Giáo trình lý thuyết ô tô P1 docx

Nguyên nhân giảm công suất là do quá trình cháy của động cơ xấu đi, tổn thấtcông suất trong động cơ tăng lên và sự mài mòn các chi tiết trong động cơ cũngtăng.Vì vậy khi thiết kế xe ngườ

LỜI NÓI ĐẦU

ôn học “Lý Thuyết Ôtô” chiếm vị trí quan trọng trong chương trình

đào tạo kỹ sư ngành ôtô.Giáo trình đề cập đến những vấn đề cơ bảnthuộc lĩnh vực ôtô liên quan đến sự phát triển của ngành ôtô trongsự nghiệp đổi mới của đất nước hiện nay,đồng thời cũng đề cập đếncác vấn đề liên quan đến sự phát triển kỹ thuật mới của ngành ôtôtrên thế giới

Khi nghiên cứu lý thuyết ôtô, khác với các môn học về cấu tạo và kết cấutính toán, người ta coi ôtô là một kết cấu tổng thể, là khảo sát quá trình lăn của bánh

xe với mặt đường và những yếu tố như động học, động lực học … ảnh hưởng đến quátrình lăn đó Trên cơ sở này khảo sát và đánh giá các đặc tính và sử dụng của ôtô.Nóicách khác, nghiên cứu lý thuyết ôtô là khảo sát mối quan hệ tương tác giữa ôtô-mặtđường

Thực ra trong mối liên hệ tương tác trên, chúng ta còn cần kể đến một thànhphần nửa có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lăn của ôtô đó là người lái.Mô hìnhkhảo sát đó là: ôtô-đường-lái xe

Môn học” Lý Thuyết Ôtô” sẽ trả lời các câu hỏi sau:

-Đặc tính sử dụng ôtô là gì?

-Mục đích và nhiệm vụ việc khảo sát đặc tính sử dụng ôtô?

Đặc tính sử dụng ôtô được định nghĩa như sau: Đặc tính sử dụng đặt trưng chokhả năng sử dụng ôtô một cách có hiệu quả trong những điều kiện xác định (điềukiện đường xá, khí hậu…) và cho phép ta đánh giá ở một chừng mực nhất định mứcđộ hoàn thiện về kết cấu của ôtô tương ứng với các yêu cầu trong sử dụng

Những đặc trưng cơ bản của đặc tính sử dụng ôtô là:

-Chất lượng động lực học;

-Tính kinh tế nhiên liệu;

-Tính điều khiển (đặc tính lái và đặc tính phanh);

-Tính ổn định chuyển động;

-Tính năng thông qua (tính việt dã);

-Tính êm dịu chuyển động;

-Khả năng chứa đựng (chứa hàng hoá, hành khách…);

-Tính chịu bền;

-Tuổi thọ của ôtô;

-Tính thích ứng trong bảo dưỡng;

M

1 Chất lượng động lực học của ôtô: là khả năng chuyên chở hàng hoá, hành

khách với tốc độ trung bình cao nhất có thể có ở từng điều kiện đường sá cụ thể.Chất lượng động lực học của ôtô càng tốt sẽ làm giảm thời gian vận chuyển.Nóicách khác chất lượng động lực học càng tốt sẽ tăng được khối lượng vận chuyển trênmột cung đường xác định trong một đơn vị thời gian

Chất lượng động lực của ôtô phụ thuộc vào chất lượng kéo (đặt tính kéo) vàchất lượng phanh xe

2 Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô: là khả năng sử dụng hợp lý nguồn năng lượng

lỏng (xăng, diesel…) cho quá trình chuyển động

Tính kinh tế nhiên liệu là một chỉ tiêu rất quan trọng của đặt tính sử dụng củaôtô, bởi vì trong giá cước vận chuyển thì chi phí xăng dầu chiếm phần lớn (nói đếngiá cước vận chuyển,ở đây ta chỉ tính đến những chi phí về lao động, xăng dầu, haomòn máy móc…)

Khi giảm được mức tiêu hao nhiên liệu, sẽ giảm được giá cước vận chuyển, cónghĩa tính kinh tế nhiên liệu của ôtô càng được nâng cao

3 Tính điều khiển của ôtô: là tính chất thay đổi hướng chuyển động của ôtô

bằng việc thay đổi vị trí của bánh xe dẫn hướng.Khả năng chuyển động an toàn củaôtô phụ thuộc chủ yếu vào tính điều khiển của nó

4 Tính ổn định của ôtô: là tính chất mà trong quá trình chuyển động, ôtô không

bị lệch hướng, trượt trơn, trượt lết hoặc bị lật

Tính ổn định cùng với đặc tính động lực học phanh, tính điều khiển sẽ đảm bảosự chuyển động an toàn của ôtô.Tính ổn định càng đặc biệt quan trọng khi xe chạytrên đường trơn với tốc độ cao

5 Tính năng thông qua của ôtô: là khả năng làm việc của ôtô ở các điều kiện

đường sá khó khăn (đường xấu) và không đường (trên cát, trên vùng đồng ruộng lầy).Tính năng thông qua có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi nó làm việc trong cáclĩnh vực khai thác rừng, trong nông nghiệp, hầm mỏ, trong xây dựng và trong quân sự

6 Tính êm dịu chuyển động của ôtô: là đặc tính chuyển động của ôtô tên đường

không bằng phẳng ở tốc độ cao mà không xảy ra dao động thùng xe

Tính êm dịu chuyển động của ôtô có ảnh hưởng rất lớn đến:

-Tốc độ chuyển động trung bình của ôtô;

-Khả năng giữ tải khi xe chuyển động;

-Tiện nghi đi lại trong ôtô;

-Mức độ mệt mỏi của lái xe và hành khách trên đường;

7 Khả năng chứa đựng: đặc trưng cho số lượng hàng hóa, hành khách có thể

chuyên chở được trong xe.Khả năng chứ đựng phụ thuộc vào trọng tải của xe và kíchthước trong thùng xe

8 Độ bền (tính chịu bền) của ôtô: là đặc tính làm việc không gẫy vỡ, biến dạng

hư hỏng

9 Tuổi thọ của ôtô: là khả năng làm việc không bị mài mòn quá lớn đưa đến

việc phải sửa chữa và ngưng thời gian làm việc của máy móc

10 Tính thích ứng trong bảo dưỡng ôtô: là mức độ thuận tiện trong quá trình bảo

dưỡng, đặc tính này có từ giai đoạn thiết kế ôtô

11 Tính xếp dỡ tải của ôtô: là khả năng bốc dỡ hành hóa nhanh nhất của xe.

Vậy nhiệm vụ đặt ra cho môn học Lý Thuyết Ôtô là nghiên cứu phương pháp

đánh giá những đặc tính trên và tìm ra các chỉ tiêu (gọi là chỉ tiêu sử dụng) để đánhgiá chúng với mục đích:

-Nâng cao năng suất vận chuyển

-Hạ giá thành vận chuyển

Hướng cơ bản hiện nay của môn học Lý Thuyết Ôtô là đưa những kết luận được

rút ra từ quá trình nghiên cứu lý thuyết sát với thực tế sử dụng Nói cách khác là tìm

ra các số liệu, các chỉ tiêu đánh giá sát với điều kiện sử dụng Thí dụ: hệ số bám củabánh xe với mặt đườngϕ trong từng điều kiện cụ thể, hệ số cản lăn f , các chỉ tiêu đểđánh giá chất lượng phanh, chất lượng kéo …

MỤC LỤC

I Động cơ đốt trong-nguồn năng lượng

II Tổn thất công suất trong hệ thống truyền lực

III Sự tác dụng tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường

IV Lực kéo trên các bánh xe chủ động

V Sức cản mặt

VI Phương trình động lực học chuyển động thẳng của ôtô

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN SỨC KÉO CHO ÔTÔ 41

I Các dạng tính toán sức kéo

II Xây dựng đặc tính kéo và đặc tính động lực học của xe

CHƯƠNG III LÝ THUYẾT PHANH ÔTÔ 51

I Khái niệm chung về quá trình phanh

II Phương trình động lực học của xe khi phanh

III Sử dụng trọng lượng bám trong quá trình phanh

IV Các thông số đánh giá chất lượng phanh

V Aûnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến quãng đường phanh

CHUYỂN ĐỘNG ÔTÔ

I Các phương pháp quay vòng

II Động học quay vòng của bánh xe hơi

III Xác định bán kính quay vòng nhỏ nhất và chiều rộng

hành lang quay vòng

IV Động lực học của xe khi quay vòng

V Ổn định chuyển động thẳng của xe

VI Dao động của bánh xe dẫn hướng

VII Ổn định trượt và ổn định lật của xe khi

chuyển động thẳng và quay vòng

CHƯƠNG V ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG ÔTÔ 95

I Khái niệm chung về độ êm dịu chuyển động

II Các dạng dao động của thùng xe

III Các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động

CHƯƠNG VI TÍNH NĂNG THÔNG QUA CỦA ÔTÔ 101

I Khái niệm về tính năng thông qua (TNTQ) của ôtô

II Đánh giá TNTQ prophin

III Đánh giá TNTQ bề mặt tựa

IV Các chỉ tiêu chung để đánh giá TNTQ

V Yếu tố động lực học ảnh hưởng đến TNTQ của ôtô

VI Các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến TNTQ của xe

VII Khả năng vượt tường chắn và hào của xe

VIII So sánh TNTQ căn cứ vào các thông số kết cấu của ôtô

I Các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ôtô

II Phương trình tiêu hao nhiên liệu của ôtô

III Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô khi chuyển động không ổn định

IV Tính kinh tế nhiên liệu của ôtô khi có truyền động thủy lực

*Tài liệu tham khảo 121

CHƯƠNG I

LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ

***********

I.ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG-NGUỒN NĂNG LƯỢNG

Ôtô chuyển động được là nhờ các lực và mô men tác dụng lên nó.Chúng cóthể chia ra thành hai nhóm như sau:

-Lực đẩy và mô men đẩy

-Lực cản và mô men cản trở chuyển động

Lực đẩy chủ yếu là phản lực tiếp tuyến của đường tác dụng lên bánh xe chủđộng, thường kí hiệu là Pk(hình 1-1).

Lực đẩy Pk phát sinh do lực truyền từ động cơ xuống các bánh xe chủ động(thông qua hệ thống truyền lực) và do sự tác dụng tương hỗ giữa bánh xe chủ độngvới mặt đường

Như vậy, để ôtô có thể chuyển động được, trước hết cần có nguồn năng lượng

- là nội lực do động cơ sinh ra truyền xuống bánh xe chủ động.Nguồn nội lực nănglượng này càng lớn, nghĩa là lực đẩy Pk càng có khả năng tăng cao.Ngược lại, khi nộilực của động cơ giảm, lực đẩy Pk sẽ bị giảm theo

Mặt khác, nếu không có sự tác động tương hỗ giữa bánh xe chủ động với mặtđường (bánh xe chủ động không tiếp xúc với mặt đường hoặc tại vùng tiếp xúc khôngphát sinh phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe chủ động) cũng sẽ không xuất hiệnlực đẩy Pk cho dù lực truyền từ động cơ đến là rất lớn (ta sẽ nghiên cứu kỹ ở phầnsau)

1.Công suất động cơ

Công suất do động cơ sinh ra (công suất động cơ) là nguồn năng lượng nội lực,thường được kí hiệu là Ne.Một cách gần đúng, người ta thường coi Ne phụ thuộc vàosố vòng quay của động cơ (ne) ứng với trạng thái toàn tải của động cơ (thanh răng

r

v Mk

hoặc bướm ga mở hoàn toàn).Các yếu tố khác của động cơ được coi là ở chế độ tốiưu.Ta có:

Ne = f(ne)Trong thực tế Ne còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như:

-Mức độ mở bướm ga (hoặc thanh răng)

-Chất lượng và lượng cung cấp nhiên liệu

-Số vòng quay của trục khuỷu động cơ…

Do vậy, khi tính toán người ta thường xác định công suất động cơ Ne căn cứvào đường đặc tính ngoài của động cơ

2.Đường đặc tính ngoài của động cơ

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mô men xoắn của động cơ Me (hoặc côngsuất của động cơ Ne) và số vòng quay của trục khuỷu khi cung cấp nhiên liệu ở mứccao nhất (bướm ga mở hoàn toàn ở động cơ xăng, hoặc thanh răng bơm cao áp đượckéo hết cở ở động cơ diesel) được gọi là đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ và

thường được gọi tắt là đường đặc tính ngoài của động cơ (hình 1-2).

Đặc tính ngoài của động cơ cho các trị số lớn nhất của mô men Me (công suất

Ne) ở số vòng quay xác định

Các trị số nhỏ hơn của mô men hoặc công suất động cơ có thể nhận được bằngcách giảm mức cung cấp nhiên liệu

Các điểm đặc biệt của đường đặc tính là điểm công suất cực đại Nemax ứng vớisố vòng quay n và điểm mô men cực đại M ứng với số vòng quay n

Khi tăng số vòng quay của động cơ lên quá số vòng quay nN thì công suất động

cơ sẽ giảm

Nguyên nhân giảm công suất là do quá trình cháy của động cơ xấu đi, tổn thấtcông suất trong động cơ tăng lên và sự mài mòn các chi tiết trong động cơ cũngtăng.Vì vậy khi thiết kế xe người ta mong muốn nemax (tương ứng với vận tốc vmax củaxe) khi xe chạy trên đường bằng có lớp phủ mặt đường cứng (đường bê tông, đườngnhựa) không vượt quá số vòng quay nN từ (10-20)%.Để thực hiện mục đích đó, trênmột số xe có sử dụng bộ hạn chế số vòng quay của động cơ (bộ điều tốc)

Khoảng làm việc của động cơ nằm trong giới hạn từ số vòng quay nemin đến sốvòng quay nemax.Nhưng thực tế động cơ làm việc với tính kinh tế cao và ổn định làtrong khoảng từ nM đến nN.Khoảng này được gọi là khoảng làm việc ổn định củađộng cơ.Khi động cơ làm việc trong khoảng từ nM đến nN, nếu sức cản của đường tănglên sẽ làm cho số vòng quay của động cơ sẽ giảm xuống và tương ứng tốc độ chuyểnđộng của ôtô cũng giảm nhưng mô men xoắn của động cơ tự động được tăng lên.Giớihạn thay đổi tải của động cơ ứng với sự làm việc ổn điïnh của nó, tức là khả năng tựđộng thích ứng với sự thay đổi tải trọng trên các bánh xe được đánh giá bằng mô mendự trữ Mz(%)

100.1100

N

N e

z

M

M M

M M

Bảng 1-1.TRỊ SỐ GIỚI HẠN CỦA Mz,Km VÀ Kn

Trong thực tế, giới hạn thay đổi của lực cản bên ngoài rất rộng.Bởi vậy, trên

xe phải dùng hộp số và truyền lực chính để thay đổi lực kéo và vận tốc chuyển độngcủa ôtô cho phù hợp với sự thay đổi lực cản đó

Đặc tính ngoài của động cơ thường được xác định trên băng thử (kiểu thủy lựchoặc kiểu điện).Tuy nhiên, để tính toán các chỉ tiêu của đặc tính tốc độ kéo, sử dụngcác số liệu lấy từ đồ thị không thuận tiện bằng dùng các biểu thức toán học của

3 2

N e

N e

N

e

n

n c n

n b n

n a

+Đối với động cơ Diesel 2 kì: a=0,87; b=1,13; c=1

+Đối với động cơ Diesel 4 kì: a=0,53; b=1,56; c=1,09

+Đối với động cơ Turbine khí: a=2; b=-1; c=0

Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức (1-1) sẽ tính được công suất Ne

tương ứng và từ đó vẽ được đồ thị Ne=f(ne)

Có các giá trị Ne và ne có thể tính được các giá trị mô men xoắn Me của động

cơ theo công thức sau:

e

e e

n

N M

.047,1

104

=

Trong đó:

Ne_công suất động cơ [W]

ne_số vòng quay trục khuỷu [vg/ph]

Me_mô men xoắn động cơ [N.m]

Có các giá trị Ne, Me tương ứng với các giá trị ne, ta có thể vẽ đồ thị Ne=f(ne)và đồ thị Me=f’(ne)

Như vậy sau khi xây dựng được đường đặc tính ngoài của động cơ chúng tamới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ôtô

II.TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

Khi truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe chủ động, công suất luôn bịtổn thất một phần để thắng các lực cản trong hệ thống truyền lực, hệ thống treo vàphần vận hành… như:

-Lực cản quán tính của các cặp bánh răng

-Lực ma sát trong các ổ bi

-Công trượt trên các cặp bánh răng nghiêng

-Lực cản do phải khuấy dầu trong các cụm truyền lực…

Vì vậy công suất động cơ đặt tại bánh xe chủ động Nk luôn nhỏ hơn công suấtđộng cơ Ne

Nếu gọi Nt là công suất mất mát trong quá trình truyền lực từ động cơ đếnbánh xe, thì:

Nt= Ne-Nk

Giá trị của Nt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kết cấu hệ thống truyền lực, kiểu bộtruyền, vật liệu bôi trơn…Do đó, để xác định được chính xác Nt người ta thường dùngcác bệ thử chuyên dùng và việc xác định nó rất phức tạp

Nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ rằng trong các tổn hao công suất thì tổn hao ở hệthống truyền lực là lớn hơn cả.Vì vậy để đánh giá tổn thất năng lượng trong quá trìnhchuyển động người ta chỉ kể đến những tổn thất trong hệ thống truyền lực

Thông số đánh giá tổn thất trong hệ thống truyền lực là hiệu suất truyền lực, kíhiệu làη với:

e t

e

k

N

N N

III.SỰ TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA BÁNH XE VỚI MẶT ĐƯỜNG

A.CÁC LOẠI BÁN KÍNH BÁNH XE

Tất cả các lực tác dụng lên ôtô đều truyền qua bánh xe (lốp ôtô) đến mặtđường.Do đó cả bánh xe và mặt đường đều bị biến dạng

Nếu ta lập hệ trục tọa độ Oxyz (hình 1-3) với:

Ox_trục song song với chiều chuyển động của xe

Oy_trục vuông góc với mặt phẳng dọc xe

Oz_trục vuông góc với mặt đường

Khi đó các lực tác dụng lên bánh xe sẽ là:

Pz_lực tác dụng theo phương thẳng đứng

Px_lực dọc xe

Py _lực tác dụng theo phương ngang của xe

Pω_lưc cản không khí

G _trọng lượng toàn xe,đặt tại trọng tâm c

Dưới tác dụng của các lực Pz và mô men (do thành phần Px gây ra), lốp bị biếndạng theo hướng kính và biến dạng vòng.Lực Py là yếu tố làm cho lốp bị biến dạngtheo phương ngang.Vì vậy, trong quá trình chuyển động, kích thước của lốp luôn bịbiến đổi.Để phân biệt kích thước bánh xe trong các điều kiện cụ thể ta sử dụng cácloại bán kính bánh xe (bán kính lốp) như sau:

1.Bán kính thiết kế:là bán kính xác định theo kích thước tiêu chuẩn của

lốp.Bán kính thiết kế kí hiệu là r

Lốp ôtô có các loại kí hiệu sau (hình 1-4):

Hình 1-4.Kích thước lốp

a.Với lốp áp suất thấp: [áp suất hơi lốp q0 nằm trong khoảng (0,05-0,5) Mpa]thường kí hiệu theo công thức B-d, trong đó:

B_chiều rộng lốp [inch]

d_đường kính lắp ghép của vành bánh xe [inch]

Trong nhiều trường hợp có thể coi B≈H do đó bán kính thiết kế r được xác địnhtheo công suất sau:

[ ]m H

d r

1000

4 , 25

d r

1000

4 , 25

D_là đường kính ngoài của lốp [inch]

B_chiều rộng của lốp [inch]

H_chiều cao của lốp [innh]

2.Bán kính tự do:là bán kính bánh xe được bơm đủ áp suất, không chịu tải.

Bánh kính tự do được kí hiệu là r0 Thông thường r0= r

3.Bán kính tĩnh học:là khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt đường nằm

ngang khi xe có tải và đứng yên (vận tốc gócωk = 0).Còn Gk là trọng lượng xe đặt tạitâm trục bánh xe.Bán kính tĩnh học kí hiệu là rt (hình 1-5)

Hình 1-5.Bán kính tĩnh học

Bán kính rt được tiêu chuẩn hóa với tải trọng cho phép lớn nhất.Nó có thể đượcxác định căn cứ theo kí hiệu của lốp:

rt= 0,5d+∆.λbd.BTrong đó:

d_đường kính lắp ghép của vành bánh xe [mm]

∆ = H/B_với H và B là chiều cao và chiều rộng lốp [mm]

λbd_hệ số phụ thuộc sự biến dạng của lốp khi chịu tải.

Dưới tác dụng của tải trọng và áp suấât hơi lốp, theo quy định trong các tiêuchuẩn đối với lốp ôtô vận tải và ôtô buýt, với lốp có bộ điều chỉnh áp suất (trừ loạilốp có bề ngang rộng), thì H/B≈ 1

Đối với ôtô du lịch, nếu kích thước lốp tính bằng [inch], H/B ≈ 0,95.Nếu kíchthước ghi theo kiểu hỗn hợp (mét và inch) thì H/B≈ 0,8-0,85

Ở lốp kiểu hướng kính xe du lịch, trong kí hiệu của nó đã cho chỉ số tương ứngvới tỉ số H/B.Thí dụ: ở lốp có kí hiệu 205/70R14, H/B=0,7.Đối với lốp ôtô vận tải, ôtôbuýt lốp có điều chỉnh áp suất (trừ loại lốp có bề ngang rộng), lốp kiểu đường chéocủa xe du lịch,λbd= 0,8-0,9.Đối với lốp kiểu hướng kính xe du lịch,λbd= 0,8-0,85

4.Bán kính động lực học:là khoảng cách tính từ tâm trục bánh xe đến mặt

đường nằm ngang, khi xe chuyển động (ωk≠ 0).Bán kính động lực học được kí hiệu là

rđ (h1-6)

Hình 1-6.Bán kính động lực học

Trong quá trình ôtô chuyển động , bán kính động lực học thay đổi.Thí dụ:-Nếu tăng áp suất hơi lốp q0 và giảm tải trong tác dụng theo phương thẳngđứng Pz thì bán kính động lực học rđ sẽ tăng lên

-Khi tăng vận tốc góc của bánh xe lăn ωk, lốp sẽ bị kéo dãn ra theo phươnghướng kính do tác dụng của lực ly tâm, do đó bán kính động lực học cũng sẽ bị tănglên

Trên mặt đường cứng có thể coi rđ≈ rt

5.Bán kính động học:là bán kính của một bánh xe giả định và có những đặc

điểm sau:

-Không bị biến dạng khi làm việc

-Không bị trượt lết hoặc trơn quay

-Có cùng vận tốc ωk và vận tốc dài vk như ở bánh xe thực tế đang được khảosát

Trong nhiều trường hợp bán kính động học còn được gọi là bán kính lăn.Dovậy bán kính động học được kí hiệu là rlăn với:

k lăn

n

S r

S

2π ≈ ∞Khi xe chuyển động kèm theo hiện tượng trượt trơn hoặc trượt lết, bán kính lăn

rlăn của bánh xe sẽ biến thiên trong khoảng từ 0 đến +∞ hay rlăn = 0÷ ∞ và nó đượcxác định không thực nghiệm

Khi chuyển động không có trượt trơn (trượt lết hoặc trược quay) thì bán kínhbánh xe bị động có rlăn= r.Bán kính lăn còn có thể gọi là bán kính vận tốc vì nó biểuthị mối quan hệ giữa vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe vk và vận tốc góc của bánh

xe chủ độngωk (rlăn = vk/ωk)

6.Bán kính tính toán: trong thực tế sự khác nhau giữa rlăn, r, rt không lớnlắm.Do đó để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta thường dùng khái niệm bánkính tính toán (kí hiệu rk) với rk =λ x r

Trong đó:

r-bán kính thiết kế

λ-hệ số biến dạng của lốp

Với: + Lốp áp suất thấpλ = 0,930÷ 0,935

+ Lốp áp suất cao λ = 0,945÷ 0,950

B.PHẢN LỰC CỦA ĐƯỜNG TÁC DỤNG LÊN BÁNH XE

Ta khảo sát một bánh xe lăn trên đường biến dạng (hình 1-7):

Hình 1-7.Bánh xe lăn trên đường biến dạng

Bánh xe lăn trên đường tạo nên một vùng tiếp xúc.Do có các lực truyền tựđộng qua hệ thống truyền lực đến bánh xe chủ động và từ khung xe qua bánh xexuống mặt đường, nên tại vùng tiếp xúc của bánh xe có các phản lực của đường tácdụng lên bánh xe.Các phản lực này là rất nhỏ.Tổng hợp các phản lực thành phần đó(∑pi) sẽ được một phản lực tập trung ( ∑

=

= n

i i p P

1

) từ đường tác dụng lên bánh xe, cóphương bất kì

Ta có thể tách chúng thành 3 thành phần trong tọa độ Oxyz, với:

Pz –phản lực pháp tuyến, tác dụng theo phương vuông góc với mặt đường;

Py –phản lực tiếp tuyến theo phương ngang, nằm trong mặt phẳng song songvới đường, tác dụng vuông góc với mặt phẳng dọc xe;

Pz –phản lực tiếp tuyến, nằm trong mặt phẳng của đường, phương của trục Ox Bánh xe lăn được là nhờ các lực và mô men tác dụng lên nó (hình 1-8).Giả thiết rằng: Nếu hướng của mô men trùng với hướng quay của bánh xe thì mômen đó được gọi là

mô men kéo (hoặc mô men chủ động), và được kí hiệu là Mk

Nếu hướng của mô men ngược với chiều quay của bánh xe thì gọi là mô menphanh, kí hiệu là Mp

Lực do mô men xoắn đặt tại bánh xe chủ động (Mk) sinh ra gọi là lực vòng, kíhiệu là Pv:

k

k v r

M

p =

Trong đó:

Mk = Me.itl.ηtl

Me: mô men xoắn của động cơ

itl: tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

ηtl: hiệu suất của hệ thống truyền lực

rk –bán kính tính toánPhản lực của đường tác dụng lên bánh xe theo phương tiếp tuyến, đặt tại vùngtiếp xúc của bánh xe với mặt đường gọi là lực kéo tiếp tuyến, kí hiệu là Pk.Lực kéotiếp tuyến là phản lực của lực vòng Pv.Nếu không có tổn hao tại vùng tiếp xúc thì giátrị của Pk bằng với giá trị của Pv, hay Pk = Pv

Lực do mô men phanh Mp sinh ra gọi là lực phanh, kí hiệu là Pp và lực phanhđặt tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.Ta có:

k

p p r

M

P =

1.Xét trường hợp bánh xe lăn khi không chịu tác dụng của lực ngang

Xác định tâm áp lực K (hình 1-8):

Giả thiết:Pz mang dấu (+) khi nó hướng lên trên, Px mang dấu (+) khi nó cùngchiều với chiều chuyển động, bỏ qua các mô-men cản trong các ổ bi bánh xe và cáclực, mô men cản của không khí

Khi bánh xe đứng tại chổ,dưới tác dụng của tải trọng bánh xe Gk vết tiếp xúccủa bánh xe với mặt đường có dạng hình elip, do đó tất cả các phản lực trên vết tiếp

xúc nằm

đối xứng với các trục dọc, ngang của bánh xe, và Pz đi qua tâm trục của bánhxe.Điểm đặt của hợp các phản lực đó gọi tâm áp lực, kí hiệu là K Khi bánh xe lăntrên đường, do có biến dạng, nên phản lực thẳng đứng Pz bị lệch một đoạn bằng “a”(hay tâm áp lực bị chuyển dời) (hình 1-9)

Khoảng dịch chuyển “a” biểu thị tổn thất năng lượng do nội ma sát khi lốp bịbiến dạng, nóng lên, hoặc tổn thất do đường bị biến dạng.

Tùy thuộc vào tính chất của lốp và tình trạng của mặt đường mà tổn thất nănglượng (biểu thị qua sự chuyển dời điểm đặt lực Pz) là khác nhau

a.Trường hợp 1:Khi bánh xe lăn đều, chịu tác dụng của mô men kéo

Mk (hình 1-10)

Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe trong trường hợp này gồm:

Gk –trọng lượng của xe đặt tại bánh xe

Pz –phản lực pháp tuyến của tải trọng tác dụng lên bánh xe

Px –phản lực tiếp tuyến của đường tác dụng lên bánh xeLập các phương trình cân bằng về lực và mô men ta có:

Pz = Gk ; Px = 0 ; Mk = Pz.aNhư vậy, để bánh xe lăn đều khi không có các lực cản khác ngoài tải trọng Gk

đặt tại tâm trục bánh xe thì cần có mô men kéo Mk, mà trị số của nó cần có để bùđắp cho tổn thất do biến dạng của lốp và của đường (với trị số Mk = Pz.a)

Mô men Pz.a gọi là mô men cản lăn, kí hiệu là Mf, có chiều ngược với chiều

Mk.Phản lực tiếp tuyến của đường với bánh xe Px = 0

b.Trường hợp 2: là trường hợp bánh xe lăn đều, chịu tác dụng của lực

ngang Pđ đặt vào tâm trục bánh xe (hình 1-11), chiều của Pđ trùng với chiều chuyểnđộng của ôtô

Lập các phương trình cân bằng lực và mô men, có:

Gk = Pz ; Pđ = -Px ; Px.rk – Pz.a = 0Từ đó suy ra:

k z x r

a P

P =

Từ biểu thức trên chứng tỏ khi bánh xe lăn đều dưới tác dụng của lực đẩy Pđ

đặt vào tâm trục bánh xe, và không có các lực cản khác thì phản lực tiếp tuyến củađường Px có chiều ngược với chiều của lực đẩy Pđvà cân bằng với nó (Pđ= -Px)

Lực Px trong trường hợp này là lực cản.Nó tỷ lệ với biến dạng “a” và rk.Tỷ sốa/rk gọi là hệ số cản lăn, kí hiệu là f.Trường hợp bánh xe lăn đều, giá trị của hệ sốcản lăn là:

z x

k P

P r

a

f = =

Do đó, hệ số cản lăn bằng tỷ số giữa lực Px (nhỏ nhất) đủ để cho bánh xe lănđều với phản lực pháp tuyến của đường là Pz.Và khi lăn không có hiện tượng trượttrơn, trị số của hệ số cản lăn f sẽ phụ thuộc vào tính chất và sự biến dạng của đườngvà lốp.Tích số Pz.f được gọi là lực cản lăn, kí hiệu là Pf, có chiều ngược với chiềuchuyển động của xe.Ta có:

Pf = Px = Pz.fNhư vậy, khi bánh xe lăn đều và chỉ chịu tác dụng của lực Gk và lực đẩy Pđ

đặt vào tâm trục bánh xe, phản lực của đường tác dụng vào bánh xe sẽ gồm Pf, Pz vàmô men cản lăn Mf (khi quy dẫn Pz về tâm trục bánh xe).Trường hợp này xảy ra vớicác bánh bị động

c.Trường hợp 3: bánh xe lăn không đều (có gia tốc), chịu các lực (hình 1-12):

-Tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng Gk

-Lực đẩy Pđđặt tại tâm trục bánh xe và có chiều ngược với chiều chuyển độngcủa xe

-Mô men kéo Mk (mô men xoắn của động cơ đặt tại bánh xe chủ động)

-Các phản lực pháp tuyến Pz và phản lực tiếp tuyến của đường Px

Mô men quán tính Mj phát sinh do sự chuyển động không đều của bánh xe gâyra,có hướng ngược với chiều gia tốc gócεk của bánh xe:

Mj = -Jk.εk

Trong đó:

Jk –mô men quán tính bánh xe chủ động và các chi tiết cùng quay với nó

εk –gia tốc góc của bánh xe lăn

Lập các phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ độngtrong trường hợp trên ta có:

Pz = Gk ; Pđ= Px

Mk+ Mj– Mf – Px.rk = 0Từ đó suy ra:

Px =

k

f j k r

M M

=

k f

k

k k k

k

r

M r

J r

M

– lực vòng do mô men xoắn đặt tại bánh xe chủ động (Mk) gây ra

Pjk – lực quán tính do các khối quay không đều gây ra

Pf – lực cản lăn

Mf – Mô men cản lăn, xuất hiện khi dời phản lực pháp tuyến về tâmtrục bánh xe

Từ biểu thức trên chứng tỏ rằng phản lực tiếp tuyến của đường Px phụ thuộcvào mô men xoắn Mk.Khi Mk tăng, giá trị của Px sẽ tăng.Trường hợp này Px cùngchiều chuyển động của xe và được gọi là lực kéo tiếp tuyến, kí hiệu là Pk.

Với: Pk = Pv – Pjk – Pf

Ở trường hợp trên, nếu là bánh xe bị động, Mk = 0.Khi đó:

Px = –Pjk – Pf = –(Pjk + Pf)Dấu “– “ chứng tỏ Px ngược với chiều chuyển động của xe.Px trong trường hợpnày là lực cản chuyển động

Cần nhớ rằng, mặc dù lực kéo tiếp tuyến Pk sẽ tăng khi mô men xoắn truyền từđộng cơ đến bánh xe chủ động Mk tăng.Nhưng Pk không thể tăng một cách tùy ý, màcòn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với mặt đường.Như vậy phản lực tiếptuyến lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường.Giá trị lớnnhất có thể có được của lực kéo theo điều kiện bám, gọi là lực kéo theo điều kiệnbám của bánh xe với mặt đường (hay lực bám), kí hiệu là Pϕ

Lực kéo theo điều kiện bám Pϕ tỉ lệ với trọng lượng bám của xe:

Pϕ =ϕ.Gϕ =ϕ.Pz

Trong đó:

ϕ -hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường

Gϕ -trọng lượng bám của bánh xe tức là trọng lượng Gk đặt lên bánh xe

Hệ số bám ϕ thường đồng nghĩa với hệ số ma sát trượt giữa bánh xe với mặtđường.Tuy nhiên, điều đó không chính xác hoàn toàn bởi vì khi tác dụng tương hỗgiữa bánh xe với đường (khi bám), ngoài ma sát trên bề mặt tiếp xúc còn có sự ănkhớp của bánh xe với nền đường.Vì vậy, thông thường hệ số bámϕ lớn hơn hệ số masát của bánh xe với đường

Hệ số bám dọcϕ có thể xác định trong phòng thí nghiệm hoặc trên đường.Khixác định hệ số bám trên đường người ta có thể sử dụng phương pháp kéo, phươngpháp đo mô men xoắn trên bánh xe chủ động hoặc một số phương pháp khác.Dướiđây giới thiệu phương pháp kéo (hình 1-13)