Bài giảng Lý thuyết ôtô và Máy công trình- TS Nguyễn Văn Đông

Bài giảng Lý thuyết ôtô và Máy công trình- TS Nguyễn Văn Đông - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

1

Chương 1

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC KÉO CỦA Ô TÔ – MÁY KÉO

1.1 Những thông số cơ bản của ô tô – máy kéo

Đây là những thông số mô tả khái quát các hệ thống trên ô tô - máy kéo mà nhà sản xuất cần phải cung cấp cho người sử dụng để đánh giá, so sánh và lựa chọn các loại ô tô – máy kéo phù hợp với nhu cầu sử dụng Bài giảng chỉ trình bày những thông

số cơ bản để phục vụ cho việc tính toán và khảo sát trong phạm vi của môn học lý thuyết ô tô

1.1.1 Thông số cơ bản của động cơ

 Loại động cơ: loại nhiên liệu động cơ sử dụng, số kỳ, và các bộ phận đặc trưng

khác như hệ thống nhiên liệu, bôi trơn

 Công suất cực đại/tốc độ phát ra công suất cực đại Nmax/nN

 Momen cực đại/tốc độ phát ra momen cực đại, Mmax/nM

1.1.2 Những thông số hình học của ô tô

 Kích thước cơ sở:

 Chiều rộng cơ sở (ở mỗi cầu), hay còn gọi là: vết bánh xe là khoảng cách giữa hai tâm của lốp xe ở cầu xe

 Chiều dài cơ sở là: khoảng cách giữa hai trục bánh xe trước và sau, đối với ô

tô có hệ thống treo cân bằng ở phía sau thì chiều dài cơ sở là khoảng cách từ cầu trước đến vị trí liên kết giữa của cầu cân bằng

 Kích thước toàn bộ: bao gồm Dài x Rộng x Cao toàn bộ của ô tô

 Khoảng sáng gầm xe: là khoảng cách từ mặt đường đến vị trí thấp nhất của gầm

xe

1.1.3 Thông số về trọng lượng

 Trọng lượng toàn bộ: trọng lượng của ô tô và hàng hóa hay người ở trạng thái

đầy tải được tính bằng Tấn hay kG

 Trọng lượng không tải: là trọng lượng bản thân ô tô

 Tải trọng phân bố ở mỗi cầu xe

1.1.4 Thông số về hệ thống truyền lực

 Hộp số: loại hộp số, số cấp và tỷ số truyền ở mỗi cấp

 Truyền lực chính và vi sai: tỷ số truyền của truyền lực chính, loại vi sai…

1.1.5 Thông số về hệ thống treo và di chuyển

Thông số của bánh xe: loại lốp xe sử dụng, các kích thước và đặc tính cơ bản của

lốp thể hiện qua ký hiệu của lốp

1.1.6 Thông số về tính năng sử dụng

 Tốc độ tối đa (km/h)

 Độ dốc tối đa ô tô có thể vượt được (độ hay %)

 Bán kính quay vòng nhỏ nhất, R min

1.2 Đặc tính cơ bản của động cơ

1.2.1 Các đường đặc tính của động cơ trên ô tô

Khi động cơ làm việc, nó tiêu thụ nhiên liệu, biến nhiệt năng từ việc đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy thành cơ năng dưới dạng chuyển động quay của trục khuỷu ra bánh đà để đưa đến các bộ phận tiêu thụ khác và cung cấp cho các bộ phận phụ như hệ thống làm mát, bôi trơn, phát điện, nhiên liệu… nhưng lượng cơ năng ở trục khuỷu không những phụ thuộc vào lượng nhiên liệu cung cấp vào trong buồng cháy của động cơ (được điều khiển bằng bàn đạp ga), điều kiện đốt cháy hỗn hợp mà

2

còn phụ thuộc vào tốc độ quay của trục khuỷu Ở cùng một chế độ phụ tải (lượng nhiên liệu cung cấp vào trong động cơ) nếu tốc độ quay của động cơ khác nhau sẽ cho công suất, momen và suất tiêu hao nhiên liệu sẽ khác nhau Đồ thị biểu diễn mối liên

hệ giữa các thông số đầu ra của động cơ và tốc độ được gọi là đặc tính tốc độ của động

cơ

Đường đặc tính tốc độ của động cơ là đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của công suất

có ích Ne, momen xoắn có ích Me, và suất tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay nehoặc theo tốc độ góc e trục khuỷu của động cơ

Có hai loại đường đặc tính tốc độ của động cơ:

 Đường đặc tính tốc độ cục bộ

 Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài của động cơ

Đường đặc tính ngoài nhận được bằng

cách thí nghiệm trên bệ thử khi lượng nhiên

liệu cấp cho động cơ là cực đại, tức là bướm

ga mở hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc

thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ

cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ

diesel Còn nếu bướm ga hoặc thanh răng

của bơm cao áp ở các vị trí trung gian thì ta

độ toàn tải Khi tăng số vòng quay thì công

suất Ne và mômen Me tăng lên Momen xoắn

đạt giá trị cực đại Mmax ở số vòng quay nM và

công suất đạt giá trị cực đại Nmax tại số vòng

quay nN Động cơ làm việc chủ yếu ở trong vùng nM – nN

(a) (b)

Hình 1.1: Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng

a – Không hạn chế số vòng quay; b – Có hạn chế tốc độ vòng quay

nck0

Bộ phận này có tác dụng làm giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ khi động cơ đạt tốc độ tính toán nào đó (có thể là vùng gần công suất cực đại) vì thế sẽ giảm làm giảm công suất, momen của động cơ, tốc độ động cơ sẽ không tăng lên nữa

Đối với động cơ diesel thì thường trang bị bộ điều tốc để cho động cơ làm việc ở vùng có suất tiêu hao nhiên liệu ge thấp nhất (hình 1.2)

Công suất cực đại của động cơ khi làm việc có bộ điều tốc gọi là công suất định mức của động cơ Nn, momen xoắn ứng với công suất đó gọi là momen định mức Mn

(a) (b)

Hình 1.3: Các đường đặc tính cục bộ ứng với các thành phần tải khác nhau của động cơ

a) Động cơ xăng 2.0 lít công suất 111kW, 6 xilanh, 24 xupap b) Động cơ turbo diesel 2.5 lít với intercooler công suất 105 kW, 6 xilanh

Hình 1.3 là họ các đường đặc tính cục bộ của một số động cơ tham khảo

1.2.2 Phương pháp xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ

Đường đặc tính ngoài chính xác của động cơ chỉ có thể có được bằng phương pháp thực nghiệm khi tiến hành thí nghiệm động cơ trên bệ thử chuyên dùng Nhưng

ta có thể xây dựng gần đúng bằng công thức kinh nghiệm của Lây-Đécman

Công thức Lây-Đécman có dạng như sau:

N e

N e

N

e e

e

n

n c n

n b n

n a N

Trong đó:

 Ne, ne: công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng với một điểm bất kì của đồ thị đặc tính ngoài

 Nemax, nN: công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với công suất nói trên

 a, b, c: hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại động cơ và có thể tham khảo theo bảng 1.1 dưới đây:

Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức trên ta sẽ tính được Ne tương ứng

và từ đó xây dựng được đồ thị Ne = f(ne)

Từ đó ta xác định được giá trị momen của động cơ Me bằng cách chia hai vế của phương trình (1.1) cho ne, ta được phương trình Lây – Đécman tính theo momen như sau:

N

e N

e

n

n c n

n b a M

Trong đó: MN là momen của động cơ tại tốc độ mà động cơ đạt công suất cực đại (nN)

1.2.3 Một số khái niệm khác

 Hệ số thích ứng momen: là tỷ số giữa momen cực đại của động cơ và momen tại

chế độ công suất cực đại thông số này để xét khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải do ngoại lực tác dụng khi ô tô – máy kéo làm việc

N M

 Hệ số số vòng quay cực đại của động cơ  n : là tỷ số giữa tốc độ cực đại của động

cơ và tốc độ của động cơ ở chế độ phát ra công suất cực đại

N N

e n

1 Hãy vẽ đường đặc tính ngoài của động cơ xăng đặt trên xe Porsche 911 có các thông

số như sau: Nemax=353kW=480HP tại nN=6.000rpm; nemax=7.000rpm

Áp dụng công thức thực nghiệm để xây dựng đường đặc tính ngoài của Đécman (công thức 1.1); có dạng như sau:

N e

N e

N

e e

e

n

n c n

n b n

n a N N

Ta có: đối với động cơ xăng: a = b = c = 1

Nên đường đặc tính ngoài được thể hiện như sau:

6000 6000

6000

e

n n

Và đồ thị đường đặc tính ngoài được xây dựng như sau:

Đường đặc tính ngoài đặt trên xe Porsche

911

Đường đặc tính ngoài động cơ D6CB38

Lưu ý: Việc tính các giá trị của momen Me và công suất Ne của động cơ phụ thuộc vào các giá trị của tốc độ ne có thể tính từng giá trị, nhưng để nhanh chóng, Sinh

6

viên nên sử dụng phần mềm Excel để tính và có thể vẽ trực tiếp ra đồ thị từ những giá trị đã tính được

2 Hãy vẽ đường đặc tính ngoài của động cơ diesel D6CB38 đặt trên xe HYUNDAI

4X2 HD500 trọng tải 11,5 tấn có các thông số như sau: Nemax=380HP tại

nN=1.900rpm; nemax=1.800rpm Cho động cơ D6CB38 có buồng cháy thống nhất Tương tự như phần 1 của ví dụ 1.1, ta xây dựng phương trình đặc tính ngoài với các hệ số như sau:

1900 1900

13 , 1 1900 87 , 0

e

n n

n N

Ta lập được bảng giá trị như sau:

ne (rpm) 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

Ne (kW) 102,0 125,6 149,6 173,7 197,5 220,7 243,0 264,1 283,8 301,6 317,4 330,7 341,3 348,8

Me(kG.m) 194,9 200,1 204,2 207,4 209,6 210,8 211,1 210,3 208,6 205,9 202,2 197,5 191.8 185,1

Lưu ý: tuy động cơ đạt công suất tối đa tại tốc độ 1900rpm, nhưng do trong động

cơ có bộ hạn chế tốc độ, khống chế tốc độ của động cơ không vượt quá 1800 rpm, vì vậy đây là tốc độ lớn nhất của động cơ có thể làm việc được

1.3 Momen kéo và lực kéo tại bánh xe chủ động

1.3.1 Momen kéo tại bánh xe chủ động

1.3.1.1 Khi chuyển động ổn định

Khi động cơ tạo ra một momen ổn định Me thông qua hệ thống truyền động có tỷ

số truyền là it, hiệu suất truyền động là t thì khi đó tại bánh xe chủ động nhận được momen Mk được xác định như sau:

t t e

7

Bảng 1.4: Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Loại ô tô Hiệu suất thuận Hiệu suất

nghịch

Ô tô thể thao, ô tô đua 0,90 – 0,95 0,80 – 0,85

Ô tô tải, ô tô khách, bus 0,82 – 0,85 0,75 – 0,78

Ô tô có tính cơ động cao 0,80 – 0,85 0,73 – 0,76

 it: tỷ số truyền của cả hệ thống truyền lực, tính từ động cơ đến bánh xe chủ động, bao gồm tỷ số truyền của hộp số ih, hộp số phụ ip, truyền lực chính i0 và truyền lực cuối cùng ic, các bộ truyền này được nối tiếp nhau nên tỷ số truyền tổng cộng của hệ thống truyền lực được xác định như sau:

c p

h

1.3.1.2 Khi chuyển động không ổn định

Khi ô tô chuyển động có gia tốc thì momen tại bánh xe chủ động ngoài momen

do động cơ tạo ra còn có momen quán tính của các chi tiết chuyển động quay trong hệ thống truyền lực và bánh xe, các giá trị momen này ảnh hưởng đến giá trị momen nhận được ở bánh xe chủ động, cụ thể được xác định như sau:

 In: momen quán tính của chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực đối

với trục quay của chính nó; kg.m 2

 Ib: Momen quán tính của một bánh xe chủ động nào đó đối với trục quay của nó;

kg.m 2

 e, n, b: Lần lượt là gia tốc góc của trục khuỷu động cơ, chi tiết quay thứ n, và của bánh xe chủ động Lưu ý rằng: các gia tốc góc mang giá trị (+) khi các chi

tiết đó chuyển động nhanh dần và ngược lại; rad/s 2

 in: Tỷ số truyền của chi tiết quay thứ n nào đó trong hệ thống truyền lực so với bánh xe chủ động

 t, n: Hiệu suất của hệ thống truyền lực và chi tiết quay thứ n nào đó tính đến bánh xe chủ động

Gia tốc góc của trục khuỷu động cơ được xác định như sau:

b

t t b

b b t b e

r

i j i r

r dt

b n n

b n

r

i j i r

r dt

Do có sự tiếp xúc giữa bánh xe với

mặt đường nên momen xoắn của bánh xe

chủ động tác dụng vào mặt đường một

lực P ngược chiều với chiều chuyển

động của ôtô Nhờ có lực tác dụng tương

hổ giữa đường và bánh xe nên bánh xe

chịu lực Pk ngược chiều và có giá trị

bằng P Pk này được gọi là lực kéo tiếp

tuyến của bánh xe chủ động

Pk được xác định theo công thức:

b

t c o p h e b

t t e b

k k

r

i i i i M r

i M r

Ví dụ 1.2: Hãy xác định lực kéo tại bánh xe chủ động khi động cơ ở momen cực

đại của ô tô tải trong ví dụ 1.1, mục 2, cho biết ô tô sử dụng bánh xe 12R22.5 (bỏ qua biến dạng của bánh xe dưới tác dụng của tải trọng), các số truyền của hộp số như sau:

số I:6,35; số V:1,0 và tỷ số truyền của truyền lực chính là 4,875 và hiệu suất của hệ thống truyền lực là không đổi và bằng 0,84

Giải

1 Xác định momen cực đại của động cơ:

Qua công thức (1.2), ta thấy rằng momen của động cơ phụ thuộc bậc hai vào tốc

độ quay của trục khuỷu ne, từ đó ta cũng xác định được tốc độ quay của trục khuỷu động cơ khi Momen Me đạt giá trị cực đại (tại tốc độ mà Momen của động cơ Me đạt cực trị) là:

5 , 1073 1900

2

13 1

max 



N

e N n

N

Vậy momen cực đại được xác định từ phương trình (1.2):

9 , 1692 1900

5 , 1073 1900

5 , 1073 13 , 1 87 0 6 , 1423

.

2 2

N

M N

e

n

n c n

n b a M

2 Tính bán kính bánh xe:

Ô tô sử dụng bánh xe có ký hiệu: 12R22.5:

59 0 0254 , 0 2

5 , 22

Hình 1.5: Sự tạo ra lực kéo tiếp tuyến từ

momen kéo của bánh xe chủ động

59 , 0

R

M

59 , 0

Là bán kính được xác định theo kích thước

tiêu chuẩn, ký hiệu là r0

Tùy theo ký hiệu bánh xe mà ta có phương

pháp xác định bán kính thiết kế của lốp xe khác

nhau:

Ví dụ: ký hiệu theo hệ Anh: B – d (đối với loại

lốp ký hiệu theo kiểu này thì chiều rộng B gần bằng

chiều cao H), thì bán kính thiết kế được xác định

như sau:

) ( 4 , 25 2

Trong đó: B và d được thể hiện trong hình vẽ

1.6 và được xác định bằng đơn vị Inch

 Áp suất hơi trong lốp

 Momen kéo Mk hoặc momen phanh Mp

 Lực ly tâm khi bánh xe quay

 Bán kính lăn của bánh xe

Là bán kính của một bánh xe giả định rl, bánh xe giả định này không bị biến dạng khi làm việc nếu không bị trượt lết, trượt quay thì có cùng tốc độ tịnh tiến và tốc độ quay như bánh xe thực tế

Hình 1.6: Thông số hình học cơ

bản của bánh xe

10

Bán kính động lực học rd và bán kính lăn rl phụ thuộc rất nhiều vào thông số bên ngoài và luôn thay đổi trong quá trình chuyển động của ôtô-máy kéo Vì vậy, trị số này chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm

 Bán kính làm việc trung bình

Thực tế, người ta sử dụng bán kính của lốp mà có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hưởng của các thông số đã trình bày như trên gọi là bán kính trung bình rb Giá trị này so với thực tế không khác nhiều và được xác định theo biểu thức sau:

Đối với lốp có áp suất thấp: =0,930÷0,935

Đối với lốp có áp suất cao: =0,945÷0,950

a) Ký hiệu lốp xe

Các kích thước cơ bản của lốp được xác định trên hình 1.6, nhưng các kích thước này không được ghi rõ trên lốp mà phải xác định thông qua những ký hiệu của lốp Hiện nay có nhiều kiểu quy định ký hiệu lốp khác nhau tùy thuộc vào từng nước, từng nhà sản xuất… như của Châu Âu (EEC), của Mỹ và của Nga, nhưng nó vẫn chung nhau các kích thước cơ bản, nên ta cần biết hai loại ký hiệu sử dụng phổ biến nhất hiện nay

 Ký hiệu theo hệ Anh:

B – d

 B: Chiều rộng của lốp tính theo đơn vị inch

 d: Đường kính trong của bánh xe hay đường kính của vành xe, inch

Ví dụ: Ô tô IFA sử dụng lốp xe có kích thước 9.00 – 20 Tức là chiều ngang B và

chiều cao H của lốp gần bằng nhau và bằng 9 inch, đường kính trong hay đường kính của tanh là d = 20 inch Hãy tính bán kính thiết kế r0 của bánh xe đó?

Khi đó bán kính thiết kế của bánh xe đó được xác định theo công thức 1.9 như sau:

) ( 6 , 482 4 , 25 2

20 9

 P: là loại lốp, thể hiện loại lốp đó thích hợp với loại xe nào, P (passenger car): là

xe khách, ST (special trailer): là dùng cho mooc kéo; LT (light truck): dùng cho

xe tải nhẹ

 215: chiều rộng B của lốp, được tính theo đơn vị mm, được xác định khi lốp

không chất tải

11

 60: tỷ số giữa chiều cao H và chiều rộng B của lốp nhân với 100

 R: cấu trúc của lốp, R (radial): là lốp bố ngang; B (bias): là lốp bố chéo, đối với

lốp bố chéo thông thường ký hiệu lốp không ghi gì cả

 15: đường kính trong của lốp hay đường kính vành, được tính bằng inch

 96: tải trọng tối đa cho phép của lốp, số 96 tương ứng với tải trọng tối đa cho

phép một chiếc lốp này chịu được là 760 kG khi áp suất trong của lốp đúng yêu cầu

 H: thông số này cho biết tốc độ chuyển động tối đa cho phép, H: 210 km/h

Ví dụ: Ô tô Ford Transit XLT sử dụng lốp 265/70 R15; Ford Modeo sử dụng lốp

205 / 55 R16 Hãy tính bán kính thiết kế r0 của bánh xe đó?

2

15 7 , 0 265

Ghi chú: ngoài các thông số trên, trên lốp xe còn thể hiện các giá trị: áp suất hơi

cho phép của lốp, số lớp mành tiêu chuẩn, …

1.3.3.2 Động lực học bánh xe bị động

Khi bánh xe lăn trên đường, lốp và đường tạo thành một khu vực tiếp xúc, tại đây xuất hiện các phản lực riêng phần của đường tác dụng lên bánh xe Phản lực đó bao gồm:

Hình 1.7: Sơ đồ lực tác dụng của bánh xe trên đường (a)Bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng; (b) Bánh xe cứng lăn trên đường đàn hồi; (c)

Bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng

 Phản lực pháp tuyến: là thành phần vuông góc với mặt đường Z, thành phần này

là phản lực thẳng đứng của nền đường tác dụng lên bánh xe tại vị trí tiếp xúc

 Phản lực tiếp tuyến: tác dụng trong mặt phẳng bánh xe, Pf

 Phản lực ngang: nằm trong mặt phẳng của dường và vuông góc với mặt phẳng

bánh xe,Y

 Tải trọng thẳng đứng G b

 Lực đẩy khung tác dụng lên trục, Px

a) Trường hợp bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng (hình 1.7a)

Khi bánh xe lăn các phần tử phía trước của lốp lần lượt tiếp xúc với mặt đường

và bị nén lại, các phần tử phía sau lần lượt ra khỏi khu vực tiếp xúc và phục hồi trạng

Để xác định trị số lực cản lăn Pf1 và hệ số cản lăn ta lập phương trình momen của tất cả các lực tác dụng vào bánh xe đối với tâm trục quay, ta có được:

d b d f

r

a G r

a Z

1 1 1

Như vậy momen cản lăn tác dụng vào bánh xe là: M f1P f1.r d

Và hệ số cản lăn được xác định như sau:

b) Trường hợp bánh xe cứng lăn trên đường đàn hồi (hình 1.7b)

Ở trường hợp này năng lượng tổn thất là do sự biến dạng của mặt đường Bánh

xe làm dịch chuỷên đất và ép đất tạo thành vết, công chủ yếu để nén đất được thực hiện ở phần trước vất tiếp xúc, do đó hợp lực của các phản lực pháp tuyến riêng phần

sẽ bị dịch chuyển về phía trước một khoảng a

c) Trường hợp bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng (hình 1.7c)

Năng lượng tiêu hao là để khắc phục những tổn thất cho cả sự biến dạng của lốp

và mặt đường

Độ biến dạng của lốp trong trường

hợp này nhỏ hơn trường hợp 1, và của

đường nhỏ hơn trong trường hợp 2, và độ

biến dạng của đường lớn hơn của lốp

1.3.3.3 Động lực học bánh xe chủ động

Với bánh xe xe chủ động cũng xảy ra

3 trường hợp như đối với bánh bị động Ở

đây ta chỉ xét trường hợp chung là: bánh

xe đàn hồi lăn trên đường mềm (Trường

hợp bánh xe cao su lăn trên đường đất):

Trong trường hợp này thì cả bánh xe và

mặt đường đều bị biến dạng Nhưng biến

dạng của lốp sẽ nhỏ hơn so với trường hợp

1 còn biến dạng của đường sẽ nhỏ hơn so

với trường hợp 3 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe được thể hiện trên hình vẽ

như sau:

- Gb2 là tải trọng thẳng đứng (phần trọng lượng tác dụng lên mỗi bánh xe sau)

- Lực cản Px tác dụng lên bánh xe đặt tại tâm trục của nó và ngược chiều chuyển động của xe

- Mômen xoắn chủ động Mk truyền từ bán trục tới bánh xe Mômen này làm cho các thớ lốp hướng kính bị biến dạng vòng.Khi bánh xe lăn thì các thớ lốp đi vào khu vực tiếp xúc sẽ bị uốn cong và nén lại,khi ra khỏi khu vực tiếp xúc thì chúng dãn ra Như vậy một phần năng lượng bị tiêu hao cho biến dạng vòng của lốp

Hình 1.8: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh

xe chủ động

Lực cản lăn được xác định như sau:

2 2 2 2

1.4 Lực cản tác dụng vào ô tô trong lúc chuyển động

Trong phần trước ta đã biết momen truyền đến bánh xe từ động cơ thông qua hệ thống truyền lực làm quay bánh xe chủ động, do sự tiếp xúc với mặt đường nên giữa mặt đường và bánh xe có sự tương tác với nhau tạo lên lực đẩy bánh xe về phía trước Khi ô tô chuyển động sẽ xuất hiện các lực cản tùy thuộc vào trạng thái chuyển động của ô tô Trong trường hợp tổng quát các lực cản tác dụng vào ô tô khi chuyển động là:

Hình 1.9: Các lực tác dụng vào ô tô khi chuyển động trên đường dốc

 Pf: Lực cản lăn tổng cộng của ôtô-máy kéo

 Pf1: Lực cản lăn của các bánh trước

 Pf2: Lực cản lăn của các bánh sau

Và được xác định như sau:

2 2 2

1 1 1

f Z P

f Z P

P f 

 Hệ số cản lăn và các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số cản lăn:

 Tính chất cơ lý và trạng thái của mặt đường Mức độ biến dạng của đường khi bánh xe lăn chính là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đầu tiên

 Tải trọng tác dụng lên bánh xe Khi tải trọng tăng thì làm tăng độ biến dạng của đường và của lốp xe nên tăng hệ số cản

 Vật liệu chế tạo lốp và áp suất không khí trong lốp

 Momen xoắn tác dụng lên bánh xe chủ động càng lớn thì hệ số cản của đường càng tăng Vì momen xoắn tăng lên làm cho các thớ lốp không chỉ bị biến dạng hướng kính mà còn biến dạng tiếp tuyến, làm tổn thất do nội ma sát tăng lên

 Những yếu tố gây ra biến dạng bên của bánh xe

 Tốc độ chuyển động của xe Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi tốc độ của xe nhỏ hơn 80 (km/h) hoặc 22,2 (m/s) thì trị số của hệ số cản lăn hầu như không thay đổi nhưng khi tốc độ lớn hơn 22,2 (m/s) thì hệ số cản lăn sẽ tăng lên rõ rệt, vì khi chạy ở tốc độ cao thì biến dạng của lốp cũng tăng, và các thành phần biến dạng chưa kịp đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu Lúc đó hệ số cản lăn được tính như sau:

2

v f

Trong đó

 f0: Hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe (v22,2m/s)

 v: Vận tốc chuyển động của xe (m/s)

15

Bảng 1.5: Hệ số cản lăn của bánh xe với các loại mặt đường khác nhau, f 0

Ví dụ 1.3: Một ô tô có trọng lượng toàn bộ là 7.500 kG, chuyển động trên đường

nhựa có hệ số cản lăn là 0,016 Xác định lực cản lăn tác dụng vào ô tô đó khi di chuyển với tốc độ

39 , 26 1 016 , 0 1500 1

2 2

Nên lực cản lăn được xác định như sau: P f2  7500  0 , 0234  175 , 7 (kG)

Qua ví dụ 1.3 ta thấy rằng, dù đi trên đường có cùng hệ số cản lăn như nhau nhưng khi đi với tốc độ khác nhau thì lực cản lăn tác dụng lên ô tô cũng khác nhau

1.4.2 Lực cản lên dốc, Pi

Khi ôtô-máy kéo chuyển động trên đường dốc dọc thì trọng lượng G của ô tô có thể đựơc phân tích thành hai thành phần:

 G.cos  : vuông góc với mặt đường gây ra phản lực thẳng đứng với đường

 G.sin  : song song với mặt đường, ngăn

cản sự chuyển động của ôtô-máy kéo khi

lên dốc được gọi là lực cản lên dốc

i G Sin G

theo (%) Trên hình 1.10 thể hiện mối

quan hệ giữa góc dốc tính bằng độ và

%

Trong đó: D,T: kích thước của đường dốc được xác định như trong hình (1.9)

Khi 5o thì i  tg  sin   (rad)

Hình 1.10: Mối quan hệ giữa độ và %

của góc nghiêng

16

Khi ôtô-máy kéo chuyển động xuống dốc thì lực Pi cùng chiều chuyển động của

xe nên Pi là lực hổ trợ chuyển động Khi ôtô-máy kéo lên dốc thì Pi có giá trị (+) còn xuống dốc thì có giá trị ()

Người ta sử dụng khái niệm lực cản của đường là lực cản tổng cộng của Pf và Pi

f Cos Sin  G f i

G P P

Lưu ý: i mang giá trị (+) khi xe đi lên dốc và () khi xe xuống dốc

Đại lượng (f+i) được gọi là hệ số cản tổng cộng của đường và ký hiệu là 

Ví dụ 1.4: Hãy tính lực cản tổng cộng của đường tác dụng lên ô tô như ví dụ 1.3

khi đi trên đường có độ dốc là 8% trong hai trường hợp:

 Ô tô đi lên dốc

 Ô tô đi xuống dốc

 Trong trường hợp xuống dốc lực tác dụng này đóng vai trò là ngược với lực cản

hay hổ trợ cho sự chuyển động nên:

Pi1 =  620 (kG)

Vì vậy khi xe đi với tốc độ 50km/h: lực cản tổng cộng của đường là:

P2 = Pf1 + Pi2 = 120  620 =  500 (kG) Khi xe đi với vận tốc 95 km/h: P1 = Pf2 + Pi2 = 175,7  620 =  444,3 (kG)

Cả hai trường hợp này, do góc dốc lớn nên thành phần lực P cùng chiều chuyển động, đóng vai trò là lực hổ trợ chuyển động

2 0 F v K

 K: Hệ số cản không khí, nó phụ thuộc vào hình dạng ôtô và chất lượng bề mặt của nó, phụ thuộc vào mật độ không khí, Ns2/m4 (có bảng tra) Khi có moóc kéo

17

theo sau thì hệ số cản không khí K sẽ tăng lên từ (9÷32)% tuỳ theo moóc bố trí

xa hoặc gần ôtô kéo

 F: diện tích cản chính diện của

ôtô-máy kéo, tức là diện tích hình

chiếu của ôtô-máy kéo trên mặt

phẳng vuông góc với trục dọc của

chúng, m2

Trong thực tế người ta xác định F

như sau:

 Đối với ôtô vận tải: F=B.H

 Đối với ôtô du lịch: F=0,8.Bo.H

v0: tốc độ tương đối của ôtô-máy

kéo và không khí

Trong đó:

 v: tốc độ chuyển động của ô tô, m/s

 vg: tốc độ chuyển động của gió so với phương dịch chuyển của xe, m/s Trong công thức (1.16), biểu thức mang dấu (+) ứng với trường hợp ô tô đi ngược chiều với chiều của gió, còn mang giá trị () ứng với trường hợp ô tô đi cùng chiều gió Đối với ôtô du lịch có tốc độ chuyển động cao, lực cản không khí có giá trị khá lớn Còn đối với máy kéo có tốc độ chuyển động tương đối thấp nên trong quá trình tính toán có thể bỏ qua

Tích số W=K.F được gọi là nhân tố cản không khí có đơn vị là N.s2/m2

.v o W

1,6÷2,8 1,5÷2,0

Ví dụ 1.5: hãy xác định giá trị lực cản không khí tác dụng lên ô tô có diện tích

cản chính diện là F = 4,2 m2, và hệ số cản không khí K=0,65 Ns2/m4, tốc độ di chuyển của ô tô lúc này là 70 km/h trong các trường hợp sau:

 Ô tô di chuyển trong điều kiện không có gió

 Ô tô di chuyển cùng chiều gió với vận tốc 10 km/h

 Ô tô di chuyển ngược chiều gió vận tốc 10 km/h

Giải

 Trong trường hợp không có gió:

Vận tốc tương đối của xe so với không khí chính bằng vận tốc chuyển động của

xe v1 = 70 km/h = 19,44 (m/s)

Hình 1.11: Sơ đồ xác định lực cản chính

diện của ôtô

18

Lực cản không khí lúc đó là: P1 = K.F.v1

2 = 0,65 4,2 19,442=1031,7 (N)

 Trong trường hợp xe di chuyển cùng chiều của gió:

Vận tốc tương đối của xe so với không khí được xác định như sau:

v2 = v1 – vg = 70 – 10 = 60 km/h = 16,67 m/s

P2 = K.F.v22 = 0,65 4,2 16,672=758,3 (N)

 Trong trường hợp xe di chuyển ngược chiều của gió:

Vận tốc tương đối của xe so với không khí được xác định như sau:

v3 = v1 + vg = 70 + 10 = 80 km/h = 22,22 m/s

P3 = K.F.v3

2 = 0,65 4,2 22,222=1348,1 (N) Ngoài kiểu tính lực cản không khí ở trên còn có một cách khác để xác định thành phần lực cản không khí như sau:

F C v

P 02 D2

1



 Trong đó:

: mật độ không khí, được xác định như sau:

16,288325

,101225

,

1

Nhiệt độ của không khí tính bằng 0C

CD: hệ số cản khí động học, phụ thuộc vào hình dạng và bề mặt của ô tô

Hình 1.12: Hệ số cản khí động phụ thuộc vào hình dạng của ô tô

1.4.4 Lực quán tính của ôtô-máy kéo, P j

Khi ôtô-máy kéo chuyển động không ổn định (có gia tốc) sẽ xuất hiện lực quán tính Pj, lực quán tính Pj có thể được phân ra thành các thành phần sau:

 Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô-máy kéo, P’j, thành phần này là lực quán tính của tổng trọng lượng của ô tô và hàng hóa:

j g

Việc xác định P”j một cách chính xác rất phức tạp, nên để dể dàng cho quá trình tính toán, người ta xác định lực quán tính tổng cộng của ô tô khi tăng tốc bằng lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến có tính thêm hệ số kể đến sự ảnh

19

hưởng của các chi tiết chuyển động quay trong hệ thống truyền lực Vì vậy lực quán tính tổng cộng của ô tô khi tăng tốc được xác định theo công thức sau:

j g

G P

Với ih: tỷ số truyền của hộp số

Lưu ý: giá trị của Pj phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của ô tô, nếu xe giảm tốc thì lực quán tính cùng chiều với chuyển động (gia tốc ngược chiều chuyển động) đóng vai trò hổ trợ chuyển động nên có giá trị ()

Ví dụ 1.6: Hãy tính giá trị lực quán tính và xác định chiều của nó khi ô tô ở ví dụ

1.3 đang tăng tốc với gia tốc là j = 0,20 m/s2 ở số 2 với tỷ số truyền của hộp số tại số 2

là ih2 = 3,4

Giải

Ô tô có trọng lượng là G = 7.500 kG = 7500xg (N)  75000 (N)

Lực quán tính được xác định theo công thức (1.17)

Trong đó j được xác định như sau: 2  1 , 05  0 , 05  3 , 42  1 , 628

   1 , 628 7500 * 0 , 2  2442

g

g j

1.5 Lực bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường

1.5.1 Khái niệm về lực bám giữa bánh xe chủ động với nền đường

Trong quá trình làm việc, tại khu vực tiếp xúc giữa bánh xe ô tô với mặt đường

có phát sinh các phản lực như sau:

 Thành phần tiếp tuyến: nằm trong mặt phẳng tiếp xúc của lốp và mặt đường,

hướng theo phương mặt phẳng quay của bánh xe, thành phần này do mô men

xoắn hoặc phanh gây ra

 Thành phần pháp tuyến: vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc của bánh xe và mặt

đường

20

 Thành phần nằm ngang: vuông góc với mặt phẳng quay của bánh xe và

nằm trong mặt phẳng tiếp xúc của lốp và mặt đường Thành phần này do lực

ngang gây ra

Khi bánh xe nhận momen (kéo

từ động cơ đến hay phanh), do sự

tương tác giữa bánh xe với mặt đường

nên tại khu vực tiếp xúc phát sinh

những phản lực, thành phần phản lực

tiếp tuyến với mặt phẳng quay của

bánh xe làm cho ô tô chuyển động về

phía trước khi kéo hoặc hãm ô tô lại

khi phanh

Giá trị thành phần phản lực này

phụ thuộc vào mối liên kết giữa bánh

xe và mặt đường Sự liên kết giữa

bánh xe và mặt đường bao gồm 2 cơ

chế:

 Sự bám dính bề mặt: dựa vào liên kết

giữa cao su và các mấp mô nhỏ trên mặt

đường, sự bám dính này chiếm phần lớn

trong điều kiện đường khô nhưng sẽ

giảm đi nhiều nếu đường ướt

 Sự bám cơ học: tạo nên do sự biến dạng

đàn hồi của lốp tại vị trí mấp mô của mặt

đường hoặc do sự cản trượt của lốp xe

khi các mấp mô bám vào các vân lốp, sự

bám cơ học không bị ảnh hưởng bởi

trạng thái khô hay ướt của mặt đường

Giá trị phản lực này phụ thuộc vào giới

hạn của mối liên kết này, khi vượt quá giá trị

giới hạn đó thì liên kết giữa bánh xe và mặt

đường bị phá vỡ, lúc đó người ta gọi là xe không còn bám trên mặt đường hay gọi là

xe mất bám hay bánh xe bị trượt Khả năng phát hoặc thu nhận những lực tiếp tuyến hoặc ngang của bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi một thông số, gọi là tính chất bám giữa bánh xe và mặt đường Tính chất bám được đánh giá bởi hệ số bám 

Hệ số bám được xác định như sau:



 G

P k max

Trong đó:

 Pkmax : Lực kéo tiếp tuyến cực đại

 G: Trọng lượng bám, tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động trong trường hợp kéo hoặc bánh xe đặt cơ cấu phanh trong trường hợp phanh

Điều kiện để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay khi ôtô-máy kéo chuyển động thì lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh tại bánh chủ động do động cơ phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám P

Hình 1.13: Giá trị phản lực của nền đường tác

dụng lên bánh xe theo các phương khác nhau

Hình 1.14: Cơ chế liên kết giữa bánh

xe với mặt đường

Ví dụ: Một ô tô có trọng lượng toàn bộ là 5.000 kG, giả sử trọng lượng phân bố

lên cầu chủ động ở phía sau trong trường hợp tăng tốc không vượt quá 3.000 kG, ô tô

đó đang đứng trên đường có hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường là  = 0,75, lúc đó

dù ô tô đó trang bị động cơ mạnh đến mức nào đi chăng nữa thì lực kéo của bánh xe chủ động không vượt quá giá trị sau:

2250 75

, 0

* 3000

k

chủ động sẽ bị trượt quay

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

Trước tiên hệ số bám phụ thuộc vào vật liệu chế tạo bề mặt đường và lốp, tình trạng mặt đường và kết cấu dạng hoa lốp Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào các điều kiện

sử dụng khác như:

Hình 1.15: Sự ảnh hưởng của các nhân tố đến hệ số bám 

1.6.2.1 Áp suất trong của lốp (hình 1.15a)

Khi tăng áp suất của lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên rồi sau đó lại giảm xuống Giá trị hệ số bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất được khuyên để dùng cho lốp đó Tuy nhiên sự ảnh hưởng của áp suất đến hệ số bám là không lớn

Chú ý: đường (1) ứng với đường khô, đường (2) ứng với đường ướt

1.6.2.2 Tốc độ chuyển động của ôtô-máy kéo (hình 1.15b)

Khi tăng tốc độ chuyển động thì hệ số bám giảm tử từ theo dạng đường cong Trên đường khô, hệ số bám sẽ giảm khi tốc độ tăng lên Khi đi trên đường ướt,

hệ số bám sẽ ảnh hưởng nhiều hơn bởi tốc độ vì khi ở tốc độ cao việc màng nước giữa lốp xe và mặt đường sẽ khó bị phá vỡ hơn, khi tốc độ và độ dày của lớp nước đủ lớn thì bánh xe gần như được nâng lên khỏi đường

1.6.2.3 Tải trọng thẳng đứng(hình 1.15c)

Khi tăng tải trọng thẳng đứng thì hệ số bám giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính trong cả điều kiện đường ướt hay khô Thực nghiệm cho thấy, khi tải trọng tăng 10% thì làm cho hệ số bám cực đại hay trong trường hợp trượt hoàn toàn giảm đi 0,01

1.6.2.4 Độ trượt của bánh xe với mặt đường(hình 1.15d)

22

Khi tác dụng vào bánh xe một momen (momen kéo Mk do động cơ tạo ra trong quá trình tăng tốc hay momen phanh Mp do cơ cấu phanh tạo ra trong quá trình phanh) bao giờ cũng xuất hiện sự sai khác về tốc độ giữa tốc độ tịnh tiến của bánh xe và tốc

độ quay của nó, sự sai khác này được thể hiện bằng độ trượt của bánh xe

Khi tăng độ trượt của bánh xe chủ động thì hệ số bám ban đầu tăng lên nhanh chóng và đạt cực đại trong khoảng độ trượt (15÷25)% Khi tiếp tục tăng độ trượt thì hệ

số bám giảm, khi s = 100% thì  giảm đi (2030)% so với giá trị hệ số bám cực đại Đối với đường ướt thì giảm đến (50÷60)% so với khi đi trên đường khô

Khi đi tên đường đóng băng thì hệ số bám còn khoảng (0,1 ÷ 0,15) nhưng giá trị

độ bám cực đại đạt khi độ trượt nhỏ hơn 10%

Đối với hệ số bám ngang thì cũng chịu tác dụng tương tự bởi các yếu tố trên Giá trị trung bình có bảng tra:

Bảng 1.7: Giá trị hệ số bám giữa bánh xe với các loại đường khác nhau

Hình 1.16: Các lực tác dụng vào ô tô trong trường hợp tổng quát

 Xác định lực thẳng góc ở bánh trước Z1 Ta xét momen của ngoại lực tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe sau với mặt đường

23

Với Mj1 và Mj2: là momen quán tính của bánh xe trước và sau

Trong tính toán ta nhận các giả thiết sau:

 Chiều cao của trọng tâm xe và điểm đặt giá trị lực cản không khí là bằng nhau:

Z2  .   . b  .   j   . g  m. m

(1.23)

1.6.2 Trường hợp xe chuyển định ổn định trên đường nằm ngang

Khi ô tô chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, tức là:

 Gia tốc chuyển động của ô tô bằng không  Pj = 0

 Xe đi trên đường bằng  = 0

Nên phản lực thẳng đứng của bánh xe với mặt đường được tính như sau:

L

h P h P r f b G

Z2  .  .b  . g m. m (1.25)Khi ô tô không kéo móoc thì Pm = 0

 Trường hợp ô tô đứng yên trên đường nằm ngang: phản lực thẳng đứng của nền

đường tác dụng lên bánh xe được tính như sau:

Đối với cầu trước:

L

b G

Z1  . và cầu sau:

L

a G

Z2  .

Trong thực tế, khi ô tô làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau tùy thuộc vào điều kiện đường xá và sự điều khiển của người lái mà trị số phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên các cầu xe thay đổi Tuy nhiên hợp lực (Z1 + Z2) luôn bằng trọng lượng toàn bộ của xe Cụ thể là khi xe đang tăng tốc thì tải trọng ở cầu trước giảm đi

và tải trọng ở cầu sau sẽ tăng lên, còn khi phanh thì tải trọng cầu trước tăng lên và tải trọng cầu sau sẽ giảm đi Để thuận lợi cho việc tính toán và so sánh người ta đưa ra khái niệm hệ số phân bố tải trọng, hệ số này cho biết tỷ lệ phân bố trọng lượng lên các cầu xe

Hệ số phân bố tải trọng lên các cầu được xác định như sau:

Đối với cầu trước:

Ví dụ1.7: Hãy xác định vị trí trọng tâm theo phương ngang của một ô tô có trọng

lượng toàn bộ là G = 1.800 kG, trọng lượng phân bố trên cầu trước đo được là: 1.000kG, chiều dài cơ sở của ô tô đó là 2,2m

Vậy hệ số phân bố tải trọng ở trạng thái tính của cầu sau là: m t2 = 1 - m t1 = 0,444

Từ đó ta có được khoảng cách từ trọng tâm của ô tô đến cầu trước là:

98 , 0 444 , 0 2 , 2

1.6.3 Trường hợp ô tô tăng tốc

Ta xét trường hợp xe tăng tốc trên đường nằm ngang không kéo móoc, lúc đó phản lực thẳng đứng tại cầu sau được xác định như sau:

L

h P P b G

Z1 .  j   . g ;  

L

h P P a G

Z2  .  j   . g

GL

h P P m

GL

h P P m

Ghi chú: trong trường hợp trên ta bỏ qua momen cản lăn vì nó có giá trị nhỏ

Qua đó ta thấy khi xe tăng tốc thì tải trọng thẳng đứng ở cầu sau tăng lên còn cầu trước giảm đi

1.6.4 Trường hợp ô tô phanh

Tương tự trong trường hợp ô tô tăng tốc, trong trường hợp phanh lực quán tính ngược với trường hợp ô tô tăng tốc, và giá trị lực cản không khí có thể bỏ qua vì nhỏ hơn nhiều so với lực phanh

L

h P b G

Z1  .  j. g ;

L

h P a G

Z2  .  j g

Lên cầu trước:

GL

h P m

Lên cầu sau:

GL

h P m

Ngược lại với trường hợp tăng tốc, khi phanh trọng lượng phân bố ở cầu trước sẽ tăng lên, còn cầu sau sẽ giảm đi

Ví dụ 1.8:

25

Thông số của ô tô giống trong ví dụ 1.7, hãy xác định hệ số phân bố tải trọng lên các cầu trong trường hợp:

 Ô tô tăng tốc với gia tốc j =0,5 m/s2, ở số II với tỷ số truyền của số II là ihII=3,5

 Ô tô đang phanh với gia tốc chậm dần jp = 2m/s2 (j = 1)

Biết chiều cao trọng tâm là hg = 0,6m

Giải

Trong cả hai trường hợp trên ta xem giá trị của lực cản không khí có giá trị nhỏ nên ta bỏ qua

 Khi ô tô tăng tốc với gia tốc j =0,5 m/s 2

Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay trong hệ thống truyền lực:

6625 , 1 5 , 3 05 , 0 05 ,

6 , 0 6 , 149 556 , 0 1

h P m

2 , 2 1800

6 , 0 6 , 149 556 , 0 2

h P m

Hay m2  1 m1 1  0 , 533  0 , 467

 Ô tô đang phanh với gia tốc chậm dần

Lực quán tính khi phanh được xác định như sau:

3600 2

6 , 0 360 556 , 0 1

h P m

Và cầu sau: m2  1 m1  1  0 , 61  0 , 39

1.6.5 Trường hợp xe chuyển động với vận tốc cao

Trong trường hợp này ô tô di chuyển trên đường bằng với vận tốc cao, không tăng tốc và bỏ qua momen cản lăn, lúc đó phản lực thẳng đứng của mặt đường được tính như sau:

L

h P b G

Z1    g và

L

h P a G

Z2     g

Lên cầu trước:

G L

h P m

h P m

Ví dụ 1.9: Hãy xác định hệ số phân bố tải trọng khi ô tô ở ví dụ 1.7 chuyển động

với vận tốc 70km/h, biết ô tô có diện tích cản chính diện là 1,4m2, và hệ số cản không

70 4 , 0 4 , 1

6 , 0 17 , 21 556 , 0 1

h P m

Và cầu sau: m2  1 m1 1  0 , 553  0 , 447

1.6.6 Trường hợp xe kéo mooc

Xét trường hợp ô tô di chuyển trên đường nằm ngang, không tăng tốc có kéo theo moóc, lúc đó phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe như sau:

L

h P h P b G

Z1     g  m m

h P h P a G

Z2     g  m m

Lên cầu trước:

G L

h P h P m

h P h P m

Ví dụ 1.10: Hãy xác định hệ số phân bố tải trọng lên 2 cầu của ô tô trong ví dụ

1.7, khi ô tô đó kéo theo rơ móoc có trọng lượng là Gm = 1.000kG, hệ số cản của mặt đường lên rơ móoc là  = 0,04, chiều cao liên kết của rơ móoc và xe kéo là hm = 0,6m

Giải

Ở trạng thái chuyển động ổn định, lực cản của đường tác dụng vào rơ mooc là:

40 04 , 0 1000

6 , 0 40 556 , 0 1

h P m

t

Và cầu sau: m2  1 m1  1  0 , 545  0 , 455

1.7 Tính toán sức kéo của ô tô – máy kéo

1.7.1 Cân bằng lực kéo của ô tô

1.7.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo

Từ sơ đồ các lực tác dụng ở hình 1.9, ta xét các lực tác dụng vào ô tô theo phương chuyển động trong trường hợp tổng quát, các lực này được chia làm hai nhóm:

- Nhóm lực gây ra chuyển động: là lực kéo Pk tại bánh xe chủ động

- Nhóm các lực làm cản trở chuyển động: lực cản lăn Pf, lực cản lên dốc Pi, lực cản không khí P, lực quán tính Pj (bỏ qua lực cản kéo moóc Pm)

27

Trong trường hợp tổng quát, hai nhóm lực này cân bằng nhau, biểu thức thể hiện

sự cân bằng của tất cả các lực theo phương chuyển động của ô tô được gọi là Phương trình cân bằng lực kéo:

j i

Khai triển phương trình (1.37) ta có phương trình cân bằng lực kéo dưới dạng khai triển như sau:

j g

G v W Sin G Cos G f r

i M

i b

t t e

.

.

P k  f 

hay

2

v W Cos G f r

i M

b

t t e





1.7.1.2 Đồ thị cân bằng lực kéo và ý nghĩa

Ta xây dựng quan hệ giữa lực kéo

phát ra tại bánh chủ động Pk với các lực cản

chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển

động của ôtô v, P=f(v)

Trục tung đặt các giá trị của lực, trục

hoành đặt các giá trị của vận tốc Đồ thị

biểu diển mối quan hệ giữa các lực nói trên

và vận tốc chuyển động của ôtô được gọi là

Đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô

Ta biểu diễn lực kéo tiếp tuyến ứng

với các tỉ số truyền khác nhau của hộp số

Pk1, Pk2, Pk3… đường cong lực kéo tiếp

tuyến Pki có hình dạng của đường cong

momen xoắn Me của động cơ, vì được xác

định như sau:

b

t tn e kn

r

i M

i

r n v







 30



Sau đó ta xây dựng đường lực cản của mặt đường P =f(v) Nếu hệ số cản lăn và

độ dốc của mặt đường không đổi thì đường lực cản tổng cộng của mặt đường P là một đường nằm ngang vì chúng không phụ thuộc vào vận tốc v Nhưng khi ôtô chuyển động với vận tốc lớn hơn 22,2m/s, thì P phụ thuộc vào vận tốc của ôtô, P có dạng một đường cong đi lên

Hình 1.17: Đồ thị cân bằng lực kéo

28

Tiếp đó ta xây dựng đường cong lực cản không khí ngay trên đường P, đây là một đường cong bậc 2 phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô Đường này chính

là đường cong tổng hợp của hai lực (P +P)

Đường Pk và đường P +P cắt nhau tại điểm A, khi chiếu A xuống trục hoành thì ta được vận tốc lớn nhất của ôtô ở điều kiện đã cho

Sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô ta có thể xác định được chỉ tiêu động lực học của ô tô khi chuyển động ổn định Ví dụ: ta có thể xác định vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô vmax, các lực cản thành phần ở một vận tốc nào đó, ví dụ: tại vận tốc v1 thì tung độ ab chính là lực cản tổng cộng của mặt đường, tung độ bc là lực cản của không khí, còn tung độ cd là lực kéo dư Pd và tung độ ad là lực kéo tiếp tuyến Pk

Để xem xét khả năng có thể xảy ra sự trượt quay của các bánh xe chủ động, trên

đồ thị ta xây dựng đường lực bám phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ôtô P

Lực bám được tính theo công thức: P   m G .

Trong đó:

 G: trọng lượng của ôtô phân bố lên cầu chủ động

 m: hệ số phân bố tải trọng động (hệ số kể đến sự ảnh hưởng của gia tốc đến tải trọng thẳng đứng lên cầu chủ động)

Đường P là đường nằm ngang song song với trục hoành Khu vực đường cong của lực kéo tiếp tuýên PK nằm dưới đường P thỏa mãn điều kiện P k P nghĩa là ôtô chuyển động không bị trượt quay của bánh xe chủ động Nếu phần đường cong Pk nằm trên P thì bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay

Như vậy điều kiện để ôtô chuyển động ổn định không bị trượt quay là:

1.7.2 Cân bằng công suất của ô tô

1.7.2.1 Phương trình cân bằng công suất

Công suất của động cơ phát ra sau khi tiêu tốn đi cho ma sát của hệ thống truyền lực, phần còn lại khắc phục lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản lên dốc, lực quán tính Biểu thức cân bằng công suất phát ra từ động cơ và các dạng công suất cản kể trên được gọi là phương trình cân bằng công suất của ôtô khi chúng chuỷên động

j i

f t

Cũng giống như trong phương trình cân bằng lực kéo, giá trị công suất Ni có giá trị (+) khi xe lên dốc và () khi xe đi xuống dốc, và giá trị công suất quán tính Nj có giá trị (+) khi xe tăng tốc và () khi xe giảm tốc

Phương trình biểu thị dưới dạng khai triển như sau:

g

G v W Sin v G Cos v G f N

N e  e1  t     3  i . (1.41)Trong trường hợp ôtô chuyển động trên đường bằng, không có gia tốc:

) (

t f

29

Ta xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ôtô xuất phát từ quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ Ne và các công suất cản trong quá trình chuyển động của ôtô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động

Trên trục hoành đặt các giá trị của vận tốc chuyển động v hoặc các số vòng quay

của trục khuỷu động cơ ne, còn trên trục tung đặt các giá trị công suất (Ne, Nk, N, N) Đối với công suất cản tổng cộng của đường: khi vận tốc của ô tô nhỏ hơn khoảng 22,2(m/s) và góc dốc của mặt đường i không đổi thì đường công suất cản của đường

N là một đường bậc nhất phụ thuộc vào vận tốc v Khi vận tốc chuyển động của ô tô

lớn hơn 22,2 (m/s) thì hệ số cản lăn tăng lên vì vậy đường N là một đường cong đi lên

Đối với công suất cản không khí: đặt các giá trị của đường cong N lên trên đường cong N ta được đường cong tổng công suất cản khi ôtô chuyển động (N+N)

Như vậy ứng với các vận tốc

khác nhau thì cá tung độ nằm giữa

đường cong tổng công suất cản và

trục hoành sẽ tương ứng với công

suất tiêu hao để khắc phục sức cản

của mặt đường và sức cản của

không khí Tung độ nằm giữa

đường cong (N+N) và đường

cong Nk là công suất dự trữ của ôtô

và được gọi là công suất dư Nd

nhằm khắc phục lực cản dốc khi độ

dốc tăng lên hoặc để tăng tốc ôtô

Giao điểm A trên hình vẽ khi

chiếu xuống trục hoành ta được vận

tốc lớn nhất của ôtô ở loại đường đã cho, tại đây Nd =0 nên ôtô không còn khả năng tăng tốc nữa

1.7.3 Nhân tố động lực học

1.7.3.1 Khái niệm về nhân tố động lực học (NTĐLH)

Khi so sánh tính động lực học của các loại ôtô khác nhau ứng với điều kiện làm việc của ôtô trên các loại đường khác nhau người ta muốn có thông số thể hiện ngay tính động lực của ôtô Vì vậy, sử dụng phương trình cân bằng lực kéo là không hợp lý

Người ta sử dụng thông số mà không có sự hiện diện của chỉ số kết cấu đó là nhân tố động lực học của ôtô

NTĐLH được xác định như sau:

G

P P

30

 Nhân tố động lực học D là biểu thị khả năng ôtô thắng lực cản của đường và khả năng tăng tốc

Lưu ý: gia tốc j mang giá trị (+) khi tăng tốc và () khi giảm tốc

Để duy trì ôtô chuyển động trong một thời gian dài thì ít nhất nhân tố động lực học của ô tô đó cần phải thắng được nhân tố cản của mặt đường tức là cần phải thỏa mãn điều kiện D

Nếu xét khả năng trượt quay của bánh xe chủ động trong quá trình làm việc: lực

kéo của bánh xe chủ động bị giới hạn bởi giá trị lực bám giữa bánh xe với mặt đường

vì vậy NTĐLH cũng bị giới hạn điều kiện bám của bánh xe chủ động NTĐLH tính theo điều kiện bám như sau:

G

v W G m G

P P D

2

Đồ thị NTĐLH biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa NTĐLH với vận tốc chuyển động ôtô, tức là D=f(v) Khi ôtô có tải

trọng đầy và động cơ làm việc ở chế độ

toàn tải thì ta xây dựng đồ thị NTDLH

ứng với các tỉ số truyền khác nhau như

sau:

Xuất phát từ công thức (1.41) để

xác định nhân tố động lực học D:

 Ứng với mỗi tỷ số truyền khác

nhau của hộp số ta có các giá trị

khác nhau của lực kéo Pk phụ

thuộc vào tốc độ chuyển động của

xe

 Và ứng với mỗi tốc độ chuyển

động của xe ta có các giá trị khác

nhau của lực cản không khí P

 Từ đó ta xác định giá trị cụ thể của D, thể hiện bằng đồ thị như hình 1.21

Giới hạn của đồ thị:

Ta xây dựng đường cong D và  để xét mối quan hệ giữa NTĐLH theo điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường theo công thức 1.43 và điều kiện lực cản của mặt đường

Việc sử dụng NTĐLH của ôtô phải thỏa mãn điều kiện D   D nên trên đồ thị khu vực sử dụng tương ứng là phần đường cong nằm dưới đường cong D và trên đường cong 

Hình 1.19: Đồ thị nhân tố động lực học

Nếu đường cong nhân tố động lực học nằm hoàn toàn phía trên đường hệ số cản tổng cộng của mặt đường thì ô tô không có khả năng chuyển động ổn định khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải Để thỏa mãn điều kiện này thì ta phải giải quyết như sau:

 Nguời lái có thể chuyển sang làm việc ở số truyền cao hơn của hộp số để cho đường cong nhân tố động lực học ở số cao hơn

cắt đường hệ số cản tổng cộng của mặt đường

 ở phần làm việc ổn định trên đường nhân tố

động lực học

 Người lái cần giảm ga để giảm bớt công suất

của động cơ, khi đó đường nhân tố động lực

học sẽ hạ thấp xuống

Nếu không giải quyết một trong hai biện pháp

trên thì ô tô sẽ tăng tốc

b) Xác định độ dốc lớn nhất của đường mà ô tô có

thể vượt qua được

Tại vận tốc v1 ở tỷ số truyền nào đó của hộp số

ổn định

 Phần bên trái v th : phần này thì vận tốc chuyển động nhỏ hơn vth, nếu ô tô đang làm việc ở vùng này, khi lực cản của đường tăng lên, vận tốc chuyển động và nhân tố động lực học sẽ giảm xuống do đó ô tô không có khả năng thắng lực cản

Hình 1.20: Xác định tốc độ lớn

nhất của ô tô

nhất tại số 3 là D3max = 0,3, đang chuyển động

trên đường có hệ số cản lăn f = 0,02 Hỏi ô tô

đó có thể vượt được độ dốc tối đa là bao

nhiêu?

Theo công thức (1.43) ta có:

28 , 0 02 , 0 3 , 0 max

3

i

Vậy độ dốc tối đa mà ô tô có thể vượt

được trên đường đó ở số 3 là 28%

c) Xác định sự tăng tốc của ô tô

Nhờ đồ thị nhân tố động lực học ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô tại một tốc độ nào đó khi biết hệ số cản của đường  và ô tô chuyển động ở một tỷ số truyền nào đó

Từ biểu thức xác định nhân tố động lực học (1.42) ta xác định được:

i

g D

dt

dv j

d) Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc

Nhờ đồ thị nhân tố động lực học của ô tô, ta xác định được sự tăng tốc của ô tô qua đồ thị gia tốc j = f(v) và từ đây ta xác định được thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô, đây là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng động học của ô tô

 Xác định thời gian tăng tốc của ô tô

v

v



 2

1 1

Hình 1.22: Phương pháp xác định thời gian và quãng đường tăng tốc

Tích phân này không giải được bằng phương pháp giải tích vì không có sự liên

hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa sự tăng tốc của ô tô với tốc độ chuyển động

Hình 1.21: Xác định độ dốc lớn nhất

của ô tô có thể vượt

 Ta lấy một phần vi phân diện tích nào đó, tương ứng với khoảng biến thiên tốc

độ dv, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong 1/j, trục hoành và hai hoành

độ ứng với sự biến thiên dv sẽ biểu thị thời gian tăng tốc của ô tô trong khoảng

dv Tổng cộng tất cả các diện tích nhỏ này lại ta được thời gian tăng tốc của ô tô

từ v 1 đến v 2 và từ đó ta xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc t = f(v) ở một số

truyền nào đó

 Xác định quãng đường tăng tốc

Sau khi lập được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thời gian tăng tốc phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ô tô, ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc tương ứng với thời gian tăng tốc đó

1

Tích phân này cũng không giải

được bằng phương pháp giải tích giống

như trường hợp trên vì vậy ta giải bằng

phương pháp đồ thị Cách xác định như

sau:

Từ đồ thị xác định thời gian tăng tốc

theo tốc độ, ta lấy một phần nào đó diện

tích tương ứng với khoảng biến thiên thời

gian dt, phần diện tích được giới hạn bởi

đường cong thời gian tăng tốc, trục tung

và hai hoành độ tương ứng với độ biến

thiên thời gian dt sẽ biểu thị quãng đường

tăng tốc trong thời gian đó Cộng tất cả các diện tích này lại ta được quãng đường tăng

tốc của ô tô từ vận tốc v 1 đến v 2 và từ đó ta xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc

phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng S=f(v)

Giả sử khi tăng tốc từ 10m/s lên 20m/s thì cần có một khoảng thời gian và quãng đường được xác định bằng diện tích abcd

Trong quá trình xây dựng đồ thị ta cần lưu ý rằng:

 Tại vận tốc lớn nhất của ô tô vmax thì gia tốc j=0, do đó 1/j=, vì vậy khi lập đồ thị và trong tính toán ta chỉ lấy vận tốc của ô tô khoảng 0,95vmax

 Tại vận tốc nhỏ nhất của ô tô vmin thì lấy trị số t=0

Hình 1.23: Đồ thị thời gian và quãng đường

tăng tốc có kể đến thời gian chuyển số

34

 Đối với hệ thống truyền lực có cấp, thời gian chuyển số từ thấp đến số cao hơn

có xảy ra hiện tượng giảm tốc một khoảng v của ô tô do sự ngắt công suất từ động cơ đến bánh xe chủ động và sức cản trong quá trình chuyển động Trị số giảm vận tốc v có thể được xác định bằng phương trình chuyển động lăn trơn của ô tô như sau:

i

t g v



.

 tl: thời gian chuyển số

Thời gian chuyển số tl phụ thuộc vào trình độ của người lái, kết cấu của hộp số

và chủng loại động cơ đặt trên ô tô, đối với người lái có trình độ cao thì tl = (0,53)s Việc xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học tuy đơn giản nhưng thiếu chính xác, mặc dù có sự giảm tốc khi chuyển

số Vì vậy, nó chỉ có giá trị trong phạm vi lý thuyết, còn trong thực tế người ta phải kiểm nghiệm lại bằng thí nghiệm ô tô trên đường hoặc trên bệ thử động lực học

1.7.4 Đặc tính động lực học khi tải trọng thay đổi

Trong thực tế, không phải lúc nào ô tô cũng chở đầy hàng mà tải trọng của ô tô thường xuyên thay đổi trong phạm vi rộng, đặc biệt là ô tô kéo móoc vì vậy giá trị nhân tố động lực học của ô tô sẽ thay đổi

Từ công thức tính nhân tố động lực học đối với ô tô ở tải trọng đầy G ở công thức (1.42), nhân tố động lực học ứng với tải trọng mới Gx được xác định như sau:

x

k x G

P P



Ta xây dựng được mối quan hệ

giữa nhân tố động lực học của ô tô

khi tải trọng thay đổi, như sau:

x x

G

G D

Về phương diện đồ thị, nhân tố

động lực học của ô tô ở tải trọng bất

kỳ cũng giống như đồ thị nhân tố

động lực học của ô tô ở tải trọng đầy

nhưng tỷ lệ xích của trục tung khác

đi Vì vậy ta chỉ cần thay đổi tỷ lệ

xích trên trục tung của đồ thị nhân tố

động lực học của ô tô ứng tải trọng

đầy là có đồ thị nhân tố động lực học

khi ở tải trọng mới Để dể dàng xác

định và so sánh nhân tố động lực học của ô tô khi tải trọng thay đổi, ta thiết lập đồ thị hình tia như hình 1.25

Hình 1.24: Đồ thị nhân tố động lực học ứng với tải trọng đầy và khi có G x = 0,5G

tế, ví dụ:

Hình 1.25: Đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi

 Xác định nhân tố động lực học của ô tô khi chuyển động với vận tốc v1 nào đó ở tay số 3 với tải trọng của ô tô lúc này là quá tải 20%, tương ứng với điểm C trên

Ví dụ áp dụng: ta có thể dựa vào dạng đồ thị như hình 1.25 hoặc từ công thức (1.48)

để xác định các giá trị nhân tố động lực học hoặc chỉ tiêu động lực học của ô tô khi tải trọng thay đổi, như:

 Ô tô ở tải trọng đầy, khi chạy ở tốc độ v1 nào đó có nhân tố động lực học là D1=0,4, cũng ở tốc độ v1 đó nếu xe chạy chỉ với trọng lượng bằng 80% so với trọng lượng của ô tô ở tải trọng đầy thì nhân tố động lực học lúc đó tăng lên 0.5

8 , 0

4 , 0

% 80

còn khi ô tô quá tải 130% thì nhân tố động lực học khi đó là 0,308

3 , 1

4 , 0

% 130

D

 Ô tô ở tải trọng đầy khi chạy ở số II, có thể thắng được đường có hệ số cản là

=0,38, nếu xe chỉ có trọng lượng chỉ bằng 70% so với trọng lượng của ô tô ở tải

36

trọng đầy thì ô tô có thể thắng được đường có hệ số cản 0,543

7 , 0

38 , 0

 Loại ô tô: ô tô tải, khách, con … số cầu và vị trí cầu chủ động

 Trọng lượng toàn bộ của ô tô: G (N)

 Tốc độ lớn nhất của ô tô ở số truyền cao: vmax (m/s)

 Hệ số cản lớn nhất của mặt đường mà ô tô có thể vượt qua ở số 1: max

 Hệ số cản lăn cơ bản của đường: fo

 Loại động cơ dùng trên ô tô

 Thông số hình học của xe: kích thước bao của ô tô

 Hệ số cản của không khí: K (N.s2/m4)

 Hệ số phân bố tải trọng ra các cầu: mt1; mt2

 Tốc độ quay của động cơ ở các chế độ

 Hiệu suất của hệ thống truyền lực: tl

 Hệ số bám giữa ô tô với mặt đường: 

Lúc đó ô tô chịu lực cản lăn và lực cản không khí, nên công suất Nv được xác định như sau:

max 2 max

2 max

1500 1

Công suất của động cơ cung cấp cho hệ thống truyền lực cần phải lớn hơn giá trị

Nv vì phải chi phí một phần cho tổn hao công suất trong hệ thống truyền lực Vì vậy công suất cần thiết của động cơ để ô tô chuyển động với tốc độ tối đa được xác định như sau:

t

v ev

N N



1.8.2.3 Xác định công suất cực đại của động cơ N evmax

Cần lưu ý rằng, công suất Nev chỉ là công suất khi động cơ đạt tốc độ cực đại, chứ không phải là công suất cực đại của động cơ

37

Dựa vào phương trình Lây- Đéc man ta tính được công suất cực đại của động cơ như sau:

3 2 max

ev ev

c b a

N N

1.8.2.4 Chọn công suất cực đại của động cơ N emax

Công suất cực đại của động cơ Nemax được chọn phải lớn hơn công suất tính toán theo yêu cầu ở trên từ (1025)% để bù vào phần công suất phải tiêu hao cho việc làm mát động cơ, bôi trơn, năng lượng tiêu thụ các thiết bị điện trên xe, tiêu hao cho máy nén khí … vì vậy công suất của động cơ phải được lựa chọn trong khoảng:

max 1 , 1 1 , 25 ev

1.8.2.5 Vẽ đồ thị đặc tính ngoài của động cơ

Từ giá trị công suất cực đại Nemax ta dùng phương trình Lây – Đéc man để xây dựng đường đặc tính ngoài biểu diển sự phụ thuộc giữa Ne; Me vào tốc độ vòng quay của động cơ Với tốc độ lớn nhất của động cơ được tính như sau:

v N

Với nN được chọn dựa vào thông số kỹ thuật của động cơ trang bị trên ô tô được cho ở đề bài

1.8.2.6 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

a) Xác định tỷ số truyền của bộ truyền lực chính

Tỷ số truyền của truyền lực chính được chọn dựa theo quan điểm: tốc độ của ô tô đạt được giá trị cực đại khi động cơ làm việc ở tốc độ lớn nhất nemax, lúc đó ô tô đang

đi ở số truyền cao nhất vì vậy tỷ số truyền của truyền lực chính được xác định theo công thức sau:

max

max 0

60

2

v i i

n r i

fc hn

e b

 ipc: tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối ở số cao, thông thường ta chọn

ipc = 1

b) Xác định tỷ số truyền của số I

Tỷ số truyền của số I được xác định dựa trên quan điểm: lực kéo tiếp tuyến phát

ra ở bánh xe chủ động khi động cơ làm việc ở momen tối đa khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường, tức là:

2 max

P k  

Nhưng khi ô tô chuyển động ở số I với tốc độ chậm thì giá trị lực cản không khí

có giá trị nhỏ nên ta có thể bỏ qua, như vậy:

t pc hI e

.

.

max 0

b hI

i i M

r G i





.

0 max

max

ipc: tỷ số truyền của hộp số phụ ở số truyền có tỷ số truyền cao

Ngoài ra lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động bị giới hạn bởi lực bám giữa bánh xe với mặt đường, tức là lực kéo cực đại tại bánh xe chủ động không được vượt quá lực bám giữa bánh xe với mặt đường:



 .

P k  hay max.0. . . m.G .

r

i i i M

b

t pc hI e

Theo điều kiện này thì tỷ số truyền của số I được chọn là:



t pc e

b hI

i i M

r G m i







.

0 max

m: là hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động khi tăng tốc, nếu cầu trước là chủ động thì khi tăng tốc trọng lượng phân bố trên cầu trước sẽ giảm đi nên m = 0,7÷0,85; và ngược lại khi cầu sau chủ động thì trọng lượng phân bố lên cầu sau sẽ tăng lên m = 1,15÷1,25

Đối với trọng lượng phân bố tại bánh xe chủ động được xác định theo bảng sau:

Bảng 1.8: Phân tố tải trọng lên cầu chủ động

c) Xác định số truyền trung gian của hộp số

Tỷ số truyền trung gian của hộp số có thể xác định bằng một trong hai cách sau đây:

 Theo cấp số nhân

Dựa trên cơ sở sử dụng công suất trung bình của động cơ khi làm việc ở chế độ toàn tải là không thay đổi trong suốt quá trình tăng tốc của ô tô Ở tất cả các số truyền thì khoảng biến thiên tốc độ của động cơ nằm trong khoảng (ne’, ne”) là không đổi

Với giả thiết: khi chuyển số ô tô không bị ngắt công suất, do đó không mất mát

vận tốc, nghĩa là thời gian chuyển số xem như bằng không, tức là vận tốc cuối cùng của số thấp bằng vận tốc đầu tiên của số cao hơn kề nó:

v 1 ” = v 2 ’; v 2 ” = v 3 ’,…, v n-1 ” = v n ’

Trong đó:

 v’ n: là tốc độ nhỏ nhất (hay đầu tiên) của số truyền thứ n, khi vừa sang số

b e n

i i i

r n v

60

.

"

2

"

1 0 1



(m/s)

Và vận tốc đầu tiên khi gia tốc ở các số

truyền n được xác định bởi công thức:

 n pc h

b e n

i i i

r n v

60

' 2 '

n i

i i

i i

i i

i

e e n

h

n h hIV

hIII hIII hII hII

) 1 (

Từ biểu thức trên ta thấy rằng, tỷ số

truyền của hộp số chọn theo cơ sở lý luận

trên được xếp theo cấp số nhân mà công bội

là q, công bội q được xác định như sau:

Qua đó ta thấy rằng, muốn xác định công bội q của cấp số nhân, ta cần thiết biết

tỷ số truyền của số I, số lượng số truyền và tỷ số truyền của số truyền cuối cùng Thông trường trong thiết kế ô tô nhằm nâng cao tính chất động lực học, nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền lực, người ta chọn tỷ số truyền cao nhất của hộp số là tỷ số truyền thẳng, tức là ihn = 1, khi đó công bội q được xác định như sau:

1



n hI

i hk

Ở một số ô tô, nhằm tăng vận tốc lớn nhất khi chuyển động trên đường tốt để nâng cao được tính kinh tế nhiên liệu của ô tô và tăng tuổi thọ của động cơ, tỷ số truyền của số cuối cùng nhỏ hơn 1, gọi là số truyền tăng Tỷ số truyền tăng thông thường được chọn trong khoảng (0,70,85)

Khi hộp số có số truyền tăng thì số truyền thẳng sẽ là số truyền trước đó (một số trường hợp tốc độ của ô tô cao thì ô tô có 2 số truyền tăng) Do đó công thức tổng quát

để xác định số truyền ở các số trung gian như sau:

2



n hI

i q

Do đó số tỷ số truyền của số thứ k được xác định như sau:

40

 Chọn tỷ số truyền trung gian theo

cấp số điều hòa

Cơ sở của phương pháp này này là

tỷ số truyền được chọn sao cho khoảng

tốc độ giữa các số truyền là như nhau,

b e n

i i i

r n v

60

.

"

2 '

1 0 1



b e n

pc n h

b e n

i i i

r n v

i i i

r n v

60

' 2 '

2

"

0 1

i a

h

hI hk

i k k n

i n i

Ứng với các tỷ số truyền khác nhau của hộp số Các đồ thị trên được xây dựng

dựa vào nội dung của các phần: 1.7.1; 1.7.2; 1.7.3

Ví dụ 1.11: Hãy tính toán động lực học kéo của ô tô HINO 145 có các thông số

- Khả năng thắng lực cản cực đại của đường: max = 0,42

- Kích thước: chiều cao toàn bộ: H = 2.550 mm, chiều rộng cơ sở ở bánh trước: B=1870 mm

Hình 1.27: Đồ thị sang số khi tỷ số truyền bố

trí theo cấp số điều hòa

a i

i i

i i

i hII  hI  hIII  hII   hn  h(n )1 

1 1

1 1 1 1

(1.60)