Tiểu luận môn học, lý thuyết ô tô, TÍnh năng cơ động, của ô tô
Trờng đại học s phạm kỹ thuật hng yên khoa khí động lực tiểu luận môn học lý thuyết ô tô đề tính động ô tô - máy kéo Giáo viên hớng dẫn : Ths ngô văn hoá Nhóm sinh vien thực hiện: nhóm việt Cao văn viên đoàn văn Hng Yên, tháng 11 năm 2008 Chơng XI Tính động ô tô - máy kéo I Khái niệm tính động ô tô - máy kéo Tính động ô tô - máy kéo hiểu khả chuyển động chúng điều kiện đờng xá khó khăn địa hình phức tạp tuỳ theo ý đồ sử dụng, ngời ta thiết kế ô tô - máy kéo có mức độ khác tính động Về phơng diện yêu cầu thấp cho ô tô sử dụng chủ yếu thành phố đờng quốc lộ (đa số ô tô du lịch ô tô chở khách) yêu cầu cao cho ô tô, máy kéo lam việc lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp quốc phòng Tính động có ảnh hởng định tới tiêu sử dụng suất Tính động phụ thuộc vào nhiều nhân tố, chủ yếu chất lợng kéo - bám vào thông số hình học ô tô - máy kéo Ngoài ra, đặc điểm cấu tạo cụm riêng biệt ô tô - máy kéo trình độ thành thạo nghề nghiệp ngời lái có ảnh hởng tới tính động II Các nhân tố ảnh hởng tới tính động ô tô - máy kéo ảnh hởng thông số hình học a Khoảng sáng gầm xe Đó khoảng cách điểm thấp gầm xe với mặt đờng, đợc ký hiệu K khoảng cách đặc trng cho đọ nhấp nhô lớn mặt đờng mà xe vợt qua đợc ô tô có tính động thấp, K =175 210 mm (đối với ô tô du lịch) K = 240 275 mm (đối với ô tô tải) ô tô có tính động cao, khoảng sáng thờng lớn so với ô tô có tính động thấp từ 20 50 mm xe đặc biệt, khoảng sáng gầm xe đạt tới 400 mm cao (xem hình XI-1) Hình XI-1 Các thông số hình học tính động ô tô b Bán kính động dọc động ngang Đặc trng cho hình dạng chớng ngại vật mà xe khắc phục đợc Đây bán kính vòng tròn tiếp xúc với bánh xe điểm thấp gầm xe mặt phẳng dọc ngang (hình XI-1) Bán kính động dọc bán kính động ngang nhỏ tính động xe tốt ô tô có công thức bánh xe 4x2, bán kính động dọc thờng nằm giới hạn sau: Đối với ô tô du lịch loại nhỏ từ 2,5 đến 3,5 m; loại trung bình từ 3,5 đến 5,5 m loại lớn từ 5,5 đến 8,5 m Đối với ô tô tải trọng nhỏ từ 2,5 đến 3,5 m; tải trọng trung bình từ 3,0 đến 5,5 m tải trọng lớn từ 5,0 đến 6,0 m ô tô có tính động cao, bán kính động dọc nhỏ so với loại ô tô tơng tự nhng cớ tính động thấp; đa số trờng hợp bán kính không vợt giá trị từ 2,0 đến 3,6 m c Góc động trớc góc động sau Khi ô tô - máy kéo cần phải vợt qua chớng ngại lớn nh đờng hào, gò đống, bờ ruộng, cầu phà v.v phần nhô sau giới hạn chiều dài sở xe va quệt vào vật cản tính động ô tô - máy kéo để vợt qua chớng ngại phụ thuộc vào trị số góc động trớc động sau (hình XI-1) Để nâng cao tính động xe ngời ta mong muốn làm để góc có giá trị lớn theo khả ở ô tô nay, góc động có giá trị sau: ô tô du lịch có tính động thấp 15-200 20-300 ô tô tải có tính động thấp 20-400 40-500 ô tô du lịch có tính động cao, không nhỏ : 40 45-500 35- ảnh hởng thông số kết cấu a ảnh hởng bánh xe chủ động trớc Cách bánh xe bị động trớc khác phục chớng ngại thẳng đứng nhiều so với bánh chủ động Điều đợc giải thích bánh bị động tỳ vào chớng ngại, bánh chủ động có xu hớng khắc phục Trên hình XI-2a biểu thị sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe bị động phía trớc khắc phục chớng ngại thẳng đứng có độ cao h Gb Gb Pk" Pk Mk O Z h a A T O R X C r a) Pk' Z a A X R C b) Hình XI-2 Sơ đồ lực tác động lên bánh xe trớc khắc phục trở ngại thẳng đứng a- Bánh bị động; b- Bánh chủ động Các lực tác dụng lên bánh xe : T - lực đẩy từ khung tới bánh xe; R - phản lực chớng ngại; Z X - thành phần thẳng đứng nằm ngang phản lực R Từ điều kiện cân bánh xe ta có : Z = Gb , X = T Theo sơ đồ lực hình (XI-2) ta có : Z = Xtg1= Ttg1 ; Gb = Ttg1 T= Gb tg Xác định giá trị tg1 từ tam giác AOC : tg1 = OC = CA r−h 2rh − h Do ®ã : Gb = Gb T = tgα 2rh h rh Từ công thức vừa xác định ®ỵc chóng ta thÊy r»ng h = r , T = , có nghỉa gặp chớng ngại có độ cao h = r ôt ô -máy kéo vợt đợc , bánh xe chủ động phía sau có lực kéo cực đại Khi bánh xe trớc bánh xe chủ động , lực T Gb , bánh xe có moomen Mk , xuất hiƯn lùc Pk (h×nh XI-2b) Tõ Pk ta cã P’k Pk Do tác động lực Tvà Gb , điểm tiếp xúc A phát sinh phản lực X Z Khi chiếu tất lực lên tục nằm ngang thửng đứng nhận đợc : T = X - Pk Gb = Z + P’’k Do sù nÈy sinh lùc phô Pk nên cho phép bánh xe chủ động dễ dàng khắc phục đợc chớng ngại có độ cao bán kính bánh xe ;l lực Pk làm giảm lực cản chuyển động X b ảnh hởng cña kÕt cÊu vi sai Vi sai cho phÐp bánh xe chủ động quay với vận tốc góc khác Trờng hợp ma sát nhỏ xem nh vi sai phân bố cho bán trục nửa giá trị mô men lại bị giới hạn trợt quay bánh xe chủ động nằm đất có hệ số bám nhỏ Nh , vi sai đơn giản cầu chủ động làm xấu nhiều tính động ô tô - máy kéo , trị số lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động đợc xác định bánh xe có lực bám nhỏ víi ®Êt , ®ã , lùc kÐo tiÕp tun không đủ để khắc phục lực cản chuyển động Vu sai phân bố mô men xoắn bánh xe chủ động nh sau : M1 = 0,5 (M + Mr ) M2 = 0,5 (M + Mr ) đây: M1 M2 - mômen xoắn bánh xe chủ đông quay chậm quay nhanh; Mr - mômen ma sát vi sai, nẩy sinh có chuyển động tơng đối chi tiết nó; M mômen xoắn bánh bị động truyền lực Theo quan điểm tính động ma sát vi sai có lợi, cho phép truyền moomen lớn cho bánh xe không trợt nhỏ cho bánh xe bị trợt, nhờ mà khắc phục đợc sù trỵt quay Lùc kÐo tiÕp tun tỉng céng ë hai bánh xe chủ động trờng hợp đạt đợc giá trị cực đại nh sau: Pkmax = 2Pmin + Mr rp đây: : Pmin - lực kÐo ë b¸nh xe cã lùc b¸m nhá; rb - bán kính bánh xe chủ động Ma sát vi sai đơn giản không lớn, lực kéo tổng cộng tăng khoảng ữ 6% Trong vi sai cam trục vít bố trí ô tô - máy kéo có tính động cao, ma sát chúng lớn nên lực kéo tiếp tuyến tổng cộng tăng từ 10 ữ 15% Trên loại xe cần tính động cao ngêi ta cịng thêng sư dơng nh÷ng vi sai có ma sát lớn Kết cấu loại vi sai đợc biểu thị hình XI - 3a Nó có hai ly hợp ma sát : đĩa đợc nối với đĩa ép có mặt nghiêng (góc ) Trị số lực chiỊu trơc phơ thc vµo moomen trun qua vi sai Ly hợp ma sát cản trở thay đổi vận tốc góc hia bánh xe chủ động, mômen ma sát vi sai phụ thuộc vào : mômen truyền tới nó, số lợng đĩa ma sát góc nghiêng trục vi sai đĩa ép Khi ô tô -máy kéo chuyển động thẳng (hình XI-3b), mômen xoắn đợc truyền tới bán trục hai đờng : qua bánh côn vi sai qua hai ly hợp ma sát, trờng hợp mômen bán trục lực cản hai bánh xe chủ động nh (M1 = M2) Khi ô tô - máy kéo quay vòng (thí dụ sang phải) chuyển động mặt đờng mà hệ số bám bánh xe chủ động bên phải lớn bên trái có phân bố lại mômen (hình XI-3c) mômen truyền cho bán trục bên phải lớn bên trái (M2 > M1) Hình XI-3 Cấu tạo vi sai có ma sát lớn nhờ ly hợp ma sát sơ đồ phân bố moomen cho bán trục Cấu tạo vi sai : Vỏ hộp sai; bánh hành tinh; bánh bán trục; đĩa ép ly hợp; bánh bị động truyền lực chính; Những mặt nghiêng trục vi sai đĩa ép, 7, trục vi sai; Nắp đậy; 9, đÃi ma sát có then hoa trong; 10 Các đĩa ma sát có then hoa a- b- Khi xe chuyển động thẳng (M1 < M1) Trên số ô tô - máy kéo ngời ta sử dụng loại vi sai gµi cìng bøc, viƯc gµi cøng vi sai víi bán trục đợc thực có chênh lệch lớn hệ số bám bánh xe chủ động bên phải bên trái mặt đờng trơn lầy loại vị sai cho phép tăng đáng kể lực kéo ô tô - máy kéo Sau đà khắc phục đợc chỗ trơn lầy cần phải mở phận gài cứng để tránh tợng lu thông công suất có hại mài mòn lốp c ô tô - máy kéo nhiều cầu chủ động vấn đề lu thông công suất Trong số biện pháp khác đợc sử dụng để nâng cao chất lợng kéo - bám ô tô máy kéo bánh xe, xe cần có tính có động cao, ngời ta thờng sử dụng biện pháp tăng số cầu chủ động Với cách bố trí này, chất lợng kéo - bám ô tô - máy kéo tăng nhiều nhờ việc vận dụng tới mức tối đa trọng lợng sử dụng xe để biến thành trọng lợng bám Để đơn giản cho việc nghiên cứu, ta xét cho loại xe bố trí theo sơ đồ 4x4 (bốn bánh xe đề bánh chủ động) Động lực học kéo xe có bốn bánh chủ động nh phụ thuộc vào sơ đò dẫn động tới trục chủ ®éng, bëi v× cÊu tróc cđa hƯ thèng dÉn ®éng có ảnh hởng tới việc phân bố lực kéo bánh xe trớc sau Hiện nay, ngời ta thờng sử dụng hai loại dẫn động: dẫn động cứng dẫn động vi sai (hình XI-4) Loại dẫn động thứ đợc biểu thị sơ đồ hình XI-4 Cả hai trục máy kéo (trục trớc sau) đợc nối động học cứng với qua hộp phân phối 1, mối quan hệ đà xác định vận tốc góc cua chúng không đổi trình làm việc Hp s a) Hp s Hình XI-4 Sơ đồ dẫn động trục chđ ®éng : a - DÉn ®éng cøng ; b - Dẫn động qua vi sai Loại dẫn động thứ hai đợc biểu thị sơ đò hình XI-4b thay vào vị trí hộp phân phối hộp vi sai 2, kết tác động cuả hiệu ứng vi sai nên quan hệ vận tốc góc hai trục thay đổi trình làm việc Đặc tính khác mối quan hệ động học trục gây nên khác việc phân bố mômen chủ động cho chúng ô tô - máy kéo có dẫn động cứng hai trục chủ động hầu nh luôn có không tơng ứng động học bánh xe trớc sau Khi chuyển động thẳng mặt đờng phẳng, không tơng úng động học đợc biểu thị chỗ : tốc độ vòng lý thuyết bánh xe trớc sau khác nhau, trục chúng lại đợc gắn chặt với khung xe phải di chuyển với vận tốc tịnh tiến Đảm bảo động tuyệt đối vận tốc vòngcủa bánh xe trớc sau thực tế thực đợc, bán kính bánh xe sai lệch so với tính toán nhiều nguyên nhân gây nên nh : sai dao động tải trọng thẳng đứng tác động lên bánh xe, v.v Trên đờng vòng, khong tơng ứng động học đợc tạo nên chõ : ô tô - máy kéo chuyển động đờng cong trục cua chúng phải lúc đợc quÃng đờng khác nhau, nhng hai trục xe đợc xem nh gắn với khung lại di chuyển với vận tốc tịnh tiến Dới nghiên cứu trờng hợp chuyển động thẳng máy kéo có kết cấu dẫn động cứng hai trục chủ động có sai khác tốc độ vòng bánh xe trớc sau trờng hợp này, cân vận tốc tịnh tiến hai trục chủ động đạt đợc điều kiện có trợt quay trợt lết bánh xe, trợt quay làm giảm vận tốc tịnh tiến trục bánh xe, trợt lết làm tăng lên Điều kiện cân vận tốc tịnh tiến hai trục chủ động đợc biểu thị phơng trình sau : v(1 - ) = v(1 - ) (XI-1) Dấu () ứng với trục đặt bánh xe có vận tốc vòng lý thuyết lớn dấu () ứng với trục đặt bánh xe có vận tốc vòng lý thuyết nhỏ Chúng ta tạm cho bánh xe trục trớc bánh quay nhanh bánh xe trục sau bánh quay chậm Trị số phơng trình đặc trng cho trợt quay trợt lết bánh xe; trờng hợp trợt quay lấy dấu dơng trờng hợp trợt lết lấy dấu âm để đa vào phơng trình Chúng ta gọi tỉ số v/v hệ số không tơng ứng động học bánh xe chủ động trớc sau, ký hiệu k Giữa trợt bánh chủ động quay nhanh quay chậm có mối quan hệ xác định tìm đợc từ phơng trình (XI-1) nh sau: = - v' (1- δ’) = - k(1-δ’) v' ' (XI-2) Trị số biểu thức (XI-2) có giá trị dơng, bánh xe quay nhanh làm việc với mức độ trợt quay Còn phần bánh xe quay chậm, trị số trợt có giá trị âm, không dơng Nếu có giá trị âm bánh xe quay chậm chuyển động không trợt lết ; nÕu δ’’ > chóng lµm viƯc víi sù trợt quay, nhng trị số trợt quay cua chúng nhỏ so với bánh xe quay nhanh Chỉ tiêu kÐo tèt nhÊt cua rm¸y kÐo chØ cã thĨ nhËn đợc có cân vận tốc vòng bánh trớc bánh sau, có nghĩa điều kiện hệ số không tơng ứng động học k = ậ trờng hợp này, bánh trớc sau làm việc với độ trợt chất lợng bám chúng đợc sử dụng mức độ Khi tồn không tơng ứng động học bánh xe tiêu kéo máy kéo bị giảm nhiều Nếu hậu việc tơng ứng động học mà bánh xe trớc sau bị trợt với mức độ khác làm việc, chất lợng bám bánh xe quay chậm đợc sử dụngở mức độ nhỏ so với chất lợng bám bánh xe quay nhanh Độ không tơng ứng động học lớn chất lợng bám bánh xe hai trục đồng ảnh hởng xấu tới tiêu kéo xe bánh xe quay chậm bị trợt lết trờng hợp này, thực tế xe lại hai bánh chủ động, bánh bị trợt lết đà trở thành bánh bị động Dới chuíng ta nghiên cứu chuyển đông máy kéo 4x4 bánh sau bánh quanh nhanh, bánh trớc bị trợt lết (hình XI-5) Hình XI-5 Sơ đồ minh hoạ lu thông công suất có hại trờng hợp này, bánh xe trớc chịu tác động lực kéo tiếp tuyến âm - Pk, đợc tạo nên phản lực đất có chiều ngợc lại với chiều chuyển động máy kéo Lực tạo nên moomen xoắn, truyền tới bánh xe sau qua hƯ thèng trun lùc Nh vËy, c«ng st trun tíi bánh xe chủ động phía sau hai dòng : từ theo chiều mũi tên mảnh từ bánh trớc theo đờng mũi tên chấm khuất Cả hai dòng công suất đợc truyền tới bánh sau theo đờng nét đậm tạo nên lực kéo tiếp tuyến dơng Pk Một phần lực kéo tiếp tuyến P k đợc truyền qua khung máy kéo tới bánh quay chậm phía trớc để khắc phục lực cản đợc tạo nên lực - Pk Nh vậy, công suất đợc tạo nên phản lực - Pk đất bánh bị trợt lết qua hệ thống truyền lực tới bánh chủ động, lại từ bánh chủ động qua khung máy kéo ngợc trở lại bánh bị trợt Phần công suất lu thông vô ích, chí có hại, đợc gọi công suất ký sinh Nó nguồn lợng bổ sung cho máy kéo mà gây thêm tải trọng phj cho hệ thông s truyền lực làm tăng tổn thất khí Công suất ký sinh rõ nét trờng hợp mà điều kiện làm việc không cho phép nhận đợc khác biệt cần thiết trị số trợt bánh chủ động trớc sau đủ để bù đắp lại độ không tơng ứng động học chúng trờng hợp nói thờng xảy xe chuyển động mặt đờng cứng chạy không tai Trong điều kiện này, việc sử dụng cầu chủ động thứ hai lại mà có hại Khi máy kéo 4x4 làm việc đồng ruộng có đất bở xốp ẩm ớt với tải trọng lớn móc kéo, điều kiện để đạt đợc khác biệt cần thiết tri số trợt bánh trớc sau hoàn tonaf đạt đợc nh bù đắp đợc cho độ không tơng ứng mặt động học bánh xe Vì vậy, máy kéo làm việc đồng ruoingj với tải trọng đủ lớn mốc kéo công suất ký sinh thờng không phát sinh chạy thẳng Khi quay vòng, máy kéo có trục chủ động nối động học với ngời ta quan sát thấy lu thong công suất ký sinh Các bánh trớc, mà chúng cần phải đợc quÃng đờng lớn bánh sau, chuyển đoọng với trợt lết chúng chịu tác động cuả lực kéo âm bán kính quay vòng nhỏ công suất ký sinh lớn Hiện tợng lu thông công suất có hại tồn ô tô - máy kéo có nhiều cầu chủ động trục chúng đợc nối với hệ thống động học cứng (hộp phân phối), mà xuất cầu chủ động vi sai bánh xe bị gài cứng trờng hợp xe chuyển động mặt đờng cứng quay vòng Để tránh tợng lu thông công suất ô tô - máy kéo có tính động cao, điều kiện làm việc bình thờng mặt đờng tốt không nên sử dụng lúc nhiều cầu chủ động gài cứng vi sai bánh xe III Các biện pháp nhằm nâng cao tính động ô tô - máy kéo Để nâng cao tính động ô tô - may kÐo, hiƯn ngêi ta thêng sư dơng biện pháp sau đây: a Nâng cao chất lợng động lực học ô tô = máy kéo Chất lợng động lực học có liên quan chặt chẽ với khả khắc phục độ dốc đoạn đờng có lực cản lăn lớn, xe có tính động cao cần phải có trị số lực kéo tơng ứng bánh xe chủ động Để nâng cao chất lợng động lực học cần nâng cao công suất riêng xe, tăng tỷ số truyền cực đại hệ thống truyền lực sử dơng lo¹i hƯ thèng trun lùc cho phÐp chun sè mà không cần gắt dòng suất truyền tới bánh chủ động b Giảm áp suất riêng phần lên bề mặt đờng Do ô tô - máy kéo loại thờng phải di chuyển mặt tựa mềm, phần tử đất có mối liên kết yếu, lực cản lăn lớn lực bám nhỏ Vì vậy, tăng áp suất riêng ô tô máy kéo lên bề mặt tựa làm tăng vết lún bánh xe xích, lực cản lăn tăng dẫn đến tình trạng xe bị sa lầy Biện pháp giảm áp suất riêng lên bề mặt tựa là: phân bố hợp lý trọng lợng xe lên trục, tăng số trục, sử dụng lốp có kích thớc prôfin tơng ứng, giảm áp suất không khí lốp điều chỉnh đợc áp suất xe chạy tuỳ theo điều kiện đờng xá Công tiêu hao cho bánh xe ô tô - máy kéo xe chuyển động đất mềm tỉ lệ với độ biến dạng d đất, có nghĩa phụ thuộc vào bề rộng đồ sâu viết lún bánh xe Chính mà độ trïng cđa c¸c vÕt b¸nh cã ý nghÜa quan träng tiêu hao cho di chuyển ô tô - máy kéo độ biến dạng nhỏ đất nhận đợc có độ trùng xác vết bánh sau bánh trớc c Nâng cao chất lợng bám ô tô - máy kéo Trên mặt đờng trơn trợt, tính động xe phụ thuộc vào nhiều vào khả bám bánh xe chủ động xích với bề mặt tựa Vì vậy, để nâng cao chất lợng bám ngời ta thờng phải sử dụng loại lốp có dạng hoa lốp đặc biệt trang bị khác để chống lại trợt bánh xe (vòng xích mắc vào lốp, đai xích, bánh sắt phụ, bánh lồng thay bánh lốp v.v.) ; sử dụng cụm vi sai cã ma s¸t lín; cơm vi sai tù động gài gài cứng cỡng hay cho cụm vi sai thông thờng cuối tạo nên xe có nhiều cầu chủ động để sử dụng tối đa trọng lợng xe thành trọng lợng bám d Tạo thông số hình học thích hợp Những ô tô - may kéo có tính động cao thờng phải làm việc loại địa hình phức tạp, chúng cần phải có thông số hình học tính động để di chuyển không bị va quệt vào chớng ngại vật đờng ... nhô lớn mặt đờng mà xe vợt qua đợc ô tô có tính động thấp, K =175 210 mm (đối với ô tô du lịch) K = 240 275 mm (đối với ô tô tải) ô tô có tính động cao, khoảng sáng thờng lớn so với ô tô có tính. .. ta thiết kế ô tô - máy kéo có mức độ khác tính động Về phơng diện yêu cầu thấp cho ô tô sử dụng chủ yếu thành phố đờng quốc lộ (đa số ô tô du lịch ô tô chở khách) yêu cầu cao cho ô tô, máy kéo... nay, góc động có giá trị sau: ô tô du lịch có tính động thấp 15-200 20-300 ô tô tải có tính động thấp 20-400 40-500 ô tô du lịch có tính động cao, không nhỏ : 40 45-500 35- ảnh hởng thông số