Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN KHUNG GẦM ********************** GGIIÁÁOO TTRR̀̀ NNHH ÔÔ TTÔÔ 11 (LÝ THUYẾT Ô TÔ) Người biên soạn GVC MSc Đặng Quý TP HỒ CHÍ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MƠN KHUNG GẦM ********************** GIÁO TR̀ NH Ô TÔ (LÝ THUYẾT Ô TÔ) Người biên soạn: GVC MSc Đặng Quý TP HỒ CHÍ MINH, / 2010 LỜI NĨI ĐẦU N ền công nghiệp chế tạo ô tô giới ngày phát triển mạnh mẽ Ở Việt Nam, thời gian khơng lâu từ tình trạng lắp ráp xe nay, tiến đến tự chế tạo ô tô Bởi vậy, việc đào tạo đội ngũ cử nhân, kỹ sư có trình độ đáp ứng địi hỏi ngành cơng nghệ sửa chữa tô nhiệm vụ quan trọng cấp bách Để phục vụ cho mục đích lâu dài nêu trước mắt để đáp ứng cho chương trình đào tạo theo hướng công nghệ ô tô, khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật phân công cán giảng dạy biên soạn giáo trình “Ơ tơ 1” (Lý thuyết tơ) dùng cho hệ đại học Giáo trình có 11 chương bao gồm vấn đề khảo sát động học chuyển động thẳng, quay vịng phanh tơ, khảo sát tượng dao động, ổn định đánh giá tính kinh tế nhiên liệu tơ Học phần sở cho việc đánh giá chất lượng động lực học chuyển động ô tô, cho ứng dụng vận hành, khai thác tính tốn thiết kế động học động lực học mẫu xe “Ơ tơ 1” học phần chun nghành quan trọng năm cuối Bởi vậy, trước học môn này, sinh viên phải học trước học phần sau: “Cơ lí thuyết”, “Cấu tạo tơ”, “Động đốt 1” Mục tiêu học phần cung cấp cho sinh viên phương pháp cơng cụ để khảo sát đặc tính động học động lực học chuyển động ô tô Trang bị cho sinh viên sở lý thuyết phục vụ cho học phần chuyên nghành khác : “Kết cấu tính tốn tơ”, “Phân phối cơng suất ổn định chuyển động ô tô”, “Tự động điều khiển tơ”…v.v Do trình độ thời gian có hạn, giáo trình có nhiều chỗ chưa hồn thiện thiếu sót Rất mong đồng chí bạn đọc góp ý để lần tái sau có chất lượng nội dung tốt Tôi xin chân thành cám ơn! Người biên soạn: GVC MSc Đặng Quý MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Mục lục Kí hiệu đơn vị đo CHƯƠNG 1: CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG DÙNG TRÊN Ô TÔ Mục tiêu 1.1 Những yêu cầu động dùng ô tô 1.2 Các đặc tính động đốt 1.2.1 Đặc tính cơng suất 1.2.2 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hiệu suất động 12 1.3 Đặc tính lý tưởng động dùng ô tô khuynh hướng sử dụng động điện 13 1.3.1 Đặc tính lý tưởng động dùng tơ 13 1.3.2 Khuynh hướng sử dụng động điện 14 CHƯƠNG 2: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE 16 Mục tiêu 16 2.1 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực loại ô tô 17 2.1.1 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x2 18 2.1.2 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x4 19 2.1.3 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x4 20 2.1.4 Bố trí hệ thống truyền lực theo cơng thức 6x6 20 2.2 Sự truyền biến đổi lượng hệ thống truyền lực 21 2.3 Sự biến đổi lượng hệ thống chuyển động 25 2.4 Sự tổn hao nhiên liệu truyền lượng xe 26 CHƯƠNG 3: CƠ HỌC LĂN CỦA BÁNH XE 28 Mục tiêu 28 3.1 Các loại bán kính bánh xe 29 3.1.1 Bán kính thiết kế (bán kính danh định) ro 29 3.1.2 Bán kính tự r 29 3.1.3 Bán kính tĩnh rt 29 3.1.4 Bán kính động lực học rđ 29 3.1.5 Bán kính lăn rl 30 3.1.6 Bán kính tính tốn (bán kính làm việc trung bình) rb 30 3.2 Động học lăn bánh xe không biến dạng 30 3.2.1 Các khái niệm 30 3.2.2 Các quan hệ động học bánh xe lăn 31 3.3 Động lực học chuyển động bánh xe 34 3.3.1 Bánh xe bị động không bị phanh (Mk = 0, Mp = 0) 34 3.3.2 Bánh xe chủ động có lực kéo (Mk 0, Mp =0) 35 3.3.3 Bánh xe bị động chủ động bị phanh (Mk = 0, Mp 0) 36 3.4 Sơ đồ truyền lượng từ bánh xe tới mặt đường 38 3.5 Sự trượt bánh xe, khái niệm khả bám hệ số bám 40 3.5.1 Sự trượt bánh xe 40 3.5.2 Khả bám, hệ số bám bánh xe với mặt đường lực bám 40 3.6 Quan hệ bán kính lăn rl vàlực kéo (hoặc lực phanh) tác dụng lên bánh xe 44 3.7 Đặc tính trượt bánh xe kéo phanh 45 3.8 Biến dạng bánh xe đàn hồi chịu tác dụng lực ngang Góc lệch hướng 47 CHƯƠNG 4: CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ 49 Mục tiêu .49 4.1 Các lực tác dụng lên ô tô trường hợp chuyển động tổng quát Lực riêng công suất tương ứng 50 4.1.1 Các lực tác dụng lên ôtô chuyển động tổng quát .50 4.1.2 Các lực riêng công suất tương ứng .55 4.2 Phương trình cân lực kéo, phương trình cân cơng suất, đặc tính động học ô tô đồ thị tương ứng .57 4.2.1 Cân lực kéo ôtô 57 4.2.2 Cân công suất ôtô 60 4.2.3 Đặc tính động lực học ôtô 63 4.3 Xác định thông số động lực học chuyển động tính tốn 70 4.3.1 Xác định vận tốc cực đại loại đường cho 70 4.3.2 Xác định độ dốc lớn mà xe vượt qua 71 4.4 Các đặc tính tăng tốc tô 72 4.4.1 Xác định khả khởi hành tăng tốc ô tô 72 4.4.2 Quá trình chạy đà .75 4.4.3 Khởi hành tăng tốc ô tô có hộp số khí .77 CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ 79 Mục tiêu .79 5.1 Xác định công suất danh định động theo phương pháp lựa chọn thực nghiệm tính tốn 80 5.1.1 Phương pháp lựa chọn công suất động thực nghiệm 80 5.1.2 Phương pháp lựa chọn cơng suất động tính tốn 80 5.2 Xác định tỷ số truyền cực đại cực tiểu hệ thống truyền lực 84 5.2.1 Xác định tỷ số truyền cực tiểu it 84 5.2.2 Xác định tỷ số truyền cực đại it max .84 5.3 Phân phối tỉ số truyền hộp số 85 5.3.1 Xác định tỷ số truyền số hộp số .85 5.3.2 Xác định tỷ số truyền số trung gian hộp số 87 5.4 Lựa chọn tỷ số truyền truyền lực 92 CHƯƠNG 6: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA ÔTÔ 93 Mục tiêu .93 6.1 Các tiêu kinh tế nhiên liệu ô tô .94 6.2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu tơ .94 6.3 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu xe chuyển động ổn định 97 6.4 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu xe chuyển động khơng ổn định 100 6.4.1 Lượng tiêu hao nhiên liệu q trình tăng tốc tô .101 6.4.2 Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu ôtô thời gian chuyển động lăn trơn 102 CHƯƠNG 7: PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN, KHẢ NĂNG BÁM VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 104 Mục tiêu 104 7.1 Phân bố tải trọng pháp tuyến khả bám ô tô 105 7.1.1 Xác định phản lực thẳng góc đường tác dụng lên bánh xe ôtô mặt phẳng dọc 105 7.1.2 Xác định phản lực thẳng góc đường tác dụng lên bánh xe ô tô mặt phẳng ngang 111 7.2 Tính ổn định ô tô 113 7.2.1 Tính ổn định dọc ô tô 113 7.2.2 Tính ổn định ngang ô tô chuyển động thẳng đường nghiêng ngang 119 CHƯƠNG 8: TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA ÔTÔ 122 Mục tiêu 122 8.1 Các thơng số hình học ảnh hưởng đến tính động ơtơ 123 8.1.1 Khái niệm tính động ô tô 123 8.1.2 Các thơng số hình học 123 8.2 Khả động xe có cầu trước chủ động 125 8.3 Aûnh hưởng hiệu suất riêng vi sai tới tính động xe 126 8.4 Hiện tượng lưu thông cơng suất xe có nhiều cầu chủ động 128 CHƯƠNG 9: PHANH ÔTÔ 132 Mục tiêu 132 9.1 Lực phanh mômen phanh cần thiết ô tô 133 9.1.1.Lực phanh mômen tác dụng lên bánh xe phanh 133 9.1.2 Lực phanh ô tô điều kiện bảo đảm phanh tối ưu 135 9.1.3 Phân bố lực phanh mômen ôtô phanh 138 9.1.4 Mômen phanh cần thiết cấu phanh 141 9.2 Xác định tiêu đánh giá hiệu phanh 143 9.2.1.Gia tốc chậm dần phanh 143 9.2.2 Thời gian phanh 144 9.2.3 Quãng đường phanh 144 9.2.4 Lực phanh lực phanh riêng 145 9.3 Ổn định ôtô phanh 146 9.3.1 Ổn định ôtô phanh bánh xe bị hãm cứng 146 9.3.2 Ổn định ôtô phanh lực phanh phân bố không 150 9.4 Phanh chống hãm cứng ABS Khả nâng cao hiệu ổn định ô tô phanh 153 CHƯƠNG 10: QUAY VỊNG ƠTƠ 158 Mục tiêu 158 10.1 Động học động lực học quay vịng tơ 159 10.1.1 Động học quay vòng ô tô 159 10.1.2 Động lực học quay vòng ôtô 163 10.2 Đặc tính quay vịng thiếu, thừa trung tính yếu tố ảnh hưởng 165 10.2.1 Khái niệm ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới quay vịng tơ 165 10.2.2 Quay vịng tơ lốp bị biến dạng ngang 167 10.2.3 Aûnh hưởng tính chất quay vịng trung tính, thiếu thừa tới tính ổn định chuyển động ô tô 170 10.3 Ổn định chuyển động tơ quay vịng 174 10.3.1 Ổn định chuyển động xe quay vòng xét theo điều kiện lật đổ 174 10.3.2 Ổn định chuyển động xe quay vòng xét theo điều kiện trượt ngang 178 10.4 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 180 10.4.1 Góc nghiêng ngang trụ đứng cam quay .180 10.4.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng cam quay 182 10.4.3 Độ đàn hồi lốp 183 10.4.4 Góc nghiêng ngồi bánh xe ( góc dỗng ) .184 10.4.5 Độ chụm bánh xe ( góc chụm ) 185 CHƯƠNG 11: DAO ĐỘNG ÔTÔ 186 Mục tiêu .186 11.1 Các tiêu độ êm dịu chuyển động ô tô .187 11.1.1 Tần số dao động thích hợp 187 11.1.2 Gia tốc thích hợp 188 11.1.3 Chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động thời gian tác động chúng .188 11.2 Sơ đồ dao động tương đương ô tô 189 11.2.1 Dao động ô tô mặt phẳng toạ độ 189 11.2.2 Khái niệm khối lượng treo khối lượng không treo .190 11.2.3 Sơ đồ hóa hệ thống treo .191 11.2.4 Sơ đồ dao động tương đương .191 11.3 Dao động tự ôtô lực cản có lực cản 193 11.3.1 Dao động tự ơtơ khơng có lực cản 193 11.3.2 Dao động tự ơtơ có lực cản 198 TÀI LIỆU THAM KHẢO .202 KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO CƠ BẢN Ký hiệu Đơn vị Hệ số chuyển đổi đơn vị đơn vị cũ l m inch = 2,54 cm = 0,0254 m v m/s 1m / s = 3,6 km / h Vận tốc góc rad / s Số vịng quay n vg / ph Gia tốc j m / s2 Gia tốc góc rad / s2 Lực F N Trọng lượng G N Khối lượng m kg Áp suất q N / m2 1N / m2 = 1Pa = 10 -5kG / cm2 Ứng suất N / m2 1MN / m2 10 kG / cm2 Mômen quay M Nm 1Nm 10 kGcm 0,1 kGm Công L J 1J = 1Nm 0,1 kGm Công suất P W Nhiệt độ T Nhiệt lượng Q J 1J 2,4.10-3 kcal Nhiệt dung riêng C J / kgđộ 1J/kgđộ 2,4.10-3kcal/kgđộ Thời gian t s Đại lượng Chiều dài Vận tốc dài 1N 0,1kG 10 3N 10 2kG 0,1tấn 1W = 1J/s 0,1 kGm/s 1W 1/736 m.l (mã lực) T = t + 2730 (T: độ Kenvin, t: độ Xenxiut) K CHƯƠNG CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG DÙNG TRÊN Ô TÔ Mục tiêu : Sau học xong chương sinh viên có khả năng: Trình bày u cầu động dùng ô tô Nêu khái niệm đặc tính cơng suất động Vẽ đường đặc tính ngồi động đốt ô tô Áp dụng công thức S.R.Lây Đécman để xây dựng đường đặc tính ngồi động Trình bày đặc tính tiêu hao nhiên liệu hiệu suất động Vẽ giải thích đường đặc tính lý tưởng động dùng tô 1.1 NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ DÙNG TRÊN Ơ TƠ : Động dùng tô phải đáp ứng yêu cầu sau : – Cung cấp cho xe công suất cần thiết đủ để khắc phục lực cản chuyển động thay đổi vận tốc xe theo yêu cầu – Phải có hiệu suất lớn – Lượng nhiên liệu tiêu hao tốt – Có khối lượng thể tích nhỏ – Phải có độ bền độ tin cậy cao làm việc – Tạo điều kiện dễ dàng cho công việc bảo dưỡng sữa chữa – Phải giảm tối đa lượng khí thải độc hại tiếng ồn – Có giá thành thấp để tăng tính cạnh tranh thị trường 1.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG : 1.2.1.Đặc tính cơng suất : Để xác định lực mômen tác dụng lên bánh xe chủ động ô tô, cần phải nghiên cứu đặc tính cơng suất động đốt loại piston Đặc tính cơng suất mơ tả quan hệ cơng suất Pe hai thành phần mơmen Me tốc độ góc ωe (hay số vịng quay ne) Thơng thường biểu diễn qua đặc tính tốc độ mơmen Me(ωe) hay đặc tính tốc độ công suất Pe (ωe) Mối quan hệ Pe, Me, ωe biểu diễn theo công thức: Pe = Meωe (1.1) Với : Me – Mômen xoắn động Pe – Công suất động ωe – Vận tốc góc động Thơng thường hay sử dụng đặc tính Pe, Me(ωe) động làm việc chế độ cung cấp nhiên liệu lớn nhất, thường gọi đặc tính ngồi Chế độ danh định điểm đặc tính ngồi, thông thường ứng với công suất cực đại, lúc thơng số có ký hiệu: Pemax, Mep, ωep Chế độ mômen xoắn cực đại ứng với thông số Pem, Memax, ωem ta có số khái niệm sau : * Hệ số đàn hồi (thích ứng) động theo mômen : Km = M emax M ep (1.2) Ở : Memax – Mômen xoắn cực đại động Km – Hệ số thích ứng động theo mơmen + Đối với loại động cơ, hệ số thích ứng theo mơmen có giá trị sau: – Động xăng: Km = 1,1 ÷ 1,35 – Động diesel khơng có phun đậm đặc: Km = 1,1 ÷ 1,15 – Động diesel có phun đậm đặc: Km = 1,1 ÷1,25 * Hệ số đàn hồi (thích ứng) theo tốc độ: Kn = ω em ω eP (1.3) Ở chế độ danh định biết Km : Memax = Km M eP = Km Pemax ω eP (1.4) Ta xây dựng đường đặc tính cách thử động bệ thử điều kiện thử xác định, công suất động bệ thử khác với công suất sử dụng thực tế động đặt xe Vì ta đưa thơng số hệ số cơng suất hữu ích p: P = P’ (1.5) p Trong đó: P’– cơng suất thử P – cơng suất thực tế Với: p Trong : = p ’ p ’’ (1.6) ’ = 0,92 ÷ 0,96 – Đặc trưng cho sai biệt công suất thay đổi số trang bị động thử ’’ p – Đặc trưng cho ảnh hưởng môi trường thử – Động diesel: p’’ = q 293 – Động xăng: p’’= 0,101 273 t Với: q (MPa), t ( C) áp suất nhiệt độ phịng thử p ính tốn lực kéo mômen xoắn chủ động bánh xe cần phải có đặc tính ngồi động đốt Đặc tính ngồi động cho trị số lớn mômen, công suất số vòng quay xác định Các trị số nhỏ mơmen cơng suất nhận cách giảm mức cung cấp nhiên liệu Dưới đặc tính ngồi loại động khác : Pe Me Pemax Pem Memax Me Pe Dao động tịnh tiến theo phương thẳng đứng theo trục Oz Dao động tịnh tiến theo phương dọc theo trục Ox Dao động tịnh tiến theo phương ngang theo trục Oy Dao động góc xoay quanh trục nằm dọc Ox Dao động góc xoay quanh trục nằm ngang Oy Dao động góc xoay quanh trục thẳng đứng Oz z O y x Hình 11.2: Sơ đồ dao động tương đương ôtô cầu Tuy nhiên phân tích kết cấu hệ thống treo điều kiện chuyển động ô tô rút kết luận là: dao động tịnh tiến theo phương thẳng đứng dao động góc xoay quanh trục Oy hai dao động gây ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động tơ Hai dao động có đặc điểm khác biệt nhau: với dao động theo phương thẳng đứng chuyển vị thùng xe, vận tốc tốc độ biến thiên với điểm thùng xe Ở dao động góc với tần số dao động góc quay điểm thùng xe có chuyển vị dài, vận tốc tốc độ biến thiên dao động khác Những điểm xa tâm đàn hồi (trùng với toạ độ trọng tâm xe) có dao động lớn 11.2.2 Khái niệm khối lượng treo khối lượng không treo: 11.2.2.1 Khối lượng treo: Khối lượng treo M gồm cụm, chi tiết mà trọng lượng chúng tác động lên hệ thống treo như: khung, cabin, động số chi tiết gắn liền với chúng Trong hệ dao động tương đương, khối kượng treo xem vật thể đồng chất, cứng hồn tồn, biểu diễn AB có khối lượng M tập trung vào trọng tâm T Các điểm A,B ứng với vị trí cầu trước cầu sau xe Khối lượng phân bố lên cầu trước M1, lên cầu sau M2 v 189 A(M1) T(M) a B(M2) b L Hình 11.3: Mơ hình hóa khối lượng treo 11.2.2.2 Khối lượng không treo: Khối lượng không treo m gồm cụm chi tiết mà trọng lượng chúng không tác dụng lên hệ thống treo Chúng ta coi phần không treo vật thể đồng cứng hồn tồn có khối lượng m tập trung vào tâm bánh xe m Cl Hình 11.4: Mơ hình hóa khối lượng khơng treo 11.2.2.3 Hệ số khối lượng: Tỉ số khối lượng treo M khối lượng không treo m gọi hệ số khối lượng M m Hệ số ảnh hưởng lớn tới tính êm dịu chuyển động, giảm khối lượng không treo làm giảm lực va đập lên khung vỏ Tăng khối lượng treo giảm giao động khung (hoặc thân) xe Bởi vậy, thiết kế xe thường tăng hệ số này, mà trước hết giảm m Thông thường = 6,5 7,5 xe du lịch xe tải 11.2.3 Sơ đồ hóa hệ thống treo: 190 Trong sơ đồ dao động tương đương xe phận đàn hồi hệ thống treo biểu diễn lị xo có hệ số cứng C phận giảm chấn với đại lượng đặc trưng hệ số cản K Hệ thống treo biểu diễn hình 11.5 C Điểm nối với khung K Điểm nối với cầu Hình11.5: Sơ đồ dao động tương đương hệ thống treo 11.2.4 Sơ đồ dao động tương đương: 11.2.4.1 Ơtơ hai cầu: Với khái niệm vừa nêu trên, hệ dao động ơtơ hai cầu biểu diễn hình (7.6) Trong đó: M - Khối lượng treo tồn ôtô M1,M2 - Khối lượng treo phân cầu trước cầu sau m1,m2 - Khối lượng không treo cầu trước cầu sau C1,C2 - Hệ số cứng thành phần đàn hồi hệ thống treo trước sau Cl1,Cl2 - Hệ số cứng lốp trước lốp sau K1,K2 - Hệ số cản thành phần cản hệ thống treo trước sau 191 A(M1) C1 B(M2) T(M) C2 K1 K2 m1 m2 Cl1 Cl2 a b L Hình 11.6: Sơ đồ dao động tương đương ôtô 11.2.4.2 Ôtô ba cầu với cụm hai cầu sau dùng hệ thống treo cân bằng: Sơ đồ dao động tương đương xe ba cầu với hệ thống treo cho hai cầu sau hệ thống treo cân biểu diễn hình 11.7 z2 M2 C2 K2 m2 zl2 Kl2 m3 Cl2 Cl3 zl3 Kl3 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /d/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / d2 / / / / / / / / / / / / d1 L Hình 11.7: Sơ đồ dao động tương đương cụm hai cầu sau dùng hệ thống treo cân Trong đó: M2 – Khối lượng treo phân hai cầu sau m2, m3 - Khối lượng khơng treo vị trí cầu cầu sau C2 – Hệ số cứng hệ thống treo sau K2 – Hệ số cản hệ thống treo sau Cl2, Cl3 - Hệ số cứng lốp cầu cầu sau Kl2, Kl3 - Hệ số cản lốp cầu cầu sau 192 11.3 DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA ÔTÔ KHI KHÔNG CÓ LỰC CẢN VÀ CÓ LỰC CẢN: 11.3.1.Dao động tự ơtơ khơng có lực cản: Để xác định quy luật dao động ôtô, ta xét sơ đồ dao động hình 10.1với giả thiết đơn giản sau: - Chưa để ý tới lực kích động độ mấp mơ mặt đường gây xe chuyển động - Không xét tới khối lượng khơng treo - Chưa tính tới lực cản phận cản Với giả thiết đơn giản trên, dao động ôtô xem dao động AB đặt hai gối tựa đàn hồi tương ứng với tâm cầu trước cầu sau Hệ số cứng hệ thống treo lốp thu gọn ký hiệu C1 C2 Khối lượng treo M tập trung trọng tâm T cách cầu trước cầu sau khoảng cách tương ứng a b Khi có lực kích thích, đoạn AB chuyển động tới vị trí A1B1, gồm hai chuyển động thành phần: - Chuyển động tịnh tiến từ AB đến A’B’ với đoạn dịch chuyển Z tác động lực quán tính M z - Chuyển động quay góc quanh trục Y qua trọng tâm T làm AB chuyển từ A B đến A1B1 ’ ’ v B1 ’ A T A1 z1 B’ z Mz A B C1z1 C2z2 a b L 193 z2 Hình 11.8: Sơ đồ dao động đơn giản xe theo phương thẳng đứng Theo sơ đồ tính tốn ta có: Dịch chuyển thẳng đứng z1,z2 vị trí A B xác định sau: z z atg z a z z btg z b (11.1) Góc nhỏ nên tg Chuyển động thẳng đứng chuyển động quay khối lượng treo M biểu thị hệ phương trình sau: Mz C1 z1 C z C1 z1 a C z b M (11.2) Trong đó: M J mơmen qn tính khối lượng dz z dt d dt (11.3) - Bán kính quán tính khối lượng treo trục Y qua trọng tâm T Đạo hàm hai lần phương trình (11.1) theo thời gian ta được: z1 z a z2 z b (11.4) Từ hệ phương trình (11.2) ta có giá trị sau: C1 z1 C z M C1 z1 a C z b Mρ z (11.5) biểu thức (11.5) vào hệ phương trình (11.4) ta có: Thay giá trị z C1 z1 C z a C1 z1 a C z b M M b z2 C1 z1 C z C1 z1 a C z b M M z1 (11.6) Sau khai triển rút gọn ta hệ phương trình: Mz1 C1 z1 (1 a2 ab ) C z (1 ) b2 ab Mz2 C z (1 ) C1 z1 (1 ) 194 (11.7) Thay giá trị z2 từ phương trình thứ hai vào phương trình thứ hệ phương trình (11.7) giá trị z1 từ phương trình thứ vào phương trình thứ hai hệ phương trình (11.7), rút gọn ta được: z1 ab C L2 z z1 2 b2 M ( b ) z ab C L2 z z2 2 a2 M ( a ) (11.8) Từ hệ phương trình (11.8) 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 độ nhấp nhô bề mặt đường, dao động xuất cầu trước gây dao động cầu sau ngược lại Ảnh hưởng dao động qua lại hai cầu đặc trưng hệ số liên kết : 1 ab 2 b2 (11.9) ab 2 a2 Trong trường hợp 1 = = tức ab xảy trường hợp dao động cầu xe độc lập lẫn Trong thực tế trường hợp không xảy mà dao động cầu xe có ảnh hưởng qua lại với nhau, nghĩa 1 2 ab Bán kính qn tính trường hợp tính theo biểu thức: ab (11.10) Ở đây: - Hệ số phân bố khối lượng Ở ôtô = 0,8 1,2 Hệ số ảnh hưởng lớn đến dao động ơtơ Khi = dao động cầu xe độc lập với Tần số dao động riêng phần khối lượng treo phân cầu trước, cầu sau tính theo biểu thức: 12 C1 L2 M( b ) (11.11) C L2 M( a ) 2 Trong đó: 1 - Tần số dao động đặc trưng cho dao động khối lượng treo điểm A điểm B cố định 2 - Tần số dao động đặc trưng cho dao động khối lượng treo điểm B điểm A cố định Thay (11.9) (11.11) vào (11.8) ta được: 195 z1 1z2 12 z1 (11.12) z2 z1 2 z Nghiệm tổng quát hệ phương trình có dạng: z1 A sin1 t B sin t z C sin1 t D sin t Trong đó: 1 , tần số dao động liên kết A,B,C,D số dạng: Phương trình đặc tính hệ phương trình (11.12) phương trình trùng phương có 2 2 1 2 1 2 2 0 1 1 (11.13) Giải phương trình (11.13) ta biểu thức để tính tần số dao động liên kết sau: 2 2 2 2 12, 1 2 1 2 41 1 2 (11.14) 21 1 Biểu thức cho thấy dao động ôtô phức tạp gồm hai dao động điều hồ có tần số dao động liên kết 1và Tần số dao động liên kết ôtô phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà trước hết phụ thuộc vào thông số cấu tạo ôtô khối lượng treo, tọa độ trọng tâm phần treo, bán kính quán tính phần treo, độ cứng hệ thống treo… Trường hợp = = dao động xảy cầu xe độc lập lẫn nhau, phương trình dao động ôtô đơn giản nhiều (hình 11.9) v ω1 Z1 A(M1) C1 Z1 M1 z a Hình động độc B(M2) T(M) L trước b 11.9: Sơ đồ dao lập ơtơ cầu Phương trình dao động xe cầu trước có dạng: M1z1 C1 z1 (11.15) Tần số dao động riêng tính biểu thức: 196 1 C1 M1 (11.16) Khi phương trình (10.15) có dạng: z1 12 z1 (11.17) Nghiệm phương trình có dạng: z1 A sin1 t Như dao động có quy luật theo hàm số sin điều hồ với chu kỳ dao động: T1 M1 2 2 1 C1 (11.18) Số lần dao động phút tính theo biểu thức: n1 300 f t1 (11.19) Trong đó: ft1- Độ võng tĩnh hệ thống treo cầu trước Đối với ôtô du lịch độ võng tĩnh đầy tải có giá trị khoảng 20 25 cm, xe tải từ 12 cm xe khách từ 11 đến 15 cm Dao động cầu sau ta xét tương tự 11.3.2 Dao động tự ơtơ có lực cản: Nếu kể tới 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 tốn biểu diễn hình (11.10) Khi hệ thống treo có lắp giảm chấn thủy lực lực cản giảm chấn thủy lực vận tốc bình thường tỉ lệ với vận tốc dao động Phương trình dao động trường hợp có dạng : M1z1 K1z C1z1 Ta đặt (11.20) K1 2h1 M1 : C1 ω12 M1 A (M1) z M1 z C1z1 K1 z z 197 Hình 11.10: Sơ đồ dao động tự tắt dần ơtơ Phương trình (11.20) có dạng: z1 2h1z ω12 z1 (11.21) Ởđây : h1 – Hệ số tắt chấn động Để giải phương trình (11.21) ta đưa hệ số tỉ lệ tắt chấn động ψ1 : h (11.22) ψ1 ω1 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, lị xo ) Đây thông số quan trọng hệ dao động xe Nghiệm phương trình đặc tính phương trình vi phân (11.21) có dạng : λ1,2 h1 h12 ω12 (11.23) Kết tốn tùy thuộc vào nghiệm số phương trình (11.23) Có ba trường hợp sau xảy 11.3.2.1 Trường hợp thứ : h1 ω1 tức ψ1 Đặt : Ω12 h12 ω12 (11.24) Ω - Tần số dao động xe có phận cản cầu trước ω1 - Tần số dao động riêng cầu trước Nghiệm phương trình dao động (11.21) có dạng: z A.e h1t sh(Ω1 t o ) (11.25) Nghiệm phương trình (11.21) 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 ψ1 trình dập tắt theo quy luật hình sin hypecbol, trình dập tắt đột ngột, cần tránh thiết kế hệ thống treo ôtô 11.3.2.2 Trường hợp thứ hai : h1 ω1 tức ψ1 198 Nghiệm phương trình đặc tính nghiệm kép nghiệm phương trình dao động (11.21) có dạng sau : z e h1t (A A t) (11.26) Ở trình dập tắt dao động có quy luật hình sin hypecbol Trong thiết kế hệ thống treo cần tránh trường hợp d z cm ( ) dt s 2 4 1 Z; cm Z d 2z dt d z cm d 3z cm ( ); ( ) dt s dt s3 dz dt 10 dz dt 12 80 40 40 80 1 40 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 Hình 11.11: Dao động tắt dần 2, t(s) 11.3.2.3 Trường hợp thứ ba : h1 ω1 tức ψ1 Trường hợp nghiệm phương trình đặc tính nghiệm phức và nghiệm phương trình dao động (11.21) có dạng: Ωt ) h1t (11.27) z1 A.e sin( 0 Quá tình dập tắt dao động trường hợp theo quy luật hình sin điều hịa, q trình dập tắt từ từ êm dịu ( hình11.12 ) Như thiết kế hệ thống treo ôtô phải chọn 199 ψ1 Nếu chọn ψ1 thời gian dập tắt dao động lâu lực cản để dập tắt dao động bé Nếu chọn ψ1 trình dập tắt dao động nhanh đột ngột theo quy luật hình sin hypecbol Thông thường ôtô hệ số tỉ lệ tắt chấn động có giá trị khoảng ψ1 0,15 0,3 (xem hình 11.12) Ω ω 1,0 0,5 1 0,5 1,0 vùng sử dụng 1 Hình 11.12: Vùng tỉ lệ tắt dao động 200 sử dụng hệ số 201 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GVC TS Lâm Mai Long Ơ tơ 1, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – 2006,157 trang [2] GVC MSc Đặng Q Ơ tơ 2, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – 2006, 224 trang [3] GVC MSc Đặng Q Tính tốn thiết kế tơ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – 2001, 279 trang [4] GVC MSc Đặng Q Ơ tơ (Dùng cho hệ cao đẳng ) Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – 2007, 273 trang [5] GVC MSc Đặng Q Ơ tơ (Dùng cho hệ đại học chuyển tiếp ) Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – 2008, 262 trang [6] GVC TS Lâm Mai Long Cơ học chuyển động ô tô, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM – 2001, 112 trang [7] Nguyễn Hữu Cẩn Phan Đình Kiên Thiết kế tính tốn ô tô, máy kéo, Nhà xuất Đại học THCN Hà Nội – 1984, Tập 1, 3; 648 trang [8] Thái Nguyễn Bạch Liên Kết cấu tính tốn tơ, Nhà xuất giao thơng vận tải Hà Nội – 1984, 212 trang [9] Prof Ing M Apetaur, DrSc Doc Ing V Stejskal, CSc Motorová vozidla, Nhà xuất SNTL Praha – Czech Republic – 1988, Tập 1, 2, 3, 5; 895 trang [10] Prof Ing M Apetaur, DrSc Vypoctové metody ve stavbe motorových vozidel, Nhà xuất CVUT Praha – Czech Republic – 1984, 178 trang [11] Prof Ing Frantisek Vlk, DrSc [11.1] Teorie vozidel, Nhà xuất SNTL Praha – 1982, 235 trang [11.2] Dynamika motorových vozidel, 472 trang [11.3] Podvozky motorových vozidel, 356 trang [11.4] Prevodová ústrojí motorových vozidel, 214 202 [12] Prof Ing Petranek Jan, CSc [11.5] Karoserie motorových vozidel, 248 trang [11.6] Koncepce motorových vozidel, 193 trang [11.7] Ulohy z dynamiky motorových vozidel, Nhà xuất SNTL Praha – 2000, 143 trang Ústrojí automobilu, Nhà xuất SNTL Praha – 1980, 579 trang [13] Prof Heldt P.M The automotive chassis, The University of New York – 1962, 386 trang [14] Fenton, J Handbook of Automotive Powertrains and Chassis Design, Professional Engineering Publishing, Ltd., Suffolk (UK) – 1998 [15] Fenton, J Handbook of Vehicle Design Analysis, Professional Engineering Publishing, Ltd., Suffolk (UK) – 1996 [16] Prof Ing Frantisek Vlk, DrSc Stavba motorových vozidel, Nhà xuất SNTL Praha – Czech Republic – 2003, 499 trang 203