5) Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển động của xe
2.2.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất trên xe ôtô hai cầu chủ động Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền lực hai cầu chủ động:
Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền lực hai cầu chủ động:
Hình 2.9 Sơ đồ truyền lực xe ô tô hai cầ chủ động
Động lực học kéo của xe có bốn bánh chủ động phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động tới việc phân bố lực kéo giữa các bánh xe trước và sau. Hiện nay người ta dùng hai loại dẫn động: dẫn động cứng và dẫn động vi sai. những ô tô có dẫn động cứng hai trục chủ động hầu như luôn không có sự tương ứng động học giữa các bánh xe trên cầu trước và trên cầu sau, để hạn chế mức độ không tương ứng động học do dẫn động cứng gây ra, người ta sử dụng các loại xe có thiết kế hệ thống truyền lực bố trí vi sai nằm giữa cầu chủ động trước và sau.
Đối với xe có hai cầu nối cứng, khi chuyển động trên mặt đường bằng phẳng, có sự không tương ứng động học giữa các bánh xe: tốc độ vòng lý thuyết của bánh trước và bánh sau khác nhau trong khi cùng vận tốc tịnh tiến, nguyên nhân có thể sai lệch bánh xe, độ mài mòn, áp suất khí trong lốp, sự dao động của tải trọng thẳng đứng. Sự cân bằng vần tốc tịnh tiến của hai trục chủ động chỉ đạt được khi có sự trượt quay hoặc lê của các bánh xe.
Trong trường hợp xe quay vòng, mỗi trục của xe phải cùng lúc đi được những quãng đường khác nhau, nhưng hai trục lại được xem như gắn với khung cùng một vận tốc tịnh tiến. không thể đảm bảo sự đồng bộ vận tốc vòng của các bánh xe trước và sau trên thực tế. sự cân bằng vận tốc chỉ đạt được trong điều kiện có sự trượt quay hoặc trượt lê của bánh xe, vì sự trượt quay làm giảm vận tốc tịnh tiến, còn trượt lê làm tăng vận tốc tịnh tiến của bánh xe. Đánh giá không tương thích động học giữa các cầu chủ động bằng hệ số không tương thích động học k
k = vt2/vt1
Trong đó vt2 và vt1 là vận tốc lý thuyết tương ứng của bánh sau và bánh
trước. Khi di chuyển trên đường do vận tốc thực tế của hai cầu phải bằng nhau
do đó nếu gọi độ trượt tương ứng của cầu chủ động sau và trước là δ2và δ1 ta có
điều kiện cân bằng như sau: vt1(1−δ1)=vt2(1−δ2)
Ta có:δ1 =1−k(1−δ2) (2.11)
Giả định các bánh xe cầu sau quay nhanh hơn bánh xe cầu trước. Tri số δ1
trong trường hợp này có giá trị dương, vì các bánh xe quay nhanh bao giờ cũng làm viêc với mức độ trượt quay nào đó. Còn các bánh xe quay chậm, độ trượt có thể có giá trị âm, dương hay bằng không. Nếu giá trị này âm, các bánh xe quay chậm sẽ bị trượt lê, nếu bằng không bánh xe lăn không trượt quay, trượt lết, nếu dương thì bánh xe trượt quay, nhưng tri số trượt quay nhỏ hơn bánh xe quay nhanh hơn. Chỉ tiêu kéo tốt nhất khi có hệ số k = 1. khi đó, các bánh xe ở hai cầu chủ động đều quay với cùng một độ trượt như nhau.
Khi tồn tai sự không tương ứng động học, chất lượng bám của các bánh xe quay chậm sẽ được sử dụng ở mức độ nhỏ hơn so với chất lượng bám của các bánh xe quay nhanh. Độ không tương ứng động học càng lớn thì chất lượng bám của bánh xe trên hai trục càng khác nhau, xấu nhất khi bánh xe quay chậm bị
δ1 0 k k −1 k =1 δ2 k>1
Hình 2.10 Quan hệ động học giữa hai cầu chủ động
Trong trường hợp xe có các bánh sau quay nhanh, bánh trước bị trượt lết sẽ xuất hiện công suất ký sinh không có lợi cho xe, cơ chế như sau:
Các bánh xe trước sẽ chịu tác động của lực kéo tiếp tuyến âm –pk’’ có chiều
ngược lại với chiều chuyển động của xe. lực này tạo nên một mô men xoắn, truyền tới bánh sau qua hệ thống truyền lực, cùng với mô men từ động cơ tạo
nên lực kéo tiếp tuyến dương pk’ tại các bánh sau. Một phần lực kéo tiếp tuyến
pk’ được truyền qua khung tới các bánh quay chậm để khắc phục lực kéo tiếp
tuyến âm pk’’. Như vậy công suất được tạo bởi –pk’’ được lưu thông theo một
vòng khép kín. Phần công suất này gọi là công suất ký sinh. Công suất ký sinh không phải là nguồn năng lương bổ xung mà chỉ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và tăng tổn thất cơ khí.
Công suất ký sinh phát sinh rõ nét khi làm việc trong những điều kiện mà không cho phép nhận được sự khác biệt cần thiết về trị số độ trượt giữa các bánh chủ động cầu trước và cầu sau để bù lại sự không tương ứng động học giữa chúng. Hiện tượng lưu thông công suất cũng suất hiện ở xe có vi sai giữa các cầu chủ động khi vi sai gài cứng.