Chương 4: Cơ học chuyển động thẳng của ô Tô | 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 chuyển động thẳng của ô tô, Khảo sát các lực và moomen tác dụng lên xe, đồng thời giải mối quan hệ giữa các lực tác dụng lên xe với các giá trị động học chuyển động của nó như gia tốc, vận tốc... 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 4
C¡ HÞC CHUYÞN ÞNG TH¾NG CþA Ô TÔ
Mÿc ích:Trong ch±¡ng này, chúng ta s¿ nghiên cÿu chuyßn ßng
th¿ng cÿa ô tô, kh¿o sát các l c
ÿ và mômen tác dÿng lên xe, ßng thßi gi¿i mßi quan hß giÿa các l c
ÿ tác dÿng lên xe vßi các giá trß ßng hßc chuyßn ßng cÿa nó nh± ¿ v n tßc, gia tßc …
Mÿc tiêu: Sau khi hßc xong ch±¡ng này, các sinh viên có kh¿ nng: Nêu c
±ÿ các lÿc tác dÿng lên ô tô trong tr±ßng hÿp chuyßn ßng tßng quát. Gi¿i thích c
±ÿ các khái nißm vß các lÿc riêng và các công su¿t t±¡ng ÿng. Trình bày c
±ÿ ph±¡ng trình cân b¿ng l c ÿ kéo, ph±¡ng trình cân
b¿ng công su¿t, ¿c tính ßng lÿc hßc cÿa ô tô và các ß thß t±¡ng ÿng. N¿m c
±ÿ ph±¡ng pháp xác ßnh các thông sß ßng l c ÿ hßc c¡
b¿n cÿa ô tô: vmax, imax, jmax b¿ng ß thß và b¿ng tính toán. Trình bày c
±ÿ các ¿c tính tng tßc cÿa ô tô. Các gi¿ thuy t ¿ ban u ¿ :
Sÿ dÿng ¿c tính ngoài cÿa ßng c¡. Bß qua sÿ tr t
±ÿ giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng.
Tr±ßng hÿp truyßn ßng tÿ ßng c¡ ¿n nhißu bánh xe chÿ ßng
thì chúng ta v¿ncoi chß có mßt ±ßng truyßn công su¿t tÿ ßng c¡ ¿n khung xe.
Chß xét hß thßng truyßn l c ÿ thu¿n c¡ khí.
4.1. CÁC LþC VÀ MÔMEN TÁC DþNG LÊN Ô TÔ TRONG TR¯ÞNG HþP CHUYÞN N
Þ G TÞNG QUÁT. LþC RIÊNG VÀ
CÁC CÔNG SU¾T T¯¡NG þNG
4.1.1. Các lÿc và mômen tác dÿng lên ô tô khi chuyßn n ß g tßng quát
Chúng ta xét chuyßn ßng ô tô ß d¿ng tßng quát tÿc là khi ô tô
chuyßn ßng trên ±ßng dßc không ßn ßnh (có gia tßc) và có lÿc c¿n ß móc kéo. 49
Hình 4.1: S¡ ß các lÿc và mômen tác dÿng lên ô tô khi chuyßn ßng lên dßc.
Hình 4.1 trình bày s¡ ß các lÿc và mômen tác dÿng lên ô tô ang
ang chuyßn ßng tng tßc ß trên dßc. Ý ngh)a cÿa các ký hißu ß trên hình v¿ nh s ± au:
G – Trßng l±ÿng toàn bß cÿa ô tô.
Fk – Lÿc kéo ti¿p tuy¿n ß các bánh xe chÿ ßng.
Ff1 – Lÿc c¿n ln c
ß ác bánh xe bß ßng.
Ff2 – Lÿc c¿n ln c
ß ác bánh xe chÿ ßng.
F – Lÿc c¿n không khí. Ë
Fi – Lÿc c¿n lên dßc.
Fj – Lÿc c¿n quán tính khi xe chuyßn ßng không ßn ßnh (có gia tßc). Fm – Lÿc c¿n m ß óc kéo.
Z1, Z2 – Ph¿n lÿc pháp tuy¿n cÿa m¿t ±ßng tác dÿng lên các bánh xe
ß c¿u tr±ßc, c¿usau.
Mf1– Mômen c¿n ln ß các bánh xe c¿u tr±ßc.
Mf2 – Mômen c¿n ln ß các bánh xe c¿u sau.
Mj1, Mj2 – Mômen quán tính c
ß ác bánh xe c¿u tr± c ß , c¿u sau. 50
α – Góc dßc cÿa m¿t ±ßng.
Sau ây ta s¿ kh¿o sát giá trß cÿa các lÿc và mômen vÿa nêu trên:
Lÿc kéo ti¿p tuy¿n Fk Fk là ph¿n l c
ÿ tÿ m¿t ±ßng tác dÿng lên bánh xe chÿ ßng theo
chißu cùng vßi chißu chuyßn ßng cÿa ô tô. )ißm ¿t cÿa F k t¿i tâm cÿa
v¿t ti¿p xúc giÿa bánh xe vßi m¿t ±ßng: M M i · k e t F = = (4.1) k r r b b
Lÿc c¿n ln Ff
Khi bánh xe chuyßn ßng trên m¿t ±ßng, s¿ có l c ÿ c¿n ln tác
dÿng song song vßi m¿t ±ßng và ng c
±ÿ vßi chißu chuyßn ßng t¿i vùng ti¿p xúc gi a
ÿ bánh xe vßi m¿t ±ßng.
Hình 4.1 bißu thß lÿc c¿n ln tác dÿng lên các bánh xe tr±ßc là Ff1
và lên các bánh xe sau là Ff2.
Lÿc c¿n ln phát sinh là do có sÿ bi¿n d¿ng cÿa lßp vßi ±ßng, do
sÿ t¿o thành v¿t bánh xe trên ±ßng và do ma sát ß bß m¿t ti¿p xúc giÿa lßp vßi ±ßng.
)ß ¡n gi¿n, ng±ßi ta coi lÿc c¿n ln là ngo¿i l c ÿ tác dÿng lên bánh
xe khi nó chuyßn ßng và c
±ÿ xác ßnh theo công thÿc: Ff = Ff1 + Ff2 (4.2) Vßi Ff là l c ÿ c¿n ln cÿa ô tô.
Lÿc c¿n ln ß các bánh xe tr±ßc và sau là: Ff1 = Z1f1 ;Ff2 = Z2f2 (4.3)
Vßi f 1, f2 là hß sß c¿n ln ß bánh xe tr±ßc và sau.
Þ ây n¿u coi hß sß c¿n ln ß các bánh xe tr±ßc và sau là nh± nhau
thì f1 = f2 = f. Lúc ó ta có: Ff =(Z1 + Z2)f = fG cosα (4.4)
Khi xe chuyßn ßng trên m¿t ±ßng có ß dßc nhß, góc α khá nhß
nên có thß coi cos α = 1 ho¿c khi m¿t ±ßng n¿m ngang, ta có: F = fGcos α = fG (4.5) f
Lÿc c¿n ln và các lÿc c¿n khác ±ÿc quy ±ßc là d±¡ng khi tác
dÿng ng±ÿc chißu chuyßn ßng cÿa xe. Ngoài ra, hß sß c¿n ln còn phÿ 51
thußc vào nhißu y¿u tß khác nhau. V¿n ß này s¿ c ±ÿ trình bày kÿ ß ch±¡ng ti¿p theo.
Mômen c¿n ln Mf Mômen c¿n ln cÿa ô tô c ±ÿ tính:
Mf = Mf1 + Mf2 = Z1fr + Z2fr = Gfr cosα (4.6) ñ
Mf1, Mf2 – Mômen c¿n ln c
ß ác bánh xe c¿u tr c ±ß và c¿u sau.
r – Bán kính ng l ß
ÿc hßc cÿa bánh xe.
N¿u xe chuyßn ßng trên ±ßng ngang thì: M f = F fr = Gfr (4.7)
Lÿc c¿n lên dßc Fi
Khi xe chuyßn ßng lên dßc, trßng l±ÿng G ±ÿc phân tích ra
hai thành ph¿n: lÿc G cosα vuông góc vßi m¿t ±ßng và lÿc G sin α
song song vßi m¿t ±ßng. Thành ph¿n G co α s tác dÿng lên m¿t
±ßng và gây nên các ph¿n lÿc pháp tuy¿n cÿa ±ßng tác dÿng lên các
bánh xe là Z1 và Z2. Thành ph¿n thÿ hai G sin α c¿n l¿i sÿ chuyßn
ßng cÿa xe khi lên dßc và ±ÿc gßi là lÿc c¿n lên dßc F i: Fi = Gsin α (4.8)
Mÿc ß dßc cÿa m¿t ±ßng ±ÿc thß hißn qua góc dßc α ho¿c qua ß dßc i: i = tg α (4.9) N¿u α < o
5 thì có thß coi: i = tgα = sin α và khi ó ta có: Fi = Gsin α = Gi (4.10)
Khi xe xußng dßc, lÿc F i s¿ cùng chißu chuyßn ßng cÿa xe và Fi
trß thành lÿc ¿y (lÿc chÿ ßng). Bßi v¿y, khi xe lên dßc thì F i trß
thành lÿc c¿n s¿ có d¿u (+), còn khi xußng dßc thì F i trß thành lÿc ¿y
s¿ có d¿u (-) trong công thÿc (4.10).
Ngoài ra, ng±ßi ta còn dùng khái nißm lÿc c¿n tßng cßng cÿa ±ßng F là tßng cÿa l c ÿ c¿n ln và l c ÿ c¿n lên dßc: ψ F = F ± F = G ± ≈ ± (4.11) ψ f i (fcos³ sin³) G(f i)
)¿i l±ÿng f ± i ±ÿc gßi là hß sß c¿n tßng cßng cÿa ±ßng và ký hißu là ψ : 52 ψ = f ± i (4.12) Bßi v¿y: F = G(fcos³ s ± in ) ³ ≈ G Ë (4.13) ψ
Lÿc c¿n không khí F Ë
Khi ô tô chuyßn ßng, lÿc c¿n không khí xu¿t hißn bßi các lÿc khí
ßng hßc. Trong ó chi¿m mßt ¿
ph n lßn là lÿc c¿n do hình d¿ng cÿa xe
(kho¿ng 80 ÷ 90%), sau ó là thành ph¿n gây ra do ¿nh h±ßng cÿa xoáy
lßc (10 ÷ 15%), cußi cùng là thành ph¿n t¿o ra do ma sát giÿa bß m¿t xe và không khí (4 ÷ 10%).
Lÿc c¿n không khí tß lß vßi áp su¿t ßng hßc qd, dißn tích c¿n gió S
và hß sß c¿n cÿa không khí Cx theo bißu thÿc sau: 1 2 2 FË = C q S = C Ã Sv = 0,625C Sv (4.14) x d x o x o 2
ρ – Khßi l±ÿng riêng cÿa không khí (kg/m3), ß nhißt ß o 25 C
và áp su¿t 0,1013 MPa thì ρ =1,25kg/m3.
vo – V¿n tßc t±¡ng i
ß giÿa xe và không khí (m/s): v = v ±v (4.15) o g
v – V¿n tßc cÿa ô tô (m/s).
vg – V¿n tßc gió (m/s).
D¿u (+) ÿng vßi khi v ¿n tßc cÿa xe và cÿa gió ng±ÿc chißu.
D¿u (-) ÿng vßi khi v ¿n tßc cÿa xe và cÿa gió cùng chi ßu.
Khi tính toán, ng±ßi ta còn ±a vào khái nißm nhân tß c¿n không khí W có ¡n vß là Ns2/m2. W = 0,625CxS (4.16) Tÿ ó ta có: 2 F = Wv (4.17) Ë o
Lÿc c¿n không khí có ißm ¿t t¿i tâm cÿa lÿc khí ß ng hßc. Mßt
sß giá trß cÿa hß sß Cx và dißn tích c¿n gió S cÿa mßt sß xe ±ÿc cho ß b¿ng d±ßi ây: 53
B¿ng 4.1: Hß sß c¿n và di n t
ß ích c¿n không khí. Lo¿i xe Cx (Ns 2/m4) S (m2)
+ Ô tô du lßch (ô tô con) - Lo¿i th±ßng 0,35 ÷ 0,5 1,6 ÷ 2,5 - Lo¿i uôi xe cao 0,3 ÷ 0,45 1,5 ÷ 2,0 - Lo¿i mui tr¿n 0,5 ÷ 0,65 1,5 ÷ 2,0 + Ô tô t¿i - Lo¿i thùng hß 0,8÷ 1 4 ÷ 7 - Lo¿i thùng kín 0,6 ÷ 0,8 5 ÷ 8 + Ô tô khách 0,5 ÷ 0,7 5 ÷ 7
Lÿc c¿n quán tính Fj:
Khi ô tô chuyßn ßng không ßn ßnh, l c
ÿ quán tính cÿa các khßi
l±ÿng chuyßn ßng quay và chuyßn ßng tßnh ti¿n xu¿t hißn.
Lÿc quán tính này s¿ trß thành l c
ÿ c¿n khi xe chuyßn ßng nhanh
d¿n và trß thành lÿc ¿y khi xe chuyß ß
n ng ch¿m d¿n. )ißm ¿t cÿa lÿc
quán tính t¿i trßng tâm cÿa xe.
Lÿc quán tính ký hißu là Fj gßm hai thành ph¿n sau:
7 Lÿc quán tính do gia tßc các ß
kh i l±ÿng chuyßn ßng tßnh ti¿n cÿa ô tô, ký hißu là F’j.
7 Lÿc quán tính do gia tßc các khßi l±ÿng chuyßn ßng quay cÿa ô tô, ký hißu là F’’j. Bßi v¿y F j ±ÿc tính: Fj = F’j + F’’j (4.18) Lÿc F’j ±ÿc tính: F’ G j = j (4.19) g Vßi dv j =
là gia tßc tßnhti¿n cÿa ô tô. dt
Lÿc F’’j ±ÿc xác ßnh nh± sau: J · i · dË i · dË e e t n n n b 1 F" = + £J + £J (4.20) j n b r b dt rb dt r b 54
Jn – Mômen quán tính cÿa các chi ti¿t quay thÿ n nào ó cÿa hß thßng truy n l ß ÿc i ß v i
ß trÿc quay cÿa chính nó.
Jb – Mômen quán tính cÿa mßt bánh xe chÿ ßng i ß vßi trÿc quay cÿa chính nó.
i n – Tÿ sß truyßn tính tÿ chi ti¿t thÿ n nào ó cÿa hß thßng truy n ß lÿc t i
ß bánh xe chÿ ßng.
η − Hißu su¿t tính t ÿ chi ti¿t quay th
ÿ n nào ó cÿa hß thßng n truyßn lÿc t i
ß bánh xe chÿ ßng.
Je – Mômen quán tính cÿa khßi l±ÿng chuy n ß ng ß quay cÿa ßng c¡ quy d¿n v
ß trÿc khuÿu, có kß ¿n khßi l±ÿng chuy n ß ßng quay cÿa ph¿n chÿ ng l ß y h p. ÿ dω ε =
e − Gia tßc góc cÿa khßi l±ÿng chuyßn ßng quay cÿa ßng c¡. e dt
i t – Tÿ sß truy n c ß
ÿa hß thßng truyßn lÿc.
η − Hißu su¿t cÿa hß thßng truyßn lÿc. ω ω d d i dv e ε = = i b t = (4.21) e t dt dt r dt b dω i dv ε = i b n = (4.22) n n dt r dt b û 2 2 J i η i þ n η 1 e t n dv ü ÿ F ’’= + J Σ + J Σ j ü 2 n 2 b 2 ÿ (4.23) ý rb r b rb dt Ā
Thay (4.18) và (4.22) vào (4.17) ta có: þ û J i 2η + J Σ i 2η + J Σ þ ù F e t n n n b G j = ÿ1 + gú j (4.24) ÿ üü 2 ÿÿ Ā ý Gr Ā ú b û g 2 η
Þ ây bß qua ¿i l±ÿng i n n J Σ
vì kh ßi l±ÿng c ÿa chúng nhß h¡n n 2 rb
nhißu so vßi khßi l±ÿng bánh à và khßi l±ÿng các bánh xe. Chúng ta s¿ ¿t: û 2η + Σ þ J i J e t b δ =1 + g (4.25) i üü 2 ÿÿ ý Grb Ā Do ó: 55 G F = · j (4.26) j i g
Vßi δ là hß sß tính ¿n ¿nh h±ßng cÿa các khßi l ng ±ÿ chuyßn ßng i
quay. Ta có thß tính δ g¿n úng nh s ± au: i 2 δ = 1 05 , + 0 05 , i (4.27) i h
Lÿc c¿n ß móc kéo Fm
)ißm ¿t cÿa F m t¿i móc kéo, có ph±¡ng song song vßi m¿t ±ßng và c ±ÿ tính nh± sau: F = nQË (4.28) m
Q – Trßng l±ÿng toàn bß cÿa mßt r¡moóc. n – Sß l ng r ±ÿ m ¡ oóc c ±ÿ kéo theo.
Ë – Hß sß c¿n tßng cßng cÿa ±ßng.
4.1.2. Các lÿc riêng và các công su¿t t±¡ng ÿng
4.1.2.1. Các lÿc riêng
Khi c¿n so sánh ¿c tính ßng lÿc hßc cÿa các lo¿i xe khác nhau,
ng±ßi ta ph¿i dÿa vào các lÿc riêng tác dÿng lên ô tô. Chúng là các lÿc
tác dÿng lên ô tô tính trên mß t ¡n vß trß ng l±ÿng G cÿa xe và ±ÿc tính nh± sau:
Lÿc kéo ti¿p tuy¿n riêng Fkr: F M i · k e t Fkr= = (4.29) G Gr b
Lÿc c¿n ln riêng F fr: F fGcos³ F f = = fcos³ (4.30) fr = G G
Lÿc c¿n lên dßc riêng Fir: F Gsin³ F i = = sin³ (4.31) ir = G G
Lÿc c¿n quán tính riêng Fjr: Fj Gj · j F = = · i = (4.32) jr G i gG g 56
Lÿc c¿n không khí riêng F : Ër F 1 C Ã Sv 2 0,625C Sv 2 F Ë x o x o Ë = = = (4.33) r G 2 G G
Lÿc c¿n ß móc kéo riêng Fmr: F nQË F m mr = = (4.34) G G
Vßi các lÿc riêng này, chúng ta có thß vi¿t ph±¡ng trình cân b¿ng nh± sau:
Fkr= Ffr ± Fir + FËr ± F jr + Fmr (4.35)
4.1.2.2. Các công su¿t t±¡ng ÿng vßi các lÿc tác dÿng lên ô tô
Tÿ các công thÿc tính lÿc tác dÿng lên ô tô, chúng ta tính ±ÿc các
công su¿t t±¡ng ÿng do các lÿc ó sinh ra:
Công su¿t kéo ß các bánh xe chÿ ßng Pk (công su¿t chÿ ßng): M i ·v P = F v e t = = P · (4.36) k k r e b
Công su¿t c¿n ln Pf: P =F v = Gfvcos³ (4.37) f f
Công su¿t c¿n lên dßc Pi: P = F v = Gvsin³ (4.38) i i
Công su¿t c¿n không khí P Ë : 3 P = F v = 0,625C Sv (4.39) Ë Ë x
(Khi v¿n tßc cÿa gió nhß, có thß coi v o≈v).
Công su¿t c¿n quán tính Pj: G P F = v = · jv (4.40) j j g i
Công su¿t c¿n ß móc kéo Pm: P = nQËv (4.41) m
Cân b¿ng các công su¿t trên ta có thß vi¿t nh± sau: P = P ± P + P Ë ± P +P (4.42) k f i j m 57 L u
± ý r¿ng ß công su¿t P i d¿u (+ ) dùng khi xe lên dßc, d¿u (–)
dùng khi xe xußng dßc. Còn ß P j, d¿u (+) dùng khi xe tng tßc và d¿u (–) dùng khi xe gi¿m tßc.
Công su¿t kéo Pk do công su¿t cÿa ßng c¡ truyßn xußng dùng ß
kh¿c phÿc các công su¿t c¿n vÿa nêu trên. Công su¿t chÿ ßng dùng ß
kh¿c phÿc công su¿t c¿n t±¡ng ÿng có giá trß úng b¿ng công su¿t c¿n
ó. Bßi v¿y, các công su¿t c¿n ß v¿ ph¿i ¿
n u ÿng trên quan ißm là các
thành ph¿n cÿa công su¿t Pk thì chúng c ±ÿ gßi là:
Pf – Công su¿t tiêu hao cho lÿc c¿n l n.
Pi – Công su¿t tiêu hao cho lÿc c¿n lên dßc. P − ¿ ÿ ¿ Ë
Công su t tiêu hao cho l c c n không khí.
Pj – Công su¿t tiêu hao cho lÿc c¿n quán tính.
Pm – Công su¿t tiêu hao cho lÿc c¿n m ß óc kéo.
4.2. PH¯¡NG TRÌNH CÂN B¾NG LþC KÉO, PH¯¡NG TRÌNH
CÂN B¾NG CÔNG SU¾T, ¾C TÍNH N Þ G HÞC C A þ Ô TÔ VÀ CÁC T Þ HÞ T¯¡NG þNG
4.2.1. Cân b¿ng lÿc kéo cÿa ô tô
4.2.1.1. Ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc kéo
Lÿc kéo ti¿p tuy¿n ß các bánh xe chÿ ßng dùng ß kh¿c phÿc các
lÿc c¿n chuyßn ßng. Bißu thÿc cân b¿ng giÿa lÿc kéo ß các bánh xe chÿ
ßng và các lÿc c¿ ±ÿ n
c gßi là ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc kéo.
Xét tr±ßng hÿp tßng quát, ta có: F = F ± F + F ± F +F (4.43) k f i Ë j m Þ l c
ÿ Fi: d¿u (+) dùng khi xe lên dßc, d¿u (−) dùng khi xußng dßc. Þ l c
ÿ Fj: d¿u (+) dùng khi xe tng tßc, d¿u ( ) − dùng khi gi¿m tßc. Thay các giá trß các l c
ÿ vào ph±¡ng trình trên, ta nh¿n c ±ÿ : M i · e t 2 G = Gfcos³ ± Gsin³ + Wv ± · j+ nQË (4.44) r g i b
N¿u chúng ta tßng hÿp hai l c
ÿ c¿n Ff và Fi, ta s¿ ±ÿc lÿc c¿ntßng cßng cÿa ±ßng F : Ë F =F ± F = G ± = (4.45) ψ f i (fcos³ sin³) GË 58
G – Trßng l±ÿng toàn bß cÿa ô tô.
Ë – Hß sß c¿n tßng cßng cÿa ±ßng: Ë = fcos³ ±sin³ , n¿u o α < 5 có
thß coi: Ë = f± i.
i – ß dßc cÿa m¿t ±ßng: i = tg α . L±u ý:
7 )ß dßc i có giá trß (+) khi xe lên dßc, và giá trß (−) khi xe xußng dßc.
7 Hß sß Ë có giá trß (+) khi f > i và giá trß (−) khi f < i ho¿c Ë= 0 khi f = i khi xußng dßc.
N¿u xe chuyßn ßng ßu (j = 0) trên ±ßng n¿m ngang ( α = 0) và
không kéo theo r¡moóc thì ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc kéo s¿ ¡n gi¿n h¡n: M i · e t 2 F = F + F ó = Gf + Wv (4.46) k f Ë rb
4.2.1.2.ß thß cân b¿ng lÿc kéo Ph±¡ng trình cân b¿ng l c ÿ kéo c a
ÿ ô tô có thß bißu dißn b¿ng ß thß.
Chúng ta xây dÿng quan hß giÿa lÿc kéo Fk và các lÿc c¿n chuyßn ßng
phÿ thußc vào v¿n tßc cÿa xe v, tÿc là: F = f(v). Þ trÿc tung, ta ¿t các giá trß
lÿc, trên trÿc hoành là các giá trß v¿n tßc.
)ß thß bißu dißn quan hß giÿa các lÿc nêu trên và v¿n tßc cÿa xe gßi
là ß thß cân b¿ng lÿc kéo cÿa xe (hình 4.2).
Hình 4.2: ß thß cân b¿ng lÿc kéo cÿa ô tô. 59
Ph±¡ng pháp xây dÿng ß thß
Chúng ta v¿ cho tr±ßng h p:
ÿ xe chuyßn ßng ßu (j = 0) trên ±ßng
n¿m ngang (α=0) và không kéo r¡moóc, hßp sß có ba sß truyßn. Tÿc là: F = F + F k f Ë
V¿ các ±ßng bißu thß lÿc kéo Fki ß các tay sß d a ÿ vào:
7 )±ßng ¿c tính ngoài cÿa ßng c¡: ß xác ßnh các giá trß M ei ÿng
vßi các giá trß nei, sau ó th¿ các giá trß Mei vào công thÿc (4.47) sau ây.
Công thÿc tính lÿc kéo ti¿p tuy¿n: M i · e n F = (4.47) kn rb Fkn – Lÿc kéo c
ß ác bánh xe chÿ ßng t
ß ay sß thÿ n cÿa hßp sß.
i n – Tÿ sß truy n c ß ÿa h t
ß hßng truyßn lÿc ß tay sß thÿ n.
Công thÿc tính v¿n tßc chuyßn ßng cÿa xe ß các sß truyßn: π n r e b v = (m/s) (4.48) n 3 i 0 n
Vß i vn là v¿n tß c cÿa xe ß tay sß thÿ n.
V¿ các ±ßng bißu thß lÿc c¿n chuyßn ßng dÿa vào các công th ÿc:
7 )±ß ng lÿc c¿n cÿa ±ßng: F = Gf . f
N¿u f = const thì F = const, cho nên ±ßng F s¿ là ±ßng th¿ng f f song song vßi trÿc hoành.
N¿u f ≠ const thì F ≠ const, lúc này ±ßng F s¿ là ±ßng cong. f f
7 )±ßng lÿc c¿n không khí: 2 F = 0,625C Sv . Ë x
)ây là ±ßng cong b¿c hai phÿ thußc vào v¿n tßc cÿa xe.
7 )±ßng cong (F +F là tß ng cÿa các giá trß F và F t±¡ ng ÿng. f Ë ) f Ë
Ý ngh)a sÿ dÿng
7 Hai ±ßng cong Fk3 và ( F + F c¿t nhau t¿i A, chi¿u A xußng f ω )
trÿ c hoành ta ±ÿc giá trß vmax cÿa xe ß i ßu kißn chuy ßn ßng ã cho. 60 7 Tung ß ¿
n m giÿa ±ßng cong F k và ( F + F ß bên trái ißm A f ω ) gßi là l c ÿ kéo d c ± ÿa xe Fd.
7 Lÿc kéo d± dùng ß: tng tßc, leo dßc, kéo r¡moóc…
7 N¿u α =0 thì (F = F , cho nên ±ßng cong c¿n tßng cßng là ψ f )
(F +F . ) ißm A lúc này chi¿u xußng trÿc hoành ±ÿc v f ω ) max trên ±ßng
n¿m ngang ß tay sß cao nh¿t, lúc nàyFd = 0.
7 Tÿ ß thß ta xác ßnh ±ÿc vmax cÿa xe và các lÿc c¿n thành ph¿n ß mßt v¿n tßc nào ó.
Ví dÿ: T¿i v ¿n tßc v1, o¿n bc là F , o¿n ab là F , o¿ n ad là F f Ë d, o¿n cd là Fk3.
7 Tÿ ß thß, ta xác ßnh ±ÿc ß dßc imax mà xe v±ÿt qua ±ÿc và gia tß c jmax cÿa xe.
Ví dÿ: T¿i v¿n tßc v2 ta có Fkmax = Fk1max. Do Fkmax = Gfcosαmax +
Gsin αmax khi gia t ßc j = 0 và ß tay s ß 1 thì Fω ≈ 0. Tÿ ây tìm ±ÿc αmax
và imax = tgαmax. M¿t khác, do Fkmax = Gf + mδijmax khi góc dßc cÿa
±ßng α = 0 và ß tay sß 1 thì F
ω ≈ 0, v ßi Fkmax xác ßnh tÿ ß thß, ta tìm
±ÿc gia tßc cÿc ¿i jmax cÿa xe.
7 Trên ß thß ta v¿ thêm ±ß ng bißu thß lÿc bám F = f(v) : ϕ F = m G ϕ (4.49) ϕ i b
Gb – Trßng l ng xe phân b ±ÿ
ß lên c¿u chÿ ßng. mi – Hß sß thay i
ß t¿i trßng tác dÿng lên c¿u.
7 )±ß ng lÿc bám F n¿m ngang, song song vß i trÿc hoành. Khu vÿc ϕ
xe không bß tr±ÿt quay khi F ≤ F , n¿u F > F thì các bánh xe chÿ k ϕ k ϕ ßng bß tr±ÿt quay.
7 ) i ßu kißn ß ô tô chuyßn ßng ±ÿc trong tr±ßng hÿp này là: F ≥ F ≥ F +F (4.50) ϕ k ( f Ë)
4.2.2. Cân b¿ng công su¿t cÿa ô tô
4.2.2.1. Ph±¡ng trình cân b¿ng công su¿t
Công su¿t do ßng c¡ sinh ra mßt ph¿n ã tiêu hao cho ma sát
trong hß thßng truyßn lÿ c, ph¿n còn l¿i dùng ß th¿ng các lÿc c ¿n chuyßn 61
ßng. Bißu thÿc cân b¿ng giÿa công su¿t cÿa ßng c¡ phát ra và công
su¿t c¿n kß trên gßi là ph±¡ng trình cân b¿ng công su¿t cÿa ô tô khi chuyßn ßng: P = P + P ± P + P (4.51) ˱ P + P e t f i j m
Pe – Công su¿t do ng c ß phát ¡ ra.
Pt – Công su¿t tiêu hao cho ma sát trong hß thßng truyßn lÿc.
Pf – Công su¿t tiêu hao t
ß h¿ng lÿc c¿n l n.
Pi – Công su¿t tiêu hao ß th¿ng lÿc c¿n lên dßc.
P – Công su¿t tiêu hao t
ß h¿ng lÿc c¿n không khí. Ë
Pj – Công su¿t tiêu hao ß th¿ng lÿc c¿n quán tính.
Pm – Công su¿t tiêu hao t ß h¿ng lÿc c¿n m ß óc kéo.
Þ công su¿t Pi: d¿u (+) dùng khi xe lên dßc, d¿u (-) dùng khi xe xußng dßc.
Þ công su¿t P j: d¿u (+) dùng khi xe tng tßc, d¿u (-) dùng khi xe gi¿m tßc.
N¿u xét t¿i các bánh xe chÿ ßng thì ph±¡ng trình cân b¿ng công su¿t có d¿ng sau:
P = P − P = P ± P + P ± P + P (4.52) k e t f i Ë j m
Vßi P k là công su¿t cÿa ßng c¡ ã truyßn ¿n các bánh xe chÿ ßng: P = P −P =P · k e t e (4.53) óP =P (1 − ·) t e
Ph±¡ng trình cân b¿ng công su¿t vi¿t d±ßi d¿ng khai trißn nh± sau: 3 G
P =P (1− ·) + Gfvcos³ ± Gvsin³ + Wv ± · vj+ nQ v Ë (4.54) e e g i
N¿u tßng hÿp công su¿t tiêu hao cho lÿc c¿n ln và lÿc c¿n lên dßc, thì s¿ nh¿n c
±ÿ công su¿t tiêu hao cho l c
ÿ c¿n cÿa m¿t ±ßng P Ë: P = P ± P Ë f i
Khi ô tô chuyßn ßng ßu (j = 0) và không có kéo r¡moóc, ph±¡ng
trình cân b¿ng công su¿t s¿ có d¿ng ¡n gi¿n sau: 62 1 P = P + P + P = P P + (4.55) e t Ë Ë ( Ë Ë) · Do: P − P = P · = P + e t e Ë P Ë
N¿u vi¿t ß d¿ng trißn khai thì ph±¡ng trình trên có d¿ng: 1 P = ( 3 Gfvcos³± Gvsin³+ Wv (4.56) e ) · N¿u o α < 5 thì: 1 P = [Gv(f ± i) 3 + Wv (4.57) e ] ·
4.2.2.2.ß thß cân b¿ng công su¿t
Ph±¡ng trình cân b¿ng công su¿t cÿa ô tô có thß bißu dißn b¿ng ß
thß. Nó ±ÿc xây dÿng theo quan hß giÿa công su¿t phát ra cÿa ßng c¡
và các công su¿t c¿n khi xe chuyßn ßng, phÿ thußc vào v¿n tßc chuyßn ßng, tÿc là P = f(v).
M¿t khác do giÿa v¿n tßc chuyßn ßng v và sß vòng quay n e có mßi π quan hß: n r e b v =
cho nên ta cing có th ß bißu thß quan hß giÿa các công 3 i 0 t
su¿t theo sß vòng quay cÿa ßng c¡, ngh)a là: P = f(ne).
)ß thß bißu dißn quan hß giÿa công su¿t phát ra cÿa ßng c¡ và công
su¿t c¿n khi xe chuyßn ßng phÿ thußc vào v¿n tßc cÿa xe ho¿c sß vòng
quay cÿa ß ng c¡ ±ÿc gßi là ß thß cân b¿ng công su¿t cÿa ô tô (hình 4.3).
Hình 4.3: ß thß cân b¿ng công su¿t cÿa ô tô. 63
Ph±¡ng pháp xây dÿng ß thß
Chúng ta v¿ cho tr±ßng hÿp: hßp sß có ba sß truyßn, xe chuyßn ßng ß ß n nh (j = 0) trên ±ß ¿
ng n m ngang và không kéo r¡moóc, tÿc là: P = P · = P −P =P +P k e e t f Ë
7 V¿ các ±ßng bißu thß công su¿t P e dÿa vào:
)±ßng ¿c tính ngoài cÿa ßng c¡: ß có mßi quan hß P e = f(ne ).
Công thÿc tính v¿n tßc chuyß
n ßng cÿa xe ß các sß truyßn: n π r e b v = 3 i 0 n
Tÿ hai mßi quan h ß trên, ta nh¿n ±ÿ c: Pe = f(v).
7 V¿ các ±ßng bißu thß công su¿t Pki ß các tay sß dÿa vào: P =P · (4.58) k e
7 V¿ các ±ß ng bißu thß các công su¿t c¿n chuyßn ßng d ÿa vào các công thÿc:
)±ß ng công su¿t c¿n cÿa m ¿t ±ß ng: P = Gfv . f
+ N¿u f = const thì P là ±ßng th¿ng phÿ thußc vào v. f
+ N¿u f ≠ const thì P là ±ßng cong phÿ thußc vào f , v. f
)±ßng công su¿t c¿n không khí: 3 P . Ë = Wv
+ Vì v¿y ±ßng bißu thß P là ±ßng cong b¿c ba theo v¿n tßc v. Ë
)±ßng cong ( P +P ) là tßng cÿa các giá trß P và P t±¡ng ÿng. f Ë f Ë Ý ngh)a sÿ dÿng
7 þng vßi các v¿n tßc khác nhau, tung ß n¿m giÿa ±ßng cong ( P +P ) và ±ßng cong P ¿ ÿ ÿ ±ÿ ß ¿ ± f Ë k là công su t d tr , c g i là công su t d
Pd dùng ß: leo dßc, tng tßc, kéo r¡moóc...
7 T¿i ißm A: P d = 0, xe không còn kh¿ nng tng tßc, leo dßc...
Chi¿u ißm A xußng trÿc hoành, ta ±ÿc vmax cÿa xe ß lo¿i ±ßng ã cho.
7 L±u ý: V¿n tßc lßn nh¿t cÿa xe chß ¿t ±ÿc khi xe chuyßn ßng
ßu trên ±ßng n¿m ngang, ßng thßi b±ßm ga mß tßi a (ho¿c thanh
rng b¡m cao áp ã kéo h¿t) và ang ß tay sß cao nh¿t cÿa hßp sß. 64 7 N¿u mußn ô tô chu ß y ß
n ng ßn ßnh (ßu) trên mßt lo¿i ±ßng nào
ó vßi v¿n tßc v nhß h¡n v max thì c¿n óng bßt b±ßm ga l¿i (ho¿c tr¿
thanh kéo nhiên lißu vß), m¿t khác có thß ph¿i chuyßn vß tay sß th¿p h¡n cÿa hßp sß. 4.2.3. ¿c tính n
ß g lÿc hßc cÿa ô tô
4.2.3.1. Khái ni m ß vß c
¿ tính ßng lÿc hßc cÿa ô tô
Khi so sánh tính ch¿t ßng l c
ÿ hßc cÿa các lo¿i ô tô khác nhau và ÿng
vßi các ißu kißn làm vißc c a
ÿ xe ß các lo¿i ±ßng khác nhau, ng±ßi ta
mußn có mßt thông sß thß hißn ±ÿc ngay tính ch¿t ßng l c ÿ hßc cÿa ô tô.
Ph±¡ng trình cân b¿ng lÿc kéo không thu¿n lÿi ß ánh giá các lo¿i
ô tô khác nhau. Cho nên c¿n ph¿i có mßt thông sß ¿c tr ng cho tính ± ch¿t
ßng lÿc hßc cÿa xe mà chß sß k¿t c¿u không có m¿t trong ó. Thông sß ß
ó g i là ¿c tính ßng lÿc hßc cÿa ô tô, ký hißu là D: F û þ k − F Ë Me it · 2 1 D = = − Wv (4.59) G üü ý r ÿÿ Ā G b Qua bißu th c
ÿ trên ta th¿y: giá trß cÿa D chß phÿ thußc vào các
thông sß k¿t c¿u cÿa xe, vì th¿ nó có thß xác ßnh cho mßi xe cÿ thß. T ph ÿ
±¡ng trình cân b¿ng lÿc kéo khi ô tô không kéo r¡moóc: M i η G e t
= Gf cos α ± G sin α + Wv2 ± δ j r g i b
Ta chuyßn Wv2 sang v¿ trái và chia hai v¿ cho G thì nh¿n c ±ÿ : û M η þ 1 þ ù 1 δ e i D t = − Wv2 = üü ÿÿ ÿG(f cosα ± α) G sin ± δ j i = ψ ± (4.60) i ú j ý r Ā G Ā g û G g b Nh¿n xét:
7 Khi xe chuyßn ßng ß sß th¿p, giá trß D s¿ lßn h¡n so vßi khi xe
chuyßn ßng ß các sß cao.
7 )¿c tính ßng lÿc hßc D thß hißn kh¿
n ng ô tô th¿ng lÿc c¿n tßng
cßng và kh¿ nng tng tßc. 7 Khi xe chuyßn ß ß ng u (j = 0), D = ψ
7 Khi xe chuyßn ßng ßu (j = 0) trên ±ßng n¿m ngang ( α = 0 ),
D = f, ßng thß i n¿u ang gài tay sß cao nh¿t và ßng c¡ làm vi ßc ß ch¿
ß toàn t¿i, ta s¿ nh¿n ±ÿc giá trß vmax cÿa ô tô. 65 7 Giá trß Dmax t±¡ng ng ÿ vßi s c ÿ c¿n cÿa m¿t ±ßng c ±ÿ ¿c tr ng ±
b¿ng hß sß c¿n tßng cßng lßn nh¿t ψ ß tay sß ß nh nh¿t. max 7 )ß ô tô chuyß ß n ±ÿ ng
c, ph¿i thßa mãn: D ≥ ψ .
7 Giá trß cÿa D cing bß gißi h¿n ß b i ißu kißn bám F ≥ F hay ϕ kmax m G ϕ ≥ F
. Bßi v¿y ß ây chúng ta ph¿i ±a thêm khái nißm ¿c i b kmax
tính ßng lÿc hßc tính theo ißu kißn bám D : ϕ F − FË m G ϕ − Wv2 D i b = ϕ = (4.61) ϕ G G
)ß ô tô chuyßn ßng không bß tr±ÿt quay thì: D ≥ D. ϕ
7 )ß duy trì cho ô tô chuyßn ßng ph¿i thßa mãn hai ißu kißn sau: D ≥ D ≥ ψ (4.62) ϕ
4.2.3.2. ß thß c
¿ tính ßng lÿc hßc
Ph±¡ng pháp xây dÿng ß thß
)¿c tính ßng lÿc hßc cÿa ô tô D có thß bißu dißn b¿ng ß thß. )ß
thß ¿c tính ßng lÿc hßc D bißu thß mßi quan hß phÿ thußc gi a ÿ ¿c tính
ßng lÿc hßc và v¿n tßc chuyßn ßng cÿa ô tô, ngh)a là D = f(v), khi ô tô
có t¿i trßng ¿y và ßng c¡ làm vißc vßi ch¿ ß toàn t¿i c ±ÿ thß hißn
trên hình 4.4 (ß thß có bßn sß truyßn cÿa hßp sß) và c ±ÿ gßi là ß thß
¿c tính ßng lÿc hßc cÿa ô tô.
Hình 4.4: ß thß ¿c tính ßng lÿc hßc. 66
Trên trÿc tung, ta ¿t các giá trß cÿa ¿c tính ßng lÿc hßc D, trên
trÿc hoành ta ¿t các giá trß v¿n tßc chuyßn ßng v.
Gißi h¿n ß thß:
Trên ß thß ¿c tính ßng lÿc hßc D, ta cing xây d ng ÿ các ±ßng cong D = f v ( ) và ψ = f( )
v ß xét mßi quan hß gi a ÿ ¿c tính ßng l c ÿ ϕ
hßc cÿa ô tô theo ißu kißn bám cÿa các bánh xe chÿ ßng vßi m¿t ±ßng
và ißu kißn lÿc c¿n cÿa m¿t ±ßng. Nh± v¿y: t±¡ng ng ÿ
vßi ißu kißn ô tô chuyßn ßng, trên mßt lo¿i
±ßng xác ßnh (tÿc là chúng ta ã bi¿t ±ÿc các ß h sß bám ϕ và hß sß
c¿n tßng cßng ψ ) thì vißc sÿ dÿng ¿c tính ßng lÿc hßc cÿa ô tô ph¿i thßa mãn ißu kißn nh ± bißu th c
ÿ (4.62). Trên ß thß ¿c tính ßng lÿc hßc, khu vÿc s ÿ dÿng t±¡ng n
ÿ g vßi ißu kißn ß bißu thÿc (4.62) là ph¿n
nhÿng ±ßng cong n¿m d±ßi ±ßng cong D = f (v) và n¿m trên ±ßng ϕ ψ = f ( ) v (hình 4.5).
Hình 4.5: Vùng sÿ dÿng ß thß ¿c tính ßng lÿc hßc D theo ißu ki n ß
bám cÿa bánh xe chÿ ßng và ißu ki n c ß ¿n cÿa m¿t ng. ±ß
Ý ngh)a sÿ dÿng ß thß ¿
c tính ßng lÿc hßc • Xác n
ß h v¿n tßc l n
ß nh¿t cÿa ô tô:
Ta bi¿t r¿ng khi ô tô chuyßn ßng ßu (ßn ßnh) ngh)a là j = 0, tung
ß mßi ißm cÿa ±ßng cong ¿c tính ßng lÿc hßc D ß các sß truyßn
khác nhau chi¿u xußng trÿc hoành s¿ xác ßnh v¿n tßc lßn nh¿t vmax cÿa ô
tô ß lo¿i ±ßng vßi hß sß c¿n tßng cßng ã cho. 67
Ví dÿ: )ß xác ßnh v¿n tßc lßn nh¿t cÿa ô tô trên lo¿i ±ßng có hß
sß c¿n ψ , (hình 4.5) ta theo trÿc tung cÿa ß thß ¿c tính ßng l c ÿ hßc v¿ch mßt ±ßng ψ = f v
( ), ±ßng này c¿t ±ßng D 2 t¿i ißm A, chi¿u ißm A x ß
u ng trÿc hoành ta xác ßnh ±ÿc v¿n tßc lßn nh¿t cÿa ô tô vmax,
ß v¿n tßc này hoàn toàn thßa mãn ißu kißn D = ψ .
N¿u ±ßng cong ¿c tính ßng l c
ÿ hßc hoàn toàn n¿m phía trên ±ßng ß
h sß c¿n tßng cßng cÿa m¿t ±ßng ψ (±ßng 1 ’ – 1) thì ô tô 1
không có kh¿ nng chuyßn ßng ßu (ßn ßnh) khi ßng c¡ làm vißc ß ch¿ ß toàn t¿i.
)ß thßa mãn ißu kißn này, chúng ta có thß gi¿i quy¿t b¿ng hai cách sau ây: Cách th
ÿ nh¿t là ng±ßi lái có thß chuyßn sang sß cao h¡n cÿa hßp
sß ß cho ±ßng cong ¿c tính ßng l c
ÿ hßc ß sß cao h¡n c¿t ±ßng hß
sß c¿n tßng cßng cÿa m¿t ±ßng ψ ß ph¿n làm vißc ßn ßnh trên ±ßng 1
¿c tính ßng lÿc hßc.
Cách thÿ hai là ng±ßi lái c¿n gi¿m ga ho¿c tr¿ vß bßt thanh rng b¡m
cao áp ß gi¿m bßt công su¿t c a
ÿ ßng c¡. N¿u không gi¿i quy¿t b¿ng mßt
trong hai bißn pháp trên thì s¿ x¿y ra hißn t±ÿng tng tßc cÿa ô tô.
Hình 4.6: Xác nh t ß ßc l ß n nh ß
¿t cÿa ô tô trên ß thß ¿c tính ßng lÿc hßc.
Trong tr±ßng hÿp ô tô chuyßn ßng ßu (ßn ßnh) tÿc là j = 0 và
trên lo¿i ±ßng tßt, n¿m ngang α = 0 , hß sß c¿n tßng cß ng cÿa m¿t
±ßng s¿ b¿ng hß sß c ¿n ln: ψ = f . Giao ißm A cÿa ±ßng hß sß c¿n
ln f và ±ßng cong nhân tß ß ng lÿ c hßc D3 chi¿u xußng trÿc hoành xác
ßnh ±ÿc v¿n t ßc lß n nh¿t cÿa ô tô vmax ß sß truyßn cao nh¿t và ßng c¡
làm vißc ß ch¿ ß toàn t¿i (hình 4.6). 68