Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 5 - Trường CĐ Công nghệ

Bài giảng Lý thuyết ô tô: Chương 5 Phân bố tải trọng pháp tuyến, khả năng bám và tính ổn định của ô tô, cung cấp cho người học những kiến thức như: Phân bố tải trọng và khả năng bám của ô tô; tính ổn định của ô tô. Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ CHƯƠNG PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN, KHẢ NĂNG BÁM VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ  5.1 PHÂN BỐ TẢI TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG BÁM CỦA Ô TÔ:  5.1.1 Xác định phản lực thẳng góc đường tác dụng lên bánh xe mặt phẳng dọc:  Như biết: Tính ổn định ô tô phụ thuộc vào phân bố tải trọng lên cầu khả bám bánh xe với mặt đường  Trong khả bám lại phụ thuộc vào phản lực thẳng góc đường tác dụng bánh xe hệ số bám bánh xe với mặt đường BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Khi xe chuyển động, phản lực thẳng góc tác dụng lên bánh xe thay đổi tuỳ thuộc vào trạng thái điều kiện chuyển động Giá trị phản lực có ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu kỹ thuật ô tô như: khả kéo bám, chất lượng phanh, tính ổn định tuổi thọ chi tiết Bởi vậy, xác định phản lực trường hợp cụ thể sau:  5.1.1.1 Trường hợp chuyển động tổng quát: Xét ô tô chuyển động lên dốc không ổn định có kéo rơmóc BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Hình 5.1: Sơ đồ lực mômen tác dụng lên ôtô chuyển động lên dốc BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Trên hình 5.1 trình bày sơ đồ lực mômen tác dụng lên ôtô chuyển động tăng tốc dốc Ý nghóa ký hiệu hình vẽ sau: G – Trọng lượng toàn ôtô Pk – Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động Pf1 – Lực cản lăn bánh xe cầu trước Pf2 – Lực cản lăn bánh xe cầu sau P𝜔 – Lực cản không khí Pi – Lực cản lên dốc Pj – Lực cản quán tính xe chuyển động không ổn định có gia tốc) Pm – Lực cản móc kéo Mf1 – Mômen cản lăn bánh xe cầu trước Mf2 – Mômen cản lăn bánh xe cầu sau BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ 𝛼– Góc dốc mặt đường f – Hệ số cản lăn rb –Bán kính tính toán bánh xe hg– Tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao hm– Khoảng cách từ điểm đặt lực kéo móc đến mặt đường L – Chiều dài sở ô tô lm – Khoảng cách từ tâm bánh xe sau đến điểm đặt lực kéo móc Z1, Z2 – Phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước câu sau Mj1, Mj2 – Mômen cản quán tính bánh xe, thông thường trị số nhỏ nên bỏ qua BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ Qua việc lấy mômen điểm O2, O1 (O1, O2 giao điểm mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục bánh xe cầu trước, cầu sau) rút gọn ta được: Gcosα ( b - frb ) - (Gsinα + Pj + Pω )h g - Pm h m Z1 = L Gcosα ( a + frb ) + (Gsinα + Pj + Pω )h g + Pm h m Z2 = L BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  5.1.1.2 Trường hợp xe chuyển động ổn định đường nằm ngang, không kéo rơmóc: Trong trường hợp thì: Xe chuyển động ổn định nên Pj = 0; không kéo rơmóc nên Pm = 0, xe chuyển động đường = nên Pi = Gsin = Hình 5.2: Sơ đồ mômen lực tác dụng lên ô tô chuyển động đường nằm ngang BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Để xác định lực Z1k, Z2k ta lập phương trình mômen điểm O2 O1 rút gọn, ta được: G(b - frb ) - Pω h g   Z1k = L  G(a + frb ) + Pω h g  Z2k =  L  5.1.1.3 Trường hợp xe phanh đường nằm ngang, không kéo rơmóc: Hình 5.3: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô phanh đường nằm ngang, khơng kéo rơ moc  BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Trong trường hợp ta coi lực cản không khí ,mômen cản lăn Mf 0, lực quán tính chiều chuyển động xe Tương tự ta xác định Z1p Z2p thông qua việc lấy mômen điểm O2 O1, rút gọn ta được: Z1p = Z2p = Gb + Pj h g L Ga - Pj h g L      5.1.1.4 Trường hợp xe đứng yên đường nằm ngang, không kéo rơmóc:  Trong trường hợp ba lực tác dụng lên xe: Trọng lượng toàn xe G phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe cầu trước cầu sau trạng thái tónh Z1t Z2t  BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Hình 5.4: Sơ đồ lực tác dụng lên xe đứng yên Z1t Z2t xác định cách lấy mômen điểm O2 O1: Gb Ga Z1t = ; Z2t = L L BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Hình 5.7: Sơ đồ lực mômen tác dụng lên ô tô chuyển động thẳng đường nghiêng ngang BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Trong đó: Y’ , Y” - Các phản lực ngang tác dụng lên bánh xe bên phải bên trái - Góc nghiêng ngang đường Z’ , Z” - Các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe bên phải bên trái Mjn - Mômen lực quán tính tiếp tuyến tác dụng mặt phẳng ngang ô tô chuyển động không ổn định * Xét ổn định theo điều kiện trượt:  Khi chất lượng bám bánh xe với đường xe có xu hướng trượt chuyển động đường nghiêng ngang  Để xác định góc giới hạn xe bị trượt, ta lập phương trình hình chiếu lực lên mặt phẳng song song với mặt đường : BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ Gsin𝛽𝜑 = Y’ + Y” = 𝜑𝑦 (Z’+ Z”) =𝜑𝑦𝐺𝑐𝑜𝑠𝛽𝜑 (5.40)  Trong đó: 𝛽𝜑 - Góc dốc giới hạn mà ô tô bị trượt 𝜑𝑦 - Hệ số bám ngang bánh xe mặt đường  Rút gọn biểu thức (5.40) ta được: tg𝛽𝜑 = 𝜑𝑦  Để đảm bảo an toàn xe phải bị trượt trước lật đổ, nghóa là: tg𝛽𝜑 < tg𝛽đ hay c 𝜑𝑦 < 2h g  Khi ô tô đứng yên đường nghiêng ngang, ta xác định góc nghiêng giới hạn mà xe bị lật đổ bị trượt BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Ở trường hợp này, ô tô chịu tác dụng trọng lượng Phương pháp xác định tương tự phần trên, ta có góc giới hạn mà xe bị lật đổ: c tg𝛽t = 2h g  Cũng tương tự ta có góc giới hạn mà xe bị trượt là: tg𝛽𝑡𝜑 = 𝜑𝑦  Điều kiện để xe trượt trước lật đổ là: tg𝛽𝑡𝜑 < tg𝛽𝑡 hay φ y < c 2h g BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  5.2.2.2 Tính ổn định ngang ô tô chuyển động quay vòng đường nghiêng ngang:  5.2.2.2.1 Xét ổn định theo điều kiện lật đổ:  Trường hợp ô tô quay vòng đường nghiêng ngang ( hướng nghiêng ngang đường trục quay vòng xe hai phía đường):  Trong trường hợp ô tô chịu tác dụng lực sau: Lực ly tâm Pl, trọng lượng toàn ô tô G, lực kéo móc Pm (nếu có kéo rơmóc)  Khi góc 𝛽 tăng dần đồng thời tác dụng lực ly tâm Pl, xe bị lật đổ quanh trục qua A ( trục giao tuyến mặt phẳng đường với mặt phẳng qua hai tâm bánh xe bên phải vuông góc với mặt đường ), lúc vận tốc ô tô đạt tới giá trị giới hạn hợp lực Z” = BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Sử dụng công thức (5.12) thay trị số lực ly tâm công thức rút gọn, ta được:  c  c G( cos   h sin  )  P (h cos   sin  ) gR  ñ g ñ m m ñ ñ   v2n   c G(hg cos ñ  sin ñ ) Gv 2n Pl = gR vaøo (5.45) Hình 5.8 Sơ đồ mô men và lực tác dụng lên ô tô quay vòng đường ngiêng ngang ngoài BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Trường hợp ô tô không kéo rơmóc Pm = 0, ta xác định vận tốc giới hạn ( hay gọi vận tốc nguy hiểm ) xe bị lật sau: c ( cos ñ  h g sin ñ )gR v  c h g cos ñ  sin ñ 2 n  Rút gọn ta được:  c gR( cos ñ  h g sin ñ ) c h g cos ñ  sin ñ gR(  c  tgñ ) 2h g c 1 tgđ 2h g (5.46) hay (5.47) BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Trong đó: 𝛽đ – Góc dốc giới hạn xe quay vòng bị lật đổ R – Bán kính quay vòng xe v – Vận tốc chuyển động quay vòng, m/s – Vận tốc giới hạn (hay vận tốc nguy hiểm)  Trường hợp ô tô quay vòng đường nghiêng ngang vào ( hướng nghiêng đường phía với trục quay vòng ): Hình 5.9: Sơ đồ mômen lực tác dụng lên xe quay vòng đường nghiêng vào BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục qua A nằm mặt phẳng mặt đường c c M = G cosβ + Gh sinβ  Z"c  P h cosβ + P sinβ =  iA g l g l  Khi vận tốc ô tô tăng tới giá trị giới hạn ô tô lật đổ Lúc đó, bánh xe phía bên trái không tiếp xúc với mặt đường nữa, nên :  Sau rút gọn ta được: gR(  c  tgñ ) 2h g 1 (5.48) c tgđ 2h g  Trường hợp ô tô quay vòng đường nằm ngang vận tốc giới hạn xe bị lật đổ là: c v n  Rg (5.49) 2h g BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Sơ đồ biểu diễn trạng thái chuyển động quay vòng đường nằm ngang hình 5.10 Hình 5.10: Sơ đồ mômen lực tác dụng lên ô tô quay vòng đường nằm ngang BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  5.2.2.2.2 Xét ổn định theo điều kiện trượt bên:  Khi quay vòng đường nghiêng ngang ô tô bị trượt bên tác dụng thành phần lực Gsin𝛽 Plcos𝛽 ( điều kiện bám ngang xe đường không đảm bảo)  Trường hợp ô tô quay vòng đường nghiêng ngang ngoài:  Khi vận tốc ô tô đạt tới giá trị giới hạn v𝜑 ô tô bắt đầu trượt ngang, lúc phản lực ngang lực bám Y’ + Y” = ( Z’ + Z” ) (5.50)  Chiếu lực lên phương song song với mặt đường phương vuông góc với mặt đường, ta được:  Y’ + Y” = P1cos𝛽𝜑 + Gsin 𝛽𝜑  (5.51)  Z’ + Z” = Gcos 𝛽𝜑 - Pl sin 𝛽𝜑    Thế giá trị biểu thức (5.51) vào (5.50) rút gọn ta được: φ v = Rg(φ y cosβ φ - sinβφ ) φ ysinβφ + cosβ φ  vφ  Rg φ y - tgβφ + φ y tgβφ (5.52) BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ  Trường hợp xe quay vòng đường nghiêng ngang vào trong:  Để xác định vận tốc giới hạn mà ô tô bắt đầu trượt bên ta làm tương tự chiếu lực lên phương song song với mặt đường phương vuông góc mặt đường ta được: Pcosβ l φ  Gsinβφ = Y' + Y" = φ y (Z' + Z") = φ y (Gcosβφ + Psinβ l φ)  Rút gọn biểu thức ta được: vφ  Rg φ y + tgβφ  φ y tgβφ (5.53)  Trường hợp ô tô quay vòng đường nằm ngang vận tốc giới hạn ô tô bị trượt bên là: vφ = gRφ y (5.54)  Ở đây: 𝛽𝜑 - Góc nghiêng ngang giới hạn đường ứng với vận tốc giới hạn 𝜑𝑦- Hệ số bám ngang đường bánh xe BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ * Nhận xét:  Góc nghiêng ngang giới hạn vận tốc nguy hiểm mà ô tô bị lật đổ bị trượt bên chuyển động đường nghiêng ngang phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm, bán kính quay vòng hệ số bám ngang bánh xe với đường  Ngoài xe chuyển động bị ổn định ngang ảnh hưởng yếu tố khác lực gió ngang, đường mấp mô phanh đường trơn  Tính ổn định ô tô quay vòng mặt đường nghiêng vào tốt so với quay vòng mặt đường nằm ngang nghiêng trục quay vòng  Sau để hiểu rõ ảnh hưởng lực gió ngang, ta nghiên cứu trường hợp bánh xe chủ động lăn chịu lực gió ngang Py  Bánh xe lăn chịu tác dụng mômen lực: Mk, Gb, Px, Py phản lực Zb , Yb  Theo hình 5.11: R hợp lực lực kéo tiếp tuyến Pk lực Yb ( phản lực ngang Yb lực ngang Py gây ) BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Hợp lực R có điểm đặt điểm tiếp xúc bánh xe đường xác định theo công thức: R= Pk2 + Yb2 (5.55) Hình 5.11: Sơ đồ mômen lực tác dụng lên bánh xe chủ động có lực ngang tác dụng BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ – KHOA CƠ KHÍ Theo điều kiện bám R = Rmax = 𝜑Gb phản lực ngang Yb tính sau, ta thay R = Rmax = 𝜑Gb vào (5.55): Yb = R max - Pk2 = (φG b )2 - Pk2 (5.56) * Nhận xét:  Nếu Pk = ( lực phanh Pp = ) Yb = Ybmax  Nếu lực kéo Pk lớn Yb nhỏ  Khi Pk lực phanh Pp đạt đến giới hạn lực bám Yb = Lúc cần lực ngang nhỏ tác dụng lên bánh xe bắt đầu trượt  Sự trượt dẫn đến tượng quay vòng thiếu ( bánh xe cầu trước bị trượt) tượng quay vòng thừa ( bánh xe cầu sau bị trượt )  Hiện tượng quay vòng thừa nguy hiểm trình chuyển động có lực ngang tác dụng ( xem thêm chương “ Quay vòng ô tô hệ thống lái ” ) ... Pl = gR vaøo (5. 45) Hình 5. 8 Sơ ? ?ô? ? mô men và lực tác dụng lên ô tô quay vòng đường ngiêng ngang ngoài BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Trường hợp ô tô không kéo rơmóc Pm... 5. 1.1.3 Trường hợp xe phanh đường nằm ngang, không kéo rơmóc: Hình 5. 3: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô phanh đường nằm ngang, khơng kéo rơ moc  BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  Trong trường. .. lực kéo móc đến điểm O2 (xem hình 5. 1) BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ – KHOA CƠ KHÍ  5. 1.2.2 .Trường hợp xe đứng yên dốc nghiêng ngang, không kéo rơmóc: ● Trong trường hợp lực ly tâm Pl = lực kéo