Tài liệu học tập: Lý thuyết ôtô, máy kéo - CDDCN Việt Đức

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

924
lượt xem 168
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu học tập: Lý thuyết ôtô, máy kéo gồm 7 chương, trình bày về lực và mômen tác dụng lên ôtô, động lực học tổng quát của bánh xe, tính toán sức kéo của ôtô, phanh ôtô, tính ổn định của ôtô và dao động của ôtô. Mời bạn đọc cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu học tập: Lý thuyết ôtô, máy kéo - CDDCN Việt Đức

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CĐCN VIỆT ĐỨC TÀI LIỆU HỌC TẬP Học phần LÝ THUYẾT Ô TÔ – MÁY KÉO (Lưu hành nội bộ) Năm 2012 1
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 2
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. 3
CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 1.1.Đường đặc tính tốc độ của động cơ §éng c¬ ®Æt trªn c¸c m¸y kÐo vµ « t« chñ yÕu lµ ®éng c¬ ®èt trong lo¹i pit«ng. C¸c chØ tiªu n¨ng l-îng vµ tÝnh kinh tÕ cña ®éng c¬ ®-îc thÓ hiÖn râ trªn ®-êng ®Æc tÝnh lµm viÖc cña nã. §-êng ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ sÏ chi phèi ®Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ tÝnh n¨ng sö dông cña « t« m¸y kÐo. V× vËy cÇn thiÕt ph¶i n¾m v÷ng c¸c ®-êng ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ ®Ó gióp cho viÖc gi¶i quyÕt vÊn ®Ò c¬ b¶n trong lý thuyÕt « t« m¸y kÐo nh- nghiªn cøu c¸c tÝnh n¨ng kÐo vµ tÝnh n¨ng ®éng lùc häc cña m¸y kÐo. C¸c ®-êng ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ cã thÓ chia lµm 2 lo¹i : ®-êng ®Æc tÝnh tèc ®é vµ ®-êng ®Æc tÝnh t¶i träng. §-êng ®Æc tÝnh tèc ®é lµ ®å thÞ chØ sù phô thuéc cña c«ng suÊt hiÖu dông Ne, m« men quay Me, chi phÝ nhiªn liÖu giê GT vµ chi phÝ nhiªn liÖu riªng ge (l-îng chi phÝ nhiªn liÖu ®Ó s¶n ra mét ®¬n vÞ c«ng suÊt hiÖu dông) theo sè vßng quay n hoÆc theo tèc ®é gãc  cña trôc khuûu. C¸c lo¹i ®éng c¬ Diesel l¾p trªn m¸y kÐo ®Òu cã bé ®iÒu tèc (m¸y ®iÒu chØnh tèc ®é) ®Ó duy tr× tèc ®é quay cña trôc khuûu khi t¶i träng ngoµi (m« men c¶n M c) thay ®æi. §-êng ®Æc tÝnh tèc ®é cña ®éng c¬ Diesel phô thuéc rÊt lín vµo ®Æc Ýtnh cña bé ®iÒu tèc, do ®ã nã cßn gäi lµ ®-êng ®Æc tÝnh tù ®iÒu chØnh. Có hai loại đường đặc tính tốc độ:  §-êng ®Æc tÝnh tèc ®é ngoµi, gäi t¾t lµ ®-êng ®Æc tÝnh ngoµi.  §-êng ®Æc tÝnh côc bé. C¸c ®-êng ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ nhËn ®-îc b»ng c¸ch kh¶o nghiÖm trªn c¸c thiÕt bÞ chuyªn dïng (bµn kh¶o nghiÖm ®éng c¬). §-êng ®Æc tÝnh ngoµi cña ®éng c¬ nhËn ®-îc khi kh¶o nghiÖm ®éng c¬ ë chÕ ®é cung cÊp nhiªn liÖu cùc ®¹i, tøc lµ khi ®Æt tay th-íc nhiªn liÖu (ë ®éng c¬ ®iªden) ë vÞ trÝ cùc ®¹i hoÆc më hoµn toµn b-ím ga (ë ®éng c¬ x¨ng). NÕu tay th-íc (Thanh răng) nhiªn liÖu hoÆc b-ím ga ®Æt ë vÞ trÝ trung gian sÏ nhËn ®-îc ®-êng ®Æc tÝnh côc bé. Nh- vËy ë c¸c ®éng c¬ l¾p bé ®iÒu tèc ®a chÕ độ (m¸y ®iÒu chØnh mäi chÕ ®é) sÏ cã mét ®-êng ®Æc tÝnh ngoµi vµ v« vµn ®-êng ®Æc tÝnh côc bé tïy thuéc vµo vÞ trÝ tay ga. 1.1.1. Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Xăng Hình 1.1 Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng a. Không có bộ hạn chế số vòng quay b. Có bộ hạn chế số vòng quay Loại động cơ này thường được dùng trên xe du lịch và đôi khi được dùng trên xe khách. 4
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: 5
M max k (1-1) Mn 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. Điều kiện thử Ký hiệu tiêu Các thiết bị tháo ra khi thử Áp suất Nhiệt Độ ẩm chuẩn thử và mmHg độ C o tương tên nước đối % ГOCT ( Nga ) Bộ tiêu âm, két nước , quạt gió, các thiết bị phục vụ cho gầm xe ( máy 760 20 50 nén khí , bơm của cường hóa lái v.v) DIN Két nước, các thiết bị phục vụ cho 760 20 50 (CHLB Đức) gầm xe SAE ( Mý Bộ tiêu âm, bộ lọc không khí, máy trước 1974 ) phát điện , két nước, quạt gió, các 746,5 29,4 50 thiết bị phục vụ cho gầm xe SAE ( Mỹ Két nước, các thiết bị phục vụ cho 729 29,4 50 sau năm 1974) gầm xe BS ( Anh ) Két nước , các thiệt bị phục vụ cho 749 29,4 50 gầm xe CSN (Tiệp Két nước 760 20 Không Khắc cũ ) tính đến JIS ( Nhật ) Bộ tiêu âm, két nước , các thiết bị 760 15 50 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. 6
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 :  n  n 2  n  3 N e  N n a  b   c   (1 - 2)  nn   nn   nn   Trong đó : Ne, n - Công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài 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 : 10 4 N e Me  (1 - 3) 1,047 n Trong đó : Ne - Công suất động cơ, KW. 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 N e = 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 : 7
ne  e it   (1 – 4) it- Tỷ số truyền  nb củabhệ 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. Loại xe Giá trị trung bình của ηt Ô tô du lịch 0,93 Ô tô tải với truyền lực chính 1 cấp 0,89 Ô tô tải với truyền lực chính 1 cấp 0,85 Máy kéo 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: 8
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 Pk 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 M M i Pk= k  e m (1 - 5) rk rk 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 : M e max i max m Pkmax = (1 - 6) rk Nhờ có lực kéo tiếp tuyến Pk nên ô tô, máy kéo có thể thắng được lực cản để chuyển động. 1.3. Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám 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 G k 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 9
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 , nghĩa là : P = (1 - 7) Gk 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 : P  =  Gk =  Z k (1 - 8) Như vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là : PK < Pj (1 - 9) Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của máy kéo sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động. Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo cần phải xem xét cho 2 trường hợp : Khi đủ hệ số bám sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (1-5) hoặc (1-6). Khi không đủ hệ số bám sẽ tính theo lực bám : Pkmax = P (1 - 10) 1.4. Lực cản chuyển động của ô tô 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. 10
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 - Lực cản lên dốc - Lực cản không khí - Lực cản quán tính khi chuyển động không ổn định ( có gia tốc ) - Lực cản ở móc kéo. 1.4.2. Lực cản lăn 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 Pi 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 11
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 P ψ 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: ψ = f ± i. Vì vậy: Pψ = Pf ± Pi = G(fcos ± sin) ≈ Gψ. Kết luận: Hệ số cản tổng cộng ψ bằng hệ số cản lăn f cộng (khi lên dốc) hoặc trừ (khi xuống dốc) độ dốc i. Lực cản tổng cộng bằng trọng lượng của ô tô nhân với hệ số cản tổng cộng của đường. 1.4.4. Lực cản không khí P 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: P  K .F .v0 2  (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, Ns 2 / m4 F – Diện tích cả chính diện của ôtô, m 2 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 V o 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 Ns 2 / m4 W=K.F (1 - 17) Từ đây ta có thể tính : P  W.vo 2 (1 - 18) 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 12
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. Loại xe K (N2s/m4) F( m 2 ) W (N2s/m2) - Ôtô du lịch + Vỏ kín 0.2-0.35 1.6-1.28 0.3-0.9 + Vỏ hở 0.4-0.5 1.5-2.0 0.6-1.0 - Ô tô tải 0.6-0.7 3.0-5.0 1.8-3.5 - Ô tô khách 0.25-0.4 4.5-6.5 1.0-2.6 - Ô tô đua 0.13-0.015 1.0-1.3 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: Pi = Pj’+Pj” (1 - 19) Lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức. G Pj  .j (1 - 20) g Trong đó: G – Trọng luợng toàn bộ của Ôtô - Máy kéo. dv j - Gia tốc tịnh tiến của Ôtô - Máy kéo. dt 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: Mk=Me.it.nt Khi ôtô máy kéo chuyển động không ổn định thì mô men xoắn tác dụng lên bánh xe chủ động được tính như sau : M k  M e .it .t  I e . e .it .t   I n . n inn   Ib . b (1 - 21) Trong đó: Ie - Mômen quán tính của bánh đà động cơ và các chi tiết quay khác của động cơ quy đẫn về trục khuỷu. In – Mômen quán tính của chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực đối với trục quay. Ib – Mômen quán tính của 1 bánh xe chủ động đối với trục quay của nó gia tốc góc của trục khuỷu động cơ.  e - Gia tốc góc của của chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực.  n - Gia tốc góc của bánh xe chủ động. 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. 13
t - Hiệu suất của hệ thống truyền lực.  n - Hiệu suất tính từ chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động. Có thể xác định gia tốc góc của các chi tiết từ gia tốc tịnh tiến của ôtô như sau: d  r .i i  e   b it  b . b t  j. t dt rb rb d  r .i i  n   b it  b . b t  j. t dt rb rb d r 1  b  b . b  j. dt rb rb Trong đó: b - Tốc độ của 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 :  I e .it2 .t   I n .it2 .t   I b  M k  M e .it .t  j   (1 - 22)  rb    Thành phần thứ 2 của biểu thức (1 - 22) là do chuyển động không ổn định gây nên và được biểu thị bằng Mj nghĩa là. Mk = Mk-Mj (1 - 23) Trong đó: M j  j  e t t  n t t  b   I .i .  I .i .  I  2 2 (1 - 24)  rb    Như vậy Mj là mômen của các lực quán tính của các chi tiết quay trong động cơ, trong hệ thống truyền lực được quy dẫn về trục bánh xe chủ động kể cả mômen của các lực quán tính của các bánh xe chủ động khi ôtô chuyển động không ổn định . Cần chú ý rằng mômen này luôn có chiều ngược với chiều gia tốc của bánh xe chủ động. Lực quán tính do gia tốc các khối lượng vận động quay gây nên được xác định theo công thức.  I e .it2 .t   I n .it2 .t   I b  Pj''  j   (1 - 25)  rb    Mômen quán tính của các chi tiết vận động quay của hệ thống truyền lực có thể bỏ qua do khối lượng của chúng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng của bánh đà và khối lượng bánh xe vì vậy biểu thức (1 - 25) có thể viết dưới dạng sau.  I e .it2 .t   I b  Pj''  j   (1 - 26)  rb    Từ các biểu thức (1 - 19), (1 - 20), (1 - 26) ta có:  I e .it2 .t   I n .it2 .t   I b    I e .it2 .t   I b   G Pj  j  ''  . j  1    .g  . j (1 - 27)  rb    rb  g        I e .it2 .t   I b  t  1   j (1 - 28)  G.rb2    G Như vậy: Pj   t .P' j   i . . j (1 - 29) g Trong đó: 1 - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay. 14
Hệ số 1 có thể xác định theo cộng thức kinh nghiệm sau: và  2   2 b I e .i0 . .g 2 g I  i  1   i ih   2 2 1  t 2 G.rb G.rb Trong các công thức nói trên: ih - Tỷ số truyền của hộp số. 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. i 2 h 1.4.6. Lực cản ở móoc kéo Khi ôtô kéo theo móoc thì lực cản ở Rơ móoc kéo theo phương nằm ngang Pm được xác định như sau: Pm = n.Q. (1 - 30) Trong đó: Q – Trọng lượng toàn bộ của Rơ moóc kéo, gồm trong lượng bản thân moóc và tải trọng đặt lên nó. n – Số lượng Rơ moóc kéo theo sau ôtô.  - Hệ số tổng cộng của đường. Đối với máy kéo dùng trong nông nghiệp thì lực cản lớn nhất là lực kéo cày: Pm = K0ab (1 - 31) 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 : K0 (MN/m2) - Đất pha cát 0,020  0.035 - Đất nặng 0.035  0.055 - Đất sét 0.055  0.080 - Đất rất nặng 0.080  0.100 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. 15
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 d sau: r0  ( B  )25,4 mm (2 – 1) 2 b. Bán kính tĩnh của bánh xe Là bán kính đo được bằng khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt phẳng của đường khi bánh xe đứng yên là chịu tải trọng thẳng đứng. bán kính tính được ký hiệu là rt. c. Bán kính động lực học của bánh xe Là bán kính đo được bằng khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt phẳng của đường khi bánh xe lăn, ký hiệu là rđ. Trị số của bán kính này phụ thuộc vào các thông số như sau , tải trọng thẳng đứng, áp suất không khí trong lốp, mômen xoắn Mk hoặc mônen phanh Mp và lực ly tâm khi bánh xe quay. d. Bán kính của bánh xe Là bán kính của một bánh xe giả định là rl. Bánh xe giả định này không bị biến dạng khi làm việc, không bị trượt lết, trượt quay và có cùng tốc độ tịnh tiến với tốc độ quay như bánh xe thực tế. Qua nghiên cứu chỉ ra rằng trị số của bán kính động lực học và bán kính lăn phụ thuộc vào rất nhiều thông số như tải dụng, áp suất trong lốp, độ đàn hồi của vật liệu lốp và khả năng bám của bánh xe với đường. Những thông số này luôn thay đổi trong quá trình ôtô chuyển động. Vì vậy, trong thực tế trị số của các bán kính này chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm. 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: rb =λ.ro (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 lốp áp suất thấp: λ = 0,930  0.935 Với lốp áp suất cao: λ = 0,945  0,950 2.1.2 Ký hiệu của lốp Sử dụng các loại ký hiệu lốp khác nhau, tuỳ thuộc vào từng nước như hệ thống ký hiệu lốp của Châu Âu (ECE), của Mỹ, Nga... 16
Hình 2.1 Sơ đồ kích thước hình học của lốp xe 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: 17
+ Treadwear: Khả năng chịu mòn của lốp, giá trị tiêu chuẩn là 100, chỉ số này càng cao thì khả năng chống mòn càng tốt. + Traction: Đo khả năng bám đường của lốp. Theo thứ tự từ cao xuống thấp: AA, A, B, C… + Temperature:Khả năng chịu nhiệt của lốp. Thuờng từ cao xuống thấp: A, B, C + M + S: Ký hiệu này đảm bảo lốp xe đạt yêu cầu tối thiểu khi đi trên đường lầy lội hoặc tuyết phủ. + 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 P y 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 18
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 P y 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: 2.3.1.Trường hợp tổng quát Xác định các phản lực thẳng góc từng đựờng tác dụng lên bánh xe khi ôtô chuyển động lên dốc, không ổn định và có kéo theo Rơ moóc (chỉ xét trong xe một cầu chủ động). Theo sơ đồ, khi xe chuyển động lên dốc sẽ chịu tất cả các lực và mômen sau: Trọng lượng toàn bộ G của xe các lực Pk, Pf, Pw,Pf’.Pm và các mômen Mk, Mf, Mj. các lực mômen này được sác định ở mục 1.1. Riêng hợp lực của các lực thẳng góc Z1, Z2 được dời về dao điểm giữa đường thẳng đứng qua tâm trục bánh xe với đường và một mômen Mf. 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) 19
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  hg 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, Pi  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: Mf1 + Mf2= Mf = G. f .rb .cos  (2 – 5) Khi xe kéo Rơ moóc được xác định theo công thức: pm  Gm ( f .cos   sin  ) (2 - 6) Thay biểu thức (2- 4) và (2-5) vào (2-6) và rút gọn ta được: G.cos (b-f.rb )-(G.sin +Pj +P )h g  Pm .hm Z1  (2 - 7) L Muốn xác định hợp lực của phản lực thẳng góc ở bánh xe sau ta có thể dùng phương trình hình chiếu (chiếu tất cả các lực lên phương vuông góc với mặt đường) hoặc lập phương trình mômen đối với điểm B. Điểm B là giao điểm giữa mặt phẳng thẳng đứng qua trục bánh xe trước . Phương pháp làm tương tự đối với Z1, ta xác định được Z2 như sau: G.cos (b-f.rb )-(G.sin +Pj +P )h g  Pm .hm Z2  (2 - 8) L 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 G(b  f .rb )  P .hg rồi rút gọn ta có công thức (2 - 7): Z1  L 20