5.3.1. Ảnh hưởng của độ biến dạng ngang của lốp đến tính năng quay vịng
5.3.1.1. Sự dịch chuyển của bánh xe dưới tác dụng của lực ngang
Khi bánh xe chỉ chịu tải trọng thẳng đứng thì mặt phẳng quay của bánh xe trùng với phương dịch chuyển của nó nên bánh xe giữ được vị trí chuyển động thẳng.
Hình 5.2: Sự biến dạng và chiều chuyển động của lốp xe dưới tác dụng của lực ngang
Nhưng khi bánh xe chịu tác dụng của lực ngang do lực gió thổi theo phương ngang, sự nghiêng ngang của mặt đường hay lực ly tâm khi ơ tơ đi vào đường vịng.., bánh xe sẽ bị biến dạng ngang, mặt lốp sẽ bị bẻ cong. Tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện sự trượt cục bộ, ở phía trước và phía sau lực bám giữa bánh xe với mặt đường nhỏ nên bị trượt nhiều và sự biến dạng của bánh xe tại vết tiếp xúc cũng không đều nhau, sự biến dạng ở phía sau sẽ lớn hơn phía trước chính vì
81
những điều này làm cho phương dịch chuyển của bánh xe khơng trùng với mặt phẳng quay của nó mà lệch đi một góc , góc này được gọi là góc nghiêng lệch, góc nghiêng lệch này cùng phía với chiều tác dụng của lực ngang Py.
Do sự biến dạng của đường không đều làm cho phản lực ngang tổng hợp của mặt đường tác dụng lên bánh xe dịch chuyển về phía sau của vết tiếp xúc so với phương dịch chuyển của bánh xe. Vì vậy, bánh xe chịu tác dụng của momen Mz, momen này có tác dụng ổn định bánh xe dẫn hướng khi quay vòng (được xét ở phần sau).
Góc nghiêng lệch phụ thuộc vào giá trị lực ngang, độ cứng bên của lốp và ngiêng của mặt phẳng quay bánh xe với phương pháp tuyến của mặt đường, nếu bánh xe nghiêng cùng phía với của lực ngang thì làm tăng góc nghiêng lệch và ngược lại.
Độ cứng bên của lốp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước và cấu trúc của lốp xe, số lượng lốp khung xương, chiều rộng của lốp xe… trong đó loại lốp, tải trọng và áp suất lốp là những yếu tố quyết định.
Khả năng của lốp chống lại sự lệch bên được đánh giá bằng hệ số lệch k
y
F
k hệ số cản lệch bên nằm trong khoảng giá trị như sau: - Ơ tơ du lịch: k = (250750)N/độ
- Ơ tơ tải: k = (11501650)N/độ
5.3.1.2. Sự quay vịng của ơ tơ khi bánh xe bị biến dạng ngang
Sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi sẽ làm thay đổi đặc tính chuyển động của ôtô Khi chuyển động trên đường vịng, ơ tơ sẽ chịu tác dụng của lực quán tính PLT
đặt tại trọng tâm của xe. Dưới tác dụng của lực này các bánh xe trước và sau bị lệch đi một góc tương ứng là 1 và 2. Ở bánh xe trước ngồi góc lệch 1 chúng cịn được quay đi một góc do đó hướng của vectơ vận tốc của trục trước sẽ tạo với trục dọc của bánh xe một góc -1.
Hình 5.3: Ảnh hưởng của lực ngang đến quá trình quay vịng
(a) Sơ đồ chuyển động quay vịng của ơ tơ – máy kéo khi lốp bị biến dạng ngang (b) Ơ tơ có tính năng quay vịng thừa
(c) Ơ tơ có tính năng quay vịng thiếu Bán kính quay vịng của xe khi sử dụng lốp đàn hồi:
82 1 2 tg tg L R (5.10)
Nếu những góc trên có gía trị nhỏ thì ta có thể viết:
1
2
L
R
Cịn đối với ơ tơ sử dụng lốp cứng tuyệt đối thì lúc này lốp khơng bị biến dạng nên khơng có sự lăn lệch thì bán kính quay vịng là:
L tg L R . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy quỹ đạo của ôtô ứng với lốp cứng chỉ phụ thuộc vào góc quay vịng của bánh xe trước, còn đối với ơ tơ lắp lốp đàn hồi ban kính quay vịng cịn phụ thuộc vào góc nghiêng lệch của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau 1 và 2. Cụ thể như sau:
- Trường hợp 1 = 2: xe có tình năng quay vịng định mức. Nếu xe bánh xe dẫn
hướng đang ở vị trí chuyển động thẳng, dưới tác dụng của lực ngang PN thì xe sẽ chuyển động lệch một góc = 1 = 2 so với trục dọc của xe. Vì vậy muốn cho xe giữ được vị trí chuyển động thẳng thì tài xế phải đánh lái ngược về phía tác dụng của lực ngang.
- Trường hợp 1 < 2: bánh xe trước sẽ bị biến dạng ngang ít hơn bánh xe sau, trong trường hợp này người ta gọi xe có tính năng quay vịng thừa, khi muốn quay vòng ở cùng một bán kính như nhau thì xe có tính năng quay vòng thừa phải quay vơ lăng lái một góc bé hơn. Khi xe đang chuyển động thẳng, nếu có lực ngang ngẫu nhiên PN tác dụng vào thì loại xe này bắt đầu quay tâm O1, trong trường hợp này chiều của lực ly tâm PLT trùng với chiều của lực ngang làm tăng độ lệch ngang của bánh xe, làm xe mất khả năng chuỷên động ổn định. Điều này làm tăng lực ly tâm và nếu người lái không kịp thời quay bánh xe dẫn hướng trở lại thì xe chuyển động theo đường cong có bán kính giảm liên tục và có thể làm xe bị trượt ngang hay bị lật đổ (hình 5.3b).
- Trường hợp 1 > 2: bánh xe trước sẽ bị biến dạng ngang nhiều hơn bánh xe sau,
trong trường hợp này người ta gọi là xe có tình năng quay vịng thiếu tức là khi muốn quay vòng ở cùng một bán kính như nhau thì xe có tính năng quay vịng thiếu phải quay vơ lăng đi một góc lớn hơn. Khi xe đang chuyển động thẳng nếu có lực ngang ngẫu nhiên thì loại xe này bắt đầu quay tâm O2, do xe bị quay vòng nên xuất hiện lực ly tâm, thành phần Py có chiều ngược với chiều của lực ngang ngẩu nhiên do vậy độ lăn lệch của bánh xe giảm đi, vì thế xe có tính chất quay vịng thiếu sẽ giữ được ổn định khi chuyển động thẳng (hình 5.3c).
5.3.2. Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng
Tính ổn định ở đây được hiểu là khả năng của xe giữ được vị trí ban đầu ứng với khi xe chuyển động thẳng tự quay trở về vị trí này khi xe bị lệch.
Nhờ tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải trọng tác dụng lên hệ thống lái được giảm đáng kể.
Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành phần phản lực: thẳng đứng; ngang và tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển động.
83 5.3.2.1. Độ nghiêng của trụ đứng - cam quay
a) Độ nghiêng ngang
Xem bánh xe khơng có góc dỗng thì ta chia lực Zb thành hai thành phần: - Zb.Cos song song với trụ đứng.
- Zb.Sin vng góc với trụ đứng.
Giả sử bánh xe quay đi một góc , khi đó lực Zb.Sin chia làm hai thành phần: - Zb.Sin.Cos: tác dụng trong mặt phẳng qua đường tâm của cam quay.
- Zb.Sin.Sin: tác dụng trong mặt phẳng đi giữa các bánh xe. Momen ổn định: Mz Zb.l.Sin.Sin
Với l: khoảng cách từ tâm mặt tựa của bánh xe đến đường tâm của trụ đứng.
Hình 5.4: Góc nghiêng của trụ đứng trong mặt phẳng ngang và sơ đồ phân tích lực khi bánh
xe nghiêng khỏi vị trí trung gian một góc là
Qua cơng thức trên ta thấy MZ có giá trị lớn ứng với góc lớn; MZb = 0 khi = 0 tức là ở vị trí cân bằng. Mà chiều quay của MZ luông chống lại chiêù quay của vì thế momen này có ý nghĩa là làm cho các bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị trí trung gian su khi thực hiện quay vịng. Khi thực hiện quay vịng, do có thành phần MZ
chống lại sự quay vòng nên phải tăng thêm lực tác dụng vào vành tay lái. Mặc khác, do có độ nghiêng ngang của trụ đứng mà làm giảm được momen của phản lực tiếp tuyến của bánh xe tác dụng lên trụ đứng được giảm xuống do cánh tay đòn giảm.
Trị số góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện nay (08)0.
b) Độ nghiêng dọc
Ngoài ra trụ đứng cịn được đặt nghiêng về phía sau theo chiều chuyển động tịnh tiến của xe một góc so với đường thẳng đứng một góc là .
Khi xe đi vào đường vòng, bánh xe dẫn hướng phải lệch khỏi vị trí trung gian và ơ tơ xuất hiện lực qn tính ly tâm. Để bánh xe khơng bị trượt tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe và nền đường xuất hiện phản lực của nền đường Py, giả sử Py này đặt tại tâm của vết tiếp xúc, nên Py sẽ gây ra một momen
Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vịng, lực gió bên hoặc thành phần trọng lực bên khi xe chạy vào đường nghiêng khu vực tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường có lực nghiêng Yb.
84
Momen tạo ra do lực bên Yb và độ nghiêng sau của trụ đứng là:
Y C Y r Sin (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
MY b. b. b.
Momen này có xu hướng quay bánh xe dẫn hướng trở về vị trí ban đầu khi nó lệch khỏi vị trí này.
Trị số đối với ơtơ hiện nay khoảng (03)0. Đối với ơ tơ có lốp xe đàn hồi, như ta đã phân tích ở mục 5.2.1, tập hợp phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe đàn hồi sẽ dịch chuyển về sau so với tâm của vết tiếp xúc do phần sau bị biến dạng nhiền hơn phần đầu nên chiều dài cánh tay địn của momen ổn định MY tăng lên, vì vậy đối với những lốp có độ đàn hồi lớn thì người ta có thể làm giảm góc ngiêng của trụ đứng.
Như vậy cả hai góc nghiêng của trụ đứng đều có tác dụng đưa bánh xe dẫn hướng trở về vị trí chuyển động thẳng khi bánh xe bị lệch khỏi vị trí trung gian. Thực nghiệm cho thấy rằng: tác dụng ổn định của góc nghiêng 10 cũng bằng góc nghiêng dọc của trụ đứng từ (56)0.
5.3.2.2. Độ nghiêng của bánh xe
(a) (b)
Hình 5.6: Góc dỗng (a) và góc chụm (b) của bánh xe dẫn hướng
b) Góc dỗng có tác dụng
- Ngăn ngừa bánh xe bị nghiêng ngược lại dưới tác dụng của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các trục trước và hệ thống treo trước.
- Tạo nên thành phần chiều trục từ trọng lượng từ trọng lượng xe chống lại lực Zb.Sin.Cos và giữ cho bánh xe nằm trên trục cam quay.
- Giảm cánh tay đòn C của phản lực tiếp tuýên đối với trụ đứng. Làm giảm bớt tải trọng tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.
c) Góc chụm có tác dụng
Hình 5.5: góc nghiêng của trụ
85
- Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác dụng của lực cản lăn khi xuất hiện những khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động lái.
- Làm giảm ứng suất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường do góc dỗng gây nên. Thực tế cho rằng ứng suất nhỏ nhất trong vùng tiếp xúc đạt được khi góc chụm bằng (0,150,2) góc dỗng.
5.3.3. Khái niệm về sự dao động của bánh xe dẫn hướng
Các bánh xe dẫn hướng của ôtô, trong một số điều kiện nhất định bị dao động góc có tính chu kỳ quanh trụ đứng, hiện tượng này được cảm nhận ở tay người lái. Những dao động mạnh có thể làm mất tính năng dẫn hướng của ơtơ- máy kéo.
Khi ôtô – máy kéo làm việc trên đường có hệ số cản tương đối khác nhau, lực cản lăn ở hai bên bánh xe có thể khác nhau rất lớn
về trị số, lực này cùng với cánh tay đòn a tạo nên momen làm bánh xe có xu hướng quay quanh trụ đứng và tạo nên dao động góc (Hình 5.7b).
Trường hợp bánh xe khơng được cân bằng tốt (hình 5.7a). Khi quay sẽ phát sinh lực ly tâm Pj, lực này phân tích ra thành hai phần, nằm ngang Pjn và thẳng đứng Pjd, thành phần nằm ngang hợp với cánh tay địn a có xu hướng quay quanh trụ đứng. Nếu khi các bánh xe dẫn hướng quay mà các khối lượng không cân bằng của chúng nằm ở hai phía đối diện đối với trục trước của bánh xe thì các bánh xe dẫn hướng sẽ bị dao động góc.
Nguyên nhân khác gây nên những dao động góc của bánh dẫn hướng khi xe chạy trên đường gồ ghề có thể là do sự phối hợp không đúng về động học di chuyển của thanh kéo lái và nhíp.
a/ b/ c/
Hình 5.8: sơ đồ sự phối hợp động học giữa nhíp và dẫn động lái
1.Dầm cầu dẫn hướng; 2.Nhíp; 3.Thanh kéo dọc; 4.Gối di động; 5.gối cố định
Khảo sát sự bố trí như hình 5.8a, khi chịu tải trọng thẳng đứng thay đổi (do nhấp nhô trên đường), do sự biến dạng của hệ thống treo nên có sự dịch chuyển tương đối giữa bánh xe dẫn hướng và khung xe. Tâm của khớp nối cam quay (và thanh kéo dọc) sẽ di chuyển trên cung trịn tâm S, bán kính ST – có vết (trên mặt phẳng dọc của ơ tơ) là cung MM. Tâm của khớp nối thanh kéo dọc với cam quay sẽ di chuyển trên cung
86
trịn tâm U, bán kính UT – có vết (trên mặt phẳng dọc của ô tô) là cung NN. Do hai cung trịn có tâm ở hai phía ngược nhau nên vùng không gian ngồi hai cung trịn (gạch chéo) sẽ lớn, dẫn đến tâm của khớp cầu T sẽ di chuyển nhiều trong cả phương thẳng đứng và ngang. Di chuyển trong phương ngang sẽ làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ quay chuyển hướng. Như vậy, để loại trừ hoặc giảm chuyển động theo phương ngang của tâm khớp nối T, hai mặt cầu phải cùng về một phía và lồng nhau như sơ đồ b hoặc c. Trong 3 sơ đồ này, sự bố trí theo sơ đồ c sẽ giảm dao động bánh xe dẫn hướng nhiều nhất.
Những dao động góc mạnh có thể làm phá vỡ tính năng dẫn hướng của xe. Những dao động có tần số thấp (<1Hz) và biên độ lớn (23o) là có hại hơn cả. Những dao động có tần số cao (>10Hz) nhưng biên độ nhỏ thì ít nguy hiểm hơn.
Khi thiết kế và trong quá trình sử dụng, người ta cố gắn tìm mọi biện pháp để làm giảm dao động góc của bánh xe dẫn hướng như: tăng độ cứng của hệ thống dẫn động lái, đảm bảo độ cân bằng động của bánh xe, điều chỉnh đúng dẫn động lái, giảm tối đa các khe hở do mài mòn các chi tiết của cầu trước. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CÂU HỎI ƠN TẬP - Chương 5
1. Hãy trình bày các phương pháp chuyển hướng của ô tô xe máy? Và yêu cầu đối với hệ thống lái.
2. Trình bày điều kiện quay vịng đúng của ơ tơ, đối với ô tô sử dụng phương pháp quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng?
3. Hãy xác định động lực học quay vịng của ơ tơ khi đi vào đường cong?
4. Bánh xe đàn hồi sẽ chuyển động như thế nào dưới tác dụng của lực ngang? Và ảnh hưởng của sự đàn hồi của lốp xe đến sự quay vịng của ơ tơ?
5. Hãy trình bày yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến độ ổn định của bánh xe?
6. Hãy trình bày những nguyên nhân làm cho bánh xe dẫn hướng bị dao động trong q trình chuyển động?
87
Chương 6
TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA ƠTƠ-MÁY KÉO
Trong chương này ta khảo sát tính ổn định của ôtô-máy kéo để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trượt trong các điều kiện chuyển động khác nhau. Ở chương này ta chỉ nghiên cứu tính ổn định của ơ tơ để đảm bảo khả năng không bị lật hoặc trượt trong các điều kiện chuyển động khác nhau