Xây dựng giáo trình điện tử cho môn học lý thuyết ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG HỌC PHẦN LÝ THUYẾT Ô TÔ
BÀI GIẢNG HỌC PHẦN LÝ THUYẾT Ô TÔ
NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
Chương 1
Chương 2
Chương 3
Chương 4
Chương 5
Chương 6
Chương 7
Chương 8
1.1. Các trạng thái động lực học ô tô.
1.1.1. Khái niệm Động lực học ô tô.
1.1.1.1.Động lực học của bánh xe bị động.
1.1.1.2. Động lực học của bánh xe chủ động.
1.1.1.3. Hệ số cản lăn và các nhân tố ảnh hưởng.
1.1.1.4. Sự trượt của bánh xe chủ động.
1.1.2. Các trạng thái động lực học ô tô.
1.1.2.1 Ô tô chuyển động thẳng.
1.2. Lực kéo tiếp tuyến của ôtô. (lực đẩy ô tô chuyển động).
1.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
1.2.2. Hiệu suất của hệ thống truyền lực.
1.2.3. Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến.
1.3. Lực quán tính của ôtô.
1.4. Lực cản không khí .
1.5. Lực ở moóc kéo.

1.6. Trọng lực của ôtô.
1.7. Lực cản lăn.
1.8 Điều kiện chuyển động của ô tô.
1.8.1. Lực bám.
1.8.2. Điều kiện để cho ôtô có thể chuyển động được.
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
1.1. Các trạng thái động lực học ô tô.
1.1.1. Khái niệm Động lực học ô tô.
1.1.1.1.Động lực học của bánh xe bị động.
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Khi ôtô chuyển động thì lốp tiếp xúc với mặt đường tại nhiều điểm làm xuất
hiện các phản lực riêng phần từ đường tác dụng lên bánh xe.
- Phản lực pháp tuyến: ký hiệu là Z
- Lực cản lăn: ký hiệu P
f
- Phản lực ngang: ký hiệu là Y
- Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng bởi các lực:
+ Tải trọng thẳng đứng
+ Lực đẩy từ khung tác dụng lên trục bánh xe.
- Sự lăn của bánh xe bị động gồm các trường hợp sau:
+ Bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng.
+ Bánh xe cứng lăn trên đường biến dạng
+ Bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
a. Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn
trên mặt đường cứng.
- Khi ôtô chuyển động bánh xe lăn và chịu

tác dụng của các loại lực G
b1
, P
x
, Z
1
, P
f1

được biểu diễn như hình (1-1).
- Ngoài ra còn các lực và mômen ma sát
trong ổ trục mômen quán tính các lực này
có trị số nhỏ nên có thể bỏ qua.
Hình 1-1: Sơ đồ Lực tác dụng lên bánh
xe đàn hồi lăn trên đường cứng.
Xác định trị số của lực cản lăn P
f1
theo công thức:
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
1 1
1
1 1
1
1
. . 0
.
o
m f d
f

d
Z a P r
a
P Z
r
Σ = − =
⇔ =
(1.1)
Cân bằng lực theo phương thẳng đứng ta có:
1111

11
aGaZGZ
bb
=⇔=
Thay vào phương trình (1.1) ta được phương trình :
d
b
d
f
r
a
G
r
a
ZP
11
1
11
.

==
(1.2)
Trong đó :
r
đ
: bán kính động lực của bánh xe;
a
1
: khoảng cách từ điểm đặt hợp lực Z
1
đến giao điểm của đường thẳng góc đi
qua tâm trục bánh xe với đường.
Tổng hợp lại ta có:
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Hệ số cản lăn:
Lực cản lăn:
Mômen cản lăn:
Nhận xét: những yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn và hệ số cản lăn là:
- Tải trọng tác dụng lên bánh xe
- Vật liệu chế tạo lốp
- Áp suất không khí trong lốp và tính chất cơ lý của đường.

(1.3)
d
r
a
f
1
1

=
dff
rPM .
11
=
fGfZP
bf

11
1
==
(1.4)
(1.5)
b. Động lực học của bánh xe cứng lăn trên đường
biến dạng.
Khi bánh xe chuyển động chịu tác dụng bởi các lực
theo sơ đồ hình 1.3
- Tải trọng thẳng đứng
- Lực đẩy từ khung tác dụng lên trục bánh xe
- Phản lực pháp tuyến Z
1
- Phản lực tiếp tuyến P
f1
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Hình 1-3. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe
cứng lăn trên đường biến dạng.
Để xác định và ta lập phương trình
mômen tại tâm trục bánh xe và đưa ra
công thức (1.6).

0
2
.
1
11
=
+
−=Σ
db
fm
rr
PaZ
db
f
rr
a
ZP
+
=⇔
1
1
2
1
(1.6)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Cân bằng lực theo phương thẳng đứng ta có:
c. Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn
trên đường biến dạng.
Khi bánh xe chuyển động chịu tác dụng

bởi các lực:
- Tải trọng thẳng đứng
- Lực đẩy từ khung tác dụng lên trục
bánh xe
- Phản lực pháp tuyến
- Phản lực tiếp tuyến
1
1 b
GZ
=
Thay vào (1.6) ta được :
db
b
db
f
rr
a
G
rr
a
ZP
+
=
+
=
11
1
11
.2 2
(1.7)

db
rr
a
f
+
=
1
1
.2
Vậy:
(1.8)
Hình 1-4. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe
đàn hồi lăn trên đường cứng.
1.1.1.2. Động lực học của bánh xe chủ động.
Ở bánh xe chủ động khi lăn cũng sảy ra
3 trường hợp như bánh xe bị động. Nhưng ta
chỉ xet trường hợp chung nhất là bánh xe đàn
hồi lăn trên đường mền.
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Hình 1.5. Sơ đồ lực tác dụng lên
ôtô bánh xe chủ động.
Xác định lực cản lăn và hệ số cản lăn:
Viết phương trình cân bằng mômen đối với tâm
trục bánh xe theo công thức (1.8):
m
(o)
= M
k
– Z

R
a2 + X
R
.r
đ
- Z
T
.a
2
- X
T
.r
đ
= 0
Suy ra ta được công thức (1.9):
M
k
= (Z
R
+ Z
T
).a
2
+ (X
T
- X
R
).r
d
(1.9)

Cân bằng lực theo phương thẳng đứng, được: Z
2
= Z
R
+ Z
T
= G
b2
Cân bằng lực theo phương ngang, được: P
x
= X
T
- X
R
= X
k

Thế vào (1.9), ta được: M
k
= Z
2
a
2
+ P
x
r
đ
M
k
= Z

2
a
2
+ X
k
r
đ
(1.10)
Mặt khác ta có: Z
2
= G
b2
 Z
2
a
2
= G
b2
a
2
= P
f2
r
đ
= M
f2
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
d
b

d
f
r
a
G
r
a
ZP
2
2
2
22
==⇒
2
2
f
r
a
d
=
Tỷ số là hệ số cản lăn: => P
f2
= G
b2
f
2
= Z
2
f
2

(1.11)

1.1.1.3. Hệ số cản lăn và các nhân tố ảnh hưởng.
Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số cản lăn và lực cản lăn là :
- Tính chất cơ lý và tình trạng mặt đường.
- Tải trọng tác dụng lên bánh xe ( ký hiệu G ) chính là phần trọng lượng của xe
tác dụng lên từng bánh xe.
- Vật liệu chế tạo lốp và áp suất không khí trong lốp.
- Mômen xoăn tác dụng lên bánh xe chủ động càng lớn thì hệ số cản lăn cáng
tăng.
- Những yếu tố gây ra biến dạng bên của bánh xe như lưc ngang P , góc lệch
bên và góc nghiêng của bánh xe so với mặt đường đều có ảnh hưởng xấu đến
hệ số cản lăn.
Qua thực nghiệm thì khi vận tốc của ôtô v< 80km/h thì hệ số cản lăn được
tính theo công thức : (1.12)
Trong đó:

Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
( )
21221121
ZZfZfZfPPP
fff
+=+=+=
1 2
f f f const
= = =
Khi vận tốc của ôtô v > 80km/h thì hệ số cản lăn được xác định theo công
thức : (1.13)
Đặc biệt khi ôtô chuyển động trên đường nhựa tốt, đường bê tông, hệ số cản

lăn có thể được tính theo công thức : (1.14)









+=
1500
1
2
0
v
ff
( )
2800
32 v
f
+
=
1.1.1.4. Sự trượt của bánh xe chủ động.
a.Khái niệm về sự trượt của bánh xe chủ động.
- Nguyên nhân, bản chất của hiện tượng trượt :

Hình 1.6. Sơ đồ biến dạng của đất
khi bánh xe chủ động lăn.
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô

Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
b. Phương pháp xác định hệ số trượt.
Hệ số trượt của bánh xe chủ động được
ký hiệu: , được xác định theo công thức:
(1.15)
(1.16)
%100.11
1








−=−=
−
=
r
r
v
v
v
vv
b
ll
l
δ
%100.1

0








−=⇔
b
n
n
δ
1.1.2. Các trạng thái động lực học ô tô.
1.1.2.1 Ô tô chuyển động thẳng.
a. Sơ đồ lực tá dụng lên ô tô trong mặt cắt dọc.
Hình 1.7: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe ôtô khi chuyển động lên dốc trong
trường hợp tổng quát
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Phản lực Z
1
và Z
2
được xác định theo công thức:
(1.20)
(1.21)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô

L
hPhPPGfrbG
Z
mmgjb
−++−−
=⇒
)sin()(cos
1
ω
αα
2
cos ( ) ( sin )
b j g m m
G a fr G P P h P h
Z
L
ω
α α
+ + + + −
=
M
f1
, M
f2
: mômen cản lăn của bánh xe cầu trước và sau, ta có:
M
f1
+ M
f2
= M

f
= Gfr
b
cos
α
(1.22)

b. Các trường hợp khác.
- Trường hợp xe chuyển động lên dốc, không thay đổi vận tốc và có kéo moóc.
Phản lực Z
1
và Z
2
được xác định theo công thức:
(1.23)
L
hPhPGrfbG
Z
mmgb
.).sin().(cos.
2
−+−−
=
ω
αα
(1.24)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
L
hPhPGrfbG

Z
mmgb
.).sin().(cos.
1
++++
=
ω
αα
- Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang và không kéo moóc
Hình 1-8. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe khi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang.
Phản lực Z
1
và Z
2
được xác định theo công thức:
(1.26)
(1.27)
- Trường hợp xe đứng yên trên đường nằm ngang.
Phản lực Z
1
và Z
2
được xác định theo công thức:
(1.28)
(1.29)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
1
( . ) .
b

G b f r P h
Z
L
ω ω
− −
=
L
hPrfaG
Z
b
ωω
.).(
2
++
=
L
bG
Z
.
1
=
L
aG
Z
.
2
=
c. Hệ số phân bố tải trọng.
Để thuận lợi cho tính toán và so sánh giữa các cụm người ta đưa ra khái niệm
hệ số phân bố tải trọng đặc trưng bằng tỷ số:

(1.30)
Các hệ số và được xác định cụ thể trong các trường hợp dưới đây:
- Xe đứng yên trên đường nằm ngang không kéo moóc.
(1.31)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
G
Z
m
G
Z
m
2
2
1
1
=
=
L
a
GL
Ga
G
Z
m
L
b
GL
Gb
G

Z
m
T
T
T
T
===
===
2
2
1
1
- Xe chuyển động ổn định với vận tốc trên đường bằng và không kéo moóc.
(1.32)
- Khi phanh xe trên đường bằng, không kéo moóc.
Các phản lực và được xác định theo công thức : (1.33)
Ta xác định được hệ số phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau:
(1.34)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
1
1 1
k b b
k T
Z Gfr P h Gfr P h
Gb
m m
G GL GL GL
ω ω ω ω
+ +

= = − = −
2
2 2
k b b
k T
Z Gfr P h Gfr P h
Gb
m m
G GL GL GL
ω ω ω ω
+ +
= = − = −
L
hPGa
Z
L
hPGb
Z
gj
p
gj
p
−
=
+
=
2
1
LG
hP

m
LG
hP
LG
Gb
G
Z
m
LG
hP
m
LG
hP
LG
Gb
G
Z
m
gj
T
gjp
p
gj
T
gjp
p
−=−==
+=+==
2
2

2
1
1
1
d. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô trong mặt cắt ngang.
Trường hợp tổng quát: ôtô chuyển động quay vòng trên đường nghiêng
ngang. Sơ đồ nghiên cứu biểu thị trên hình 1-9.
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Hình 1-9. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe
đàn hồi lăn trên đường cứng.
Khi ôtô chuyển động trên đường
nghiêng ngang sẽ chịu các lực và
mômen sau:
- Trọng lượng của xe đặt tại trọng tâm
G
- Lực kéo ở moóc kéo P
m

- Lực ly tâm xuất hiện khi ôtô quay
vòng:
+ ký hiệu : P
lt
(1.36)
R
v
g
G
P
lt

2
.
=
Để xác định trị số của các phản lực bên trái, ta lập phương trình cân bằng
mômen đối với điểm O
1
(O
1
là giao tuyến của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng
qua trục bánh xe bên phải).

Xác định phản lực bên trái theo công thức:
(1.37
)
Tương tự xác định phản lực bên phải ta lập phương trình cân bằng mômen đối với
điểm O
2
(O
2
là giao tuyến của mặt đường với mặt phẳng thẳng đứng qua trục của
bánh xe bên trái)
(1.38
)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
1
'' cos sin cos sin cos sin
2 2 2
g m m jn l g
C C C

Z G h P h M P h
C
β β β β β β
 
     
= − − + − − +
 ÷  ÷  ÷
 
     
 
1
' cos sin cos sin cos sin
2 2 2
g m m jn l g
C C C
Z G h P h M P h
C
β β β β β β
 
     
= + + − + + −
 ÷  ÷  ÷
 
     
 
1
''. .sin . .cos . .sin . cos . .cos .sin . 0
2 2 2
o m jn m m l l g g
C C C

m Z C P M P h P P h G G h
β β β β β β
= + + + + + − + =
∑
- Trường hợp chuyển động trên đường nghiêng ngang, không kéo moóc.
Xác định phản lực bên trái và bên phải theo công thức:
(1.39)
(1.40)
- Trường hợp xe đứng yên trên dốc nghiêng ngang không kéo moóc.
Xác định phản lực bên trái và bên phải theo công thức:
(1.41)
(1.42)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
)sin.cos.
2
.(
1
''
jng
MhG
C
G
C
Z
−−=
ββ
)sin.cos.
2
.(

1
'
jng
MhG
C
G
C
Z
++=
ββ
)sincos
2
(''
ββ
g
h
C
C
G
Z
−=
)sin.cos
2
('
ββ
g
h
C
C
G

Z
+=
1.2. Lực kéo tiếp tuyến của ôtô. (lực đẩy ô tô chuyển động).
- Sinh ra do sự tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường
- Phương, chiều theo hướng chuyển động
- Ký hiệu là P
k
1.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.
Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được xác định theo công thức:
(1.43)
Xét về mặt kết cấu tỷ số truyền được xác định theo công thức :
(1.44)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
b
e
b
e
t
n
n
i
ω
ω
==
copht
iiiii
=
1.2.2. Hiệu suất của hệ thống truyền lực.
Công suất truyền đến bánh xe chủ động sẽ được xác định theo công thức:

(1.45)
Hiệu suất của hệ thống truyền lực:
(1.46)
Xét về mặt kết cấu: hiệu suất của hệ thống truyền lực được xác định theo công thức
(1.47)
1.2.3. Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến.
Mômen xoắn của bánh xe chủ động M được xác định:
- Khi ôtô chuyển động đều (chuyển động ổn định tức v = const).
(1.48)
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
Chương 1. Động lực học tổng quát của ô tô
tek
NNN
−=
e
t
e
te
e
k
t
N
N
N
NN
N
N
−=
−
==

1
η
cocdhlt
ηηηηηη

.
=
ttek
iMM
η

=