Bài giảng lý thuyết ô tô chương 3 cơ học chuyển động thẳng của ô tô

CHƯƠNG 3 : CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG
CỦA Ô TÔ
3.1. SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN Ô TÔ :
3.1.1. Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ
thống truyền lực :

N e = M e ωe
N k = M k ωb

(3.1)

Tỷ số truyền động học :
1 ωe n e
it = =
=
ν ωb n b

(3.2)


Tỷ số truyền it :
it = ihipioic

(3.3)

Tỷ số truyền mômen :

Mk
„=
Me

(3.4)

Hiệu suất truyền động :

N k M k ωb
„
η=
=
= „.ν =
N e M e ωe
it
Hoặc được tính như sau :
ƞ = ƞl ƞh ƞp ƞcđ ƞo ƞc

(3.6)

(3.5)


3.1.2. Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống
truyền động :

M k Me i t η Me i h i p io i c η
Pk =
=
=
rb
rb
rb

v = r l ωb

(3.7)
(3.8)

3.1.3. Sự tổn hao năng lượng khi truyền năng
lượng trên xe :

N γ =N e −N k
Nγ
M γ =   
ωe

(3.9)


γ=

Nγ
Ne

=

Mγ
Me

Ne −Nk
Nk
γ=
=

=1−
= 1− η
Ne
Ne
(3.11) N e
Nγ

η = 1− γ
(3.12)

(3.10)


3.2. CƠ HỌC LĂN CỦA BÁNH XE :
3.2.1. Các loại bán kính bánh xe :
3.2.1.1. Bán kính thiết kế (bán kính danh định) r o :

d

r o =  B + 25,4
2

3.2.1.2. Bán kính tự do r :
3.2.1.3. Bán kính tĩnh rt :

(mm)

(3.13)

3.2.1.5. Bán kính lăn rl ;

v
rl=
ωb

(3.14)

3.2.1.6. Bán kính tính toán (bán kính làm việc
trung bình ) rb :

r b =λr o

(3.15)

3.2.2. Động học lăn của bánh xe không biến dạng :
3.2.2.1. Các khái niệm :


Vận tốc chuyển động lý thuyết vo :

Sl 2πr b N b
vo = =
=ω b r b
t
t

Vận tốc chuyển động thực tế v :
St 2πr l N b
v=

=
= ωb r l
t
t

(3.16)

(3.17)

Vận tốc trượt vδ :

v δ = v − v o =ωb r l −ωb r b
(3.18)


Hệ số trượt và độ trượt khi kéo :
Hệ số trượt và độ trượt khi kéo :

vδ vo −v
rl
δk = −
=
= 1−
vo
vo
rb

(3.19)

Mức độ trượt của bánh xe được đánh giá

thông qua độ trượt λk :

λ k =δ k 100%

(3.20)


Hệ số trượt và độ trượt khi phanh :
v δ v o −v v o
rb
δp = −
=
=
−1 = −1
v
v
v
rl

λ p =δ p 100%

(3.21)
(3.22)

3.2.2.2. Các quan hệ động học của bánh xe khi
lăn :
Bánh xe lăn không trượt :

v = v o =ω b r b
(3.23)

Tâm vận tốc tức thời nằm trên vòng bánh xe nên :

rl = rb
Trạng thái này có ở bánh xe chủ động với Mp = 0, lúc
đó vδ :

x


Bánh xe có trượt quay :

v =v o + v δ =  ωb r b + v δ =  ωb r l

(3.25)

vδ = v −vo < 0

(3.26)

Theo (3.19) hệ số trượt khi kéo δk :

vδ vo −v
rl
δk = −
=
=1−
vo
vo

rb
Do vδ < 0 nên δk > 0

(3.27)


Ở trạng thái bánh xe trượt hoàn toàn ( bánh
xe chủ động quay, xe đứng yên ) ta có :

v = 0; ω b > 0 ⇒ v =  ω b r l = 0 ⇒  r l = 0

vδ = v − vo = 0 − vo = −vo
Thay vào (3.19) ta được :
δk = 1 ( trượt quay hoàn toàn )


x

Hình 3.2 : Lăn có trượt quay


Bánh xe lăn có trượt lết :

x

Hình 3.3 : Lăn có trượt lết


Ta có quan hệ sau :

v = v o + v δ =  ωb r b + v δ =  ωb r l

(3.28)

Do đó :

v δ = v − v o =  ωb r l −  ωb r b  > 0

(3.29)

Theo (3.21) hệ số trượt khi phanh được tính :
v
δ p = −  δ
v

v −v r b
= o
= −1
v
rl

Do vδ > 0 nên δp < 0

(3.30)


Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn ( bánh xe bị hãm
cứng không quay, xe và bánh xe vẫn chuyển động tịnh
tiến ) ta có :
v

v ≠ 0,ωb = 0 ⇒ r l =
→∞
ωb
v o =ω b r b = 0 ⇒ v δ = v − v o = v
Thay vào (3.21) ta có : δp = -1 ( trượt lết hoàn toàn )

3.2.3. Động lực học chuyển động của bánh
xe :
3.2.3.1. Bánh xe bị động không bị phanh (Mk = 0,
Mp = 0)


v
ωb

Gb
Px

Gb

α

rñ
X≡Pf

a
Z

Px

Mf
X≡Pf
Z

Hình 3.4 : Lực và mômen tác dụng lên bánh xe bị động


Ta có :

X = Px ,

Z = Gb

X = Pf

(3.31)

Pf = f.Z

(3.32)

Phương trình cân bằng tại tâm bánh xe :
Z.a = Pf.rd = f.Z.rd = Mf
Từ hình 3.4 ta rút ra quan hệ :

tgα = a / rd = P f / Z = f

(3.34)

(3.33)

3.2.3.2. Bánh xe chủ động và đang có lực kéo :
Ta có

Mk = Pk.rd

Cân bằng lực kéo theo chiều thẳng đứng :
Z = Gb

(3.35)

Lực kéo tiếp tuyến :
Pk = Mk / rd

(3.36)

Lực đẩy tổng cộng vào khung xe :
Px = Pk – Pf = X
Khi kéo X cùng chiều chuyển động.

(3.37)


v
ωb

Gb

Pf

Pk

Mk

Pk
Pf

a
Z

Mk

Gb
Px

rñ

Pf

Pk
Z

Mk

Gb

Mf

Px

X
Z

Hình 3.5 : Lực và mômen tác dụng lên bánh xe chủ động


3.2.3.3. Bánh xe bị động hoặc chủ động đang bị
phanh :
Mômen phanh Mp ngược chiều ωb , Mp cân bằng với
cặp lực Pp :

M p =P p r ñ ⇒P p =

Mp
rñ

(3.38)

Cân bằng lực theo chiều nằm ngang có các lực tác
dụng vào khung xe (với Z = Gb)
Px = Pp + Pf = X

(3.39)

Phản lực tiếp tuyến X = Px
X = Mk / rd – Pf (khi kéo)

(3.40)

X = Mp / rd + Pf (khi phanh)

(3.41)


v
ωb

Gb

Mp
Pp

Pf
Pp

Mp

Gb

Px

Gb

Px

Mf

rñ
a
Z

Pf

Mp

Pf

Pp
Z

X
Z

Hình 3.6 : Lực và mômen tác dụng lên bánh xe đang phanh


Pk
X

Pk
X

Traùng thaựi phanh

Mk

Mp
Trang thaựi keựo

Pf

Traùng thaựi tửù do
Traùng thaựi trung tớnh

Pp

Traùng thaựi bũ ủoọng

Pp

Hỡnh 3.7 : Cỏc trng thỏi chuyn ng ca bỏnh xe


3.2.4. Sự trượt của bánh xe, khái niệm về khả năng
bám và hệ số bám :

3.2.4.1. Sự trượt của bánh xe :
b

Hình 3.8 : Sơ đồ biến dạng của đất khi bánh xe chủ động lăn


3.2.4.2. Khả năng bám, hệ số bám giữa
bánh xe với mặt đường và lực bám :
Khả năng bám
Hệ số bám

(3.42)

Hệ số bám dọc :

P k max
ϕx =
Gb
Hệ số bám ngang
Y b max
ϕy =
Gb
Q max
ϕ tq =
Gb

(3.44)

 X b 2 + Y b 2  max

=
Gb

(3.43)