Lý thuyết ô tô

1LÝ THUYẾT Ô TÔ2CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.1. XE1.1.1. Mở đầu- Tiếng Việt: XE: một phương tiện vận chuyển trên mặt đất (rất chung): xe trượt, xe cút kít, xe bò, xe cải tiến, xe đạp, xe máy, xe ô tô, xe hỏa,- Xe ra đời là do nhu cầu vận chuyển của con ngườiHình 1.1Hình 1.2Hình 1.33CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEP1GP2G1.1.2. Bánh xe và xe có bánhHình 1.4. TrượtHình 1.5. LănHình 1.6. Bánh xeHình 1.6. Xe có bánh4CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEFk do người hoặc súc vật (lực kéo)Fk thông qua khung xe → Pb lên trục bánh xe → Mô men Mb = FbrMb làm cho bánh xe quay → xe chuyển động.FkGGbrFbHình 1.6Hình 1.7Fz5CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.1.3. Xe tự hành1764 - động cơ hơi nước: Jemes Wat1769 - ô tôHình 1.9. Ô tô năm 1770Hình 1.8. Jemes Wat 1736 - 1819Hình 1.10. Sự làm việc của bánh xe tự hành6CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1877 - Động cơ xăng: Nicolaus August Otto1897 - Động cơ điêzen: Rudolf Diesel Hình 1.10 Động cơ xăng củaOtto Hình 1.12Rudolf Diesel1858 - 1913Hình 1.11 Nicolaus August Otto 1832 - 18917CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.1.4. Ô tô auto-mobile tự - di chuyểnавто-мобильtự - di chuyểnô tô ?Ô tô: Theo TCVN – 1779-76Xe tự chạy có động cơ, có trên 2 bánh hoặc phối hợp bánh với xích và dùng để vận chuyển chủ yếu trên đường bộ Hình 1.13. Ô tô - đối tượng nghiên cứu của chúng ta8CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.2. BÁNH XE1.2.1. Giới thiệu chungBánh xe là phần tử liên kết thân xe với mặt đường. Nhiệm vụ:- Đỡ toàn bộ trọng lượng xe theo phương thẳng đứng,- Giảm tác động từ mặt đường lên xe, - Truyền lực dọc, lực ngang khi chuyển động thẳng, phanh và khi quay vòng,- Kiểm soát hướng chuyển động của ô tô. Hình 1.14. Bánh xe ô tôBánh xe có săm (trái); Bánh xe không săm (phải)1. Săm; 2. Lốp; 3. Vành bánh xe; 4. Van không khí Chỉ nghiên cứu bánh xe đàn hồi trên nền cứngCHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.2.2. Lốp xe1.2.2.1. Sơ lược về sự ra đời và phát triển của lốp xe1839: Công nghệ lưu hóa cao su: Charles Goodyear,1845: Lốp hơi đầu tiên: Robert Willam Thompson, (một vài ống cao su mỏng được bơm hơi vào, bên ngoài phủ một lớp da)1888: John Boyd Dunlop đăng ký phát minh lốp hơi cho xe đạp,1893: Cty lốp Dunlop (The Dunlop Pneumatic and Tyre Co.) ra đời ở Hanau1895: André và Edoard Michelin sản xuất lốp hơi cho xe Feugeot chạy thử nghiệm hành trình Paris – Bordeaux – Paris (720 dặm ≈ 1158 km), xe bị xẹp lốp 50 lần và phải thay mất 22 bộ săm,1899: châu Âu: chế tạo được lốp bền hơn (khoảng 500 km),1904: cho các bon vào cao su tạo nên lốp đen,1908: Frank Seiberling: làm lốp có khía rãnh (hoa lốp, talong),1922: Dunlop: lốp có vành thép ở mép lốp,1943: lốp không săm được đăng ký bản quyền ở châu Âu,1946: lốp hướng kính (radian) ra đời910CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.2.2.2. Sơ lược về cấu tạo của lốp xeHình 1.15. Lốp xe- Lớp mành: tạo thành khung lốp: mành vuông góc, mành chéo. - Lớp đệm: nằm giữa lớp mành và bề mặt lốp. - Lớp cao su: ngoài cùng: tiếp xúc với mặt đường.11CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.2.2.3. Ký hiệu lốp xeLốp tôrôit: B = HLốp áp suất thấp (0,08 ÷ 0,5 MN/m2): ký hiệu: B – d (d = 2rv)Hiện vẫn còn được dùng trên một số xe tảiLốp có H 240R: lốp Radial. Ngoài ra còn có các ký tự khác như: B, D hoặc E nhưng hiếm15: đường kính vành lốp (d) tính bằng inch95: tải trọng mà lốp có thể chịu được: 75 ÷ 105 ~ 380 ÷ 925 kgH: giới hạn vận tốc tối đa (vmax): H tương ứng với vận tốc tối đa 210 km/h. Ví dụ lốp có ký hiệu P215/65R15 95H có r0 được tính như sau: CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.2.3. Bán kính bánh xebán kính thiết kế, bán kính tĩnh, bán kính lăn, bán kính động, bán kính làm việc trung bình. 1.2.3.1. Bán kính thiết kế r0: (xem r0 trên hình 1.16)Có thể căn cứ vào ký hiệu lốp để xác định r01.2.3.2. Bán kính tĩnh rt: Khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt đường khi xe đứng yên và chịu tải trọng thẳng đứng.1.2.3.3. Bán kính động lực học rd: Khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt đường khi xe chuyển động. → bán kính thực tế của xe khi chuyển động.Bán kính rd phụ thuộc: tải trọng thẳng đứng, vật liệu lốp, áp suất lốp, mô men trên bánh xe, vận tốc xe. 14CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.15Ảnh hưởng của mô men chủ động đến bán kính động lực học của bánh xe1.2.3.4. Bán kính lăn rl: Là bán kính của bánh xe giả định, không biến dạng khi làm việc, không trượt lết, trượt quay và cùng vận tốc góc và vận tốc dài như bánh xe thực tế. (1.2)Bánh xe có vận tốc dài v, vận tốc góc ωTrượt quay → rl giảm, trượt lết → ngược lại.Trượt quay hoàn toàn : v = 0 → rl = 0; Trượt lết hoàn toàn: ω = 0 → rl = ∞15CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XECác yếu tố ảnh hưởng đến bán kính lăn rl cũng bao gồm tải trọng thẳng đứng, vật liệu lốp, áp suất lốp, mô men trên bánh xe, vận tốc xe, trong đó yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất là mô men trên bánh xe.Hình 1.17. Biến dạng tiếp tuyến của lốp xe khi chịu mô men xoắn16CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.18. Sự thay đổi giá trị bán kính lăntheo mô men xoắn tác dụng vào bánh xe1.2.3.5. Bán kính làm việc trung bình rb: Là bán kính có kể đến biến dạng của lốp do ảnh hưởng của các thông số đã trình bày ở trên. Bán kính này sẽ được sử dụng trong quá trình tính toán động lực học cũng như thiết kế ô tô. rb = λr0 (1.3)Lốp áp suất thấp (áp suất = 0,08 ÷ 0,5 MN/m2): λ = 0,930 ÷ 0,935Lốp áp suất cao (áp suất = 0,5 ÷ 0,7 MN/m2): λ = 0,945 ÷ 0,950.Hình 1.17Ảnh hưởng của mô men chủ độngđến bán kính lăn của bánh xe17CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.3. LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA BÁNH XE VÀ MẶT ĐƯỜNGXét bánh xe mềm lăn trên nền cứng, xe không chịu lực ngang.Nơi bánh xe tiếp xúc với mặt đường → nơi xe giao tiếp với mặt đường. Phản lựcTại đó có các lựcLực kéo, Lực phanh, Lực cản lăn, ...Tính năng động lực học của xeĐiều kiện tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đườngGiá trị cực đại của lực kéo, lực phanh,...Phản lực từ bánh xe tác dụng xuống mặt đườngTuổi thọ của đườngLực tương tác giữa bánh xe và mặt đườngTrạng thái làm việc của bánh xe. Phương, Chiều Giá trị18CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEThành phần thẳng đứng: vuông góc với mặt đường, Thành phần song song với mặt đường theo phương dọc,Thành phần song song với mặt đường theo phương ngang.Trường hợp tổng quát phản lực này gồm 3 thành phần: Trong mục này khảo sát chủ yếu thành phần song song với mặt đường theo phương dọc. CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE191.3.1.1. Khi xe đứng yên 1.3.1.2. Khi xe chuyển độngTrọng lượng: Gb = G’b + G”b Phản lực từ mặt đường: Fz Hình 1.19 1.3.1. Thành phần thẳng đứngTrọng lượng: Gb = G’b + G”b Phản lực từ mặt đường: Fz 20CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.3.2. Thành phần song song với mặt đường theo phương dọc Các lực tác dụng (hình 1.20):Từ khung xe: Lực đẩy dọc Fb: chiều phụ thuộc M Trọng lượng: Gb = G’b + G”b; Từ mặt đường: Fz , Fx; Fz dịch về phía trước một khoảng e;Lực quán tính (tịnh tiến) của bánh xe Fqb;Mô men quán tính của bánh xe và các chi tiết liên quan Mqb (1.5)Phản lực thẳng đứng: Fz = Gb (1.4)Phản lực Fx :Hình 1.2021CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XELực cản lăn FfCó khi xe chuyển động (e ≠ 0) Ngược chiều CĐCó khi xe có gia tốc(1.6)(1.7)Hệ số cản lănFf = fFz = fGb (1.8)Mf = Ffrd (1.9)Mô men cản lănCHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XELực kéo tiếp tuyến Fk(1.10)Chỉ có khi có MNếu là Mk:Lực phanh FpNếu là Mp:(1.12)(1.11)Hình 1.21Hình 1.2223CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHệ số lực phanhHệ số lực kéoBánh xe bị động: M = 0Chỉ có lực cản lăn Ff(1.13)(1.14)Hình 1.2324CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.3.3. Phản lực mặt đường khi bánh xe chịu mô men phanh Fze = cS (1.15)Hình 1.24. Sơ đồ thiết bị đo khoảng dịch chuyển của phản lực thẳng đứng lên bánh xe25CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.25. Sự thay đổi của khoảng cách dịch chuyển e theo lực phanh (thí nghiệm với bánh xe của xe ГАЗ-АА)261.4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ CẢN LĂN CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHệ số cản lăn:Các yếu tố ảnh hưởng đến eHình 1.27Ảnh hưởng của vật liệu đường, áp suất lốpHình 1.26Ảnh hưởng của vận tốc xe, kết cấu lốp27CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.29Ảnh hưởng của vật liệu đường, đường kính bánh xeHình 1.28Ảnh hưởng của vận tốc xe, nhiệt độ lốp28CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEĐườngfĐườngfNhựaNhựa tốt0,018 ÷ 0,0200,015 ÷ 0,018ĐáĐất khô0,023 ÷ 0,0300,025 ÷ 0,035Bảng 1.4. Hệ số cản lăn trên một số loại đường(1.17) (v > 80 km/h; v: m/s)v (km/h)80100120140160180200220f0,01940,02130,02330,02530,02730,02930,03130,0333Bảng 1.3. Hệ số cản lăn tính theo công thức 1.17v (km/h)130150170190210230250270f0,01810,01940,02060,02190,02310,02440,02560,0269Bảng 1.2. Hệ số cản lăn tính theo công thức 1.16(1.16) (v > 128 km/h; v: km/h)29CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.5. SỰ TRƯỢT CỦA BÁNH XE Khi lăn tinh: s = nπrd (1.18)Hoặc: vb = ωbrd (1.19)Khi s ≠ nπrd hoặc vb ≠ ωbrd → bánh xe bị trượt1.5.1. Bánh xe chủ động s nπrd hoặc vb > ωbrd Trượt lết(1.25)Tương tự như trường hợp bánh xe chủ động(1.26)(1.27)Không trượt: λp = 0; Trượt lết hoàn toàn: λp = 1 Sự trượt của bánh chịu mô men phanh do:- Biến dạng của lốp xe theo chiều tiếp tuyến,- Trượt tương đối giữa bề mặt lốp và đường.32CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.31Quan hệ giữa độ trượt và hệ số lực phanh trên các loại đường khác nhau33CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.6. VẤN ĐỀ BÁM CỦA BÁNH XE VÀ VỚI MẶT ĐƯỜNG1.6.1. Khả năng bám Khả năng bám là khả năng giữ cho bánh xe không bị trượt khi có mô men xoắn tác dụng vào bánh xe. Bánh xe chủ động: Mk → trượt quay Bánh xe khi phanh: Mp → trượt lếtKhả năng bám phụ thuộc: vật liệu lốp, cấu tạo hoa văn và tình trạng của lốp, vật liệu đường và tình trạng mặt đường,... 1.6.2. Lực bám Hình 1.32M tăng, → Fx tăng; nhưng chỉ tăng đến một giá trị nhất định;Nếu M tăng nữa → bánh xe trượt → Fx → Fxmax Fxmax → Lực bám → ký hiệu FφLực bám → Lực tương tác bánh xe - mặt đường →Ma sátTruyền lực kiểu bánh răngFkmax; Fpmax → chỉ bằng lực bám(1.29)34CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.6.3. Hệ số bám: Hệ số không thứ nguyên, ký hiệu φ (1.30)(1.31)1.6.4. Trọng lượng bám Trọng lượng xe phân bố lên bánh xe có mô men (cộng với trọng lượng bánh xe) được gọi là trọng lượng bám ký hiệu Gφ. Fφ = φGφ (1.32)ĐườngφĐườngφĐườngφNhựa, bê tông Khô, sạch Ướt0,7 ÷ 0,80,35 ÷ 0,45Đường đất Pha sét, khô Ướt0,5 ÷ 0,60,2 ÷ 0,4Đường cát Khô- Ướt0,2 ÷ 0,30,4 ÷ 0,5Bảng 1.535CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE1.6.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám Hình 1.34Vận tốc xe, trạng thái mặt đường Hình 1.33Tải trọng, trạng thái mặt đường 36CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.35Áp suất lốp, trạng thái mặt đường Hình 1.36Độ trượt371.7. BÁNH XE CHỊU LỰC NGANG 1.7.1. Góc trượt ngang δ CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.37B/xe đ/hồi chịu lực ngang38CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEHình 1.38. Đặc tính góc của lốp(1.33)1.7.2. Đặc tính góc của lốp 39CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XEBÀI TẬP1. Tính r0 và rb cho lốp có ký hiệu sau đây: 6.00 – 14; 235/55R18; 8.25 – 16; 215/45R17, biết rằng đây là lốp áp suất thấp. 2. Tính bán kính lăn và độ trượt của các bánh xe, nêu nhận xét về xe và tình trạng chuyển động của xe trong các trường hợp sau:a. Xe lắp lốp loại 8.25 – 16, tại v = 22 km/h, hai bánh trước có nb =150 v/ph, bánh sau phải và trái có số nb lần lượt là 195 v/ph và 212 v/ph.b. Xe lắp lốp loại 215/45R17, tại v = 40 km/h, hai bánh sau có nb = 365 v/ph, bánh trước phải và trái có nb lần lượt là 210 v/ph và 220 v/ph.3. Tính rl của bánh xe trong các trường hợp sau:a. λk = 25%, rd = 0,32 m; b. λp = 50%, rd = 0,45 m. 4. Tính độ trượt của các bánh xe trong trường hợp sau:a. Xe tăng tốc, tại v = 18 km/h, hai bánh trước có nb = 95 v/ph, bánh sau phải và trái nb = 130 v/ph và 145 v/ph, rd = 0,5 m.b. Xe đang phanh, tại v = 10 km/h, hai bánh sau nb = 0, bánh trước phải và trái có nb = 30 v/ph và 45 v/ph, rd = 0,32 m.c. Xe đang đi qua quãng đường lầy lội với v = 7 km/h, hai bánh trước có nb = 37 v/ph, bánh sau phải và trái có nb = 150 v/ph và 120 v/ph, rd = 0,5 m. 404. Tính độ trượt của các bánh xe trong trường hợp sau:a. Xe đang tăng tốc, tại thời điểm vận tốc 18 km/h, hai bánh trước có số vòng quay 95 v/ph, bánh sau bên phải và bên trái có số vòng quay 130 v/ph và 145 v/ph, bán kính động lực học bánh xe 0,5 m.b. Xe đang phanh, tại thời điểm vận tốc 10 km/h, hai bánh sau có số vòng quay = 0, bánh trước bên phải và bên trái có số vòng quay 30 v/ph và 45 v/ph, bán kính động lực học bánh xe 0,32 m.c. Xe đang đi qua quãng đường lầy lội với vận tốc 7 km/h, hai bánh trước có số vòng quay 37 v/ph, bánh sau phải và trái có số vòng quay 150 v/ph và 120 v/ph, bán kính động lực học bánh xe 0,5 m.  CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE