chương 1 lực và mô men tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN

BÀI GIẢNG
LÝ THUYẾT Ô TÔ

GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN


NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
Chương 1
Chương 2
Chương 3
Chương 4
Chương 5
Chương 6
Chương 7
Chương 8
Chương 9


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG

NỘI DUNG
1.1. Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong
1.2. Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động
1.3. Lực bám ở bánh xe chủ động và hệ số bám
1.4. Các lực cản chuyển động của ô tô và điều kiện để ô
tô chuyển động được

CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.1. Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong
1.1.1. Khái niệm về đường đặc tính của động cơ
Đường đặc tính tốc độ của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất có
ích Ne, mômen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Gt và suất tiêu
hao nhiên liệu ge của động cơ theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ của trục khuỷu.
- Đường đặc tính tốc độ ngoài: ứng với khi nhiên liệu được cung cấp hoàn toàn
(khi bướm ga mở hoàn toàn ở động cơ xăng và khi thanh răng của bơm cao áp ở
động cơ Diesel nằm ở vị trí ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu hoàn toàn)
- Đường đặc tính tốc độ cục bộ: ứng với khi bướm ga hoặc thanh răng nằm ở vị trí
trung gian, tức là nhiên liệu được cung cấp không hoàn toàn.
Vậy với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô số đường
đặc tính cục bộ tuỳ theo vị trí bướm ga hoặc vị trí thanh răng.
Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được từ thí nghiệm trên bệ thử.


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.1. Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong
1.1.1. Khái niệm về đường đặc tính của động cơ


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.1. Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong
1.1.1. Khái niệm về đường đặc tính của động cơ
Ne
Me

ge

* Độ dự trữ về mô men xoắn được đánh
b

c

giá bằng hệ số thích ứng của động cơ:

Ne

Me

Nmax

a

nn

k= Mmax/MN
MN – mômen xoắn ứng với công suất
cực đại N của động cơ .

n
M

* Hệ số thích ứng k có các giá trị sau :
mn

Mmax

ge

n
nn nck

N

- Đối với động cơ xăng : 1,25

1,35

- Đối với động cơ Diesel: 1,05

1,15

ne

Hình I-2: Đường đặc tính ngoài động cơ Diezel


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.1. Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong
1.1.2. Phương pháp xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Xây dựng đường đặc tính đó nhờ công thức kinh nghiệm của S.R. Lây Đéc man :
2
3
 n
 ne 

 ne  
e
 − c.
 
N e = N max.a. + b.
 nN
 nN 
 nN  
Ne , ne – công suất hữu ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng với một
điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài;
Nmax, nN– công suất có ích cực đại và số vòng quay đối với công suất nói trên;
a, b, c - Các hệ số thực nghiệm, chọn theo bảng


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.1. Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong
1.1.2. Phương pháp xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Biết được giá trị Nmax ; nN , bằng cách cho các giá trị ne khác nhau, dựa theo công
thức S.R. Lây Đéc man sẽ tính được công suất N e tương ứng và từ đó vẽ được đồ
thị Ne= f(ne).
Có các giá trị Ne và ne có thể xác
định giá trị mômen xoắn Me của động cơ theo
4
10 .N e
M
=
e
công thức sau :
1,047.n e

ở đây:
Ne – công suất của động cơ : KW
ne – số vòng quay trục khuỷu : v / ph.
Me – mômen xoắn của động cơ : Nm.


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.2. Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động
1.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

* Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực:

it =

n e ωe
=
n b ωb

it – tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;
ne, ωe - số vòng quay và tốc độ góc của trục khuỷu động cơ;
nb, ωb - số vòng quay và tốc độ góc của bánh xe chủ động;
Về mặt kết cấu ôtô thì tỷ số truyền của hệ thống truyền của hệ thống truyền
lực bằng tích số các tỷ số truyền của các cụm trong hệ thống truyền lực:
it=ih ip io ic
ih - tỷ số truyền của hộp số chính;
ip - tỷ số truyền của hộp số phụ;
io - tỷ số truyền của truyền lực chính;

CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.2. Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động
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:

N = Ne − Nt
Hiệu suất của hệkthống truyền
lực:

ηt =

Nk Ne − Nt
N
=
= 1− t
Ne
Ne
Ne

Xét về mặt kết cấu, hiệu suất của hệ thống truyền lực được xác định theo công thức

η t = η l . .η h .η cdη o .η c
Giá trị của chúng được trình bày trên bảng


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.2. Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động
1.2.3. Mômen xoắn ở bánh xe chủ động và lực kéo tiếp tuyến.

- Khi ôtô chuyển động đều (chuyển động ổn định tức v = const).
Mk= Me it η t = Me ih ip ioicη t

- Pk: phản lực từ mặt đường tác dụng lên
bánh xe chủ động có cùng chiều chuyển
động của ôtô.
Được xác định theo M
công thức:
Pk =

k

rk

Hình I-3. Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe
chủ động.

rk – bán kính đặt lực Pk
Với sai số không lớn: bán kính rk bằng bán
kính làm việc của bánh xe r do đó:

M k M e .ih .i p io ic
Pk =
=
rk
rb


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG

1.3. Lực bám ở bánh xe chủ động và hệ số bám
1.3.1. Hệ số bám ϕ
Hệ số bám là độ bám nhất định ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặt
đường để ô tô có thể chuyển động được

ϕ = Pkmax / Gϕ
Gϕ: Trọng lượng bám; Pkmax: Lực kéo tiếp tuyến cực đại
ϕ phụ thuộc: vật liệu bề mặt đường và bề mặt chế tạo lốp; tình trạng mặt đường ( khô,
ướt, nhẵn, nhám, sạch, bẩn v.v ), kết cấu dạng hoa lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, áp
suất trong lốp, tốc độ chuyển động của ôtô …nên được xác định bằng cách tra bảng:

1.3.2. Lực bám ở bánh
xe chủ động Pϕ
Pϕ = ϕ.Z
Để bánh xe chủ động
không bị trượt quay khi ôtô
chuyển động thì

Pkmax ≤ Pϕ


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1. Các lực cản chuyển động của ôtô
v
Pω

Z1

M f1
Pf1

Z2
G

Pk

Mk
M f1

Pm

Pf2

Hình I.4. Lực và mômen tác dụng lên ôtô chuyển động tăng tốc trên dốc


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1. Các lực cản chuyển động của ôtô
1.4.1.1.Lực quán tính của ôtô: Pj
Khi ôtô chuyển động lực quán tính:

Pj = Pj’ + Pj’’

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô

Pj' =

G
j
g

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ôtô Pj’’ tính toán dựa vào các
thông số kết cấu cụ thể của từng loại xe và phương pháp tổng quát.

G
Pj = . j.δ
g
Trong đó:
j : gia tốc tịnh tiến của ôtô;
δ = 1 ,0 5 +0 ,0 5 .ih2 :hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng vận động
quay


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1. Các lực cản chuyển động của ôtô
1.4.1.2. Lực cản không khí: Pω
- Lực cản do không khí tác dụng
vào diện tích chính diện của đầu xe
- Lực cản do ma sát giữa không khí
với toàn bộ vỏ xe
- Lực cản do sự hình thành những
xoáy lốc phía dưới gầm xe, lực cản
này có xu hướng nhấc xe lên.

Hình I.5. Sơ đồ dòng khí xoáy tác dụng
lên các dạng ôtô.


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1.2. Lực cản không khí: Pω
Pω = KFυ 02
K: hệ số cản không khí
F : diện tích cản chính diện của ôtô (m 2)
v0: tốc độ tương đối giữa ôtô và không khí, m/s
Nhân tố cản không khí ký hiệu là: W. W = KF
Suy ra : Pω =Wv02

Giá trị trung bình của K, F, W được tra bảng:

Đối với ôtô du lịch:F = 0,8 B0 H0
Đối với ôtô vận tải:F = B H0
ở đây:
B0 – chiều rộng lớn nhất của ôtô;
B- chiều rộng cơ sở của ôtô;
H0 – chiều cao lớn nhất của ôtô;
v0 = v ± vg
v – vận tốc ôtô;
vg – vận tốc của gió
(+)khi tốc độ của ôtô
và của gió cùng chiều,
(-) khi ngược chiều.

CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1.3. Lực ở moóc kéo: Pm
- Phương: Song song với mặt đường (nằm ngang)
- Chiều: ngược với chiều chuyển động củavôtô
- Điểm đặt: tại vị trí đặt moóc

Pω

- Độ lớn xác định theo công thức:
Z1

Pm = nQψ

M f1
Pf1

Z2
G

Pk

Mk
M f1
Pf2

Trong đó:
Q- trọng lượng toàn bộ của một moóc;

n- số lượng moóc được kéo theo sau; ψ- hệ số cản tổng cộng của đường;

Pm


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1.4. Lực cản lên dốc: Pi
- Phương: song song mặt phẳng nằm ngang.
- Chiều: ngược hướng chuyển động.
v

- Điểm đặt: trọng tâm của xe.

Pω

- Độ lớn: Pi = Gsinα ≈ G.i
i = D/T =tgα
Lùc c¶n tæng céng cña ®
ưêng Pψ:
Pψ = Pf ±
sinα)

Pi = G.(f.cosα ±

Z1

M f1
Pf1

Z2
G

Pk

Mk
M f1

Pm

Pf2

≈ G.(f± i)
HÖ sè c¶n tæng céng cña
®ưêng:

Dấu (+) khi lªn dèc và (-) khi xuèng d


CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.1.5. Lực cản lăn: Pf
Lực cản lăn được xác định theo công thức: Pf = Pf 1 + Pf 2
Trong đó:
Pf1= Z1.f1 ;

v
Pω

Pf2= Z2.f2
Trong tính toán coi : f1= f2= f

Z1 + Z 2 = G cos α ⇒
Pf = fZ1 + fZ 2 = f ( Z1 + Z 2 )

Ta có:

Z1

M f1
Pf1

Pf = fG cos α

Khi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang: Pf = fG

f- hÖ sè c¶n lăn nãi chung cña «t«

Z2
G

Pk

Mk
M f1
Pf2

Pm

CHƯƠNG 1. LỰC VÀ MÔMEN TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG
1.4. Các lực cản chuyển động và điều kiện để ôtô chuyển động được
1.4.2. Điều kiện để cho ôtô có thể chuyển động được.
Để ôtô có thể chuyển động được mà không bị trượt quay thì lực kéo tiếp
tuyến sinh ra ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặt đường phải :
- Thắng được tổng các lực cản chuyển động
- Giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường
Tức là:

Pf ± Pi ± Pj + Pω + Pm ≤ Pk ≤ Pϕ

- Đối với lực cản dốc Pi thì dấu “-“ khi ôtô xuống dốc, “+” khi ôtô lên dốc.
- Đối với lực cản quán tính Pj thì dấu “-“ khi ôtô giảm tốc, “+” khi ôtô tăng tốc