- Mấp mô dạng hình sin ựơn vị
1.5.3. động lực học bánh xe bị ựộng
Tùy thuộc vào ựặc ựiểm cấu tạo và ựiều kiện làm việc, sự lăn của các bánh xe ô tô máy kéo có thể rơi vào một trong các trường hợp sau :
− Sự lăn của bánh xe ựàn hồi trên nền không biến dạng (ựường cứng); − Sự lăn của bánh xe ựàn hồi trên nền biến dạng (ựường mềm);
− Sự lăn của bánh xe cứng trên nền biến dạng
1.5.3.1. động lực học bánh xe ựàn hồi lăn trên ựường cứng
Khi các bánh hơi lăn trên ựường nhựa hoặc trên nền xi măng có thể xem như là bánh xe mềm lăn trên ựường cứng.
Trong trường hợp này chỉ có lốp bị biến dạng. Các phần tử lốp ở phắa trước lần lượt tiếp xúc với mặt ựường và bị nén lại, còn các phần tử phắa sau lần lượt ra khỏi vùng tiếp xúc và phục hồi trạng thái ban ựầụ
Như vậy, phần trước của lốp là phần tăng tải và phần sau là phần thoát tảị Do ựó theo ựặc tắnh biến dạng của các bánh xe ựàn hồi ta có thể suy ra rằng, biểu ựồ ứng suất pháp tuyến sẽ phân bố không ựều − ở phần trước sẽ có ứng suất pháp tuyến lớn hơn phần saụ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...29
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...30
Hình 1.16. Sơ ựồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị ựộng khi lăn trên ựường cứng. [2], [5]
Các ngoại lực tác ựộng lên bánh xe bao gồm:
− Tải trọng của bánh xe theo phương pháp tuyến Gn.
− Lực ựẩy từ khung tác ựộng lên trục bánh xe Pn, có chiều cùng với chiều chuyển ựộng.
− Phản lực pháp tuyến Zn của mặt ựường tác dụng lên bánh xẹ
− Hợp lực các phản lực tiếp tuyến của mặt ựường Pfn , có chiều chống lại sự chuyển ựộng và ựược gọi là lực cản lăn.
Hợp lực của các thành phần phản lực pháp tuyến Zn sẽ có ựiểm ựặt lùi về phắa trước một ựoạn an và tạo thành mô men cản lăn :
Mfn = Zn an (1.4) Từ ựiều kiện cân bằng lực theo phương pháp tuyến và theo phương song song với mặt ựường và cân bằng mô men lấy ựối với tâm hình học bánh xe ta sẽ nhận ựược hệ phương trình : Zn = Gn Pfn = Pn ; Pfn rn = Znan (1.5) Từ 1.5) ta sẽ rút ra ựược : Gn Pn Zn Pfn A rn an
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...31 P Z a r G a r fn n n n n n n = = trong ựó : rn − bán kắnh ựộng lực học của bánh bị ựộng;
an − khoảng cách từ ựiểm ựặt hợp lực Zn ựến mặt phẳng vuông góc với phương chuyển ựộng và ựi qua tâm trục bánh xẹ
Qua so sánh các công thức trên còn rút ra ựược :
− Hệ số cản lăn : fn = an/rn (1.6)
− Mô men cản lăn : Mfn = Pfn rn (1.7) − Lực cản lăn : Pfn = fnZn = fnGn (1.8)
Từ sự phân tắch trên có thể rút ra nhận xét rằng, những yếu tố ảnh hưởng ựến lực cản lăn và hệ số cản lăn là : tải trọng tác dụng lên bánh xe, vật liệu chế tạo lốp, áp suất không khắ trong lốp và tắnh chất cơ lý của ựường.
Khi chuyển ựộng có gia tốc còn có lực quán tắnh và mô men của các lực quán tắnh tiếp tuyến. đối với các máy kéo gia tốc chuyển ựộng thường không lớn nên có thể bỏ qua các thành phần lực và mô men nàỵ
1.5.3.2. động lực học bánh xe ựàn hồi lăn trên ựường biến dạng
Trong trường hợp này cả lốp và mặt ựường ựều bị biến dạng. Bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt ựường sẽ là mặt cong, diện tắch tiếp xúc ở phần trước của bánh xe lớn hơn diện tắch phần saụ
A rn rn Gn Zn Pn an Pfn
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...32
Hình 1.17. Các lực tác dụng lên bánh bị ựộng ựàn hồi khi lăn trên ựường mềm [2],[5]
đây cũng là nguyên nhân làm tăng thêm ựộ dịch chuyển của ựiểm ựặt phản lực pháp tuyến Zn về phắa trước, nghĩa là khoảng cách an sẽ lớn hơn so với trường hợp bánh mềm lăn trên ựường cứng. Cũng do nguyên nhân trên, phương của phản lực tiếp tuyến Pfn sẽ dịch lên một ựoạn nào ựó so với mặt phẳng tiếp xúc, tức là bán kắnh ựộng lực học sẽ nhỏ hơn bán kắnh tĩnh học.
Trên hình 1.17 chỉ ra sơ ựồ lực tác dụng lên bánh xe ựàn hồi lăn trên ựường mềm với tốc ựộ chuyển ựộng ổn ựịnh.
Các thành phần lực cũng tương tự như ở trường hợp bánh mềm lăn trên ựường cứng .
Qua phân tắch trên ta thấy rằng, nếu ựất càng mềm thì ựộ sâu vết bánh xe càng lớn, ựộ dịch chuyển an càng lớn và do ựó sẽ làm tăng mô men cản lăn và lực cản lăn. Do vậy ựể giảm lực cản lăn cần phải giảm áp suất trong lốp hoặc sử dụng loại lốp có bề rộng lớn. Tuy nhiên, nếu giảm áp suất không khắ sẽ làm tăng ựộ biến dạng của lốp, ựó cũng là một nguyên nhân làm tăng mô men cản lăn.
1.5.3.3. động lực học bánh xe cứng lăn trên ựường mềm
Các lực tác dụng lên bánh xe cũng tương tự như trường hợp bánh mềm lăn trên ựường mềm, song chỉ khác là trong trường hợp này chỉ có mặt ựường bị biến dạng. Sơ ựồ nghiên cứu ựược biểu thị trên hình 1.18.
Cần lưu ý rằng, nếu bánh xe chuyển ựộng ựều thì tổng hợp lực của Zn và Pfn sẽ ựi qua tâm trục bánh xe vì trường hợp này bánh xe không bị biến dạng.
Việc xác ựịnh lực cản lăn Pfn, mô men cản lăn Mfn và hệ số cản lăn cũng tương tự như hai trường hợp trước. Nếu kắch thước của 2 loại bánh xe
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật...33
như nhau thì ựộ sâu vết bánh xe do bánh cứng tạo ra sẽ sâu hơn so với bánh mềm và do ựó lực cản lăn của bánh cứng sẽ lớn hơn.
Hình 1.18. Sơ ựồ lực tác dụng lên bánh xe cứng khi lăn trên ựường biến dạng [2], [5]