7.4.1. Ảnh hưởng của bánh xe bị động và chủ động
Hình 7.2 biểu thị sơ đồ các lực tác dụng lên bánh xe bị động (a) và chủ động (b) phía trước khi khắc phục chướng ngại vật thẳng đứng có độ cao h.
Các lực tác dụng lên bánh xe gồm: T: Lực đẩy từ khung tới bánh xe. R: phản lực của chướng ngại vật Gb: trọng lượng của xe tại cầu trước. Pk: lực kéo
Trong trường hợp (a):phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe Z và phản lực nằm ngang của đường tác dụng lên bánh xe X: Z Gb;X T
Theo sơ đồ tác dụng lực trên hình ta có:
b G tg T tg X Z . 1 . 1 1 tg G T b Từ hình 7.2 ta có: 2 1 2rh h h r tg (a) (b)
Hình 7.2: Sơ đồ lực tác dụng lên các bánh xe trước khi khắc phục trở ngại thẳng đứng
(a) Bánh bị động; (b) Bánh chủ động h r h hr G T b 2 2 . (7.3)
Đây chính là lực đẩy cần thiết từ khung xe để bánh xe có thể vượt qua chướng ngại vật. Từ công thức trên ta thấy: khi h = r thì T = , tức là gặp chướng ngại vật có chiều cao h = r thì ơtơ-máy kéo khơng thể vượt qua ngay cả khi bánh xe chủ động có lực kéo cực đại.
Khi bánh xe trước là chủ động, ngoài lực T và Gb trên bánh xe cịn có momen Mk do đó xuất hiện phản lực Pk là phản lực của chướng ngại vật tác dụng lên bánh xe, thành phần Pk này được chia làm hai thành phần:
- Thành phần Pk’ có chiều cùng với chiều chuyển động của ô tô.
- Thành phần Pk’ có chiều từ dưới lên, có tác dụng nâng bánh xe lên trên chướng ngại vật.
102 ' k P X T và Gb Z P"k
Ta thấy rằng, lực đẩy từ khung xe T cần thiết để xe vượt chướng ngại vật nhỏ hơn trong trường hợp khơng có momen Mk và lực nâng bánh xe lên lại lớn hơn vì vậy xe dể dàng vượt chướng ngại vật khi có momen kéo chủ động Mk.
Do có lực phụ P”k nên cho phép bánh xe chủ động dể dàng khắc phục những chướng ngại vật có độ cao bằng bán kính xe. Cịn lực P’k sẽ làm giảm lực cản chuyển động X.
7.4.2. Ảnh hưởng của bộ vi sai
Khi ô tô chuyển động thẳng thì tốc độ của các bánh xe hay bánh xe trong 1 cầu là bằng nhau, nhưng khi ô tơ tiến hành quay vịng thì tốc độ của các bánh xe trong cùng một cầu phải khác nhau, bánh xe phía trong sẽ quay chậm hơn bánh xe phía ngồi vì vậy nếu 2 bánh xe nối cứng với nhau bằng một trục thì bánh xe sẽ bị trượt gây ra mài mòn và sự quay vịng khơng ổn định. Để tránh điều này, giữa hai bánh xe ở cầu chủ động được nối với nhau qua cơ cấu vi sai. Có nhiều loại vi sai được sử dụng trên ô tô, nhưng phổ biến nhất là vi sai bánh răng cơn có kết cấu và nguyên lý làm việc như sau:
1. Trục chủ động 2. Hộp vi sai 3. Bán trục 4. Bánh răng bán trục 5. Trục vi sai 6. Bánh răng vi sai
Hình 7.3: Sơ đồ nguyên lý của vi sai bánh răng côn
Vi sai bố trí ở cầu chủ động cho phép bánh xe chủ động quay với các vận tốc khác nhau, điều này tránh cho bánh xe chủ động bị trượt khi tốc độ của 2 bánh xe khác nhau trong trường hợp xe đi vào đường vịng. Nhưng chính điều này làm giảm tính cơ động của ơ tơ khi một bánh xe bị xa lầy tức hệ số bám giữa bánh xe với nền đường có giá trị nhỏ, lúc đó bánh xe bị sa lầy sẽ quay tít, cịn bánh xe không bị xa lầy không quay.
Nếu bỏ qua ma sát tại các ổ bi đỡ của truyền chính các momen tác dụng vào cụm bánh răng truyền lực chính và vi sai ln cân bằng nhau, nên:
P T M M
M (7.4)
Khi ô tô chuyển động thẳng và sức cản ở hai bánh xe chủ động bằng nhau, bánh kính lăn của các bánh chủ động bằng nhau, lúc đó tốc độ quay của hai bán trục 3 là bằng nhau và bằng tốc độ quay n của vỏ vi sai 2, bánh răng hành tinh 4 không quay
quanh trục 5 mà chỉ có tác dụng như một cái chêm nối cứng vỏ vi sai với bánh răng bán trục 4 và quay với tốc độ cùng với vỏ vi sai. Và momen truyền ra hai bán trục cũng bằng nhau và bằng nửa momen của vi sai M:
103
2
M M
MT P (7.5)
Nhưng khi thực hiện quay vòng, tốc độ của hai bánh xe sẽ khác nhau, giả sử ô tô dịch chuyển sang trái thì:
- Bánh xe bên trái sẽ quay chậm hơn vỏ vi sai một lượng n: nT nn - Bánh xe bên phải sẽ quay nhanh hơn vỏ vi sai một lượng n: nP nn
Khi đó bánh răng hành tinh 6 sẽ quay quanh trục 5. Tốc độ của bánh răng hành tinh 6 phụ thuộc vào sự sai khác tốc độ giữa 2 bánh răng bán trục bên trái và bên phải. Khi các bánh răng hành tinh, bánh răng bán trục, vỏ vi sai có sự dịch chuyển tương đối với nhau thì xuất hiện lực ma sát, chính lực ma sát này làm cho momen phân bổ cho các bán trục không đều nhau. Nếu chỉ tính đến ma sát trong vi sai Mr khi tốc độ quay của các bán trục là khác nhau, momen hai bán trục như sau:
r P
T M M
M (7.6)
Tức là momen bánh quay chậm bằng MT bằng momen bánh quay nhanh MP cộng thêm momen do ma sát trong của vi sai Mr, Vì vậy, từ công thức (7.3) và (7.5) momen của hai bán trục khi có sự khác tốc được xác định như sau:
- Momen bánh bên trái (bánh quay chậm) sẽ tăng lên:
2 2 r T M M M - Momen bánh bên phải (bánh quay nhanh) sẽ giảm đi:
2 2 r P M M M
Trong trường hợp bánh xe bị sa lầy (giả sử bánh xe bên phải) lực bám của bánh bên phải có giá trị nhỏ nên momen xuất hiện trên bán trục bên phải MP có giá trị nhỏ. Do ma sát trong của cơ cấu vi sai loại bánh răng cơn nhỏ (khoảng (4÷6)%) nên momen bánh bên trái (bánh không bị xa lầy) cũng có giá trị nhỏ. Vì vậy, lực kéo tại bánh không bị xa lầy không đủ lớn để kéo xe vượt qua chổ lầy, việc tăng ga chỉ làm tăng tốc độ quay của vi sai nhưng không làm tăng momen xuất hiện trên bán trục. Chính trường hợp này làm xấu tính năng cơ động của ô tô – máy kéo.
Vì vậy, đối với những ơ tơ u cầu tính cơ động cao, người ta có biện pháp để tăng lực kéo trong trường hợp bánh xe bị xa lầy, đơn giản nhất là dùng cơ cấu khóa vi sai cưỡng bức hoặc sử dụng các loại vi sai ma sát cao để tăng ma sát trong Mr chính điều này làm tăng lực kéo ở cầu chủ động khi bánh xe bị xa lầy, tránh trường hợp bánh xe bị trượt quay.
Dưới đây, giới thiệu vi sai ma sát cao sử dụng đĩa ma sát:
Trong loại vi sai này, trục chữ thập được thay thế bằng hai trục 7 cắt nhau, hai trục này có khả năng dịch chuyển nhờ mặt nghiêng giữa trục vi sai 7 và đĩa ép ly hợp 4. Giữa đĩa ép và vỏ vi sai 1 có các đĩa ma sát 9 và 10, các đĩa 5 ăn khớp với bánh răng bán trục 3, còn đĩa 10 ăn khớp với vỏ vi sai 1. Khi các bánh răng hành tinh không quay lực truyền đến các bánh răng bán trục giống như loại vi sai thường. khi các bánh răng hành tinh quay, các mặt nghiêng của trục 7 sẽ bị dịch chuyển sang phía bánh răng quay chậm làm tăng lực ma sát truyền từ vỏ vi sai 1 sang bánh răng vi sai, cịn phía đối diện bị giảm đi, vì vậy bánh quay chậm momen sẽ lớn hơn so với bánh quay nhanh.
Ngồi ra cịn có một số loại vi sai ma sát cao khác như: vi sai cam, vi sai kiểu trục vít, vi sai có hành trình tự do…
104 1. Vỏ vi sai 2. Bánh răng vi sai 3. Bánh răng bán trục 4. Đĩa ép của ly hợp 5. Bánh răng bị động của truyền lực chính 6. Mặt nghiêng trên trục vi sai và đĩa ép 7. Trục vi sai 8. Nắp đậy
9. Các đĩa ma sát có then hoa trong
10. Cái đĩa ma sát có then hoa ngồi
Hình 7.4: Vi sai ma sát cao, sử dụng hai đĩa ma sát
7.4.3. Hiện tượng lưu thông công suất
Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng kéo – bám của Ơtơ – máy kéo là sử dụng nhiều cầu chủ động.
Ví dụ: đối với xe 4x4 (tức là xe có tất cả bánh đều là chủ động) thì có hai hình thức dẫn động từ hộp số đến cầu chủ động:
- Nối động học cứng: cả hai cầu trước và sau nối cứng với nhau qua hộp phân
phối, vận tốc góc của chúng là khơng đổi trong q trình chuyển động (hình 7.5a).
- Nối thông qua vi sai: do tác động của hiệu ứng vi sai nên mối quan hệ vận tốc góc của 2 trục có thể thay đổi trong quá trình làm việc (hình 7.5b).
Nhưng trong phần lớn trường hợp, người ta chỉ sử dụng 1 cầu chủ động, cịn khi đi trên đường xấu, có lực cản lớn thì sử dụng cả 2 cầu.
Hình 7.5: Sơ đồ dẫn động các cầu chủ động
(a) Dẫn động cứng (b) Dẫn động qua vi sai
Mặc dù sử dụng lốp xe có kích thước bằng nhau nhưng trong quá trình làm việc 2 trục trước và sau ln có sự khơng tương ứng về mặt động học do: sai số chế tạo; độ mài mịn khơng đều của lốp; áp suất hơi trong lốp; đi vào đường vòng; dao động của tải trọng thẳng đứng.
Trong thực tế phần lớn các trường hợp ô tô nhiều cầu chủ động được nối với nhau qua bộ vi sai. Nhưng trong một số trường hợp để tăng khả năng việt giả người ta
105
nối cứng các cầu chủ động. Ta xét máy kéo có kết cấu dẫn động cứng 2 trục chủ động khi có sự sai khác về tốc độ vịng của 2 bánh xe.
Vì cả hai trục được nối cứng với nhau thông qua hộp phân phối nên sự cân bằng vận tốc tịnh tiến chỉ có thể có được khi có sự trượt lết hoặc trượt quay.
Điều kiện cân bằng tịnh tiến của hai trục chủ động: 1 ' "1 " ' v
v (7.7)
Với: v’ là vận tốc tiếp tuyến của bánh xe có bán kính quay lúc đó là r’: v'r' v” là vận tốc tiếp tuyến của bánh xe có bán kính quay lúc đó là r”:
"
' r
v
Ta giả sử v’>v” tức là r’>r” : chỉ số đặc trưng cho sự trượt Nếu >0: bánh xe bị trượt quay Nếu <0: bánh xe bị trượt lết.
Bánh xe quay nhanh bao giờ cũng có sự trượt quay nào đó: ’>0. Khi đó bánh xe quay chậm có thể:
Bị trượt lết thì ”<0 Khơng bị trượt thì ” = 0
Bị trượt quay nhưng trị số trượt quay của chúng nhỏ hơn so với bánh xe quay nhanh.
Ta xét trường hợp bánh xe trước bị trượt lết, trong trường hợp này, bánh xe trước sẽ chịu tác dụng của lực kéo tiếp tuyến âm "
k
P
, được tạo nên bởi phản lực của đất và có chiều ngược lại với chiều chuyển động của máy kéo. Lực này tạo ra một momen xoắn, truyền đến các bánh xe dau qua hệ thống truyền lực. Như vậy, công suất truyền đến các bánh xe chủ động phía sau sẽ do hai dịng cơng suất: một từ động cơ truyền đến và một từ bánh trước, cả hai dịng cơng suất này được truỳên đến bánh sau tạo ra
'
k
P .
Hình 7.6: Sơ đồ minh họa sự lưu thơng cơng suất có hại
Một phần của lực kéo tiếp tuyến '
k
P được truyền qua khung máy kéo đến bánh quay chậm phía trước để khắc phục lực cản được tạo ra bởi "
k
P
. Như vậy công suất được tạo nên bởi phản lực của đất "
k
P
ở bánh xe bị trượt lết sẽ lưu thơng theo một vịng khép kín: từ bánh trược lết qua hệ thống truyền lực đến bánh xe chủ động, rồi lại
106
từ bánh xe chủ động qua khung đi ngược trở lại bánh bị trượt. Phần công suất này là vơ ích thậm chí là có hại vì gây ra tải trọng phụ trong hệ thống truyền lực làm tăng hao mịn và tổn thất cơ khí, nó được gọi là cơng suất ký sinh.
Để tránh hiện tượng lưu thông công suất ở các ôtô – máy kéo có tính năng cơ động cao, thì trong các điều kiện làm việc bình thường trên mặt đường tốt, không nên sử dụng cùng một lúc nhiều cầu chủ động và gài cứng vi sai giữa các bánh xe.
CÂU HỎI ƠN TẬP - Chương 7
1. Tính năng cơ động của ô tơ – máy kéo là gì?
2. Những thơng số hình học nào của ơ tô máy kéo ảnh hưởng đến tính năng cơ động? Và thơng số động lực học đánh giá tính năng cơ động?
3. Vị trí của bánh xe chủ động có ảnh hưởng thế nào khi vượt chướng ngại vật? 4. Bộ vi sai ở cầu chủ động có tác dụng gì trong q trình chuyển động của ơ tơ? Và ảnh hưởng của bộ vi sai đến tính năng cơ động của ô tô khi đi trên đường xấu?
5. Khi nối cứng các cầu xe thì hiện tượng gì có thể xảy ra? Hãy giải thích rõ q trình đó?
107
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS., TS Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. “Lý thuyết Ơ tơ – Máy kéo”. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,1996 [2] GS., TS Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. “Thiết kế và tính tốn ơ tơ – máy kéo tập 1, 2, 3”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1984 và 1987.
[3] Nguyễn Ngọc Lâm. “Lý Thuyết Ơ tơ”. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 1984
Tiếng Anh
[4] Thomas D.Gillespie. “Fundamentals of Vehicle Dynamics”. Society of Automotive Engineers, Inc. February 1992
[5] Reza N.Jazar. “Vehicle Dynamics – Theory and Application”. Springer Science, 2008
108
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................................ 1
TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC KÉO CỦA Ô TÔ – MÁY KÉO ............................................... 1
1.1. Những thông số cơ bản của ô tơ – máy kéo ................................................................. 1
1.2. Đặc tính cơ bản của động cơ ....................................................................................... 1
1.3. Momen kéo và lực kéo tại bánh xe chủ động ............................................................... 6
1.4. Lực cản tác dụng vào ô tô trong lúc chuyển động ...................................................... 13
1.5. Lực bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường ........................................................ 19
1.6. Phản lực thẳng đứng của nền đường tác dụng lên bánh xe của ô tô ............................ 22
1.7. Tính tốn sức kéo của ô tô – máy kéo ....................................................................... 26
1.8. Trình tự tính tốn động lực học của ơ tơ – máy kéo ................................................... 36
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................................. 45
TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC PHANH CỦA Ô TÔ ............................................................. 45
2.1. Lực phanh ở các bánh xe........................................................................................... 45
2.2. Điều kiện đảm bảo sử phanh tối ưu ........................................................................... 46
2.3. Phương pháp đánh giá chất lượng phanh ................................................................... 47
2.4. Giản đồ phanh lý thuyết ............................................................................................ 51
2.5. Cơ sở lý thuyết về hệ thống điều hịa lực phanh và chống bó cứng bánh xe khi phanh ........................................................................................................................ 54
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................................. 62
TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ơ TƠ - MÁY KÉO ......................................................... 62
3.1. Các chỉ tiêu đánh giá tính kinh tế nhiên liệu .............................................................. 62
3.2. Phương trình tiêu hao nhiên liệu và đường đặc tính kinh tế nhiên liệu ....................... 62
3.3. Những nhân tố ảnh hưởng đến tính tiêu hao nhiên liệu ............................................. 67
3.4. Định mức tiêu hao nhiên liệu .................................................................................... 68
CHƯƠNG 4 .............................................................................................................................. 71
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ MÁY KÉO TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC ............................. 71
4.1. Khái niệm về truyền động thủy lực trong ô tô – máy kéo .......................................... 71
4.2. Động lực học của ô tô – máy kéo truyền động thủy lực ............................................. 71
CHƯƠNG 5 .............................................................................................................................. 77
TÍNH NĂNG QUAY VỊNG CỦA Ơ TƠ – MÁY KÉO ........................................................... 77
5.1. Điều kiện quay vòng đúng của ô tô – máy kéo .......................................................... 77
5.2. Động học và động lực học quay vịng của ơ tơ – máy kéo ......................................... 78
5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng quay vịng ........................................................ 80