BÀI GIẢNG HỌC PHẦN LÝ THUYẾT Ô TÔ- ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

W = KF- Phương: Song song với mặt đường nằm ngang - Chiều: ngược với chiều chuyển động của ôtô - Điểm đặt: tại vị trí đặt moóc Lực cản ở moóc kéo được xác định theo công thức: 1.71  nQ

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN LÝ THUYẾT Ô TÔ

Chương 1 Chương 2 Chương 3 Chương 4 Chương 5 Chương 6 Chương 7 Chương 8

1.1.1 Khái niệm Động lực học ô tô.

1.1.1.1.Động lực học của bánh xe bị động.

1.1.1.2 Động lực học của bánh xe chủ động.

1.1.1.3 Hệ số cản lăn và các nhân tố ảnh hưởng.

1.1.1.4 Sự trượt của bánh xe chủ động.

1.1.2 Các trạng thái động lực học ô tô.

1.1.2.1 Ô tô chuyển động thẳng.

1.2 Lực kéo tiếp tuyến của ôtô (lực đẩy ô tô chuyển động).

1.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

1.2.2 Hiệu suất của hệ thống truyền lực.

1.2.3 Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến.

1.3 Lực quán tính của ôtô.

1.1.1 Khái niệm Động lực học ô tô.

+ Bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng.

+ Bánh xe cứng lăn trên đường biến dạng

+ Bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng

a Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn

1 1

1

1 1

1 1

f

r

a G r

a Z

Pf1  1  b1. (1.4)

(1.5)

d b

f

r r

a Z

c Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn

trên đường biến dạng.

Khi bánh xe chuyển động chịu tác dụng

b d

b

f

r r

a G

r r

a Z



1 2 Vậy: (1.8)

Hình 1-4 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe

đàn hồi lăn trên đường cứng.

Ở bánh xe chủ động khi lăn cũng sảy ra

3 trường hợp như bánh xe bị động Nhưng ta

chỉ xet trường hợp chung nhất là bánh xe đàn

hồi lăn trên đường mền

Cân bằng lực theo phương thẳng đứng, được: Z 2 = Z R + Z T = G b2

Cân bằng lực theo phương ngang, được: P x = X T - X R = X k

Thế vào (1.9), ta được: M k = Z 2 a 2 + P x r đ

M k = Z 2 a 2 + X k r đ (1.10)

1.1.1.3 Hệ số cản lăn và các nhân tố ảnh hưởng.

Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số cản lăn và lực cản lăn là :

- Tính chất cơ lý và tình trạng mặt đường

- Tải trọng tác dụng lên bánh xe ( ký hiệu G ) chính là phần trọng lượng của xe tác dụng lên từng bánh xe

- Vật liệu chế tạo lốp và áp suất không khí trong lốp

- Mômen xoăn tác dụng lên bánh xe chủ động càng lớn thì hệ số cản lăn cáng tăng

- Những yếu tố gây ra biến dạng bên của bánh xe như lưc ngang P , góc lệch bên và góc nghiêng của bánh xe so với mặt đường đều có ảnh hưởng xấu đến

hệ số cản lăn

1 2

2 0

v f

a.Khái niệm về sự trượt của bánh xe chủ động.

- Nguyên nhân, bản chất của hiện tượng trượt :

Hình 1.6 Sơ đồ biến dạng của đất

khi bánh xe chủ động lăn.

b Phương pháp xác định hệ số trượt.

Hệ số trượt của bánh xe chủ động được

ký hiệu: , được xác định theo công thức:

(1.15)

(1.16)

% 100 1

v v

v

l l

l



%100

1.1.2 Các trạng thái động lực học ô tô.

1.1.2.1 Ô tô chuyển động thẳng.

a Sơ đồ lực tá dụng lên ô tô trong mặt cắt dọc.

Hình 1.7: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe ôtô khi chuyển động lên dốc trong

trường hợp tổng quát

(1.20)

(1.21)

L

h P h P P G

fr b

- Trường hợp xe chuyển động lên dốc, không thay đổi vận tốc và có kéo moóc.

Phản lực Z1 và Z2 được xác định theo công thức:

(L 1.23 )

h P h

P G

r f b G

Z2  . cos  (  . b)  ( sin   ). g  m. m

Z1 

- Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang và không kéo moóc

Hình 1-8 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe khi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang.

Phản lực Z1 và Z2 được xác định theo công thức:

(1.26) (1.27)

- Trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang.

Phản lực Z1 và Z2 được xác định theo công thức:

(1.28) (1.29)

f a

Z1  .

L

a G

Z2  .

Để thuận lợi cho tính toán và so sánh giữa các cụm người ta đưa ra khái niệm

hệ số phân bố tải trọng đặc trưng bằng tỷ số:

(1.30)

Các hệ số và được xác định cụ thể trong các trường hợp dưới đây:

- Xe đứng yên trên đường nằm ngang không kéo moóc.

(1.31)

G

Z m

G

Z m

2 2

1 1





L

a GL

Ga G

Z m

L

b GL

Gb G

Z m

T T

T T

1 1

(1.32)

- Khi phanh xe trên đường bằng, không kéo moóc.

Các phản lực và được xác định theo công thức : (1.33)

Ta xác định được hệ số phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau:

Z

L

h P Gb

Z

g j p

g j p

LG

h

P m

LG

h P LG

Gb G

Z m

LG

h

P m

LG

h P LG

Gb G

Z m

g j T

g j p

p

g j T

g j p

1 1

1

Trường hợp tổng quát: ôtô chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang Sơ đồ nghiên cứu biểu thị trên hình 1-9.

Hình 1-9 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe

đàn hồi lăn trên đường cứng.

Khi ôtô chuyển động trên đường

nghiêng ngang sẽ chịu các lực và

mômen sau:

- Trọng lượng của xe đặt tại trọng tâm

G

- Lực kéo ở moóc kéo P m

- Lực ly tâm xuất hiện khi ôtô quay

với điểm O1 (O1 là giao tuyến của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục bánh

Xác định phản lực bên trái và bên phải theo công thức:

(1.39)

(1.40)

- Trường hợp xe đứng yên trên dốc nghiêng ngang không kéo moóc.

Xác định phản lực bên trái và bên phải theo công thức:

(1.41)

(1.42)

)sin

.cos

.2

.(

.cos

.2

.(

cos2

cos2

(

C G

- Sinh ra do sự tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường

- Phương, chiều theo hướng chuyển động

- Ký hiệu là P k

1.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được xác định theo công thức:

e t

n

n i

t i i i i

Công suất truyền đến bánh xe chủ động sẽ được xác định theo công thức:

1.2.3 Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến.

Mômen xoắn của bánh xe chủ động M được xác định:

- Khi ôtô chuyển động đều (chuyển động ổn định tức v = const).

(1.48)

t e

e

t e

t e

e

k t

N

N N

N

N N

  . .

t t e

k M i

k k

r

i i i i M r

M

b

t c o p h e b

k k

r

i i i i M r

Nếu chuyển động không ổn định :

1.3 Lực quán tính của ôtô.

Ký hiệu là: P j

Có thể chia lực quán tính bao gồm:

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô P j’

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ôtô P j ’’

Vậy khi ôtô chuyển động lực quán tính được xác định:

P j = P j ’ + P j ’’ (1.53)

Ta có: (1.54)

f b

b

k

r r

j k

P'  

j g G

P j' 

Thực nghiệm đã chứng tỏ lực cản không khí được xác định theo công thức:

r b2

j g

G g Gr

I i

I P

j r

I i

I j g

G P

P P

b

b t

t e j

b

b t

t e j

j j

Hình 1.12 Sơ đồ dòng khí xoáy tác dụng

lên các dạng ôtô.

Có thể coi lực cản không khí tác dụng vào

ôtô gồm các thành phần cản sau:

- Lực cản do không khí tác dụng vào diện

tích chính diện của đầu xe

- Lực cản do ma sát giữa không khí với toàn

bộ vỏ xe

- Lực cản do sự hình thành những xoáy lốc

phía dưới gầm xe, lực cản này có xu hướng

nhấc xe lên

Nhân tố cản không khí ký hiệu là: W W = KF

- Phương: Song song với mặt đường (nằm ngang)

- Chiều: ngược với chiều chuyển động của ôtô

- Điểm đặt: tại vị trí đặt moóc

Lực cản ở moóc kéo được xác định theo công thức:

(1.71)



nQ

1.6 Trọng lực của ôtô.

- Ký hiệu: G

- Phương: Vuông góc với mặt phẳng nằm ngang

- Chiều: hướng về tâm của trái đất

- Điểm đặt: trọng tâm của xe

Khi ô tô chuyển động trên đường bằng thì trọng lực G gây ra các lực thẳng góc của đường tác dụng lên các bánh xe

Khi ô tô chuyển động trên dốc thì trọng lực của ô tô chia ra thành : một thành phần lực Gcosα thẳng góc với mặt phẳng đường và lực Gsinα song song với mặt phẳng đường như Thành phần Gcosα sẽ tác dụng lên mặt đường và gây ra các lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe Z1 và Z2 Thành phần thứ hai Gsinα cản lại sự chuyển động của xe khi lên dốc và được gọi là lực cản dốc

Ký hiệu: P f

Lực cản lăn được xác định theo công thức: (1.72)

Các lực cản P f1 P f2 được xác định theo biểu thức :

P f1 = Z 1 f 1 (1.73)

P f2 = Z 2 f 2 (1.74)

Trong tính toán ta coi : f 1 = f 2 = f (1.75)Khi đó ta có: (1.76)Cân bằng lực theo phương thẳng đứng ta có:

(1.77)Khi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang thì:

Để ôtô có thể chuyển động được mà không bị trượt quay thì lực kéo tiếp tuyến sinh ra ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặt đường phải :

- Thắng được tổng các lực cản chuyển động

- Giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường

- Đối với lực cản dốc thì:

+ Dấu “-“ khi ôtô xuống dốc

+ Dấu “+” khi ôtô lên dốc

- Đối với lực cản quán tính thì :

+ Dấu “-“ khi ôtô giảm tốc

+ Dấu “+” khi ôtô tăng tốc



 P P P P

P P

Pf  i  j   m  k 

2.1 Cân bằng công suất của ô tô

2.1.1 Đặc tính công suất của động cơ

2.1.2 Phương trình cân bằng công suất của ô tô

2.1.3 Đồ thị cân bằng công suất

2.1.4 Mức độ sử dụng công suất

2.2 Cân bằng lực kéo ô tô

2.2.1 Phương trình cân bằng lực kéo

2.2.2 Đồ thị cân bằng lực kéo

2.3 Nhân tố động lực học

2.3.1 Khái niệm và ý nghĩa của nhân tố động lực học của ô tô

2.3.2 Đồ thị nhân tố động lực học của ô tô

2.3.3 Sử dụng đồ thị nhân tố động lực học

2.3.4 Đặc tính động lực học của ô tô khi tải trọng thay đổi

2.4 Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến đặc tính động lực học 2.4.1 Ảnh hưởng của tỷ số truyền của truyền lực chính.

2.4.2 ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số.

2.4.3 Ảnh hưởng của tỷ số truyền của hộp số.

2.1 Cân bằng công suất của ô tô.

2.1.1 Đặc tính công suất của động cơ ( đặc tính tốc độ).

Hình 2-1 Đường đặc tính ngoài của động

cơ xăng (đặc tính công suất).

Các đường đặc tính trên được xây dựng từ Công thức S.R.Lây Đécman có dạng như sau :

(2.1)

Ở đây :

, - công suất hữu ích của động cơ và vòng quay của trục khuỷu ứng với một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài;

N max , n N - công suất có ích cực đại và số vòng quay ứng với công suất nói trên;

a, b, c – các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ :

2.1.2 Phương trình cân bằng công suất của động cơ.

- Công suất của động cơ phát ra được tiêu tốn cho:

+ Ma sát trong hệ thống truyền lực

+ Khắc phục lực cản lăn P f , lực cản không khí, lực cản dốc P i , lực cản quán tính P j

Biểu thức cân bằng giữa công suất phát ra của động cơ và các công cản được gọi là

‘‘Phương trình cân bằng công suất của ôtô’’ khi chuyển động.

Phương trình cân bằng công suất tổng quát của ôtô được biểu thị như công thức:

N e = N t + N f + NN i N j (2.3)Trong đó: , , ,

Thay các giá trị N t , N f , N w , N i , N j vào phương trình (2.3) ta được:

(2.8)

Khi ôtô chuyển động trên đường bằng, không có gia tốc tức là  = 0, j = 0,Ta

có phương trình cân bằng công suất có dạng sau:

) 1

g

G Gv

Gfv N

Ne  e  t      i 

) sin

cos (

Wv v

j g

G Gv

N

t

f t

2.1.3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

Từ phương trình cân bằng công suất

của ôtô ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối

quan hệ giữa công suất của động cơ và

công tiêu hao để thắng lực cản trong quá

trình ôtô chuyển động theo vận tốc của

ôtô, có dạng : N = f(v)

Ta có thể xác định được số vòng

quay của trục khuỷu động cơ n e qua vận

tốc của ôtô và ngược lại Vì giữa chúng

có mối quan hệ phụ thuộc bậc nhất,

được biểu thị bằng công thức;

(2.11)

s

m i

r n v

vận tốc chuyển động của ôtô thì đồ thị là

một đường cong dạng:

Đồ thị công suất cản của không khí

là một đường cong bậc ba phụ thuộc vào

vận tốc v:

Tổng 2 đường cong được

gọi là đường cong tổng công suất cản

khi ôtô chuyển động

Ứng với các vận tốc khác nhau thì

ta được các tung độ giới hạn bởi đồ thị

và trục hoành sẽ được công suất tiêu hao

để thắng được sức cản của mặt đường và

sức cản không khí

Gọi A là giao điểm giữa đường

cong công suất N k với đường cong (N

Nhìn vào đồ thị ta thấy:

Để ôtô chuyển động với vận tốc v 1 thì người lái cần phải giảm ga hoặc trả bớt thanh răng về nhằm giảm Nk giảm xuống để cho đường cong N k cắt đường cong (N

+N) tại điểm A’

2.1.4 Mức độ sử dụng công suất của động cơ.

Từ đồ thị cân bằng công suất của ôtô ta nhận thấy sử dụng công suất động cơ hiệu quả nhất là vùng bên trái điểm A giúp cho tuổi thọ của động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu, công suất sử dụng an toàn trong khi ôtô chuyển động Do vậy người

ta đưa ra khái niệm “Mức độ sử dụng công suất của động cơ”

Mức độ sử dụng công suất của động cơ là tỷ số công suất cần thiết để ôtô

chuyển động đều với công suất của động cơ phát ra tại các bánh xe chủ động N k khi

mở hoàn toàn bướm ga hoặc kéo hết thanh răng nhiên liệu

(2.13)

t e k

N

N

N

N N

N

N Y

2.2 Cân bằng lực kéo của ô tô.

2.2.1 Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô.

Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động dùng khắc phục các lực cản:

- Lực cản lăn

- Lực cản lên dốc

- Lực cản không khí

- Lực cản quán tính

- Ngoài ra còn có lực của moóc kéo

Phương trình cân bằng lực kéo có dạng; P k = P f ± P i +P ω ± P j + P m (2.14)Hay;

2.2.2 Đồ thị cân bằng lực kéo.

Phương trình cân bằng lực kéo biểu diễn bằng đồ thị xây dựng mối quan hệ

giữa lực kéo tiếp tuyến P k với vận tốc của ôtô (P = f(v))

Hình 2-5 Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô.

2.3 Nhân tố dộng lực học.

2.3.1 Khái niệm và ý nghĩa của nhân tố động lực học.

Khi so sánh tính chất động lực của các loại ôtô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của ôtô trên các loại đường khác nhau, người ta mong muốn có được một thông số mà nó thể hiện được ngay tính chất động lực học của ôtô

Nhân tố động lực học của ôtô là tỷ số giựa lực kéo tiếp tuyến Pk – P và chia cho trọng lượng toàn bộ của ôtô Tỷ số này ký hiệu bằng chữ “D”

(2.23)

Ta xét mối liên hệ giữa nhân tố động lực học D với điều kiện chuyển động của ôtô, nếu từ vế phải của phương trình, (2-15), ta chuyển lực cản không khí sang vế trái và chia cả hai vế cho trọng lượng toàn bộ của ôtô ta nhận được biểu thức sau:

(2.24)

;

12

G

Wv r

i

M G

P P D

b

t t e k

G f

G G

Wv r

i M D

i b

t t e

2

i

G

j g

 

Qua biểu thức (2.24) ta có nhận xét sau;

Nhân tố động lực học D của ôtô thể hiện khả năng ôtô thắng lực cản tổng cộng

và khả năng tăng tốc

Khi ôtô chuyển động đều (ổn định), nghĩa là gia tốc của nó j = 0 thì giá trị của nhân tố động lực học bằng hệ số cản tổng cộng của mặt đường, nghĩa là D =  Cũng như vậy, khi ôtô chuyển động đều j = 0 và trên đường bằng i = 0 thì giá trị nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn nghĩa là D = f, giá trị này có được khi ôtô chuyển động ở số truyền cao nhất của hộp số và động cơ làm việc ở chế độ toàn tải, tại đó ta nhận được vận tốc lớn nhất của ôtô vmax

Giá trị nhân tố động lực học Dmax tương ứng với sức cản của mặt đường được đặc trưng bằng hệ số cản tổng cộng lớn nhất ở số truyền thấp nhất của hộp số max

Các trị số nhân tố động lực học D = , Dmax và vận tốc lớn nhất của ôtô vmax là các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất động lực học của ôtô khi chuyển động đều (ổn định)

Để duy trì cho ôtô chuyển động một thời gian dài thì cần thoả mãn điều kiện sau:

m G

P

P D

Nhân tố động lực học D có thể biểu diễn bằng đồ thị Đồ thị nhân tố động lực học D biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa nhân tố động lực học D và vận tốc chuyển động của ôtô, nghĩa là D = f(v).

Hình 2-6: Đồ thị nhân tố động lực học D ôtô

.

Trên trục tung đặt các giá trị của nhân tố động lực học D, trên trục hoành, ta chỉ đặt các giá trị vận tốc chuyển động của ôtô.

Trên đồ thị nhân tố động lực học D ta cũng xây dựng các đường cong D = f(v) và  = f(v) để xét mối quan hệ nhân tố động lực học D của ôtô theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường và điều kiện lực cản của mặt đường

thì tung độ mỗi điểm của

đường cong nhân tố