Lý thuyết ô tô Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực 1 Chương I LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG I ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ Lịch sử phát triển ngành ô tô đã chứng kiến nhiều.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực Chương I: LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN Ô TƠ TRONG Q TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG I ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ Lịch sử phát triển ngành ô tô chứng kiến nhiều loại động khác dùng ô tô máy kéo, nguồn động lực dung tơ máy kéo động đốt loại piston Vì xác định lực mômen tác dụng lên bánh xe chủ động ô tô máy kéo cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ động đốt loại piston Đường đặc tính tốc độ động đồ thị phụ thuộc cơng suất có ích Ne, mơmen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu GT suất tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay n theo tốc độ góc  trục khuỷu Có hai loại đường đặc tính tốc độ động cơ: - Đường đặc tính tốc độ cục - Đường đặc tính tốc độ ngồi, gọi tắt đường đặc tính ngồi động Đường đặc tính tốc độ động nhận cách thí nghiệm động bệ thử Khi thí nghiệm động bệ thử chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức mở bướm ga hoàn toàn động xăng đặt bơm cao áp ứng với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn động diesel nhận đường đặc tính ngồi động Nếu bướm ga đặt vi trí trung gian nhận đường đặc tính cục Như với động đốt có đường đặc tính tốc độ ngồi vơ số đường đặc tính cục tùy theo vị trí bướm ga Trên hình I-1a trình bày đường đặc tính ngồi động xăng khơng có phận hạn chế số vòng quay Loại động thường dùng ô tô du lịch dùng ô tô hành khách Ne Ne Me Me Ne Nmax Nmax Ne Mmax Me Mmax Me nN nmin nM nN a) nmax ne nmin nM nmax ne b) Hình I-1: Đường đặc tính ngồi động xăng a) Khơng hạn chế số vịng quay; b) Có hạn chế số vịng quay Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực Số vòng quay nmin trục khuỷu số vòng quay nhỏ mà động làm việc ổn định chế độ không tải Khi tăng số vịng quay mơmen cơng suất động tăng lên (hình I-1a) Mơmen xoắn đạt giá trị cực đại Mmax số vịng quay nM cơng suất đạt giá trị cực đại Nmax số vòng quay nN Các giá trị Nmax, Mmax số vòng quay tương ứng với giá trị nN, nM dẫn đặc tính kỹ thuật động Động ô tô làm việc chủ yếu vùng nMnN Khi tăng số vòng quay trục khuỷu lớn giá trị nN cơng suất giảm, chủ yếu nạp hỗn hợp khí tăng tổn thất ma sát động Ngồi tăng số vịng quay làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh chi tiết động Vì thiết kế tơ du lịch số vịng quay trục khuỷu động tương ứng với tốc độ cực đại ô tô đường nhựa tốt nằm ngang không vượt 1020 % so với số vòng quay nN Động xăng đặt tơ tải thường có phận hạn chế tốc độ nhằm làm tăng tuổi thọ động Bộ phận hạn chế số vòng quay làm giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, cơng suất mơmen động giảm số vòng quay trục khuỷu nhỏ giá trị nN Trên hình I-1b trình bày đường đặc tính ngồi động xăng có phận hạn chế số vòng quay Đường đứt nét ứng với động khơng có phận hạn chế số vịng quay, cịn đường đậm nét ứng với động có phận hạn chế số vòng quay Động diesel dùng ô tô tải, ô tô hành khách ngày dùng ô tô du lịch Động diesel dùng ô tô trang bị điều tốc nhị chế đa chế độ Hầu hết máy kéo dùng động diesel có trang bị điều tốc đa chế độ Bộ điều tốc đa chế độ giữ cho chế độ làm việc động vùng tiêu hao nhiên liệu riêng Hình I-2 trình bày đường đặc tính ngồi động diesel Ở hành trình khơng tải động có số vịng quay chạy khơng nc.k Khi xuất tải điều tốc tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào xy lanh động cơ, nhờ công suất mômen động tăng lên, đồng thời số vịng quay trục khuỷu động có giảm Khi bơm cao áp dịch chuyển tới vị trị tính tốn định (do tác động điều tốc) tương ứng với điểm tiêu hao nhiên liệu riêng cơng suất động đạt giá trị cực đại (điểm b hình I-2) Cơng suất cực đại động làm việc có điều tốc gọi công suất định mức động Nn, mômen xoắn ứng với công suất cực đại gọi mômen xoắn định mức Mn, số vịng quay ứng với cơng suất cực đại gọi số vòng quay Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực định mức nn Khoảng biến thiên tốc độ nc.knn phụ thuộc vào độ không đồng điều tốc Ne Nmax Me ge Me Ne Mn Nn Mmax ge nN nM nn nc.k ne Hình I-2: Đường đặc tính tốc độ ngồi động diesel Các đường đồ thị nằm khoảng tốc độ nc.knn gọi đường đồ thị có điều tốc, cịn đường đồ thị nằm khoảng tốc độ nnnM gọi đường đồ thị khơng có điều tốc Ở vùng tốc độ từ nc.knn đường Ne Me có dạng đường thẳng Thường máy kéo động làm việc gần vùng công suất định mức Để xét khả thích ứng động tăng tải ngoại lực tác dụng ô tô máy kéo làm việc, người ta đưa hệ số thích ứng động theo mômen xoắn xác định sau: k M max ; Mn (I.1) Ở đây: k – hệ số thích ứng động theo mômen xoắn Đối với loại động cơ, hệ số thích ứng theo mơmen xoắn có giá trị sau: - Động xăng: k = 1,11,35 - Động diesel khơng có phun đậm đặc: k = 1,11,15 - Động diesel có phun đậm đặc: k = 1,11,25 Cần ý rằng, tiêu chuẩn thử động để nhận đường đặc tính ngồi nước khác, mà động thử nước khác cho giá trị công suất khác Bảng I-1 trình bày tiêu chuẩn thử động số nước phát triển Từ bảng I-1 ta thấy rằng, thử động xăng theo OCT cơng suất cực đại lớn khoảng 10% so với thử theo DIN, lớn khoảng 12% so với thử theo SAE (Mỹ, sau 1974) Công suất cực đại động diesel thử theo OCT Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực lớn 8% so với thử theo DIN, 6% so với thử theo BS 3% so với thử theo JIS Bảng I-1 Ký hiệu tiêu chuẩn thử tên nước OCT (Nga) DIN (CHLBĐức) SAE (Mỹ, trước 1974) SAE (Mỹ, sau 1974) BS (Anh) CSN (Tiệp khắc cũ) JIS (Nhật bản) Các thiết bị tháo thử Bộ tiêu âm, két nước, quạt gió, thiết bị phục vụ cho gầm xe (máy nén khí, bơm cường hóa lái…) Két nước, thiết bị phục vụ cho gầm xe Điều kiện thử Độ ẩm Áp suất Nhiệt o mmHg độ ( C) tương đối (%) 760 20 50 760 20 50 Bộ tiêu âm, bầu lọc khí, máy phát điện, két nước, quạt gió, thiết bị phục vụ cho gầm xe Két nước, thiết bị phục vụ cho gầm xe 746,5 29,4 50 729 29,4 50 Két nước, thiết bị phục vụ cho gầm xe Két nước 749 760 29,4 20 50 Không Bộ tiêu âm, két nước, thiết bị phục vụ cho gầm xe 760 15 50 Như sử dụng đường đặc tính ngồi nhận thực nghiệm để tính tốn sức kéo cần biết rõ đường đặc tính nhận theo tiêu chuẩn thử Động đặt ô tô máy kéo phát công suất thấp công suất cực đại nhận bệ thử Công suất thực tế mà động phát công suất cực đại nhận bệ thử nhân với hệ số  Hệ số có giá trị nhỏ phụ thuộc vào loại tiêu chuẩn thừa nhận thử, loại động dùng, loại xe ô tô cần đặt động cơ, điều kiện sử dụng chế độ tải động Khi tính tốn gần thừa nhận  = 0,80,9 Khi khơng có đường đặc tính tốc độ ngồi động thực nghiệm, ta xây dựng đường đặc tính nói nhờ cơng thức kinh nghiệm S.R.Lây Đécman Việc sử dụng quan hệ giải tích cơng suất, mơmen xoắn với số vịng quay động theo cơng thức Lây Đécman để tính tốn sức kéo thuận lợi nhiều so với dùng đồ thị đặc tính ngồi thực nghiệm, việc sử dụng máy tính trở nên phổ cập Cơng thức S.R.Lây Đécman có dạng sau:  n  ne   ne   e   c.   ; N e  N max a  b. n n  n N  N  N   (I.2) Ở đây: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực Ne, ne – Cơng suất hữu ích động số vòng quay trục khuỷu ứng với điểm đồ thị đặc tính ngồi Nmax, nN – Cơng suất có ích cực đại số vịng quay ứng với cơng suất nói a, b, c – Các hệ số thực nghiệm chọn theo loại động sau: Với động xăng: a = b = c =1 Với động diesel kỳ: a = 0,87; b = 1,13; c = Với động diesel kỳ có buồng cháy trục tiếp: a = 0,5; b = 1,5; c = Với động diesel kỳ có buồng cháy dự bị: a = 0,6; b = 1,4; c = Với động diesel kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a = 0,7; b = 1,3; c = Cho trị số ne khác nhau, dựa theo cơng thức (I.2) tính cơng suất Ne tương ứng từ vẽ đồ thị Ne = f(ne) Có giá trị Ne ne tính giá trị mơmen xoắn Me động theo công thức sau: Me  10 4.N e ; 1,047.ne (I.3) Ở đây: Ne – Công suất động cơ; kW ne – Số vòng quay trục khuỷu; v/ph Me - Mômen xoắn động cơ; N.m Có giá trị Ne, Me tương ứng với giá trị ne ta vẽ đồ thị Ne = f(ne) đồ thị Me = f(ne) Như vậy, sau xây dựng đường đặc tính tốc độ ngồi động có sở để nghiên cứu tính chất động lực học ô tô máy kéo II LỰC KÉO TIẾP TUYẾN CỦA Ô TÔ Công suất động truyền đến bánh xe chủ động ô tô qua hệ thống truyền lực Khi truyền vậy, công suất bị tổn hao ma sát hệ thống truyền lực công suất bánh xe chủ động nhỏ công suất động phát Công suất bánh xe chủ động thể qua hai thông số mơmen xoắn số vịng quay bánh xe chủ động Nhờ có mơmen xoắn truyền đến bánh xe chủ động nhờ có tiếp xúc bánh xe chủ động với mặt đường vùng tiếp xúc bánh xe chủ động mặt đường phát sinh lực kéo tiếp tuyến hướng theo chiều chuyển động Lực kéo tiếp tuyến Pk lực mà mặt đường tác dụng lên bánh xe Tỷ số truyền hệ thống truyền lực Tû sè truyền hệ thống truyền lực đợc xác định theo công thức sau: Generated by Foxit PDF Creator â Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên n  it  e  e nb  b Khoa Cơ Khí Động Lực (I.4) Trong ®ã: it : tû sè trun cđa hƯ thèng trun lùc ne,  e : số vòng quay tốc độ góc trục khuỷu nb , b : số vòng quay tốc độ góc bánh xe chủ động Xét mặt kết cấu tỷ số truyền xác định: it  i h i p io ic (I.5) Trong ®ã : ih : tû sè trun cđa hép sè chÝnh ip : tû sè trun cđa hép sè phơ io : tû sè trun cđa trun lùc chÝnh ic : tû sè trun cđa trun lùc ci cïng Hộp số chícuarcuar tơ thường có nhiều cấp số, cịn hộp số phụ thường có hai cấp số Tùy theo vị trí cần gạt số hộp số hộp số phụ mà có tỷ số truyền it khác hệ thống truyền lực Hiệu sut ca h thng truyn lc Trong trình ôtô làm việc công suất động truyền đến bánh xe chủ động bị mát do: - Ma s¸t cđa c¸c chi tiÕt hƯ thèng trun lùc - Sự khuấy dầu - Dẫn động phụ Cho nên công suất bánh xe chủ động nhỏ công suất động Công suất truyền đến bánh xe chủ động : (I.6) Nk Ne Nt Trong : Nk : công suất truyền ®Õn b¸nh xe chđ ®éng Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng n Khoa Cơ Khí Động Lực Nt : c«ng suất tiêu hao ma sát khuấy dầu hƯ thèng trun lùc hay dÉn ®éng phơ HiƯu st hệ thống truyền lực tỷ số công suất truyền tới bánh chủ động Nk công suất hữu ích động Ne, đợc xác định theo c«ng thøc: t  Nk Ne  Nt N   1 t Ne Ne Ne (I.7) HiƯu st cđa hệ thống truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số phụ thuộc vào điều kiện làm việc ôtô nh: - Chế độ tải trọng - Tốc độ chuyển động - Chất lợng chế tạo chi tiết - Độ nhớt dầu bôi trơn - Kết cấu chi tiÕt XÐt vỊ mỈt kÕt cÊu: hiƯu st cđa hệ thống truyền lực đợc xác định theo công thức: t  l  h  cdo  c (I.8) Trong đó: l : hiệu suất ly hợp ( coi nh­  1)  h : hiÖu suÊt cđa hép sè vµ hép sè phơ( nÕu cã)  cd : hiệu suất đăng o :hiệu suất cầu chủ động c : hiệu suất cđa trun lùc ci cïng Th­êng hiƯu st cđa hƯ thống truyền lực t xác định thực nghiệm trình bày bảng sau: Bảng I-2 Loại xe Ô tô du lịch Ô tô tải với truyền lực cấp Ô tô tải với truyền lực hai cấp Giá trị trung bình t 0,93 0,89 0,85 Mômen xoắn bánh xe chủ động lực kéo tiếp tuyến Mômen xoắn bánh xe chủ động tác dụng vào mặt đường lực P ngược với chiều chuyển động ô tô (hình I.3) Nhờ tác dụng tương hỗ đường bãnh x Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực echo nên bánh xe chịu lực Pk tác dụng từ mặt đường có giá trị tương đương với lực P (Pk = P) có chiều chiều chuyển động tơ Lực Pk gọi lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động Như lực kéo tiếp tuyến phản lực từ đất mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động theo chiều với chiều chuyển động tơ H×nh I.3: Lùc kÐo tiÕp tuyến bánh xe chủ động - Cho ôtô chuyển ®éng theo ph¬ng v - M k sinh M e truyền qua i t bị mát t - Có bán kính làm việc trung bình bánh xe r b Mômen xoắn bánh xe chủ động M k đợc xác định: - Khi ôtô chuyển động (chuyển động ổn định tức v = const) M k  M e it  t (I.9) - Khi ôtô chuyển động có gia tốc M 'k  M k  M j (I.10) - Khi b¸nh xe lăn, bánh xe tác dụng lên mặt đờng lực, ký hiệu:P + Phơng song song với mặt đường + Chiều ngợc chiều chuyển động - Theo điều kiện cân lực mặt đờng tác dụng lại bánh xe lực + Ký hiệu Pk đợc gọi lµ lùc kÐo tiÕp tuyÕn ( Pk  P) + Phương song song mặt đường + Chiều chiều chuyển động Lực kéo tiếp tuyến Pk đợc xác định theo c«ng thøc: Pk  M k M e ih i p io ic t  rk rk (I.11) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực Trong đó: rk: bán kính đặt lực Pk, với sai số không lớn lấy bán kính làm việc bánh xe rb nghĩa chuyển động ổn ®Þnh Khi ®ã ta cã: Pk  M k M e ih i p io ic t  rb rb (I.12) Nếu chuyển động không ổn định : P ' k  Pk  Pj (I.13) Nhờ có lực kéo tiếp tuyến Pk mà tơ thắng lực cản chuyển động để tiến phía trước III LỰC BÁM CỦA BÁNH XE CHỦ ĐỘNG VÀ HỆ SỐ BÁM Lực bám hệ số bám bánh xe ch ng v mt ng a Hệ số bám Để cho ôtô, máy kéo chuyển động bề mặt tiếp xúc bánh xe mặt đường cần phải có độ bám định đợc đặc trng hệ số bám Hệ số bám bánh xe chủ động với mặt đường tỷ số lực kéo tiếp tuyến cực đại (sinh điểm tiếp xúc bánh xe chủ động mặt đường ) tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động (tải trọng bám: G ) Trong đó: - : Hệ số bám Pk max G (I.14) - Pkmax: lùc kÐo tiÕp tuyÕn cực đại - G : Tải trọng bám Nhận thấy hệ số bám tương tự hệ số ma sát hai vật thể học, nhiên bánh xe ôtô máy kéo ma sát có bám mấu bám bánh xe tác dụng vào mặt đường b Lực bám Ta có: Pk  M k M e ih i p io ic  t  rb rb (I.15) Ta thÊy Pk phụ thuộc vào mômen xoắn động cơ, lực kéo có đợc sử dụng hết hay không phụ thuộc vào hệ số bám bánh xe chủ động mặt đường Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng n Khoa Cơ Khí Động Lực Tõ c«ng thøc (1.9) ta xác định lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo diều kiện bám bánh xe chủ động mặt đường nh sau: Pkmax = G (I.16) Gọi Z phản lực thẳng góc từ mặt đường tác động lên bánh xe chủ động ta cã: (I.17) Z = G  Víi lùc b¸m P đợc xác định theo công thức sau: P Z (I.18) Để cho bánh xe chủ động không bị trợt quay ôtô chuyển động Pkmax phải thoả m·n ®iỊu kiƯn sau: (I.19) Pkmax  P Hay: M k max  .Z rb (I.20) Trong ®ã: - Mkmax: Mômen xoắn cực đại truyền tới bánh xe chủ động - rb : Bán kính bánh xe chủ động Từ (I.18) ta thấy lực bám bánh xe chủ động với mặt đường tỷ lệ thuật với hệ số bám tải trọng bám G , mà lực kéo Pkmax lại bị giới hạn P Bởi muốn tận dụng đợc hết lực kéo Pkmax động truyền xuống cần thiết phải tăng hệ số bám hay tăng G tăng đồng thời hai (đồng nghĩa với tăng P ) Để tăng lực bám ôtô dùng lốp có vấu cao để tăng hệ số bám dùng nhiều cầu chủ động để sử dụng toàn trọng lượng xe làm trọng lượng bám Đối với máy kéo làm viêc đồng lầy dùng lốp có vấu cao lắp thêm bánh phụ có vấu thép bánh lồng thép để tăng hệ số bám Cỏc yếu tố ảnh hưởng tới hệ số bám - Phô thuộc vào vật liệu làm bề mặt đường vật liệu chế tạo lốp - Tình trạng mặt đường (khô hay ớt, nhẵn hay nhám) - Kết cấu dạng hoa lốp - Các điều kiện sử dụng khác tải trọng tác dụng lên bánh xe áp suất lốp, tốc độ chuyển động ôtô máy kéo độ trợt bánh xe chủ động với mặt ®­êng - Ta cã ®å thÞ chØ sù phơ thc cđa hƯ sè b¸m  víi mét sè u tè hình I.4 10 Generated by Foxit PDF Creator â Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa C Khớ ng Lc Sơ đồ tính toán xác lập với giả thiết đơn giản sau: - Ch­a ®Ĩ ý tíi lùc kÝch ®éng ®é mÊp mô mặt đường gây xe chuyển động - Chưa để ý đến khối lượng không treo - Chưa để ý đến lực cản phận cản Với giả thiết đơn giản trên, dao động ôtô coi dao động AB đặt hai gối tựa đàn hồi tương ứng với tâm cầu trước tâm cầu sau Hệ số cứng thu gọn hệ thống treo lốp ký hiệu C1, C2 - Khối lượng treo M tập trung trọng tâm T cách cầu trước cầu sau khoảng tương ứng là: a b - Khi có lực kích thích, đoạn thẳng AB chuyển động tới vị trí A1B1 gồm hai chuyển động thành phần: - Chuyển động tịnh tiến từ AB đến AB với đoạn dịch chuyển z tác động lực quán tính M z - Chun ®éng quay mét gãc  quanh trơc Y qua trọng tâm T làm AB chuyển động từ AB đến A1B1 Theo sơ đồ tính toán ta có: - Dịch chuyển thẳng đứng Z1, Z2 vị trí A B xác định sau: z1  z  a.tg  z  a. z  z  b.tg  z  b. (VIII.2) Góc nhỏ nên tg - Chuyển động thẳng đứng chuyển động quay khối lượng treo M biểu thị hệ phương trình sau: M z C1 z1 C z   C1 z1a  C z b M 2 (VIII.3) Trong ®ã: dz z  dt d    dt (VIII.4)  - b¸n kÝnh qu¸n tÝnh cđa khối lượng treo trục Y qua trọng tâm T Đạo hàm hai lần phương trình (VIII.2) theo thời gian ta được: z z a.      z2   z b. (VIII.5) Từ hệ phương trình (VIII.3) ta có giá trị sau: 164 Generated by Foxit PDF Creator â Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên ` Khoa Cơ Khí Động Lực   z  (C1 z1  C z )  M      C z a C z b (  ) 1 2 M (VIII.6) tịa biểu thức (VIII.6) vào biểu thức z Thay giá trị (VIII.5) sau khai triển rút gọn ta có hệ phương trình sau: a2 )    2   b ab M z )  C1 z1 (1  )  0  C z (1     M z  C1 z1 (1  )  C z (1 ab (VIII.7) Thay giá trị z1 từ phương trình thứ vào phương trình thứ hai thay giá trị z2 từ phương trình thứ hai vào phương trình thứ hệ phương trình rút gọn ta hệ sau: C1 L2 ab    z z1    2 2  b M (  b )   2 C L ab     z2  z z   2   a M (  a )  z  (VIII.8) Từ hệ phương trình ta thấy dao động hai vị trí AB tương ứng với dao động khối lượng treo phân cầu trước cầu sau có ảnh hưởng lẫn nhau, nghĩa trình chuyển động cầu trước gặp mấp mô gây dao động cầu sau bị dao động theo ngược lại ảnh hưởng dao động qua lại lẫn hai cầu đặc trưng bëi hƯ sè liªn kÕt  : ab      b   ab    2    a  1  (VIII.9) Trong tr­êng hỵp 1    tøc lµ   ab xảy trường hợp dao động cầu xe độc lập với nhau, thực tế điều lại không xảy mà dao động cầu xe ảnh hưởng lẫn nhau, nghĩa 1    v× vËy  Bán kính quán tính trường hợp tính theo công thức: ab (VIII.10) đây: - Hệ số phân bố khối lượng ôtô 0,8 1,2 hệ số ảnh hưởng lớn dao động ôtô =1 dao động cầu xe độc lập với 165 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng n Khoa Cơ Khí Động Lực TÇn sè dao động riêng phần khối lượng treo phân cầu trước, cầu sau tính theo biểu thøc:  C1 L2   2  M (  b )   C L2  2  M (   a ) (VIII.11) Trong đó: - Tần số dao động đặc trưng cho dao động khối lượng treo điểm A điểm B cố định - Tần số dao động đặc trưng cho dao động khối lượng treo điểm B điểm A cố định Thay (VIII.9) (VIII.11) vào (VIII.8) ta : z z2 12 z1   1    z2    z  2 z (VIII.12) Nghiệm tổng quát hệ phương trình (6.12) có dạng: z1 A sin 1t B sin  t z  C sin 1t  D sin  t Trong ®ã : , - tần số dao động liên kết; A, B, C D - số Biểu thức cho thấy dao động ôtô phức tạp gồm hai dao động điều hoà có tần số dao động liên kết , Tần số dao động liên kết ôtô phụ thc vµo nhiỊu u tè mµ tr­íc hÕt lµ phơ thuộc vào thông số cấu tạo ôtô khối lượng treo, toạ độ trọng tâm phần treo, bán kính quán tính phần treo, ®é cøng cđa hƯ thèng treo Tr­êng hỵp 1 tần số dao động xảy cầu xe độc lập với nhau, phương trình dao động ôtô đơn giản nhiều Phương trình dao động xe cầu trước cã d¹ng: M 1 z  C1 z1  (VIII.13) Tần số dao động riêng tính biểu thức: 12 C1 M1 Lúc phương trình (6.13) biến đổi thành dạng: 166 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên  z  1 z1  Khoa Cơ Khí Động Lực (VIII.14) NghiƯm cđa phương trình là: z1 A sin 1t (VIII.15) Hình VIII.9 Sơ đồ dao động độc lập ôtô cầu trước Như dao động có quy luật theo hàm số sin điều hoà với chu kỳ dao ®éng: T1  2 1  2 M1 C1 (VIII.16) Số lần dao động phút xác định theo biÓu thøc : n1  300 f t1 (VIII.17) Trong ®ã: ft1 - ®é tÜnh cđa hƯ thèng treo trước Đối với ôtô du lịch độ võng tĩnh tải đầy có giá trị khoảng 20 - 25 cm, xe tải từ - 12 cm, xe khách từ 11 - 15 cm Dao động cầu sau ta xét tương tự Nếu kể đến thành phần cản, tức hệ thống treo xe có lắp ống giảm chấn để dập tắt dao động phát sinh xe chạy sơ đồ tính toán biểu diễn hình sau: 167 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lc Hình VIII.10.Sơ đồ dao động tự tắt dần ôtô Khi hệ thống treo có lắp giảm chấn thuỷ lực lực cản giảm chấn thuỷ lực ë vËn tèc b×nh th­êng sÏ tû lƯ víi vËn tốc dao động Phương trình dao động trường hợp có dạng: (VIII.18) M z z K1 C1 z1 Ta đặt: K1  2h1 M1 vµ C1  12 M1 Phương trình có dạng: 12 z1  z  h1 z (VIII.19) ë đây: h - Hệ số tắt chấn động Để giải phương trình ta đưa hệ số tỉ lệ tắt chấn động : h1 (VIII.20) - Hệ số thể mối tương quan hai đại lượng đặc trưng cho hệ thống treo hệ số cản giảm chấn hệ số cứng phận đàn hồi (nhíp, lò xo) Đây thông số quan trọng hệ dao động xe Nghiệm phương trình đặc tính phương trình vi phân (VIII.19) có dạng 1,  h1  h12  12 (VIII.21) KÕt qu¶ cđa toán tuỳ thuộc dạng nghiệm số (3.21) Có ba trường hợp sau xảy 168 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực a tr­êng hỵp thø nhÊt: h1  1 tøc Đặt: 12 h12 12 (VIII.22) - tần số dao động xe có phận cản cầu trước; - tần số dao động riêng cầu trước Nghiệm phương trình dao động (VIII.19) có dạng: z1 Ae  h1t sh (1t   ) (VIII.23) Nghiệm phương trình (3.19) trường hợp cho thấy hệ thống treo có lắp thành phần cản với đại lượng đặc trưng hệ số cản K dao động dập tắt, với trình dập tắt theo quy luật sin hypec-bol, trình dập tắt đột ngột, cần tránh thiết kế hệ thống treo «t« b tr­êng hỵp thø hai: h1  1 tøc nghiệm phương trình đặc tính nghiệm kép nghiệm phương trình dao ®éng (VIII.19) cã d¹ng sau: z1  e  h1t ( A1 A2 t ) (VIII.24) trình dập tắt dao động có quy luật hình sin hypecbol thiÕt kÕ hƯ thèng treo cịng cÇn tránh trường hợp Hình VIII.11 Dao động tắt dần 169 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng n c tr­êng hỵp thø ba: h1  1 tøc lµ   Khoa C Khớ ng Lc trường hợp nghiệm phương trình đặc tính nghiệm phức nghiệm phương trình dao động (6.19) có dạng: z1 Ae  h1t sin( 1t   ) Qu¸ trình dập tắt dao động trường hợp theo quy luật hình sin điều hoà, trình dập tắt từ từ êm dịu (hình) Như thiết kế hệ thống treo ôtô phải chọn  nÕu chän   th× thêi gian dập tắt dao động lâu lực cản để dập tắt dao động bé Nếu chọn trình dập tắt dao động dao ®éng sÏ nhanh nh­ng ®ét ngét theo quy luËt hình sin hypecbol Thông thường ôtô hệ số tắt dao động có giá trị khoảng   0,15  0,3 (xem h×nh VIII.12)  1,0 0,5 0,5 Vïng sư dơng cđa  1,0  H×nh VIII.12: Vïng sư dơng cđa hƯ sè tû lệ tắt dao động Chương IX: tính động ô tô I kháI niệm tính động ô tô Tính động ô tô hiểu khả chuyển động chúng điều kiện đường xá khó khăn địa hình phức tạp Tùy theo ý đồ sử dụng, người ta thiết kế ô tô có mức độ khác tính động Về phương diện yêu cầu thấp cho ô tô sử dụng chủ yếu thành phố đường quốc lộ (đa số ô tô du lịch ô tô chở khách) yêu cầu cao cho ô tô làm việc lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp quốc phòng Tính động có ảnh hưởng định tới tiêu sử dụng suất Tính động phụ thuộc vào nhiều nhân tố, chủ yếu chất lượng 170 Generated by Foxit PDF Creator â Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa C Khớ ng Lc kéo - bám thông số hình học ô tô Ngoài đặc điểm cấu tạo cụm riêng biệt ô tô trình độ thành thạo nghề nghiệp người lái có ảnh hưởng tới tính động ii nhân tố ảnh hưởng tới tính động ô tô ảnh hưởng nhân tố hình học a) Khoảng sáng gầm xe Đó khoảng cách điểm thấp gầm xe với mặt đường, ký hiệu K Khoảng cách đặc trưng cho độ nhấp nhô lớn mặt đường mà xe vượt qua ô tô có tính động thấp, K = 175210 mm (với ô tô du lịch) K = 240275 mm (với ô tô tải) ô tô có tính động cao, khoảng sáng thường lớn so với ô tô có tính động thấp từ 2050 mm xe đặc biệt khoảng sáng gầm xe đạt tới 400 mm cao (xem hình IX.1) Hình IX.1 : Các thông số hình học tính động ô tô b) Bán kính động dọc động ngang Đặc trưng cho hình dạng chướng ngại vật mà xe khắc phục Đây bán kính vòng tròn tiếp xúc với bánh xe điểm thấp gầm xe mặt phẳng dọc ngang (hình IX.1) Bán kính động dọc bán kính động ngang nhỏ tính động xe tốt ô tô có công thức bánh xe 4x2, bán kính động dọc thường nằm giới hạn sau : Đối với ô tô du lịch loại nhỏ từ 2,5 đến 3,5 m ; loại trung bình từ 3,5 đến 5,5 m loại lớn từ 5,5 đến 8,5 m 171 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khớ ng Lc Đối với ô tô tải, tải trọng nhỏ từ 2,5 đến 3,5 m ; tải trọng trung bình từ 3,0 đến 5,5 m tải trọng lớn từ 5,0 đến 6,0 m ô tô có tính động cao, bán kính động dọc nhỏ so với loại ô tô tương tự có tính động thấp ; đa số trường hợp bán kính không vượt giá trị từ 2,0 đến 3,6 m c) Góc động trước góc động sau Khi ô tô cần phải vượt qua chướng ngại vật lớn đường hào, gò đống, bờ ruộng, cầu phà phần nhô sau giới hạn chiều dài sở xe va quệt vào vật cản Tính động ô tô để vượt qua chướng ngại vật phụ thuộc vào trị số góc động trước góc động sau (hình IX.1) Để nâng cao tính động xe người ta mong muốn làm để góc có giá trị lớn theo khả ô tô nay, góc động có giá trị sau: Loại xe Ô tô du lịch có tính động thấp 2030 1520 Ô tô tải có tính động thấp 4050 2040 Ô tô có tính động cao, không nhỏ 4550 3540 ảnh hưởng thông số kết cấu a) ảnh hưởng bánh xe chủ động trước Các bánh xe bị động trước khắc phục chướng ngại vật thẳng đứng nhiều so với bánh xe chủ động Điều giải thích bánh xe bị động tỳ vào chướng ngại vật bánh chủ động có xu hướng khắc phục Trên hình IX.2a biểu thị sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe bị động phía trước khắc phục chướng ngại vật thẳng đứng có độ cao h Các lực tác dụng lên bánh xe: T: Lực đẩy từ khung tới bánh xe R: Phản lực chướng ngại Z X: Thành phần thẳng đứng nằm ngang phản lực R Từ điều kiện cân bánh xe ta có: Z = Gb , X=T 172 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực Gb Gb P k P'' k M Z A 1 R C X k T r P' k Z A 1 X T R C h a) b) Hình IX.2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe trước khắc phục trở ngại thẳng đứng a) Bánh xe bị động, b) Bánh xe chủ động Theo sơ đồ lực hình IX.2 ta cã: Z = X.tg1 = T.tg1; T Gb = T.tg1 Gb tg1 Xác định giá trị tg1 từ tam giác AOC: tg Do đó: OC CA rh 2.r.h  h ; Gb 2.r.h  h ; T  Gb r h tg Từ công thức vừa xác định they r»ng h = r, lùc T = , có nghĩa gặp chướng ngại vật có độ cao h = r ô tô vượt được, bánh xe chủ động phía sau có lực kéo cực đại Khi bánh xe trước bánh chủ động, lực T Gb, bánh xe có mômen Mk xuất hiƯn lùc Pk Tõ Pk ta cã P’k vµ P’’k Do tác động lực T Gb điểm tiếp xúc A phát sinh phản lực X Z Khi chiếu tất lực lên trục nằm ngang thẳng đứng nhận được: T = X - P’k vµ Gb = Z + P”k Do nảy sinh lực phụ Pk nên cho phép bánh xe chủ động dễ dàng khắc phục chướng ngại có độ cao bán kính bánh xe; lực Pk làm giảm lực cản chuyển động X 173 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực b) ¶nh h­ëng cđa kÕt cÊu vi sai Vi sai cho phép bánh xe chủ động quay với tốc độ khác Trường hợp ma sát nhá, cã thĨ xem nh­ vi sai ph©n bè cho bán trục nửa giá trị mômen xoắn mà nhận Giá trị mômen lại bị giới hạn trượt quay bánh xe chủ động nằm đất có hệ số bám nhỏ Như vậy, vi sai dơn giản cầu chủ động làm xấu nhiều tính nằn động ô tô trị số lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động xác định bánh xe có lực bám nhỏ với đất, đó, lực kéo tiếp tuyến không đủ để khắc phục lực cản chuyển động Vi sai phân bố mômen xoắn bánh xe chủ động sau: M1 = 0,5.(M + Mr) M2 = 0,5.(M - Mr) ë đây: M1 M2: mômen xoắn bánh xe chủ động quay chậm nhanh; Mr: Mômen ma sát vi sai, nảy sinh có chuyển động tương đối chi tiết nó; M: Mômen xoắn bánh xe bị động truyền lực Theo quan điểm tính động ma sát vi sai có lợi, cho phép truyền mômen lớn cho bánh xe không trượt nhỏ cho bánh xe bị trượt, nhờ mà khắc phục trượt quay Lực kéo tiếp tuyến tổng cộng hai bánh xe chủ động trường hợp đạt giá trị cực đại nh­ sau: Pk max  2.P  Mr rb Pmin: Lùc kÐo ë b¸nh xe cã lùc b¸m nhá rb: Bán kính bánh xe chủ động Ma sát vi sai đơn giản không lớn, lực kéo tổng cộng tăng 4%6% Trong vi sai cam trục vít có bố trí ô tô có tính động cao, ma sát chúng lớn nên lực kéo tiếp tuyến tổng cộng tăng 10%15% Trên loại xe cần tính động cao người ta thường sử dụng vi sai có ma sát lớn Kết cấu loại hình IX.3a Nó có hai l y hợp ma sát: Các đĩa nối với bánh bán trục, đĩa 10 nối với vỏ vi sai Các đĩa ly hợp ép cách tự động nhờ lực chiều trục, trục vi sai đĩa ép có mặt nghiêng (góc ) Trị số lực chiều trục phụ thuộc vào mô men truyền qua vi sai đây: 174 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng n Khoa Cơ Khí Động Lực Ly hỵp ma sát cản trở thay đổi vận tốc góc hai bánh xe chủ động, mômen ma sát vi sai phụ thuộc vào: mômen truyền tới nó, số lượng đĩa ma sát góc nghiêng trục vi sai đĩa ép Khi ô tô chuyển động thẳng (hình IX.3b) mômen xoắn truyền tới bán trục hai đường: qua bánh côn vi sai qua hail y hợp ma sát, trường hợp mômen bán trục nhaukhi lực cản hai bánh xe chủ động (M1=M2) Khi ô tô quay vòng (giả sử quay vòng phải) chuyển động mặt đường có hệ số bám bánh xe chủ động bên phải lớn bên trái có phân bố lại mômen (hình IX.3c) mômen truyền cho bán trục bên phải lớn bên trái (M2>M1) M 1+ M2 10 A M1 M2 b) M 1+ M2  M2 M1 Nh×n theo A a) c) Hình IX.3: Cấu tạo vi sai có ma sát lớn nhờ ly hợp ma sát sơ đồ phân bố mômen cho bán trục 175 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực a) CÊu t¹o vi sai: vá hép vi sai; bánh hành tinh; bánh bán trục; đĩa ép ly hợp; bánh bị động truyền lực chính; mặt nghiêng trục vi sai đĩa ép; trục vi sai; nắp đậy; đĩa ma sát có then hoa trong; 10 đĩa ma sát có then hoa b) Khi xe chuyển động thẳng (M1 = M2) c) Khi xe quay vòng chuyển động mặt đường có hệ số bám khác hai bánh xe chủ động (M1 < M2) Trên số ô tô người ta sử dụng loại vi sai gài cưỡng bức, việc gài cứng vi sai với bán trục thực có chênh lệch lớn hệ số bám bánh xe chủ động bên phải bên trái Trên mặt đường trơn lầy loại vi sai cho phép tăng đáng kể lực kéo ô tô Sau đà khắc phục chỗ trơn lầy cần phải mở phận gài cứng để tránh tượng tuần hoàn công suất hạn chế mài mòn lốp c) Ô tô nhiều cầu chủ động vấn đề tuần hoàn công suất Trong biện pháp khác sử dụng để nâng cao chất lượng kéo - bám ô tô, xe cần có tính động cao, người ta sử dụng biện pháp tăng số cầu chủ động Với cách bố trí này, chất lượng kéo - bám ô tô tăng nhiều nhờ việc tận dụng tới mức tối đa trọng lượng sử dụng xe để biến thành trọng lượng bám Để đơn giản cho việc nghiên cứu ta xét loại xe bố trí theo sơ đồ 4x4 §éng lùc häc kÐo cđa xe cã b¸nh chđ động phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động tới trục chủ động, cấu trúc hệ thống dẫn động có ảnh hưởng tới việc phân bố lực kéo bánh xe trước sau Hiện người ta sử dụng hai loại dẫn động: dẫn động cứng dẫn động vi sai (hình IX.4) Loại dẫn động thứ biểu thị sơ đồ IX.4a Cả hai trục ô tô nối ®éng häc cøng víi qua hép ph©n phèi 1, mối quan hệ đà xác định vận tốc góc chúng không đổi trình làm việc Loại dẫn động thứ hai biểu thị sơ đồ IX.4b Thay vào vị trí hộp phân phối hộp vi sai 2, kết tác động hiệu ứng vi sai nên mối quan hƯ gi÷a vËn tèc gãc cđa hai trơc cã thể thay đổi trình làm việc Đặc tính khác mối quan hệ động học trục gây nên khác việc phân bố mômen chủ động cho chúng ô tô có dẫn động cứng hai trục chủ động luôn có không tương ứng động học bánh xe trước sau Khi chuyển động thẳng mặt đường phẳng, không tương ứng động học biểu thị chỗ: tốc độ vòng lý 176 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khớ ng Lc thuyết bánh trước sau cã thĨ kh¸c nhau, c¸c trơc cđa chóng lại gắn chặt với khung xe phải di chuyển với vận tốc tịnh tiến Đảm bảo đồng tuyệt đối vận tốc vòng bánh xe trước sau thực tế thực được, bán kính bánh xe cã thĨ sai lƯch so víi tÝnh to¸n nhiỊu nguyên nhân gây nên như: sai số chế tạo, độ mài mòn lốp, áp suất không khí lốp, dao động tải trọng thẳng đứng tác động lên bánh xe, Hộp số a) Hộp số b) Hình IX.4: Sơ đồ dẫn động trơc chđ ®éng a) DÉn ®éng cøng; b) DÉn ®éng vi sai Trên đường vòng, không tương ứng động học tạo nên chỗ: ô tô chuyển động đường cong trục chúng phải lúc quÃng đường khác nhau, hai trục xe xem gắn với khung lại di chuyển với vận tốc tịnh tiến 177 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí ng Lc iii biện pháp nhằm nâng cao tính động ô tô Để nâng cao tính động ô tô, người ta sử dụng biện pháp sau đây: a) Nâng cao chất lượng động lực học ô tô Chất lượng động lực học có liên quan chặt chẽ với khả khắc phục độ dốc đoạn đường có lực cản lăn lớn, xe có tính động cao cần phải có trị số lực kéo tương ứng bánh xe chủ động Để nâng cao chất lượng động lực học cần nâng cao công suet riêng xe, tăng tỷ số truyền cực đại hệ thống truyền lực, sử dụng loại hệ thống truyền lực cho phép chuyển số mà không cần ngắt dòng công suet truyền đến bánh xe chủ động b) Giảm áp suất riêng phần lên bề mặt đường Do ô tô loại thường phải di chuyển mặt tựa mềm, phần tử đất có mối liên kết yếu, lực cản lăn lớn lực bám nhỏ Vì tăng áp suet riêng ô tô lên bề mặt tựa làm tăng vết lún bánh xe, lực cản lăn tăng dẫn đến tình trạng xe bị sa lầy Biện pháp giảm áp suet riêng lên bề mặt tựa là: Phân bố hợp lý trọng lượng xe lên trục, tăng số trục, sử dụng lốp có kích thước profin tương ứng, giảm áp suet không khí lốp điều chỉnh áp suet xe chạy tùy theo điều kiện đường xá Công tiêu hao cho bánh xe ô tô xe chuyển động đất mềm tỷ lệ với độ biến dạng dư đất, có nghĩa phụ thuộc vào bề rộng độ sâu vết lún bánh xe Chính mà độ trùng vết bánh có ý nghĩa quan trọng công tiêu hao cho di chuyển ô tô Độ biến dạng nhỏ đất nhận có độ trùng xác vết bánh sau bánh trước c) Nâng cao chất lượng bám ô tô Trên mặt đường trơn trượt, tính động xe phụ thuộc nhiều vào khả bám bánh xe chủ động với bề mặt tựa Vì để nâng cao chất lượng bám người ta thường phải sử dụng loại lốp có dạng hoa lốp đặc biệt trang bị khác để chống lại trượt bánh xe, sử dụng cumk vi sai có ma sát lớn, cụm vi sai tự động gài gài cứng cưỡng thay cho cụm vi sai thông thường cuối tạo nên xe có nhiều cầu chủ động để sử dụng tối đa trọng lượng xe thành trọng lượng bám d) Tạo thông số hình học thích hợp Những ô tô có tính động cao thường phải làm việc loại địa hình phức tạp, chúng cần phải có thông số hình học tính động để di chuyển không bị va quệt vào chướng ngại vật đường 178 ... only Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Cơ Khí Động Lực Ni có giá trị - ? ?tô chuyển động xuống dốc Nj có giá trị + ? ?tô chuyển động tăng tốc Nj có giá trị - ? ?tô chuyển động giảm tốc Nw có giá trị + ? ?tô chuyển... toàn ô tô j dv : gia tốc tịnh tiến ô tô dt Xác định Pj'''' Để xác định Pj'''' ta cần phải tính mômen xoắn truyền đến bánh xe chủ động ô tô chuyển động không ổn định - Khi ? ?tô chuyển động ổn định mômen... đối ? ?tô so với không khí (m/s) Hệ số cản không khí K ô tô máy kéo thay đổi khoảng phạm vi rộng tùy theo dạng khí động chúng Ô tô vận tải máy kéo thường có dạng khí động xấu Các máy kéo nông nghiệp