Chương 2 động lực học tổng quát của ôtô 6

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

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ
CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ

GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
NỘI DUNG
2.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe, ký hiệu của lốp
2.2. Động lực học bánh xe bị động
2.3. Động lực học bánh xe chủ động
2.4. Hệ số cản lăn và sự trượt của bánh xe chủ động
2.5. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe
trong mặt phẳng dọc
2.6. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe
trong mặt phẳng ngang


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe, ký hiệu của lốp
2.1.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe
a) Bán kính thiết kế ro

Là bán kính được xác định theo kích thước tiêu chuẩn, được giới thiệu
trong các sổ tay kỹ thuật
Ví dụ: Loại lốp được sử dụng có ký hiệu là (B- d):

d

r0 ( B  ).25 ,4[mm ]
2

B – bề rộng của lốp (tính theo đơn vị Anh insơ);

d- đường kính vành bánh xe tính theo đơn vị Anh ( 1insơ = 25,4 mm)
b) Bán kính tĩnh của bánh xe rt
Là loại bán kính đo được bằng khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt
phẳng của đường khi bánh xe đứng yên và chỉ chịu tải trọng thẳng đứng.
c) Bán kính động lực học của bánh xe rđ
Là bán kính đo được từ khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt phẳng
của đường khi bánh xe lăn


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe, ký hiệu của lốp
2.1.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe
d) Bán kính lăn của bánh xe rl
Là bán kính của bánh xe giả định. Bánh xe giả định không bị biến dạng, trượt lết,
trượt quay khi làm việc, có cùng tốc độ tịnh tiến, tốc độ quay như bánh xe thực tế.
e) Bán kính làm việc trung bình rb
Dùng trong tính toán thực tế, có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh
hưởng của tải trọng tác dụng, áp suất không khí trong lốp, độ đàn hồi của vật liệu
lốp và khả năng bám của bánh xe với mặt đường.
rb = ro
ro - bán kính thiết kế của bánh xe;
- hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, thường chọn theo loại lốp :
Với lốp áp suất thấp:  = 0,930 0,935; áp suất cao:  = 0,945 0,950

CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe, ký hiệu của lốp
2.1.2. Ký hiệu của lốp
suất

trong

lốp

d

Áp

D

a) Lốp có áp suất thấp : (B-d)

H

p=(0,080,5)MN/m2
 (0,85)KG/m2

B

VD: lốp xe Zil130 là B – d: 9,0 – 20

hoặc 260 – 20 (bề rộng của lốp bằng 9 Hình 2.1. Sơ đồ kích thước hình học của lốp
b)
Lốp
có áp vành

suất cao
insơ,
đg/kính
bánh xe là 20 insơ)
Áp suất trong lốp p=(0,50,7)MN/m2, ký hiệu là DxB hoặc DxH (với B=H).
D – là đường kính ngoài của lốp;

B – là bề rộng của lốp;

H – chiều cao của phần đầu lốp.
Các ký hiệu D, B, H được tính theo đơn vị insơ hoặc mm


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe, ký hiệu của lốp
2.1.2. Ký hiệu của lốp
R: Cấu trúc bố dạng tỏa tròn
P: Lốp dùng cho xe chở
khách trọng tải từ 250-500 kg
LT: Lốp dành cho xe bán tải
nhỏ, xe chở hàng có trọng tải
từ 750 kg đến 1 tấn.
T: Lốp sử dụng tạm thời hoặc
dự phòng trên xe.
ST: Lốp dùng cho xe rơ móoc
hay chuyên dụng.
C: Lốp dùng cho xe thương
mai, dịch vụ hay chuyển hàng
Hình 2.2. Các ký hiệu thường gặp của lốp
91: Trọng tải giới hạn là 615 kg (chỉ số trọng tải giới hạn từ 71 đến 110 tương ứng với

trọng tải từ 345 đến 1060)
V: tốc độ giới hạn mà lốp có thể hoạt động được là 220km/h (có chỉ số M đến Z
tương ứng từ 130 đến 220km/h)
Thời gian sản xuất lốp:1516 là lốp sản xuất vào tuần thứ 15 của năm 2016


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.1. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe, ký hiệu của lốp
2.1.2. Ký hiệu của lốp
Ví dụ: Lốp xe huyndai grand i10

165 – bề rộng của lốp tính theo mm;
R – cấu trúc xương lốp;

65 – chỉ số profin;
14 - đường kính vành bánh xe tính theo

insơ;
79 – Trọng tải giới hạn là 534 kg (79*615/91)
T - Lốp sử dụng tạm thời hoặc dự phòng trên xe

Hình 2.3.Lốp xe huyndai grand i10


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.2. Động lực học bánh xe bị động
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: Z
- Lực cản lăn: Pf

- Phản lực ngang: Y
- Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng bởi các lực:
+ Tải trọng thẳng đứng G
+ Lực đẩy từ khung tác dụng lên trục bánh xe Px.
- 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 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.2. Động lực học bánh xe bị động
2.2.1. Động lực học bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường cứng
- Khi ôtô chuyển động bánh xe lăn chịu
tác dụng của các lực Gb1, Px, Z1, Pf1
- Và mômen ma sát trong ổ trục, mômen
quán tính, các mômen này có trị số nhỏ
nên có thể bỏ qua.
 mo1  Z1.a1  Pf1 .rd  0
� Pf1  Z1.

a1
rd

Z 1 Gb1  Z1 .a1 Gb1 .a1

a1
a1
Pf1 Z 1 . Gb1
rd

rd

Trong đó :
rđ: bán kính động lực của bánh xe;

Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh
xe đàn hồi lăn trên đường cứng.

a1: khoảng cách từ điểm đặt hợp lực Z 1 đến giao điểm
của đường thẳng góc đi qua tâm trục bánh xe với đường.


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.2. Động lực học bánh xe bị động
2.2.1. Động lực học bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường cứng
Tổng hợp lại ta có:
Hệ số cản lăn:

a1
f1 
rd

Lực cản lăn:

Pf1  Z1 . f Gb1 . f

Mômen cản lăn:

M f1  Pf1 .rd

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.


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.2. Động lực học bánh xe bị động
2.2.2. Động lực học bánh xe cứng lăn trên mặt đường mềm
Khi bánh xe chuyển động chịu tác dụng bởi:
- Tải trọng thẳng đứng Gb1
- Lực đẩy từ khung lên trục bánh xe Px
- Phản lực pháp tuyến Z1
- Phản lực tiếp tuyến Pf1

rb  rd
0
2
Hình 2-5. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh
a1
 Pf1 2.Z1 .
xe cứng lăn trên đường mềm
rb  rd
a1
a1
Z 1 Gb
2.Gb1
=> Pf1 2.Z 1 .
rb  rd
rb  rd

 m Z 1 .a1  Pf1

1

Đặt f1 2.

a1
là hệ số cản lăn
rb  rd

=> Pf1 = f1 .Gb1 =f1 .Z1


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.2. Động lực học bánh xe bị động
2.2.3. Động lực học bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường mềm
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

Hình 2-6. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh
xe đàn hồi lăn trên đường cứng.


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.3. Động lực học bánh xe chủ động

Xác định lực cản lăn và hệ số cản lăn:

m(o) = Mk – ZR .a2 + XR .rđ - ZT.a2 - XT .rđ = 0
=>Mk = (ZR + ZT).a2 + (XT - XR).rd
Z2 = ZR + ZT = Gb2
Px = X T - X R = X k
Mk = Z2a2 + Pxrđ

Z2: hợp lực của các phản lực
thẳng góc của đường tác dụng
lên bánh xe chủ động;
XK: phản lực đẩy của đường;

Mk = Z2a2 + Xkrđ

Z2 = Gb2  Z2a2 = Gb2a2 = Pf2rđ = Mf2

 Pf 2 Z 2

Hình 2.7. Sơ đồ lực tác dụng lên
ôtô bánh xe chủ động.

a2
a
Gb 2 2
rd
rd

a2
 f 2 là hệ số cản lăn

Tỷ số
rd

=> Pf2 = Gb2 f2 = Z2 f2


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.4. Hệ số cản lăn và sự trượt của bánh xe chủ động
2.4.1. Hệ số cản lăn
Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số cản lăn và lực cản lăn là :
- Tính chất cơ lý, tình trạng mặt đường, vật liệu chế tạo lốp và áp suất trong lốp.
- Tải trọng G là phần trọng lượng của xe tác dụng lên từng bánh xe.
- Mômen xoắn tác dụng lên bánh xe chủ động càng lớn thì hệ số cản lăn càng 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
lănnghiệm thì khi vận tốc của ôtô v < 80km/h thì hệ số cản lăn được tính theo
Qua
thực
công thức :

Pf Pf 1  Pf 2  f1Z1  f 2 Z 2  f  Z1  Z 2 

Trong đó:

f  f1  f 2  const


v2 
Khi vận tốc của ôtô v > 80km/h thì : f  f 0 1 


 1500 

Khi ôtô chuyển động trên đường nhựa tốt, đường bê tông thì :

f


32  v 

2800


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.4. Hệ số cản lăn và sự trượt của bánh xe chủ động
2.4.1. Hệ số cản lăn
v: tốc độ chuyển động của ôtô theo m/s
f0: hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe < 80km/h. Giá trị của hệ số
cản lăn f0 trên một số loại đường xem ở bảng


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.4. Hệ số cản lăn và sự trượt của bánh xe chủ động
2.4.2. 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 :
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:


vl  v
v  rb 
1 
1  .100%
vl
vl 
r1 


n0 

.100%
  1 
nb 


Hình 2.8. Sơ đồ biến dạng của đất
khi bánh xe chủ động lăn.


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.5. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng dọc
2.5.1- Trường hợp tổng quát
v
P

P
j

D

Z1
Mk
B P M f1
f1
Z2
G.cos G Pk
A Mf2
Pf2

Pm

T
Hình 2.9. Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc trường hợp tổng quát


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.5. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng dọc
2.5.1- Trường hợp tổng quát
Phản lực Z1 và Z2 được xác định:
MA = Z1L + P h + (Pi+Pj )hg - Gbcos +Pmhm +Mf1+Mf2 +Mj1 + Mj 2 =0
Mj1, Mj2: mômen quán tính của các bánh xe

v

P

trước và sau (trị số nhỏ nên bỏ qua)
P

Mf1 – mômen cản ở bánh xe trước;

Z1
D

Mf2- mômen cản ở bánh xe sau;

j

Mf = Mf1 + Mf2= G f rbcos
Pm = Gm(fcos  sin): lực cản ở moóc
Z1 
kéo

Mk
B P M f1
f1
Z2
G.cos G Pk
A Mf2
Pf2
T

G. cos  .(b  f .rb )  (G. sin   Pj )hg  P .h  Pm .hm

L
G. cos  .(a  f .rb )  (G. sin   Pj ), hg  P .h  Pm .hm

Tương tự => Z 2 
L

Pm


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.5. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng dọc
2.5.2- Các trường hợp khác
- Trường hợp xe chuyển động lên dốc, không thay đổi vận tốc và có kéo moóc.
Phản lực Z1 và Z2 được xác định theo công thức:
G. cos  .(b  f .rb )  hg .G. sin   P .h  Pm .hm Z  G. cos  .(a  f .rb )  hg .G. sin   P .h  Pm .hm

Z1 

2

L

L

L

- Trường hợp xe chuyển động ổn định trên
đường nằm ngang và không kéo moóc
v
G (b  f .r )  P .h

Z1 

b



a

b



L

P

G (a  f .rb )  P .h
L
- Trường hợp xe đứng yên trên
đường nằm ngang
Z2 

h

G.b
Z1 
L

Mk
hg

Z1

Z2

M f1

M f2

B
P
A
Pf1
P
G.a
G
Z2 
L Hình 2.10.Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô ch/động trên đ/ngang
k

f2


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.5. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng dọc
2.5.2- 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:
m1 – hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe trước;
m2 – hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe sau;

Z1
Z2
m1  ;m2 
- Xe đứng yên trên
Gđường nằm ngang
G không kéo moóc.

Các hệ số m1 , m2 được xác định cụ thể trong các trường hợp dưới đây:

m1T
m 2T

Z 1T
Gb
b



G
GL
L
Z 2T
Ga
a



G
GL
L

m1T, m2T – lần lượt là hệ số phân
bố tải trọng tĩnh lên các bánh xe
trước và sau khi chuyển động tiến.


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.5. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng dọc
2.5.2- Hệ số phân bố tải trọng
- Xe chuyển động ổn định với vận tốc lớn trên đường bằng và không kéo moóc.
Z
Gfr  P h
Gb Gfrb  P h
m1k  1k 

 m1T  b  
G GL
GL
GL
m2 k 

Z 2 k Gb Gfrb  P h
Gfr  P h


 m2T  b  
G GL
GL
GL

- Khi phanh xe trên đường bằng, không kéo moóc.
Các phản lực và được xác định theo công thức :

Z1 p 

Gb  Pj hg

Z2 p 

L
Ga  Pj hg
L

Ta xác định được hệ số phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau:
Z1p
Pj h g
Pj h g
Gb
Trường hợp xe chuyển động với
m1 p 


m1T 
G
LG
LG
LG
sự tăng tốc lớn m1, m2 nằm trong
Z2p

Pj h g
Pj h g phạm vi sau: m1 = 0,650,70;
Gb
m2 p 


m 2T 
G
LG
LG
LG m2 = 1,201,35


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.6. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng ngang
2.6.1- Trường hợp tổng quát
Ôtô chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang (), không kéo rơmooc
- Các phản lực bên Y’, Y’’ : Y=’.Z
- Trọng lượng của ô tô: G
- Mjn: mômen quán tính của ôtô trong mặt
phẳng ngang rất nhỏ nên ta bỏ qua
- Lực ly tâm :

Trong đó:

G v2
Plt  .
g R

R: bán kính quay vòng
: góc nghiêng ngang
’ là hệ số bám trong mặt phẳng ngang

P1

G

A Y'

Plt

B

Y"

Z"

Z'

Hình 2-11. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô
trong mặt phẳng ngang.


CHƯƠNG 2. ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
2.6. Phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trong mặt
phẳng ngang
2.6.1- Trường hợp tổng quát
Xác định các phản lực Z’, Z’’ :

 (F

) 0

i A

 Z’’.C + Gsin.hg – P2.hg – P1.C/2 -

P1

Plt

Gcos.C/2 = 0
=> Z' ' 

G

( P1  G cos )C  2(G sin   P2 )h g

A Y'

2C

Y"

Z"

Z'

Ta có: Z’’ + Z’ = P1 + Gcos

=> Z' 

B

( P1  G cos )C  2(G sin   P2 )h g
2C

'

''

'

Y ' '  .Z  .

Xác định các lực bên Y’, Y’’:
''

P1=Plt.sin; P2=Plt.cos

'

''

'

Y  .Z  .

( P1  G cos  )C  2(G sin   P2 )hg
2C

( P1  G cos  )C  2(G sin   P2 )hg
2C