Chương II LÝ THUYẾT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ ppt

Ngoại lực và momen ngoại lực tác dụng lên ô tô trong trường hợp chuyển động thẳng.. Các loại lực và momen ngoại lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng.. j J _momen quán tính khối lư

Chương II

LÝ THUYẾT CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ

I Ngoại lực và momen ngoại lực tác dụng lên ô tô trong trường hợp chuyển động thẳng.

1 Sơ đồ tổng quát chuyển động thẳng của ô tô.

Các giả thiết:

 Xe có các cầu chủ động, xe kéo moóc và moóc kéo bị động Sự tác động của moóc kéo lên ô tô thông qua lực cản kéo moóc

 Bài toán phẳng; là hình chiếu đứng của xe Hai bánh xe của một cầu coi như là một bánh xe

 Đường có lớp phủ đồng nhất

 Biến dạng của đường và lốp được tính đến khi xác định P f

 P đi qua tâm trục bánh xe Sự chuyển dời của lực z P được tính đến z

thông qua momen cản lăn M f

Sơ đồ tổng quát

2 Các loại lực và momen ngoại lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng.

a Lực cản dốc P i

G = Gsin + Gcos Thành phần song song với mặt đường gây lên lưc cản gọi là lực cản dốc P = i

sin

G  Khi xuống dốc P = i Gsin là loại lực nào?

Khi  

8

 ( rad), coi cos  1, sin = tg  B

H  = i Trong đó i là

độ dốc của đường

b Lực cản lăn kí hiệu P f

Lực cản lăn P của xe bằng f P = C P i Như ta đã thấy, lực biển hiện cho sự

tổn hao năng lượng do sự biến dạng của lốp và đường Ở từng bánh xe, hệ số cản lăn f =

k

a

r là

khác nhau

Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ta coi f là hằng số với mọi bánh xe.

 P = f f G1cos + f G2cos = f ( G + 1 G )2 cos = f G cos Trị số của đặc trưng cho chất lượng đường xá khá nhau, do đó đặc trưng cho sức

cản của đường Lực cản tổng cộng của đường P :

P = P + f P = f i G cos + Gsin = G ( f + i) = G   = ( f + i) là

hệ số cản tổng cộng của đường

c Lực cản moóc kéo P mk

'

mk

P là lực kéo của ô tô tác dụng lên moóc kéo.

'

mk

P = P + mkx P = mkz '

mk

P cos + '

mk

P sin   bản chất giống P và x P ở xe z

kéo

Phản lực từ moóc kéo tác dụng lên xe kéo ngược chiều với P gọi là lực cản mk'

moóc kéo P mk

d Momen cản lăn M f

Vì dời về điểm đi qua tâm trục bánh xe trong vùng tiếp xúc của bánh xe _đường nên xuất hiện momen cản lăn M với tâm trục bánh xe f

f

M = M + f1 M = f2 r f d G1cos + r f d G2cos = r f ( d G + 1 G )2 cos = r f d G cos

e. Lực cản không khí P .

 Lực cản chính diện.

 Do ma sát giữa không khí _ vỏ ô tô, giữa các lớp không khí với nhau

 Do tạo vùng chân không sau xe

P = C  kd F v = 2 KFv2

Trong đó:

kd

C _ là hệ số cản khí động.



2 4

Ns m

F_ diện tích cản chính diện (m )2

K_ hệ số cản không khí

Xe buýt, thùng kín K = 0,3  0,5

f Lực quán tính P j

Khi xe chuyển động không ổn định sinh ra lực quán tính ( không ổn định tịnh tiến, không ổn định quay)

 Là lực cản khi xe tăng tốc

 Là lực đẩy khi xe giảm tốc

 P _Do gia tốc khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô. j1

bánh đà)

1

j

P = mJ = G

g

dv

dt .

2

j

P = e e tl tl

k

r

 

= e tl tl

k

J i r



.d e dt



= e tl tl

k

J i r



.d k dt



tl i

3

j

P =

1

n

i tl

J

dt r







1

1

k

k j

d J

dt r







Với :

i

J _momen quán tính khối lượng chuyển động quay của chi tiết thứ i trong hệ thống truyền lực

j

J _momen quán tính khối lượng quay của bánh xe thứ j trong hệ thống truyền lực với

trục quay của nó

j

P = P + j1 P + j2 P =  j3 G

g dv dt

Với 1 + g

G

2 2

e tl tl k

J i r



+ g

G

2 2 1

n tl

i J



1

1

k

J J r



 Khi cắt ly hợp   1

 Cộng thức thực nghiệm:  = 1 + 0,05(1 + 2

hi

b

G

G ( G trọng lượng d

toàn bộ của ô tô ứng với tải trọng định mức, G trọng lượng toàn bộ của b

ô tô ứng với tải trọng bất kì.)

g Trọng lượng của ô tô G

G = G + a G t

 G = a G + 0 G + nl lxe

dn G

 G là trọng lượng hàng hoá, hành khách t

3 Hệ số cản lăn và các phương pháp xác định chúng.

 Do biến dạng đường, lốp

 Do tải trọng động làm tăng biến dạng

Phương pháp xác định

Cách 1: cho xe chuyển động ổn định rồi cắt động lực Ta có :

f

2

mv



 P f  f = P f

G

Cách 2: cho xe chuyển động ổn định, lực kế chỉ giá trị xác định Đó chính là P f

 f

II Phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên các bánh xe.

1 Đối với xe 2 cầu.

Dùng phương pháp một hình chiếu, cân bằng momen tại điểm tiếp xúc của bánh

xe với mặt đường đi qua tâm trục bánh xe, ta tính được phản lực thẳng góc P tại cầu trước và z1 2

z

P tại cầu sau.

  1 2



1

z

P

L





2

z

P

L





 Khi xe chuyển động đều:

1

z

P

L



z

P

L





 Khi xe đứng yên trên đường bằng:

Xe đứng yên nên P= 0, đường ngang  0 Ta có:

1

z

Gb P

L

P

L



Và kí hiệu G = 1 P z1 Gb

L

L

Để đánh giá sự tăng giảm của P và z1 P trong quá trình hoạt động, người ta đưa z2

ra khái niệm hệ số phân bố lại tải trọng 

1

 = 1

1

z P

2

z P G (nhấn mạnh tăng hoặc giảm ! không phải P > z1 P , lớn , bé) z2

2 Với xe 3 cầu có treo giữa là hệ thống treo cân bằng.

Đưa về dạng xe 2 cầu rồi thực hiện như phần trên

3 Phản lực pháp tuyến của ô tô nhiều cầu (không giảng).

Phải dùng thêm các phương trình đàn hồi của hệ thống treo  cần biết đặc tính treo của xe nhiều cầu

tz

C = P z

f trong đó f là hệ số biến dạng

III Nội lực và momen của nội lực.

Định nghĩa:

 Lực hoặc momen tác dụng tương hỗ giữa các chi tiết của cơ cấu trên xe Nội lực hoặc momen nội lực

 Lực hoặc momen nội lực có ảnh hưởng lớn tới đến điều kiện chuyển động của xe

- M momen động cơ làm chuyển động các chi tiết Công suất động e

cơ N _ nguồn năng lượng e

- Lực cản, momen cản nội lực tiêu thụ N e  công suất của động cơ dùng để khắc phục lực cản nội lực và lực cản ngoại lực

1 Momen xoắn của động cơ.

e

M được tạo ra ở trục khuỷu động cơ là kết quả của quá trình sinh công của

động cơ đốt trong Mối liên hệ công suất, momen, số vòng quay trục khuỷu động cơ là: M e e =

e

N e

M cân bằng với momen sinh ra nội lực cản (trong động cơ và trong hệ thống

truyền lực) và momen sinh ra bởi ngoại lực cản chuyển động

Trị số của M phụ thuộc vào mức cung cấp nhiên liệu, số vòng quay trục khuỷu e

động cơ

Nhắc lại một số đường đặc tính ngoài, hệ số thích ứng momen K = M emax

N

M

- Hệ số thích ứng momen K = 1,2 M  1,4 với máy xăng, K = 1,05 M

 1,15 với máy diesel

khoảng n M  n Khoảng tốc độ từ N n N  n Nmax gây mài mòn lớn, tính kinh tế nhiên liệu kém.

2 Tổn thất công suất trong thiết bị động lực.

Đường đặc tính ngoài của động cơ được xác định trên băng thử Khi động cơ làm việc trên ô tô, công suất động cơ giảm khoảng từ (510)% so với trên băng thử

3 Tổn thất trong hệ thống truyền lực.

N của động cơ phát ra truyền đến các bánh xe chủ động thông qua hệ thống

truyền lực bị tổn thất một phần do:

 Ma sát trong hệ thống truyền lự (bánh răng, ổ lăn, ổ trượt, trục trượt…

 Ma sát trong của dầu bôi trơn, của li hợp

 Khi tính toán thường lấy tl làm chính (bảng 67_lý thuyết

ô tô)

tl

 = k .100

e

N

N  N = k N etl = M eetl ; M = k M e i tltl

IV Phương trình động lực học chuyển động thẳng của ô tô (quan trọng).

- Phương trình lày thiết lập mối quan hệ giữa các nội ngoại lực tác dụng lên ô tô

trong trường hợp chuyển động thẳng

- Phương trình cho phép xác định các thông số khi cho biết trước các thông số

khác

1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo.

a Phương trình:

k

P = P f  P + P i   P + j P mk

Ta gọi P là lực cản tổng cộng của mặt đường, ta có P = P f  P i

thì  P = P k  + P  P + j P mk

Trong đó:

g

mk b



 Khi kéo moóc  P = 0 mk

 Khi v < 100 km/h  P = 0

 Khi  = 0  P = 0 i

 Khi chuyển động ổn định, dv

dt = j = 0  P = 0 j

b Đồ thị p_v:

Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô có thể biểu diễn bằng đồ thị Xây dựng đồ thị trên mối quan hệ giữa lực kéo phát ra tại các bánh xe chủ động P và các lực cản chuyển động k

phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô

Trên trục tung đặt các giá trị của lực kéo tiếp tuyến ứng với các số truyền khác nhau của hộp số (P , kI P , kII P , …) Trục hoành đặt các giá trị của vận tốc của ô tô hoặc số vòng quay kIII

của trục khuỷu động cơ n e

Dạng đường cong của lực kéo tiếp tuyến P giống như dạng của đường cong của k

mômen xoắn động cơ M bởi mối quan hệ giữa e P và k M là: e

e tln t kn

k

M i P

r



 Ứng với mỗi trị số của M ta có được một giá trị e P Ứng với các k i khác nhau, ta có tl

các đường cong khác nhau

Nhận xét:

Khoảng tung độ nằm giữa đường cong P và đường cong lực cản tộng cộng P k  + P

là lực kéo dư P dùng để làm gì? (tăng tốc hoặc để leo dốc khi độ dốc tăng lên.) d

Đường cong lực kéo tiếp tuyến P và đường cong lực cản tổng cộng P k  + P cắt nhau tại điểm A Chiếu điểm A xuống trục hoành ta thu được vận tốc lớn nhất của ô tô vmax = const

trên loại đường đã cho Vì sao vmax = const ?

2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất.

a Phương trình:

e

N phát ra sau khi tổn hao trong hệ thống truyền lực, phần vận hành,

còn lại dùng để khắc phực các lực cản (ngoại lực).

 N k N e  N t N f N N i N j N mk ()

Khai triển phương trình () khi xe tăng tốc, lên dốc, không kéo moóc

Ta có :

 N = f Gfvcos

 N = KFv 3

 N = i Gvsin Gọi N là công suất cản tổng cộng của mặt đường.

g

Vậy phương trình cân cằng công suất là:

3

G

g

b Đồ thị:

Phương trình cân bằng công suất biểu diễn dưới dạng đồ thị được gọi là đồ thị cân bằng công suất

Ở vận tốc v ô tô vẫn còn công suất dự trữ dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.1

Giao điểm A giữa đường cong công suất phát ra ở bánh xe chủ động N và đường cong k

công suất cẩn tổng cộng chiếu xuống trục hoành ta được vận tốc lớn nhất vmax = v trên loại2

đường ấy Lúc đó công suất dư không còn, xe không còn khả năng leo dốc hay tăng tốc nữa

V Hiện tượng tuần hoàn công suất.

Hiện tượng:

 Bánh xe của một cầu hoặc nhiều cầu có liên kết khóa với nhau (giữa các bánh xe trên một cầu không có vi sai) Do đó có k như nhau

 Trong một điều kiện náo đó, các bánh xe của ô tô có xu hướng chuyển động với các vận tốc tịnh tiến khác nhau Mối liên kết khoá sẽ cản trở chuyển động này Ví dụ như chạy trên đường không bằng phẳng, chạy trên đường bằng nhưng các bánh xe cầu trước và sau biến dạng khác nhau  bán kính lăn khác nhau

Quá trình lăn như trên sẽ gây nên sự chuyển dời tương đối vết tiếp xúc giữa bánh xe và

đường (trượt lết hoặc trượt quay).

Tác hại của trượt lết hoặc trượt quay là:

 Mài mòn lốp và các chi tiết của hệ thống truyền lực

 Gây tải trọng phụ

 Tổn hao công suất

Khảo sát vấn đề này chính là khảo sát hiện tượng tuần hoàn công suất.

1 Quan hệ vận tốc giữa các bánh xe của ô tô.

Nhắc lại về bán kính lăn.

Tính chất chuyển động của bánh xe quyết định bởi mối quan hệ giữa v và k k, r l

Nếu : v = k k r thì bánh xe lăn đều (lăn hoàn toàn) không trượt lết, không trượt l

quay

Nếu v > k k r thì có trượt lết Khi l k = 0 thì trượt lết hoàn toàn

Nếu v < k k r thì có trượt quay, khi l v = 0 thì trượt quay hoàn toàn k

Để tiện lợi cho việc khảo sát, ta đưa ra khái niệm về vận tốc chuyển động tương đối giữa bánh xe với mặt đường Gọi v là vận tốc trượt Ta có s v = k k r + l v hay s v = s k

v - k r l v có chiều dương khi cùng chiều chuyển động của xe s

Ứng với các trường hợp khác nhau, v có các giá trị khác nhau: s

 v = 0_bánh xe lăn hoàn toàn ( s v = k k r ) l

 v > 0_bánh xe có trượt lết ( s v > k k r ) l

 v = s v _bánh xe trượt lết hoàn toàn ( k k = 0)

 v < 0_bánh xe trượt lăn có trượt quay ( s v < k k r ) l

 v = s  k r _bánh xe trượt quay hoàn toàn ( l v = 0) k

Với xe 2 cầu chủ động mà giữa chúng không có vi sai (liên kết cứng) thì k của cầu trước và cầu sau luôn bằng nhau Đồng thời do khoảng cách giữa các cầu không đổi nên vận tốc thẳng của các bánh xe cũng như nhau Nếu ta kí hiệu chỉ số 1 cho cầu trước, chỉ số 2 cho cầu sau, ta có:

k

 r + l1 v = s1 k.r + l2 v s2  v s2  v = s1 k(r l1  r ) ( l2 )

Từ () ta có thể khẳng định rằng: khi v s2 v s1  luôn có sự chuyển dời vết tiếp xúc giữa lốp của cả hai cầu hoặc của một cầu với đường vì v s2  v s1  0

Ví dụ : khi r > l1 r l2  v > s2 v s1

 Nếu bánh xe có bán kính lớn lăn hoàn toàn (r ) thì bánh l1

xe có bán kính nhỏ (r ) sẽ phải trượt lết (1 khả năng) l2

 Nếu bánh xe có bán kính lớn (r ) trượt quay thì bánh xe l1

có bán kính nhỏ (r ) trượt lết ( l2 v >0) hoặc lăn hoàn toàn ( s2 v = 0), hoặc s2

trượt quay (v < 0)( 3 khả năng) s2



Nhận xét:

 Sự trượt quay của bánh xe có bán kính nhỏ sẽ không bao giờ xảy ra khi bánh xe có bán kính lớn lăn hoàn toàn hoặc trượt lết

 Sự trượt lết của bánh xe có bánh kính lớn xe không bao giờ xảy ra khi bánh xe có bán kính nhỏ trượt quay hoặc trượt lết hoàn toàn

2 Quan hệ về lực giữa các bánh xe của ô tô.

Khảo sát xe chuyển động những vẫn trong trường hợp r > l1 r l2

C

P = P bi _ tổng lực cản của các bánh xe nhưng không kể lực cản lăn

1

P , P _ phản lực tiếp tuyến của đường.2

1

z

P , P _ phản lực pháp tuyến của đường z2

Chiếu các lực lên hương Ox (phương ngang):

bi

P

 = P + 1 P (1);2 1 = 2

Trị số lớn nhất của các phản lực tiếp tuyến là:

1max

k

 Pc max =  P +  z1 P =  ( z2 P + z1 P ) (3) z2

Ở điều kiện chuyển động thực tế, tổng lực cản của các bánh xe có thể nhỏ hơn lực cản lớn nhất xác định theo công thức (3)

1

P + P <  (2 P + z1 P ) z2

Phản lực tiếp tuyến P , 1 P trên các bánh xe không thể động thời nhỏ hơn trị số lớn2 nhất xác định theo công thức (2) Vì khi r l1  r thì nhất thiết sẽ xảy ra sự trượt ở các bánh xe l2

a. Khảo sát các lực tác dụng lên xe trong hình 2, bánh xe cầu trước lăn hoàn toàn  bánh xe cầu sau trượt lết Từ sơ đồ hình 2 ta có:

0 < P <1 P z1 ; P + C P = 2 P1 mà 0 < P <1 P z1

 0 < P +  C P <  z2 P z1

  P < z2 P <  ( C P + z1 P ) Vì bánh sau trượt lết nên z2 P =  ,và có hướng2

chuyển động của xe

b. Khi lực cản chuyển động P tăng, C P cũng tăng Khi 1 P = 1 P z1  các bánh xe cầu trướt bắt đầu trượt quay Lúc này :

C

P + P = 2 P mà 1 P = 2 P , z2 P = 1 P z1  P =  ( C P z1  P ) z2

c Tiếp tục tăng P hiện tượng trượt lết của các bánh xe cầu sau giảm rồi C

triệt tiêu (khi triệt tiêu P từ <0 đến = 0 rồi > 0) trong khi cầu trướt có trượt quay Từ hình 3, 2 P C

thay đổi trong giới hạn từ:

C

P + P = 2 P trong đó 1 P = 1 P , 0 < z1 P < 2 P z2

 (P z1  P ) < z2 P <  C P khi z1 P = 0 thì 2 P =  C P z1

Từ hình 1 – 2 ta có nhận xét rằng: P = 2 P , ít lết hơn thì 0 < z2 P < 2 P z2

nhưng vẫn có chiều ngược với P z1

Khảo sát cụ thể:

Trường hợp này P có hướng ngược chiều chuyển động.2

2

P = (P1 - PC) =  P - z1 P C

Momen tạo bởi lực này (sẽ cùng chiều với momen truyền từ động cơ xướng bánh

xe cầu sau) sẽ tác dụng lên các cụm của hệ thống truyền lực giữa hai cầu

Ví dụ :

Truyền động các đăng cầu sau chủ động  hộp số phân phối phải chịu momen :

2

02 0

( P z P r C) d

i







2

M cộng với momen của động cơ momen cho ra momen của hspp.

Nếu hspp có sơ đồ liên kết cứng thì truyền động các đăng ra cầu trước chịu momen M :1'

'

1

0

p

M

i





Khi P có thể tải trọng phụ có giá trị lớn hơn từ động cơ truyền xuống tác dụng lên các cụm chi C

tiết của hệ thống truyền lực

 Tăng mài mòn

 Tổn thất cơ khí ở các cụm

 Mòn lốp (bánh xe có bán kính lớn bị trượt quay)

 Tổn thất công suất và tăng tiêu hao nhiên liệu