BÀI GIẢNG MÔN LÝ THUYẾT Ô TÔ, CHƯƠNG BÁNH XE

LÝ THUYẾT Ô TÔ

1


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.1. XE
1.1.1. Mở đầu

- Tiếng Việt: XE: một phương tiện vận chuyển trên mặt đất (rất chung): xe trượt, xe cút kít, xe bò, xe cải tiến, xe
đạp, xe máy, xe ô tô, xe hỏa,…
- Xe ra đời là do nhu cầu vận chuyển của con người

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 1.3

2


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.1.2. Bánh xe và xe có bánh

G

Hình 1.4. Trượt

Hình 1.6. Bánh xe

P1

G

P2

Hình 1.5. Lăn

Hình 1.6. Xe có bánh
3


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

Fk

Fb

Gb

r

G

Fz
Hình 1.6
Hình 1.7

Fk do người hoặc súc vật (lực kéo)
Fk thông qua khung xe → Pb lên trục bánh xe → Mô men Mb = Fbr

Mb làm cho bánh xe quay → xe chuyển động.

4


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.1.3. Xe tự hành

1764 - động cơ hơi nước:
Jemes Wat
1769 - ô tô

Hình 1.9. Ô tô năm 1770

Hình 1.10.
Sự làm việc của bánh xe tự hành
Hình 1.8. Jemes Wat
1736 - 1819

Fk =

M
rb
5


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1877 - Động cơ xăng: Nicolaus August Otto
1897 - Động cơ điêzen: Rudolf Diesel

Hình 1.10
Động cơ xăng của
Otto

Hình 1.11

Hình 1.12

Nicolaus August Otto

Rudolf Diesel

1832 - 1891

1858 - 1913

6


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.1.4. Ô tô

auto-mobile

авто-мобиль

tự - di chuyển

tự - di chuyển

ô tô ?

Ô tô: Theo TCVN – 1779-76

Xe tự chạy có động cơ, có trên 2 bánh hoặc phối hợp bánh với xích
và dùng để vận chuyển chủ yếu trên đường bộ

Hình 1.13. Ô tô - đối tượng nghiên cứu của chúng ta
7


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.2. BÁNH XE
1.2.1. Giới thiệu chung

Bánh xe là phần tử liên kết thân xe với mặt đường. Nhiệm vụ:
- Đỡ toàn bộ trọng lượng xe theo phương thẳng đứng,
- Giảm tác động từ mặt đường lên xe,
- Truyền lực dọc, lực ngang khi chuyển động thẳng, phanh và khi quay vòng,
- Kiểm soát hướng chuyển động của ô tô.

Chỉ nghiên cứu bánh xe
đàn hồi trên nền cứng

Hình 1.14. Bánh xe ô tô
Bánh xe có săm (trái);
Bánh xe không săm (phải)
1. Săm; 2. Lốp; 3. Vành bánh xe; 4. Van không khí

8

CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.2.2. Lốp xe

1.2.2.1. Sơ lược về sự ra đời và phát triển của lốp xe
1839: Công nghệ lưu hóa cao su: Charles Goodyear,
1845: Lốp hơi đầu tiên: Robert Willam Thompson,
(một vài ống cao su mỏng được bơm hơi vào, bên ngoài phủ một lớp da)
1888: John Boyd Dunlop đăng ký phát minh lốp hơi cho xe đạp,
1893: Cty lốp Dunlop (The Dunlop Pneumatic and Tyre Co.) ra đời ở Hanau
1895: André và Edoard Michelin sản xuất lốp hơi cho xe Feugeot chạy thử nghiệm hành trình Paris – Bordeaux – Paris (720 dặm ≈ 1158
km), xe bị xẹp lốp 50 lần và phải thay mất 22 bộ săm,
1899: châu Âu: chế tạo được lốp bền hơn (khoảng 500 km),
1904: cho các bon vào cao su tạo nên lốp đen,
1908: Frank Seiberling: làm lốp có khía rãnh (hoa lốp, talong),
1922: Dunlop: lốp có vành thép ở mép lốp,
1943: lốp không săm được đăng ký bản quyền ở châu Âu,
1946: lốp hướng kính (radian) ra đời

9


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.2.2.2. Sơ lược về cấu tạo của lốp xe

Hình 1.15. Lốp xe
- Lớp mành: tạo thành khung lốp: mành vuông góc, mành chéo.
- Lớp đệm: nằm giữa lớp mành và bề mặt lốp.
- Lớp cao su: ngoài cùng: tiếp xúc với mặt đường.

10


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

1.2.2.3. Ký hiệu lốp xe
Lốp tôrôit: B = H
2
Lốp áp suất thấp (0,08 ÷ 0,5 MN/m ):
ký hiệu: B – d (d = 2rv)
Hiện vẫn còn được dùng trên một số xe tải

d + 2B
r0 =
2

(1.1)

Ví dụ lốp có ký hiệu: 9.00 – 20 (lắp cho các xe tải khoảng 5 tấn) có r 0 được tính
theo biểu thức 1.1 như sau:

r0 =

20 + 2.9
25, 4 = 482, 6mm
2

Hình 1.16

Lốp có H < B: ví dụ: P215/65R15 95H
P: loại xe: P “Passenger”, LT “Light Truck”, ...
215: chiều rộng lốp B
65: số đứng sau “/” là tỉ lệ H/B tính theo %. 65 có nghĩa là H/B = 0,65
11


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

R: lốp Radial. Ngoài ra còn có các ký tự khác như: B, D hoặc E nhưng hiếm
15: đường kính vành lốp (d) tính bằng inch
95: tải trọng mà lốp có thể chịu được: 75 ÷ 105 ~ 380 ÷ 925 kg
H: giới hạn vận tốc tối đa (vmax): H tương ứng với vận tốc tối đa 210 km/h.
Ký hiệu

vmax (km/h)

Ký hiệu

vmax (km/h)

Ký hiệu

vmax (km/h)

Ký hiệu

vmax (km/h)

F

80

L

120

Q

160

U

200

G

90

M

130

R

170

H

210

J

100

N

140

S

180

V

240

K

110

P

150

T

190

Z

>240

Ví dụ lốp có ký hiệu P215/65R15 95H có r0 được tính như sau:

r0 =

15.25, 4 + 2.215.0, 65
= 330, 25mm
2

12


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.2.3. Bán kính bánh xe

1.2.3.1. Bán kính thiết kế r0: (xem r0 trên
hình 1.16)
Có thể căn cứ vào ký hiệu lốp để xác định r0







bán kính thiết kế,
bán kính tĩnh,
bán kính lăn,

bán kính động,
bán kính làm việc trung bình.

1.2.3.2. Bán kính tĩnh rt: Khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt đường khi xe đứng yên và chịu tải trọng thẳng đứng.

1.2.3.3. Bán kính động lực học rd: Khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến
mặt đường khi xe chuyển động. → bán kính thực tế của xe khi chuyển
động.
Bán kính rd phụ thuộc: tải trọng thẳng đứng, vật liệu lốp, áp suất lốp, mô
men trên bánh xe, vận tốc xe.


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

Hình 1.15
Ảnh hưởng của mô men chủ động
đến bán kính động lực học của bánh
xe

1.2.3.4. Bán kính lăn rl: Là bán kính của bánh xe giả định, không biến dạng khi làm việc, không trượt lết, trượt quay và cùng vận tốc góc
và vận tốc dài như bánh xe thực tế.

Bánh xe có vận tốc dài v, vận tốc góc ω

rl =

v
ω

(1.2)

Trượt quay → rl giảm, trượt lết → ngược lại.
Trượt quay hoàn toàn : v = 0 → rl = 0; Trượt lết hoàn toàn: ω = 0 → rl = ∞
14


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
Các yếu tố ảnh hưởng đến bán kính lăn rl cũng bao gồm tải trọng thẳng đứng, vật liệu lốp, áp suất lốp, mô men trên bánh xe, vận tốc xe,
trong đó yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất là mô men trên bánh xe.

Hình 1.17.
Biến dạng tiếp tuyến
của lốp xe khi chịu
mô men xoắn

15


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

Hình 1.17
Ảnh hưởng của mô men chủ động

Hình 1.18.

đến bán kính lăn của bánh xe

Sự thay đổi giá trị bán kính lăn
theo mô men xoắn tác dụng vào bánh xe

1.2.3.5. Bán kính làm việc trung bình rb: Là bán kính có kể đến biến dạng của lốp do ảnh hưởng của các thông số đã trình bày ở trên.
Bán kính này sẽ được sử dụng trong quá trình tính toán động lực học cũng như thiết kế ô tô.
rb = λr0

(1.3)

2
Lốp áp suất thấp (áp suất = 0,08 ÷ 0,5 MN/m ): λ = 0,930 ÷ 0,935
2
Lốp áp suất cao (áp suất = 0,5 ÷ 0,7 MN/m ): λ = 0,945 ÷ 0,950.

16


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.3. LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA BÁNH XE VÀ MẶT ĐƯỜNG

Xét bánh xe mềm lăn trên nền cứng, xe không chịu lực ngang.
Nơi bánh xe tiếp xúc với mặt đường → nơi xe giao tiếp với mặt đường.

Tại đó có các lực





Lực kéo,

Tính năng động lực học của

Lực phanh,

xe

Lực cản lăn, ...

Điều kiện tiếp xúc giữa bánh xe và mặt

Giá trị cực đại của lực kéo, lực

đường

phanh,...

Phản lực từ bánh xe tác dụng xuống mặt
đường

Lực tương tác giữa bánh xe
và mặt đường

Phản lực

Tuổi thọ của đường





Phương,

Trạng thái làm việc

Chiều

của bánh xe.

Giá trị

17


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
Trường hợp tổng quát phản lực này gồm 3 thành phần:





Thành phần thẳng đứng: vuông góc với mặt đường,
Thành phần song song với mặt đường theo phương dọc,
Thành phần song song với mặt đường theo phương ngang.

Trong mục này khảo sát chủ yếu thành phần song song với mặt đường theo phương dọc.

18


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.3.1. Thành phần thẳng đứng

1.3.1.1. Khi xe đứng yên
1.3.1.2. Khi xe chuyển động
Trọng lượng: Gb = G’b + G”b
Phản lực từ mặt đường: Fz

Trọng lượng: Gb = G’b + G”b
Phản lực từ mặt đường: Fz

Hình 1.19
19


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.3.2. Thành phần song song với mặt đường theo phương dọc

Các lực tác dụng (hình 1.20):







Từ khung xe: Lực đẩy dọc Fb: chiều phụ thuộc M
Trọng lượng: Gb = G’b + G”b;
Từ mặt đường: Fz , Fx; Fz dịch về phía trước một khoảng e;
Lực quán tính (tịnh tiến) của bánh xe Fqb;
Mô men quán tính của bánh xe và các chi tiết liên quan M qb

Phản lực thẳng đứng: Fz = Gb

(1.4)

Hình 1.20

Phản lực Fx :

M qb
M e
Fx =
− Fz −
rd rd
rd

(1.5)

20


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

M qb
rd
e
Fz
rd

Có khi xe có gia tốc

Có khi xe chuyển động (e ≠ 0)

Lực cản lăn Ff

Ngược chiều CĐ

Ff =

e
e
Fz = Gb
rd
rd

(1.6)

e
f =
rd
Ff = fFz = fGb
Mf = Ffrd

(1.7)

Hệ số cản lăn

(1.8)

(1.9)

Mô men cản lăn

21


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

M
rd

Chỉ có khi có M

Nếu là Mk:

Mk
Fk =
rd
M iη
Fk = e t t
rd

Lực kéo tiếp tuyến Fk
(1.10)

(1.11)

Hình 1.21

Lực phanh Fp

Nếu là Mp:

Fp =
Hình 1.22

Mp
rd

(1.12)


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

Bánh xe bị động: M = 0

Chỉ có lực cản lăn Ff

Hệ số lực kéo

pk =

Fk Fk
=
Fz Gb

(1.13)

Hình 1.23
Hệ số lực phanh

pp =

Fp
Fz

=

Fp
Gb

(1.14)

23


CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE
1.3.3. Phản lực mặt đường khi bánh xe chịu mô men phanh

Fze = cS

e=

cS
Fz

(1.15)

Hình 1.24. Sơ đồ thiết bị đo khoảng dịch chuyển
của phản lực thẳng đứng lên bánh xe

24

CHƯƠNG 1: XE VÀ BÁNH XE

Hình 1.25. Sự thay đổi của khoảng cách
dịch chuyển e theo lực phanh (thí nghiệm với bánh xe của xe ГАЗ-АА)

25