Chương 07: Tính Năng Cơ Động Ô Tô và Các Nhân Tố Ảnh Hưởng | Môn Công nghệ sản xuất và lắp ráp ô tô - Đại học Cần Thơ

lOMoAR cPSD| 58504431 Chương 7
TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG ÔTÔ 7.1. KHÁI NIỆM:
Tính năng cơ ộng của ôtô là khả năng chuyển ộng trong những iều kiện
ường xá khó khăn, phức tạp. Tính năng cơ ộng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chủ
yếu là chất lượng kéo và bám của các bánh xe, ngoài ra còn phụ thuộc vào kết cấu
và các thông số hình học của ôtô.
7.2. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG:
7.2.1. Ảnh hưởng các thông số hình học:
a) Khoảng sáng gầm xe:
Là khoảng cách giữa iểm thấp nhất của gầm xe với mặt ường mà xe có thể vượt qua ược
Ôtô có tính năng cơ ộng thấp:
K = 175 ÷ 210 mm (ôtô du lịch)
K = 240 ÷ 275 mm (ôtô tải)
Ôtô có tính năng cơ ộng cao: thường lớn hơn so với những ôtô có tính năng cơ
ộng thấp từ 20 ÷ 50 mm. Những xe ặc biệt, K có thể ạt tới 400 mm hoặc cao hơn
Hình 7.1 . Các thông số hình học về tính năng cơ ộng ôtô
b) Bán kính cơ ộng dọc và ngang:
Được ặc trưng cho hình dạng của chướng ngại vật mà xe có thể khắc phục
ược. Đó là những bán kính của những vòng tròn tiếp xúc với bánh xe và iểm thấp
nhất của gầm xe trong mặt phẳng dọc và ngang (bán kính ρ1 và ρ2 càng
nhỏ thì tính năng cơ ộng của xe càng tốt).
Ôtô có công thức bán kính xe là 4 x 2, bán kính cơ ộng dọc như sau: lOMoAR cPSD| 58504431 Ôtô du lịch nhỏ 2,5 – 3,5 m
Ôtô tải trung bình 3,0 – 5,5 m Ôtô tải lớn 5,0 – 6,0 m
Riêng ôtô có tính năng cơ ộng cao thì bán kính ρ1 nhỏ hơn so với loại ôtô
tương tự trên. Tuy nhiên ρ1 không vượt quá giá trị từ 2,0 ÷ 3,6 m c) Góc cơ ộng
trước và sau:
Ôtô cần vượt qua những ường hào, bờ ruộng, cầu phà…thì những phần nhô
ra sau giới hạn chiều dài cơ sở của xe dễ va chạm vào vật cản. Tính năng cơ ộng ể
vượt qua trường hợp này phụ thuộc vào các góc cơ ộng trước α và sau β. Người ta
mong muốn những giá trị này lớn nhất nếu có thể. Loại ôtô α β
Ôtô du lịch có tính năng cơ ộng thấp 20 – 300 15 – 200
Ôtô tải có tính năng cơ ộng thấp 40 – 500 20 - 400
Ôtô có tính năng cơ ộng cao không nhỏ hơn 45 - 500 35 - 400
7.2.2. Ảnh hưởng các thông số kết cấu:
a) Ảnh hưởng các bánh xe chủ ộng trước:
Các bánh xe bị ộng trước khắc phục những chướng ngại vật thẳng ứng kém
hơn nhiều so với bánh xe chủ ộng.
So sánh 2 trường hợp sau ể nhận thấy rõ iều ó.
Hình 7.2. Sơ ồ lực tác dụng lên các bánh xe trước khi khắc phục trở ngại thẳng ứng
a) Bánh xe bị ộng b) Bánh xe chủ ộng Các
lực tác dụng lên bánh xe gồm: T: lực ẩy từ khung tới bánh xe
R: phản lực của vật cản lOMoAR cPSD| 58504431
Z và X:thành phần thẳng ứng và nằm ngang của phản lực R
Từ iều kiện cân bằng: Z = Gb X = T Gb T
Theo hình vẽ: Z X tg. 1 T tg.1 ; Gb T tg. 1 hoặc tg 1 OC r h
Xác ịnh tgα1 từ tam giác 1 AOC: tg 2 AC 2 rh h rh h 2 2 r h Suy ra: T Gb Gb. tg 1
Nhận xét công thức trên: Khi h = r T = ∞ nghĩa là gặp chướng ngại vật
có ộ cao h thì ôtô không vượt qua ược kể cả khi lực kéo ạt giá trị max. Nhưng
nếu bánh xe trước là chủ ộng thì ngoài lực T, Gb còn có thêm Mk. Do ó xuất hiện
thêm Pk như trên hình. Pk phân tích thành Pk’ và Pk’’
Do tác ộng của T và Gb nên tại iểm tiếp xúc A phát sinh các phản lực X và Z.
Chiếu trên các trục ta ược:
T = X - Pk’ và Gb = Z + Pk’’
Do phát sinh lực phụ Pk’’ nên cho phép bánh xe chủ ộng dễ dàng khắc phục
vật cản có ộ cao bằng bán kính bánh xe, phản lực Pk’ làm giảm lực cản chuyển ộng X
b) Ảnh hưởng của kết cấu vi sai:
Vi sai cho phép các bánh xe chủ ộng quay với những tốc ộ khác nhau
Nếu ma sát của vi sai nhỏ có thể xem momen ến các bán trục là phân nửa.
Giá trị momen bị giới hạn bởi sự trượt quay của bánh xe (ảnh hưởng khả năng bám)
Vì thế vi sai ơn giản ở cầu chủ ộng làm xấu i tính năng cơ ộng của ôtô và
lực kéo tiếp tuyến có thể không ủ ể khắc phục lực cản chuyển ộng Vi sai phân bố
momen xoắn ến các bánh xe chủ ộng như sau: lOMoAR cPSD| 58504431 M1 = 0,5.(M + Mr) M2 = 0,5.(M - Mr)
M1, M2: momen xoắn ở các bánh xe chậm và nhanh
Mr: momen ma sát trong vi sai (phát sinh khi có sự chuyển
ộng tương ối của các chi tiết trong nó)
M: momen xoắn ở vành răng bị ộng truyền lực chính
Theo tính năng cơ ộng thì ma sát trong vi sai là có lợi (cho phép truyền
mômen lớn cho bánh xe không bị trượt và nhỏ cho bánh xe trượt nhờ ó mà khắc phục ược trượt quay)
Lực kéo tiếp tuyến tổng ở cả 2 bánh xe chủ ộng ạt giá trị cực ại như sau:
Pk max 2P min Mr rb
Pφmin: lực kéo ở bánh xe có lực kéo nhỏ nhất rb:
bán kính của bánh xe chủ ộng
Ma sát trong loại vi sai ơn giản thường không lớn, lực kéo tăng khoảng (4 6) %
Vi sai cam và vi sai trục vít thường bố trí ở ôtô có tính năng cơ ộng cao, ma
sát trong lớn nên lực kéo tiếp tuyến có thể tăng khoảng (10 15) % Kết cấu loại vi
sai tăng ma sát ược thể hiện theo (H.7.3)
• Dùng 2 ly hợp ma sát: các ĩa 9 ược nối với bánh xe bán trục và các ĩa 10 nối với vỏ vi sai.
• Đĩa ly hợp ược ép tự ộng nhờ lực chiều trục, vì trên các trục 7 của vi
sai và các ĩa ép 4 ều có mặt nghiêng góc α.
• Trị số của lực chiều trục phụ thuộc vào mômen truyền qua vi sai.
• Ly hợp ma sát cản trở sự thay ổi vận tốc góc của 1 trong 2 bánh xe
chủ ộng, còn momen ma sát vi sai phụ thuộc vào: momen truyền tới
nó, số lượng ĩa ma sát, góc nghiêng α.
Khi ôtô chuyển ộng thẳng: momen tới bán trục theo 2 ường (qua bánh răng
vi sai và 2 ly hợp ma sát). Momen các bán trục bằng nhau khi lực cản 2 bánh xe như nhau (M1 = M2) lOMoAR cPSD| 58504431
Khi ôtô quay vòng sang phải hoặc chuyển ộng trên ường có hệ số bám bên
phải lớn hơn bên trái thì có sự phân bố lại momen: momen bán trục phải lớn hơn
bán trục trái (M2 > M1)
Hình 7.). Cấu tạo của vi sai có ma sát trong lớn nhờ ly hợp ma sát
và sơ ồ phân bố momen
Trên ôtô còn sử dụng cơ cấu khóa vi sai cưỡng bức khi có sự chênh lệch quá
lớn về hệ số bám giữa bánh xe trái và phải. Trên ường lầy lội vi sai này cho phép
tăng áng kể lực kéo của ôtô. Khắc phục xong phải mở bộ phận gài cứng ể tránh
hiện tượng lưu thông công suất có hại và mòn lốp
c) Ôtô nhiều cầu chủ ộng và vấn ề lưu thông công suất:
Ôtô có tính năng cơ ộng cao thường sử dụng biện pháp tăng số cầu chủ ộng,
nhằm tăng chất lượng kéo và bám của ôtô nhờ tận dụng tối a trọng lượng của ôtô
Khảo sát ôtô 4x4 theo 2 sơ ồ: -
Dẫn ộng cứng: 2 trục ôtô nối ộng học cứng qua hộp phân
phối: quan hệ giữa vận tốc góc của 2 trục là không ổi trong quá trình làm việc lOMoAR cPSD| 58504431 -
Dẫn ộng vi sai: thay hộp phân phối bằng hộp vi sai: do tác
ộng của hiệu ứng vi sai nên mối quan hệ vận tốc góc của 2 trục có
thể thay ổi trong quá trình làm việc
Đặc tính khác nhau về mối quan hệ ộng học giữa các trục gây nên sự khác
nhau trong việc phân bố momen chủ ộng cho chúng
Ở dẫn ộng cứng: 2 trục luôn luôn không tương ứng ộng học giữa các bánh xe trước và sau.
Hình 7.4. Sơ ồ dẫn ộng các trục chủ ộng a) Dẫn ộng cứng b) Dẫn ộng vi sai
Ôtô chạy thẳng trên ường bằng phẳng thể hiện ở tốc ộ vòng lý thuyết ở các
bánh xe trước và sau có thể khác nhau trong khi trục của chúng lại gắn chặt trên
khung và phải di chuyển với cùng vận tốc tịnh tiến. Đảm bảo ồng bộ vận tốc vòng lOMoAR cPSD| 58504431
các bánh xe trước và sau thực tế là không ược (do bán kính bánh xe bị sai lệch so
với tính toán: sai số chế tạo, áp suất trong lốp, dao ộng tải trọng thẳng ứng…)
Ôtô quay vòng thể hiện ở mỗi trục của chúng phải cùng lúc i ược những quãng
ường khác nhau nhưng 2 trục lại di chuyển với khung cùng vận tốc tịnh tiến
❖ Nghiên cứu chuyển ộng thẳng có dẫn ộng cứng giữa 2 trục khi có sai lệch tốc
ộ vòng giữa các bánh xe trước và sau -
Cân bằng vận tốc tịnh tiến của 2 trục chỉ ạt trong iều kiện có trượt quay
hoặc lết bánh xe (trượt quay làm giảm vận tốc tịnh tiến, trượt lết làm tăng nó lên) -
Cân bằng vận tốc ược biểu diễn bằng phương trình v' 1 ' v'' 1 '' -
v’ ứng với trục bánh xe có vận tốc vòng lý thuyết lớn, ngược lại v’’ nhỏ -
Giả sử trục trước quay nhanh và trục sau quay chậm và δ ặc trưng cho trượt
quay (lấy dấu +) và lết (lấy dấu -) của bánh xe -
Gọi k = v’/v’’hệ số không tương ứng ộng học của các bánh xe chủ ộng trước và sau -
Sự trượt bánh xe quay nhanh và chậm có mối quan hệ từ phương trình δ’’ =
1 - (1 – δ’).v’/v’’ = 1 – k(1 – δ’)
δ’dương vì bánh xe quay nhanh, δ’’ có thể âm hoặc bằng 0 hoặc dương δ’’
âm thì trượt lết, δ’’ = 0 không trượt quay và lết, δ’’ > 0 thì trượt quay
(nhưng trị số trượt quay nhỏ hơn so với bánh quay nhanh) -
Tốt nhất k = 1 (bánh trước và sau làm việc với cùng một ộ trượt và chất
lượng bám ược sử dụng ở mức ộ như nhau) -
Bánh trước và sau bị trượt với mức ộ khác nhau thì chất lượng bám ở bánh xe
quay chậm ược sử dụng ở mức ộ nhỏ hơn so với bánh quay nhanh -
k càng lớn thì chất lượng bám ở các bánh xe trước và sau càng mất ồng ều,
xấu nhất là khi bánh quay chậm bị trượt lết. Lúc này xe còn 2 bánh chủ ộng, 2 bánh
trượt lết trở thành bị ộng
❖ Nghiên cứu chuyển ộng thẳng có kết cấu 4x4 khi các bánh xe quay nhanh và
bánh trướt bị trượt lết lOMoAR cPSD| 58504431 -
Trường hợp này bánh trước chịu tác dụng lực kéo tiếp tuyến âm -P’k . Lực
này tạo momen xoắn truyền ến bánh xe sau qua hệ thống truyền lực. -
Như vậy công suất truyền ến bánh sau gồm 2 dòng (từ ộng cơ) và (từ các bánh trước) -
Cả 2 dòng công suất này ến bánh sau và tạo thành lực kéo tiếp tuyến dương +Pk -
Pk truyền qua khung ến các bánh quay chậm phía trước và khắc phục lực cản tạo bởi -P’k -
Công suất tạo bởi phản lực P’k của ường ở các bánh trượt lết sẽ lưu thông
theo vòng khép kín (từ bánh trượt lết - hệ thống truyền lực – bánh chủ ộng – qua
khung – i ngược lại các bánh bị trượt). Lưu thông công suất này vô ích, có hại và
ược gọi là công suất ký sinh. -
Nó không là nguồn năng lượng bổ sung mà chỉ gây tải trọng phụ làm tăng tổn thất cơ khí V P ’ k P ” k
Hình 7.). Sơ ồ minh họa sự lưu thông công suất có hại
- Thường xuất hiện khi chạy trên ường cứng và chạy không tải (lúc này sử
dụng cầu chủ ộng thứ 2 chỉ có hại)
- Tuy nhiên chạy trên ường ất xốp, ẩm ướt thì iều kiện ể ạt ược sự khác biệt
cần thiết về trị số trượt các bánh trước và sau có thể ạt ược. Như vậy sẽ bù ắp
cho ộ không tương ứng về mặt ộng học giữa các bánh xe. Và với tải trọng ủ lớn
thì công suất ký sinh không phát sinh lúc chạy thẳng lOMoAR cPSD| 58504431
- Khi quay vòng, các trục chủ ộng nối ộng học cứng với nhau, và quan sát
thấy lưu thông công suất ký sinh. Các bánh trước cần phải i quãng ường lớn
hơn bánh sau sẽ bị trượt lết và chịu lực kéo âm. Bán kính quay vòng càng nhỏ
thì công suất ký sinh càng lớn.
- Lưu thông công suất xảy ra ở những ôtô nhiều cầu chủ ộng sử dụng hộp
phân phối (ộng học cứng). Mà còn xuất hiện ở cầu xe khi vi sai bị khóa cứng
khi chạy trên ường cứng hoặc quay vòng
- Tránh hiện tượng này, khi làm việc bình thường ở ường tốt không nên sử
dụng nhiều cầu chủ ộng và gài cứng vi sai giữa các bánh xe.
7.3. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG ÔTÔ:
7.3.1. Nâng cao chất lượng ộng học ôtô:
- Cần có trị số lực kéo tương ứng ở bánh xe chủ ộng
- Nâng cao công suất riêng của ôtô
- Tăng tỷ số truyền cực ại của hệ thống truyền lực
- Sử dụng hệ thống truyền lực khi chuyển số mà không cần ngắt dòng công
suất truyền tới bánh xe
7.3.2. Giảm áp suất riêng phần lên mặt ường:
- Phân bố hợp lý trọng lượng xe lên các trục - Tăng số trục
- Sử dụng lốp có kích thước và profile tương ứng
- Giảm áp suất không khí trong lốp hoặc iều chỉnh ược áp suất theo iều kiện ường xá
- Độ trùng của các vết bánh xe có ý nghĩa ối với công tiêu hao cho sự di
chuyển (biến dạng của ất nhỏ nhất khi có ộ trùng chính xác của các vết bánh sau và trước)
7.3.3. Nâng chất lượng bám của ôtô:
- Sử dụng lốp có hoa văn ặc biệt
- Trang bị những cơ cấu chống trượt (vòng xích mắc vào lốp, ai xích, bánh sắt…)
- Sử dụng vi sai có ma sát lớn, vi sai tự ộng gài cứng hoặc cưỡng bức lOMoAR cPSD| 58504431
- Sử dụng ôtô có nhiều cầu chủ ộng
7.3.4. Tạo ra các thông số hình học thích hợp:
- Phải có những thông số hình học hợp lý
- Khi thiết kế cần khảo sát nhiều loại ịa hình phức tạp khi ôtô gặp phải. --------- ./. ---------