TÂP BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH TẬP BÀI GIẢNG LÍ THUYẾT Ơ TƠ TB2015-01-04 Ban biên soạn: Chủ biên: Thành viên: ThS Trần Quốc Đảng ThS Nguyễn Trung Kiên NAM ĐỊNH, 2015 LỜI NĨI ĐẦU “Lý thuyết tô” môn học sở quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư cử nhân ngành Cơng nghệ kỹ thuật ô tô Đây môn học bắt buộc trường đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Môn học cung cấp cho sinh viên kiến thức động lực học ô tô chuyển động thẳng, chuyển động quay vòng, chuyển động dốc, tăng tốc phanh; tính kinh tế nhiên liệu; tính ổn định tơ; tính động tơ; dao động ô tô, … Đây kiến thức sở làm tảng giúp sinh viên nhiên cứu, học tập môn học khác như: Kết cấu tính tốn tơ, Cấu tạo tơ, … Tùy theo chương trình đào tạo trường, mơn học “Lý thuyết ô tô” thực với thời lượng khác Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định đơn vị đào tạo cử nhân, kỹ sư Cơng nghệ kỹ thuật tơ có truyền thống uy tín từ bốn mươi năm Thực chủ trương cải cách đổi đào tạo Đảng Nhà nước, Nhà trường tổ chức chỉnh sửa chương trình đào tạo cho phù hợp với yêu cầu mục tiêu đào tạo Hiện môn học “Lý thuyết ô tô” thực với thời lượng 02 tín Tập giảng “Lý thuyết tơ” nhóm biên soạn dựa chương trình chi tiết môn học “Lý thuyết ô tô” Nhà trường phê duyệt, ban hành Với thời lượng 02 tín chỉ, nhóm biên soạn lựa chọn nội dung kiến thức cần thiết làm sở giúp sinh viên học tập nghiên cứu môn học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Nhóm tác giả biên soạn dựa tài liệu có độ tin cậy cao trường đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô nước Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học SPKT TP Hồ Chí Minh, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, … Ban biên soạn xin chân thành cám ơn thầy mơn Ơ tơ Xe chun dụng-Viện Cơ khí Động lực-Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy mơn Cơ khí Động lực-Khoa Cơ khí-Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định đóng góp nhiều ý kiến q báu giúp chúng tơi hoàn thành tài liệu Tuy nhiên, tài liệu biên soạn lần đầu, q trình biên soạn khơng thể tránh thiếu sót định, chúng tơi chân thành đón nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp, quý bạn đọc để chỉnh sửa tài liệu ngày hồn thiện Nhóm tác giả biên soạn MỤC LỤC Chương CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG DÙNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Phân loại ô tô 1.2 Các yêu cầu ô tô 1.2.1 Các yêu cầu thiết kế, chế tạo: 1.2.2 Các yêu cầu sử dụng: .2 1.2.3 Các yêu cầu bảo dưỡng, sửa chữa: 1.3 Bố trí chung tơ .3 1.3.1 Bố trí động tơ: .3 1.3.2 Bố trí hệ thống truyền lực tơ: 1.4 Đường đặc tính tốc độ động đốt 1.4.1 Khái niệm đường đặc tính tốc độ động 1.4.2 Hệ số thích ứng động cơ: 11 1.4.3 Công thức S.R.Lây-đéc- man: 11 CÂU HỎI ÔN TẬP 12 Chương 13 ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA Ô TÔ 13 2.1 Khái niệm loại bán kính bánh xe ký hiệu lốp 13 2.1.1 Các loại bán kính bánh xe 13 2.1.2 Ký hiệu lốp 14 2.2 Các khái niệm chung .15 2.2.1 Vận tốc chuyển động lý thuyết vo: 15 2.2.2 Vận tốc chuyển động thực tế v: 15 2.2.3 Vận tốc trượt 15 2.3 Động lực học bánh xe bị động 15 2.3.1 Đặt vấn đề 15 2.3.2 Động lực học bánh xe đàn hồi lăn đường cứng 16 2.3.3 Động lực học bánh xe đàn hồi lăn đường biến dạng 18 2.4 Động lực học bánh xe chủ động .18 2.4.1 Sự biến dạng lốp 18 2.4.2 Xác định lực cản lăn hệ số cản lăn 19 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số cản lăn 19 2.5 Sự trượt bánh xe chủ động .20 2.5.1 Khái niệm trượt .20 2.5.2 Hệ số trượt độ trượt: 21 2.5.3 Phương pháp xác định hệ số trượt 21 2.6 Các lực tác dụng lên ô tô trường hợp tổng quát .26 2.6.1 Lực kéo tiếp tuyến ô tô 27 2.6.2 Hệ số bám lực bám bánh xe chủ động 29 2.6.3 Các lực cản chuyển động ôtô .31 i 2.7 Xác định phản lực thẳng góc đường tác dụng lên bánh xe tô mặt phẳng dọc .35 2.7.1 Trường hợp tổng quát .35 2.7.2 Trường hợp ô tô chuyển động ổn định đường nằm ngang, khơng kéo mc 37 2.7.3 Trường hợp xe đứng yên đường nằm ngang 37 2.7.4 Hệ số phân bố tải trọng lên bánh xe ô tô 37 2.8 Xác định phản lực thẳng góc đường tác dụng lên bánh xe ô tô mặt phẳng ngang: 39 2.8.1 Trường hợp chuyển động tổng quát: 39 2.8.2 Trường hợp xe đứng n dốc nghiêng ngang, khơng kéo rơmóc: .41 CÂU HỎI ÔN TẬP 41 Chương 43 TÍNH TỐN SỨC KÉO CỦA Ơ TƠ 43 3.1 Sự cân công suất cân lực kéo ô tô .43 3.1.1 Sự cân công suất ô tô 43 3.1.2 Sự cân lực kéo ô tô 44 3.2 Nhân tố động lực học ô tô 45 3.2.1 Khái niệm nhân tố động lực học 45 3.2.2 Đồ thị nhân tố động lực học .46 3.2.3 Sử dụng đồ thị nhân tố động lực học 47 3.3 Ảnh hưởng thơng số cấu tạo đến đặc tính động lực học ô tô 53 3.3.1 Ảnh hưởng tỷ số truyền truyền lực 53 3.3.2 Ảnh hưởng số lượng số truyền hộp số 54 3.3.3 Ảnh hưởng tỷ số truyền hộp số 55 3.4 Tính tốn sức kéo ô tô 59 3.4.1 Các dạng thông số sử dụng tính tốn sức kéo 59 3.4.2 Trình tự tính tốn 60 3.5 Ảnh hưởng truyền động thủy lực tới chất lượng kéo ô tô 61 3.5.1 Ảnh hưởng ly hợp thủy lực tới chất lượng kéo ô tô .62 3.5.2 Ảnh hưởng biến mô thủy lực tới chất lượng kéo ô tô 62 CÂU HỎI ÔN TẬP 65 Chương 66 TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ơ TÔ .66 4.1 Mức tiêu hao nhiên liệu định mức tiêu hao nhiên liệu 66 4.1.1 Các tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu tơ .66 4.1.2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu 66 4.1.3 Khái niệm định mức tiêu hao nhiên liệu 67 4.2 Đặc tính kinh tế nhiên liệu ô tô 68 4.2.1 Đường đặc tính kinh tế nhiên liệu ô tô chuyển động không ổn định 68 4.2.2 Tính kinh tế nhiên liệu tơ chuyển động khơng ổn định .69 4.3 Tính kinh tế nhiên liệu tơ có truyền động thuỷ lực 70 ii CÂU HỎI ÔN TẬP 71 Chương 72 TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ơ TƠ .72 5.1 Khái chung tính ổn định .72 5.2 Tính ổn định dọc ô tô 72 5.2.1 Tính ổn định dọc tĩnh .72 5.2.2 Tính ổn định dọc động .74 5.3 Tính ổn định ngang ô tô 77 5.3.1 Tính ổn định ngang tô chuyển động đường nghiêng ngang 77 5.3.2 Tính ổn định ngang tơ chuyển động quay vòng đường nghiêng ngang 78 CÂU HỎI ÔN TẬP 81 Chương 82 TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ơ TƠ 82 6.1 Động học động lực học quay vòng tơ .82 6.1.1 Bán kính quay vòng 83 6.1.2 Vận tốc góc quay vòng xe 83 6.1.3 Gia tốc trọng tâm xe vào đường vòng .84 6.1.4 Lực quán tính xe vào đường vòng 84 6.2 Ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới tính quay vòng tơ 85 6.3 Động học động lực học quay vòng tơ lốp bị biến dạng bên 86 6.4 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 87 6.5 Khái niệm dao động bánh xe dẫn hướng 91 6.5.1 Những nguyên nhân gây nên dao động: 91 6.5.2 Một số trường hợp gây nên dao động góc bánh xe dẫn hướng:.91 CÂU HỎI ÔN TẬP 93 Chương 94 SỰ PHANH Ô TÔ .94 7.1 Lực phanh sinh bánh xe 94 7.2 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu 95 7.3 Các tiêu đánh giá chất lượng tổng hợp trình phanh .97 7.3.1 Chỉ tiêu hiệu phanh .97 7.3.2 Chỉ tiêu tính ổn định hướng tơ phanh .100 7.4 Cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh vấn đề chống hãm cứng bánh xe phanh103 7.4.1 Cơ sở lý thuyết điều hoà lực phanh 103 7.4.2 Vấn đề chống hãm cứng bánh xe phanh 106 7.5 Giản đồ phanh tiêu phanh thực tế .108 CÂU HỎI ÔN TẬP 109 Chương 109 DAO ĐỘNG ÔTÔ 109 8.1 Khái niệm tính êm dịu chuyển động 109 8.1.1 Tần số dao động thích hợp .109 iii 8.1.2 Gia tốc thích hợp 109 8.1.3 Chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động thời gian tác động chúng 109 8.2 Sơ đồ dao động tương đối ôtô 109 8.2.1 Dao động ôtô hệ toạ độ không gian 109 8.2.2 Khái niệm khối lượng treo khối lượng không treo 109 8.2.3 Sơ đồ dao động hệ thống treo 109 8.2.5 Sơ đồ dao động tương đương 109 8.3 Phương trình dao động ôtô .109 CÂU HỎI ÔN TẬP 109 Chương 109 TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA ƠTƠ 109 9.1 Khái niệm tính động ơtơ .109 9.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới tính động ơtơ 109 9.2.1 Ảnh hưởng thông số hình học 109 9.2.2 Ảnh hưởng thông số kết cấu 109 9.3 Các biện pháp nhằm nâng cao tính động ơtơ .109 9.3.1 Nâng cao chất lượng động lực học ôtô 109 9.3.2 Giảm áp suất riêng phần lên mặt đường: 109 9.3.3 Nâng cao chất lượng bám ôtô 109 9.3.4 Tạo thơng số hình học thích hợp 109 CÂU HỎI ÔN TẬP 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Sơ đồ phân loại ô tô Hình Bố trí động tơ Hình Động đặt trước, cầu sau chủ động (4 x 2) Hình Động đặt sau, cầu sau chủ động (4 x 2) Hình Hệ thống truyền lực xe VW 1200 Hình Động trước, cầu trước chủ động .7 Hình Hệ thống truyền lực xe du lịch TALBOT SOLARA .7 Hình Hệ thống truyền lực xe VAZ 2121 Hình Hệ thống truyền lực xe KAMAZ – 5320 Hình 10 Hệ thống truyền lực xe URAL 375 Hình 11 Đường đặc tính ngồi động xăng 10 Hình 12 Đường đặc tính ngồi động Diesel 11 Hình Sơ đồ kích thước hình học lốp 14 Hình 2 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn đường cứng .16 Hình Đồ thị đặc tính biến dạng bánh xe đàn hồi .17 Hình Động lực học bánh xe bị động bánh xe đàn hồi lăn đường biến dạng 18 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe chủ động 19 Hình Sơ đồ trượt bánh xe chủ động 20 Hình Lăn khơng trượt .22 Hình Lăn có trượt quay 23 Hình Lăn có trượt lết 23 Hình 10 Các dòng lượng trạng thái chuyển động bánh xe 24 Hình 11 Lực mômen tác dụng lên ô tô trường hợp chuyển động tổng quát .26 Hình 12 Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động 28 Hình 13 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 29 Hình 14 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên tơ chuyển động lên dốc, có gia tốc, kéo moóc 36 Hình 15 Sơ đồ lực mơmen tác dụng lên tơ quay vòng đường nghiêng ngang 39 Hình Đồ thị cân công suất .44 Hình Đồ thị cân lực kéo 45 Hình 3 Đồ thị nhân tố động học ô tô 47 Hình Xác định tốc độ lớn ô tô 48 Hình Khu vực làm việc nhân tố động lực học 48 Hình Xác định khả tăng tốc ô tô đồ thị nhân tố động lực học 49 Hình Đồ thị gia tốc ô tô 50 Hình Đồ thị gia tốc số ô tô vận tải 50 Hình Xác định biến thiên tốc độ theo thời gian tăng tốc 50 Hình 10 Xác định biến thiên quãng đường theo thời gian tốc độ theo quãng đường 51 Hình 11 Đồ thị quãng đường tăng tốc ô tô S = f(v) 51 Hình 12 Đồ thị nhân tố động lực học ô tô, có số truyền chuyển động với tải trọng đầy G có Gx = 0,5G .52 Hình 13 Đồ thị tia theo nhân tố động lực học tải trọng thay đổi 53 Hình 14 Đồ thị cân công suất ô tô với tỷ số truyền khác truyền lực 54 Hình 15 Đồ thị sang số tơ có hộp số ba cấp bố trí theo cấp số nhân .56 Hình 16 Đồ thị sang số ơtơ tỉ số truyền bố trí theo cấp số điều hòa .57 Hình 17 Đồ thị đặc tính kéo tơ 62 Hình 18 Đồ thị đặc tính khơng thứ ngun biến mơ thuỷ lực 64 v Hình 19 Đồ thị đặc tính động lực học ô tô có biến mô thuỷ lực kết hợp với hộp số khí cấp 64 Hình Đường đặc tính ngồi động 67 Hình Đồ thị đặc tính tải trọng động (ne’>ne’’>ne’’’) .68 Hình Đồ thị cân công suất ô tô với hệ số cản khác mặt đường 68 Hình 4 Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu ô tô chuyển động ổn định .68 Hình Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên ô tô đứng dốc 72 Hình Sơ đồ lực mô men tác dụng lên ô tô chuyển động lên dốc 74 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô chuyển động với vận tốc cao .76 Hình Hình dáng tơ chuyển động với tốc độ cao 77 Hình 5 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô chuyển động đường nghiêng ngang .77 Hình Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên tơ chuyển động quay vòng đường nghiêng ngang 79 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe chủ động có lực ngang tác dụng 81 Hình Sơ đồ động học quay vòng tơ bỏ qua biến dạng ngang 82 Hình Đồ thị lý thuyết thực tế mối quan hệ động học góc quay vòng hai bánh xe dẫn hướng 83 Hình Sơ đồ quay vòng tơ có bốn bánh dẫn hướng 84 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô quay vòng trái 84 Hình Sơ đồ bánh xe lăn lốp bị biến dạng bên 85 Hình 6 Đồ thị quan hệ phản lực bên Yb góc lăn lệch  bánh xe 85 Hình Sơ đồ chuyển động tơ đường vòng lốp bị biến dạng bên .86 Hình Sơ đồ chuyển động tơ có tính quay vòng thiếu 87 Hình Sơ đồ chuyển động tơ có tính quay vòng thừa 87 Hình 10 Góc nghiêng trụ quay đứng mặt phẳng ngang xe 88 Hình 11 Sơ đồ phân tích phản lực đường tạo nên mơ men ổn định 88 Hình 12 Góc nghiêng trụ quay đứng mặt phẳng dọc xe .89 Hình 13 Biểu đồ phân bố phản lực bên vết tiếp xúc lốp với mặt đường bánh xe lăn chịu tác dụng lực ngang 89 Hình 14 Góc dỗng bánh xe dẫn hướng phía trước 90 Hình 15 Góc chụm (độ chụm) bánh xe dẫn hướng .91 Hình 16 Sơ đồ lực cản lăn có trị số khác tác dụng lên hai bánh xe dẫn hướng .91 Hình 17 Sơ đồ lực ly tâm tác dụng lên bánh xe dẫn hướng .92 Hình 18 Sơ đồ thành phần nằm ngang lực ly tâm tác động vào hai bánh xe dẫn hướng 92 Hình 19 Sơ đồ phối hợp động học hệ thống treo nhíp dẫn động lái 92 Hình Sơ đồ lực mô men tác dụng lên bánh xe ô tô phanh 94 Hình Sơ đồ tác dụng lên ô tô phanh 95 Hình Đồ thị thay đổi quóng đường phanh nhỏ theo tốc độ lúc bắt đầu phanh hệ số bám  99 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô phanh mà xe bị quay 101 Hình Đồ thị quan hệ mô men phanh với hệ số bám  104 Hình Đồ thị đặc tính phanh lý tưởng tơ 104 Hình 7 Đường đặc tính điều hồ lực phanh 105 Hình Chùm đường đặc tính điều hòa lực phanh .105 Hình Sự thay đổi hệ số bám dọc  x hệ số bám ngang  y theo độ trượt tương đối  bánh xe phanh 106 vi Hình 10 Sự thay đổi mơ men phanh Mp có chống hãm cứng bánh xe 107 Hình 11 Sự thay đổi tốc độ góc  b bánh xe, tốc độ ôtô v độ trượt  theo thời gian t phanh có chống hãm cứng bánh xe 108 Hình 12 Giản đồ phanh 108 Hình 13 Giản đồ phanh cấu phanh bó cứng 109 Hình Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động ôtô 109 Hình Hệ dao động khơng gian ôtô cầu .109 Hình Mơ hình hố khối lượng treo 109 Hình Mơ hình hố khối lượng khơng treo 109 Hình Sơ đồ dao động tương đương hệ thống treo 109 Hình Sơ đồ dao động tương đương ôtô 109 Hình Sơ đồ dao động tương đương cụm hai cầu sau dùng hệ thống treo cân 109 Hình 8 Sơ đồ dao động đơn giản ôtô 109 Hình Sơ đồ dao động độc lập ôtô cầu trước 109 Hình Các thơng số hình học tính động ơtơ 109 Hình Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe khắc phục lực cản thẳng đứng 109 vii Tại vị trí cầu trước cầu sau xe có khối lượng M M2, toạ độ trọng tâm phần treo thể qua kích thước a,b (Hình 8-3) Hình Mơ hình hố khối lượng treo 8.2.2.2 Khối lượng khơng treo Khối lượng không treo m bao gồm cụm, chi tiết máy mà trọng lượng chúng không tác động lên hệ thống treo cầu, hệ thống chuyển động phần đăng Cũng phần khối lượng dược treo, ta bỏ qua ảnh hưởng biến dạng riêng cụm mối nối đàn hồi chúng, coi phần không treo Hình Mơ hình hố khối vật thể đồng cứng hồn tồn có khối lượng không treo lượng m tập trung vào tâm bánh xe (Hình 8-4) 8.2.2.3 Hệ số khối lượng Tỷ số khối lượng treo M khối lượng không treo m gọi hệ số khối lượng d d= M m (8-1) Hệ số khối lượng có ảnh hưởng lớn tới tính êm dịu chuyển dộng Giảm khối lượng không treo giảm lực va đập truyền lên khung vỏ, tăng khối lượng treo giảm dao động khung vỏ, q trình thiết kế xe, người ta có khuynh hướng tăng hệ số này, mà trước hết giảm trọng lượng Hình Sơ đồ dao động tương đương hệ thống treo phần không treo Thông thường d = 6,5  7,5 xe du lịch đầy tải  xe vận tải đầy tải 8.2.3 Sơ đồ dao động hệ thống treo Trong sơ đồ dao động tương đương hệ thống treo phận đàn hồi 115 hệ thống treo biểu diễn lò xo có hệ số cứng C phận giảm chấn với đại lượng đặc trưng hệ số cản K Hệ thống treo biểu diễn hình 8-5 Điểm điểm nối hệ thống treo với khung xe, điểm điểm đặt hệ thống treo lên cầu xe 8.2.5 Sơ đồ dao động tương đương 8.2.5.1 Ơtơ hai cầu Với khái niệm vừa nêu trên, hệ dao động ôtô hai cầu biểu diễn hình (8.6) Hình Sơ đồ dao động tương đương ôtô 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 8.2.5.2 Ơtơ 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 8.7 Hình 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 không treo vị trí cầu cầu sau 116 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 8.3 Phương trình dao động ôtô Để xác lập quy luật dao động ôtô, ta xét sơ đồ dao động dơn giản ôtô hình 8-8 Hình 8 Sơ đồ dao động đơn giản ơtơ Sơ đồ tính tốn xác lập với giả thiết đơn giản sau: - Chưa để ý tới lực kích động mấp mô mặt đường gây xe chuyển động - Chưa để ý đến khối lượng không treo - Chưa để ý đến lực cản giảm chấn Với giả thiết đơn giản trên, dao động ôtô coi giao động AB đặt hai gối tựa đàn hồi tương ứng với tâm cầu trước 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 xe khoảng cách tương ứng 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 tới A’B’ với đoạn dịch chuyển z tác động lực quán tính Mz - Chuyển động quay góc  quanh trục Y di qua trọng tâm T làm AB chuyển từ A’B’ tới A1B1 Theo sơ đồ tính tốn ta có: - Dịch chuyển thẳng đứng z1, z2 vị trí A B xác định sau: z1 = z – a.tg   z – a. z2 = z + b.tg   z + b. (8-2) Góc  nhỏ nên tg  117 - Chuyển động thẳng đứng chuyển động quay khối lượng treo M biểu thị hệ phương trình sau: M z  C1z1  C z 0  M = C1z1a - C z b  (8-3)  dz  z   dt  d    dt (8-4) Trong đó: Trong đó:  - bán kính qn tính khối lượng treo trục Y qua trọng tâm T Đạo hàm hai lần phương trình (8-2) theo thời gian ta được: z1  z  a   z1  z  a  (8-5) Từ hệ phương trình (8-3) ta có giá trị sau:  C1 z1  C z   M       C z a  C z b  1 2  M z  (8-6) Thay giá trị z  biểu thức (8-6) vào hệ phương trính (8-5) ta có:  C1 z1  C z   a  C1 z1a  C z b   M M   b z2   C1 z1  C z    C1 z1a  C z b    M M z1  Sau khai triển rút gọn ta hệ phương trình:   a2     Mz1  C1 z1 1    C z 1        b  Mz2  C z 1    C1 z1 1       ab         ab   0       (8 -7) Thay giá trị z2 từ phương trình thứ hai vào phương trình thứ hệ phương trình (8-7) giá trị z1 từ phương trình thứ vào phương trình thứ hai hệ phương trình (8-7) rút gọn ta có: 118  C1 L2 ab     z  z1 0  2 2  b M  b   2 C2 L ab   z2  z  z 0  2   b M  b z1      (8-8) Từ hệ phương trình (8-8) ta thấy dao động hai điểm A B tương ứng với dao động khối lượng treo phân cầu trước, cầu sau có ảnh hưởng lẫn Nghĩa trình chuyển động cầu trước gặp độ mấp mơ 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  : ab       b2   ab    2    a  1  (8-9) Trong trường hợp 1  0 tức  ab sẩy trường hợp dao động cầu xe độc lập lẫn Trong thực tế trường hợp không sẩy mà dao động cầu xe có ảnh hưởng qua lại với nhau, nghĩa 1  0  0 Bán kính quán tính trường hợp tính theo biểu thức:  ab (8-10) Ở đây:  - hệ số phân bố khối lượng Ở ôtô  = 0,8  1,2 Hệ  ảnh hưởng lớn đến dao động ôtô 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:  C1 L2 2  M  b   C L2  2  2  M  a  12      (8-11) Ở đây: 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 biểu thức (8-9) (8-11) vào (8-8) ta được: z1  1z2  12 z1 0   z2   z1   22 z 0 (8-12) 119 Nghiệm tổng quát hệ phương trình (VIII-12) có dạng: z1 = A sin 1 t + Bsin  t z2 = C sin 1 t + Dsin  t Trong đó: 1 ,  - tần số dao động liên kết A,B,C D – số Phương trình đặc tính hệ phương trình (8-12) phương trình trùng phương có dạng: 4  12   22 12  22   0  1   1  (8-13) Giải phương trình (8-13) ta biểu thức để tính tần số dao động liên kết sau: 12,        2 21  1         1  212 22   (8-14) Biểu thức cho thấy dao động ôtô phức tạp hai dao động điều hồ có tần số dao động liên kết 1 ,  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, toạ độ trọng tâm phần treo, bán kính quán tính phần treo, độ cứng hệ thống treo… Trường hợp 1  0 dao động xảy cầu xe độc lập, phương trình ơtơ đơn giản nhiều (hình 8-8) Hình Sơ đồ dao động độc lập ôtô cầu trước Phương trình dao động xe cầu trước có dạng: M z1  C1 z1 0 (8-15) Tần số dao động riêng tính biểu thức: 12  C1 M1 (8-16) Lúc phương trình (8-15) có dạng: z1  12 z1 0 (8-17) Nghiệm phương trình là: 120 z1 = Asin 1 t (8-18) Như dao động có quy luật theo hàm số sin điều hoà với chu kỳ dao động: T1  M1 2 2 1 C1 (8-19) Số lần dao động phút xác định theo biểu thức: n1  300 f t1 (8-20) Trong đó: ft1 - độ võng tĩnh hệ thống 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 Kết luận: - Dao động ôtô phức tạp, phạm vi giảng đề cập đến dao động liên kết mặt phẳng - Tần số dao động thích hợp xe du lịch 60  85 dao động/phút xe tải 85 120 dao động/phút - Dao động ôtô ảnh hưởng lớn tới chất lượng sử dụng trình thiết kế tính tốn cần đảm bảo tiêu êm dịu CÂU HỎI ƠN TẬP Trình bày tiêu độ êm dịu chuyển động ôtô Vẽ sơ đồ dao động tương đương ôtô Xác định dao động tơ khơng có lực cản Trình bày dao động tơ có lực cản 121 Chương TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA ƠTƠ 9.1 Khái niệm tính động ơtơ Tính động ơtơ hiểu khả chuyển động chúng điều kiện khác điều kiện đường xá khó khăn địa hình phức tạp Tuỳ theo u cầu sử dụng mà người ta thiết kế loại ơtơ có tính động khác Những ơtơ hoạt động chủ yếu thành phố vùng đồng có tính động thấp nhất, ôtô sử dụng lĩnh vực quốc phòng, nơng lâm nghiệp có tính động cao Tính động ơtơ ảnh hưởng định tới số tiêu sử dụng nó: suất vận chuyển địa hình phức tạp, khả thông qua xe Tuy nhiên xe có tính động cao tính kinh tế nhiên liệu thấp Tính động ơtơ phụ thuộc vào nhiều nhân tố, chủ yếu thơng số hình học ơtơ, đặc điểm kết cấu số cụm chi tiết, chất lượng kéo khả bám xe Ngồi trình độ thành thạo người lái ảnh hưởng nhiều tới tính động ơtơ 9.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới tính động ơtơ Hình Các thơng số hình học tính động ôtô 9.2.1 Ảnh hưởng thơng số hình học 9.2.1.1 Khoảng sáng gầm xe K Khoảng sáng gầm xe khoảng cách từ điểm thấp xe đến mặt đường Khoảng cách đặc trưng cho độ nhấp nhô lớn mặt đường mà xe vượt qua Tuỳ theo tính động loại xe mà khoảng sáng gầm xe thay đổi phạm vi rộng: Đối với xe du lịch: K= 175  210 mm Đối với xe tải thông dụng: K= 240  275 mm Đối với xe chuyên dùng: K> 300 mm 122 9.2.1.2 Bán kính động dọc  động ngang Bán kính động dọc ngang đặc trưng cho hình dạng chướng ngại vật mà xe vượt qua Đó bán kính đường tròn tiếp tuyến với bánh xe điểm thấp gầm xe mặt phẳng dọc ngang Cụ thể: - Bán kính động dọc 1 bán kính lớn mặt trụ tiếp tuyến với bánh xe trước bánh xe sau qua điểm thấp gầm xe mặt phẳng dọc - Bán kính động ngang 2 bán kính lớn mặt trụ tiếp xúc với mặt trongcủa lốp xe bên phải lốp xe bên trái qua điểm thấp gầm xe mặt phẳng ngang Các bán kính nhỏ tính động ơtơ cao Ở tơ có cơng thức bánh xe 4x2, bán kính động dọc thường nằm giới hạn sau: - Ơ tơ du lịch: loại nhỏ từ 2,5 đến 3,5 m, loại trung bình từ 3,0 đến 5,5 m loại lớn từ 5,5 đến 8,5 m - Ơ tơ tải: tải trọng nhỏ 1 từ 2,5÷3,5 m; tải trọng trung bình từ 3,0÷5,5 m; tải trọng lớn từ 5,0÷6,0 m Ở tơ 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 khơng vượt q trị 1 từ 2,0÷3,6 m (theo [1], trang 125) 9.2.1.3 Góc động trước  góc động sau  Khi ôtô cần phải vượt qua chướng ngại vật lớn đường hào, gò đống, cầu phà, … phần nhơ phía sau giới hạn chiều dài sở xe va quệt vào vật cản Vì vậy, tính động xe để vượt qua chướng ngại phụ thuộc nhiều vào trị số góc động phía trước phía sau - Góc động trước (β) góc nhỏ tạo mặt đường với mặt phẳng tiếp tuyến bánh xe trước qua điểm nhơ đường bao phía trước ô tô - Góc động sau () góc nhỏ tạo mặt đường với mặt phẳng tiếp tuyến bánh xe sau qua điểm nhô đường bao phía sau tơ Ở tơ nay, góc động , β có giá trị sau (theo [1], trang 125): Loại tơ β  Ơ tơ du lịch có tính động thấp 15÷20 20÷300 Ơ tơ tải có tính động thấp 20÷400 40÷500 Ơ tơ có tính động cao khơng nhỏ 35÷400 45÷500 Để nâng cao tính động xe, đặc biệt loại xe thường xuyên làm việc địa hình phức tạp, người ta cần làm góc động trước sau lớn đến 123 mức 9.2.2 Ảnh hưởng thông số kết cấu 9.2.2.1 Ảnh hưởng bánh xe chủ động phía trước Các xe có bánh xe chủ động phía trước có khả khắc phục chướng ngại thẳng đứng tốt nhiều so với xe có bánh trước bị động  Trường hợp bánh xe trước bánh bị động Hình Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe khắc phục lực cản thẳng đứng a) Đối với bánh xe trước bị động b) Đối với bánh xe trước chủ động Hình 9-2a sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe bị động phía trước khắc phục chướng ngại vật thẳng đứng có độ cao h Ở trường hợp này, lực tác dụng lên bánh xe bao gồm: - Tải trọng Gb phân bố lên bánh xe trước - Lực đẩy từ khung xe T - Phản lực từ chướng ngại vật (phản lực mặt đường) tác dụng lên bánh xe R    R Z  X Từ điều kiện cân bánh xe ta có: Zb = Gb Theo sơ đồ lực hình 9-2a: X=T Z  Xtg Ttg  Gb Ttg T Gb tg Từ tam giác ACO ta có: tg  CO r h  CA 2rh  h (9-1) 2rh  h r h (9-2) Do đó: T Gb Gb tg 124 Trong đó: r – bán kính bánh xe h – độ cao chướng ngại vật Từ biểu thức 9-2 ta có nhận xét sau: - Lực đẩy từ khung xe T phụ thuộc vào tải trọng bán kính bánh xe độ cao chướng ngại vật - Khi gặp chướng ngại vật có độ cao h = r T = , có nghĩa xe khơng thể vượt qua chướng ngại bánh xe chủ động có mơ-men kéo cực đại  Trường hợp bánh xe trước bánh chủ động Hình 9-2b sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe chủ động phía trước khắc phục chướng ngại vật thẳng đứng có độ cao h Ở trường hợp có lực: - Tải trọng Gb phân bố lên bánh xe trước - Lực đẩy từ khung xe T - Phản lực từ chướng ngại vật (phản lực mặt đường) tác dụng lên bánh xe R    R Z  X Ngoài bánh xe có mơ-men xoắn M k nên điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường xuất thêm lực kéo tiếp tuyến Pk    Pk  Pk'  Pk'' Khi chiếu tất lực nói lên mặt phẳng nằm ngang mặt phẳng thẳng đứng ta nhận được:  T  X  Pk'   Gb  Z  Pk'' Do có thêm phản lực phụ Pk’’ nên cho phép bánh xe chủ động trước dễ dàng vượt qua chướng ngại vật có độ cao bán kính bánh xe; đồng thời phản lực P k’ có chiều ngược với phản lực X nên làm giảm lực cản chuyển động bánh xe 9.2.2.2 Ảnh hưởng kết cấu vi sai cầu chủ động Tác dụng vi sai cho phép bánh xe chủ động bên phải bên trái quay với vận tốc khác Trường hợp ma sát nhỏ coi vi sai phân phối mô-men cho bán trục nửa số mơ-men mà nhận Giá trị lại ln bị giới hạn trượt quay bánh xe chủ động với mặt đường hệ số bám nhỏ Như vậy, vi sai đơn giản cầu chủ động làm giảm nhiều tính động ơtơ xe hoạt động đường trơn, ướt Đồng thời lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động bị giới hạn bánh xe có lực bám nhỏ nên lực kéo tiệp tuyến khơng đủ để khắc phục lực cản chuyển động ôtô Vi sai phân phối mô-men xoắn cho hai bánh chủ động sau: - Bánh quay chậm: M l 0,5( M  M r ) - Bánh quay nhanh: M 0,5( M  M r ) 125 Trong đó: M – mô-men vỏ hộp vi sai Mr - mơ-men ma sát vi sai có chuyển động tương đối chi tiết Theo quan điểm tính động ma sát vi sai có lợi cho phép truyền mô-men lớn cho bánh xe không trượt truyền mô=-men nhỏ cho bánh xe bị trượt trường hợp này, giá trị cực đại lực kéo tiếp tuyến tổng cộng truyền đến hai bánh xe chủ động là: M Pk max 2 P  r rb Trong đó: Pmin – lực kéo tiếp tuyến bánh xe có lực bám nhỏ rb – bán kính làm việc trung bình bánh xe chủ động Ma sát vi sai đơn giản thường không lớn nên lực kéo tổng cộng khoảng từ  6% Để tăng lực kéo tiếp tuyến tổng cộng xe có tính động cao, người ta sử dụng loại vi sai có ma sát cao gài tự động gài cưỡng Các vi sai cho phép tăng đáng kể lực kéo tiếp tuyến ôtô xe hoạt động loại đường trơn, lầy lội 9.2.2.3 Ơtơ nhiều cầu chủ động Một biện pháp kết cấu thường sử dụng để nâng cao chất lượng bám ôtô có tính động cao tăng số cầu chủ động Với biện pháp này, người ta tận dụng tối đa trọng lượng bám ôtô Lực bám ôtô gài cầu chủ động dược xác định sau: n n 1 P  P i   n Gn Trong đó: n – số cầu chủ động ôtô n – hệ số bám bánh xe cầu Gn – trọng lượng phân bố lên bánh xe cầu chủ động 9.2.2.4 Vấn đề lưu thông công suất Hiện hầu hết ôtô có nhiều cầu chủ động, cầu nối động học cứng với qua hộp phân phối, điều cho thấy mối quan hệ xác định vận tốc góc khơng thay đổi q trình làm việc Nhưng thực tế cầu gài ln xảy khơng tương ứng động học bánh xe cầu nhiều nguyên nhân gây nên: bán kính làm việc bánh xe khơng đồng đều, độ mòn lốp, áp suất lốp, tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe,… làm cho tốc độ vòng lý thuyết v b = rb.b bánh xe khác Khi khơng có tương ứng động học bánh xe cầu có trượt quay trượt lết đường làm xuâts hiện tượng lưu thông công suất 126 Độ không tương ứng động học lớn chất lượng bám bánh xe cầu đồng ảnh hưởng xấu tới tiêu kéo bánh xe xuất trượt lết bánh xe cầu Khi thực tế xe số bánh chủ động bánh bị trượt lết trở thành bánh bị động Ví dụ: Nghiên cứu chuyển động ôtô 4x4 bánh xe trước bị trượt lết Khi bánh xe trước bị trượt lết trơt thành bánh xe bị động chịu tác động lực kéo tiếp tuyến âm (-Pk1) tạo phản lực đường có chiều ngược với chiều chuyển động ơtơ Lực tạo nên mô-men xoắn truyền tới bánh xe chủ động phía sau qua hệ thống truyền lực Như vậy, công suât dược truyền tới bánh xe chủ động phía sau hai dòng cơng suất: - Một dòng từ động - Một dòng từ bánh xe phía trước Cả hai dòng cơng suất truyền tới bánh xe sau tạo nên lực kéo dương Một phần lực kéo tiếp tuyến Pk2 truyền qua khung xe tới bánh xe trước để khắc phục lực cản tạo nên lực kéo âm (-P k1) Như công suất tạo nên phản lực –Pk1 mặt đường tác dụng lên bánh xe bị trượt lết lưu thơng theo dòng khép kín: từ bánh xe trước bị trượt lết qua hệ thống truỳen lực tới bánh xe chủ động, lại từ bánh xe chủ động qua khung xe truyền tới bánh xe bị trượt lết Phần công suất vơ ích, chí có hại khơng phải nguồn lượng bổ sung cho ôtô mà gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực làm tăng tổn thất khí Hiện tượng lưu thơng cơng suất có hại khơng tồn ơtơ có nhiều cầu chủ động trục nối với qua hệ thống động học cứng mà xuât cầu chủ động vi sai bánh xe bị gài cứng xe chuyển động đường quay vòng Để tránh tượng lưu thơng cơng suất ơtơ có tính động cao điều kiện làm việc bình thường mặt đường tốt, không nên sử dụng lúc nhièu cầu chủ động gài cứng vi sai bánh xe 9.3 Các biện pháp nhằm nâng cao tính động ơtơ 9.3.1 Nâng cao chất lượng động lực học ôtô Chất lượng động lực học ơtơ có liên quan chặt chẽ tới khả khắc phục lực cản mặt đường tăng đột ngột: mặt đường mấp mơ, đường dốc… xe có tính động cao cần phải có trị số lực kéo lớn bánh xe chủ động Điều cho thấy muón nâng cao chất lượng động lực học ôtô cần: - Nâng cao công suất riêng ôtô - Tăng tỷ số truyền cực đại hệ thống truyền lực - Sử dụng loại hệ thống truyền lực cho phép thay đổi tỷ số truyền mà khơng 127 cần ngắt dòng công suất truyền tới bánh xe chủ động 9.3.2 Giảm áp suất riêng phần lên mặt đường Khi ôtô chuyển động mặt đường mềm (đường đất, đường cát,…), phần tử đường có mối liên kết yếu, ẽ bị biến dạng nên lực cản lăn lớn, lực bám nhỏ Vì tăng áp suất riêng phần xe len mặt đường làm tăng vết lún bánh xe, lực cản tăng dẫn đến tính trạng xe bị sa lầy Biện pháp thường dùng để giảm áp suất riêng lên mặt đường là: - Phân bố trọng lượng hợp lý cho trục - Sử dụng lốp có kích thước hình dạng profin thích hợp - Giảm áp suất lốp điều chỉnh tự động áp suất xe chạy tuỳ theo điều kiện mặt đường - Tạo độ trùng cho vết bánh xe phía trước phía sau 9.3.3 Nâng cao chất lượng bám ôtô Khi ôtô chuỷen động mặt đường trơn trượt, tính động ơtơ phụ thuộc nhiều vào khả bám bánh xe chủ động với mặt đường Vì vậy, để nâng cao tính động ôtô cần nâng cao khả bám bánh xe Có nhiều biện pháp nâng cao khả bám bánh xe mặt đường như: - Sử dụng loại lốp có dạng hoa đặc biệt, chí số trường hợp đặc biệt cần có thiết bị chống trượt lắp vòng xích, đai xích vào lốp… - Sử dụng loại vi sai có ma sát lớn gài tự động cưỡng để thay cho cụm vi sai thông thường - Sử dụng xe có nhiều cầu chủ động để tận dụng hết trọng lượng ôtô thành trọng lượng bám 9.3.4 Tạo thơng số hình học thích hợp Những ơtơ có tính động cao thường sử dụng địa hình phức tạp, vìvậy cần phải tạo cho chúng thơng số hình học tính động để di chuyển không bị va quệt vào chướng ngại vật đường CÂU HỎI ƠN TẬP Định nghĩa tính động ô tô Xác định thông số hình học ảnh hưởng đến tính động tơ Giải thích khả động tơ có cầu trước chủ động Phân tích ảnh hưởng hiệu suất riêng vi sai đến tính động tơ Trình bày tượng lưu thông công suất ô tô có nhiều cầu chủ động 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GVC TS Lâm Mai Long(2006), Ơ tơ 1, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 157 trang [2] GVC MSc Đặng Q(2006), Ơ tơ 2, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 224 trang [3] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng(2003), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 362 trang [4] TS Nguyễn Nước(2002), Lý thuyết ô tô, NXB Giáo dục [5] PGS-TS Phạm Xuân Mai(2004), Lý thuyết ô tô, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 129