Chương 3: Cơ học Lăn của bánh xe | Tài liệu môn Công nghệ kĩ thuật ôto Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
Mục đích: Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu động học và động lực học chuyển động của bánh xe, các vấn đề liên quan đến sự trượt và khả năng bám giữa bánh xe và mặt đường. Đồng thời nghiên cứu quá trình truyền và biến đổi năng lượng từ bánh xe tới mặt đường. Mục tiêu: Sau khi học xong chương này, các sinh viên có khả năng. Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Công nghệ kĩ thuật oto (OTO21) 155 tài liệu
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 3.1 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
Ch±¡ng 3
C¡ HÞC LN CþA BÁNH XE
Mÿc ích: Þ ch±¡ng này, chúng ta kh¿o sát ng h ß ßc và ßng l c ÿ hßc chuy n ß ng c ß
ÿa bánh xe, các v¿n ß liên quan ¿n sÿ tr t ±ÿ và kh¿ nng bám gi a
ÿ bánh xe vßi m¿t ±ßng. ßng thßi nghiên cÿu quá trình truyßn và bi¿n i ß nng l ng t ±ÿ ÿ bánh xe tßi m¿t ng. ±ß
Mÿc tiêu: Sau khi hßc xong ch±¡ng này, các sinh viên có kh¿ nng:
ßnh ngh)a ±ÿc các lo¿i bán kính cÿa bánh xe.
Nêu ±ÿc các khái nißm và các quan hß ßng hßc cÿa bánh xe khi ln. Trình bày c
±ÿ ßng lÿc hßc chuy n ß ng c ß ÿa bánh xe.
Trình bày ±ÿc s¡ ß truyßn nng l±ÿng tÿ bánh xe tßi m¿t ±ßng. Gi¿i thích c ±ÿ s t ÿ r t
±ÿ cÿa bánh xe, kh¿ nng bám và h s ß ß bám
cÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng. Nêu ±ÿc quan h
ß giÿa bán kính ln và l c ÿ kéo (ho¿c l c ÿ phanh) tác dÿng lên bánh xe. Trình bày c ±ÿ ¿c tính tr t
±ÿ cÿa bánh xe khi kéo và khi phanh. Gi¿i thích c
±ÿ bi¿n d¿ng cÿa bánh xe àn hßi khi chßu l c ÿ ngang. ßnh ngh)a c ±ÿ góc lßch h±ßng.
3.1. CÁC LO¾I BÁN KÍNH CþA BÁNH XE
Bán kính cÿa bánh xe là mßt thông sß hình hßc c¡ b¿n cÿa bánh xe.
Do lßp xe có ß àn hßi nên có thß bi¿n d¿ng theo mßi ph±¡ng. Bßi v¿y
bán kính bánh xe có lßp àn hßi s¿ không cß ßnh và phÿ thußc vào ph±¡ng pháp nh ß
ngh)a. Sau ây chúng ta s¿ nh ngh ß )a mßt vài lo¿i bán kính bánh xe:
3.1.1. Bán kính thi¿t k¿ (bán kính danh ßnh) ro
ro là bán kính cÿa bánh xe không quay, không chßu t¿i, áp su¿t
không khí trong lßp ß mÿc danh nh. ß Bán kính này c ±ÿ xác nh ß theo
kích th±ßc tiêu chu¿n trên lßp, c
±ÿ cho bßi nhà ch¿ t¿o.
Ví dÿ: Mßt lßp có ký hißu B-d. 27 Trong ó: B – B r ß ßng cÿa lßp (inch).
d – ±ßng kính vành bánh xe (inch).
Lúc ó ro ±ÿc xác ßnh nh± sau: û d þ r = ü B + ÿ2 , 5 4 (mm) (3.1) o ý 2 Ā 3.1.2. Bán kính tÿ do r
r là bán kính cÿa bánh xe không chßu t¿i. Bán kính này s¿ thay ßi
do ¿nh h±ßng cÿa dung sai ch¿ t¿o, lÿc li tâm và áp su¿t không khí trong
lßp. Giá trß r s¿ tng n¿u ω b tng lên. 3.1.3. Bán kính t)nh rt
Bán kính t)nh rt là kho¿ng cách tÿ tâm bánh xe tßi m¿t ±ßng khi
bánh xe ÿng yên và chßu lÿc tác dÿng theo chißu th¿ng ÿng. Giá trß cÿa
rt phÿ thußc vào các lÿc th¿ng ÿng tác dÿng lên bánh xe và áp su¿t không khí trong lßp.
3.1.4. Bán kính ßng lÿc hßc r
Bán kính ßng lÿc hßc r là kho¿ng cách tÿ tâm bánh xe tßi m¿t
±ßng khi bánh xe ang l n và chßu các lÿc tác d ÿng theo c¿ ba chißu: dßc, ÿng và ngang.
Giá trß cÿa r ph ÿ thußc vào các y¿u tß sau:
− T¿i trßng th¿ng ÿng tác dÿng lên bánh xe.
− Lÿc li tâm khi bánh xe quay.
− Mômen chÿ ßng Mk ho¿c mômen phanh Mp.
− Áp su¿t không khí trong lß p. 3.1.5. Bán kính l n rl
Bán kính ln rl không ph¿i là thông sß hình hßc mà là thông sß
ßng hßc, nó là tß lß giÿa v¿n tßc tßnh ti ¿n thÿc t¿ v và v¿n tßc góc cÿa
bánh xe. Bán kính ln ±ÿc xác ßnh: v r = (3.2) l ω b
Nh± v¿y, bán kính ln là bán kính cÿa mßt bánh xe ¿ o, nó chuyßn
ßng không có tr±ÿt vßi v¿n tßc tßnh ti¿n t±¡ng ±¡ng vßi bánh xe thÿc 28 t¿, rl có th ß coi là kho¿ng cách t t ÿ âm bánh xe tßi c c ÿ P cÿa chuyßn ßng
t±¡ng ßi giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng.
Giá trß cÿa rl phÿ thußc vào các thông sß sau:
− T¿i trßng tác dÿng lên bánh xe.
− Áp su¿t không khí trong lßp.
− ß àn hßi cÿa v¿t lißu ch¿ t¿o lßp.
− Kh¿ nng bám cÿa bánh xe vßi ng. ±ß
− Giá trß mômen chÿ ßng Mk ho¿c mômen phanh Mp.
Sÿ phÿ thußc giÿa bán kính ln rl vào l c ÿ kéo Fk hay mômen chÿ
ßng Mk (ho¿c lÿc phanh Fp hay mômen phanh Mp) c ±ÿ sÿ dÿng phù
hÿp khi kh¿o sát sÿ phân phßi công su¿t cho nhißu c¿u chÿ ßng qua hßp
phân phßi mà không sÿ dÿng vi sai (xem hình 3.1).
Hình 3.1: Sÿ phÿ thußc cÿa bán kính ln r ¿ ÿ
l vào mômen (ho c l c) tác dÿng lên bánh xe.
ß ¡n gi¿n, mßi quan ß h rl(M) th n ±ß g c
±ÿ tuy¿n tính hóa trong
toàn bß vùng tác dÿng cÿa mômen theo mßi quan h nh ß s ± au: r = r − » M = r − » F 1 lo M k lo f k Ho¿c (3.3) r = r − » M = r − » F 1 lo M p lo f p λf = r.» (3.4) M 29 λ -1 -1 M (có n
¡ vß N ); λf (có n
¡ vß N m) là các h
ß sß thay ßi bán
kính ln (có khi gßi là hß sß bi¿n d¿ng vòng cÿa lßp).
Giá trß cÿa chúng thay ßi trong ph¿m vi khá rßng, phÿ thußc vào lo¿i lßp.
Ví dÿ: λf = 0,001 ÷ 0,01 m/kN.
Bán kính ln rlo là bán kính ln cÿa bánh xe bß ng, ß mà trên nó
không có tác dÿng cÿa b¿t kì mômen nào (Mk = Mp = 0).
Khi giá trß lÿc kéo Fk (ho¿c mômen chÿ ng ß Mk) tác dÿng lên bánh
xe d¿n d¿n tng lên và xu¿t hi n ß sÿ tr t ±ÿ quay gi a ÿ bánh xe vßi m¿t
±ßng, rl gi¿m xußng. Khi bánh xe bß tr t
±ÿ quay hoàn toàn (Mk = M kmax
= Mϕ: mômen bám) thì rl = 0. Khi giá trß l c
ÿ phanh Fp (ho¿c mômen phanh Mp) tác dÿng lên bánh
xe d¿n d¿n tng lên và xu¿t hi n s ß t ÿ r t
±ÿ l¿t giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng,
rl tng lên. Khi bánh xe bß tr±ÿt l¿t hoàn toàn (Mp = Mpmax = Mϕ) thì rl → ∞ .
3.1.6. Bán kính tính toán (bán kính làm vißc trung bình) r b
Trong tính toán thÿc t¿, ng i ±ß ta th ng s ±ß
ÿ dÿng bán kính cÿa bánh xe có kß ¿n s bi
ÿ ¿n d¿ng cÿa lßp do ¿nh h±ßng cÿa các thông sß ã trình
bày ß trên. Giá trß cÿa bán kính này so vßi bán kính thÿc t¿ sai l c ß h không nhißu. r = λ r (3.5) b o r0 – Bán kính thi t ¿ k c ¿ ÿa bánh xe. λ – Hß sß kß n s ¿
ÿ bi¿n d¿ng cÿa lßp:
λ = 0,93 ÷ 0,935 (cho lßp có áp su¿t th¿p).
λ = 0,945 ÷ 0,95 (cho lßp có áp su¿t cao).
3.2. ÞNG HÞC LN CþA BÁNH XE KHÔNG BI¾N D¾NG 3.2.1. Các khái nißm
V¿n tßc chuyßn ßng lý thuy¿t vo
vo là v¿n tßc cÿa xe khi chuy n ß ng hoàn toàn không c ß ó tr t ±ÿ . S 2 r π N l b b v = = =ω r (3.6) o b b t t 30
Sl – Quãng ±ßng lý thuy t
¿ mà bánh xe ã l n.
t – Thßi gian bánh xe ã l n.
rb – Bán kính tính toán cÿa bánh xe.
Nb – Tßng sß vòng quay cÿa bánh xe.
ω – V¿n tßc góc cÿa bánh xe. b
V¿n tßc chuyßn ßng thÿc t¿ v v là v¿n tßc chuyßn n
ß g cÿa xe khi có tính ¿n ¿nh h ng ±ß cÿa s ÿ
tr±ÿt cÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng. S 2 r π N t l b v = = = ω r (3.7) b l t t
St – Quãng ±ßng thÿc t¿ mà bánh xe ã ln.
t – Thßi gian mà bánh xe ã ln.
rl – Bán kính ln cÿa bánh xe.
V¿n tßc tr±ÿt v δ
Khi xe chuyßn ßng có sÿ tr±ÿt giÿ a bánh xe vßi m¿t ±ßng, v¿n
tßc thÿc t¿ cÿa xe và v¿n tßc lý thuy¿t s¿ khác nhau. Sÿ chênh lßch giÿa
hai lo¿i v¿n tßc vÿa nêu trên chính là v¿n tßc tr±ÿt: v (3.8) δ = v −v =ω r −ω r o b l b b
V¿n tßc tr±ÿt có thß d±¡ng ho¿c âm tùy theo hißn t±ÿng tr±ÿt là
tr±ÿt l¿t hay tr±ÿt quay (xem thêm hình 3.2 và 3.3 ß trang 33).
Hß sß tr±ÿt (ß tr±ÿt)
− Hß sß tr±ÿt (ß tr±ÿt) khi kéo:
Sÿ tr ±ÿt cÿa bánh xe ±ÿc thß hißn thông qua hß sß tr±ÿt δ : k v v −v r δ o l δ = − = = 1− (3.9) k v v r o o b
− Hß sß tr±ÿt (ß tr±ÿt) khi phanh:
Trong tr±ß ng hÿp phanh, ta có hß sß tr±ÿt (ß tr±ÿt) nh± sau: v v −v v r δ = − δ = o = o −1 = b −1 (3.10) p v v v rl 31
3.2.2. Các quan hß ßng hßc khi bánh xe ln Khi bánh xe ln, có th ß x¿y ra hißn t ng ±ÿ tr t ±ÿ (tr t ±ÿ quay khi kéo
ho¿c tr±ÿt l¿t khi phanh), i u ß này s¿ làm ¿nh h ng ±ß ¿n v¿n tßc th c ÿ t¿ cÿa xe. Có th c ß ó ba tr¿ng thái ln: − Ln không tr t
±ÿ ß bánh xe bß ng và không pha ß nh. − Ln có tr t
±ÿ quay ß bánh xe chÿ ng và ß ang có lÿc kéo. − Ln có tr t
±ÿ l¿t ß bánh xe ang phanh.
Bánh xe ln không tr±ÿt Trong tr n
±ß g hÿp này, tßc ß cÿa tâm bánh xe (cing là tßc ß cÿa xe) b¿ng vßi tßc ß vòng. Ngh)a là tßc
ß thÿc t¿ v b¿ng tßc ß lý thuy¿t vo, ta có: v = v =ω r (3.11) o b b
Do v¿y, tâm quay tÿc thßi (cÿc P) cÿa bánh xe n¿m trên vòng bánh
xe và bán kính ln b¿ng bán kính tính toán: rl = rb (3.12)
Tr¿ng thái này chß có ± c
ÿ ß bánh xe bß ßng vßi Mp = 0, lúc ó v δ = 0
Hình 3.2: Ln không tr t ±ÿ . 32
Bánh xe ln có tr±ÿt quay ây là tr ng ±ß
hÿp cÿa bánh xe ang có lÿc kéo, khi ó tßc ß cÿa tâm bánh xe (tßc ß th c ÿ t¿) v nhß h¡n tßc
ß lý thuy¿t vo, do v¿y cÿc P
n¿m trong vòng bánh xe và rl < rb. Trong vùng ti¿p xúc cÿa bánh xe v i ß m¿t ng, ±ß
theo quy lu¿t phân bß v¿n tßc s¿ xu¿t hi n ß mßt v¿n tßc tr t ±ÿ
v ng±ÿc h±ßng vßi trÿc x. δ Ta có quan h s ß au: v v = v + = ω (3.13) δ r +v = δ ω r o b b b l Do ó: v = v −v < 0 (3.14) δ o Theo (3.7) h s ß ß tr t
±ÿ khi kéo δ ±ÿc tính: k v v −v r δ o l δ = − = = 1 k − v v r o o b
Do v < 0 nên nên δ > 0. δ k
Þ tr¿ng thái tr±ÿt quay hoàn toàn (bánh xe chÿ ßng quay, xe ÿng yên), ta có: v = 0; ω > 0 ó v = ω r = 0 ó r = 0 b b l l v = v − v = 0 −v = v − δ o o o Thay vào (3.7) suy ra:
δ = 1 (tr±ÿt quay hoàn toàn) k
Hình 3.3: Ln có tr t ±ÿ quay. 33
Bánh xe ln có tr±ÿt l¿t ây là tr ng ±ß hÿp bánh xe ang c ±ÿ phanh. Trong tr ng ±ß hÿp này, tßc ß th c
ÿ t¿ v lßn h¡n tßc ß lý thuy¿t vo, cÿc P n¿m bên ngoài
bánh xe và rl > rb. T¿i vùng ti¿p xúc cÿa bánh xe vßi m¿t ng ±ß cing xu¿t hi n t ß ßc t ß r t ±ÿ v nh ng h ± ±ßng theo h±ßn ±¡ g d ng cÿa trÿc x. δ
Hình 3.4: Ln có tr t ±ÿ l¿t. Ta có quan h s ß au: v = v v + = ω r +v = ω r (3.15) o δ b b δ b l Do ó:
v = v − v = ω r − ω r > 0 (3.16) δ o b l b b Theo (3.9) h s ß ß tr t ±ÿ khi phanh c ±ÿ tính: v v − v r δ = − δ = o = b −1 (3.17) p v v rl Do v > 0 nên δ 0 δ p < Þ tr¿ng thái tr t
±ÿ l¿t hoàn toàn (bánh xe bß hãm c n ÿ g không quay,
xe và bánh xe v¿n chuyßn ßng tßnh ti¿n), ta có: v v ≠ , 0ω = 0ó = → ∞ b r l ω b v ω = r = 0 ó v = v −v = v o b b δ o
Thay vào (3.9) suy ra: δ = 1 (tr t ±ÿ l¿t hoàn toàn) p − 34
3.3. ÞNG LþC HÞC CHUYÞN ÞNG CþA BÁNH XE
Chúng ta s¿ kh¿o sát lÿc và mômen tác dÿng lên bánh xe ang ln trên ng ±ß khi không có l c
ÿ ngang tác dÿng d±ßi các bánh xe. Trong
thÿc t¿, s¿ có ba tr¿ng thái chuyßn ßng khác nhau ß các bánh xe: − Bánh xe bß ng không phanh ( ß tr¿ng thái bß ng) ß . − Bánh xe chÿ ng và ß
ang có lÿc kéo (tr¿ng thái kéo). − Bánh xe bß ng ho ß
¿c chÿ ßng ang bß phanh (tr¿ng thái phanh)
3.3.1.Bánh xe bß ßng không bß phanh (M k = 0, Mp = 0)
Khi ó, bánh xe s¿ chßu các l c ÿ sau ây: T
ÿ khung xe: T¿i trßng th¿ng ÿng, ký hißu Gb và l c ÿ ¿y ¿t t¿i
tâm trÿc cÿa bánh xe, h ng t ±ß
heo chißu chuyßn ßng, ký hi u F ß x.
Tÿ ±ßng tác dÿng lên các bánh xe các ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n mà hÿp lÿc cÿa chúng ký hi u
ß là X và các ph¿n lÿc pháp tuy¿n mà hÿp lÿc cÿa chúng ký hi u l ß à Z. Ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n X ¿
xu t hißn là do t¿i tâm trÿc bánh xe tßn t¿i
lÿc Fx. Lÿc này có xu h ng ±ß
¿y v¿t ti¿p xúc giÿa ±ßng vßi lßp vß phía tr±ßc theo chi u ß chuyßn ng. ß
Do ó t¿i v¿t ti¿p xúc s¿ xu¿t hi n ß l c ÿ X chßng l¿i sÿ dßch chuy n
ß ó. Xét vß giá trß ta có: X = Fx; Z = Gb Vßi:
Z – Ph¿n lÿc th¿ng góc cÿa ng t ±ß
ác dÿng lên bánh xe. Gb – Trßng l ng t ±ÿ
ác dÿng lên bánh xe. Ph¿n lÿc X ng c ±ÿ chi u
ß chuyßn ßng cÿa xe và c ±ÿ coi là l c ÿ c¿n
ln Ff. Lÿc c¿n ln ph¿i c
±ÿ kh¿c phÿc bßi lÿc Fx. Nh v ± ¿y ta có: X = Ff (3.18) Ff = f.Z (3.19) Vßi f là h s ß ß c¿n ln.
Ph±¡ng trình cân b¿ng mômen t¿i tâm bánh xe: Z.a = Ff. r= f.Z.r = Mf (3.20)
Vßi Mf là mômen c¿n ln. 35
Hình 3.5: Lÿc và mômen tác dÿng lên bánh xe bß ßng. T hì
ÿ nh 3.5 ta rút ra quan hß: tg α = a/r = F f/Z = f (3.21)
3.3.2.Bánh xe chÿ ßng và ang có lÿc kéo (M k ≠ 0, Mp = 0) Mômen chÿ n ß g Mk cùng chi u ß vßi ω . M ¿ ß ¿ ÿ b k cân b ng v i c p l c Fk, mßt ¿t t¿i i m ß ti¿p xúc gi a
ÿ bánh xe vßi m¿t ±ßng, mßt ¿t t¿i tâm
bánh xe, tÿc là: Mk = Fkr. Cân b¿ng lÿc theo chi u t ß h¿ng ÿng: Z = Gb (3.22)
Hình 3.6: Lÿc và mômen tác dÿng lên bánh xe chÿ ßng. 36 Lÿc kéo ti¿p tuy¿n: Fk = Mk/r (3.23)
Lÿc ¿y tßng cßng vào khung xe: Fx = Fk – Ff = X (3.24)
Vßi X là ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n cÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng. Khi kéo nó cùng chi u c ß huyßn ng. ß
3.3.3.Bánh xe bß ßng ho¿c chÿ ßng ang bß phanh (M k = 0, Mp ≠ 0) Mômen phanh Mp ng c ±ÿ chi u ß vßi ω . M ¿ ß ¿ ÿ b p cân b ng v i c p l c Fp, tÿc là: M p M = F r ó F = (3.25) p p ñ p rñ
Hình 3.7: Lÿc và mômen tác dÿng lên bánh xe ang phanh.
M¿t khác ta v¿n có: Z = G b. Cân b¿ng l c ÿ theo chi u n ß ¿m ngang ta có l c ÿ tác dÿng vào khung xe: Fx = Fp + Ff = X (3.26) Fp – Lÿc phanh.
Fx – Lÿc ¿y vào khung ng c ±ÿ chi u c ß huy n ß ng c ß ÿa xe.
X – Ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n, khi phanh nó ng± c ÿ chißu chuy n ß ßng cÿa xe.
F f – Lÿc c¿n l n.
r – Bán kính ßng lÿc hßc, có thß coi r ≈ rb (bán kính tính toán). 37 T c ÿ ác quan h l ß c
ÿ vÿa xét ß các bánh xe, ta th¿y: Lÿc ¿y (truyßn)
vào khung xe không ph¿i là lÿc Fk (ho¿c l c
ÿ Fp) mà là ph¿n lÿc ti¿p tuy¿n X = Fx, cÿ th l ß à: X = Mk/r – Ff (khi kéo) (3.27) X = Mp/r + Ff (khi phanh) (3.28) Th c ÿ nghi m
ß ã chÿng tß Ff không phÿ thußc vào Mk và Mp. ß th ß
ß hình 3.8 cho th¿y rõ các tr¿ng thái chuyßn ßng cÿa bánh xe. Theo qui
±ßc vß chißu, Mp < 0; Fp < 0; Mf < 0; Ff < 0; Mk>0; Fk >0.
Các tr¿ng thái chuyßn ng c ß ÿa bánh xe:
− Þ tr¿ng thái phanh: Mp < 0, Fp < 0, X = Fp + Ff < 0.
− Þ tr¿ng thái bß ßng: Mk = 0, Mp = 0, X = Ff < 0.
− Þ tr¿ng thái trung tính: 0 < Mk < M , 0 < F F , F f k < f f < X < 0.
− Þ tr¿ng thái tÿ do: Mk = M , F F , X = 0. f k = f
− Þ tr¿ng thái kéo: Mk > M , F F , X = F F >0. f k > f k - f L u
± ý: Do ß ph¿n này chúng ta có qui ±ßc chi u ß cÿa các lÿc và
mômen nên ph¿i sÿ dÿng d¿u giá trß tuy t ß i ß ß các công thÿc.
Hình 3.8: Các tr¿ng thái chuy n ß ng c ß ÿa bánh xe. 38
3.4. S¡ Þ TRUYÞN NNG L¯þNG Tþ BÁNH XE TÞI M¾T ¯ÞNG Nng l±ÿng tÿ ng ß
c¡ truyßn ¿n các bánh xe chÿ ßng thông qua hß thßng truy n
ß lÿc. Sau ó, nng l ng ±ÿ t ÿ các bánh xe c ±ÿ truyßn tßi m¿t ng. T ±ß
ùy thußc vào tr¿ng thái chuyßn ng ß cÿa bánh xe, s¿ tßn t¿i nhÿng dòng nng l ng sau ±ÿ
ây. Hình 3.9 dißn t¿ các dòng công su¿t cho ba tr¿ng thái chuyßn ng ch ß ÿ y¿u cÿa bánh xe:
− Dòng công su¿t ß bánh xe bß ßng (hình 3.9.a).
− Dòng công su¿t ß bánh xe chÿ ßng (hình 3.9.b).
− Dòng công su¿t ß bánh xe ang phanh (hình 3.9.c).
Hình 3.9: Các dòng nng l±ÿng i
ß vßi các tr¿ng thái chuyßn ßng cÿa bánh xe. a – Bánh xe bß ng; ß
b – Bánh xe chÿ ßng; c – Bánh xe ang phanh. Khi kh¿o sát nng l n
±ÿ g truyßn tÿ bánh xe tßi m¿t ng, ±ß s¿ xu¿t
hißn 3 d¿ng công su¿t sau ây:
Công su¿t trên trÿc cÿa bánh xe: Pk ho¿c Pp Trong tr ng h ±ß
ÿp bánh xe chÿ ßng ang có l c ÿ kéo, mômen Mk và
v¿n tßc góc bánh xe Ë cùng chißu, cho nên công su¿t P ¿ ±¡ b k s là d ng: Pk = Mk.Ë > 0 b 39
Trong tr±ßng hÿp bánh xe ang bß phanh, mômen Mp và v¿n tßc
góc bánh xe Ë ng±ÿc chi u, cho nên công su ß ¿t P ¿ b p s là âm: Pp = Mp. Ë < 0 b
Công su¿t truyßn qua ß trÿc cÿa bánh xe: Px Px = Fx.v Trong tr ng h ±ß ÿp bánh xe chÿ ng ß
ang có lÿc kéo, Fx và v ng c ±ÿ
chißu nhau. Bßi v¿y công su¿t Px ±ÿc coi là âm vì nó truyßn khßi bánh
xe. ây là dòng công su¿t truy n l
ß ên khung xe và ¿y xe ch¿y tßi.
Trong tr±ßng hÿp bánh xe ang bß phanh, Fx và v cùng chi u. ß Bßi
v¿y, công su¿t Px ±ÿc coi là d±¡ng và dòng công s ¿ u t này c ±ÿ truyßn tßi bánh xe, sau ó s¿ c
±ÿ tiêu hao chÿ y¿u trong c¡ c¿u phanh.
Công su¿t tßn hao: Pm
Vì Pm là công su¿t m¿t mát nên nó có giá trß âm.
Khi bánh xe chuyßn ßng ßn nh, ß
Pk > 0, Px < 0, Pm < 0 nên ta có
ph±¡ng trình cân b¿ng nng l ng: ±ÿ Pk – Px – Pm = 0 (3.29) Tÿ ó ta có:
Pm = Pk – Px = Mk ωb – Fx v = Fk v0 – (Fk – Ff)v = Ff v + Fk (v 0 – v)
= Ff v + Fküv – v 0ü = Pf + Fküv δü= P f + Pδ (3.30) Trong ó:
v0 – V¿n tßc lý thuy¿t.
v – V¿n tßc thÿc t¿. vδ – V¿n tßc tr t ±ÿ .
Pf = Ff.v : là công su¿t c¿n ln, có giá trß âm.
Pδ = Fk. v : là công su¿t tr t ±ÿ quay. ·
N¿u bánh xe ang bß phanh thì Fk s¿ ±ÿc thay b¿ng Fp, lúc ó:
Pδ = Fp. v : là công su¿t tr t ±ÿ l¿t. ·
L±u ý r¿ng Pδ luôn có giá trß âm, bßi vì khi tr t ±ÿ quay, Fk >0, còn v <0, ng±ÿc l¿i khi tr t ±ÿ l¿t, F v >0. · p <0, còn ·
Dß th¿y r¿ng: Công su¿t c¿n ln luôn tßn t¿i khi bánh xe ln, còn công su¿t tr t
±ÿ chß có khi có lÿc Fk (ho¿c Fp), t c ÿ là chß khi có mômen
Mk (ho¿c Mp) tác dÿng lên bánh xe. Khi xe chuyßn ßng (tr¿ng thái kéo) 40 trên ng c ±ß
ÿng, thông th±ßng v¿n tßc tr t
±ÿ khá nhß, nên công su¿t tr t ±ÿ có th
ß bß. Khi xe chuyßn ßng trên n
±ß g ¿t mßm (±ßng ßa hình), không th b ß ß qua công su¿t tr t ±ÿ .
3.5. KHÁI NIÞM VÞ KH¾ NNG BÁM, HÞ SÞ BÁM VÀ LþC BÁM 3.5.1. Kh¿ nng bám ißu ki n ß
ß ô tô có thß chuyßn ng ß c
±ÿ là ß các bánh xe chÿ ßng ¿
ph i có mômen xo¿n chÿ ßng truyßn ¿n và t¿i ß b m¿t ti¿p xúc
giÿa bánh xe và m¿t ±ßng ph¿i có ß bám nh¿t nh. ß N¿u ß bám nhß thì bánh xe có th ß bß tr± t
ÿ quay khi ß bánh xe có mômen chÿ ßng lßn ho¿c bánh xe bß tr t
±ÿ l¿t khi ß bánh xe có mômen phanh lßn.
Nh± v¿y, kh¿ nng bám là kh¿ nng bánh xe chuyßn ßng bình th±ßng không có tr t ±ÿ quay d i
±ß tác dÿng cÿa mômen chÿ ng ß ho¿c không có tr t
±ÿ l¿t khi bánh xe ang chßu mômen phanh. 3.5.2. Hß sß bám
ß bám giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng c
±ÿ ¿c tr±ng bßi hß sß bám. Tùy theo chi u ß cÿa ph¿n l c
ÿ m¿t ±ßng tác dÿng lên bánh xe mà h ß s ß
bám s¿ có tên gßi khác nhau. N¿u xét kh¿ nng bám theo chißu dßc (khi
d±ßi bánh xe chß có ph¿n l c
ÿ dßc: lÿc kéo ho¿c lÿc phanh) thì h ß sß bám
±ÿc gßi là hß sß bám dßc ϕ và c ±ÿ nh ngh ß )a nh± sau: x F kmax ϕ = (3.31) x Gb
Fkmax – Lÿc kéo ti p t ¿ uy¿n cÿc i
¿ giÿa bánh xe v i ß m¿t ±ßng.
Gb – T¿i trßng th¿ng ng ÿ
tác dÿng lên bánh xe ( c
±ÿ gßi là trßng l±ÿng bám).
N¿u xét kh¿ nng bám theo chi u ß ngang (khi d± i ß bánh xe chß có ph¿n l c ÿ ngang Yb) thì h ß sß bám c
±ÿ gßi là hß sß bám ngang ϕ và y
±ÿc ßnh ngh)a nh± sau: Y b max ϕ = (3.32) y Gb
Ybmax – Ph¿n lÿc ngang cÿc ¿i cÿa m¿t ±ßng tác dÿng lên bánh xe.
Tr±ßng hÿp tßng quát, khi d±ßi bánh xe có tác dÿng n ß g thßi c¿ ph¿n l c ÿ dßc Xb và ph¿n l c
ÿ ngang Yb, ph¿i xét kh¿ nng bám theo chi u ß 41 cÿa vect¡ lÿc 2 2 Q =
Xb +Yb , là hÿp lÿc cÿa Xb và Yb. Lúc này, h ß sß bám c ±ÿ gßi là h s
ß ß bám tßng quát ϕ và ±ÿc ßnh ngh)a nh± sau: tq û 2 2 þ ü X + ÿ b Yb max Q ý Ā max ϕ = = (3.33) tq G G b b
Vßi: Qmax – Giá trß cÿc ¿i cÿa l c ÿ Q
Thông th±ßng, chúng ta th±ßng xuyên s
ÿ dÿng hß sß bám dßc ϕ , x nên nó còn có thß c
±ÿ ký hißu ¡n gi¿n là ϕ .
Các y¿u tß ¿nh h±ßng ¿n hß sß bám:
Hß sß bám ϕ giÿa bánh xe chÿ ßng vßi m¿t ng ±ß tr c ±ß h¿t phÿ thußc vào nguyên li u l ß àm ng, ngu ±ß yên li u c ß
h¿ t¿o lßp, tình tr¿ng m¿t
±ßng, k¿t c¿u cÿa hoa lßp, t¿i trßng tác dÿng lên bánh xe, áp su¿t lßp… Sau ây là mßt sß
ß thß chß sÿ phÿ thußc cÿa hß sß bám ϕ vào áp su¿t lßp q, tßc d ß ßch chuyßn v, ¿ ph n lÿc th¿ ÿ
ng ng tác dÿng lên bánh xe Zb và t
ß r±ÿt cÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng δ (hình 3.10). ( δ %)
Hình 3.10: Các y u t ¿ ß ¿nh h±ßng n h ¿ s ß ß bám. 42 1. ±ßng khô 2. ±ßng t ±ß .
a. ¾nh h±ßng cÿa áp su¿t trong lßp. b. ¾nh h ng c ±ß
ÿa tßc ß chuyßn ßng cÿa ô tô. c. ¾nh h ng c ±ß
ÿa ph¿n lÿc th¿ng ng t ÿ
ác dÿng lên bánh xe. d. ¾nh h ng c ±ß ÿa ß tr t ±ÿ cÿa bánh xe v i ß m¿t ±ßng. 3.5.3. Lÿc bám Tÿ nh ß ngh)a cÿa h
ß sß bám dßc, chúng ta có thß xác ßnh c ±ÿ
lÿc kéo ti¿p tuy¿n cÿc ¿i theo ißu ki n ß bám gi a ÿ bánh xe chÿ ßng vßi m¿t ng nh ±ß ± sau: F = ϕ G (3.34) kmax x b N¿u gßi Zb là ph¿n l c ÿ th¿ng ÿng tÿ m¿t ng ±ß tác dÿng lên bánh xe thì: Zb = Gb (3.35)
Lúc ó lÿc bám dßc F ±ÿc xác ßnh nh± sau: ϕ x F = ϕ Z (3.36) ϕx x b ß cho bánh xe chÿ ng ß không bß tr t ±ÿ quay, l c ÿ kéo ti¿p tuy¿n
cÿc ¿i ß bánh xe ó ph¿i nhß h¡n ho¿c b¿ng lÿc bám dßc gi a ÿ bánh xe vßi m¿t ±ßng: F ≤ F (3.37) kmax x ϕ
N¿u bánh xe ang phanh, ß bánh xe không bß tr t ±ÿ l¿t thì l c ÿ
phanh cÿc ¿i ß bánh xe ó ph¿i nhß h¡n ho¿c b¿ng lÿc bám dßc: Fpmax ≤ F x (3.38) ϕ
Khi d±ßi bánh xe có ph¿n lÿc ngang tác dÿng, kh¿ nng bám theo chißu ngang c ±ÿ th
ß hißn qua lÿc bám ngang F : y ϕ F = ϕ Z (3.39) ϕ y y b
ß cho bánh xe không bß tr t ±ÿ ngang, ph¿n l c ÿ ngang c c ÿ ¿i ph¿i
nhß h¡n ho¿c b¿ng lÿc bám ngang: Y ≤ F (3.40) bmax ϕ y 43
Trong tr±ßng hÿp tßng quát, khi d i
±ß bánh xe có tác dÿng ßng
thßi c¿ ph¿n lÿc dßc Xb và ph¿n lÿc ngang Yb, kh¿ nng bám theo chißu cÿa vect¡ hÿp lÿc Q c ±ÿ th hi
ß ßn qua lÿc bám tßng quát F : ϕ t F = ϕ Z (3.41) ϕ t tq b
Lúc này, ß cho bánh xe không bß tr t ±ÿ theo h n ±ß g cÿa vect¡ hÿp
lÿc Q, ph¿n lÿc tßng hÿp Q c c
ÿ ¿i ph¿i nhß h¡n ho¿c b¿ng lÿc bám tßng quát: û 2 2 þ Q =ü X + ÿ b Y b ≤ F (3.42) max max ý Ā ϕ t Tÿ các bi u ß th c
ÿ trên, lÿc bám F theo mßt chi u ß nào ó s¿ t ÿ lß ϕ thu¿n vßi h
ß sß bám ϕ theo chißu ó và Zb (ho¿c trßng l n ±ÿ g bám Gb ). N¿u xét theo chi u ß dßc (chi u
ß chuyßn ßng cÿa xe) thì lÿc kéo cÿc
¿i Fkmax bß gißi h¿n bßi l c
ÿ bám F . N¿u mußn sÿ dÿng toàn bß l c ÿ kéo x ϕ
tÿ ßng c¡ truyßn xußng
ß th¿ng các lÿc c¿n chuyßn ßng thì c¿n ph¿i tng l c ÿ bám. ß tng l c
ÿ bám, chúng ta ph¿i tng hß sß bám ho¿c trßng
l±ÿng bám, và tßt nh¿t là tng c¿ hai y¿u tß ó. ß tng h ß sß bám, ng±ßi ta th n
±ß g sÿ dÿng lßp có v¿u cao. ß tng trßng l n
±ÿ g bám, ng±ßi ta s¿ thi¿t k¿ xe có nhißu c¿u chÿ ßng nh¿m s ÿ dÿng toàn bß trßng l n ±ÿ g cÿa xe làm trßng l n ±ÿ g bám.
3.6. ¾C TÍNH TR¯þT CþA BÁNH XE KHI KÉO VÀ KHI PHANH Khi giá trß l c
ÿ kéo Fk (ho¿c lÿc phanh Fp) tác dÿng lên bánh xe thay
ßi, ß tr±ÿt giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng cing thay ßi theo. Sÿ phÿ thußc cÿa h ß sß tr t
±ÿ vào các lÿc Fk ho¿c X: δ (Fk); δ (X) c ±ÿ bi u ß di n ß
ß hình 3.11 trong c¿ hai vùng: vùng tr±ÿt quay và vùng tr t ±ÿ l¿t.
Hình 3.11: ¿c tính tr t
±ÿ toàn bß cÿa lÿc Fk và X. 44 Thông th n ±ß g thay cho các l c ÿ , ng i
±ß ta sÿ dÿng các thông sß không th nguyên ÿ
µx và µk; vßi ßnh ngh)a sau:
µx = X/ Z ±ÿc gßi là h s
ß ß lÿc vòng (lÿc ti p t ¿ uy¿n).
µk = F k/ Z ±ÿc gßi là h s ß ß lÿc kéo. Þ ây:
X – Ph¿n lÿc ti¿p tuy n t
¿ ác dÿng lên bánh xe.
Z – Ph¿n lÿc pháp tuy n t
¿ ác dÿng lên bánh xe.
Lúc ó các quan hß µx(δ) ho¿c µk(δ) c
±ÿ gßi là các ¿c tính tr t ±ÿ và chúng c ±ÿ bi u di ß n t ß rên hình 3.12.
Hình 3.12: Các c ¿ tính tr t
±ÿ cÿa các bánh xe.
a – Bánh xe chÿ ßng.
b – Bánh xe ang phanh.
fo – Hß sß c¿n ln cÿa bánh xe bß ßng.
ßi vßi bánh xe chÿ ßng, ¿c tính tr±ÿt th±ßng bao gßm các mßi
quan hß µx(δ) xác ßnh t ÿ l c ÿ X và µk(δ) xác nh ß t ÿ mômen xo¿n Mk.
¿c tính này có ý ngh)a quan trßng ¿c bißt ßi vßi các xe chuyßn ßng trên ng ±ß ¿t m m ß ho¿c khi kh¿o sát v
ß “ Hß thßng tÿ ßng ißu khi n ß
lÿc kéo ”. Trong các ¿c tính này, khi µx và µk tng, hß sß c¿n ln f = µk– µx s¿ tng theo.
ßi vßi bánh xe ang phanh, thông th±ßng ¿c tính tr±ÿt cho ß d¿ng quan hß µx(δ). c ¿ tính tr t
±ÿ khi phanh có ý ngh)a quan trßng khi nghiên cÿu v “ ß H t
ß hßng phanh chßng hãm cÿng ABS “. 45
ß ¿c tr±ng cho mÿc ß bi¿n thiên cÿa các ±ßng cong tr±ÿt
ng±ßi ta ±a ra khái nißm gßi là ß c ng ÿ tr t ±ÿ C ho¿c ß c ng ÿ tr t ±ÿ δ riêng Cδr. Chúng c ±ÿ nh ngh ß )a nh s ± au: F ∂ µ ∂ C k x δ = ; Cδr = (3.43) ∂· ∂·
Trong tr±ß ng hÿp ß tr±ÿt không lßn, ta có thß coi ¿c tính tr±ÿt là
tuy¿n tính, lúc ó có thß vi¿t: F M µ C k k x δ = = ; C (3.44) · ·.r δr = · b
3.7. BI¾N D¾NG CþA BÁNH XE ÀN HÞI KHI CHÞU TÁC
DþNG CþA LþC NGANG. GÓC LÞCH H¯ÞNG
Khi các bánh xe ln không có lÿc ngang Fy tác dÿng, bánh xe chß
chßu tác dÿng cÿa lÿc Gb, lÿc ¿y Fx, lÿc c¿n ln Ff. ißm B cÿa lßp s¿
ti¿p xúc vßi ±ß ng t¿i B1, ißm C ß C1… Qiy ¿o cÿa m¿t ph¿ng quay
c ÿa bánh xe trùng vßi ±ßng th¿ng AA1. V¿t ti¿p xúc cÿa bánh xe trùng
vßi ±ßng ßi xÿng qua m ¿t ph¿ng d ßc cÿa bánh xe (ph¿n g¿ch chéo trên hình 3.13a).
Khi có lÿc ngang tác d ÿng (lÿc Fy trên hình 3.13b), bánh xe ln bß
bi¿n d¿ng, các thß lßp bß ußn cong, m¿t ph¿ng giÿa cÿa bánh xe bß dßch
chuyßn so vßi tâm cÿa v¿t ti¿p xúc mßt o¿n b1. Khi bánh xe ln, ißm
B cÿa lßp l¿n l±ÿt ti¿p xúc vßi ±ßng ß ißm B2, ißm C t¿i ißm C2…
K ¿t qu¿ là các bánh xe ln lßch theo h±ßng AA2, m¿t ph¿ng quay cÿa
bánh xe v¿n giÿ nguyên vß trí cÿa mình, do ó s¿ t¿o vßi h±ßng chuyßn
ßng cÿa bánh xe mßt góc δ , ±ßng tâm cÿa v¿t ti¿p xúc trùng vßi
h±ßng chuyßn ßng cing t¿ o vßi m¿t ph¿ng quay cÿa bánh xe mßt góc
δ . Sÿ ln cÿa bánh xe nh± v¿y gßi là sÿ ln lßch và góc δ gßi là góc
lßch h±ßng (góc lßch bên).
Trong quá trình bánh xe ln lßch, các ph¿n tÿ lßp ß khu vÿc phía
tr±ßc cÿa v¿t ti¿p xúc (khu vÿc kk trên hình 3.13b) bß bi¿n d¿ng ngang
nhß h¡n so vßi các ph¿n tÿ lßp ß phía sau (khu vÿc nn) vì v¿y các ph¿n
lÿc ngang riêng ph¿n ß ph¿ n tr±ßc v¿t ti¿p xúc s¿ nhß h¡n ß ph¿n sau.
H ÿp l ÿc Yb cÿa ph¿n lÿc ngang có trß sß b¿ng Fy và bß dßch chuyßn ra
phía sau so vßi tâm cÿa v¿t ti¿p xúc mß t o¿n c1.
Do ó, bánh xe àn hßi ln có tác dÿng c ÿa lÿc ngang Fy s¿ chßu
thêm mßt mômen do sÿ dßch chuyßn cÿa ph¿n lÿc X b và Yb so v ßi tâm
c ÿa v¿t ti¿p xúc cÿa lßp. 46