2.3.2.1. Sự biến dạng của lốp
Khi ơ tơ chuyển động, bánh xe lăn và chịu tác dụng của các lực sau:
- Tải trọng thẳng đứng Gb1
- Lực đẩy từ khung xe tác dụng tại tâm trục bánh xe Px
- Hợp lực của các phản lực thẳng gĩc Z1, lực cản lăn Pf1.
Các lực này đƣợc thể hiện trên hình 2.2. Ngồi ra cịn cĩ các lực và mơ men ma sát trong ổ trục bánh xe, mơ men quán tính nhƣng chúng cĩ giá trị nhỏ nên cĩ thể bỏ qua khi tính tốn.
Hình 2. 2.Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn trên đƣờng cứng Ở trƣờng hợp này, bánh xe bị biến dạng, cịn mặt đƣờng nhựa cứng coi nhƣ khơng bị biến dạng. Do đĩ khi bánh xe lăn, chỉ cĩ các phần tử của lốp bị biến dạng. Các phần tử của lốp ở phía trƣớc lần lƣợt đi vào khu vực tiếp xúc và bị nén lại, các phần tử của lốp. Ở phía sau sẽ lần lƣợt ra khỏi khu vực tiếp xúc và phục hồi lại trạng thái ban đầu. Nếu lốp cĩ độ đàn hồi lý tƣởng thì năng lƣợng tiêu hao cho sự biến dạng của lốp sẽ đƣợc trả lại hồn tồn khi nĩ phục hồi lại trạng thái ban đầu. Tuy nhiên trong thực tế phần năng lƣợng bị tiêu hao khơng đƣợc trả lại hồn tồn mà cĩ một phần bị biến thành nhiệt toả ra mơi trƣờng xung quanh. Nhƣ vậy sẽ phát sinh lực cản chuyển động
17 của ơ tơ do xuất hiện ma sát giữa các phần tử của lốp (gọi là nội ma sát) và ma sát giữa lốp với đƣờng.
Hình 2.3 biểu thị sự biến thiên của độ biến dạng trong các phần tử của lốp (Dl) theo tải trọng tác dụng lên bánh xe (Gb). Khi tải trọng tăng, độ biến dạng của lốp tăng, phần năng lƣợng tiêu hao cho sự biến dạng của lốp ở giai đoạn nén tƣơng ứng với diện tích OAC.
Khi tải trọng giảm dần, lốp sẽ đàn hồi trở lại, năng lƣợng đƣợc trả lại do sự đàn hồi của lốp tƣơng ứng với diện tích BAC. Nhƣ vậy phần năng lƣợng bị tiêu hao do nội ma sát của lốp và
ma sát giữa lốp với đƣờng chính là giá trị hiệu
hai phần diện tích nĩi trên (diện tích OAB).
Hình 2. 3. Đồ thị đặc tính biến dạng của bánh xe đàn hồi
Do sự biến dạng của các phần tử của lốp khi đi vào khu vực tiếp xúc nên các phản lựcriêng phần của đƣờng tác dụng lên bánh xe ở phần trƣớc của khu vực tiếp xúc lớn hơn ở phía sau. Chính vì vậy mà hợp lực của chúng bị lệch về phía trƣớc một khoảng a1 so vớiđƣờng thẳng đứng đi qua tâm trục bánh xe.
2.3.2.2. Xác định lực cản lăn và hệ số cản lăn
Để xác định trị số của lực cản lăn (hợp lực của các phản lực tiếp tuyến) và hệ số cản lăn, ta lập phƣơng trình cân bằng mơ men của tất cả các lực đối với tâm trục bánh xe:
Z1.a1 - Pf1.rđ = 0 Z1.a1 = Pf1.rđ
Mà Z1.a1 = Gb1.a1= Px.rđ (2-6)
Từ cơng thức trên ta rút ra cơng thức tính lực cản lăn nhƣ sau: Pf1 = Z1 d r a1 = Gb1 d r a1 (2-7) Trong đĩ: rđ - bán kính động lực học của bánh xe
a1- khoảng cách từ điểm đặt hợp lực Z1 đến giao điểm của đường thẳng gĩc đi qua tâm trục bánh xe với đường
Nếu ta biểu thị f1 =
d
r
a1 (2-8)
thì ta cĩ: Pf1 = f1.Gb1 = f1.Z1
Hệ số f1 đƣợc gọi là hệ số cản lăn. Nhƣ vậy lực cản lăn bằng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe nhân với hệ số cản lăn.
Mơ men cản lăn: Mf = Pf1.rđ (2-9)
18 Các yếu tố ảnh hƣởng tới lực cản lăn và mơ men cản lăn là:
* Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe * Vật liệu chế tạo lốp
* Áp suất khơng khí trong lốp * Tính chất cơ lý của đƣờng.