Bài giảng môn học lý thuyết ô tô

KHOA C KHÍ GIAO THÔNG... Thông s tính toán .... Th c nghi m đánh giá quá trình phanh .... Th c nghi m đánh giá quá trình phanh .... Các ch tiêu đánh giá quá trình phanh ..... Do đó, chi

KHOA C KHÍ GIAO THÔNG

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 2

M c l c

trang

M c l c 3

1 M U 7

2 MOMEN XO N T I BÁNH XE CH NG 10

2.1 S truy n mô men t đ ng c đ n bánh xe ch đ ng 10

2.2 Các y u t nh h ng đ n mô men xo n t i bánh xe ch đ ng khi xe chuy n đ ng n đ nh 11

2.2.1 Mô men t i bánh đà đ ng c 11

2.2.2 T n th t n ng l ng trong h th ng truy n l c 14

2.2.3 T s truy n c a h th ng truy n l c 15

3 T NG TÁC GI A BÁNH XE VÀ M T NG 19

3.1 Khái quát v tính ch t c lý c a m t đ ng 19

3.2 Bánh xe ô tô 20

3.2.1 C u t o l p xe 20

3.2.2 Ký hi u bánh xe 22

3.2.3 Các khái ni m bán kính bánh xe 24

3.3 S c n chuy n đ ng c a bánh xe 25

3.3.1 Nhân t thu c v l p xe 25

3.3.2 Nhân t thu c v đ ng 31

3.3.3 Nhân t do s tr t 34

3.3.4 S b trí bánh xe 36

3.3.5 K t lu n v các thành ph n l c c n đ i v i bánh xe 37

3.4 S hình thành ph n l c t i bánh xe 37

4 CÁC L C C N CHUY N NG C A Ô TÔ 42

4.1 L c c n lên d c 42

4.2 L c c n l n 43

4.3 L c c n không khí 44

4.4 L c quán tính 46

4.4.1 L c quán tính c a các kh i l ng chuy n đ ng t nh ti n 46

4.4.2 L c quán tính c a các kh i l ng chuy n đ ng quay 46

4.5 L c c n móc kéo 49

4.6 Xác đ nh ph n l c pháp tuy n 50

4.6.1 Giá tr các ph n l c pháp tuy n 50

4.6.2 H s phân b t i tr ng trên các bánh xe 51

5 NG L C H C KÉO 53

5.1 Cân b ng l c - Ph ng trình chuy n đ ng c a ô tô 53

5.2 Cân b ng công su t 55

5.2.1 Cân b ng công su t 55

5.2.2 M c đ s d ng công su t c a đ ng c 56

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 4

5.3 c tính đ ng l c c a ô tô 58

5.3.1 c tính đ ng l c c a ô tô khi ho t đ ng v i t i đ nh m c 58

5.3.2 c tính đ ng l c c a ô tô khi t i tr ng thay đ i 60

5.4 S t ng t c ô tô 64

5.5 nh h ng c a t s truy n c a truy n l c chính đ n tính n ng đ ng l c và kinh t nhiên li u c a ô tô 67

5.6 nh h ng c a s c p c a h p s đ n kh n ng đ ng l c và kinh t nhiên li u c a ô tô 68

5.7 Truy n đ ng vô c p 69

6 TÍNH TOÁN S C KÉO 70

6.1 Thông s cho tr c 70

6.2 Thông s ch n 70

6.3 Thông s tính toán 71

6.3.1 Tr ng l ng toàn b 71

6.3.2 C l p 71

6.3.3 Ch n đ ng c và xây d ng đ c tính ngoài 72

6.3.4 T s truy n c a s truy n cao nh t c a h p s 73

6.3.5 T s truy n c a truy n l c chính 74

6.3.6 T s truy n c a s truy n th p nh t c a h p s 74

6.3.7 S c p c a h p s và t s truy n các s trung gian 75

6.3.8 Xác đ nh các ch tiêu đ ng l c và kinh t nhiên li u c a ô tô 76

7 TÍNH KINH T NHIÊN LI U C A Ô TÔ 77

7.1 Xác đ nh tiêu hao nhiêu li u 77

7.1.1 Ph ng pháp lý thuy t 77

7.1.2 o tiêu hao nhiên li u 82

7.1.3 Các quy t c đo tiêu hao nhiên li u 83

7.2 Bi n pháp gi m tiêu hao nhiên li u 85

8 TÍNH CH T PHANH Ô TÔ 88

8.1 Khái ni m 88

8.2 Th c nghi m đánh giá quá trình phanh 88

8.3 Th c nghi m đánh giá quá trình phanh 90

8.3.1 ng l c h c bánh xe khi phanh 90

8.3.2 ng l c h c ô tô khi phanh 93

8.4 Các ch tiêu đánh giá quá trình phanh 94

8.5 C s lý thuy t phân b l c phanh trên các tr c bánh xe 97

8.5.1 Quan h lý t ng v phân b l c phanh trên các tr c 97

8.5.2 Các bi n pháp đi u hòa l c phanh 99

8.6 Ch ng hãm c ng bánh xe khi phanh 103

9 TÍNH N NG D N H NG C A Ô TÔ 105

9.1 Khái ni m 105

9.2 ng h c và đ ng l c h c quay vòng 105

9.2.1 ng h c quay vòng 105

9.2.2 ng l c h c quay vòng 107

9.3 nh h ng c a đ đàn h i ngang c a l p đ n tính n ng d n h ng111

9.4 nh h ng c a s dao đ ng c a bánh xe d n h ng 117

9.4.1 S m t cân b ng c a b n thân bánh xe d n h ng 117

9.4.2 S kém t ng thích gi a h th ng treo và h th ng lái 117

9.4.3 Hi u ng con quay 118

9.5 S n đ nh c a các bánh xe d n h ng 119

9.6 S b trí các bánh xe d n h ng 124

10 TÍNH CH T N NH C A Ô TÔ 125

10.1 Tính n đ nh c a ô tô 125

10.1.1 Khái ni m 125

10.1.2 Xác đ nh các đi u ki n t i h n theo n đ nh ngang 125

10.1.3 Xác đ nh các đi u ki n t i h n theo n đ nh d c 130

10.2 S nh h ng b i các đi u ki n v n hành 130

10.3 S nh h ng c a h th ng treo đ n tính n đ nh ô tô 132

11 TÍNH N NG C NG C A Ô TÔ 137

11.1 Khái ni m 137

11.2 Các thông s nh h ng tính c đ ng c a ô tô 137

11.2.1 Tính ch t đ ng l c c a ô tô 138

11.2.2 Tính ch t bám c a l p xe và m t đ ng 138

11.2.3 Các thông s hình h c c a ô tô 143

11.2.4 Các thông s k t c u 144

12 TÍNH ÊM D U CHUY N NG C A Ô TÔ 148

12.1 Khái ni m 148

12.2 Th c nghi m tính êm d u chuy n đ ng c a ô tô 148

12.3 Các đ c tr ng êm d u chuy n đ ng c a ô tô 150

12.4 Dao đ ng ô tô 153

12.5 nh h ng c a các thông s đ n s dao đ ng 158

12.5.1 nh h ng c a l p xe 158

12.5.2 H th ng treo đ c l p 158

13 TÀI LI U THAM KH O 160

14 PH L C 162

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông

KÝ HI U và VI T T T

1 M U

Khoa h c nghiên c u v ô tô có m c đích nâng cao hi u su t và gi m giá thành v n t i i u đó có th th c hi n b ng vi c nâng cao v n t c chuy n

đ ng trung bình c a ô tô, gi m tiêu hao nhiên li u, t ng tính an toàn chuy n

đ ng và ti n nghi cho ng i lái S th u hi u v nguyên lý đ ng l c h c ô tô là

đ c bi t c n thi t cho vi c thi t k , c i ti n và đ a ra nh ng ki u ô tô m i c ng

nh l a ch n đúng ki u lo i ô tô cho vi c s d ng Nh ng k t lu n lý thuy t

t o c s v ng ch c cho vi c nâng cao hi u su t c ng nh tu i th , đ b n c a

ph ng ti n

Môn h c Lý thuy t ô tô xem xét đánh giá các nhân t liên quan tr c ti p

đ n chuy n đ ng c a ô tô, bao g m: đ c tính đ ng l c h c, tính kinh t nhiên

li u, tính ch t d n h ng, tính n đ nh, kh n ng c đ ng, và tính êm d u chuy n đ ng Các nhân t khác nh đ b n, tính d s d ng và b o d ng,…vv không thu c đ i t ng nghiên c u c a môn h c

c tính đ ng l c - c tính đ ng l c c a ô tô đ c hi u là kh n ng

c a nó chuyên ch đ c hàng hóa/ ng i t c đ trung bình t i đa c tính

đ ng l c h c càng cao, th i gian v n chuy n càng th p và do đó hi u su t v n chuy n càng l n c tính đ ng l c h c c a ô tô ph thu c vào kh n ng kéo

và phanh c a ô tô

Tính kinh t nhiên li u - Tính kinh t nhiên li u là s tiêu hao nhiên

li u cho đ n v kh i l ng/ công v n chuy n Nh ng chi phí cho nhiên li u tham gia vào m t ph n giá thành v n chuy n Do đó, chi phí nhiên li u càng

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 8

đ ng c a ô tô Tính n đ nh đ c xem là t t khi ô tô có kh n ng ho t đ ng v i

v n t c l n đ ng tr n tr t

Kh n ng c đ ng - Kh n ng c đ ng là thu c tính ô tô có th ho t

đ ng trong nhi u lo i đ ng sá kh c nghi t (có tuy t, bùn l y, ho c l i

n c…) Kh n ng c đ ng là r t quan tr ng đ i v i các ô tô ph c v nông nghi p, lâm nghi p, công tr ng, …

Tính êm du - Tính êm d u chuy n đ ng là kh n ng ô tô chuy n đ ng

trên đ ng không b ng ph ng mà thân xe không b xóc n y m nh V n t c trung bình, tiêu hao nhiên li u, t i tr ng, ti n nghi cho hành khách ph thu c vào tính êm d u c a ô tô

Tuy r ng nh ng tính ch t nói trên s đ c xem xét đánh giá riêng, chúng có liên quan ch t ch v i nhau B t c s thay đ i nào trong thi t k đ i

v i m t nhân t , s d n đ n s thay đ i t t c các nhân t khác Tính n đ nh

có th đ c nâng cao b ng cách gi m chi u cao tr ng tâm ô tô, m c d u nó d n

đ n s gi m tính n ng c đ ng V n t c c a ô tô ch y u ph thu c vào kh

n ng đ ng l c c a nó, nh ng trên đ ng tr n tr t nó th ng đ c gi m đ

đ m b o tính n đ nh và trên đ ng không b ng ph ng, đ m b o tính êm d u

T ng v n t c chuy n đ ng trung bình đòi h i t ng đ ng l c c a ô tô, nh ng đi đôi v i vi c t ng tiêu hao nhiên li u

Nh ng yêu c u trái ng c đ i v i m t ô tô đòi h i ng i thi t k ph i xác đ nh s th a hi p, cân b ng gi a tính n ng c n t ng c ng cho m t m c đích c a ô tô trong khi gi m thi u nh ng tính n ng khác kém quan trong h n

Do đó, s đánh giá ô tô c n đ c xem xét m t cách toàn di n; t t c các tính

n ng c a nó

K thu t ô tô hi n nay cho phép có th thi t k và s n xu t ô tô có th

v n hành trong b t k đi u ki n nào M t khác, đi u này b ng n tr b i quy

mô dây chuy n s n xu t ô tô mà nó đ c phân bi t b i m t s h u h n ki u

lo i, và b i tính th ng nh t hóa các t ng thành l p trên các ô tô công d ng khác nhau H n n a, m i ô tô đ c d đ nh ho t đ ng v i đi u ki n đa d ng và ph i

có tính ph bi n nh t đ nh i u này gi i thích t i sao, ví d , r t nhi u ô tô t i công d ng chung có kh n ng v n chuy n t t c các lo i hàng hóa, đ c s n

xu t hi n nay D u v y, đ phù h p h n, nh ng yêu c u đ c đ t ra cho các ô

tô chuyên d ng đ ho t đ ng trong đi u ki n xác đ nh và v n chuy n m t lo i hàng hóa nh t đ nh Nh ng ô tô này hi u qu h n nhi u so v i các ô tô công

d ng chung

Các đ c tính v n hành có th đ c xác đ nh b ng th c nghi m ho c tính toán S li u nh n đ c b ng cách th ô tô trên b ng ho c v n hành tr c ti p trên đ ng trong đi u ki n g n v i đi u ki n th c t Nh ng th nghi m này

t n kém và đòi h i phòng thí nghi m có ch t l ng Thêm vào đó, r t khó đ tái t o đi u ki n ho t đ ng th c t Vì lý do đó, thông th ng các th nghi m

đ c k t h p v i vi c phân tích lý thuy t và tính toán các đ c tr ng c a ô tô

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông

Ch ng

Hình 2-1 minh h a s truy n mô men xo n t đ ng c đ n bánh xe ch

đ ng đ i v i ô tô có đ ng c đ t d c phía tr c, d n đ ng m t c u sau

Hình 2-1 S truy n mô men t đ ng c đ n bánh xe ch đ ng

Xu t phát t đ ng c và truy n qua h th ng truy n l c, mô men xo n t i bánh xe ch đ ng đ c xác đ nh b i:

d i I

i ' T '

w n

n n n t

t e

V i: T'T- Mô men kéo t i bánh xe ch đ ng khi chuy n đ ng không đ u;

T'e- Mô men kéo t i tr c khu u khi xe chuy n đ ng không đ u;

it; t - T s truy n và hi u su t c a h th ng truy n l c;

in ; n - T s truy n và hi u su t t chi ti t quay th n trong h th ng truy n l c đ n bánh xe ch đ ng;

In- Mô men quán tính c a chi ti t quay th n đ i v i tr c quay c a nó;

n, w- v n t c góc c a chi ti t quay th n và c a bánh xe

n n n t

t e T

r

a.i.IIi

.I

iT'

B ng cách đ t:

t e e

n n n a

r

a.i.IIi

.I

V i TT là mô men kéo t i bánh xe ch đ ng khi ô tô chuy n đ ng n

đ nh, đ ng c quay đ u Ta là mô men c a các l c quán tính quy v bánh xe ch đ ng

Cu i cùng, bi u th c xác đ nh mô men t i bánh xe ch đ ng tr thành:

a T

Giá tr mô men t i tr c khu u thay đ i ph thu c ch đ làm vi c c a đ ng

c ng c có th làm vi c các ch đ toàn t i (theo đ ng đ c tính ngoài)

ho c ch đ non t i (c c b ) Hình 2-2 bi u th đ c tính ngoài c a đ ng c x ng không h n ch s vòng quay (a), đ ng c x ng h n ch s vòng quay (b), và

đ ng c diesel (c)

S vòng quay nmin c a tr c khu u là s vòng quay nh nh t mà đ ng c có

th làm vi c n đ nh ch đ đ y t i Khi t ng s vòng quay thì công su t và

mô men t ng lên Mô men xo n đ t giá tr c c đ i Temax s vòng quay nT và công su t đ t giá tr c c đ i Pemax t i s vòng quay nP Vùng s vòng quay làm

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 12

vi c ch y u c a đ ng c n m trong kho ng [nT , nP] Khi t ng s vòng quay

c a tr c khu u l n h n giá tr nP thì công su t s gi m, ch y u do gi m h s

n p, t ng t n th t c gi i, và gi m áp su t có ích trung bình

Hình 2-2 c tính t c đ ngoài c a đ ng c

đ m b o tính kinh t nhiên li u cho ô tô, đ ng c x ng đ c l p b ph n

h n ch t c đ đ nó không làm vi c trong vùng s vòng quay có su t tiêu hao nhiên li u l n (Hình A-4, Ph l c A) Khi s vòng quay c a đ ng c đ t giá tr

c n h n ch , nhiên li u không đ c cung c p cho đ ng c và công su t s

gi m Do quán tính, s vòng quay c a đ ng c còn t ng thêm chút ít Thông

th ng, s vòng quay h n ch th ng nh h n s vòng quay ng v i công su t

c c đ i

i v i đ ng c diesel, ch đ phát công su t c c đ i là gi i h n “nh khói đen” Khi t ng s vòng quay c a đ ng c l n h n giá tr t ng ng v i ch đ công su t c c đ i, tính kinh t nhiên li u c a đ ng c r t kém Do đó, đ ng c diesel đ c trang b b đi u t c đ tránh đ ng c làm vi c vùng “nh khói đen” Khi đ ng c đ t s vòng quay nP, b đi u t c s c t nhiên li u và công

su t s gi m Do quán tính, s vòng quay c a đ ng c còn t ng thêm chút ít

i m h n ch th ng là đi m công su t c c đ i ho c tr c công su t c c đ i (Ph l c A).

H s thích ng mô men c a đ ng c , KT, đ c đ nh ngh a nh đ i đây và

có ph m vi giá tr c a KT đ c th ng kê trong B ng 2-1

P

emax T

max e n

Diesel

Quan h gi a công su t, mô men t i tr c khu u và s vòng quay c a nó có

th nh n đ c t k t qu thí nghi m đ ng c (Ph l c A) Tuy nhiên n u không

có s li u đ y đ t vi c thí nghi m đ ng c , ta có th xây d ng g n đúng đ c tính ngoài c a đ ng c d a vào công th c kinh nghi m:

P e P

e emax

e

n

n c.

n

-n b.

+ n

n a.

P

P e P

e emax

PT



V i: a, b, c - các h s th c nghi m, có giá tr theo B ng 2-3

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 14

Các trang b ph nh b m n c, qu t gió, máy nén không khí, máy nén môi ch t làm l nh, …vv không đ c l p v i đ ng c khi đo đ ng c trên b ng

th , Công su t đ d n đ ng các trang thi t b ph này th ng chi m 10%-20% công su t c a đ ng c Do v y, đ i v i đ ng c th c t l p trên ô tô, công su t

t i bánh đà ch còn l i kho ng 80%-90% so v i giá tr đo đ c b ng b ng th

B ng 2-3 Các h s th c nghi m Lây- ec-man

Khi truy n qua h th ng truy n l c, m t ph n công su t truy n t đ ng c

đ n bánh xe ch đ ng b tiêu hao do:

- T n th t ma sát: Ma sát trong các c p bánh r ng trong h p s , h p s

ph , h p s phân ph i, các đ tr c, các kh p cac đ ng

- T n th t th y l c: Khu y và v y d u bôi tr n trong h p s , h p s

ph , h p phân ph i, truy n l c chính và vi sai

đánh giá các tiêu hao này, các khái ni m sau đây đ c s d ng:

- Hi u su t thu n, khi đánh giá s truy n t đ ng c đ n bánh xe ch đ ng:

e t e

T t

P

P - P

e fr, n

P P

P - P

Trong đó: PT- Công su t t i bánh xe ch đ ng (công su t kéo);

Pt- Công su t tiêu hao trong h th ng truy n l c;

Pfr,e- Công su t tiêu hao do ma sat trong đ ng c

Nh v y, giá tr các hi u su t thu n và ngh ch thay đ i trong quá trình ô tô

ho t đ ng, ph thu c nhi u y u t đ n gi n trong tính toán, ng i ta coi

H u h t các ô tô hi n nay s d ng đ ng c x ng ho c diesel i v i lo i

đ ng c này, trong vùng làm vi c c a đ ng c , mô men đ ng c ch thay đ i trong m t ph m vi r t h p (B ng 2-1) Trái l i, đi u ki n t i tr ng c a ô tô và

s c c n c a đ ng l i thay đ i trong ph m vi r t l n Các lo i đ ng c này có

nh ng u đi m n i b t nh công su t riêng l n, hi u su t cao, tr ng l ng b

ph n ch a nhiên li u nh Tuy v y, chúng có nh ng nh c đi m:

 Không th sinh mô men khi tr ng thái đ ng yên nh đ ng c h i

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 16

V i giá tr công su t Pmax n u đ t đ c trong toàn kho ng t c đ , các đ ng cong hyperbol th hi n “gi i h n l c kéo lý t ng” FT,id và có k đ n t n th t trong h th ng truy n l c FT,h đ c mô t trên Hình 2-3 M t khác, l c kéo

th c t c a đ ng c FT,e c ng đ c mô t L c kéo l n nh t t i các bánh xe ch

đ ng không th v t quá l c bám Nh v y, n u ch riêng đ ng c mà không

có h p s ho c b bi n đ i mô men, ô tô không th làm vi c vùng g ch chéo trên đ th

Ng c l i, khi có h p s ho c b bi n đ i mô men (Hình 2-4), ph m vi

bi n đ i mô men t i bánh xe ch đ ng đ c m r ng Vùng đ c m r ng yêu

c u càng g n v i đ ng hyperbol càng t t Ph n g ch chéo còn l i mà t p h p các đ ng l c kéo t t c các s không th ph đ c, b t bu c ph i ch p nh n Ngoài ra, h th ng truy n l c c a ô tô còn đ m b o thay đ i mô men t đ ng

c đ n bánh xe ch đ ng c v h ng

Hình 2-4 Tác d ng m r ng vùng làm vi c c a h p s c khí 4 c p

Trong tr ng h p t ng quát, h th ng truy n l c bao g m các b ph n: ly

h p, h p s , h p s ph , h p s phân ph i, truy n l c chính và vi sai, truy n

l c cu i cùng Trong t ng tr ng h p c th , có th không có (m t ho c vài) các b ph n sau: h p s ph , h p s phân ph i, truy n l c cu i cùng Khi truy n t đ ng c đ n bánh xe ch đ ng, mô men xo n thay đ i it l n:

c o pp hp h s b e b

V i is, ih, ihp, ipp, io, ic l n l t là t s truy n c a bi n mô, h p s , h p

s ph , h p phân ph i, truy n l c chính, và truy n l c cu i cùng

Các giá tr ipp, io, ic l n h n 1 Các giá tr ih, ihp, thay đ i tùy thu c vào s truy n c a h p s mà ô tô ho t đ ng

Hình 2-5 B trí đ ng c và h th ng truy n l c ô tô du l ch

Hình 2-6 B trí đ ng c và h th ng truy n l c ô tô t i 3 c u ch đ ng

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 18

Hình 2-7 S đ truy n công su t các s truy n c a h p s

ch t: c tr ng b i l c c n c a đ t theo đ bi n d ng Khi có l c tác d ng, đ t b nén và di chuy n theo nhi u h ng khác nhau, do đó phát sinh trong đ t nh ng ng su t pháp và ti p theo nhi u h ng.

Khi t ng d n l c tác d ng vào đ t, quan h gi a l c c n trong đ t và đ lún

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 20

ng cong trên có 3 giai đo n:

- OA: Khi t ng l c t 0, quan h g n nh tuy n tính, bi u th đ t ch u nén

 Phát sinh các l c d c giúp cho s t ng t c và phanh ô tô;

 Phát sinh các l c bên t o nên s chuy n h ng c a ô tô

Bánh xe ô tô là m t h đàn h i phi tuy n r t ph c t p, khó đ nh l ng Nhi u mô hình bánh xe đã đ c phát tri n đ c l ng các đ c tr ng c a bánh

Hi n nay có 2 ki u k t c u thông d ng c a bánh xe – ki u “bias-ply” và

“radial-ply”, nh minh h a trên Ki u “bias-ply” là ki u chu n thông d ng cho

đ n nh ng n m 1960, khi mà nh ng u đi m c a ki u “radial-ply” (đ c b t

đ u nghiên c u các n c châu Âu) đ c xác nh n Sau vài th p niên ki u này thay th d n trên các ô tô du l ch, ph bi n và tr thành chu n nh hi n nay.

C u trúc h ng tâm (radial-ply) đ c tr ng b i các s i ch u t i song song (làm b ng s i v i đ c gia c ng b ng s i nylon, t nhân t o, polyester, ho c

s i th y tinh h u c ) ch y th ng ngang bánh xe t đai c t phía bên này sang phía bên kia, h p thành 90 đ v i chu vi c a bánh xe Các s i ch u t i t o thành

ph n khung c a bánh xe Ki u c u trúc này t o nên đ uy n chuy n bên r t l n

nh ng đ n đ nh h ng r t nh ho c g n nh b ng không S n đ nh v

h ng đ c đ m b o nh các đai c ng b ng v i ho c s i thép ch y vòng theo chu vi c a bánh xe, gi a ph n khung và talon bánh xe Khi chuy n h ng, các đai này giúp n đ nh ph n talon bánh xe và gi nó ph ng trên đ ng b t k s

bi n d ng ngang c a bánh xe a s bánh xe “radial” c a ô tô du l ch có đai 2

Khi chuy n h ng, bánh xe ki u “bias-ply” ít bi n d ng ngang h n và sinh

ra bi n d ng l n h n trong v t ti p xúc khi bánh xe bi n d ng trên m t ph ng

đ ng, làm cho talon bánh xe b u n cong trong v t ti p xúc

Hình 3-3 H ng bi n d ng c a l p xe trong v t ti p xúc

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 22

Chi ti t m t c t ngang l p xe ki u “radial” đ c th hi n trên Hình 3-4

Hình 3-4 Chi ti t l p xe ki u “radial”

3.2.2 Ký hi u bánh xe

Kích c bánh xe đ c bi u th b ng m t trong nhi u ph ng pháp, nh chi u cao l p, chi u r ng l p, t s profile, và đ ng kính vành bánh

Kích c c a ki u bánh “bias-ply” đ c bi u th b ng 2 con s ; s th nh t (đ n v mm) là chi u r ng và s th hai (inch) là đ ng kính vành bánh Ví d : 6.95-14

Kích c ki u “radial-ply” đ c bi u th v i s th nh t (mm) ch chi u r ng

l p và s th hai (inch) ch đ ng kính vành bánh Ví d : 175R14

G n đây, kích c bánh xe còn đ c bi u th theo công d ng Cách ký hi u bánh xe ph thu c tiêu chu n D i đây là m t ví d ký hi u l p xe du l ch -theo tiêu chu n ETRTO hi n hành (European Tire and Rime Technical Organization):

175 / 65 R 14 82 H

175 chi u r ng l p m i, đo v i áp su t 1,8 bar, mm

65 t l profile chi u cao/r ng l p theo %

R mã lo i l p, Radial

14 đ ng kính vành, inch

82 ch s t i tr ng, t i đa 475 kg đi u ki n 2,5 bar, 160 km/h

H ch s mã t c đ , đ n 210 km/h

M t ví d ký hi u l p ô tô du l ch, theo tiêu chu n c a M và các n c ngoài châu Âu, nh sau:

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 24

 Bán kính đ ng l c, rdyn là kho ng cách tr c bánh xe l n đ n m t đ ng

Nó ph thu c t i tr ng th ng đ ng, áp su t h i, l c ly tâm c a bánh xe,

mô men xo n ho c mô men phanh

 Bán kính l n, rR là bán kính c a bánh xe t ng t ng mà không b bi n

d ng khi làm vi c, không b tr t l t ho c tr t quay, và có cùng t c đ

t nh ti n và quay nh bánh xe th c t

b b

R

n.2

S

=w

V

=r

0 S

0 S

b

 rR = 

 Bán kính làm vi c trung bình rb:

Trong th c t tính toán, ng i ta dùng bán kính bánh xe có k đ n bi n

d ng c a l p do nh h ng c a các thông s k trên Bán kính này so v i th c

t sai l ch không l n l m, và g i là bán kính làm vi c trung bình rb = b.r

H s b là k đ n s bi n d ng c a l p, ph thu c vào lo i l p:

- L p áp su t th p: b = (0,930 - 0,935)

- L p áp su t cao: b = (0,945 - 0,950)

Các nhân t tham gia vào s c n chuy n đ ng bánh xe bao g m:

 Các nhân t thu c v l p xe;

 Các nhân t thu c v đ ng;

 Các nhân t liên quan đ n s tr t;

 Các nhân t liên quan đ n ma sát trong g i đ bánh xe

Các nhân t liên quan đ n ma sát trong g i đ bánh xe th ng r t nh , và

l i hình d ng l p l i tu n hoàn đ i v i m i ph n t trên b m t l p xe Bánh xe

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 26

l n có th đ c minh h a b ng b ng m t h thay th (Hình 3-6), mà chu vi c a

h này đ c liên h v i vành bánh b ng h dao đ ng và t ng t , talon bánh xe

c ng có th đ c mô t b ng h dao đ ng th hai

Hình 3-6 Mô hình hóa bánh xe ô tô

c tính c a các h dao đ ng này nh h ng đ n s c kéo c a ô tô trên

đ ng Khi h dao đ ng thay th quay, t i m i h thành t , n ng l ng trong

nó chuy n hóa thành nhi t Th c nghi m cho th y, khi cùng v t li u c a l p

ch u t i, khi t ng s l p ch u t i c a l p xe thì công (n ng l ng) tiêu hao s

t ng, do t ng t ng d ch chuy n t ng đ i gi a các l p

Hình 3-7 H s c n c a bánh xe ô tô du l ch

Th c nghi m ch ng t , khi t ng v n t c ô tô thì h s c n c a h dao đ ng

gi m Khi t ng v n t c, nh h ng c a s h th p xu ng c a bánh xe l n d i tác d ng c a t i tr ng làm cho ph n chu vi bánh xe dao đ ng d i tác d ng c a

l c quán tính ly tâm mà nó t ng theo v n t c bánh xe S gia t ng dao đ ng này làm gia t ng t n th t n ng l ng do bi n d ng đàn h i c a l p xe Hi n t ng

đó t o nên “sóng bi n d ng” sau v t ti p xúc c a bánh xe (Hình 3-8)

Hình 3-8 Sóng bi n d ng b m t bánh xe khi bánh xe chuy n đ ng

V i các k t c u l p xe đ c thi t k , n i ma sát trong l p xe t ng tuy n tính

v i gradient nh đ n ph m vi v n t c kho ng 35m/s V t quá v n t c này, n i

ma sát t ng nhanh chóng

Ma sát do tr t trên v t ti p xúc

Khi bánh xe l n ta nh n th y các ph n t c a l p xe trên chu vi c a nó b ép

ch t trong v t ti p xúc Ngoài v t ti p xúc, chu vi bánh xe là đ ng tròn Trong vùng v t ti p xúc, đ ng chu vi bánh xe bi n thành đ ng th ng dây cung – là chi u dài v t ti p xúc i u này d n đ n s d ch chuy n t ng đ i gi a ph n

m t đ ng và các ph n t l p xe trong vùng ti p xúc Hi n t ng này đ c g i

là s tr t theo h ng chuy n đ ng c a ô tô (h ng d c) S tr t này gây nên mài mòn và t n th t m t n ng l ng nh t đ nh

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 28

S c n quay c a không khí bao quanh bánh xe

Bánh xe ô tô quay trong môi tr ng không khí Do đó, t n t i t n th t do

s c c n c a không khí đ i v i chuy n đ ng quay c a các bánh xe Tuy nhiên,

s c c n này có th đ c xem nh tham gia vào thành ph n s c c n không khí

Hình 3-11 S phân b áp su t trên v t ti p xúc và s t o thành mô men c n l n

Hình 3-12 Các l c và mô men tác d ng vào thân xe, bánh xe b đ ng và đ ng.

H s c n l n đ c đ nh ngh a b ng t s gi a l c c n l n và ph n l c pháp tuy n c a đ ng tác d ng lên bánh xe

W , Z

Rroll Rroll

FF

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 30

Do s phân b b t đ i x ng c a áp su t trong vùng ti p xúc, h p các ph n

l c phân t s là l c R, l ch v tr c và cách tâm tr c quay bánh xe m t kho ng eR Mô men c n l n đ c hình thành, có giá tr :

R ZW R Rroll R.e F e

Tác d ng c a mô men này t ng đ ng v i mô men c a l c gi t ng FRroll

n m trong ph ng song song v i đ ng, v i đ l n đ c xác đ nh b i:

dyn

R ZW dyn

Rroll Rroll

r

e.Fr

Hình 3-14 S ph thu c h s c n l n và lo i l p, t c đ ô tô

K t lu n, bên c nh các nhân t bên ngoài nh v n t c, t i tr ng, áp su t h i,

l c c n l n ph thu c vào c u trúc l p, các v t li u và h n h p cao su s d ng Nói chung, lo i l p “radial” có h s c n l n th p h n so v i lo i “bias” H n

h p đó, n ng l ng đ c chuy n thành nhi t trong bánh xe và trong gi m ch n

i u này có ngh a là n ng l ng gi i phóng khi hoàn tr tr ng thái nh h n

n ng l ng tích l y trong ph n t đàn h i m t l ng b ng n ng l ng tiêu tán trong gi m ch n Hình cung c p s gi i thích v i ví d đ n gi n trong tr ng

h p bánh xe không có l p đàn h i

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 32

Hình 3-15 S thay đ i n ng l ng trong h th ng treo c a tr c bánh xe khi chuy n

đ ng qua các nh p nhô trên đ ng

Do s hoàn tr n ng l ng, công c a ph n t đàn h i không có nh h ng

đ n s c n l n, trong khi công tiêu hao do gi m ch n góp ph n vào thành ph n

l c c n đ i v i bánh xe

X

W F

X

0 Runeven

Khi bánh xe l n trên đ ng t, l p xe ph i phá v l p n c trên m t

đ ng và sau đó ti p xúc tr c ti p v i đ ng L p n c ngay phía tr c v t

ti p xúc và v t ti p xúc có th chia, m t cách đ n gi n, thành 3 vùng: vùng

“g n đ n”, vùng chuy n ti p, và vùng ti p xúc Trong vùng “g n đ n”, l p

n c b thay th b i ph n l p xe ch a bi n d ng và đang l n xu ng đ s ti p

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 34

c n m t đ ng Trong vùng chuy n ti p, l p xe đã bi n d ng và t t ti p xúc

v i m t đ ng Vùng ti p xúc th hi n di n tích ti p xúc th c t , di n tích ti p xúc tr c ti p gi a b m t l n c a bánh xe và m t đ ng, mà nó làm c s cho

s chuy n hóa n ng l ng Ch m t l ng n c r t nh di chuy n ra ngoài trong vùng này

Th c nghi m cho th y s c n ph thu c vào l u l ng n c b đ y ra và chi m ch , do đó ph thu c vào chi u cao l p n c, b r ng bánh xe, và v n

t c l n c a bánh xe C u trúc l p xe, áp su t h i, và t i tr ng tác d ng lên bánh

xe có nh h ng r t nh đ i v i thành ph n l c c n này

3.3.3 Nhân t do s tr t

trên ta xem xét s c n l n trong đi u ki n h ng chuy n đ ng c a bánh

xe vuông góc v i tr c quay c a nó và tr c quay c a nó song song v i m t

đ ng Trong ph n này, nh h ng c a l c ngang và thay đ i k t c u đ n s

c n l n đ c kh o sát

L c ngang

Hình 3-18 L c tác d ng lên bánh xe và góc l n l ch

N u bánh xe l n d i tác d ng c a l a ngang, ch y u khi quay vòng

nh ng c ng có th do gió ngang ho c do đ ng nghiêng ngang, vector v n t c

FR  Rroll   L   Rroll  L  Rroll   Eq 3-7

Nh v y, h s c n l n do s tr t đ c xác đ nh b i:

W , Z

Rroll L

Rslip

F

)cos(1F-sin.F



)cos(1fF

sin.F

W , Z

Hình 3-19 Quan h gi a h s c n l n và góc l n l ch

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 36

,

2 sin F

S c n l n t i m t tr c bánh xe, do góc ch m, b ng 2 l n đ i l ng trên

Góc doãng, là góc t o b i m t ph ng quay bánh xe và m t ph ng th ng đ ng, chi u d ng ng c chi u kim đ ng h khi nhìn t đ u xe Do tác d ng c a góc doãng, hai m t bên c a bánh xe bi n d ng không đ u và bi n d ng m t bên

Rw, Rslip baff

R plast R Runeven Rroll

V i: FRroll FRflex FRfric FRfan

Trong tr ng h p chuy n đ ng th ng trên đ ng khô, là tr ng h p c b n

đ i v i tính toán l c c n, s c n bánh xe đ c tính b ng l c c n l n:

ZW Rroll Rrol

su t này t o nên ph n l c c a đ ng tác d ng lên bánh xe Ph n l c này có th phân tích thành 3 thành ph n theo 3 ph ng ng v i h t a đ đ ng Oxyz:

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 38

 Thành ph n ti p tuy n: n m trong m t ph ng ti p xúc c a l p và m t

đ ng, h ng theo ph ng m t ph ng quay c a bánh xe, ký hi u là X Thành ph n này do mô men xo n ho c phanh gây ra

 Thành ph n pháp tuy n: vuông góc v i m t ph ng ti p xúc c a l p và

m t đ ng, ký hi u là Z Thành ph n này do tr ng l c gây ra

 Thành ph n n m ngang: vuông góc v i m t ph ng quay c a bánh xe và

n m trong m t ph ng ti p xúc c a l p và m t đ ng, ký hi u là Y Thành ph n này do l c ngang gây ra

L c ly tâm, khi xu t hi n, s nh h ng đ n các thành ph n trên

ti p tuy n c a đ ng X Chính ph n l c này là ngo i l c đ i v i ô tô và làm cho ô tô chuy n đ ng và nó đ c g i là l c kéo ti p tuy n t i bánh xe ch

đ ng, đ c xác đ nh b i:

dyn

R T

dyn

R T T

r

M-Mj-T

=r

M-T'

=

F'

dyn

R T

T

r

MMj -F

c h c không b nh h ng b i tr ng thái khô- t c a đ ng Nh v y, trên

K

Biên so n: TS Phan Minh c – B môn Ô tô, khoa C khí Giao thông 40

Hình 3-24 C ch liên k t bánh xe và m t đ ng

C hai c ch liên k t đ u ph thu c vào đ tr t t ng đ i gi a bánh xe

và m t đ ng t i v t ti p xúc S gia t ng đ tr t xu t hi n khi t ng mô men kéo ho c phanh, xu t phát t k t qu t ng s bi n d ng c a cao su talon l p xe Hình 3-25 minh h a phân b s tr t trong vùng ti p xúc, trong quá trình phanh ô tô

Hình 3-25 S tr t d c theo v t ti p xúc khi phanh

Giá tr gi i h n c a ph n l c c a đ ng

Giá tr ph n l c c a đ ng tác d ng lên bánh xe b gi i h n b i đ b n m i liên k t – t c là ma sat gi a hai b m t, tính ch t c h c c a m t đ ng, c a