HOC PHAN LY THUYET O TO MAY KEO

Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng dọc Trong quá trình ôtô chuyển động, các phản lực thẳng góc tác dụng từ đường lên bánh xe luôn thay đổi theo ng[r]

1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CĐCN VIỆT ĐỨC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 3

CHƯƠNG 1 LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ……….4

1.1.Đường đặc tính tốc độ của động cơ 4

1.2 Lực kéo tiếp tuyến của ô tô 7

1.3 Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám 9

1.4 Lực cản chuyển động của ô tô 10

CHƯƠNG 2 ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA BÁNH XE……… 16

2.1 Khái niệm về các loại bán kính bánh xe và lốp 16

2.3 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng dọc 19

2.4 Hệ số phân bố tải trọng lên ô tô 21

2.5 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng trong mặt phẳng ngang 22

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA Ô TÔ……….32

3.1 Cân bằng sức kéo của ô tô 32

3.2 Sự cân bằn công suất của ô tô 34

3.3 Nhân tố động lực học của ô tô 37

3.4 Sự tăng tốc của ô tô 39

3.5 Tính toán sức kéo của ô tô 43

CHƯƠNG 4 PHANH Ô TÔ……… 46

4.1 Giới thiệu chung 46

4.2 Lực tác dụng lên ô tô khi phanh 46

4.3 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu 47

4.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh 48

4.5 Điều hòa lực phanh – Phanh không mở ly hợp 50

CHƯƠNG 5 TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ……… 60

5.1 Tính ổn định dọc của ô tô 60

5.2 Tính ổn định ngang của ô tô 62

CHƯƠNG 6 TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ……… 66

6.1 Động học và động lực học quay vòng của ô tô 66

6.2 Ảnh hưởng của sự đàn hồi lốp đến tính năng quay vòng của ô tô 68

6.3 Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng 71

6.4 Góc doãng và độ chụm của bánh xe dẫn hướng 73

CHƯƠNG 7 DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ……….75

7.1 Tính êm dịu chuyển động của ô tô 75

7.2 Sơ đồ dao động tương đương của ô tô 76

7.3 Phương trình dao động của ô tô 78

7.4 Dao động của cầu dẫn hướng 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 86

LỜI NÓI ĐẦU

Trong đào tạo kỹ sư và cử nhân cao đẳng nghành Công nghệ ô tô Học phần:

Lý thuyết Ô tô – Máy kéo là học phần bắt buộc Với mục tiêu trang bị cho người học những kiến thức về các thành phần lực và mô men tác động lên Ô tô – Máy kéo, cũng như các vấn đề về động học, động lực học của các hệ thống, cơ cấu trên xe Ngoài ra còn đánh giá các tính năng của động cơ, tính ổn định, tính dẫn hướng và mức độ dao động của Ô tô – Máy kéo

Trong điều kiện hiện nay, trường CĐCN Việt Đức mới chỉ có các giáo trình Lý thuyết Ô tô – Máy kéo mang tính chất là tài liệu tham khảo (Dùng cho đào tạo kỹ sư

ô tô) của các trường Đại học Nên không phù hợp với trình độ đào tạo cho đối tượng

là sinh viên hệ Cao đẳng theo học tại trường

Đứng trước nhu cầu cấp bách: Sinh viên cần được trang bị tài liệu học tập phù hợp với trình độ được đào tạo Nên tác giả đã lựa chọn biên soạn cuốn tài liệu học tập đối với học phần:

LÝ THUYẾT Ô TÔ – MÁY KÉO

Nhằm giúp cho quá trình dạy và học, cũng như quá trình tự nghiên cứu của sinh viên nghành công nghệ ô tô học tập tại trường có được tài liệu học tập phù hợp, nhất là với đối tượng đào tạo theo hệ thống tín chỉ

Cấu trúc của sản phẩm: Gồm 07 chương được phân bổ theo chương trình chi tiết có thời lượng 03 tín chỉ, nội dung được sàng lọc và biên soạn một cách dễ hiểu, lô gic CHƯƠNG I LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ

CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA BÁNH XE

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA Ô TÔ

CHƯƠNG IV.PHANH Ô TÔ

CHƯƠNG V TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ

CHƯƠNG VI TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ

CHƯƠNG VII DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ

Trong quá trình biên soạn tài liệu, tác giả xin chân thành cảm ơn sự đóng góp quý báu của các thầy cô giáo trong Khoa Cơ khí động lực – Trường CĐCN Việt Đức, hội đồng khoa học nhà trường

Tuy nhiên trong nội dung tài liệu không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Mọi ý kiến góp ý xin gửi về địa chỉ: anhtinhvd@gmail.com hoặc Bộ môn Lý thuyết – Khoa Cơ khí động lực – Trường CĐCN Việt Đức

Xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 LỰC VÀ Mễ MEN TÁC DỤNG LấN ễ Tễ 1.1.Đường đặc tớnh tốc độ của động cơ

Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông Các chỉ tiêu năng l-ợng và tính kinh tế của động cơ đ-ợc thể hiện rõ trên đ-ờng đặc tính làm việc của nó Đ-ờng đặc tính của động cơ sẽ chi phối đặc điểm cấu tạo và tính năng sử dụng của ô tô máy kéo Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đ-ờng đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo nh- nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của máy kéo

Các đ-ờng đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đ-ờng đặc tính tốc độ và

đ-ờng đặc tính tải trọng

Đ-ờng đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (l-ợng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc  của trục khuỷu

Các loại động cơ Diesel lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc độ)

để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản Mc) thay đổi Đ-ờng

đặc tính tốc độ của động cơ Diesel phụ thuộc rất lớn vào đặc ítnh của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đ-ờng đặc tính tự điều chỉnh

Cú hai loại đường đặc tớnh tốc độ:

 Đ-ờng đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đ-ờng đặc tính ngoài

 Đ-ờng đặc tính cục bộ

Các đ-ờng đặc tính của động cơ nhận đ-ợc bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ)

Đ-ờng đặc tính ngoài của động cơ nhận đ-ợc khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ

cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay th-ớc nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vị trí cực

đại hoặc mở hoàn toàn b-ớm ga (ở động cơ xăng) Nếu tay th-ớc (Thanh răng) nhiên liệu

hoặc b-ớm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đ-ợc đ-ờng đặc tính cục bộ Nh- vậy ở các

động cơ lắp bộ điều tốc đa chế độ (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đ-ờng đặc tính ngoài và vô vàn đ-ờng đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga

1.1.1 Đường đặc tớnh tốc độ ngoài của động cơ Xăng

Hỡnh 1.1 Đường đặc tớnh ngoài của động cơ xăng

a Khụng cú bộ hạn chế số vũng quay b Cú bộ hạn chế số vũng quay

Loại động cơ này thường được dựng trờn xe du lịch và đụi khi được dựng trờn xe khỏch

Số vòng quay nmin của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất mà động cơ có thể làm việc ổn định ở chế độ toàn tải

Khi tăng số vòng quay thì mô men và công suất của động cơ tăng lên Mômen xoắn đạt giá trị cực đại Mmax ở số vòng quay nM và công suất đạt giá trị cực đại Nmax , Mmax ở số vòng quay nN và nM Các giá trị Nmax , Mmax và số vòng quay tương ứng với các giá trị trên

nN và nM được chỉ dẫn trong các đặc tính kỹ thuật của động cơ Động cơ ô tô làm việc chủ yếu trong vùng nM - nN

Khi tăng số vòng quay của Trục khuỷu lớn hơn giá trị nN công suất sẽ giảm, chủ yếu

là do khả năng nạp hỗn hợp khí cháy kém đi và do tổn thất ma sát trong động cơ Ngoài ra khi tăng số vòng quay sẽ làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh các chi tiết của động

cơ Vì thế khi thiết kế ô tô du lịch thì số vòng quay của Trục khuỷu động cơ tương ứng với tốc độ cực đại của xe đi trên đường nhựa tốt nằm ngang không quá 10 ÷ 20% so với số vòng quay nN

Đối với động cơ Xăng đặt trên xe tải thường có bộ phận hạn chế số vòng quay Trục khuỷu nhằm tăng tuổi thọ của động cơ Bộ hạn chế số vòng quay làm giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, do đó công suất và mômen của động cơ sẽ giảm và số vòng quay của Trục khuỷu sẽ nhỏ hơn giá trị nN

Trên đồ thị b: Đường nét đứt ứng với động cơ không có bộ hạn chế số vòng quay, còn nét liền ứng với động cơ có bộ phận hạn chế số vòng quay

1.1.2 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Diesel

Động cơ Diesel thường được dùng trên xe tải, xe khách và ngày nay dùng cho cả xe

du lịch Trên động cơ này thường dùng bộ điều tốc hai chế dộ hoặc nhiều chế độ (Đa chế độ)

Với bộ điều tốc nhiều chế độ sẽ giữ cho chế độ làm việc của động cơ ở vùng tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất.(hình 1.2)

Ở hành trình không tải động cơ có số vòng

quay chạy không nck Khi xuất hiện tải

trọng thì bộ điều tốc sẽ tăng lượng nhiên

liệu cung cấp vào các xi lanh động cơ, nhờ

vậy công suất và mômen quay của động cơ

tăng lên, đồng thời số vòng quay của Trục

khuỷu động cơ có giảm đi Khi thanh răng

của Bơm cao áp dịch chuyển tới vị trí tính

toán nhất định

(Do tác dụng của bộ điều tốc) tương ứng

với điểm tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất thì

công suất của động cơ đạt giá trị cực đại

(Điểm b trên đồ thị) Hình 1.2: Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Diesel

Công suất cực đại của động cơ khi làm việc có bộ điều tốc gọi là công suất định mức của động cơ Nn còn mômen xoắn ứng với công suất cực đại gọi là mômen xoắn định mức

Mn, số vòng quay ứng với công suất cực đại là số vòng quay định mức nn Khoảng biến thiên tốc độ nck – nn phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc

Các đường đồ thị nằm trong khoảng tốc độ từ nck – nn gọi các đường đồ thị có điều tốc, còn các đường nằm trong khoảng tốc độ nn – nM gọi đường đồ thị không có điều tốc

Ở vùng tốc độ từ nck – nn các đường Ne và Me có dạng đường thẳng Đối với máy kéo động cơ làm việc ở gần vùng công suất định mức

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 người ta đưa ra hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn và xác định bằng công thức:

maxM

M

trong đó : k – Hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn

Mmax - Mô men quay cực đại của động cơ;

Mn - Mô men quay định mức của động cơ

Đối với từng loại động động cơ, hệ số thích ứng theo mômen xoắn như sau:

Các động cơ Diesel không có phun đậm đặc: k = 1.1  1,15

Các động cơ Diesel có phun đậm đặc: k = 1.1  1,25

Động cơ Xăng kM = 1,1  1,35

Lưu ý: Tiêu chuẩn thử động cơ để nhận được đường đặc tính ngoài ở mỗi nước một khác,

vì vậy cùng một loại động cơ nhưng thử ở các tiêu chuẩn khác nhau sẽ cho những giá trị công suất khác nhau

Bảng 1.1 Trình bày tiêu chuẩn thử động cơ của một số nước phát triển

thiết bị phục vụ cho gầm xe ( máy nén khí , bơm của cường hóa lái v.v)

JIS ( Nhật ) Bộ tiêu âm, két nước , các thiết bị

phục vụ cho gầm xe

Từ bảng 1.1 ta thấy rằng, khi thử động cơ xăng theo ГOCT ( Nga ): Công suất cực đại lớn hơn khoảng 10% so với khi thử theo DIN (CHKLB Đức), và lớn hơn 12% so với khi thử theo SAE ( Mỹ sau năm 1974 ) Công suất cực đại của động cơ Diesel khi thử theo ГOCT cũng lớn hơn 8 % so với khi thử theo DIN (CHLB Đức), 6 % so với khi thử theo

BS (Anh) và 3 % so với khi thử theo JIS (Nhật )

Như vậy khi sử dụng đường đặc tính ngoài nhận được bằng thực nghiệm để tính toán sức kéo cần biết rõ các đường đặc tính đó nhận được theo tiêu chuẩn thử nào

Trên thực tế, động cơ đặt cơ đặt trên ô tô, máy kéo sẽ phát ra công suất thấp hơn công suất cực đại nhận được trên bệ thử Công suất thực tế sẽ bằng công suất nhận được trên bệ thử nhân với hệ số α

Hệ số này có giá trị nhỏ hơn 1 và nó phụ thuộc vào loại tiêu chuẩn thừa nhận khi thử, loại động cơ được dùng, loại xe cần đặt động cơ, điều kiện sử dụng và chế độ tải trọng Khi tính toán gần đúng có thể lấy: α = 0,8 ÷ 0,9

1.1.3 Xây dựng đường đặc tính theo công thức S.R LAY DECMAN

Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết ô tô - máy kéo thường được sử dụng

để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học hoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu

sử dụng các liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp, máy công tác)

Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng có thể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức S.R Lay Đecman, có dạng như sau :

Nn, nn - Công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay định mức

a, b, c - Các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ;

Động cơ Xăng: a = b = c = 1

Động cơ Diesel 2 kỳ a = 0,87; b = 1,13; c = 1;

Động cơ Diesel 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp: a = 0,5; b = 1,5; c = 1

Động cơ Diesel 4 kỳ có buồng cháy dự bị: a = 0,6; b = 1,4; c = 1

Động cơ Diesel 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a = 0,7; b = 1,3; c = 1

Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức ( 1-2 ) 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 mômen xoắn Me của động cơ theo công thức sau :

n - Số vòng quay của trục khuỷu, v/ph

Me - Mô men xoắn của động cơ, Nm

Nhờ có các giá trị Ne, Me tương ứng với các giá trị n ta có thể vẽ đồ thị hàm Ne = f(n) và Me

= f’(n) thông qua công thức (1 - 2) và (1 - 3)

Như vậy, sau khi xây dựng được đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ chúng ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô , máy kéo

1.2 Lực kéo tiếp tuyến của ô tô

Công suất của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động của ô tô, máy kéo thông qua hệ thống truyền lực Khi truyền công suất bị tổn hao do ma sát trong hệ thống truyền lực và công suất của bánh xe chủ động nhỏ hơn công suất của động cơ phát ra Công suất của bánh xe chủ động thể hiện qua 2 thông số là mômen xoắn và số vòng quay của bánh xe chủ động Nhờ có mômen xoắn truyền tới bánh xe chủ động và nhờ sự tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường sẽ phát sinh lực kéo tiếp tuyến hướng theo chiều chuyển động Lực kéo tiếp tuyến Pk chính là lực mà mặt đường tác dụng lên bánh xe

1.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được xác định theo công thức sau :

(1 – 4)

it- Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

ne, ωe- Số vòng quay và tốc độ góc của trục khuỷu động cơ

nb, ωb- Số vòng quay và tốc độ góc của bánh xe chủ động

Về mặt kết cấu của ôtô thì tỷ số truyền của hệ thống truyền lực bằng tích các tỷ số truyền của các cụm trong hệ thống truyền lực:

it = ih ip io ic

ih- Tỷ số truyền của hộp số chính

ip- Tỷ số truyền của hộp số phụ

io- Tỷ số truyền của truyền lực chính

ic- Tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng (thường có ở máy kéo)

Hộp số chính của ô tô, máy kéo thường có nhiều cấp số, còn hộp số phụ thường có 2 cấp Tùy theo vị trí cần số của hộp số chính và hộp số phụ ta sẽ có các tỷ số truyền it khác nhau

1.2.2 Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Công suất của động cơ truyền đến bánh xe chủ động bị mất mát do ma sát của các chi tiết và do khuấy dầu Công suất truyền đến bánh xe chủ động sẽ là:

Nk = Ne - Nt

Nk- Công suất truyền đến bánh xe chủ động

Nt- Công suất tiêu hao do ma sát và do khuấy dầu

Hiệu suất của hệ thống truyền lực là tỷ số giữa công suất truyền tới bánh xe chủ động

và công suất hữu ích của động cơ Ne:

ηt= Nk/Ne = (Ne- Nt)/Ne = 1- Nt/Ne

Hiệu suất của của hệ thống truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số và điều kiện làm việc của ô tô, như : Chế độ tải trọng, tốc độ chuyển động, chất lượng chế tạo chi tiết, độ nhớt của dầu bôi trơn

Hiệu suất của hệ thống truyền lực có thể xác định bằng tích số hiệu suất của các cụm

trong hệ thống truyền lực: ηt = ηl ηh ηp ηcd ηo ηc

ηl - Hiệu suất của ly hợp (coi như = 1),

ηh - Hiệu suất của hộp số chính

ηp- Hiệu suất của hộp số phụ

ηcd- Hiệu suất của các đăng

ηo - Hiệu suất của cầu chủ động

ηc - Hiệu suất của truyền lực cuối cùng

Thường hiệu suất của hệ thống truyền lực ηt được xác định bằng thực nghiệm

Ô tô du lịch

Ô tô tải với truyền lực chính 1 cấp

Ô tô tải với truyền lực chính 1 cấp

Máy kéo

0,93 0,89 0,85 0,88

1.2.3 Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến

Khi ôtô chuyển động ổn định, mômen xoắn ở bánh xe chủ động Mk được xác định như sau:

b

e

b

e t

n

n i









Mk= Me.it ηt

Quá trình tác động tương hỗ giữa

bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy ra rất

phức tạp, song về nguyên lý làm việc của

bánh xe chủ động có thể biểu diễn như

hình bên

Dưới tác dụng của mô men chủ

động Mk bánh xe tác động lên mặt đường

một lực tiếp tuyến P (không vẽ trên hình),

ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển

động với máy kéo và có giá trị bằng lực P (Pk = P)

Phản lực Pk có tác dụng làm cho máy chuyển động

Do vậy phản lực tiếp tuyến P k được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực

chủ động

Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe do mô men

chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của máy kéo

Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi máy kéo chuyển động ổn định được xác định theo công thức

Pk= M

r

M i r

k k

k

(1 - 5)

Trong đó : M k  Mô men chủ động

Me  Mô men quay của động cơ

i, m Tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực

rk  Bán kính của bánh xe chủ động

Lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất

i = imax và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất Me = Mmax, nghĩa là :

Như đã phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác

động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến

không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào

khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt đường Khi bánh xe không còn khả năng bám

sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến

giá trị cực đại

Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe được gọi là lực

bám P , nghĩa là:

P = Pkmax

Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi 2 thành phần chính : Lực ma sát giữa bánh

xe và mặt đường; sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động của các mấu bám Khi

chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo tành do lực ma sát, còn khi chuyển động

trên nền đất mềm lực bám được tạo thành do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất Do vậy

lực bám sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất và tải trọng

pháp tuyến Khi chuyển động trên mặt phẳng ngang tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng

lượng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe Tải

trọng pháp tuyến Gk sẽ được cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk

Thực nghiệm đã khẳng định: Lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải trọng pháp tuyến và

có mối quan hệ tỷ lệ thuận Do đó mối quan hệ này thường hay được sử dụng khi nghiên

cứu khả năng bám của bánh xe

Tỷ số giữa lực bám P và tải trọng pháp tuyến Gk được gọi là hệ số bám và được ký hiệu là

Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám của máy kéo

Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái mặt đường Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối

Trên cơ sở công thức (1 - 7) ta có thể viết :

1.4.1 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên ô tô

Các lực cản chuyển động của máy kéo được sinh ra do nhiều nguyên nhân khác nhau Thành phần và tính chất của các lực cản phụ thuộc vào tính chất công việc, địa hình và chế

độ chuyển động Trường hợp tổng quát là khi máy kéo chuyển động lên dốc với tốc độ nhanh dần

Các ký hiệu trên hình, bao gồm:

G – Trọng lượng toàn bộ của ô tô; Pk – Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động

Pf1 – Lực cản lăn ở bánh xe bị động ; Pf2 – Lực cản lăn ở bánh xe chủ động

P - Lực cản không khí; Pi – Lực cản dốc; Pj – Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

Pm – Lực cản móoc; Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe trước và

sau

Mf1, Mf2 – Mômen cản lăn của bánh xe bị động và chủ động

Khi ô tô chuyển động sẽ có các lực cản sau đây:

Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng bên trong lốp khi

nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, trong các ổ trục

bánh xe hoặc ma sát trong bộ phận di động xích, lực cản không khí chống lại sự quay của

bánh xe và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe

Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao năng

lượng của từng thành phần riêng rất khó khăn Bởi vậy người ta qui tất cả các thành phần

tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lực cản lăn

Như vậy, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Thực nghiệm

đã chứng tỏ rằng, phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất Do đó

có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lương của máy G,

sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được qui thành một hệ số f và có thể viết :

Pf = P1 + P2 = Z = G (1 - 11)

trong đó : P1 , P2 - lực cản lăn của các bánh chủ động và bánh bị động;  - hệ số cản lăn;

các lực cản lăn Pf1 Và Pf2 ở bánh xe trước và sau có giá trị như sau:

Pf1 = Z1f1 và Pf2 = Z2f2

Ở đây f1 , f2 là hệ số cản lăn tương ứng ở bánh xe trước và bánh xe sau

G - trọng lượng của máy kéo;  - độ dốc mặt đường; Z - phản lực pháp tuyến:

Z = Gcos

Trường hợp f1 = f2 = f ta có thể viết lại một cách tổng quát hơn :

Pf = f.Gcos (1 - 12)

Khi xe chuyển động trên đường nằm ngang: Pf = fG

Về bản chất của lực cản lăn, hệ số cản lăn sẽ được tiếp tục nghiên cứu cụ thể hơn ở phần

sau

1.4.3 Lực cản dốc P i

Khi máy kéo lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần lực Gcosα vuông góc

với mặt đường sẽ tác dụng lên mặt đường tạo nên phản lực vuông góc Z1 và Z2, còn Gsin

có phương song song với mặt đường, cản lại sự chuyển động của xe khi lên dốc và được goi

là lực cản dốc, ký hiệu là Pi :

Pi = Gsin (1 -13)

Trong đó : G - Trọng lượng máy kéo;

 - Góc dốc mặt đường

Độ dốc mặt đường được thể hiện qua góc dốc  hoặc độ dốc i = D/T = tg

Trong đó: D và T là chiều cao và độ dài của đường dốc

Khi góc dốc nhỏ hơn 50 coi: i = tg = sin và lúc này: Pi = Gsin ≈ Gi

Tuy nhiên lực P chỉ gây cản chuyển động khi máy kéo lên dốc, còn khi xuống dốc

nó sẽ có tác dụng hỗ trợ chuyển động Song để tiện cho việc nghiên cứu, trong lý thuyết ô tô

qui ước chung cho cả hai trường hợp cùng sử dụng một thuật ngữ Do đó khi xe lên dốc Pi

là lực cản nên mang dấu (+), còn khi xuống dốc mang dấu (-)

Trong Lý thuyết ô tô thường sử dụng khái niệm lực cản tổng cộng của mặt đường Pψ bằng

tổng lực cản lăn và lực cản dốc:

Pψ = Pf ± Pi = G(fcos ± sin) ≈ G(f ± i) (1 – 14) Dấu cộng khi xe lên dốc, dấu trừ khi xe xuống dốc

Đại lượng f ± i gọi là hệ số cản tổng cộng của đường gọi là:

Một vật thể bất kỳ chuyển động trong môi trường không khí sẽ gây lên sự chuyển

dịch các phần tử không khí bao quanh nó và gây lên sự ma sát giữa không khí với bề mặt

của mặt thẳng đó Khi ôtô chuyển động xẽ làm thay đổi áp suất không khí trên bề mặt của

nó, làm suất hiện các dòng xoáy khí ở phần sau của ôtô và gây ra ma sát giữa không khí với

bề mặt của chúng, do đó xẽ phát sinh lực cản không khí P Lực cản không khí đặt tại tâm

của diện tích cản chính diện của ôtô cách mặt đường độ cao h

Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng lực cản không khí của ôtô có thể sác định bằng biểu

thức sau:

2

0

P  K F v (1 – 15)

Trong đó: K – Hệ số cản không khí phụ thuộc vào dạng ôtô và chất lượng bề mặt của nó,

phụ thuộc vào mặt độ không khí, 2 4

s

N / m

F – Diện tích cả chính diện của ôtô, 2

m

V0 - Vận tốc tương đối của ôtô và không khí, m/s

Hệ số không khí K của ôtô thay đổi trong phạm vi rộng tùy theo dạng khí động của

chúng Ôtô vận tải và máy kéo thường có dạng khí động xấu Đối với ôtô nhất là ôtô du lịch

có tốc độ chuyển động cao cho nên lực cản không khí khá lớn

Cần chú ý rằng lực cản của môi trường không khí phụ thuộc vào tốc độ tương đối

giữa ôtô và không khí, vì trong công thức trên thành phần vận tốc Vo phải tính đến ảnh

hưởng của gió (tốc độ và chiều của gió so vối tốc độ và chiều chuyển động của ôtô)

Tốc độ chuyển động tương đối vo của ôtô:

Vo = vvg (1 - 16)

Trong đó: v – Vận tốc của ôtô

Vg – Vận tốc của gió

Dấu (+) khi tốc độ của ôtô và tốc độ của gió ngược chiều , dấu (-) khi cung chiều tích số

K.F còn gọi là nhân tố cản không khí, ký hiệu là W, tính theo 2 4

Việc xác định diện tích cản chính diện môtị cách chính xác gặp nhiều khó khăn, vì

vậy trong thực tế người ta sử dụng những công thức gần đúng sau đây

Đối với ôtô vận tải F=B.H

Đối với ôtô du lịch F= 0.8 Bo.H

Trong đó: B - Chiều rộng cơ sở của ôtô

Bo – Chiều rộng lớn nhâts của ôtô

H – Chiều cao lớn nhất của ôtô Giá trị trung bình của hệ số cản không khí K, diện tích cản chính diện F và nhân tố cản không khí W đối với các loại ôtô khác nhau được trình bày ở bảng dưới

Khi có kéo móoc thì theo hệ số cản không khí K sẽ tăng lên 9% - 32% moóc bố trí gần hoặc xa ôtô Các ôtô ngày nay chạy với tốc độ cao, vì vậy để giảm lực cản không khí người ta làm vỏ dạng hình thoi để có hình dạng khí động học tốt

1.6-1.28 1.5-2.0 3.0-5.0 4.5-6.5 1.0-1.3

0.3-0.9 0.6-1.0 1.8-3.5 1.0-2.6 0.13-0.18

1.4.5 Lực quán tính

Khi Ôtô - Máy kéo chuyển động ổn định (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ suất hiện lực quán tính , lực quán tính Pj gồm những lực sau

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô, ký hiệu là Pj’

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ôtô, ký hiệu là Pj”

Như vậy lực quán tính Pj tác dụng lên Ôtô - Máy kéo khi chuyển động:

dt

 - Gia tốc tịnh tiến của Ôtô - Máy kéo

Để xác định lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động của ôtô gây nên cần phải xét mômen xoắn truyền đến bánh xe chủ động khi chuyển động không ổn định

Ta có mômen xoắn tác dụng lên bánh xe chủ động khi chuyển động không ổn định:

it - Tỷ số truyền lực của hệ thống truyền lực

in- Tỷ số truyền tính từ chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động

j – Gia tốc tịnh tiến của ôtô

Rb – Bán kính làm việc của bánh xe

Thay các giá trị vừa xác định vào công thức (1 - 21) ta có :

. e t t n t t b

Lực quán tính do gia tốc các khối lượng vận động quay gây nên được xác định theo công thức

1

.

e t t b t

Hệ số 1 có thể xác định theo cộng thức kinh nghiệm sau:

2 2

1

i i h i

   

2 0

io - Tỷ số truyền của truyền lực chính

Các hệ số 1 và 2 có giá trị gần đúng sau đây:120.05 Vậy : 1= 1,05 + 0,05 2

Ở đây : K0 - Hệ số cản chính diện của đất

a - Độ sâu của luống cày

b - Chiều rộng làm việc của lưỡi cày

Hệ số cản chính diện của đất k0 có giá trị trung bình như sau :

1.4.7 Điều kiện để cho ôtô có thể chuyển động

Để ôtô có thể chuyển động được mà không bị trượt quay thì lực kéo tiếp tuyến sinh

ra ở vùng tiếp xúc giữa hai bánh xe chủ động và mặt đường phải lớn hơn hoặc bằng tổng

các lực cản chuyển động nhưng phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám giữa bánh xe với mặt

đường, nghĩa là:

Pf ± Pi + Pω ± Pj + Pm ≤ Pk ≤ Pφ (1 - 32)

Thành phần Pi dấu (+) khi ôtô lên dốc, còn dấu (-) khi ôtô xuống dốc

Thành phần Pj dấu (+) khi ôtô tăng tốc, dấu (-) khi ôtô giảm tốc

CHƯƠNG 2 ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA BÁNH XE

2.1 Khái niệm về các loại bán kính bánh xe và lốp

2.1.1 Các loại bán kính bánh xe

Khi nghiên cứu về động lực học của bánh xe ôtô, máy kéo người ta đưa ra một số khái niệm về bán kính bánh xe như sau: Bán kính thiết kế, bán kính tính toán , bán kính động lực học, bán kính lăn và bán kính làm việc trung bình Sau đây ta sẽ khảo sát từng loại bán kính trên

a.Bán kính thiết kế

Là bán kính được xác định theo kích thước tiêu chuẩn, thường được giới thiệu trong các sổ tay kỹ thuật và được ký hiệu ro

Ví dụ: Một loại lốp thường được sử dụng có ký hiệu B-d, trong đó:

B- Bề rộng của lốp tính theo đơn vị đo của Anh (in sơ)

d- Đường kính đường vành bánh được tính theo đơn vị đo của Anh

Với ký hiệu lốp như trên, ta có thể xác định được bán kính thiết kế của lốp theo công thức sau: ) 25 , 4

2

(

0

d B

và lực ly tâm khi bánh xe quay

e Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Trong tính toán thực tế, người ta thường sử dụng bán kính bánh xe có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hưởng của các thông số đã trình bày ở trên Trị số bán kính này so với bán kính thực tế sai lệch không lớn và được gọi là bán kính làm việc trung bình của bánh xe , ký hiệu là rb và được tính theo công thức sau:

r =λ.r (2 – 2)

Trong đó: ro – Bán kính thiết kế của bánh xe

λ - Hệ số kể sự biến dạng của lốp, được chọn phụ thuộc vào loại lốp

Với hệ thống ký hiệu của Nga, lốp được chia làm hai loại:

- Lốp có áp suất thấp: Có áp suất không khí chứa trong lốp P = (0,8 – 5,0 KG/cm2) và được

ký hiệu là (B-d)

B, d - Bề rộng của lốp và đường kính vành bánh xe (đơn vị Anh hoặc mm)

- Lốp có áp suất cao: Có áp suất không khí chứa trong lốp P = (5- 7 KG/cm2) và được ký hiệu là D x B hoặc D x H (với B = H)

D- Đường kính ngoài của lốp

B- Bề rộng của lốp

H- Chiều cao phần đầu của lốp

Ký hiệu của Châu Âu, ví dụ: 185/70 H R14

185- Bề rộng của lốp, mm

70- Chỉ số prôfin

H- Tiêu chuẩn tốc độ ôtô ứng với v = 220 km/h

R- Cấu trúc xương lốp; 14- Đường kính vành bánh xe tính theo inch

Ký hiệu lốp

- Kích thước lốp (Hình 2 - 2)

+ Chiều rộng lốp thường ký hiệu (B);

+ Chiều cao lốp ký hiệu (H);

+ Đường kính vành ký hiệu (d1);

+ Đường kíng ngoài của lốp ký hiệu (D)

Kích thước H, B và D quyết định hình dáng (profin)

của lốp Trong đó kích thước được ký hiệu trên bề mặt

lốp là B, H và d1 Hiện nay hình dáng của lốp có xu

hướng giảm nhỏ chiều cao (H) và tăng chiều rộng (B)

mục đích tăng diện tích tiếp xúc trên mặt đường, tăng

chất lượng bảm cho bánh xe, đồng thời áp suất của lốp

lại thấp

Hình 2- 2:Thông số lốp

- Ký hiệu của lốp:

+ PLY – Ký hiệu lốp bố vải

Ngoài thông số chính trên lốp còn có những ký hiệu khác:

Hình 2.1 Sơ đồ kích thước hình học của lốp xe

+ Treadwear: Khả năng chịu mòn của lốp, giá trị tiêu chuẩn là 100, chỉ số này càng cao thì

+ Maximum load: Tải trọng tối đa của lốp xe ( Pound hoặc kg)

Một số ký hiệu khác trên lốp là TL (Tubless - Lốp không xăm)

SSR(Runflat tire-lốp runflat, cho phép xe chạy tốc độ cao thêm một quãng đường dài ngay

cả khi lốp đã bị thủng, nhờ cấu tạo thành lốp đặc biệt vững chắc)

2.2 Các phản lực tác dụng lên bánh xe

Khi ôtô chuyển động, bề mặt của lốp tiếp xúc với đường rất nhiều và điểm tạo thành một khu vực tiếp xúc Do tác dụng tương hỗ giữa bánh xe và đường, tại khu vực tiếp xúc sẽ suất hiện các phản lực riêng từng phần từ đường tác dụng lên bánh xe, gọi là các phản lực của đường Các phản lực này được biểu thị dưới dạng 3 thành phần sau:

- Phản lực pháp tuyến là phần thẳng góc với mặt đường, ký hiệu hợp lực Z

- Phản lực tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng bánh xe ký hiệu là: Pf

- Phản lực ngang nằm trong mặt phẳng của đường và vuông góc mặt phẳng bánh xe, ký hiệu Y

Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng, ký hiệu là Gb và lực đẩy từ khung tác dụng lên trục bánh xe, ký hiệu là Px

Sự lăn của bánh xe được trình bầy trong các trường hợp sau:

2.2.1 Sự lăn của bánh xe khi không có lực ngang tác dụng

Khi bánh xe lăn không có lực ngang Py tác dụng, bánh xe

chỉ chịu tác dụng của lực Gb, lực đẩy Px, lực cản

lăn Pf Điểm B của lốp sẽ tiếp xúc với đường ở B1,

điểm C ở C1 Quỹ đạo của mặt phẳng quay của

bánh xe trùng với đường AA1. Vết tiếp xúc của bánh xe trùng với

đường đối xứng qua mặt phẳng dọc của bánh

xe ( Phần diện tích gạch chéo)

2.2.2 Sự lăn của bánh xe khi có lực ngang tác dụng

Khi có lực ngang Py tác dụng, bánh xe bị lăn biến dạng,

các thớ lốp bị uốn cong, mặt phẳng giữa của bánh xe bị dịch

chuyển so với tâm của vết tiếp xúc một đoạn b1 Khi bánh xe lăn,

điểm b của lốp lần lượt tiếp xúc với đường ở điểm, C ở C2 Kết

quả là bánh xe sẽ lăn lệch

Theo hướng AA2, mặt phẳng quay của bánh

xe vẫn giữ nguyên vị trí, do đó sẽ tạo với hướng chuyển động của

bánh xe một góc δl, đường tâm của vết tiếp xúc trùng với hướng

chuyển động cũng tạo với mặt phẳng quay của bánh xe một góc δl

Sự lăn của bánh xe như vậy gọi là sự lăn lệch và góc δl được gọi là

góc lệch bên

Trong quá trình bánh xe lăn lệch, các phần tử của lốp ở khu vực phía trước của vết tiếp xúc (khu vực kk) bị biến dạng ngang nhỏ hơn so với các phần tử của lốp ở phía sau (khu vực nn) Vì vậy các phản lực ngang riêng phần ở phía trước của vết tiếp xúc sẽ nhỏ hơn ở phần phía sau Hợp lực Y của phản lực ngang có trị số bằng lực Py và bị dịch chuyển

ra phía sau so với tâm của vết tiếp xúc một đoạn cl Do đó khi bánh xe đàn hồi lăn có tác dụng của lực Py sẽ chịu thêm một mômen do sự dịch chuyển của các phản lực X và Y so với tâm của vết tiếp xúc của lốp: Ml = M’Y – M’X

Góc lệch δl phụ thuộc vào trị số lực ngang và góc nghiêng của bánh xe so với mặt phẳng thẳng đứng Khi lực ngang Py hướng theo phía nghiêng của bánh xe thì góc lệch tăng

và ngược lại thì góc lệch giảm

Chú ý: Khi lực ngang có giá trị nhỏ thì sự thay đổi hướng chuyển động của bánh xe là do sự biến dạng đàn hồi của lốp Nhưng khi Py tăng dần lên gần tới giá trị của lực bám ngang thì lốp bắt đầu bị trượt( chủ yếu ở phần sau của vết tiếp xúc) Nếu lực ngang lớn hơn lực bám ngang thì lốp sẽ bị trượt hoàn toàn

Góc lệch δl và lực ngang Py được biểu thị bằng biểu thức sau (Khi trị số của Py nhỏ hơn lực bám ngang): Py = kδ δl (2 – 3) Trong đó: Py - Lực ngang tác dụng lên bánh xe

δl - Góc lệch bên của bánh xe khi lăn

kδ - Hệ số chống lệch bên (Hệ số này phụ thuộc vào kích thước, kết cấu và áp suất lốp)

Sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi khi có lực ngang tác dụng ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng dẫn hướng và tính năng ổn định của xe)

2.3 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng dọc

Trong quá trình ôtô chuyển động, các phản lực thẳng góc tác dụng từ đường lên bánh

xe luôn thay đổi theo ngoại lực và mômen tác dụng lên chúng trị số của các phản lực này ảnh hưởng đến một số chỉ tiêu kỹ thuật của ôtô như: Chất lượng kéo và bám, chất lượng phanh, tính ổn định cũng như tuổi thọ của chi tiết cũng như cụm chi tiết Dưới đây ta sẽ xác định các phản lực đó trong trường hợp cụ thể:

Để xác định hợp lực thẳng góc ở bánh trước Z1, ta chỉ việc lập phương trình mômen của tất

cả các ngoại lực đối với điểm A (A là giao điểm của đường vói mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục bánh xe sau)

∑MA = Z1L + Zω.hω + ( Pi + Pj )hg - G.bcosα (2– 4)

Trong đó :

G - Trọng lượng toàn bộ của xe

L - Chiều dài cơ sở của xe

a,b - Khoảng cách từ trục tâm đến trục bánh xe trước và sau

hω- Khoảng cách từ điểm đặt lực cản của không khí đến mặt đường trong tính toán để đơn giản coi h h g

hg – Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

hm- Khoảng cách từ điểm đặt lực kéo Rơ moóc tới mặt phẳng

a - Góc dốc của đường trong mặt phẳng dọc

Pi- Lực cản lên dốc, P i G.sin

Pm- Lực cản của Rơ moóc

Z1, Z2 - Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe trước và sau

Mf1,Mf2 - Mômen quán tính của bánh xe trước và sau:

2.3.2 Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang không kéo Rơ móoc

Ta có điều kiện sau:

Xe chuyển động ổn định Pi = 0; không kéo theo moóc Pm = 0; và loại xe chuyển động trên đường bằng  0 nên Pi = 0

Sơ đồ khảo sát như sau :

Để xác định được hợp lực Z1, Z2, ta chỉ việc lập phương trình mômen đối với điểm A và B

Ở trường hợp ta có  0và P =0ω , rút gọn hai biểu thức trên ta có công thức (2 - 8)

2.4 Hệ số phân bố tải trọng lên ô tô

Trong thực tế ô tô làm việc ở những điều kiện khác nhau tùy thuộc vào chất lượng

mặt đường và sự điều khiển của người lái Do đó trị số các hợp lực thẳng góc từ đường tác

dụng lên bánh xe cũng bị thay đổi Tuy nhiên, trong các trường hợp lực này vẫn được phân

bố theo một quy luật nào đó mà tổng các hợp lực Z1 + Z2 Vẫn luôn bằng trọng lượng của xe Điều đó có nghĩa là khi xe chuyển động tiến, trọng lượng phân ra cầu trước giảm đi, trọng lượng phân ra cầu sau tăng lên Ngược lại, khi xe ở trạng thái phanh thì phần trọng lượng phân ra cầu sau giảm đi còn phần trọng lượng phân ra cầu trước tăng lên Để thuận lợi cho việc tính toán và so sánh giữa các cụm, người ta đưa ra khái niệm hệ số phân bố và được đặc trưng bằng tỉ số:

Trong đó : m1 – Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe trước

m2 – Hệ số phân bố tải trọng lên bánh xe sau

Các hệ số m1, m2 được xác định cụ thể trong các trường hợp sau

2.4.1 Xe đứng yên trên đường nằm ngang không kéo Rơ móoc

Thay giá trị của Z1 Z2 ở (2 – 8)vào công thức (2 – 9) ta có :

L

b GL

Gb G

Ga G

Z

2 (2 -10)

Trong đó : m1T, m2T – Hệ số phân bố tải trọng tĩnh lên các bánh xe trước và sau

2.4.2 Xe chuyển động ổn định với vận tốc lớn trên đường bằng, không kéo Rơ móoc

Thay giá trị của Z1 , Z2 ở ( 2 – 7) Vào công thức ( 2 – 9 ) ta có:

h P r Gf m

GL

h P Gfr GL

Gb G

GL

h P Gfr GL

Ga G

m1k – Hệ số phân bố tải trọng ra các bánh xe trước khi xe chuyển động tiến

m2k – Hệ số phân bố tải trọng ra các bánh xe sau khi xe chuyển động tiến

2.4.3 Khi phanh xe trên đường bằng, không kéo Rơ móoc

Để xác định hệ số phân bổ tải trọng ra các cầu khi phanh xe tới trạng thái dừng hẳn , cần xác định các phản lực thẳng góc ở các bánh xe trước và sau trong trường hợp phanh xe

Ở trường hợp này , có thể coi lực cản không khí Pω ≈ 0 mômen cản lăn

M f ≈ 0 Lực quán tính Pj cùng chiều chuyển động của xe Các phản lực Z1, Z2 được xác định theo công thức :

L

h P Gb



1

h P Ga

h P LG

Gb G

h P LG

Ga G

Z

2 (2 -12)

trong đó :

m1p - Hệ số phân bố tải trọng ra cầu trước khi phanh xe

m2p – Hệ số phân bố tải trọng ra cầu sau khi phanh xe

Qua các trường hợp nghiên cứu ở trên ta thấy rằng sự phân bổ tải trọng lên các bánh

xe phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe Tọa độ trọng tâm của xe ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bám của bánh xe với đường cũng như tính ổn định và tính dẫn hướng của xe Ở các loại xe vận tải , người ta thường bố trí trọng tâm của xe sao cho khi chở đầy tải thì phản lực Z2 = (0,70 0,75)G Đối với xe du lịch thì Z2 =Z1  0,5 G

Trên các máy kéo bánh xe, trọng tâm thường được bố trí về phía sau của xe để phản lực Z2 = (0,65 0,70) G làm tăng khả năng bám và sẽ giảm sự trượt của bánh xe chủ động Trong lý thuyết ô tô người ta đưa ra khái niệm về hệ số thay đổi phản lực thẳng góc lên các bánh xe , được hiểu như sau:

m’1 = Z1D/Z1T ; m’2 = Z2D/Z2T

Trong đó:

m’1, m’2 – Hệ số thay đổi phản lực các bánh xe trục trước và trục sau

Z1D ,Z2D - Tải trọng tác dụng lên câc bánh xe ở trục trước và trục sau khi ô tô chuyển động ( tải trọng động )

Z1T ,Z2T - Tải trọng tính tác dụng lên các bánh xe ổ trục trước và ổ trục sau (khi ô tô không chuyển động)

Khi ô tô tăng tốc thì m1’ và m2’ có thể đạt các giá trị sau:

m’1 = 0,65 0,70 ; m’2 = 1,20 1,35

Khi phanh thì sẽ có hiện tượng ngược lại , nghĩa là tải trọng lên các bánh xe trước tăng lên còn tải trọng lên các bánh xe sau giảm đi

2.5 Xác định phản lực thẳng góc của đường tác dụng trong mặt phẳng ngang

2.5.1 Trường hợp tổng quát: Ôtô chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang

Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên

ôtô-máy kéo trong mặt phẳng ngang

Khi ôtô – máy kéo chuyển động trên

đường ngang nghiêng sẽ chịu tác động

của mômen sau

-Trọng lượng của xe đặt tại trọng tâm G

-Lực kéo moóc theo Pm (phương của lực

Pm trùng với phương nằm ngang của mặt

xe

R- Bán kính quay vòng

g- Gia tốc trọng trường

Gọi: - Góc nghiêng của mặt đường

Z1’, Z1” và Z2’, Z2”- Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe phải và bánh xe trái ở cầu truớc và cầu sau

Y1’, Y1” và Y2’, Y2”- Các phản lực ngang từ đường tác dụng lên bánh xe phải và bánh xe trái ở cầu truớc và cầu sau

C- Chiều rộng cơ sở của xe

Tương tự ta lập phương trình cân bằng mômen đối với O2 (O2 là giao tuyến của mặt

đường với mặt phẳng đứng qua trục bánh xe bên trái) ta có phương trình (2 – 15)

2cossin

cos2

P M

C h

Pm h

C G C

Z

Muốn xác định lực ngang Yl ta chỉ cần lập phương trình mô men đối với điểm A( A

là giao tuyến của đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục bánh xe sau), ta có:

L

l P b

P G

P Ga

Y1 – Phản lực ngang của đường tác dụng lên các bánh xe trước

Y2 – Phản lực ngang của đường tác dụng lên các bánh xe sau

lm – Khoảng cách từ điểm đặt lực kéo móoc đến điểm A

2.5.2 Trường hợp xe đứng yên trên đường nghiêng ngang, không kéo Rơ móoc

Trong trường hợp này: Lực ly tâm Pl = 0 và lực kéo rơ moóc Pm = 0

Rút gọn biểu thức (2 – 10) và (2 – 11) ta xác định được các phản lực thẳng góc của đường

tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái:

2

sin cos

2

' ''

g

g

h C

C

G Z

h C

C

G Z

(2 – 18)

Nhận xét: Trị số của các phản lực thẳng góc cũng như các phản lực ngang từ mặt đường tác

dụng lên bánh xe phụ thuộc vào trị số, điểm đặt và chiều tác dụng của các ngoại lực tác dụng trong mặt phẳng của ô tô- máy kéo Các phản lực này cũng ảnh hưởng đến tính ổn định và tính năng dẫn hướng của ô tô –máy kéo

2.6 Động lực học của máy kéo xích

2.6.1 Các ngoại lực tác dụng lên máy kéo xích

a Lực kéo tiếp tuyến

Lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên dải xích Khi chuyển động dải xích tác dụng lên làm đất biến dạng và đất sẽ có tác dụng lên dải xích một lực ngược lại, theo chiều chuyển động của máy, đẩy máy về phía trước Lực này gọi là lực kéo tiếp tuyến Lực tác dụng của dải xích lên đất là do bánh xích chủ động ( còn gọi là bánh sao) tạo ra

Mômen từ bánh sao chủ động khi truyền xuống mặt đất thông qua dải xích phải chịu một lực tổn thất do lực ma sát trong dải xích , lực quán tính của bánh sao và các khâu của dải xích Do đó Pk được tính theo công thức sau

l

jl rl k k

r

M M M

 (2 - 19)

Trong đó :

Mk – Mômen do động cơ truyền đến bánh sao chủ động

Mrl- Mômen ma sát trong các khâu khớp của nhánh xích chủ động do mômen xoắn của bánh sao chủ động gây nên

Mjk - Mômen các lực quán tính của bánh sao chủ động và các khâu của xích

Rl - Bán kính lăn của bánh sao chủ động

Mômen Mrl được tính như sau:

Khi bánh xe đè cuối cùng chuyển động từ khâu xích A sang khâu kế tiếp thì khâu A quay cùng chiều kim đồng hồ quanh khớp 1 một góc là ψ1; đồng thời khớp 2 cũng quay ngược chiều kim đồng hồ một góc là ψ1 còn khâu B khi chạy quanh bánh sao chủ động cũng quay quanh khớp 3 một gócβ

Như vậy khi công ma sát trong các khớp 1,2,3, là:

Ψ1, β - Các góc quay khi khâu xích chuyển động

Nếu gọi z là số răng của bánh sao chủ động ( z = số khâu xích bao kín một vòng quanh bánh sao)thì khi bánh sao quay được một vòng , công ma sát theo công thức (2- 16) tăng lên z lần Do đó mômen ma sát thu gọn về trục bánh xe chủ động:



2

)2

Tr f

c Lực kéo Rơ móoc

Lực kéo Rơ móoc Pm là lực kéo rơ móoc trong trường hợp máy kéo có kéo theo rơ móoc và là lực kéo máy công cụ trong trường hợp máy kéo làm việc với máy nông cụ Trường hợp này, lực kéo rơ móoc được tính toán giống như đối với ô tô hoặc máy kéo bánh bơm

Trường hợp máy kéo làm việc liên hợp máy nông cụ: Cày, phay đất, đập đất tùy thuộc vào liên hợp máy cụ thể để tính lực kéo móoc Tuy nhiên cần chú ý đến phản lực của đất tác dụng lên liên hợp máy nông cụ , bởi vì lực này thông qua khớp nối sẽ tác dụng vào máy kéo

Khác với ô tô và máy kéo bánh bơm, điểm đặt lực kéo móoc được quy định tại giao điểm của nó với mặt phẳng vuông góc với mặt địa hình đi qua tâm của bánh sao chủ động

và được gọi là điểm đặt lực kéo giả định

d Lực quán tính của máy kéo

Lực quán tính xuất hiện khi máy kéo chuyển động có gia tốc Trong trường hợp tổng quát bao gồm lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng chuyển động quay Lực quán tính tổng cộng được thu gọn thành một lực đặt tại trọng tâm máy kéo

và xác định công thức sau:

Pj =δMj (2 - 24)

Trong đó:

M – Khối lượng của liên hợp máy

J – Gia tốc tịnh tiến của liên hợp máy

δ - Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết quay

Phương của Pj song song với mặt phẳng địa hình chiều của pj xác định như sau:

Khi máy kéo chuyển động nhanh dần , Pj có hướng ngược chiều chuyển động ; ngược lại khi máy kéo chuyển động chậm dần pj có hướng cùng chiều chuyển động

e Lực cản lăn

Lực cản lăn của máy kéo xích gồm lực cản lăn do chèn dập đất (nhóm 1) và lực cản

do ma sát giữa các bánh xe đè với dải xích và ma sát do lực căng ban đầu gây ra ở các khâu xích ( nhóm 2)

Quá trình sinh ra lực cản chèn dập của đất được minh họa ở hình sau

Khi bánh xe đè thứ nhất đi qua, đất bị lún xuống một độ sâu h0 Sau đó chỗ lún được phục hồi lại ở một mức độ nào đó, rồi lại bị bánh xe đè thứ hai tác dụng làm cho lún sâu hơn Quá trình cứ tiếp diễn như thế cho đến khi bánh xe đè cuối cùng đi qua Kết quả đất bị lún xuống một độ sâu h ( h >h0)

Trong quá trình chuyển động như vậy máy kéo đã sinh ra một công nào đó để làm biến dạng đất Công đó được tính:

Lcd = Pfl.S ; (2 - 25)

Trong đó :Pfl - Lực cản chèn dập đất

S – Quãng đường đi được của máy kéo

Mặt khác công đó chính là công máy kéo cần sinh ra để làm biến dạng đất tạo nên vết xích trên mặt đường

Công này được tính cho hai bánh xe đè thứ nhất như sau:

L’cdl = 2p.b.S.h0 (2 - 26)

Trong đó:

p- Áp suất trung bình của dải xích tác dụng lên đất

b – Chiều rộng của một dải xích

h0 – Độ lún của đất do bánh xe đè thứ nhất gây ra

Khi các bánh xe đè thứ nhất đi qua , các bánh xe đè tiếp theo lại tác dụng lên đất làm lún sâu thêm Do đó công do các bánh xe đè còn lại sinh ra sau khi đi được một quãng đường S được tính:

1

'

2 2 (2 - 27)

Trong đó:

n – Số nhịp của bề mặt tựa xích chính là số bánh xe đè còn lại sau bánh xe đè dầu tiên

hi – Độ lún của đất do bánh xe đè thứ i gây ra

Công chủ động bằng công cản nên có phương trình:

)2(1

n l

h pbl

n pbh G

P

f  fl  o   o  (2 - 31)

Trong đó :

l - Chiều dài mặt tựa xích

G – Trọng lượng máy kéo G = 2pbl

Kết quả nghiên cứu cho thấy trong giới hạn đàn hồi của đất nghĩa là trong phạm vi biến dạng không lớn lắm thì biến dạng của đất có quan hệ bậc nhất với tải trọng Mặt khác hình dạng của bề mặt tiếp xúc cũng ảnh hưởng đến quan hệ giữa biến dạng và lực tác dụng Đối với bề mặt tiếp xúc hình chữ nhật ( tương tự bề mặt tựa xích ) thì quan hệ đó (theo Ôpâycô) như sau:

4

)2(

b l E

n G

 (2 - 33)

Như vậy hệ số f1 phụ thuộc vào: Trọng lượng máy kéo; kích thước bề mặt tựa xích

( áp suất lên đất) tính chất cơ lý của đất và số lượng bánh xe đè

Lực cản do ma sát trong hệ thống xích

Lực cản do ma sát trong hệ thống xích gồm: Lực cản do ma sát giữa các bánh xe đè với dải xích, ma sát do lực căng ban đầu gây ra trong các khớp của nhánh xích bị động Hệ

số cản lăn do ma sát giữa bánh xe đè với dải xích và ma sát do lực căng ban đầu gây ra trong các khớp của nhánh xích bị động ký hiệu là f2

Gọi lực căng ban đầu của dải xích là To Lực To gây ra mômen cản do ma sát trong các khớp của nhánh xích bị động khi chuyển động Mômen này khi thu gọn về trục bánh sau được tính như sau:

)(

2

4

3 1 2

r

r Gf r

M '' 2  (2 - 35) Trong đó :

fo – Hệ số ma sát thu gọn (cánh tay đòn) tính đến ma sát lăn của các bánh xe đè trên dải xích

và ma sát trong ổ bi của các bánh đè ( hệ số này có thứ nguyên là mm)

0 0 3 1 2

T f

 (2 - 36)

Hệ số cản do ma sát trong hệ thống xích là :

0 0 3 1 2

r Gf G

zr T f rlG

Mr

f

l l

rl

c o



 (2 - 37) Rút gọn ta có :

0 3 1 2

2

0

)(

4

r tG

r T f

 

0 3 1 2

5 3

0 ) (

4 4

2

r tG

r T f bl E

n G

Bảng hệ số cản lăn f của máy kéo xích

Đường nhựa Đường đất khô cứng

Đường cát mềm Đồng cỏ Ruộng gốc rạ ẩm Ruộng mới cấy Cát ẩm Cát khô Đất lầy

0.06 0.06 0.07 0.10 0.07 0.08 0.10 0.12 0.10 0.15 0.15 0.20

2.6.2 Xác định tâm áp lực của máy kéo xích

Tâm áp lực của máy kéo xích chính là điểm đặt lực tổng hợp của áp lực mặt đất tác dụng lên dải xích xét trong mặt phẳng dọc Nghĩa là mômen phản lực của đất tác dụng lên dải xích đối với tâm áp lực bằng không

Xét máy kéo làm việc trong trường hợp tổng quát Tâm áp lực điểm C, tọa độ của điểm C được xác định bởi khoảng cách b0 Phương trình mômen của các ngoại lực đối với tâm áp lực C như sau:

Gcos (b0+ a0) – (Gsinα+ Pj)hg - PmhmcosγPflhl -Pmsinγ (b- a0 –b0 ) = 0 (2 - 41)

Trong đó:

b0 - Khoảng cách từ trọng tâm máy đế tâm bánh sao chủ động (hoành độ trọng tâm máy)

a0 – Khoảng cách giữa trọng tâm máy và tâm đối xứng của mặt tựa xích

a0,b0 - Tính theo phương song song với mặt phẳng địa hình

hg,hm – Tung độ của trọng tâm máy kéo và điểm đặt lực kéo Rơ móoc giả định

h1 – Cánh tay đòn của lực cản chèn dập đất Pfl

Các kích thước hg,hm, hl tính theo phương vuông góc với mặt phẳng địa hình

Biến đổi (2-37) và bỏ qua thành phần Pflhl ta có:

0 0

sincos

)sincos

()sin

(

a P

G

b h

P P G

b

m

m m j

sin

)sincos

(

a P

G

b h

P b

a0 = ( 0,05 ÷ 0,08) l (2 - 44)

Đối với máy kéo làm việc với nông cụ canh tác (cày,phay đất ) thì cách tìm tâm áp lực cũng tương tự như trên Tuy nhiên chú ý rằng ngoài các lực tác dụng lên máy kéo còn có phản lực của đất tác dụng lên nông cụ canh tác

2.6.3 Sự phân bố phản lực pháp tuyến lên chiều dài bề mặt tựa của xích

a Phân bố áp suất đều

Trường hợp phân bố áp suất đều lên mặt tựa xích là trường hợp đơn giản và lý tưởng nhất đối với máy kéo xích

Trong trường hợp này, tọa độ tâm áp lực:

)sincos

(0

m

m m

P G

b h

P a

b 10,5  m m (2 - 48)

b Phân bố áp suất theo quy luật hình thang

Hình 2.3 Phân bố áp suất trên mặt tựa xích theo quy luật hình thang

Khi điều kiện làm việc thay đổi tâm áp lực không nằm ở điểm giữa mặt tựa xích nữa,

do đó tải trọng sẽ phân bố không đều trên mặt tựa xích Trường hợp này phân bố đơn giản là phân bố hình thang

Tọa độ trọng tâm hình thang được xác định như sau:

t s

t s c

q q

q q l l l

t

s q q

q

l

l x

3

2

2

1)(

3

2

1 0 0

1 0

l l

x   (2 - 52)

Nếu không thảo mãn điều kiện công thức ( 2 – 48 ) thì máy kéo sẽ bị hẫng bánh xe đè thứ nhất, máy kéo sẽ không sử dụng hết chiều dài mặt tựa xích và do đó lực bám sẽ giảm Điều này không có lợi khi sử dụng máy trong thực tế

c Phân bố áp suất khi có hệ thống treo điều hòa

Trong trường hợp máy kéo dùng loại hệ thống treo cân bằng (hay hệ thống treo điều hòa) tải trọng lên mặt tựa xích được phân bố đều hơn

Giả sử mỗi xích có hai bộ treo điều hòa và áp lực dưới bộ treo sau là qs’ dưới bộ treo trước là ql’ phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên xích được thu gọn về hai lực Zt và Zstác dụng lên bộ điều hòa trước và sau

Zt và Zs được xác định như sau:

t s

s t

s t

l l

x l G Z

l l

l x G Z

0

0

`

(2 – 53)

Hình 2.4 Tải trọng phân bố trên mặt tựa xích khi có hệ thống treo điều hòa

Các đại lượng qt, qs tính được một cách dễ dàng nếu biết Z1, Z2 và kích thước các bộ treo Tuy nhiên trên thực tế tải trọng phân bố trên mặt tựa xích còn phụ thuộc vào nhiều yếu

tố như tính chất không đồng đều của đất, độ nhấp nhô bề mặt đất

Khi biết quy luật phân bố tải trọng của máy lên đất có thể tìm biện pháp để làm cho tải trọng phân bố đều hơn

Ví dụ: Khi làm việc với nông cụ treo người ta thường dùng bánh xe phụ ở nông cụ, bánh xe này vừa có tác dụng chịu một phần tác dụng của đất tác dụng lên máy kéo vừa có tác dụng làm cho tải trọng phân bố đều hơn

Câu hỏi thảo luận chương 1 và 2

Câu 1 Vẽ sơ đồ Lực và Mômen tác dụng lên ôtô chuyển động tăng tốc lên dốc và trình bày công thức tính toán thành phần Lực cản lăn?

Câu 2 Vẽ sơ đồ Lực và Mômen tác dụng lên ôtô khi bánh xe chuyển động trên đường nằm

ngang và trình bày công thức tính toán cho trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường

nằm ngang, không kéo Moóc?

Câu 3 Trình bày nội dung tính toán tỷ số truyền của hệ thống truyền lực?

Câu 4 Trình bày nội dung tính toán Lực cản gió P ω?

Câu 5 Vẽ sơ đồ Lực và Mômen tác dụng lên ôtô chuyển động tăng tốc lên dốc và trình bày công thức tính toán thành phần Lực cản lên dốc?

Câu 6 Vẽ sơ đồ Lực và Mômen tác dụng lên ôtô khi bánh xe chuyển động trên đường nằm

ngang và trình bày công thức tính toán cho trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang?

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA Ô TÔ 3.1 Cân bằng sức kéo của ô tô

3.1.1 Phương trình cân bằng lực kéo

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động của ôtô được sử dụng để khắc phục các lực cản chyển động sau đây: Lực cản lăn, lực cản lên dốc, lực cản không khí , lực cản quán tính Biểu thức cân bằng giữa lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động và tất cả các lực cản riêng biệt được gọi là phương trình cân bằng lực kéo của ôtô

Phương trình biểu thị dưới dạng như sau:

3

e t t

t b

Trong đó : Pψ- Lực cản tổng cộng của đường

Ψ - Hệ số cản tổng cộng của đường: với ψ = f ± i

i- Độ dốc của mặt đường: i = tgα

Trong biểu thức, độ dốc i có giá trị “dương” khi ôtô chuyển động lên dốc và có giá trị

“âm” khi ôtô chuyển động xuống dốc Vì vậy giá trị hệ số cản tổng cộng của mặt đường ψ

có giá trị “dương” nếu ôtô chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang

(α = 0) hoặc lên dốc hoặc xuống dốc nhưng giá trị của hệ cản lăn vẫn lớn hớn giá trị của độ dốc i và hệ số cản ψ có giá trị “âm” khi ôtô chuyển động xuống mà giá trị của độ dốc i lớn hơn hệ số của giá trị cản lăn f, nghĩa là i > f Ta xét trong trường hợp ôtô chuyển động (ổn định), trên mặt phẳng nằm ngang là j = 0, α = 0 thì phương trình cân bằng lực kéo được biểu thị như sau: Pk = Pf + Pω (3 – 6)

Hay :

'

2 .



  (3 – 7)

3.1.2 Đồ thị cân bằng lực kéo

Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô có thể biểu diễn bằng đồ thị Xây dựng quan

hệ giữa lực kéo phát ra tại các bánh xe chủ động Pk và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô V, nghĩa là: P = f(v)

Trên trục tung ta đặt ra các giá trị của lực,

trên trục hoành ta đặt các giá trị của vận tốc Đồ

thị biểu diễn 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

Trên trục hoành của đồ thị, ta đặt các giá

trị vận tốc chuyển động của ôtô

e tn t kn

b

M i p

Sau đó xây dựng lực cản của mặt đường

Pψ = f(v) Nếu hệ số cản lăn của độ dốc của mặt

đường không đổi thì đường lực cản tổng cộng của

mặt đường Pψ là một đường nằm ngang vì chúng

không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô (đường song song với trục hoành)

Nếu hệ số cản lăn thay đổi khi ôtô chuyển động với vận tốc lớn hơn 16,7 ÷ 22m/s thì đường cong lực cản tổng cộng của mặt đường phụ thuộc với vận tốc chuyển động của ôtô,

do đó khi v > 16,7 ÷ 22m/s phần này là một đường cong tiếp tuyến Từ đó, xây dựng đường cong lực cản của không khí, đây là một đường cong bậc hai phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô, các giá trị của đường cong lực cản tổng cộng của mặt đường Pψ Như vậy, ta được đường cong tổng hợp là tổng số lực cản của mặt đường Pψ và lực cản không khí Pωnghĩa là Pψ + Pω Đường cong giữa lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) và đường cong Pψ + Pω =

f(v) cắt nhau tại điểm A khi chiếu xuống trục hoành, ta được vận tốc lớn nhất

Tương ứng với các vận tốc khác nhau của ôtô thì các tung độ nằm ở giữa đường lực kéo tiếp tuyến Pk và đường cong lực cản tổng cộng Pψ + Pω nằm ngoài bên trái của điểm A

và lực kéo dư của ôtô, ký hiệu là Pd, lực kéo dư nhằm để tăng tốc ôtô chuyển động lên dốc khi độ dốc tăng lên

Giao điểm A lúc này chiếu xuống trục hoành sẽ được vận tốc lớn nhất của ôtô khi chuyển động đường cong bằng α = 0 và ở số truyền cao nhất của hộp số lúc đó lực kéo dư bằng không (Pd=0)

Sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô có thể xác định được các chỉ tiêu động lực học của ôtô khi chuyển động ổn định

Ví dụ: Chuyển động lớn nhất của ôtô vmax, các lực cản thành phần ở một vận tốc nào đó, cụ thể như vận tốc v1 thì tung độ bc là lực cản của không khí Pω còn tung độ ad là lực kéo dư

Pd và tung độ cd 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 cũng xây dựng đường lực bám phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ôtô Pk nghĩa là:Pψ = f(v)

Lực bám Pφ được tính theo công thức: P m G.  (3 – 9) Trong đó: Gφ – Trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động

φ – Hệ số bám

m – Hệ số phân bố tải trọng động

Lực bám Pφ biểu diễn trên đồ thị là một đường nằm ngang song song với trục hoành Khu vực các đường cong lực kéo tiếp tuyến Pk nằm dưới đường lực bám Pφ thỏa mãn điều kiện Pk >Pφ

Nghĩa là khu vực ô tô chuyển động không bị trượt quay của các bánh xe chủ động, còn phần đường nào của Pk nằm trên đường Pφ thì ô tô không thể khởi hành được và nếu xe chuyển động vào loại đường đó thì các bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay

Như vậy điều kiện để thỏa mãn cho ô tô chuyển động ổn định, không bị trượt quay là:

Pφ ˃ Pk > Pc (3 – 10)

Trong đó: Pc = Pφ + P

3.2 Sự cân bằn công suất của ô tô

3.2.1 Phương trình cân bằng công suất

Công suất của động cơ phát ra sau khi đã tiêu tốn đi một phần cho ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để khắc phục lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản dốc, lực cản quán tính Biểu thức cân bằng giữa công suất phát ra của động cơ và các dạng công suất cản kể trên được gọi là “phương trình cân bằng công suất của động cơ ô tô” khi xe chuyển động Phương trình cân bằng công suất tổng quát biểu thị như sau:

j i f

t

N       (3 – 11)

Ở đây:

N e – Công suất phát ra của động cơ

N t – Công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực

Nf- Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

Nω - Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

Ni - Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc

N j – Công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

Trong phương trình (3-11) công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực N t

và công suất tiêu hao cho lực cản lăn N f luôn luôn có giá trị dương, còn khi ô tô chuyển động lên dốc: Công suất tiêu hao cho lực cản dốc N i có giá trị “dương” và ngược lại khi

chuyển động xuống dốc thì có giá trị “âm” Công suất tiêu hao cho lực cản quán tính Nj có giá trị “dương” khi chuyển động tăng tốc và ngược lại là “âm” khi ô tô chuyển động giảm tốc Công suất tiêu hao cho lực cản không khí Nω có giá trị “dương” khi ô tô chuyển động không có gió và có gió ngược chiều hoặc cùng chiều gió nhưng vận tốc của ô tô lớn hơn vận tốc của gió

Phương trình (3 - 11) cũng có thể biểu thị sự cân bằng công suất tại bánh xe chủ động của ô tô như sau:

j i f

t e

N (  )  (3 – 13)

Trong đó :

ηt – hiệu suất của hệ thống truyền lực

Phương trình ( 3 – 11) được biểu thị dưới dạng khai triển như sau:

j i t

e

g

G Wv Gv

Gfv N

sincos

)1( (3 – 14)

Trong đó: Công suất tiêu hao cho lực cản lăn N f :

Nω = W.v3 Trong đó : W – Nhân tố cản của không khí

Công suất tiêu hao cho lực cản dốc N i:

N  

Công suất tiêu hao cho lực cản quán tính N j là:

j i

j – Gia tốc của ô tô

δi - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của các chi tiết trong động cơ, hệ thống truyền lực và các bánh xe gọi là hệ số khối lượng quay

Trong trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng ( α = 0 ), không có gia tốc ( j = 0 ) thì phương trình cân bằng công suất (3 – 11) có dạng sau:

) (

1



  N N

N N N

t f

t

e      (3 – 15)

Phương trình ( 3 – 15 ) có dạng khai triển như sau :

Ne= ( f.G.v + Wv3 ) /ηt (3 – 16)

3.2.2 Đồ thị cân bằng công suất

Phương trình cân bằng công suất của ô tô có thể biểu diển bằng đồ thị Được xây dựng theo quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và công suất cản trong quá trình ô tô

chuyển động, phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô, nghĩa là N = f(v) Ta đã biết giữa

số vòng quay của trục khuỷu động cơ n e và vận tốc chuyển động của ô tô có quan hệ phụ

thuộc bậc nhất và được biểu thị bằng biểu thức:

s

m i

r n V

t

b

e ;60

i t - Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Vì vậy có thể biểu thị quan hệ giữa

công suất theo số vòng quay của trục khuỷu

động cơ, nghĩa là N = f(n e )

Hình 3.1 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô

Đồ thị biểu thị quan hệ giữa công suất

phát ra của động cơ và các công suất cản trong

quá trình ô tô chuyển động phụ thuộc vào vận

tốc chuyển động của ô tô hoặc số vòng quay

của trục khủyu động cơ được gọi là đồ thị cân

bằng công suất của ô tô hình 3.1

Trên trục hoành của đồ thị, đặt các giá trị của vận tốc chuyển động v hoặc các số vòng quay chuyển động của động cơ, trên trục tung đặt các giá trị công suất phát ra của động cơ Ne công suất phát ra tại bánh xe chủ động Nk ở các tỷ số truyền khác nhau của hộp

số( giả sử xây dựng ở đồ thị có 3 số truyền của hộp số) Sau đó lập đường cong của các công suất cản khi ô tô chuyển động Nψvà Nα

Nếu hệ số cản lăn của mặt đường f không đổi khi ô tô chuyển động với vận tốc v ≤ 16,7 ÷ 22 m/s và góc dốc của mặt đường α cũng không đổi thì đường công suất cản Nψ là một đường bậc nhất phụ thuộc vào vận tốc v, nếu hệ số cản lăn thay đổi phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ô tô thì đường Nψ là một đường cong Nψ = f (v) Đường công suất cản của không khí Nω là một đường cong bậc ba theo vận tốc v và tương ứng với mỗi ô tô thì nhân tố cản của không khí W là không đổi

Nếu đặt các giá trị của đường cong Nω = f(v) lên trên đường cong Nψ = f (v) Ta được đường cong tổng công suất cản khi ô tô chuyển động Nψ = f(v) và có đường cong tổng công suất cản khi ô tô chuyển động (Nψ + Nω )

Như vậy ứng với các vận tốc khác nhau thì các 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 không khí Các tung độ nằm giữa đường cong tổng công suất cản Nψ+ Nω và đường cong công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động Nk là công suất dự trữ của ô tô và được gọi là công suất dư Nd nhằm để khắc phục sức cản dốc khi độ dốc tăng lên hoặc để tăng tốc ô tô

Giao điểm A giữa đường cong công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động Nk

và đường cong tổng công suất cản Nψ + Nω chiếu xuống trục hoành sẽ cho ta vận tốc lớn nhất của ô tô vmax ở loại đường đã cho, khi đó công suất dự trữ của ô tô không còn, nghĩa là

ô tô không còn khả năng tăng tốc

Cần chú ý: Vận tốc lớn nhất của ô tô chỉ đạt được khi ô tô chuyển động đều trên đường bằng (α = 0) và bướm ga đã mở ra hết hoặc thanh răng của bơm cao áp đã kéo hết và

ở số truyền cao nhất của hộp số Nếu ô tô muốn chuyển động đều ( ổn định), cũng trên loại đường đó với vận tốc nhỏ hơn vận tốc lớn nhất vmax người lái cần đóng bớt bướm ga hoặc trả thanh kéo nhiên liệu về cho tương ứng, mặt khác có thể phải chuyển về số thấp hơn của hộp số

Ví dụ: Để ô tô chuyển động với vận tốc v1 thì người lái cần phải giảm ga hoặc trả bớt thanh răng về, nhằm cho đường cong Nk giảm xuống và cắt đường cong tổng công suất tại điểm A’ Khi chiếu xuống trục hoành, ta được vận tốc v1, đường chấm chấm trên đồ thị là đương cong N’k khi đã giảm bướm ga hoặc trả bớt thanh răng về vị trí cung cấp ít nhiên liệu

Hình 3.2 Đồ thị cân bằng công suất của ô tô 3.2.3 Mức độ sử dụng công suất động cơ

Nhằm nâng cao chất lượng sử dụng ô tô và giảm tiêu hao nhiên liệu, cần lưu ý đến việc sử dụng công suất động cơ trong từng điều kiện chuyển động khác nhau của ô tô Về phương diện này người ta đưa ra khái niệm “ mức độ sử dụng công suất động cơ” và ký hiệu bằng chữ YN Mức độ sử dụng công suất động cơ là tỷ số cần thiết để ô tô chuyển động đều

(ổn định) với công suất của động cơ phát ra tại các bánh xe chủ động Nk khi mở hoàn toàn bướm ga hoặc kéo hết thanh răng nhiên liệu Ta có:

t

e k

N

N

N N N

N N Y

Nhận xét: Chất lượng của mặt đường càng tốt (hệ số cản tổng cộng ψ của đường giảm và

vận tốc của ô tô càng nhỏ) thì công suất động cơ được sử dụng càng nhỏ khi tỷ số truyền của hộp số càng lớn, do đó hệ số sử dụng công suất động cơ YN càng nhỏ

Ví dụ: Ô tô chuyển động đều ở vận tốc v’ thì tổng công suất cản ở mặt đường và và công suất cản ở không khí là N1 còn công suất phát ra tại bánh xe chủ động khi mở hoàn toàn bướm ga hoặc kéo hết thanh răng nhiên liệu là N’KIII ở số truyền thẳng và N’KII ở số hai Mức độ sử dụng công suất động cơ ở số truyền thẳng là

N

N Y

'1

 nhưng N’KII > N’KIII do đó YNH < YNH Mức độ sử dụng công suất động cơ càng giảm xuống sẽ càng gây ra sự tăng tiêu hao nhiên liệu của ô tô

3.3 Nhân tố động lực học của ô tô

3.3.1 Nhân tố động lực học

Khi so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của ô tô trên các loại đường khác nhau người ta mong muốn có được một thông số mà nó thể hiện được ngay tính chất động lực học của ô tô

Nhân tố động lực học của ô tô là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến Pk trừ đi lực cản không khí Pω và chia cho trọng lượng của ôtô, ký hiệu là D:

G r

i M G

P P D

b

t t e

W.v

Hình 3.3 Đồ thị nhân tố động lực học

Trên trục tung , đặt các giá trị của nhân tố động lực học D, trên trục hoành đặt các giá trị vận tốc chuyển động của ô tô Điều kiện bám của bánh xe chủ động và điều kiện sức cản của mặt đường

Hình 3.4 Vùng sử dụng đồ thị nhân tố

động lực học D theo điều kiện bám

3.3.3 Giới hạn của đồ thị nhân tố động

lực học

Trên đồ thị nhân tố động lực học

D ta cũng xây dựng các đường cong D

= f(v) và   f (v)để xét mối quan hệ

giữa nhân tố động lực học của ô tô theo

điều kiện bám của các bánh xe chủ động

với mặt đường và điều kiện lực cản của

mặt đường

Vậy tương ứng với điều kiện ô tô

chuyển động, trên một loại đường xác

Trong thực tế, không phải lúc nào ô tô cũng chở đủ tải và tải trọng hàng hóa cũng như hành khách thay đổi trong phạm vi lớn như các loại ô tô vận tải và thậm chí còn có thể thay đổi nhiều hơn nữa, nếu ô tô có kéo Rơ móoc

Từ biểu thức tính toán nhân tố động lực học của ô tô tỷ lệ nghịch với trọng lượng toàn bộ của xe Điều này cho phép chúng ta tính được nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với trọng lượng bất kỳ nào đó theo công thức: DxGx = DG hay Dx = D

x

G

G

(3 - 20) Trong đó: Gx- Trọng lượng mới của ô tô

Dx - Nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với trọng lượng mới

G – Trọng lượng của ô tô khi đủ tải

D – Nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với khi đủ tải

Hình 3.5.Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô,có 4 số truyền khi chuyển

động với tải trọng đầy G và khi có G x = 0.5G

Về phương diện đồ thị nhân tố động lực học của ô tô khi tải trọng thay đổi , ta cũng căn cứ vào nhận xét ở trên và thấy rằng chỉ cần thay đổi tỷ lệ xích trên trục tung của đồ thị

nhân tố động lực học của ô tô khi tải trọng đầy là có đồ thị nhân tố động lực học của ô tô khi

có tải trọng mới

Ví dụ: Ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy G, ta có nhân tố động lực học là D ứng với trường họp ô tô có tải trọng Gx= 0,5 G thì theo biểu thức (3- 20) ta có Dx = 2D giá trị của trục tung gấp hai lần so với trường hợp ô tô có đủ tải trọng như vậy nếu như ô tô làm việc với những tải trọng bất kỳ, ví dụ bằng 25%, 50%, 75% của tải trọng đủ ta phải lập một số lớn tỷ lệ nhân tố động lực học tương ứng Để tránh tình trạng phải lập quá nhiều tỷ lệ trên trục tung của đồ thị nhân tố động lực học, ta có thể xây dựng đồ thị đặc tính động lực học của ô tô ứng với các tải trọng thay đổi và được gọi là đồ thị tia

Hình 3-6 Đồ thị tia theo nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi

Những đặc tính động lực học của ô tô lập ra ở góc phần tư bên phải của đồ thị tương ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy, còn ở góc phần tư bên trái của đồ thị , ta vạch từ gốc tọa độ những tia làm với trục hoành các góc α khác nhau mà:

G

G D

Như vậy mỗi tia ứng với tải trọng Gx nào đó tính ra phần trăm so với tải trọng đầy của ô tô

Trong trường hợp Gx = G thì tg = 1 lúc này tia làm với trục hoành một góc

 = 450

các tia có  > 450

ứng với Gx > G ( khu vực quá tải), các tia có  < 450 ứng với

Gx < G (khu vực chưa đầy tải)

Đồ thị tia có ý nghĩa quan trọng trong sử dụng thực tế, qua đó ta có thể giải quyết được một loạt các nhiệm vụ tính toán sức kéo trong sử dụng Ô tô – Máy kéo

3.4 Sự tăng tốc của ô tô

3.4.1 Xác định sự tăng tốc của ô tô

Nhờ đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô khi hệ số cản của mặt đường đã biết và khi chuyển động ở một số truyền bất kỳ với một vận tốc trước

Khi đã cho trị số của hệ số cản mặt đường , Nhân tố động lực học D, ta xác định khả năng tăng tốc của ô tô như sau:

dv j



) ( 

điểm A xuống trục hoành, ta nhận được vận tốc chuyển động lớn nhất v1 của ô tô trên loại đường đó

Cũng trên loại đường này, nếu ô tô chuyển động với vận tốc vn thì khả năng tăng tốc của ô

tô ở vận tốc này sẽ được biểu thị bằng các đoạn tung độ ab (số 3 ), ad (số 2) và ae (số 1)

Hình 3.5 Xác định khả năng tăng tốc của ô tô theo đồ thị nhân tố động lực học

Những đoạn trục tung này là hiệu số D - 1 ở từng số truyền của hộp số Dùng biểu

thức (3 – 22 ) để tính toán, ta nhận được gia tốc j = dv/dt của ô tô ứng với các số truyền

khác nhau ở vận tốc Vn Như vậy có thể tìm được gia tốc j = dv/ dt của ô tô ứng với vận tốc nào đó trên một loại đường bất kỳ ở các tay số khác nhau một cách dễ dàng

Cần chú ý trường hợp ô tô xuống dốc mà giá trị độ dốc i lớn hơn hệ số cản lăn của mặt đường thì hệ số cản tổng cộng của mặt đường có giá trị “âm” Nghĩa là  = f + i < 0 hay



 0 Trong trường hợp này biểu diễn hệ số cản tổng cộng nằm phía dưới trục hoành

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn gia tốc của ô tô có 3 số truyền

Đối với một số ô tô, nhất là ô tô vận tải , biết rằng ở số truyền càng thấp, tỷ số truyền càng lớn thì năng lượng tiêu hao dùng để tăng tốc các khối lượng vận động quay càng lớn, nghĩa là chỉ số icàng lớn, do đó làm cho gia tốc j càng giảm đi rõ rệt Vì vậy ở đồ thị gia tốc j của một số ô tô vận tải ta thường thấy đường cong gia tốc ở số 1 (j1) thấp hơn đường cong gia tốc số 2 (j2) hình 3.7