PGS TS NGUYỀN VĂN PHỤNG LÝ THUYẾT ÔTÔ NHẢ XUÀT BAN ĐẠI HỌC CONG NGHIỆP THÀNH PHỔ HỊ CHÍ MINH PGS TS NGUYỄN VÃN PHỤNG Lý thuyết ôtô NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHO HỒ CHÍ MINH Lý thuyết ơtơ LỜI NĨI ĐÀU Quyển “Lý thuyết ôtô ” giáo trình dùng cho sinh viên đại học, cao đảng ngành Công nghệ ôtô - Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh ỉ Giảo trình giới thiệu cách hệ thống vấn đề mơn học phù hợp với chương trình đào tạo đại học ngành ôtô Cuối chương có vỉ dụ cụ thể để áp dụng kiến thức học Giáo trình giới thiệu lý thuyết có tính chun sâu so vấn đề chương để cỏ thể tham khảo thêm giảng dạy chuyên ngành Cuối giảo trình giới thiệu đồ án mơn học lý thuyết ơtơ có tỉnh chất hệ thống mơn học Giảo trình có nêu u cầu mơn học theo-từng chương phần cuối Quyển sách dùng làm tài liệu tham khảo trường kỹ thuật Tác giả chần thành cảm ơn góp ý bạn đọc Ị PGS TS Nguyễn Văn Phụng TP HỒ Chỉ Minh, 2013 Mục lục MỤC LỤC Lịi nói đầu Chương 1: Các lực momen tác dụng lên ôtô 1.1 1.2 1.3 1.4 Đường đặc tính tốc độ động Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động ôtô 19 Lực bám bánh xe chủ động hệ số bám 25 Các loại lực cản chuyển động ôtô 29 Chương 2: Động lực học tổng qt ơtơ 2.1 Khái niệm loại bán kính bánh xe, ký hiệu lốp xe 44 2.2 2.3 Động lực học trình lăn bánh xe 47 Hệ số cản ỉăn nhân tố ảnh hưởng đến hệ số cản lăn 55 2.4 2.5 2.6 Sự trượt bánh xe chủ động 57 Quan hệ hệ số bám độ trượt 60 Xác định phản lực thẳng góc mặt đường tác dụng lên bánh xe mặt phẳng dọc 70 Hệ số phân bố tải trọng lên bánh xe ôtô .74 Xác định phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe mặt phẳng ngang 76 2.7 2.8 Chương 3: Tính tốn sức kéo ôtô 3.1 3.2 3.3 Sự cân công suất ôtô 80 Sự cân bàng lực kéo ôtô 85 Nhân tố động lực học ôtô 92 3.4 3.5 Tính tốn sức kéo ơtơ 107 Ảnh hưởng truyền động thủy lực đến chất lượng kéo ôtô 123 Chương 4: Tính kỉnh tế nhiên liệu ôtô 4.1 Các tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu 135 4.2 4.3 4.4 Phương trình xác định tiêu hao nhiên liệu 136 Phương trình tiêu hao nhiên liệu tính theo kết cấu động 138 Định mức tiêu hao nhiên liệu xe tải 141 Lý thuyết ơtơ Chương 5: Tính chất ổn định ơtơ 5.1 5.2 5.3 Ơn định mặt cắt dọc 144 Ốn định mặt cất ngang 155 Ảnh hưởng gió bên đến ổn định ôtô 164 5.4 Xác định trọng tâm ôtô qua thực nghiệm 171 Chương 6: Lý thuyết quay vịng ơtơ Động học động lực học quay vòng 175 Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng hình thang lái 179 Quan hệ góc quay bánh xe nhiều cầu dẫn hướng 180 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng quay vòng 182 Các lực tác dụng lên ôtô quay vịng 183 Đặc tính lái - Tốc độ giới hạn quay vịng ơtơ 186 Ảnh hưởng đặc tính đàn hồi lốp xe đến quay vịng 187 Các thơng số kết cấu ảnh hưởng đặc tính quay vịng loại lốp biến dạng 191 6.9 Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng loại lốp đàn hồi 193 6.10 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 195 6.11 Momen ổn định bánh xe dẫn hướng 198 6.12 Các góc nghiêng bánh xe dẫn hướng 200 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Chương 7: Tính tốn phanh ôtô 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 Tải trọng trung bình phanh 202 Phanh bánh xe cầu sau 203 Phanh bánh xe cầu trước 204 Phanh bánh xe cầu trước cầu sau 205 Các tiêu đánh giá chất lượngphanh 206 Quá trình phanh xe 212 Giản đồ phanh xe 214 Sự ổn định hướng chuyển động phanh 217 Chương 8: Lý thuyết dao động ôtô 8.1 8.2 Khái niệm độ êm dịu 236 Phưoĩìg pháp đánh giá độ êm dịu 237 Mục lục 8.3 8.4 8.5 8.6 Dao động ôtô mặt phẳng tọa độ 238 Mơ hình dao động - Sơ đồ tương đương .239 Phương trình dao động tổng quát .239 Trường hợp hai cầu xe dao động độc lập .243 8.7 8.8 8.9 8.10 Các trường hợp đặc biệt 249 Phương trình dao động lực kích động từ mặt đường 255 Dao động ghế ngồi 259 Giải toán dao động theo lý thuyết toán tử - hàm truyền, hàm tần 261 Đồ án môn học lý thuyết ôtô 269 Tài liệu tham khảo .293 Lý thuyết ôtô Chương CÁC Lực VÀ MOMEN TÁC DỤNG LÊN ƠTƠ 1.1 Đường đặc tính tốc độ động Nguồn cung cấp lượng cho ôtô động đốt kiểu pittông Để xác định lực momen tác dụng lên bánh xe chủ động, cần xây dựng đường đặc tính tốc độ động Đường đặc tính tốc độ động rõ phụ thuộc cơng suất có ích (Nc), momen quay có ích (Me) tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay (rie) hay tốc độ góc (coc) trục khuỷu: Ne = f(ĩle) hay Ne = f (©e) Mc= f(ne) hay Me = f(©e) Gt = f(ne) hay Gt = f (íùc) ge = f(ne) hay ge = f (coc) Có hai loại đường đặc tính tốc độ động cơ: + Đường đặc tính tốc độ ngồi động xác định qua khảo nghiệm động băng thử + Đường đặc tính cục khảo nghiệm bướm ga bơm cao áp đặt vị trí trung gian Động đốt có nhiều đường đặc tính cục Đường đặc tính tốc độ khảo nghiệm: 4- Đối với động xăng bướm ga mở hoàn toàn + Đối với động diesel đặt bơm cao áp ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn Chương 1: Các lực momen tác dụng lên ơtơ 1.1.1 Đường đặc tỉnh ngồi sổ loại động a) Đường đặc tỉnh động xăng khơng có phận hạn chế số vịng quay Đường đặc tính thường sử dụng ơtơ du lịch, ơtơ hành khách Đường đặc tính có dạng: Hình 1.1 Đường đặc tỉnh ngồi cùa động xăng khơng hạn chế sổ vịng quay Trên hình 1.1 : nmin - số vòng quay nhỏ (cầm chừng) chế độ tồn tải Khi tăng số vịng quay momen cơng suất động tăng lên Khi rie = nM - momen đạt cực đại Memax ru = nN - công suất đạt cực đại Nemax Động làm việc chủ yếu từ nM- nN Khi tăng số vịng quay động ru > nN, cơng suất động giảm do: Sự nạp hỗn hợp hòa khí tăng tồn thất ma sát ưong động Do đó, số vịng quay tương ứng với tốc độ cực đại (Vmax) ôtô chuyển động đường đất nàm ngang không nên vượt 1020% số vịng quay nNnvmax — (1,1 • 1,2)nN Lý thuyết ơtơ b) Động xàng có phận hạn chế sổ vòng quay Nhiệm vụ chủ yếu phận hạn chế số vòng quay chủ yếu làm tăng tuổi thọ động cơ; thường sử dụng loại xe tải Bộ phận hạn chế số vịng quay có tác dụng làm giảm lượng cung cấp nhiên liệu cung cấp cho động cơ, nên: công suất động (Ne) giảm; momen quay (Me) giảm; số vòng quay nemax< nN (hình 1.2) Níe Hình 1.2 Đường đặc tinh ngồi cùa động xăng có hạn chế số vịng quay c) Động diesel có điều tiết Động diesel có điều tiết sử dụng xe tải, xe khách xe du lịch; thường điều tốc haị hay nhiều chế độ Bộ điều tốc có tác dụng giữ cho chế độ làm việc động vùng tiêu hao nhiên liệu riêng bé (gemin)Đường đặc tính động diesel biểu diễn hình 1.3 10 Chương 1: Các lực momen tác dụng lên ơtơ Hình 1.3 Đường đặc tính ngồi động diesel Trên hình 1.3 nN - nCk: hành trình dạng khơng tải động nCk - số vịng quay động chạy không tải Iick - nn: hành trình tăng tải, hành trình tải tăng, điều tốc tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào động làm tăng công suất động (Ne), momen quay động (Me); số vòng quay (ne) giảm Q Khi lượng nhiên liệu cung cấp đến mức suất tiêu hao gc = —L Ne nhiên liệu (ge) đạt giá trị bé (gemin) công suất động đạt giá trị cực đại (Nn) Vị trí định vị bơm cao áp Công suất Nn gọi công suất định mức; momen quay ứng với Nn momen quay định mức (Mn) Số vòng quay ứng với Nn số vòng quay định mức (nn) Các đường cong khoảng từ : nck -ỉ- nn: đường cong có điều tốc 281 Lý thuyết ôtô B" = 2,50" = 2,50.25,4 = 63,5 mm d" = 17" = 17.25,4 = 431,80 mm = 0,8 = >H = 0,8 63,5 = 50,80 mm B Bán kính thiết kế ro ro = ị + H = + 50,80 = 266,70 am b) Tỉnh bán kỉnh làm việc trung bình bánh xe ôtô Với ký hiệu: 215/60 RI5 Bề rộng lop xe : B - 215 mm = 60% = 0,6 Chiều cao lốp H = 0,6.B = 0,6.215 = 129 mm R - loại lốp xe hướng kính (rad) Đường kính vành : d d = 15" = 15.25,4 = 381 mm Bán kính thiết kế ro ro = + H =+ 129 =319,5 mm 2 Bán kính làm việc trung bình Tb Tb = X r0 = 0,93.319,5 = 297,135 mm Tính tốn động /ực học 282 II TÍNH TỐN Sự QUAY VỊNG ƠTƠ Tính toản thơng sổ quay vịng Sơ đồ quay vòng L = 2,7m - khoảng cách hai cầu xe m = 1,4lm - khoảng cách hai bánh xe bên trái bên phải 283 Lý thuyết ôtô L a = b - - = 1,35 - tọa độ trọng tâm R - bán kính quay vịng tức thời (m) ỡ ° - góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngồi ỡ® - góc quay bánh xe dẫn hướng bên ưong - tâm quay vòng tức thời Tính bán kính quay vịng tức thời (R) góc quay trung bình = 6° 16 P _ I tgỡ 2.7 * ữ16f tg 2.7 _ 0.108 m cotgOn - cotgOt = = 77 = 0,52 Tính : Tính góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngồi 0n góc quay dẫn hướng bên 0t = 30° cotgOn - cotgOt = =0,52 L cotgOn = “■ + cotgOt = 0,52 + cotg30° = 0,52 + Vs = 2,23 Li on = arccotg2,23 = 24° Tính lực ngang tác dụng lên xe xe quay vòng Với: va = 30 km/h Tại thời điểm t = 0; t = see Tốc độ góc quay bánh xe dẫn hướng trung bình o' = 0,05 (1/sec) g.L gL g-L K-m 30 z , Tôc độ xe: V = 30 — = — (m/sec) = const nên ý =0 Tỉnh toán động lực học 284 GW,9' 3,62.^ + Fy (kG) 3,6.g.l Tại thời điểm t = 0 = ở.t = GbV.Ờ 1385x1,35 x30 x0,05 Pyy = ZTTT = -3,6X9,3X2,7 = 39 kG 3.6g.L _ Tại thời điểm t = see e = ớ.t = 0,05 = 0,1 rad Py ~ GV2.8 + TT GbV.9 f (kG) rSr “ 3,620.£ 3,60.£ 1885 X302 xo,l 1885 X 1,35 X30 xo,05 Z— - h — —= 3,62 X9,81 X2,7 3,6x9,81x2,7 A 535 kG Tính bán kính quay vịng tức thời xe có tính đến biến dạng lốp xe lực ngang Pit với : Ỗ1 = 0,043 (rad) - góc biến dạng lốp trước Ơ2 = 0,033 (rad) - góc biến dạng lốp sau • ƠI > Ơ2 - xe quay vòng thiếu L R