Giáo trình lý thuyết ô tô trung cấp

TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG KHOA ĐỘNG LỰC BỘ MÔN GẦM ƠTƠ ************* GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ƠTƠ (HỆ TCCN) BIÊN SOẠN : KS NGUYỄN HỮU MẠNH ( Lưu hành nội ) TP HỒ CHÍ MINH, 04 / 2014 LỜI NĨI ĐẦU Tập giảng mơn học "Lý thuyết ô tô" biên soạn cho hệ TCCN Trường CĐKT Lý Tự Trọng Nội dung sách đề cập đến vấn đề Lý thuyết ô tô Dĩ nhiên Lý thuyết ô tô cịn nhiều vấn đề vấn đề có tính chất chun sâu chưa đưa vào đây, giành để giảng dạy bậc cao đẳng, đại học Để học viên hệ TCCN tiếp cận được, chúng tơi có xếp lại số nội dung đặt vấn đề cho dễ hiểu Hy vọng sau thời gian giảng dạy, dựa khả tiếp thu học viên yêu cầu kiến thức chuyên môn học viên hệ TCCN, điều chỉnh để có giáo án phù hợp Chúng mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, học viên bạn đọc gần xa nội dung hình thức sách Xin chân thành cám ơn TÁC GIẢ MỤC LỤC CHƯƠNG I XE VÀ BÁNH XE .4 1.1 XE VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Thuật ngữ Ô TÔ .4 1.1.2 Xe 1.1.3 Xe tự hành 1.2 BÁNH XE 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Lốp xe 11 1.2.3 Bán kính bánh xe: 13 1.2.4 Cản lăn hệ số cản lăn 14 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cản lăn 15 1.2.6 Bánh xe chủ động lực kéo tiếp tuyến 16 1.2.7 Sự trượt bánh xe .17 1.2.8 Khả bám bánh xe hệ số bám .19 CHƯƠNG II CÁC LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 22 2.1 LỰC VÀ MÔ MEN CHỦ ĐỘNG: 22 2.1.1 Nguồn động lực ôtô : .22 2.1.2 Hệ thống truyền lực .23 2.1.3 Mô men xoắn bánh xe chủ động Mk lực kéo tiếp tuyến Pk .24 2.2 CÁC LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG 25 2.2.1 Lực cản lăn 26 2.2.2 Lực cản dốc .27 2.2.3 Lực cản khơng khí 28 2.2.4 Lực cản quán tính 29 2.2.5 Lực cản mooc kéo 30 2.2.6 Điều kiện chuyển động xe 31 2.3 Phản lực từ mặt đường .31 2.3.1 Xe đứng yên đường 31 2.3.2 Xe chuyển động thẳng đường 32 CHƯƠNG III TÍNH TỐN SỨC KÉO Ơ TƠ 37 3.1 KHÁI NIỆM 37 3.2 SƠ LƯỢC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI CỦA ĐỘNG CƠ 37 3.3 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Ô TÔ .39 3.3.1 Phương trình cân cơng suất 39 3.3.2 Đồ thị cân công suất: 40 3.4 CÂN BẰNG LỰC KÉO Ô TÔ 40 3.4.1 Phương trình cân lực kéo: 40 3.4.2 Đồ thị cân lực kéo: 41 CHƯƠNG IV SỰ PHANH Ô TÔ 42 4.1 MỞ ĐẦU: 42 4.1.1 Khái niệm phanh 42 4.1.2 Hệ thống phanh 44 4.2 LỰC PHANH VÀ MÔ MEN PHANH 44 CHƯƠNG V TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ơ TƠ 52 5.1 MỞ ĐẦU: 52 5.1.1 Các phương pháp quay vòng 52 5.1.2 Hệ thống lái 54 5.1.3 Tính điều khiển ô tô: 55 5.2 ĐỘNG HỌC QUAY VÒNG 56 5.2.1 Bánh xe không biến dạng 56 5.2.2 Bánh xe đàn hồi 56 5.2 CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VÒNG 60 5.3.1 Quay vòng đủ 60 5.3.2 Quay vòng thiếu 61 5.3.3 Quay vòng thừa 62 CHƯƠNG VI TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA Ơ TƠ 65 6.1 KHÁI NIỆM .65 6.2 THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA XE 65 6.2.1 Khoảng sáng gầm xe .65 6.2.2 Bán kính động dọc ngang 66 6.2.3 Góc động trước α1 góc động sau α2 66 6.2.4 Bán kính bánh xe 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 CHƯƠNG I XE VÀ BÁNH XE 1.1 XE VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Thuật ngữ ÔTÔ Đối tượng nghiên cứu tơ (hình 1.1) Tiếng Anh thuật ngữ “automobile”, từ ghép gồm phần: “auto” “mobile” ghép vào có nghĩa “tự di chuyển” hay “tự hành” Tiếng Nga từ “автомобиль” ghép từ “авто” “мобиль” có nghĩa “tự di chuyển” Hình 1.1 Ơ tơ - Đối tượng nghiên cứu Thực từ “ô tô” tiếng Việt xuất xứ từ đâu Tuy nhiên TCVN – 1779-76 (năm 1976) định nghĩa thuật ngữ tơ sau: Xe tự chạy có động cơ, có bánh phối hợp bánh với xích dùng để vận chuyển chủ yếu đường Xe tự chạy tức phải có động làm nguồn động lực Mà ta biết động nước đời năm 1964 Jem Wat người Anh sáng chế Theo nhiều tài liệu tơ đời năm 1769 Junio người Pháp sáng chế có nghĩa năm sau động nước đời Cũng có tài liệu tiếng Nga nói tơ đời vào năm 1766 Pơlzunơp (Пользунов) sáng chế Ơ tơ thời kỳ dĩ nhiên lắp động nước - loại động đốt ngồi (xem hình 1.9) 1.1.2 Xe Hình 1.2 Các hình thức vận chuyển thời cổ xưa Tiếng Việt có từ XE để phương tiện vận chuyển chung Hiện xe đời từ lúc Chúng ta biết từ thời thượng cổ loài người có nhu cầu vận chuyển Thoạt đầu mang, vác, đội, kéo lê, khênh, kiệu, (hình 1.2) Một số hình thức cịn tồn đến ngày Từ chỗ kéo lê, người biết chế tạo loại xe trượt (hình 1.3) Nó có dạng thùng kê khúc gỗ tròn đặt theo chiều dọc súc vật kéo Khi chưa có bánh xe, xe cịn đời trước bánh xe Hình 1.3 Một loại xe trượt từ thời cổ xưa Dù thô sơ bước tiến quan trọng phát triển xã hội loài người Phương tiện thô sơ giúp người tăng đáng kể suất lao động mức sống lồi người nhờ mà tăng lên Hình 1.4 Hình 1.5 Di chuyển vật nặng cách lăn gỗ tròn Bánh xe đơn giản thời cổ xưa Xe trượt cải thiện đáng kể suất lao động cho người, ma sát xe mặt đất ma sát trượt cần lực kéo lớn Trong q trình tiến hố, thơng qua lao động, đến lúc người phát điều (mà biết): Lăn vật tròn nhẹ kéo (Ngày biết ma sát lăn nhỏ ma sát trượt) Rồi người biết sử dụng phát vào việc di chuyển vật nặng cách đặt vật nặng khúc gỗ trịn (hình 1.4) Cách vận chuyển tồn ngày Bánh xe xe có bánh Từ phát mà đến thời điểm đó, bánh xe đời (hình 1.5) Một số nhà nghiên cứu cho mốc quan trọng q trình phát triển xã hội lồi người Khi có bánh xe, người ta thay trượt xe kéo bánh xe, xe có bánh đời (hình 1.6) Xe có bánh nói chung phải hoạt động đường địa hình tương đối phẳng Khi chưa phát minh động cơ, xe có bánh phải người súc vật kéo, người súc vật nguồn động lực xe Gọi lực kéo (hoặc Hình 1.6 Xe có bánh đẩy) người súc vật sinh Pk; lực cản lại chuyển động Pc Ta có điều kiện chuyển động: Pk ≥ Pc = fG (1.1) Trong f hệ số cản bánh xe mặt đường lăn Sự làm việc bánh xe (hình 1.7): Lực kéo Pk người súc vật sinh thông qua khung xe tạo thành lực Pb tác dụng lên trục bánh xe Lực tạo nên mô men Mb = Pbrb Mô men Mb làm cho bánh xe quay xe chuyển động 1.1.3 Xe tự hành Năm 1764 đánh dấu bước ngoặt lịch sử tiến hóa lồi người phát minh động nước nhà khoa học Anh Jem Wat Có câu chuyện kể rằng: Từ lúc cịn nhỏ, Jem Wat ngồi bên bếp lửa, nhìn ấm nước đun sơi, ơng nhận thấy nước có sức mạnh: chúng đẩy nắp vung ấm nước lên Từ quan sát ơng suy nghĩ sức mạnh nước cuối phát minh động nước Hình 1.7 Sự làm việc bánh xe Hơi nước đun từ nồi (supze), sau đưa vào xi lanh, đẩy pittơng chuyển động (tịnh tiến) Cơ cấu trục khuỷu truyền nối với pittông biến chuyển động tịnh tiến pittông thành chuyển động quay trục khuỷu Phát minh thúc đẩy cách mạng công nghiệp đưa lồi người từ văn minh nơng nghiệp bước sang văn minh cơng nghiệp Hình 1.8 Xe tự hành (ô tô) với nguồn động lực động nước Ngày Anh, mộ Jem Wat người ta ghi: NGƯỜI ĐÃ NHÂN LÊN GẤP BỘI SỨC MẠNH CỦA CON NGƯỜI Động nước dùng để chạy máy dệt, máy xay bột,… (đã có trước chạy sức gió, nước) hàng loạt máy khác trước đời thiếu nguồn động lực đời Khi có động cơ, người ta người ta nghĩ đến chuyện lắp động lên xe có bánh Trên xe có động cơ, trục động nối với trục bánh xe động làm việc (quay) bánh xe quay, xe chuyển động mà không cần người (hoặc súc vật) kéo Xe tự hành (automobile) – ô tơ đời (hình 1.8) Như nói trên, có tài liệu cho tô sáng chế vào năm 1769 Khi bánh xe xe tự hành làm việc sau: Nguồn động lực (động nước) làm việc sinh mô men Me, mômen Me truyền đến bánh xe làm bánh xe quay Khi quay bánh xe tác dụng vào mặt đường lực P Mặt đường tác dụng lại vào bánh xe lực Pk ngược chiều với P giá trị Pk = P Chính lực Pk lực đẩy vào xe làm cho xe chuyển động: Lực Pk thông qua bánh xe trục bánh xe đẩy vào khung xe lực Pb Như theo phương ngang, Hình 1.9 bánh xe xe tự hành chịu tác dụng lực từ đường Pk lực từ khung Pb (hình 1.9) Sự làm việc bánh xe tự hành Tuy nhiên xe tự hành khơng phải tất bánh xe có mơ men từ động truyền đến Cũng có bánh xe khơng có mơ men truyền đến từ động Những bánh xe gọi bánh xe bị động chúng hoạt động bánh xe xe khơng có động Các bánh xe có mơ men từ động truyền xuống gọi bánh xe chủ động Động nước có vai trò lịch sử to lớn có nhược điểm quan trọng Đó hiệu suất thấp (3 ÷ %) Mặt khác kích thước trọng lượng động nước lớn Nếu động nước mà cịn tồn đến ngày vấn đề ô nhiễm đặt Lồi người lại tiếp tục tìm kiếm nguồn động lực Và năm 1877 hai nhà sáng chế: Ốt tô Langhen sáng chế động đốt chạy nhiên Hình 1.10 Động đốt chạy xăng Ơttơ Langhen Khi lái xe, người lái điều khiển bánh xe dẫn hướng cách tác động vào vô lăng Mô men từ vô lăng qua trục lái đến cấu lái tăng lên qua cấu lái Sau thơng qua chi tiết 5, 6, truyền đến bánh xe phía vơ lăng qua hình thang lái đến bánh xe cịn lại Gọi αv góc quay vơ lăng, α góc quay bánh xe dẫn hướng, ic tỉ số truyền cấu lái Ta có: αv = α.ic (5.1) Ở ta bỏ qua tỉ số truyền dẫn động lái thực tế thiết kế người ta cố gắng bố trí cho tỉ số truyền dẫn động lái xấp xỉ 5.1.3 Tính điều khiển tơ: Ở tính điều khiển ô tô hiểu phản ứng xe tác động người lái vào hệ thống lái (cụ thể vô lăng) tác động mơi trường (như gió, đường nghiêng, …) tơ chuyển động điều kiện định (ví dụ v = const) Khi khảo sát quỹ đạo chuyển động tơ ta thay tác động người lái hàm góc quay vơ lăng Khi nói đến tính điều khiển xe, người ta thường đề cập đến vấn đề: - Điều khiển xe theo hướng mong muốn, - Ổn định hướng chuyển động chống lại tác động bên ngồi (như gió, đường,…) Ơ tơ hệ nhiều vật Tuy nhiên khảo sát quay vòng xe, tạm thời ta coi xe vật, biến dạng hệ thống treo tạm thời bỏ qua Hệ tọa độ Txyz gắn vào xe, T trọng tâm xe; Ox0y0z0 hệ tọa độ cố định (gắn với đường) (hình 5.5) Khi có nhu cầu chuyển hướng, người lái tác động vào xe thông qua hệ thống lái vô lăng với thông số tác động αv Thông qua hệ thống lái, bánh xe dẫn hướng quay góc α Các góc αv α quan hệ với theo biểu thức 5.1 Khi xe chuyển hướng (quay vịng) làm xuất góc quay thân xe ε (hình 5.5) 55 Hình 5.5 5.2 ĐỘNG HỌC QUAY VỊNG 5.2.1 Bánh xe khơng biến dạng Các bánh xe sử dụng ô tô bánh xe đàn hồi (bánh cao su) Khi quay vòng xuất lực ngang (lực li tâm) Lực ngang làm biến dạng lốp theo chiều ngang Tuy nhiên để dễ tiếp cận ta xét trường hợp bánh xe khơng đàn hồi có nghĩa bánh xe khơng bị biến dạng Trên thực tế xe quay vòng vận tốc chuyển động thấp, ta bỏ qua lực li tâm coi bánh xe không biến dạng theo chiều ngang Trong số tài liệu người ta gọi trạng thái quay vòng quay vịng hình học, quay vịng Ackerman hay quay vịng khơng trượt Xét trường hợp xe quay vịng cách thay đổi hướng chuyển động bánh xe trước Để bánh xe quay vịng khơng bị cưỡng lẫn bánh xe phải quay quanh tâm nghĩa trục quay bánh xe phải cắt điểm Do bánh sau khơng đổi hướng, trục cố định tâm quay phải nằm đường trục bánh xe sau (hình 5.1) Giả sử trục quay bánh xe cắt tâm quay O Khi bánh trước phía ngồi quay góc α1 bánh phía quay góc α2, Từ hình 5.1 ta có: cot g  Khi đó: m m R ; cot g  2 L L R cot g  cot g  m L (5.2) (5.3) Trong L chiều dài sở xe, m khoảng cách trụ đứng Biểu thức 5.3 gọi điều kiện quay vòng lý tưởng, tức quay vòng bánh xe dẫn hướng quay góc α1 α2 thoả mãn biểu thức 5.3 bánh xe khơng bị trượt cưỡng lẫn Công thức thiết lập sở giả thiết bánh xe không biến dạng sử dụng thiết kế dẫn động lái Trên thực tế khó có cấu khí nối bánh xe dẫn hướng thỏa mãn điều kiện Do người ta thường chọn cấu đáp ứng gần biểu thức 5.3 Sai số khắc phục biến dạng lốp Hình thang lái hình 5.4 cấu khâu đáp ứng gần biểu thức 5.3 Chi tiết vấn đề đề cập giáo trình “Thiết kế tơ” 5.2.2 Bánh xe đàn hồi a Biến dạng bánh xe đàn hồi chịu lực ngang Trên thực tế bánh xe ô tơ bánh xe đàn hồi, có nghĩa có lực tác dụng, bánh xe bị biến dạng Khi chuyển động trường hợp quay vòng, mặt đường nghiêng, có gió ngang, …sẽ xuất lực ngang tác dụng vào ô tô làm bánh xe biến dạng (hình 5.6) Giả sử có lực ngang Y, lốp biến dạng 56 hướng di chuyển lốp lệch góc δ Góc δ phụ thuộc lực ngang Y Sự phụ thuộc δ vào lực ngang Y thể hình 5.7 Y = CLδ (5.4) Trong CL hệ số cản lệch bên lốp (có thể hiểu độ cứng lốp theo phương ngang) Hình 5.6 Hình 5.7 Biến dạng lốp có lực ngang tác dụng Quan hệ lực ngang biến dạng ngang Trên hình vẽ (hình 5.7) đoạn OA: lốp biến dạng đàn hồi, biến dạng tuyến tính với lực tác dụng (lực ngang Y); đoạn AB: bánh xe bị trượt ngang (φn hệ số bám ngang; Zb phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe) Một số tài liệu cho lốp biến dạng đàn hồi δ ≤ 40 Còn độ cứng lốp nằm giới hạn sau: Xe du lịch: CL = 250 ÷ 750 N/độ Xe tải: CL = 1150 ÷ 1650 N/độ (5.5) Khi lốp bị biến dạng ngang, hướng chuyển động lốp bị lệch làm cho tâm quay tức thời xe khơng cịn nằm trục sau (hình 5.8) Các bánh trước bị lệch hướng chuyển động góc δ’1 δ”1 (trung bình δ1), tương tự bánh sau bị lệch hướng chuyển động góc δ’2 δ”2 (trung bình δ2) Khi tâm quay vịng O có vị trí hình vẽ (hình 5.8) Như thực tế quay vòng, lực ngang xuất làm biến dạng lốp Sự biến dạng lốp ảnh hưởng đến động học quay vòng, lúc tùy theo giá trị góc lệch δ mà có trạng thái quay vịng khác 57 Hình 5.8 Quay vịng xe lốp có biến dạng ngang b Động học quay vịng xe có bánh xe đàn hồi Khi quay vịng, có lực ngang tác dụng, bánh xe bị biến dạng lệch hướng chuyển động hình 5.8 Giá trị góc lệch phụ thuộc giá trị lực ngang, độ cứng lốp theo công thức 5.4 Các góc lệch thể hình 5.8 Khi đường vng góc với hướng chuyển động bánh xe khơng gặp tâm quay vịng O hình vẽ Khi việc khảo sát quay vòng xe khó khăn Vì để việc khảo sát có tính khả thi, người ta coi bánh trước có góc lệch trung bình δ1, bánh sau có góc lệch trung bình δ2 Khi mơ hình quay vịng thể hình 5.8 đơn giản hóa thành mơ hình dãy (hình 5.9) Xét tơ quay vịng hình 5.9 Khi quay vịng, đặc biệt quay vòng với vận tốc xe cao, góc lệch δ1, δ2 góc quay bánh xe dẫn hướng α có giá trị nhỏ Mặt khác bán kính quay vịng R lớn nhiều so với chiều dài sở L (R>>L) Khi ta coi rằng: ABˆ O  Theo quan hệ hình học: L R   BOˆ C ;     COˆ A 58       AOˆ B  Ta có: Plt  m L R →  L  1   R (5.6) V2 R (5.7) Trong đó: m: khối lượng xe, V: vận tốc tính tiến xe Vì góc δ2, δ2 α nhỏ nên coi: Mà Y1  Plt b V2 b GV2 b m  L R L g R L (5.8) Y2  Plt a V2 a GV2 a m  L R L g R L (5.9) Gb  G1 ; L Ga  G2 ; L Trong G1, G2 trọng lượng xe phân lên cầu trước cầu sau Hình 5.9 Mơ hình quay vịng dãy 59 Cho nên: Y1  G1 V g R Y2  G2 V g R (5.10) Theo biểu thức (5.4) ta có: 1  Y1 G V2  C L1 g C L1 R 2  Y2 G V2  CL2 g CL2 R (5.11) Thay (5.11) vào cơng thức (5.6) ta có:  GV2 G V L G1V L G        R gC L1 R gC L R R  C L1 C L  gR Trong đó: (5.12)  L V2 K R gR (5.13) K G1 G  C L1 C L (5.14) Được gọi hệ số quay vịng Cơng thức 5.13 biểu diễn mối quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng thơng số quay vịng xe bán kính quay vòng R, vận tốc xe V, biến dạng lốp (thông qua hệ số K) Giá trị hệ số K định trạng thái quay vòng xe Khi K = (khi δ1 = δ2) xe có trạng thái quay vòng đủ, Khi K > (khi δ1 > δ2) xe có trạng thái quay vịng thiếu, Khi K < (khi δ1 < δ2) xe có trạng thái quay vịng thừa, Ta khảo sát đặc điểm trạng thái quay vòng 5.2 CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VỊNG 5.3.1 Quay vịng đủ Khi hệ số quay vòng K = 0, tức góc lệch bánh xe trước sau nhau: tức: δ1 = δ2 G1 G  C L1 C L (5.15) Khi bán kính quay vịng R phụ thuộc góc quay bánh xe dẫn hướng α mà không phụ thuộc vào vận tốc tịnh tiến xe Khi đó:  L R (5.16) Trên hình 5.10 thể quan hệ góc quay bánh dẫn hướng vận tốc xe trường hợp chiều dài sở xe L = 3m, bán kính quay vòng xe R = 30 m = const 60 Khi K = 0, giá trị góc α theo cơng thức 5.16 khơng đổi, hình 5.10, đường biểu diễn α đường nằm ngang Người ta gọi trạng thái trạng thái quay vòng đủ Khi quay vịng đủ, bán kính quay vịng khơng đổi ta giữ ngun góc quay vơ lăng, nói cách khác ta giữ ngun góc quay vơ lăng xe chuyển động cung trịn có bán kính khơng đổi (hình 5.11) Ở điều kiện quay vịng đủ K = 0, xe chuyển động thẳng có lực ngang Y tác dụng (ví dụ gió, đường nghiêng, ) bánh xe bị biến dạng với góc (điều kiện 5.15), xe bị lệch hướng quỹ đạo xe đường thẳng (hình 5.12) 5.3.2 Quay vòng thiếu Khi hệ số quay vòng K > 0, tức góc lệch bánh xe trước lớn góc lệch bánh xe sau: tức: δ1 > δ2 G1 G  C L1 C L (5.17) Trường hợp góc quay bánh dẫn hướng tăng theo bình phương vận tốc chuyển động xe Người ta gọi trạng thái trạng thái quay vòng thiếu Trên đường đặc tính biểu diễn quan hệ góc quay bánh dẫn hướng vận tốc xe trạng thái quay vòng thiếu thể đường parabol (hình 5.10) Khi xe quay vòng thiếu, vận tốc xe tăng, để giữ cho bán kính quay vịng khơng đổi, góc quay bánh xe dẫn hướng phải tăng, nghĩa người lái phải tăng góc quay vơ lăng Nói cách khác giữ ngun góc quay vơ lăng bán kính quay vịng xe tăng lên (hình 5.11) Ở điều kiện quay vòng thiếu K > 0, xe chuyển động thẳng có lực ngang Y tác dụng (ví dụ gió, đường nghiêng, ) bánh xe bị biến dạng với góc khác (điều kiện 5.17), xe bị lệch hướng quỹ đạo xe theo quy luật hình 5.12 61 Hình 5.10 Quan hệ vận tốc xe góc quay bánh dẫn hướng trạng thái quay vòng Ở trường hợp quay vòng thiếu, cụ thể K = 0,0175 rad (10), vận tốc xe tăng, góc quay bánh dẫn hướng tăng Góc quay bánh dẫn hướng α đạt giá trị 2L/R (gấp đơi trường hợp quay vịng đủ) xe đạt vận tốc V2 V2  gL R (5.18) V2 trường hợp gọi vận tốc đặc trưng (characteristic speed) 5.3.3 Quay vòng thừa Khi hệ số quay vịng K < 0, tức góc lệch bánh xe trước nhỏ góc lệch bánh xe sau: tức: δ1 < δ2 G1 G  C L1 C L (5.19) Trường hợp muốn giữ ngun bán kính quay vịng, góc quay bánh dẫn hướng phải giảm theo vận tốc chuyển động xe Người ta gọi trạng thái trạng thái quay vịng thừa Quan hệ góc quay bánh dẫn hướng vận tốc xe quay vòng thiếu biểu diễn hình 5.10 Khi xe quay vịng thừa, để giữ cho bán kính quay vịng khơng đổi, người lái phải giảm góc quay vơ lăng Nói cách khác giữ ngun góc quay vơ lăng bán kính quay vịng xe giảm xuống (hình 5.11) Ở điều kiện quay vòng thừa K < 0, xe chuyển động thẳng có lực ngang Y tác dụng (ví dụ gió, đường nghiêng, ) bánh xe bị biến dạng với góc khác (điều kiện 5.19), xe bị lệch hướng quỹ đạo xe theo quy luật hình 5.12 Khi xe quay vòng thừa, cụ thể K = -0.035 rad (-20), vận tốc xe tăng, để giữ cho bán kính quay vịng khơng đổi, góc quay bánh xe dẫn hướng phải giảm Khi xe đạt vận tốc V1 góc quay bánh dẫn hướng khơng (về vị trí trung gian) 62 Hình 5.11 Quỹ đạo quay vịng xe trạng thái quay vòng V1  gL R (5.20) V1 trường hợp gọi vận tốc giới hạn (critical speed) Có thể có cách giải thích mang tính định tính sau: Khi xe có trạng thái quay vòng thừa thiếu, lệch hướng bánh xe tạo “quay vòng phụ” theo bán kính tạo lực li tâm Chính lực li tâm làm gia tăng làm giảm lệch hướng xe tùy theo trạng thái quay vòng xe Trên hình 5.13 ta thấy giả sử xe quay vịng có lực li tâm P, lực li tâm làm lốp biến dạng Tuy nhiên biến dạng lốp trước sau khơng xảy trường hợp quay vòng thừa quay vòng thiếu Trên hình 5.13.a trường hợp quay vịng thừa (δ1 < δ2), lúc xe xuất thêm quay vịng "phụ" có tâm quay O1 Quay vòng phụ làm xuất lực li tâm phụ Pp chiều với P làm trầm trọng thêm biến dạng lốp gia tăng quay vòng phụ Lúc bán kính quay vịng nhỏ dần góc quay bánh dẫn hướng khơng đổi (giữ nguyên vô lăng) Trường hợp xe thẳng mà có lực ngang P tác dụng xe bị lệch hướng lệch hướng ngày tăng Trên hình 5.13.b trường hợp quay vịng thiếu (δ1 > δ2), lúc xe xuất thêm quay vịng phụ có tâm quay O2 Quay vòng phụ làm xuất lực li tâm phụ Pp ngược chiều với P làm giảm biến dạng lốp, đưa xe trở lại quỹ đạo ban đầu Nếu xe chuyển động thẳng lực Pp đưa xe trở lại quỹ đạo chuyển động thẳng Như trình bày trên, ta thấy đặc tính quay vòng phụ thuộc phân bố trọng lượng lên cầu, độ cứng bên lốp CL 63 Hình 5.12 Quỹ đạo chuyển động xe có lực ngang tác dụng Khi thiết kế người ta cố gắng để phân bố tải trọng lên lốp tương đối Trong trường hợp xe có trạng thái quay vịng đủ Tuy nhiên sử dụng khơng phải lúc đảm bảo điều xảy trạng thái quay vịng thiếu thừa a) b) Hình 5.13 Tâm quay vịng phụ có lực ngang tác dụng Những xe có động đặt trước cầu trước chủ động, chở không đủ tải, trọng lượng phân lên cầu trước lớn xảy tượng quay vòng thiếu Đối với xe tải, thùng chở hàng phía sau, khơng đủ tải tương tự trường hợp trên, đủ tải tải trọng lượng phân lên lốp sau nhiều hơn, xảy tượng quay vòng thừa 64 CHƯƠNG VI TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA Ơ TƠ 6.1 KHÁI NIỆM Tính động tơ hiểu khả chuyển động ô tô điều kiện đường xá khác Khả chuyển động khơng chuyển động mà cịn phải chuyển động linh hoạt, dễ dàng Loại đường xá đề cập chủ yếu nói đến đường xá khó khăn, địa hình phức tạp Người ta cịn dùng tính việt dã tơ để tính động cao ô tô Khi thiết kế ô tô, tùy theo công dụng xe, loại đường mà xe hoạt động mà người ta thiết kế để xe có tính động cao hay thấp Ví dụ: - Xe du lịch; - Xe chở khách thành phố (buýt); - Xe chở khách đường dài (phải qua cầu, phà, ); - Xe tải; - Xe tải làm việc điều kiện đường xá khó khăn (xây dựng, lâm nghiệp, ); Về phía người sử dụng: Tùy theo nhu cầu sử dụng, ý thích cá nhân, người mua chọn loại xe có tính phù hợp Tính động tơ đánh giá dựa nhân tố sau: - Chất lượng lượng kéo – bám: khả kéo, khả bám; - Các thơng số hình học xe; - Các trang bị phụ: tời, 6.2 THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA XE Một số thơng số hình học xe yếu tố đánh giá tính động xe Trên đường phẳng đường cao tốc, đường quốc lộ, thơng số hình học xe ảnh hưởng đến tính động xe Trường hợp điều quan tâm dạng khí động học xe Xe cần phải có dạng khí động học hợp lý cho vừa đảm bảo tính thẩm mỹ vừa có hệ số cản khơng khí nhỏ Tuy nhiên xe đường xấu: nhiều ổ gà, sống trâu, có nhiều cầu, phà, số thơng số hình học xe có ảnh hưởng trực tiếp đến tính động xe Các thơng số hình học là: khoảng sáng gầm xe, bán kính động dọc ngang, góc trước sau, bán kính bánh xe 6.2.1 Khoảng sáng gầm xe Khoảng sáng gầm xe khoảng cách mặt đường điểm thấp gầm xe (hình 7.9) 65 Khoảng sáng gầm xe KS thông số đặc trưng cho chiều cao chướng ngại vật mà xe qua Nếu chiều cao chướng ngại vật lớn khoảng sáng gầm xe xe khơng thể vượt qua Một số thơng số tham khảo: Xe có tính động thấp: Xe du lịch: KS = 175 ÷ 210 mm; xe tải: KS = 175 ÷ 210 mm Xe có tính động cao giá trị tăng lên 20 ÷ 50 mm Đặc biệt có xe có khoảng sáng gầm xe đạt 400 mm 6.2.2 Bán kính động dọc ngang Bán kính động dọc ρ1 ngang ρ2 bán kính vịng trịn tiếp xúc với bánh xe điểm thấp gầm xe mặt phẳng dọc ngang (hình 7.6) Nếu khoảng sáng gầm xe thông số đặc trưng cho chiều cao chướng ngại vật mà xe qua bán kính động đặc trưng cho chiều dài, chiều rộng hình dạng chướng ngại vật mà xe vượt qua Nhìn hình 7.6 chướng ngại vật có đường kính theo chiều dọc nhỏ ρ1 bán kính theo chiều ngang nhỏ ρ2 xe không vượt qua Như bán kính động xe nhỏ tính động cao Bán kính động dọc loại xe 4x2 thường nằm giới hạn sau: xe du lịch: loại nhỏ: 2,5 ÷ 3,4 m; loại trung bình: 3,5 ÷ 5,5 m; loại lớn: 5,5 ÷ 8,5 m; xe tải: loại nhỏ: 2,5 ÷ 3,4 m; loại trung bình: 3,5 ÷ 5,5 m; loại lớn: 5,0 ÷ 6,0 m Hình 7.6 6.2.3 Góc động trước α1 góc động sau α2 (cịn gọi góc trước góc sau) Góc động trước (hoặc sau) góc mặt đường đường thẳng qua điểm thấp phía trước (hoặc sau) tiếp xúc với bánh xe (hình 7.6) Các thông số đặc trưng cho khả xe vượt qua chướng ngại vật lớn đường hào, gò đống, đặc biệt cầu phà 66 Đối với tơ góc thường có giá trị sau: Xe du lịch có tính động thấp: α = 200 ÷ 300; α2 = 150 ÷ 200; Xe tải có tính động thấp: α = 400 ÷ 500; α2 = 200 ÷ 400; Xe có tính động cao: α ≥ 450 ÷ 500; α2 = 350 ÷ 400; 6.2.4 Bán kính bánh xe Bánh xe nơi xe tiếp xúc với chướng ngại vật Bán kính bánh xe thông số quan trọng ảnh hưởng tới khả vượt chướng ngại vật xe Ngoài tùy thuộc bánh xe chủ động hay bị động mà khả vượt chướng ngại vật xe khác Xét bánh xe bị động bán kính rb vượt chướng ngại vật có chiều cao h hình 7.7 Bánh xe tiếp xúc với chướng ngại vật điểm O Điều kiện để bánh xe vượt qua chướng ngại vật là: T(rb – h) ≥ Ga (7.14) Trong G trọng lượng xe phân bố lên bánh xe; T lực tác động từ khung xe Có thể coi rằng: T = Pk (7.15) Pk lực kéo mô men kéo bánh xe chủ động sinh Kết hợp 7.14, 7.1 ta có điều kiện để xe vượt chướng ngại vật: Pk  G Hình 7.7 a rb  h (7.16) Hình 7.8 Nhìn vào cơng thức 7.16 chiều cao h chướng ngại vật lớn, xe khó vượt, h ≥ rb xe khơng thể chuyển động cho dù lực kéo Pk lớn đến Mặt khác ta thấy rb tăng khả vượt chướng ngại vật xe tăng lên 67 Trong trường hợp bánh xe chủ động (hình 7.8): Bản thân bánh xe có mơ men kéo Mk, điều kiện để xe vượt chướng ngại vật: Mk ≥ Ga (7.17) Hay: Pk  G a rb (7.18) So sánh công thức 7.16 7.18 ta thấy chướng ngại vật có hình dạng hình vẽ 7.8 bánh xe chủ động có khả vượt chướng ngại vật tốt bánh xe bị động Tuy nhiên điều nói điều kiện cần ta chưa xét đến khả bám bánh xe điểm O điểm tiếp xúc bánh xe với chướng ngại vật Lực bám bánh xe chủ động điểm O tính sau: Pφ = Rφ (7.19) Kết hợp với công thức 7.17 ta có điều kiện để xe vượt chướng ngại vật: Ga ≤ Mk ≤ Rφrb (7.20) 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng LÝ THUYẾT Ô TÔ MÁY KÉO Nhà xuất bán Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2007 PGS.TS Cao Trọng Hiền, PGS.TS Đào Mạnh Hùng, Lý thuyết ô tô- NXB Giao thông vận tải Nguyễn Khắc Trai, Cơ sở thiết kế ô tô- NXB Giao thông vận tải 69 ... kế ô tô (tức yêu cầu đặt thiết kế ô tô) : - Loại ô tô: Tải; khách: đường dài, đường ngắn; du lịch, - Trọng lượng toàn ô tô G (bao gồm tải trọng Gt tự trọng G0), - Vận tốc cực đại ô tô Vmax, -. .. động lực ô tô phải đảm bảo hoạt động bình thường tơ theo điều kiện thiết kế đặt Do cơng việc quan trọng q trình thiết kế ô tô chọn nguồn động lực lắp lên ô tô Trên tuyệt đại đa số ô tô nguồn động... lăn cứng Trường hợp với đa số ô tô thông thường bánh ô tô bánh lốp cao su có khơng khí đương nhiên có độ cứng nhỏ mặt đường nhựa bê tông đường đất khô loại đường ô tô thường xuyên sử dụng Trường