Giáo trình lý thuyết ô tô

2.2 LỰC KÉO TIẾP TUYẾN CỦA Ô TÔ 2.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được xác định theo công thức sau: it - tỷ số truyền của hệ thống truyền

BÀI 1 TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ

Mục tiêu:

Sau khi học xong chương này các sinh viên có khả năng:

1 Trình bày được các phương án phân loại ôtô

2 Nêu ra được các yêu cầu đối với ô tô

3 Trình bày được các thông số của ô tô

4 Đánh giá được ưu điểm và nhược điểm của từng phương án bố trí động cơ

5 Trình bày được các phương án bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô

5

1.1 PHÂN LOẠI:

Nhu cầu về vận chuyển hàng hóa và hành khách bằng các phương tiện vận tải ô tôrất lớn Để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu vận chuyển đó,ô tô có rất nhiều chủng loại khácnhau, được tập hợp theo sơ đồ phân loại (Hình 1.1)

Hình 1.1: Sơ đồ phân loại ô tô.

1.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI Ô TÔ:

1.2.1 Các yêu cầu về thiết kế, chế tạo:

- Xe ô tô phải mang tính hiện đại, các tổng thành trên xe có kết cấu hiện đại, kíchthước nhỏ gọn, bố trí hợp lý phù hợp với các điều kiện đường xá và khí hậu

- Vỏ xe phải đẹp, phù hợp với yêu cầu về thẩm mỹ công nghiệp

- Vật liệu chế tạo các chi tiết có độ bền cao, độ chống mịn, chống gỉ cao, nhằmnâng cao tính tin cậy và tuổi thọ của xe Nên tăng loại vật liệu nhẹ để giảm tự trọng củaxe

- Kết cấu của các chi tiết phải có tính công nghệ cao, dễ gia công, số lượng cácnguyên công trong qui trình công nghệ ít

1.2.2 Các yêu cầu về sử dụng:

- Xe phải có tính năng động lực cao như: tốc độ trung bình cao nhằm quay vòng

xe nhanh, nâng cao năng suất vận chuyển, thời gian gia tốc và quãng đường gia tốc ngắn,

xe khởi động dễ dàng

- Xe phải có tính an tồn cao, đặc biệt đối với hệ thống phanh và hệ thống lái

- Xe phải đảm bảo tính tiện nghi cho lái xe và hành khách, thao tác nhẹ và dễdàng, đảm bảo tầm nhìn tốt

- Mức tiêu hao nhiên liệu dầu mỡ bơi trơn, săm lốp và các vật liệu chạy xe ít

- Kích thước thùng xe phải phù hợp với trọng tải để nâng cao hệ số sử dụng trọngtải

- Kích thước và hình dung xe phải đảm bảo cho công tác xếp dỡ hàng hóa đượcthuận tiện và nhanh chóng

- Xe chạy phải êm, không ồn, giảm lượng độc hại trong khí thải

1.2.3 Các yêu cầu về bảo dưỡng, sửa chữa:

- Gia công bảo dưỡng và sửa chữa xe so với chế tạo rất lớn, so với cả đời xethường gấp 30 50 lần giờ công chế tạo

- Nếu mọi chi phí cho đời xe từ khi chế tạo đến khi thanh lý là 100% thì các phầnđược phân bổ như sau (số liệu của nhà máy GAZ – CHLB Nga)

Thiết kế chế tạo ô tô 1,4%

Sửa chữa thường xuyên 46,0%

Qua đó, chúng ta thấy giờ công bảo dưỡng, sửa chữa rất lớn Để giảm khối lượngcông việc, chu kỳ bảo dưỡng, ô tô phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Số lượng các điểm bôi trơn phải ít để giảm giờ công bơm dầu mỡ

- Giảm giờ công kiểm tra xiết chặt bằng cách sử dụng các bulông, vít cấy, đai ốc…đúng tiêu chuẩn và ít chủng loại để đỡ phải thay đổi dụng cụ tháo lắp

- Giảm giờ công điều chỉnh bằng cách thay các khu điều chỉnh bằng tay bằng điềuchỉnh tự động, hoặc dễ điều chỉnh

- Kết cấu của xe phải đảm bảo cho công tác tháo lắp được dễ dàng, thuận tiện chocông tác sửa chữa thay thế phụ tùng

Kết cấu cũng như vật liệu chế tạo của các chi tiết phải có độ hao mòn nhỏ và phải đủbền sau khi phục hồi, sửa chữa Các mặt chuẩn (công nghệ, định vị …) của chi tiết phải

được giữ nguyên, tạo điều kiện cho gia công cơ khí sửa chữa đáp ứng được các yêu cầu

kỹ thuật

1.3 CÁC THÔNG SỐ CỦA Ô TÔ:

1.3.1 Các thông số kích thước:

Kích thước và hình dạng xe phải phù hợp với chức năng sử dụng Theo ГOST

9314-59 của CHLB Nga qui định chiều rộng của xe không quá 2,5 m, chiều cao không quá 3,8

m, dài không quá 12m, trường hợp kéo một mooc dài không quá 20m, kéo hai mooc thìchiều dài tổng cộng không quá 24m (Hình 1.2)

Hình 1.2: Kích thước giới hạn của ô tô (ГOST9314 – 59)

Các thông số đảm bảo tính cơ động của xe được thể hiện ở bảng 1.1

* Xe có tính năng thông qua cao.

Hình 1.3: Các thông số hình học của tính năng cơ động 1.3.2 Các thông số trọng lượng:

Hội đồng tương trợ kinh tế giữa các nước xã hội chủ nghĩa đã thống nhất tải trọngcủa xe tải thùng gỗ như sau: 0,5 t – 1 t – 1,5 t – 3,0 t – 5 t – 8 t – 13 t Giảm tự trọng của

xe là một trong những phương hướng nghiên cứu chế tạo ôtô Tỉ lệ giữa tự trọng của xe

và trọng tải là hệ số chất tải K

K =Trong đĩ: m0 - Tự trọng của xe

qh - Trọng tải của xe

Hệ số K được thể hiện như sau:

qh 1,5 3,0 5,0 8,0 ÷ 12,0

K 1,15 0,8 0,7 0,65Tải trọng cho phép tác dụng cầu chủ động của các xe do CHLB Nga chế tạo đượcqui định trong GOST 9314-59 (bảng 1.2)

Bảng 1.2

Loại đường Khoảng cách giữa hai trục (m)> 3 m < 3 m

I – IICác loại xe 10060 9055

2

gg

Rm

c 1

1.4 BỐ TRÍ CHUNG TRÊN Ô TÔ:

1.4.1.Bố trí động cơ trên ô tô:

Các phương án sau đây thường được sử dụng khi bố trí động cơ trên ô tô:

1.4.1.1 Động cơ đặt ở đằng trước:

Phương án này sử dụng được cho tất cả các loại xe Khi bố trí động cơ đằng trướcchúng ta lại có hai phương pháp như sau:

- Động cơ đặt ở đằng trước và nằm ngồi buồng lái:

Khi động cơ đặt ở đằng trước và nằm ngồi buồng lái (hình 1.4a) sẽ tạo điều kiện chocông việc sửa chữa, bảo dưỡng được thuận tiện hơn Khi động cơ làm việc, nhiệt năng dođộng cơ tỏa ra và sự rung của động cơ ít ảnh hưởng đến tài xế và hành khách

Nhưng trong trường hợp này hệ số sử dụng chiều dài  của xe sẽ giảm xuống Nghĩa

là thể tích chứa hàng hóa hoặc lượng hành khách sẽ giảm Mặt khác, trong trường hợpnày tầm nhìn của người lái bị hạn chế, ảnh hưởng xấu đến độ an tòan chung

\

l

L

Hình 1.4: Bố trí động cơ trên ô tô

a – Nằm trước buồng lái d – Nằm ở đằng sau

b – Nằm trong buồng lái e – Nằm dưới sàn xe

c – Nằm giữa buồng lái và thung xe h – Buồng lái lật

l

La)

b)

d)

e)l

L

- Động cơ đặt ở đằng trước và nằm trong buồng lái:

Phương án này đã hạn chế và khắc phục được những nhược điểm của phương ánvừa nêu trên Trong trường hợp này hệ số sử dụng chiều dài  của xe tăng rất đáng kể,tầm nhìn người lái được thóang hơn (hình 1.4b)

Khi động cơ nằm trong buồng lái sẽ khó khăn cho việc sửa chữa và bảo dưỡng động

cơ Bởi vậy trong trường hợp này người ta thường dùng loại buồng lái lật (Hình 1.4h) để

dễ dàng chăm sóc động cơ

Ngồi ra một nhược điểm cần lưu ý nữa là ở phương án này trọng tâm của xe bị nângcao, làm cho độ ổn định của xe bị giảm

1.4.1.1 Động cơ đặt ở đằng sau:

Phương án này thường sử dụng ở xe du lịch và xe khách

Khi động cơ đặt ở đằng sau (hình 1.4d) thì hệ số sử dụng chiều di  tăng, bởi vậythể tích phần chứa khách của xe sẽ lớn hơn so với trường hợp động cơ đặt ở đằng trướcnếu cùng một chiều dài L của cả hai xe như nhau, nhờ vậy lượng hành khách sẽ nhiềuhơn

Nếu chúng ta chọn phương án động cơ đặt ở đằng sau, đồng thời cầu sau là cầu chủđộng, cầu trước bị động, thì hệ thống truyền lực sẽ đơn giản hơn vì không cần sử dụngđến truyền động các đăng

Ngòai ra, nếu động cơ nằm ở sau xe, thì người lái nhìn rất thóang, hành khách vàngười lái hòan tòan không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn và sức nâng của động cơ

Nhược điểm chủ yếu của phương án này là vấn đề điều khiển động cơ, ly hợp, hộp

số v.v…sẽ phức tạp hơn vì các bộ phận nêu trên nằm cách xa người lái

1.4.1.2 Động cơ đặt giữa buồng lái và thùng xe:

Phương án động cơ nằm giữa buồng lái và thùng xe (hình 1.4c) có ưu điểm là thểtích buồng lái tăng lên, người lái nhìn sẽ thóang và thường chỉ sử dụng ở xe tải và một số

xe chuyên dụng trong ngành xây dựng

Trường hợp bố trí này có nhược điểm sau:

Làm giảm hệ số sử dụng chiều di  và làm cho chiều cao trọng tâm xe tăng lên, do

đó tính ổn định của xe giảm Để trọng tâm xe nằm ở vị trí thấp, bắt buộc phải thay đổi sự

bố trí thùng xe và một số chi tiết khác

1.4.1.3 Động cơ đặt ở dưới sàn xe:

Phương án này được sử dụng ở xe khách (hình 1.4e) và có được những ưu điểm nhưtrường hợp động cơ đặt ở đằng sau

Nhược điểm chính của phương án này là khoảng sáng gầm máy bị giảm, hạn chế

phạm vi hoạt động của xe và khó sửa chữa, chăm sóc động cơ

1.4.2.Bố trí hệ thống truyền lực trên ơ tơ:

Hệ thống truyền lực của ô tô bao gồm các bộ phận và cơ cấu nhằm thực hiện nhiệm

vụ truyền mômen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động Hệ thống truyền lực thườngbao gồm các bộ phận sau :

- Ly hợp: ( viết tắt LH)

- Hộp số: (viết tắt HS)

- Hộp phân phối: (viết tắt P)

- Truyền động các đăng : (viết tắt C)

- Truyền lực chính: (viết tắt TC)

- Vi sai : (viết tắt VS)

- Bán trục (nửa trục): (viết tắt N)

- Truyền lực cuối cùng (viết tắt TCC)

Ở trên xe một cầu chủ động sẽ không có hộp phân phối Ngồi ra ở xe tải với tảitrọng lớn thì trong hệ thống truyền lực sẽ có thêm truyền lực cuối cùng

Mức độ phức tạp của hệ thống truyền lực một xe cụ thể được thể hiện qua công thứcbánh xe Công thức bánh xe được ký hiệu tổng quát như sau:

a xb Trong đó :

a là số lượng bánh xe

b là số lượng bánh xe chủ động

Để đơn giản và không bị nhầm lẫn, với ký hiệu trên chúng ta quy ước đối với bánhkép cũng chỉ coi là một bánh

Thí dụ cho các trường hợp sau:

4 x 2 : xe có một cầu chủ động (có 4 bánh xe, trong đó có 2 bánh xe là chủđộng)

4 x4 : xe có hai cầu chủ động (có 4 bánh xe và cả 4 bánh đều chủ động )

6 x4 : xe có hai cầu chủ động, một cầu bị động (có 6 bánh xe, trong đó 4 bánh xe

là chủ động)

6 x 6 : xe có 3 cầu chủ động (có 6 bánh xe và cả 6 bánh đều chủ động)

8 x 8 : xe có 4 cầu chủ động (có 8 bánh xe và cả 8 bánh đều chủ động)

1.4.2.1 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4 x 2:

- Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động:

Phương án này được thể hiện ở hình 1.5, thường được sử dụng ở xe du lịch và xe tảihạng nhẹ Phương án bố trí này rất cơ bản và đã xuất hiện từ lâu

Hình 1.5: Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động (4 x 2)

- Động cơ đặt sau, cầu sau chủ động:

Phương án này được thể hiện ở hình 1.6 thường được sử dụng ở một số xe du lịch và

xe khách Trong trường hợp này hệ thống truyền lực sẽ gọn và đơn giản vì không cần đếntruyền động các đăng Ở phương án này có thể bố trí động cơ, ly hợp, hộp số, truyền lựcchính gọn thành một khối

Hình 1.6: Động cơ đặt sau, cầu sau chủ động (4 x 2)

Một ví dụ điển hình cho phương án này là hệ thống truyền lực cho xe du lịch VW

- Động cơ đặt trước, cầu trước chủ động:

Phương án này được thể hiện ở hình 1.8, thường được sử dụng ở một số xe du lịchsản xuất trong thời gian gần đây Cách bố trí này rất gọn và hệ thống truyền lực đơn giản

vì động cơ nằm ngang, nên các bánh răng của truyền lực chính là các bánh răng trụ, chếtạo đơn giản hơn bánh răng nên ở các bộ truyền lực chính trên các xe khác

Hình 1.8: Động cơ ở trước, cầu trước chủ động

Một ví dụ điển hình cho phương án này là cách bố trí hệ thống truyền lực của xe dulịch TALBOT SOLARA (CH Pháp):

Hình 1.9: Hệ thống truyền lực của xe du lịch TALBOT SOLARA

1 và 2 : cơ cấu sang số lái (không thể hiện hết ở hình vẽ).

1.4.2.2 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4 x 4:

Phương án này được sử dụng nhiều ở xe tải và một số xe du lịch Trên hình 1.10trình bày hệ thống truyền lực của xe du lịch VAZ - 2121 (sản xuất tại CHLB Nga) Ở bntrong hộp phân phối có bộ vi sai giữa hai cầu và cơ cấu khóa bộ vi sai đó khi cần thiết

Hình 1.10 : Hệ thống truyền lực của xe VAZ 2121

1 – Cơ cấu khóa vi sai giữa hai cầu

2 – Vi sai giữa hai cầu

1.4.2.3 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6 x 4:

Hình 1.11: Hệ thống truyền lực của xe KAMAZ – 5320

Phương án này được sử dụng nhiều ở các xe tải có tải trọng lớn Ở trên hình 1.11 l

hệ thống truyền lực 6 x 4 của xe tải KAMAZ – 5320 (sản xuất tại CHLB Nga) Đặc điểm

cơ bản của cách bố trí này là không sử dụng hộp phân phối cho hai cầu sau chủ động, màchỉ dụng một bộ vi sai giữa hai cầu nên kết cấu rất gọn

1.4.2.4 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6 x 6:

ÑC

LH HS

P o

Hình 1.12 : Hệ thống truyền lực của xe URAL 375

Phương án này được sử dụng hầu hết ở cc xe tải có tải trọng lớn và rất lớn Một ví

dụ cho trường hợp này là hệ thống truyền lực của xe tải URAL 375 ( sản xuất tại CHLBNga ) ở trên hình 1.12

Đặc điểm chính của hệ thống truyền lực này là trong hộp phân phối có bộ vi sai hìnhtrụ để chia công suất đến các cầu trước, cầu giữa và cầu sau Công suất dẫn ra cầu giữa vàcầu sau được phân phối thông qua bộ vi sai hình nên (Như ở hình 1.11)

Ngồi ra có một số hệ thống truyền lực ở một số xe lại không sử dụng bộ vi sai giữacác cầu như xe ZIL 131 ,ZIL 175 K,…

BÀI 2 LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ- MÁY KÉO

TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG

Mục tiêu:

Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng:

1 Trình bày được đặc tính tốc độ của động cơ

2 Trình bày được lực kéo tiếp tuyến và mô men sinh ra do động cơ

3 Nêu được ý nghĩa của hệ số bám

4 Phân tích được các lực tác động lên ô tô chuyển động

2.1 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ

Lịch sử phát triển ngành ô tô -máy kéo đã chứng kiến nhiều loại động cơ khác nhaudùng trên ôtô- kéo, nhưng hiện nay nguồn động lực chính dùng trên ôtô- máy kéo vẫn làđộng cơ đốt trong loại piston Vì vậy để xác định được lực hoăc mômen tác dụng lên cácbánh xe chủ động của ôtô máy kéo cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của động

cơ đốt trong loại piston

Đường đặc tính tốc độ của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích

Ne, mômen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu trong một giờ GT và suất tiêu hao nhiênliệu ge theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc của trục khuỷu

Có hai loại đường đặc tính đặc tính tốc độ của động cơ:

- Đường đặc tính tốc độ cục bộ;

- Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài của động cơ

Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệthử

Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là mởbướm ga hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với chế

độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel chúng ta sẽ nhận được đường đặctính ngoài của động cơ Nếu bướm ga hoặc thanh răng đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đượccác đường đặc tính cục bộ

Như vậy đối với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và vôvàn đường đặc tính cục bộ tuỳ theo vị trí bướm ga hoặc vị trí thanh răng

Trên hình 2.1a trình bày đường đặc tính ngoài của động cơ xăng không có bộ hạn chế

số vòng quay Loại động cơ này thường dùng trên ôtô du lịch và đôi khi được dùng trênôtô khách

Hình 2.1a Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng không hạn chế số vòng quay.

Số vòng quay nmin của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất mà động cơ có thể làmviệc ổn định ở chế độ toàn tải Khi tăng số vòng quay thì mômen và công suất của động

cơ tăng lên (hình 2.1a) Mômen xoắn đạt giá trị cực đại Mmax ở số vòng quay nM và côngsuất đạt giá trị cực đại Nmax ở số vòng quay nN Các giá trị Nmax, Mmax và số vòng quaytương ứng với các giá trị trên nN và nM được chỉ dẫn trong các đặc tính kỹ thuật của động

cơ Động cơ ôtô làm việc chủ yếu trong vùng nM – nN

Khi tăng số vòng quay của trục khuỷu lớn hơn giá trị nN thì công suất sẽ giàm, chủyếu là do sự nạp hỗn hộp khí kém đi và do tăng tổn thất ma sát trong động cơ Ngoài rakhi tăng số vòng quay sẽ làm tăng tải trọng động gây hao mòn nhanh các chi tiết động cơ

Vì thế khi thiết kế ôtô du lịch thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ tương ứng với tốc

độ cực đại của ôtô trên đường nhựa tốt nằm ngang không vượt quá 10 20% so với sốvòng quay nN

Động cơ xăng đặt trong ôtô tải thường có bộ phận hạn chế số vòng quay nhằm làmtăng tuổi thọ của động cơ Bộ phận hạn chế số vòng quay làm giảm lượng nhiên liệu cungcấp cho động cơ, do đó công suất và mômen của động cơ sẽ giảm và số vòng quay củatrục khuỷu sẽ ít hơn giá trị nN Trên hình 2.1b trình bày đường đặc tính ngoài của động cơxăng có bộ phận hạn chế số vòng quay Đường nét đứt ứng với động cơ không có bộ phậnhạn chế số vòng quay, còn đường nét đậm ứng với động cơ có bộ phận hạn chế số vòngquay

Hình 2.1b Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng có hạn chế số vòng quay.

Động cơ diesel được dùng trên ôtô tải, ôtô hành khách và ngày nay dùng cả trên ôtô

du lịch Động cơ diesel dùng trên ôtô được trang bị bộ điều tốc nhị chế hoặc đa chế

Hầu hết các máy kéo dùng động cơ diesel có trang bị bộ điều tốc đa chế Bộ điều tốc

đa chế sẽ dữ cho chế độ làm việc của động cơ ở vùng tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất.Hình 2.2 trình bày đường đặc tính ngoài của động cơ diesel

ở hành trình không tải, động cơ có số vòng quay chạy không nck Khi xuất hiện tải thì

bộ điều tốc sẽ tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào trong xilanh động cơ, nhờ vậy côngsuất và mômen quay của động cơ tăng lên, đồng thời số vòng quay của trục khuỷu động

cơ có giảm đi Khi thanh răng bơm cao áp dịch chuyển tới một ví trí tính toán nhất định(do tác dụng của bộ điều tốc) tương ứng với điểm tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất thì côngsuất của động cơ đạt giá trị cực đại (điểm b trên hình 2.2)

Công suất cực đại của động cơ khi làm việc có bộ điều tốc được gọi là công suất địnhmức của động cơ Nn, mômen xoắn ứng với công suất cực đại được gọi là mômen xoắnđịnh mức Mn, số vòng quay ứng với công suất cực đại được gọi là số vòng quay định mức

nn Khoảng biến thiên tốc độ nck– nn phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc.Các đường đồ thị nằm trong khoảng tốc độ từ nck đến nn gọi là các đường đồ thị cóđiều tốc, còn các đường đồ thị nằm trong khoảng tốc độ từ nn đến nM gọi là các đường đồthị không có điều tốc ở vùng tốc độ từ nck đến nn các đường Ne và Me có dạng đườngthẳng Thường nối với máy kéo, động cơ làm việc ở gần vùng công suất định mức

Hình 2.2 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ diesel.

Để xét khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải do các ngoại lực tác dụngkhi ôtô và máy kéo làm việc, người ta đưa ra hệ số thích ứng của động cơ theo mômenxoắn và xác định như sau:

;

Trong đó: k- hệ số thích ứng của động cơ theo mômen xoắn;

Đối với từng loại động cơ, hệ số thích ứng theo mômen xoắn có giá trị như sau:

- Động cơ xăng: k = 1,1 1,35

- Động cơ dieze không có phun đậm đặc: k = 1,1 1,15

- Động cơ dieze có phun đậm đặc: k = 1,1 1,25

Cần chú ý rằng, tiêu chuẩn thử động cơ để nhận được đường đặc tính ngoài ở mỗinước một khác, vì vậy mà cùng một động cơ nhưng thử ở những nước khác nhau sẽ chonhững giá trị công suất khác nhau

Động cơ đặt trên ôtô máy kéo sẽ phát ra công suất thấp hơn công suất cực đại nhậnđược trên bệ thử Công suất thực tế mà động cơ sẽ bằng công suất cực đại nhận được trên

bệ thử nhân với hệ số Hệ số này có giá trị nhỏ hơn 1 và nó phụ thuộc vào các loại tiêuchuẩn thừa nhận khi thử, loại động cơ được dùng, loại xe ôtô cần đặt động cơ, điều kiện

sử dụng và chế độ tải của động cơ Khi tính toán gần đúng, có thể thừa nhận = 0,8 0,9

Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm, ta có thểxây dựng đường đặc tính nói trên nhờ công thức kinh nghiệm của S.R.Lây Đécman Việc

sử dụng quan hệ giải tích giữa công suất, mômen xoắn với số vòng quay của động cơ theocông thức Lây Đécman để tính toán sức kéo sẽ thuận lợi hơn nhiều so với khi dùng đồ thìđặc tính ngoài bằng thực nghiệm, nhất là hiện nay việc sử dụng máy tính ngày càng trởnên phổ cập

Công thức S.R.Lây Đécman có dạng như sau:

Trong đó:

Ne, ne– Công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng vớ mộtđiểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài;

Nmax, nN – 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 như sau:

Đối với động cơ xăng:

a = b = c =1

Đối với động cơ diezel 2 kỳ:

Ne- công suất của động cơ, kW

ne – Số vòng quay của trục khuỷu, v/ph

Me- Mômen xoắn của động cơ ,N.m

Có các giá trị Ne, Me tương ứng với giá trị ne ta có thể vẽ được đồ thị Ne=f(ne) và đồthị của Me=f’(ne)

Như vậy sau khi xây dựng được đường đặc tính ngoài của động cơ chúng ta mới có

cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ôtô máy kéo

2.2 LỰC KÉO TIẾP TUYẾN CỦA Ô TÔ

2.2.1 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

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

it - tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

nc - số vòng quay của trục khuỷu của động cơ

c -tốc độ góc của trục khuỷu của động cơ

nb -số vòng quay của bánh xe chủ động

b - tốc độc góc của bánh xe chủ động

Xét về mặt kết cấu của ô tô thì tỷ số truyền của hệ thống truyền lực bằng tích số các tỷ

số truyền của các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực và do vậy:

it=ih.ip.io.ic

Ở đây:

ih - tỷ số truyền của hộp số chính

ip -tỷ số truyền của họp số phụ

io - tỷ số ttruyền của truyền lực chính

ic - tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng

Nếu xe 1 cầu thì: it=ih.i0

2.2.2 Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Trong quá trình ô tô làm việc công suất của động cơ truyền đến bánh xe chủ động sẽ

bị mất mát do ma sát của các chi tiết trong hệ thống truyền lực và do sự khấy dầu.Côngsuất truyền đến bánh xe chủ động sẽ là:

Nk- công suất truyền đến bánh xe chủ động

Nt-công suất tiêu hao do ma sát và khuấy đầu trong hệ thông truyền lực

Ne- Công suất hữu ích của động cơ

Nf- công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

N -công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

Ni-công suất tiêu hao để thắng lực cản lên dốc

Nj-công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

G- trọng lượng của ô tô;

j-gia tốc của ô tô;

i- hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của các chi tiết

Hiệu suất của hệ thống truyền lực là tỷ số giữa công suất truyền tới bánh xe chủ động

Nk và công suất hữu ích của động cơ Ne

 t-hiệu suất của hệ thống truyền lực

Hiệu suất của của hệ thống truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số và phụ thuộc vàođiều kiện làm việc của ô tô như: chế độ tải trọng, tốc độ chuyển động, chất lượng chết tạochi tiết, độ nhớt dầu bôi trơn v.v Hiệu suất của hệ thống truyền lực có thể xác định bằngtích số hiệu suất của các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực:

t=l.h.c d.0.c ;

Ở đây:

l- hiệu suất của ly hợp (coi như  1);

h- hiệu suất của hộp số và hộp số phụ (nếu có);

c d- hiệu suất của các đăng;

0- hiệu suất của cầu chủ động;

c- hiệu suất của truyền lực cuối cùng;

Thường hiệu suất của hệ thống truyền lực t được xác định bằng thực nghiệm :

Loại xe Giá trị trung bình của t

Ô tô du lịch

Ô tô tải với truyền lực chính một cấp

Ô tô tải với truyền lực chính hai cấp

Máy kéo

0,93 0,89 0,85 0,88

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

Mômen xoắn của bánh xe chủ động tác động vào mặt đường một lực P ngược chiềuchuyển động của ô tô.Nhờ tác dụng tương hỗ giữa đường và bánh xe cho nên bánh xe sẽchịu một lực Pk tác dụng từ mặt đường có giá trị P=Pk và có chiều cùng với chiều chuyểnđộng của ô tô.Lực Pk này được gọi là lực kéo tiếp tuyến của bánh chủ động

Như vậy lực kéo tiếp tuyến là phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe chủ động theochiều cùng với chiều chuyển động của ô tô

Hình 2.3: Lực kéo và mô men

Lực kéo tiếp tuyến Pk khi xe chuyển động ổn định V=hằng số

r

i i i i

r

i i i i

Dấu (+):Thành phần lực cản khi xe chuyển động tăng tốc;

(-):Thành phần lực cản khi xe chuyển động giảm tốc

2.3.1 Lực bám của bánh xe chủ động và hệ số bám :

Để cho ôtô máy kéo có thể chuyển động được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặtđường phải có độ bám nhất định được đặc trưng bằng hệ số bám Nếu độ bám thấp thìbánh xe có thể bị trượt quay khi có momen xoắn lớn truyền từ động cơ đến bánh xe chủđộng và lúc đó ôtô máy kéo không thể tiến vè phía trước trường hợp này thướng xảy rakhi bánh xe chủ động đứng trên mặt đất lầy hoặc đứng trên băng

Hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường là tỷ số giữ lực kéo tiếp tuyến cựcđại trên tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chủ động Trọng thẳng đứng nàythường gọi là trọng lượng bámG

Cần chú ý rằng lực kéo tiếp tuyến xác định bằng công thức trên là theo khả năng trongđộng cơ, nhưng lực kéo này được sử dụng hết hay không còn phụ thuộc vào khả năngbám giữa bánh xe với mặt đường

Từ đó có thể xác định lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo điều kiện bám giữabánh xe chủ động với mặt đường như sau:

ở đây Mkmax- mômen cực đại truyền tới bánh xe chủ động

Trong trường hợp chung nếu ở vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường có cả phảnlực tiếp tuyến X và phản lực ngang Y của đường lên bánh xe chủ lực thì điều kiện đểbánh xe chủ động không bị trượt là :

2 2



p Y

Giá trị của p''z

Trong đó :’- hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường theo hướng vectơ hợplực của các lực X và Y Thấy rằng lực bám ptỷ lệ thuận với hệ số bám  và trọng lượngbám Gmà lực kéo tiếp tuýên cực đại pkmax cho nên muốn sử dụng hết lực kéo tiếp tuyến

pkmax do động cơ truyền xuống để thắng các lực cản truyển động thì cần thiết phải tănglực bám p nghĩa là phải tăng hệ số bám hay tăngG hoặc cùng tăng cả hai

Điều này thể hiện ở ôtô có tính năng cơ động cao Để tăng lực bám p thì ôtô nàydùng lốp có vấu cao nhằm tăng hệ số bám  và ding nhiều cầu chủ động để sử dụng toàn

bộ trọng lượng của ôtô làm trọng lượng bám Đối với máy kéo cũng vậy khi máy kéo làmviệc trên đồng lầy người ta lắpc các bám trục chủ động loại bánh xe có vấu cao để tăng

hệ số bám hoặc lắp thêm các trọng khối phụ thuộc vào bánh lốp chủ động ngoài ra còndùng tăng trọng lượng bám ở bánh xe chủ động Ngoài ra còn dùng máy kéo hai cầu chủđộng để sử dụng toàn bộ trọng lượng của máy kéo làm trọng lượng bám Nhờ các biệnpháp nói trên mà lực bám tăng lên và bánh xe chủ động không bị trượt quay tại chỗ đểôtô máy kéo có thể chuyển động bình thường

2.3.2 Các lực cản chuyển động của ô tô máy kéo :

Hệ số bám  giữa bánh xe chủ động với mặt đường phụ thuộc trước hết vào nguyênliệu bề mặt đường và nguyên liệu chế tạo lốp, vào tình trạng mặt đường (kho, ướt ,nhẵn v.v.) vào kết cấu và dạng hoa lốp phụ thuộc vào các điều kiện sử dụng khác như tảitrọng tác dụng lên bánh xe và áp suất trong lốp, tốc độ chuyển động của ôtô máy kéo và

độ trượt giữa bánh xe chủ động với mặt đường

Trên hình 2.4 trình bày một số đồ thị chỉ phụ thuộc hệ số bám  vào áp suất trong lốp(hình 2.4a), vào tốc độ chuyển động của ôtô (hình 2.4b), vào tải trọng lên bánh xe chủđộng với mặt đường (hình 2-4d)

2 1

cm 0.6

0.6

2 1

0 10 20 30 40 50 v,ms o 20 40 60 80 100

0.2 0.4 0.6 0.8

0.2 0.4 0.6 0.8

Hình 2.4 Các yếu ảnh hưởng tới hệ số bám

1.đường khô 2.đường ướt

a) Áp suất trong lốp

b) Tốc độ chuyển động của ô tô

c) Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe

d) Độ trượt giữa bánh chủ động và đường

Khi tăng áp suất p trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên sau đó giảm xuống Giá trị

hệ số bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất được khuyên để dùng cho lốp đó Khi tăng tốc

độ chuyển động thì hệ số bám giảm từ từ theo dạng đường cong Khi tăng tải trọng thẳngđứng lên bánh xe thì hệ số bám sẽ giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính Khi đườngướt thì ảnh hưởng của áp suất trong lốp của tốc độ chuyển động và tải trọng thẳng đứnglên bánh xe đến hệ số bán càng lớn Đặc biệt là độ trượt  giữa bánh xe chủ động và mặtđường ảnh hưởng rất nhiều đến hệ số bám Khi tăng độ trượt của bánh xe luíc đầu tănglên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong độ trượt 15-25% Nếu độ trượt tiếp tục tăngthì hệ số bám giảm, khi độ trượt =100% thì hệ số bám  giảm 20-30% so với hệ số cựcđại Khi đường ướt có thể giảm nhiều hơn nữa có thể tới 50- 60%

Hệ số bám mà chúng ta xét ở trên chính là hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức làtrong mặt phẳng chuyển động của ôtô máy kéo dược biểu thị là x ngoài ra còn hệ sốbám trong mặt phẳng ngang thẳng góc với mặt phẳng dọc hệ số bám này ký hiệu là y và

nó cũng chịu ảnh hưởng của những yếu tố nêu trên Để đơn giản người ta gọi hệ số xlà

hệ số bám dọc, hệ số y là hệ số bám ngang

Hệ số bám dọc có thể xác định bằng nhiều phương pháp thực nghiệm khác nhau Đơngiản nhất là dùng một xe trước kéo một xe sau mà xe sau được phanh cứng hoàn toàn.Giữa hai xe có đặt lực để đo lực bám p phát sinh ở xe sau Biết được trọng lượng bámcủa xe sau là G , ta có thể xác định đựơc hệ số bám x theo biểu thức sau:

Do hệ số bám phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau và việc xác định các yếu tố này để

áp dụng trong tính toán gặp nhiều khó khăn, cho lên thường ta sử dụng giá trị hệ số bámtrung bình phụ thuộc vào loại đường theo bảng (2.3)

Loại đường và trạng thái mặt

Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển độngcủa ôtô máy kéo, nó có liên quan chặt chẽ đến tính chất động lực học của ôtô máy kéođến hiệu quả phanh và ổn định khi phanh, đến tính năng dẫn hướng v v ngày nay khi xuhướng tăng tốc độ chuyển động của ôtô máy kéo thì hệ số bám và lực bám càng có phầnquan trọng hơn

2.4 CÁC LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ MÁY KÉO

Hình 2.5: Sơ đồ lực và mômen tác dụng khi chuyển động lên dốc.

Các ký hiệu trên hình gồm :

G – trọng lượng hoàn toàn của ôtô

p k – lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động

Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song vớimặt đường và ngược với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặtđường.

Trên hình lực cản lăn tác dụng lên bánh trước là P f1 lên bánh sau là P f2

Lực cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp và đường do sự tạo thành vết bánh

xe trên đường do ma sát ở bề mặt do sự tiếp xúc giữa lốp và đường

Để đơn giản người ta coi lực cản là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyển động

và được xác định theo công thức

Góc  - góc đối của mặt đường

Khi ôtô máy kéo chuyển động trên đường nằm ngang thì:

P f =fG

ở đây :f – hệ số cản lăn nói chung của ôtô máy kéo

Cần chú ý rằng hệ số cản lăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau

2.4.2 Lực cản lên dốc

Khi ôtô máy kéo chuyển động trên dốc thì trọng lượng G có thể coi như gồm bởi hailực thành phần

- Lực G.cos thẳng góc với mặt đường lên bánh Z1 và Z2

- Thành phần thứ hai Gsin cản lại chuyển động của xe khi lên dốc lên được gọi là

lực cản lên dốc, biểu thị bằng Pi Như vậy Pi có giá trị sau:

Pi = Gsin

Mức độ dốc của mặt đường được thể hiện qua góc dốc  hoặc qua độ dốc i

Độ dốc i của đường được xác định theo biểu thức:

i = tg;

T D 

ở đây D,T – các kích thước của đường dốc

Khi góc dốc nhỏ hơn 50có thể xem i= tg = sin và lúc đó lực cản lên dốc có

dạng : P i = Gsin Gi

Trường hợp ôtô máy kéo chuyển động xuống dốc thì lực pi sẽ cùng chiều với chiềuchuyển động của xe và lúc đó lực pi thành lực hỗ trợ chuyêng động của ôtô máy kéo Do

vậy khi xe lên dốc thì pi là lực cản có dấu (+) còn khi xuống dốc thì là lực đẩy hay lựcchủ động có dấu (-) trong biểu thức.

Trong lý thuyết ôtô máy kéo người ta dùng khái niệm lực cản tổng cộng của đường P ỉ

bằng tổng của lực cản lăn và lực cản lên dốc :

Trong lý thuyết ôtô máy kéo người ta dùng khái niệm lực cản tổng cộng của đường Pỉ

bằng tổng của lực cản lăn và lực cản lên dốc :

P ỉ = Pf Pi = G(fcosỏ sinỏ)G(fi)

Dấu cộng khi xe lên dốc và dấu trừ khi xe xuống dốc và đại lượng fi được gọi là

hệ số cản tổng cộng của đường và ký hiệu là ỉ.

ỉ=(fi)

Vậy P ỉ = G(fcosỏsinỏ)

Hệ số cản tổng cộng  của đường bằng hệ số cản lằn f cộng khi lên dốc trừ khi xuốngdốc độ dốc i Lực cản tổng cộng của đường bằng trọng lượng của ôtô nhân với hệ số cảntổng cộng của đường

F: Diện tích cản chính diện của ôtô nghĩa là diện tích hình chiếu của ôtô máy kéo trên

bề mặt phẳng vuông góc với trục dọc của chúng ( m2)

Vo: tốc độ tương đối giữ ôtô và không khí (m/s)

Hệ số cản không khí K của ôtô máy kéo thay đổi trọng phạm vi rộng tuỳ theo dạng khíđộng của chúng ôtô vận tải thường có dạng khí vân động xấu Các máy kéo nông nghiệpthường có tốc độ thấp cho nên lực cản không khí không đáng kể và có thể bỏ qua Đốivới ôtô nhất là ôtô du lịch có tốc độ chuyển động cao cho nên lực cản không khí khá lớn

Chú ý : lực cản P phụ thuộc vào môi trường không khí hay phụ thuộc vào tốc độ

tương đối giữa ôtô và không khí và chính vì vậy V0 phải tinh đến ảnh hưởng của gió

V 0 = V+Vg

V : vận tốc của ôtô.

Vg : vận tốc gió,

(+) chuyển động ngược chiều gió

(-) chuyển động cùng chiều gió

B :chiều rộng cơ sở của xe ôtô

B 0 :chiều rộng lớn nhất của xe ôtô

H: chiều cao lớn nhất của ôtô

4

2 m Ns

1,6- 2,81,5- 2,03,0-5,04,5- 6,51,0- 1,3

0,3- 0,90,6- 1,01,8- 3,51,0-2,60,13- 0,18

2.4.4 Lực quán tính của ôtô máy kéo

Khi ôtô máy chuyển động không ổn định sẽ xuất hiện lực quán tính Lực quántính pj gồm các thành phần sau:

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô ký hiệu là Pj’

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ôtô máy kéo ký hiệu

j  gia tốc tịnh tiến của ôtô máy kéo

Để xác định lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động của ôtô máy kéo gâylên cần phải xét mômen xoắn chuyền đến bánh xe chủ động không ổn định

2.4.5 Lực cản ở móc kéo

Khi ôtô máy kéo có kéo mốc thì lực cản thì lực cả ở moóc kéo có phương nằm

ngang p m được xác định như sau:

2.5 Điều kiện để cho ôtô máy kéo có thể chuyển động

Để chô ôtô máy kéo có thể chuyển động được mà không bị trượt quay thì lực kéo tiếptuyến sinh ra ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặ đường phả lớn hơn hoặc bằngtổng các lực cản chuyển động nhưng phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám giữa bánh xe vớimặt đường, nghĩa là :

P f  P i + P  P j +P m  P k  P

- Thành phần Pi’ dấu (+) là khi lên dốc, dấu (-) khi xuống dốc

- Thành phần Pj’ dấu(+)là khi tăng tốc, dấu (-) khi giảm tốc

BÀI 3

CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA ÔTÔ

Mục tiêu:

Sau khi học xong bài này các sinh viên có khả năng:

1 Nêu được các khái niệm và các quan hệ động học của bánh xe khi lăn

2 Trình bày được động lực học chuyển động của bánh xe

3 Mô tả được sơ đồ truyền năng lượng từ bánh xe tới mặt đường

4 Giải thích được sự trượt của bánh xe

5 Trình bày được đặc tính trượt của bánh xe khi kéo và khi phanh

6 Nêu được biến dạng của bánh xe đàn hồi khi chịu lực ngang Định nghĩađược góc lệch hướng

7 Xác định được các thông số động lực học chuyển động bằng tính toán

và lực li tâm khi bánh xe quay.

d Bán kính lăn của bánh xe

Là bán kính của một xe giả định, ký hiệu rl Bánh xe giả định này không bị biến dạngkhi xe làm việc, không bị trượt lết, trượt quay và có cùng tốc độ tịnh tiến, tốc độ quaynhư bánh xe thực tế

Trị số của bánh giả định này phụ thuộc vào các yếu tố như là : tải trọng tác dụng, ápsuất không khí trong lốp, độ đàn hồi của vật liệu làm lốp và khả năng bám của xe vớiđường Những thông số này sẽ đổi trong quá trình chuyển động của xe

e Bán kính làm việc trung bình làm việc của xe

Trong thực tế tính toán, người ta thường sử dụng bán kính bánh xe có kể đến sự biếndạng của lốp do ảnh hưởng của các thông số như: tải trọng tác dụng thẳng đứng, áp suấtkhông khí trong lốp, lực phanh…, va được ký hiệu là rb

= Trong đó:

– bán kính thiết kế của bánh xe – hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, được trọn phụ thuộc vào cácLoại lốp :

Với lốp có áp suất thấp : = 0.930 0.935 Với lốp có áp suất cao : = 0.945 0.950

f Ký hiệu lốp

Hiện nay trên thế giới sử dụng các loại ký hiệu lốp khác nhau tùy vào từng nước như

hệ thống ký hiệu lốp Châu Âu được ký hiệu là EEC Tuy nhiên trên thực tế nó vẫn chungnhau kích thước cơ bản

Hình 3.1: Sơ đồ kích thước hình học của lốp

Là loại lốp có áp suất không khí trong lốp = ( 0.5 0.7 ) MN/m2 và được ký hiệu

là D B hoạc là D H ( nếu D = H ) Trong đó

D - đường kính ngoài của lốp;

B – là bề rộng của lốp ;

H – là chiều cao phần đầu lốp;

3.2 ĐỘNG HỌC LĂN CỦA BÁNH XE KHÔNG BIẾN DẠNG

3.2.1 Các khái niệm:

 Vận tốc chuyển động lý thuyết v o :

vo là vận tốc của xe khi chuyển động hoàn toàn không có trượt

b b b b l

t

Nr

2t

S

v     (3.1)

Ở đây:

Sl – Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn

t – Thời gian bánh xe đã lăn

rb – Bán kính tính toán của bánh xe.

Nb – Tổng số vòng quay của bánh xe

t

N

rt

S

v 2  (3.2)Trong đó:

St – quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn

t – thời gian mà bánh xe đã lăn

rl – bán kính lăn của bánh xe

* Vận tốc trượt v:

Khi xe chuyển động có sự trượt giữa bánh xe với mặt đường thì vận tốc thực tế của

xe và vận tốc lý thuyết sẽ khác nhau Sự chênh lệch giữa hai loại vận tốc vừa nêu trênchính là vận tốc trượt:

b b l b

v v

v      (3.3)

* Hệ số trượt và độ trượt:

+ Hệ số trượt và độ trượt khi kéo:

Sự trượt của bánh xe được thể hiện thông qua hệ số trượt k:

b

l o

o o

r1v

v

vv

v    





  (3.4)Mức độ trượt của bánh xe được đánh giá thông qua độ trượt k:

%100

k

k

 (3.5)+ Hệ số trượt và độ trượt khi phanh:

Trong trường hợp phanh ta có hệ số trượt và độ trượt như sau:

o

rv

vv

v

vv

v

(3.6)

%100

p

p

 (3.7)

3.2.2 Các quan hệ động học khi bánh xe lăn:

Khi bánh xe lăn có thể xảy ra hiện tượng trượt (trượt quay khi kéo hoặc trượt lết khiphanh), điều này sẽ làm ảnh hưởng đến vận tốc thực tế của xe Có thể có ba trạng tháilăn:

- Lăn không trượt ở bánh xe bị động và không phanh

- Lăn có trượt quay ở bánh xe chủ động và đang có lực kéo

- Lăn có trượt lết ở bánh xe đang phanh

* Bánh xe lăn không trượt:

Trong trường hợp này, tốc độ của tâm bánh xe (cũng là tốc độ của xe) bằng với tốc

độ vòng Nghĩa là tốc độ thực tế v bằng tốc độ lý thuyết vo, ta có:

b b

Hình 3.1: Lăn không trượt.

* Bánh xe lăn có trượt quay:

Đây là trường hợp của bánh xe đang có lực kéo, khi đó tốc độ của tâm bánh xe (tốc

độ thực tế) v nhỏ hơn tốc độ lý thuyết vo, do vậy cực P nằm trong vòng bánh xe và rl < rb.Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo quy luật phân bố vận tốc sẽ xuấthiện một vận tốc trượt v ngược hướng với trục x

Ta có quan hệ sau:

l b b

v  o (3.11)Theo (2.4) hệ số trượt khi kéo k được tính:

b

l o

o o

r1v

v

vv

0

0       

 ; b v   brl r lv

o o

vv

P

k

 (trượt quay hoàn toàn)

Hình 3.2: Lăn có trượt quay.

* Bánh xe lăn có trượt lết:

Đây là trường hợp bánh xe đang được phanh Trong trường hợp này tốc độ thực tế vlớn hơn tốc độ lý thuyết vo, cực P nằm bên ngoài bánh xe và rl > rb Tại vùng tiếp xúc củabánh xe với mặt đường cũng xuất hiện tốc độ trượt v nhưng hướng theo hướng dươngcủa trục x

Hình 3.3: Lăn có trượt lết.

Ta có quan hệ sau:

l b b

rv

v

vv

v  (3.15)

P

0



v

Do v  0 nên p0

Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng không quay, xe và bánh xevẫn chuyển động tịnh tiến) ta có:

vvvvr

v

vr,

v

o b

b o

b l b

Thay vào (3.6) suy ra: p1 (trượt lết hoàn toàn)

3.2.3 Động lực học chuyển động của bánh xe:

Chúng ta sẽ khảo sát lực và mômen tác dụng lên bánh xe đang lăn trên đường khikhông có lực ngang tác dụng dưới các bánh xe Trong thực tế sẽ có ba trạng thái chuyểnđộng khác nhau ở các bánh xe:

- Bánh xe bị động không phanh (trạng thái bị động)

- Bánh xe chủ động và đang có lực kéo (trạng thái kéo)

- Bánh xe bị động hoặc chủ động đang bị phanh ( trạng thái phanh)

3.2.3.1 Bánh xe bị động không bị phanh (M k = 0, M p = 0):

Khi đó bánh xe sẽ chịu các lực sau đây:

- Từ khung xe: Tải trọng thẳng đứng, ký hiệu Gb và lực đẩy đặt tại tâm trục của bánh

xe, hướng theo chiều chuyển động, ký hiệu Px

- Từ đường tác dụng lên các bánh xe các phản lực tiếp tuyến mà hợp lực của chúng

ký hiệu là X và các phản lực pháp tuyến mà hợp lực của chúng ký hiệu là Z

- Phản lực tiếp tuyến X xuất hiện là do tại tâm trục bánh xe tồn tại lực Px Lực này có

xu hướng đẩy vết tiếp xúc giữa đường với lốp về phía trước theo chiều chuyểnđộng Do đó tại vết tiếp xúc sẽ xuất hiện lực X chống lại sự dịch chuyển đó Xét vềgiá trị ta có:

X = Px; Z = Gb

Với:

Z – Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe

Gb– Trọng lượng tác dụng lên bánh xe

Phản lực X ngược chiều chuyển động của xe và được coi là lực cản lăn Pf Lực cảnlăn phải được khắc phục bởi lực Px Như vậy ta có:

X = Pf (3.16)

Pf = fZ (3.17)Với f là hệ số cản lăn

Phương trình cân bằng mômen tại tâm bánh xe:

Z = Gb (3.20)

Hình 3.5: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe chủ động.

Lực kéo tiếp tuyến:

Pk = Mk/rđ (3.21)Lực đẩy tổng cộng vào khung xe:

Px = Pk – Pf = X (3.22)

rđ

Với X là phản lực tiếp tuyến của bánh xe với mặt đường Khi kéo nó cùng chiềuchuyển động.

3.2.3.3 Bánh xe bị động hoặc chủ động đang bị phanh (M k = 0, M p 0):

Mômen phanh Mp ngược chiều với b Mp cân bằng với cặp lực Pp, tức là:

ñ

p p ñ p

MPrP

Px – Lực đẩy vào khung ngược chiều chuyển động của xe

X – Phản lực tiếp tuyến, khi phanh nó ngược chiều chuyển động của xe

Năng lượng từ động cơ truyền đến các bánh xe chủ động thông qua hệ thống truyềnlực Sau đó năng lượng từ các bánh xe được truyền tới mặt đường Tùy thuộc vào trạngthái chuyển động của bánh xe, sẽ tồn tại những dòng năng lượng sau đây Trên hình 3.8diễn tả các dòng công suất cho 3 trạng thái chuyển động chủ yếu của bánh xe:

- Dòng công suất ở bánh xe bị động ( hình 3.8.a )

- Dòng công suất ở bánh xe chủ động ( hình 3.8.b )

- Dòng công suất ở bánh xe đang phanh ( hình 3.8.c )

Hình 3.8: Các dòng năng lượng đối với các trạng thái chuyển động của bánh xe.

so với trường hợp không biến dạng Vì thế làm cho xe giảm vận tốc tịnh tiến và đó cũngchính là bản chất của hiện tượng trượt quay

Ngoài ra do sự biến dạng theo hướng tiếp tuyến của các thớ lốp dưới tác dụng củamômen xoắn Mk cũng làm giảm vận tốc tịnh tiến của xe, gây nên hiện tượng trượt Điều đó