thuật có trình độ, tay nghề cao.
Nắm bắt điều đó trường Đại học Công Nghiệp hà Nội không ngừng phát
triển và nâng cao chất lượng đào tạo đội ngũ cán bộ, công nhân có tay nghề và
trình độ cao mà cịn đào tạo với số lượng đông đảo
Khi đang là một sinh viên trong trường chúng em được thực hiện một bài
tập lớn “Nghiên cứu động lực học tổng qt, tính tốn và xây dựng đồ thị cân
bằng công xuất , dồ thị cân bằng lực kéo , đồ thị đặc tính động lực học , đồ thị
đặc tính tăng tốc” . Đây là một điều kiện rất tốt cho chúng em có cơ hội xâu
chuỗi kiến thức mà chúng em đã được học tại trường, bước đầu đi sát vào thực

tế, làm quen với cơng viêc tính tốn thiết kế ơ tơ.
Trong q trình tính tốn chúng em đã được sự quan tâm chỉ dẫn, sự giúp
đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn bộ môn. Tuy vậy nhưng không thể tránh
khỏi những hạn chế, thiếu sót trong qua trình tính tốn.
Để hồn thành tốt, khắc phục những hạn chế và thiếu sót chúng em rất
mong được sự đóng góp ý kiến, sự giúp đỡ của Thầy và các bạn để sau này ra
trường bắt tay vào cơng việc, q trình cơng tác chúng em được hồn thành
cơng việc một cách tốt nhất.


3

Chương 1: Chọn thơng số ban đầu và phương
pháp tính
1.1.xác định các kích thước cơ bản của xe
+ Xe toyota vios 1.5E MT
+ Loại động cơ : 2NR-FE(1.5L)
+ Các kích thước và thơng số cơ bản
STT

Thơng số

1

Kích thước

Đơn vị

Chiều dài toàn bộ

4425

Mm

2

Chiều rộng toàn bộ

1730

Mm

3

Chiều cao toàn bộ

1475

Mm

4

Chiều dài cơ sở

2550

Mm

5

1475

Mm

1460

Mm

133

Mm

8

Chiều rộng cơ sở
trước
Chiều rộng cơ sở
sau
Khoảng sáng gầm
xe
Góc thốt trước

N

Độ/degree

9

Góc thốt sau

A

Độ/degree

10

Vận tốc tối đa

180

Km/h

11

Cơng suất cực đại

(79)107/6000

Vịng/phút

12

Momen xoắn cực
đại
Dung tích bình
nhiên liệu
Thơng số lốp

140/4200

Nm/vịng/ph
út
L

Trọng lượng khơng
tải

1075

6
7

13
14
15

Ký hiệu

42
185/60R15

Kg


4

1.2 các thông số thiết kế ,thông số chọn và tính chọn:
+ Loại động cơ : Động cơ xăng 2NR-FE (1.5L)
+ Dung tích cơng tác :1496 cc
+ Cơng suất tối đa: (79)107/600 ((KW) HP/ vịng/phút)

+ Mơmen xoắn tối đa:

140/4200

+ Vận tốc lớn nhất:

=180 km/h = 50m/s

+ Hệ thống truyền lực :
Hệ thống truyền động

Dẫn động cầu
trước/FWD

Hộp số

Số sàn 5 cấp/5MT

Hệ thống treo

Hệ thống lái

Trước
Sau

Độc lập
Macpherson/Macpherson
strut
Dầm xoắn/Torsion beam

Trợ lực lái

Điện/Electric

Hệ thống tay lái tỉ số
truyền biến thiên
(VGRS)

Khơng có/Without

B,Thơng số chọn:
+Trọng lượng bản thân:

1918 kg

+Trọng lượng hành khách: 60 kg/người
+Trọng lượng hành lí:

30 kg/người

+Hiệu suất truyền lực:

η_tl=0,9

+Hệ số cản khơng khí:

K=0,25

+ Hệ số cản lăn khi V<22 m/s là f_0=0,015

5

C, Thơng số tính chọn
Hệ số cản mặt đường tương ứng với Vmax
= = 0,04
+ Bán kính bánh xe : 185/60R15
-

185 bề rộng của lốp mm
60: tỷ lệ H/B(%)
15 đường kính trong của lốp

1.3.Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng lên ô tô.
Toyota vios 1.5E MT
+ Tự trọng (trọng lượng bản thân): G0 = 1918 (kG)
+ Tải trọng (hàng hoá, hành lý, ...): Gh = 30 (kG)
→ Trọng lượng:
G = G0 + n.(A
+ Gh)

+ G0 – tự trọng
+ n – số người (n = 5)
+ A – khối lượng người
+ Gh – khối lượng hành lý


-

G = 1075 + 5.(60 + 30) = 1525 (kG)

Vậy trọng lượng toàn bộ của xe: G = 1525(kG)=14945 (N)
Phân bố trọng lượng: xe con tải trọng tác dụng lên cầu trước (G1) chiếm




từ 55% ÷ 65%.
Chọn G1 = 55%G
G1 = 55% . 1525 = 838,75 (kG)=8219,75 (N)
G2 = (1 – 55%).1525 = 686,25 (kG)=6725,25 (N)
Vậy G1 = 8219,75(N); G2 = 6725,25 (N).

-

CHƯƠNG 2: Tính tốn sức kéo hệ thống truyền lực cơ khí
2.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngồi của động cơ


6

-Các đường đặc tính tốc độ ngồi của động cơ là những đường cong biểu diễn
sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu
của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ
► Đường đặc tính tốc độ động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc vào các yếu tố
sau đây
+ Cơng suất có ích
+ Momen xoắn có ích
+ Mức tiêu hao nhiên liệu trong một giờ
+ Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay hoặc theo tốc độ trục
khuỷu động cơ

-

Đường đặc tính tốc độ ngoài :

+ Động cơ xăng : ứng với khi nhiên liệu được cấp hoàn toàn , tức là khi bướn ga
mở hoàn toàn
Độ dự chữ về momen xoắn được đánh giá bằng hệ số thích ứng của động cơ
k=
Trong đó : momen xoắn ứng với cơng suất cực đại của động cơ
Hệ số thích ứng có giá trị :
Động cơ xăng : k= 1,25⸭1,35

Khi khơng có đường đặc tính tốc độ ngồi ta có thể xây dựng đường đặc tính
theo cơng thức :
=.[a. b.( c.(
Trong đó :- là cơng suất hữa ích của động cơ và số vịng quay trục khuỷu ở


7

điểm bất kì thuộc đồ thị đặc tính ngồi
- cơng suất có ích cực đại và số vịng quay tương ứng
- a,b,c hệ số thực nghiệm

Từ công thức trên ta có thể vẽ được đồ thị
)
tứ đó xác định được momen xoắn
Từ đó ta cũng vẽ được đồ thì =f()

2.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

-

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực :
itl = i0 . ih . ic . ip
Trong đó : + itl – tỷ số truyền của HTTL
+ i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính
+ ih – tỷ số truyền của hộp số


8

-

+ ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng
+ ip – tỷ số truyền của hộp số phụ
Thông thường, chọn ic = 1; ip = 1
2.2.1. Tỷ số truyền của truyền lực chính.

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc
lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số.
Ta có:
i0 = 0,105
Trong đó: + rbx = 0,325 (m)
+ ne max – số vịng quay của động cơ khi ơtơ đạt tốc độ lớn
nhất



+ vmax = 180 (km/h) – tốc độ lớn nhất của ôtô
+ ihc = 1 – tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số

+ ipc = 1– tỷ số truyền của hộp phân phối chính
i0 = 0,105. = 2,8665

2.2.2. Tỷ số truyền của hộp số.
a. Tỷ số truyền của tay số 1.
– Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc
phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động
–

–
–

không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.
Theo điều kiện chuyển động, ta có:
Pk max Pψ max + PW
• Pk max – lực kéo lớn nhất của động cơ
• Pψ max – lực cản tổng cộng của đường
• PW – lực cản khơng khí
Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua
lực cản khơng khí PW
Vậy : Pk max =
 ψmax.G

(Memax= 301,83(N.m))

= =2,47

(3)

9
-

Mặt khác, Pk max còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với
mặt đường:
Pk max Pφ = mk.Gφ.φ
mkGφφ




Trong đó:

+ mk – hệ số lại tải trọng (mk =1)
+ Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
+ φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt)
+ rk – bán kính động học của xe




=2,62
Chọn ih1 = 2,62

(4)

b. Tỷ số truyền của 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:
q=
(CT 3-14,tr108)
Trong đó: + n – số cấp trong hộp số (n = 5)
+ ih1 – tỷ sô truyền của tay số 1 (ih1 =2,62)
+ ihn - tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (ih5 = 1)
 q = = 1,212
Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau:
ihi = =
Trong đó: ihi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)
Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:
+ Tỷ số truyền của tay số 2:
ih2 = = = 2,16
+ Tỷ số truyền của tay số 3:
ih3 = = =1,78
+ Tỷ số truyền của tay số 4:
ih4 = = = 1,47
+ Tỷ số truyền của tay số 5:
ih5 = = = 1,21
Tỷ số truyền của tay số lùi:
ihl = 1,2ih1 = 1,22,62 = 3,144
(5)
Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

Pφ = mk.Gφ.φ
 mk.Gφ.φ


= 2,62
Từ (5) + (6) → ihl = 3,62


–

(6)


10

c. Tỷ số truyền của các tay số
Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

Tay số

1

2

3

4

5

Số lùi

Tỷ số
truyền

2,62

2,16

1.78

1,47

1,21

3,144

Chương 3 Xây Dựng Đồ Thị
3.1 Đồ thi cân bằng công suất
► Công suất động cơ phát ra nhằm để khắc phục lực cản phát sinh ra khi ô tô
chuyển động


11

=
Trong đó : _Cơng suất phát ra của động cơ
_ Công suất tiêu hao do ma sát phát ra trong hệ thống chuyền lực
_ Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn
_ Công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí

_ Cơng suất tiêu hao để thắng lực cản qn tính
_ Cơng suất tiêu hao để thắng lực cản dốc
► Ta có cơng thức cơng suất động cơ phát ra tại bánh xe chủ động
=Thay ta có : =
Phương trình được biết thị dưới dạng triển khai như sau :
=
►TH: ô tô chuyển động trên đường thẳng (a=o) khơng có gia tốc thì phương
trình cân bằng cơng suất có dạng như sau :
=.(+
Phương trình có dạng khai triển như sau
=.(
► Phương trình cân bằng cơng suất của ơ tơ có thể biết diễn bằng đồ thị chúng
được xây dựng theo quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và các cơng
suất cản trong q tính ơ tô chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động
của ô tô
V= ( m/s)


12

Trong đó : _ Số vịng quay của trục khủyu chuyển động
_ Bán kính của bánh xe
_ Tỷ số chuyền của hệ thống chuyền lực
chúng ta cũng có thể biểu thị quan hệ của cơng suất theo số vịng quay của trục
khuỷu động cơ, nghĩa là =f()
Trong đó:
cơng suất của bánh xe chủ động
công suất cản
công suất cản của không khí

+Phương trình cân bằng cơng suất tại bánh xe chủ động
NK =

Nf

ω

+N +

Ni

+

Nj

+Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động
NK = Ne . ηt = 0,9.Ne

- Công suất tiêu hao cho lực cản của đường
Nϕ =

Nf

+

Ni

= G.f. V. cosα + G.V. sin α

- Công suất tiêu hao cho lực cản khơng khí

N

ω

= K.F.V3

- Cơng suất tiêu hao khi tăng tốc


13

Nj

=

G
g

.δj. V. j

Trong đó :

j : Gia tốc của ơ tô
V : Vận tốc chuyển động của ô tô
δj : Hệ số kể đều ảnh hưởng của các khối lượng quay
g : Gia tốc trọng trường

+ Dựng đồ thị công suất kéo NK = f(v)
NK = Ne.ηt
Theo công thức Lay Decman ta có :

NK = 0,9.Nemax

 n
a. e
  n N


n
 + b e

nN

2
3

 ne  
 − c
 
n

 N  

(KW)

(1)

NKi = f(Vi)
NKi : Công suất kéo của động cơ phát ra ở bánh xe chủ động khi ô tô
chuyển động ở cấp số i của hộp số.

Vi : Vận tốc tương ứng với số vòng quay trục khuỷu động cơ khi ô tô
chuyển động ở cấp số i của hộp số

Vi =

2.π .ne .rbx
60ioihi

(2)

Dựa vào công thức (1) và (2) thiết lập bảng giá trị trung gian để xây dựng đồ thị
NKi.


14

Dựa vào bảng trên dựng đồ thị NKi = f(Vi)
b.2.Dựng đồ thị công suất cản:
Nc =

Nf

+N

ω

= G.f .cos α.V + K.F.V3

Nc = V.(G.f + W.V2) . 10-3 (kW) –Xét ô tơ chuyển động trên đường bằng.
Từ đó ta có bảng sau :

Ta dựng được đồ thị :

NKi = f(V)

Nc = f(V)
Gọi là đồ thị cân bằng công suất của ô tô.


15

Dựa vào đồ thị ta có thể đánh giá mức độ dự trữ công suất = NK –Nc.(để
tăng tốc hoặc vượt dốc) của ô tô ở các cấp số truyền khác nhau của hộp số.
imax =

max
N Kdu
G.V

.


16

3.2 Cân bằng lực kéo của ô tô
a. Phương trình cân bằng lực kéo:
PK = P f + P i + P

ω

+ Pj + Pm

- PK : Lực kéo tiếp truyền ở bánh xe chủ động
- Pf : Lực cản lăn : Pf = f. G. cos α
- Pi : Lực cản lên dốc : Pi = G. sinα
ω

- P : Lực cản khơng khí : P

ω

= K.F.V2

- Pj : Lực cản quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động khơng ổn định)

Pj =

G
.δ j . j
g

.

- α : Góc dốc của đường
- i = tgα : độ dốc của đường
- f : Hệ số cản lăn của đường
PΨ = Pf + Pi = G (f . cos α ± sin α) ≈ G (f ± i) = G. Ψ
Ψ = f ± i : Hệ số cản tổng cộng của đường
* Xét trường hợp xe chuyển động ổn định khơng kéo mc
PK = P f ± Pi + P

ω

= PΨ + P

ω


17

b. Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô:
b.1. Dựng đồ thị lực kéo :

PKi =

Vi =

M e .ihi .io .ηt
rbx

2.π .ne .rbx
60.io .ihi

Trong đó :

(2)

(3)
PKi : Lực kéo tương ứng ở cấp số i .
ihi : Tỷ số truyền của cấp số i .

io : Tỷ số truyền lực chính .
Vi : Vận tốc chuyển động của ơ tơ theo số vịng quay của trục

khuỷu động cơ khi ô tô chuyển động ở cấp số i .
Dựa vào biểu thức (2) và (3) thiết lập bảng toạ độ trung gian.


18

b.2 Đồ thị lực cản Pc :
Pc = Pf + P

ω

= f (V)

-Xét khi ô tô chuyển động trên đường bằng và khơng có gió.
Pc = f.G + K.F.V2
f = fo + Kf.V2 ; Lấy f = 0,02 ( do V = 76,86 km/h < 80 km/h )
Sau khi tính tốn ta có bảng sau :
Lập bảng Pc-V:

-Từ bảng trên dựng đồ thị Pc = f(v)
-Từ đồ thị

PKi = f(v)

Pc = f(v)
Ta có thể nhận thấy mức độ dự trữ lực kéo của ô tô ở các tay số khác nhau
(sử dụng khi tăng tốc hoặc vượt dốc) .

Việc sử dụng lực kéo của ơ tơ cịn bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh
xe với mặt đường. Vì vậy để đánh giá khả năng bị trượt quay của bánh xe ta
dựng thêm đồ thị lực bám Pϕ = f(v) .
Pϕ = Zϕ. ϕ =Z2.ϕ =(3409.9,81).0,7 = 23409,60 (N)
( Do cầu sau chủ động nên Zϕ=Z2 )
Đồ thị là đường nằm ngang song song với trục hồnh.
Từ đó ta dựng được đồ thị cân bằng lực kéo như sau:


19

Hình 2.3: Đồ thị cân bằng lực kéo của ơ tô
3.3 Nhân tố động lực học
Nhân tố động lực học của ô tô là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến Pk trừ đi lực
cản của khơng khí Pω và chia cho trọng lượng của oto.tỷ số này được ký hiệu
‘D’

D=

 1
PK − Pω  M e .itl .ηt
=
− K .F .V 2 ÷.
G
 rbx
 G

Trong đó :

D : Nhân tố động lực học của ô tô

P

ω

: Lực cản không khí

PK : Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động
itl : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Nhân tố động lực học bị giới hạn bởi điều kiện bám của bánh xe.
Pϕ − Pω

Dϕ =

G

 ϕ .Zϕ − K .F .V 2 
=
÷

÷
G




20

Để ô tô chuyển động không bị trượt
Dϕ ≥ D ≥Ψ

b. Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học
D = f(V)
* Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô ở các số truyền khác nhau của hộp
số
Di = f(Vi)

Di =

Vi =


1  M e .i0 .iti .ηt
− K .F .V 2 ÷

G
rbx

2.π .ne .rbx
60.io .ihi

Thiết lập bảng giá trị trung gian.
Ta có bảng giá trị trung gian của
chuyển động của ô tô.

Di

ở các tay số khác nhau và theo tốc độ


21

* Đồ thị Dϕ = f(V)
Pϕ − Pω

Dϕ =

G

 ϕ .Zϕ − K .F .V 2 
=
÷

÷
G



=

23409, 60 − 0, 6.2,83.V 2
47774, 7

Ta có bảng giá trị trung gian của Dϕ :

-Dựng đường hệ số cản lăn f = fo


v2 
1 +


 1500 



Do Vmax = 76,86 (km/h) < 80 (km/h) nên f = f0 = 0,02
-Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học để xác định các thông số đặc trưng
cho hoạt động của ơ tơ.

Hình 2.5: đồ thị nhân tố động lực học


22

2.4. Xác định gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đường, vận tốc lớn
nhất của ô tô và độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục được.
a. Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô
- Từ đồ thị cân bằng công suất của ô tô đồ thị NK5 cắt đồ thị Nc tại A, từ A
dòng xuống trục hoành ta được Vmax = 21,35(m/s)
b. Độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể khắc phục (imax)
Khi ô tô chuyển động ổn định (j = 0).
imax = Dmax – f = Dmax – 0,02
Dựa vào đồ thị nhân tố động lực học của ô tô xác định được độ dốc lớn
nhất mà ơ tơ có thể khắc phục được ở mỗi tay số.

Số truyền

I

I
I

V
(m/s)

2
,24

D

,76

,240
,220

,150

9

1
0,65

0
,080

0
,130

V

,32

0

0

I
V

5

0

0
,397

ax

3

0

im

I

,59

,417

max

I

,041
0

,060

c. Xác định khả năng gia tốc của ô tô :
δj
D=i+f+

g

0

.j

Xét ô tô tăng tốc trên đường bằng .vậy khi đó: i = 0.

0
,021


23

Ta có : j = (D - f) .

g
δj

Trong đó : g : Gia tốc trọng trường
δj

δj

: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

= 1 + 0,05.(1 + ihi2.ip2 )

Do chọn ip = 1 nên ta có :
δ j1

- ở tay số I :
- ở tay số II :

δ j2

- ở tay số III :
- ở tay số IV :

δj

= 1 + 0,05.( 1+ ihi2 )

= 2,300

= 1,534
δ j3
δ j4

= 1,238
= 1,122

- ở tay số V : δj5 = 1,078
- Khi xe chuyển động với vận tốc V < 22,2 m/s thì f = fo = 0,02 .

- Khi xe chuyển động với vận tốc V > 22,2m/s thì f = fo.


v2 
1 +

 1500 



.


24

Đơn vị : V (m/s)
j ( m/s2)
Từ bảng trên ta dựng đồ thị ji = f(V) .

Hình 2.6: Đồ thị gia tốc
d. Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc :
d.1. Xác định thời gian tăng tốc của ô tô

25

Từ phương trình j =

dv
dt

⟹ dt =

1
.dv
j

Suy ra : Khoảng thời gian tăng tốc từ v1 ⇒v2 của ô tô là :
v2

1

∫j

v1

t1,2 =

dv

1
j

- Dựng hàm số

= f(V) . (Dựa vào đồ thị : j = f(V) )

ti : là thời gian tăng tốc từ v1 ÷ v2

ti =

Fi

: Với

Fi

là diện tích giới hạn bởi phần đồ thị

1
j

= f(V) ; V = v1; V =

v2 và trục hoành (OV) .

Suy ra : Thời gian tăng tốc toàn bộ
n

t=

∑F
i =1

i

n : Số khoảng chia vận tốc (Vmin đến Vmax)

1
j

(Vì tại Vmax thì j = 0 ⇒ = ∞ . Do đó chỉ tính tới giá trị V = 0,95.Vmax =
20,28 m/s).
- Lập bảng tính gia tốc ngược 1/j :