Giáo trình tham khảo lý thuyết ô tô

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG TP.HCM KHOA ĐỘNG LỰC BỘ MÔN GẦM Ô TÔ GIÁO TRÌNH THAM KHẢO LÝ THUYẾT Ô TÔ ( Lưu hành nội bộ ) TP HCM, 9/2014 MỤC LỤC Mục lục Chương I XE VÀ BÁNH XE 1.1 XE VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Thuật ngữ Ô TÔ 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 1.2.3 Bán kính bánh xe 1.2.4 Cản lăn hệ số cản lăn 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cản lăn 1.2.6 Bánh xe chủ động lực kếo tiếp tuyến 1.2.7 Sự trượt bánh xe 1.2.8 Khả bám bánh xe hệ số bám Chương II CÁC LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.1 LỰC VÀ MÔ MEN CHỦ ĐỘNG 2.1.1 Nguồn động lực ô tô 2.1.2 Hệ thống truyền lực 2.1.3 Mô men xoắn bánh xe chủ động Mk lực kéo tuyếp tuyến Pk 2.2 CÁC LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG 2.2.1 Lực cản lăn 2.2.2 Lực cản dốc 2.2.3 Lực cản khơng khí 2.2.4 Lực cản qn tính 2.2.5 Lực cản mooc kéo 2.2.6 Điều kiện chuyển động xe 2.3 PHẢN LỰC TỪ MẶT ĐƯỜNG 2.3.1 Xe đứng yên đường 2.3.2 Xe chuyển động đường Chương III TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ơ TƠ 3.1 CHỌN ĐỘNG CƠ 3.1.1 Khái niệm 3.1.2 Sơ lược đường đặc túnh động 3.1.3 Chọn động xây dựng đường đặc tính ngồi 3.2 TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL) 4 7 7 10 11 11 13 14 15 16 17 17 19 22 22 22 23 24 24 24 26 26 28 28 29 29 29 30 34 34 34 34 36 38 3.2.1 Chọn số cấp số 3.2.2 Tính tỉ số truyền cấp số 3.3 CÂN BẰNG CƠNG SUẤT Ơ TƠ 3.3.1 Phương trình cân cơng suất 3.3.2 Đồ thị cân công suất 3.4 CÂN BẰNG LỰC KÉO Ơ TƠ 3.4.1 Phương trình cân lực kéo 3.4.2 Đồ thị cân lực kéo 3.5 NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC 3.5.1 Cơng thức tính 3.5.2 Đồ thị nhân tố động lực học 3.5.3 Nhân tố động lực học ô tô tải trọng thay đổi 3.6 KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ 3.6.1 Gia tốc ô tô 3.6.2 Thời gian tăng tốc 3.6.2 Thời gian tăng tốc Chương IV SỰ PHANH Ô TÔ 4.1 MỞ ĐẦU 4.1.1 Khái niệm phanh 4.1.2 Hệ thống phanh 4.2 LỰC PHANH VÀ MÔ MEN PHANH 4.3 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH 4.3.1 Khái niệm 4.3.2 Lực phanh lực phanh riêng 4.3.3 Gia tốc chậm dần 4.3.4 Thời gian phanh 4.3.5 Quãng đường phanh 4.4 ĐIỀU HOÀ LỰC PHANH 4.4.1 Đặt vấn đề 4.4.2 Điều hoà lực phanh 4.5 CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE KHI PHANH 4.5.1 Cơ sở lý thuyết 4.5.2 Bộ chống hãm cứng bánh xe phanh 4.6 GIÃN ĐỒ PHANH VÀ CHỈ TIÊU PHANH THỰC TẾ 4.6.1 Giãn đồ phanh thực tế 4.6.2 Thử phanh Chương V TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.1 MỞ ĐẦU 5.1.1 Các phương pháp quay vòng 5.1.2 Hệ thống lái 38 38 41 41 43 43 43 43 44 44 45 45 46 46 47 48 49 49 49 50 51 52 52 53 53 54 55 55 56 57 60 60 61 62 62 63 66 66 66 67 5.1.3.Tính điều khiển tơ 5.2 ĐỘNG HỌC QUAY VỊNG 5.2.1.Bánh xe khơng biến dạng 5.2.2 Bánh xe đàn hồi 5.3 CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VỊNG 5.3.1 Quay vịng đủ 5.3.2 Quay vòng thiếu 5.3.3 Quay vòng thừa Chương VI DAO ĐỘNG Ô TÔ 6.1 MỞ ĐẦU 6.1.1 Khái niệm 6.1.2 Bánh xe đàn hồi hệ thống treo 6.2 ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG VÀ AN TOÀN ĐỘNG LỰC HỌC 6.2.1 Độ êm dịu chuyển động 6.1.2 An toàn động lực học 6.3 MẶT ĐƯỜNG - NGUỒN CHỦ YẾU GÂY RA DAO ĐỘNG 6.3.1 Các mấp mô thuộc nhóm 6.3.2 Các mấp mơ thuộc nhóm 6.3.3 Các mấp mơ thuộc nhóm 6.4 LẬP MƠ HÌNH MÔ TẢ DAO ĐỘNG Ô TÔ 6.4.1 Khái niệm 6.4.2 Mô tả vật liên kết ô tơ 6.4.3 Xây dựng mơ hình dao động 6.4.4 Lập hệ phương trình vi phân mơ tả dao động 6.4.5 Khảo sát dao động tơ Chương VII TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA Ô TÔ 7.1 KHÁI NIỆM 7.2 CHẤT LƯỢNG KÉO - BÁM 7.2.1 Chất lượng kéo 7.2.2 Khả bám 7.2.3 Ảnh hưởng vi sai đến khả bám xe 7.2.4 Chất lượng kéo bám xe nhiều cầu chủ động 7.3 THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA XE 7.3.1 Khoảng sáng gầm xe 7.3.2 Bán kính động dọc ngang 7.3.3 Góc động trước α1 góc động sau α2 7.3.4 Bán kính bánh xe SÁCH THAM KHẢO 68 69 69 70 73 73 73 74 77 77 77 78 79 79 81 82 82 84 85 86 86 87 88 90 93 95 95 95 95 96 96 99 99 99 100 100 100 102 PHẦN A LÝ THUYẾT CHƯƠNG I XE VÀ BÁNH XE 1.1 XE VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Thuật ngữ Ô TÔ 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 – 177976 (năm 1976) định nghĩa thuật ngữ ô tô 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 lồi người Phương tiện thơ sơ giúp người tăng đáng kể suất lao động mức sống loài người nhờ mà tăng lên Hình 1.4 Di chuyển vật nặng cách lăn gỗ trịn Hình 1.5 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 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 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): Hình 1.6 Xe có bánh 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 cơng nghiệp đưa lồi người từ văn minh nông nghiệp bước sang văn minh cơng nghiệp Hình 1.8 Xe tự hành (ơ 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 khơng thể 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 tô đời (hình 1.8) Như nói trên, có tài liệu cho tơ sáng chế vào năm 1769 10 cịn có chuyển động quay phụ ngược chiều làm cho ω3 ≠ ω4 (ωt ≠ ωf) hai bánh xe quay khơng vận tốc Khi ta có: t    v r4 r2 ; t    v r3 r2 Trong r3, r4 bán kính vịng chia trung bình bánh Vì vi sai đối xứng nên r = r4 → ωt + ωf = 2ω Như công thức (7.5) cho trường hợp vi sai làm việc khơng làm viêc Hình 7.1.b Hình 7.1.a Cơ cấu vi sai bánh bị động truyền lực chính; bánh hành tinh; 3, bánh bán trục Về mô men người ta chứng minh rằng: 1 ; M f  M  M ms  (7.7) M  M ms  2 → Mf – Mt = Mms (7.8) Các công thức trường hợp mô men cản bên phải lớn bên trái, trường hợp ngược lại, số f t đổi chỗ cho Trong trường hợp xe đường có hệ số cản hai bên trái phải khác nhau, ví dụ bên trái có hệ số bám thấp Khi ta có mơ men cực đại có bánh xe bên phải: Mfmax = Mφt + Mms (7.9) Trong Mφt mơ men bám bánh xe bên trái Khi mơ men kéo cực đại xe bằng: Mkmax = Mφt + Mfmax = 2Mφt + Mms Hay: Mkmax = 2Mφmin + Mms (7.10) Trong Mφmin mơ men bám bánh xe phía có hệ số bám thấp Nghĩa trường hợp xe đường có hệ số bám khác hai bánh xe trái phải, mô men kéo cực đại xe phụ thuộc vào mơ men bám bên bánh xe có hệ số bám thấp mô men ma sát cấu vi sai, không phụ thuộc mô men bám bên bánh xe có hệ số bám cao Vi sai bánh thường có mơ men ma sát cấu vi sai nhỏ, khoảng ÷ 6% mơ men qua vi sai Nếu φmin có giá trị thấp mơ men kéo xe có giá trị nhỏ, giá trị nhỏ tổng Mt  97 lực cản xe xe khơng chuyển động cho dù bánh xe đứng vị trí có hệ số bám thấp quay tức xe bị “sa lầy”, người ta gọi tượng xe bị “patinê” Như rõ ràng, sử dụng vi sai, tính động xe bị ảnh hưởng b Biện pháp tăng mô men kéo xe cách tăng mô men ma sát Mms cấu vi sai: Nhìn vào cơng thức 7.10 ta thấy mô men ma sát Mms thành phần mô men kéo xe, tăng mô men ma sát cấu vi sai biện pháp lựa chọn để làm tăng mô men kéo xe Có thể có lựa chọn sau đây: - Dùng vi sai có ma sát lớn vi sai cam; - Dùng vi sai bánh thêm vào đĩa ma sát (hình 7.2) Trên hai bán trục (hoặc bánh bán trục) người ta lắp (thường then hoa) đĩa ma sát Xen kẽ đĩa đĩa ma sát lắp vỏ Hình 7.2 Vi sai tăng ma sát vi sai (cũng then hoa vấu) Khi vi sai làm việc, có chênh lệch vận tốc vỏ vi sai bán trục đĩa ma sát chuyển động tương nhau, phát sinh ma sát làm tăng mô men ma sát cấu vi sai Mô men ma sát cấu vi sai loại đạt 10 ÷ 15% mơ men truyền qua vi sai cải thiện phần khả vượt lầy xe Tuy nhiên mô men ma sát cấu vi sai lớn, làm mát công suất vi sai làm việc (đặc biệt xe quay vòng đường tốt) mặt khác làm cản trở quay vòng xe, gây cưỡng bánh xe phần làm tăng mịn lốp c Cài cứng vi sai Hình 7.3 Cơ cấu gài cứng vi sai Hình 7.4 Có biện pháp khắc phục ảnh hưởng vi sai đến tính động xe dùng cấu gài cứng vi sai Gài cứng vi sai thực chất vơ hiệu hóa hoạt động vi sai trường hợp cần thiết (ví dụ xe bị sa lầy) Sơ đồ cấu tạo cấu gài cứng vi sai mô tả hình 7.3 Người ta lắp khớp gài dạng vấu vào cấu vi sai Một phía khớp gắn vỏ vi sai, phía cịn lại lắp then hoa bán trục Khi cần gài vi sai người lái điều khiển để khớp vấu ăn khớp vào Khi bán trục vỏ vi sai quay vận tốc cấu vi sai khơng làm việc nữa, vi sai trở thành khớp cứng (hình 7.4) Do cơng thức 7.8 khơng cịn Mô men kéo cực đại bánh xe là: Mkfmax = Mφf ; Mktmax = Mφt → Mkma x = Mφf + Mφt (7.11) 98 Như bánh xe đứng vị trí có hệ số bám thấp bánh xe lại đứng vị trí có hệ số bám cao xe chuyển động Khi chạy đường bình thường cấu phải vị trí “khơng gài” 7.2.4 Chất lượng kéo - bám xe nhiều cầu chủ đợng Những xe hoạt động địa hình phức tạp, nhiều khả xảy tượng “patinê” thiết kế nhiều cầu chủ động Ví dụ xe cầu chủ động (4x4) cầu chủ động (3x3) Những xe khả vượt qua loại đường có hệ số bám thấp cao nhiều so với loại xe có cầu chủ động Hình 7.5 Xét xe có sơ đồ truyền động hình 7.5 Vì bánh xe trục có cấu vi sai áp dụng cơng thức 7.10 ta có: Mk1max = 2Mφ1min + Mms1 ; Mk2max = 2Mφ2min + Mms2 (7.12) Trong đó: Mk1max; Mk2max mô men kéo cực đại cầu chủ động thứ thứ 2; M φ1min; Mφ2min mô men bám phía bánh xe có hệ số bám thấp cầu chủ động thứ thứ 2; M ms1; Mms2 mô men ma sát cấu vi sai cầu Cho xe: Mkmax = 2Mφ1min + Mms1 + 2Mφ2min + Mms2 (7.13) Như có hay nhiều cầu chủ động mơ men kéo cực có đại xe tăng lên nhiều so với xe cầu chủ động khả vượt qua đại hình có hệ số bám thấp xe tăng lên tương ứng Nếu bánh xe cầu chủ động đứng vị trí có hệ số bám cao khả chuyển động xe cịn cao 7.3 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 7.3.1 Khoảng sáng gầm xe Khoảng sáng gầm xe khoảng cách mặt đường điểm thấp gầm xe (hình 7.9) 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 vượt qua Một số thông số tham khảo: 99 Xe có tính động thấp: Xe du lịch: K S = 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 7.3.2 Bán kính đợng dọc và ngang Bán kính động dọc ρ1 ngang ρ 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 ρ 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 7.3.3 Góc đợng trước α1 và góc đợng 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 thơng số đặc trưng cho khả xe vượt qua chướng ngại vật lớn đường hào, gò đống, đặc biệt cầu phà 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; 7.3.4 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 100 Kết hợp 7.14, 7.1 ta có điều kiện để xe vượt chướng ngại vật: Pk  G a rb  h (7.16) Hình 7.7 Hình 7.8 Nhìn vào cơng thức 7.16 chiều cao h chướng ngại vật lớn, xe khó vượt, h ≥ r b xe khơng thể chuyển động cho dù lực kéo P k lớn đến Mặt khác ta thấy rb tăng khả vượt chướng ngại vật xe tăng lên 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) 101 PHẦN B THỰC HÀNH (BÀI TẬP) BÀI TẬP TÍNH TOÁN SỨC KÉO Ơ TƠ Tính tốn sức kéo tô công việc thiết kế ô tô Nội dung chủ yếu công việc là: - Chọn động lắp lên ô tô, - Tính tốn thơng số hệ thống truyền lực, - Xây dựng đường đặc tính kéo tô để đánh giá khả động lực học ô tô Các liệu cần phải biết thiết 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, - Loại đường mà xe hoạt động: hệ số cản lăn f, góc dốc cực đại αmax đường Căn vào thông số yêu cầu ta chọn động cơ, tính tốn thông số hệ thống truyền lực xây dựng đường đặc tính kéo tơ để đánh giá khả động lực học ô tô Vấn đề tính tốn sức kéo tơ trình bày kỹ chương III CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGỒI Như trình bày phần lý thuyết, ô tô muốn chuyển động phải có nguồn động lực Nguồn động lực ô tô phải đảm bảo hoạt động bình thường ô tô theo điều kiện thiết kế đặt Do cơng việc quan trọng q trình thiết kế tơ chọn nguồn động lực lắp lên ô tô Trên tuyệt đại đa số ô tô nguồn động lực động đốt trong, chọn nguồn động lực cho ô tô cụ thể chọn động đốt (sau ta gọi động cơ) Như trình bày chương III, lựa chọn động lựa chọn thông số sau đây: - Loại động cơ: động xăng, động điêzen, có hạn chế hay khơng hạn chế số vịng quay, - Cơng suất động cơ: cơng suất cực đại cơng suất số vịng quay cực đại, - Số vịng quay cực đại, Cịn thơng số mơ men xoắn động tính từ cơng suất số vịng quay động Việc chọn thông số dựa vào yêu cầu ô tô thiết kế Động lựa chọn phải thỏa mãn yêu cầu đặt ô tô 1.1 Chọn loại động 102 Căn vào loại xe thiết kế để chọn loại động cơ: Thông thường xe du lịch chọn động xăng khơng hạn chế số vịng quay Xe tải chở khách chọn động điêzen động xăng có hạn chế số vịng quay Ngồi việc chọn phụ thuộc người đặt hàng, người sử dụng, 1.2 Chọn số vòng quay động Nếu mua động thị trường số vịng quay động có sẵn Cịn trường hợp nhà thiết kế (chế tạo, lắp ráp) đặt hàng nhà chế tạo động chọn số vịng quay (thường nmax tức nemax hay nv) Động xăng khơng hạn chế số vịng quay dùng cho xe du lịch thường có nemax = 4000 ÷ 6000 v/ph Động xăng hạn chế số vòng quay dùng cho xe tải, xe chở khách: n v = 2800 ÷ 4000 v/ph Động điênzen: nv = 2000 ÷ 3000 v/ph 1.3.Chọn cơng suất động Cơng suất động để chi phí cho hoạt động ô tô, chủ yếu để khắc phục sức cản Không thể chọn công suất vị trí hoạt động tơ Như trình bày chương III, ta phải dựa vào vị trí làm việc đặc biệt, vị trí đặc biệt xe chạy vận tốc cực đại Khi xe chạy vận tóc cực đại, công suất kéo (tại bánh xe) cần khắc phục công suất cản: Công suất cản lăn N f cơng suất cản khơng khí Nω Như ta có công suất động cần sinh để khắc phục sức cản chuyển động xe chạy vận tốc cực đại sau:   N v   GfVmax  CAVmax    t (1.1) Trong đó: ρ mật độ khơng khí: ρ = 1,24 kg/m3; C hệ số khí động tơ: C = 0,3 ÷ 0,45; xe khách: C = 0,4 ÷ 0,6; xe tải : C = 0,6 ÷ 0,85 A diện tích diện xe (m2): Xe tải: A = BH; xe du lịch: A = 0,85B0H Trong đó: B chiều rộng sở xe; B0 chiều rộng toàn xe; H chiều cao xe ηt hiệu suất hệ thống truyền lực: hệ thống truyền lực khí: ηt = 0,8 ÷ 0,85 Trong cơng thức 1.1 Nv có thứ nguyên w; G (N); Vmax (m/s); Trong trường hợp Nv tính kw, Vmax tính km/h ta dùng cơng thức sau:  GfVmax CAVmax  (1.2)  N v    3  93,3.10   t  3,6.10 Động lắp lên xe khắc phục sức cản chuyển động phải dùng cho cơng việc chạy máy nén khí (cho hệ thống phanh), bơm dầu (cho hệ thống lái, tời cẩu, ), điều hịa nhiệt độ, Vì cơng suất động lắp lên xe phải có cơng suất lớn cơng suất tính cơng thức 1.1 (hoặc 1.2) khoảng 20 ÷ 30 % Trong trường hợp xác định xác nguồn tiêu thụ phụ ta tính tốn cộng vào cơng suất động 1.4 Xây dựng đường đặc tính ngồi động Trong trường hợp có đường đặc tính ngồi động ta khơng phải xây dựng Ví dụ ta tính tốn sức kéo cho tơ cụ thể có động hồ sơ động cho sẵn đường đặc tính ngồi Tuy nhiên khơng phải lúc ta có đường đặc tính thực tế động cơ, đặc biệt trường hợp tính tốn lý thuyết Khi ta xây dựng gần đường đặc tính ngồi động cơng thức Lâyđecman 103 Công thức Lâyđecman sau: Nếu ta biết công suất điểm đặc biệt động Nemax-nN (khi động khơng hạn chế số vịng quay) ta tính cơng suất điểm khác công thức sau (công thức Lâyđecman):  n  ne   ne   e   c   N e  N e max a  b  n N  nN   n N   Trong đó: Ne cơng suất số vòng quay ne (1.3) Các hệ số a, b, c: phụ thuộc loại động cơ: động xăng: a = b = c = 1; điêzen kỳ: a = 0,87; b = 1,13; c = 1; điêzen kỳ buồng cháy trực tiếp: a = 0,5; b = 1,5; c = 1; điêzen kỳ buồng cháy dự bị: a = 0,6; b = 1,4; c = 1; điêzen kỳ buồng cháy xoáy lốc: a = 0,7; b = 1,3; c = 1; Khi biết Ne ne ta tính Me M e ( Nm)  10 N e (kw) 10 N e (kw) 7612 N e (ml)   e (1 / s) 1,047ne (v / ph) ne (v / ph) (1.4) Nếu động chọn động điêzen số vịng quay động chọn theo mục 1.2 nN, cơng suất tính theo cơng thức 1.1 1.2 Nemax Cịn động xăng giá trị cơng suất số vòng quay xác định sau: Động xăng khơng hạn chế số vịng quay: số vòng quay động chọn theo mục 1.2 nemax, cơng suất tính theo cơng thức 1.1 1.2 Nv nN xác định theo điều kiện sau: nemax = (khoảng) 1,2 nN (1.5) Động xăng hạn chế số vòng quay: số vòng quay động chọn theo mục 1.2 nv, cơng suất tính theo công thức 1.1 1.2 Nv nN xác định theo điều kiện sau: nv = (0,8 ÷ 0,9) nN (1.6) Khi cơng suất Nemax tính sau: N e max  Nv (1.7) nv  nv   nv      n N  n N   n N  Khi có điểm Nemax-nN ta lại dùng cơng thức (1.3) để tính điểm cịn lại Sau ví dụ: TÍNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL) 2.1 Chọn số cấp số Trên HTTL nhiều cấp số ta dễ chọn vị trí làm việc thích hợp với điều kiện đường xá Tuy nhiên số cấp nhiều HTTL cồng kềnh phức tạp, tốn thời gian để chuyển cấp số Nếu số cấp số kết cấu HTTL đơn giản gọn nhẹ lại có phương án chọn vị trí làm việc cho thích hợp với điều kiện đường xá Hiện số cấp số HTTL nằm khoảng ÷ 6, phổ biến 2.2 Tính tỉ số truyền cấp số 104 2.2.1 Tính tỉ số truyền cực đại itmax Như trình bày chương III, itma x tính theo điều kiện xe khắc phục sức cản lớn đường it max  G max rb M e max t (1.8) Ngoài để xe chuyển động cần phải thoả mãn điều kiện bám: M e max it max  t  G  rb (1.9) Trong Gφ trọng lượng bám xe; φ hệ số bám đường Khi tính tốn ta lấy theo điều kiện 1.8 kiểm tra theo điều kiện 1.9 2.2.2 Tính tỉ số truyền cực tiểu itmin Tỉ số truyền cực tiểu itmin tính theo điều kiện vận tốc cực đại Vmax: it   e max (1 / s) Vmax (m / s) (1.10) rb (m) Hoặc dùng cơng thức: it  0,377 ne max (v / ph) rb (m) Vmax (km / h) (1.11) Giá trị imin tính theo 1.10 1.11 cần điều kiện ràng buộc Đó vận tốc cực đại Vmax: Mv  P f  P rb (1.12) it min t Trong Mv mơ men động ωemax Tuy nhiên thấy công suất động lắp lên xe chọn theo điều kiện 1.1 (hoặc 1.2) điều kiện 1.12 thoả mãn 2.2.3 Tính tỉ số truyền tay số trung gian Ta có tỉ số truyền cao thấp HTTL, ta tính tỉ số truyền tay số lại, tức tay số trung gian Để tính tỉ số truyền này, trước hết ta phải xác định quy luật thay đổi tỉ số truyền Hiện ô tô tỉ số truyền HTTL tính theo cấp số nhân Quy luật sau: it1 = a.it2; it2 = a.it3; itn-1 = a.itn; (1.13) Trong đó: it1, it2, …, itn tỉ số truyền cấp số; a công bội: a > 1; n: số cấp số Công bội a tính sau: a  n 1 it max it (1.14) Sau có giá trị a ta dễ dàng tính giá trị tỉ số truyền tay số trung gian (theo biểu thức 1.13) 2.2.4 Số lùi il Số lùi thiếu ô tô Số lùi phải đảm bảo vận tốc để người lái lùi xe dễ dàng (3 ÷ 4) km/h Có thể chọn: il = (1,2 ÷ 1,3)ih1 (1.15) Sau kiểm tra vận tốc lùi nói 105 2.2.5 Số truyền tăng in+1 Thường người ta chọn: in+1 = (0,7 ÷ 0,8)in (1.16) Sau có tỉ số truyền HTTL ta tính vận tốc xe tay số: Vận tốc xe tính theo cơng thức sau: e (1.17) V Hay dùng cơng thức: it rb V (km / h)  0,377 ne (v / ph) rb (m) it (1.18) CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Ô TÔ 3.1 Phương trình cân cơng suất Ta có phương trình cân công suất sau: Nk = Ne – Nt = Nf + Nω ± Ni ± Nj + Nm (1.19) Trong đó: N k cơng suất kéo bánh xe chủ động; Nt công suất mát HTTL (ma sát, khuấy dầu, ); Nf công suất cản lăn; Nω công suất cản không khí; Ni cơng suất cản lên dốc; Nj cơng suất cản qn tính Nm cơng suất cản mooc kéo Các thành phần cơng suất tính sau: Công suất kéo bánh xe chủ động: Nk = ηtNe (1.20) Công suất cản lăn: Nf = GfVcosα; (1.21) Trong đó: Nf tính w; f hệ số cản lăn; G trọng lượng toàn tơ tính N; V vận tốc tơ tính m/s; α góc dốc đường Nếu V tính km/h dùng cơng thức: N f  GfV cos  (1.22) 3,6 Công suất cản khơng khí: CAV N  CAV 93,3 N  Các giá trị C; A; ρ xem mục 1.3 Công suất cản lên dốc: Ni = GsinαV G sin V Ni  3,6 Cơng suất cản qn tính: Nj = MjδiV Nj  Mj iV 3,6 Công suất cản kéo mooc: Nm = PmV Nm  PmV 3,6 (1.23) (1.24) V tính km/h (1.25) (1.26) V tính km/h (1.27) (1.28) V tính km/h (1.29) (1.30) V tính km/h Phương trình cân công suất tổng quát (xe không kéo mooc): Nk = ηtNe = GfVcosα + KFV3 ± GsinαV ± MjδiV 106 (1.31) Nk = ηtNe = G sin V ± Mj iV + PmV GfV cos  + CFkV ± 3,6 3,6 3,6 3,6 93,3 (1.32) V tính km/h 3.2 Đồ thị cân cơng suất: Biểu diễn giá trị thành phần biểu thức 1.31 1.32 lên đồ thị N – V(ne) ta đồ thị cân công suất CÂN BẰNG LỰC KÉO Ô TÔ Khi xe chuyển động, lực kéo phát bánh xe chủ động phải thắng lực cản: cản lăn, cản khơng khí, cản lên dốc, cản quán tính cản mooc kéo 4.1 Phương trình cân lực kéo: Pk = Pf + Pω ± Pi ± Pj + Pm (1.33) Trong đó: Pk lực kéo bánh xe chủ động; Pf lực cản lăn; Pω lực cản khơng khí; Pi lực cản lên dốc; Pj lực cản quán tính Pm lực cản mooc kéo Biểu thức tính giá trị lực kéo lực cản trình bày chương Cụ thể sau: Lực kéo: Pk  Lực cản lăn: M e it t rb (1.34) Pf = Gf P  CAV (V tính m/s) P  CAV (V - km/h) 25,92 Lực cản khơng khí: (1.35) (1.36) (1.37) Các giá trị C; A; ρ xem mục 1.3 4.2 Đồ thị cân lực kéo: Biểu diễn giá trị tính tốn lên đồ thị P – V ta có đồ thị cân lực kéo 3.5 NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC Như trình bày chương III, nhân tố động lực học (ký hiệu D) thông số đánh giá tồn diện khả động lực học xe, có chứa yếu tố lực kéo, trọng lượng lực cản khơng khí (là lực mà xe chuyển động xuất 5.1 Cơng thức tính: D Pk  P G (1.38) Nhân tố đông lực học theo điều kiện bám Dφ: D  P  P (1.39) G Trong Pφ lực bám: Pφ = Gφφ (1.40) Gφ trọng lượng bám: trọng lượng xe phân bố lên bánh xe chủ động; φ hệ số bám 107 5.2 Đồ thị nhân tố động lực học: Biểu diễn giá trị D, Dφ , f lên đồ thị D – V ta đồ thị nhân tố động lực học 5.3 Nhân tố động lực học ô tô tải trọng thay đổi: Nhân tố động lực học vừa trình bày cho xe chở đủ tải Khi xe chở không đủ tải xe có khả gia tốc, vượt dốc vận tốc lớn Khi tải ngược lại 5.3.1 Cơng thức tính: Gọi Dx nhân tố động lực học xe không đủ tải (hoặc tải), G x trọng lượng xe Dx  Pk  P Gx Kết hợp với cơng thức 3.48 ta có: G Dx  D Gx (1.41) (1.42) 5.3.2 Xây dựng đồ thị Lập đồ thị D – Dx góc phần tư thứ (hình 1.1) Từ gốc tọa độ vẽ tia hợp với Dx góc α với giá trị α theo biểu thức 1.43 D Gx (1.43) tg   Dx G Gx xác định sau: Gx = G0 + aGt (1.44) a: % tải trọng; Gt: tải trọng xe (theo thiết kế); G0: trọng lượng xe khơng tải Đồ thị góc phần tư thứ hình 1.1 cịn gọi đồ thị tia Hình 1.1 Đồ thị nhân tố động lực học với tải trọng khác ô tô KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ Khả tăng tốc đánh giá thông số: gia tốc, thời gian tăng tốc quãng đường tăng tốc 108 6.1 Gia tốc ô tô Từ biểu thức 3.50 (chương III), xe chạy đường không kéo mooc ta có: D f  j i D  f g  j g i (1.45) δi hệ số kể đến ảnh hưởng khối lượng chi tiết quay ô tô (động cơ, HTTL, bánh xe): δi =1,05 + 0,0015it2 (1.46) Biểu diễn giá trị j tính từ 1.45 lên đồ thị j – V ta đồ thị gia tốc ô tô 6.2 Thời gian tăng tốc Ta có: V j dV 1  dt  dV  t   dV dt j j V1 (1.47) Biểu thức 1.47 có nghĩa là: có đồ thị 1/j – V thời gian tăng tốc từ V1 đến V2 phần diện tích đồ thị 1/j giới hạn V1 V2 Từ ta làm sau: Xây dựng đồ thị 1/j – V từ số liệu đồ thị j – V; chia trục V thành n-1 đoạn nhỏ (số lượng khoảng chia định mức độ xác kết quả) Diện tích khoảng đồ thị đoạn thời gian tăng tốc tơ khoảng (hình 1.2) Ta lập bảng sau để xác định giá trị thời gian tăng tốc (bảng 1) Hình 1.2 Bảng Khoảng vận tốc V1 – V2 V2 – V3 Vn-1 – Vn Diện tích S1 S2 Sn-1 Tổng diện tích S1 S1 + S2 S1 + S2 +…+ Sn-1 Thời gian tăng tốc μS1 μ(S1 + S2) μ(S1 + S2 +…+ Sn-1) μ tỉ lệ xích: μ = μVμ1/j μV μ1/j tỉ lệ xích trục hoành (trục V) trục tung (trục 1/j) Đồ thị: Biểu diễn giá trị t vừa xác định đồ thị t – V ta đồ thị thời gian tăng tốc Ở ta coi thời gian tăng tốc Vmin điểm xuất phát đồ thị trục hoành Vmin Thời gian từ V = đến Vmin thời gian khởi hành, gian trượt li hợp, thời gian phụ thuộc người lái số yếu tố khác Tại Vmax → j = → 1/j = ∞ xây dựng đồ thị đến 90 ÷ 95 % Vmax Cách tính trình bày bỏ qua thời gian sang số 6.3 Quãng đường tăng tốc S Cách tính: t Ta có: V V 2 dS  dS  Vdt  S   Vdt   Vdt dt t1 V1 (1.48) 109 Từ 1.48 ta làm tương tự tính thời gian tăng tốc: Sau có đồ thị thời gian tăng tốc (t – V), ta chia trục hoành thành n-1 đoạn nhỏ Phần diện tích tính quãng đường tăng tốc S lúc nằm đồ thị trục t (trục tung) (hình 1.3) Ta lập bảng sau để xác định giá trị thời gian tăng tốc: Bảng Khoảng vận tốc V1 – V2 V2 – V3 … Vn-1 – Vn Diện tích S1 S2 … Sn-1 Tổng diện tích S1 S1 + S2 … S1 + S2 +…+ Sn-1 Quãng đường tăng tốc μS1 μ(S1 + S2) … μ(S1 + S2 +…+ Sn-1) Biểu diễn giá trị S vừa xác định đồ thị S – V ta đồ thị quãng đường tăng tốc Hình 3.14 110 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 Lưu Văn Tuấn NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE CA BA ĐÌNH, TRÊN CƠ SỞ ĐÓ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG Luận án tiến sĩ kỹ thuật 1993 Võ Văn Hường Luận án tiến sĩ kỹ thuật 2003 В А Иларионов, М М Сергеев, Я Е Фаробин, В С Шуляков, А А Юрчевский, ТЕОРИЯ И КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛИЯ Машиностроение, 1985 Р.В.Ротенберг, ПОДВЕСКА АВТОМАБИЛЯ Машиностроение, 1972 Н.Н.Яшенко, О.К.Прутчиков ПЛАВНОСТЬ ХОДА ГРУЗОВЫХ АВТОМАБИЛЕЙ Машиностроение, 1969 J Y Wong THEORY OF GROUND VEHICLÉ 111 ... CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Ô TÔ 3.3.1 Phương trình cân cơng suất Khi xe vận hành công suất động lắp ô tô tiêu tốn cho chuyển động ô tô gồm: - Công suất mát HTTL (ma sát, khuấy dầu, ) (Nt), - Công suất... tô thiết kế Động lựa chọn phải thỏa mãn yêu cầu đặt ô tô Các thông số cần phải biết thiết kế ô tô (tức yêu cầu đặt thiết kế ô tô) : - Loại ô tô: Tải; khách: đường dài, đường ngắn; du lịch, - Trọng... trọng khác ô tô 3.6 KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ Khả tăng tốc ô tô yếu tố đánh giá chất lượng động lực học tơ Nhìn đồ thị cân công suất, cân lực kéo hay đồ thị nhân tố động lực học ta thấy ô tô chưa