LÝ THUYẾT QUAY VỊNG
VI.DAO ĐỘNG CỦABÁNH XE DẪN HƯỚNG
Các bánh xe dẫn hướng cĩ thể bị quay vịng cả khi khơng đánh tay lái do đàn hồi của các chi tiết và do khe hở trong các cơ cấu, các khớp bản lề.Đối với các ơtơ mời, hành trình tự do của vành lái nằm trong khoảng 5-100, tương ứng với gĩc quay của bánh xe dẫn hướng (khi giữ nguyên vành lái) là 20-400.Biến dạng của các chi tiết dẫn động lái dưới tác dụng của mơ-men (bằng N.m) đặt vào vành tay lái sẽ làm cho bánh xe dẫn hướng bị quay vịng khoảng 0,1-0,6’.Sự quay vịng của các bánh xe dẫn hướng như vậy, mang đặc tính dao động.
Các bánh xe dẫn hướng, cầu trước, hệ thống treo và dẫn động lái tạo nên một hệ thống đàn hồi.Khi cĩ ngoại lực tác dụng, hệ sẽ bị dao động.Sự dao động của hệ sẽ làm ảnh hưởng tới độ ổn định của bánh xe dẫn hướng.
Hệ đàn hồi (hình 4-15) cĩ hai bậc tự do.Cầu trước, do sự biến dạng đàn hồi của nhíp cĩ thể quay quanh tâm O trong mặt phẳng thẳng đứng (hình 4-15, a) một gĩc ψ.Bánh xe dẫn hướng, do sự biến dạng đàn hồi của dẫn động lái, cĩ thể bị quay một gĩcϕ quanh trụ đứng (hình 4-15, b).
Hình 4-15.Hệ dao động của các bánh xe dẫn hướng và mơ hình tương tự
Nguyên nhân chủ yếu phát sinh dao động là do: các bánh xe dẫn hướng khơng được cân bằng, do khơng hợp lý về mối quan hệ động học giữa hệ thống treo và dẫn động lái, do tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường khơng bằng phẳng, và cũng cĩ thể phát sinh dao động do dạng đặc biệt của dao động khơng tắt dần (tự dao động).
Sao đây ta sẽ khảo sát cụ thể các nguyên nhân gây nên dao động của bánh xe dẫn hướng.
1.Dao động của bánh xe dẫn hướng do lực cản lăn ở hai bên bánh xe khơng bằng nhau
Khi hai bánh xe dẫn hướng cĩ sự khác nhau khá lớn về lực cản lăn Pf’ và Pf” (hoặc cĩ sự khác nhau khá lớn về lực phanh hoặc lực kéo), trên các bánh xe sẽ xuất hiện một mơ- men quay vịng:
Mqv = (Pf’- Pf”).bn
Mơ men này làm cho bánh xe dẫn hướng quay quanh trụ đứng.Mơ-men Mqv cũng cĩ thể đổi chiều, khi đĩ các bánh xe dẫn hướng sẽ bị lắc quanh trụ đứng.
2.Dao động của bánh xe dẫn hướng do khối lượng vận động quay của bánh xe khơng được cân bằng
(cân bằng tĩnh) cũng như tồng các mơ-men của chúng cũng bằng 0 (cân bằng động).Nếu trọng tâm của khối lượng bánh xe khơng trùng với tâm trục quay của nĩ thì cân bằng tĩnh sẽ bị phá vỡ (hình 4-16, a).Nếu tâm của khối lượng bánh xe trùng với tâm trục quay nhưng các khối lượng khơng được phân bố đối xứng trong mặt phẳng quay thì cân bằng động cũng khơng bảo đảm được (hình 4-16, b).
Các bánh xe quay khi ơtơ chuyển động trên đường, do sự phân bố khơng đồng đều về khối lượng sẽ phát sinh lực quán tính ly tâm Plt.
Thành phần nằm ngang của lực ly tâm Pltx sẽ sinh ra mơ-men làm bánh xe quay quanh trụ đứng (hình 4-16, a).Trị số và chiều của Pltx thay đổi theo chu kì.Thành phần thẳng đứng của lực ly tâm Plty cĩ xu hướng làm cho bánh xe nảy lên, xuống.Trị số và hướng của nĩ cũng thay đổi theo chu kì.
Khi hai bánh xe cĩ khối lượng quay khơng cân bằng nằm đối xứng trên mặt phẳng ngang, mơ-men quay ở cả hai bánh xe sẽ được cộng lại và dao động gĩc của hai bánh xe quanh trụ đứng sẽ rất lớn (hình 4-16, b).
Dao động của bánh xe dẫn hướng dưới tác dụng của các lực quán tính ly tâm thành phần sẽ làm xấu đi tính điều khiển của xe.Với thành phần theo phương pháp tuyến (Plty) tính êm dịu của ơtơ bị kém đi và do đĩ làm tăng mệt mỏi cho lái xe.
Lốp xe khơng được cân bằng cĩ ảnh hưởng lớn đến mài mịn lốp và tăng lượng tiêu hao nhiên liệu.
Giới hạn khơng cân bằng bánh xe ơtơ du lịch trong sử dụng khơng được vượt quá 30 N.cm, với bánh xe ơtơ vận tải khơng được vượt quá 115 N.cm.Sau khi được cân bằng (trên máy), mức độ khơng cân bằng với bánh xe ơtơ du lịch cần được ≤ 5
3.Dao động của bánh xe dẫn hướng do khơng hợp lý về mối quan hệ động học giữa hệ thống treo và dẫn động lái
Các bánh xe dẫn hướng liên kết với khung xe bằng hai khâu: qua các chi tiết của hệ thống treo và qua các chi tiết của dẫn động lái.Bởi vậy, chuyển vị của bánh xe so với khung xe cĩ thể làm cho nĩ bị quay vịng quanh trụ đứng.
Với hệ thống treo phụ thuộc quay vịng của bánh xe dẫn hướng cĩ thể phát sinh do dao động theo phương thẳng đứng của tâm trục bánh xe so với khung xe. Cầu trước (hình 4-17) nối với khung xe qua bộ nhíp kiểu nửa elip.Đầu trước của nhíp nối với khung xe bằng khớp quay, cịn đầu sau nối bằng quang treo nhíp.Khi dao động theo phương thẳng đứng, dầm cầu trước và trụ đứng sẽ vạch nên một cung MM cĩ tâm ở đầu nhíp trước.Các bánh xe sẽ dịch chuyển cùng với cầu xe mà khơng bị quay vịng quanh trụ đứng chỉ trong trường hợp nếu đảm bảo được khả năng cho đầu trục địn lái đứng (cĩ liên kết cứng với bánh xe) chuyển động theo đúng cung MM trên.
Về phía dẫn động lái, thanh lái dọc nối với cơ cấu lái đặt ở phía sau tâm trục bánh xe nên khi dao động, phía đầu nối với tâm trục bánh xe sẽ vạch nên cung NN cĩ tâm nằm ở phía ngược lại so với cung MM.Như vậy, đầu địn lái đứng nối với tâm trục bánh xe sẽ phải tham gia hai chuyển động: theo cung MM cùng với tâm trục bánh xe và quay cùng bánh xe quanh chốt đứng để đảm bảo cĩ quỹ đạo là NN.
Vì vậy, để đảm bảo cho bánh xe khơng bị tự quay vịng quanh trụ đứng khi cĩ dao động theo phương thẳng đứng cần bố trí cơ cấu lái và khớp quay của nhíp sao cho phù hợp (hình 4-17, b và c).Khi đĩ tâm quay của các cung MM và NN sẽ cùng nằm về một phía.
4.Dao động của bánh xe dẫn hướng do hiện tượng hiệu ứng con quay
Khi cĩ mơ-men ngoại lực tác dụng lên cầu xe, ví dụ trường hợp một bánh dẫn hướng lăn trên mơ đất (hình 4-15, a), trục bánh xe dẫn hướng sẽ nghiêng trong mặt phẳng thẳng đứng một gĩc bằng ψ.Như vậy, cầu xe sẽ quay quanh mặt phẳng thẳng đứng với vận tốc (dψ/dt).Theo tính chất con quay, trong mặt phẳng nằm ngang sẽ xuất hiện mơ-men hiệu ứng M’qv (hình 4-15, b).
dt d J Mqv kωk ω . . 2 ' = Trong đĩ:
Jk –mơ-men quán tính của bánh xe ωk –vận tốc gĩc của bánh xe.
Dưới tác dụng của mơ-men hiệu ứng M’qv trong mặt phẳng nằm ngang sẽ làm xuất hiện mơ-men hiệu ứng M”qv trong mặt phẳng thẳng đứng.
Mơ-men hiệu ứng M’qv cĩ xu hướng làm cho cầu trước quay một gĩc bằng ψ trong mặt phẳng thẳng đứng.Như vậy dưới tác động của mơ-men hiệu ứng, bánh xe sẽ bị dao động (cịn gọi là dao động khơng tắt dần hay tự dao động).Sự dao động của bánh xe dẫn hướng ảnh hưởng xấu đến độ ổn định chuyển động thẳng và tính điều khiển của xe.
Biện pháp chủ yếu để giảm dao động của bánh xe dẫn hướng do hiện tượng hiệu ứng con quay gây nên là sử dụng hệ thống treo độc lập.