Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.9 MB, 67 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG
PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG THẲNG
CÓ GIA TỐC THEO SƠ ĐỒ 2 KHỐI LƯỢNG.
NGUYÊN LÝ ỔN ĐỊNH THÙNG XE
TRONG MẶT PHẲNG DỌC
GVHD: TS. LÂM MAI LONG
SVTH: TRỊNH VIỆT DŨNG MSSV:14145038
VŨ BẮC THẮNG
MSSV:14145272
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ơ tơ
:
TP Hồ Chí Minh, 7/2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 03 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: 1. Trịnh Việt Dũng
2. Vũ Bắc Thắng
MSSV: 14145038
MSSV: 14145272
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Hệ đào tạo: Chính qui
Mã ngành đào tạo: 52510205
Mã hệ đào tạo: K14145
Khóa: K14
Lớp: 141453A
Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có
gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”
1. Nhiệm vụ của đề tài
-
Khái niệm về sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe ở sơ đồ 1 khối
lượng.
-
Phân tích ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và
ổn định của ô tô.
-
Sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến ở sơ đồ 2 khối lượng.
-
Nguyên lý điều chỉnh cân bằng thùng xe ô tô du lịch
Sản phẩm của đề tài
Thuyết minh đề tài
2. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 26/03/2017
3. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/07/2018
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
HCM
NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn khung gầm
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Trịnh Việt Dũng
MSSV: 14145038
Hội đồng:…………
Họ và tên sinh viên: Vũ Bắc Thắng
MSSV:14145272
Hội đồng:…………
Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia
tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: TS. Lâm Mai Long
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
Điểm
Mục đánh giá
TT
tối đa
Hình thức và kết cấu ĐATN
1.
đạt được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội
dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
2.
Điểm
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa
học và kỹ thuật, khoa học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành
phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với
những ràng buộc thực tế.
15
giá
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm
chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng 07 năm 2018
Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
HCM
NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn khung gầm
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Trịnh Việt Dũng
MSSV: 14145038
Hội đồng:…………
Họ và tên sinh viên: Vũ Bắc Thắng
MSSV:14145272
Hội đồng:…………
Tên đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia
tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
Mục đánh giá
TT
tối đa
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm
đạt được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung
của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học
và kỹ thuật, khoa học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành
phần, hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những
ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm
chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng 07 năm 2018
Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng
có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”
Họ và tên sinh viên: 1. Trịnh Việt Dũng
2. Vũ Bắc Thắng
MSSV: 14145038
MSSV: 14145272
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn thành
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:
______________________
___________________
Giảng viên hướng dẫn: _______________________
___________________
Giảng viên phản biện: _______________________
___________________
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 07 năm 2018
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong xu thế hội nhập vào mở cửa nền kinh tế, nhu cầu di chuyển của
người và vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng cao, dẫn đến những đòi hỏi khắt khe hơn về
nhiều mặt của phương tiện di chuyển, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang phát triển
mạnh mẽ do vậy việc ứng dụng và phát triển những công nghệ mới là hết sức quan trọng.
Để đáp ứng tốt các yêu cầu như tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên
liệu, tăng tính an tồn, ổn định và thoải mái của xe. Ta cần có một cơ sở lý thuyết chính
xác, khoa học và vững chắc để phân tích các tác động xảy ra trong q trình chuyển động
của xe, từ đó đưa ra các phương án để giải quyết vấn đề trên cơ sở lý thuyết đã phân tích.
Khi xe chuyển động ở các điều kiện chuyển động phức tạp dẫn đến việc thay đổi
của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó tải trọng pháp tuyến là yếu tố quan trọng ảnh hưởng
rất lớn đến các tính chất của xe.
Là những sinh viên ô tô sắp ra trường, chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu sự phân
bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng.
Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”làm đề tài tốt nghiệp. Em rất mong với
đề tài này, em có thể củng cố tốt hơn kiến thức của mình để khi ra trường có thể góp một
phần vào sự phát triển của ngành cơng nghiệp ô tô nước nhà.
Cuối cùng, chúng em xin được gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn
Lâm Mai Long đã chỉ bảo tận tình, giúp chúng em vượt qua những khó khăn vướng mắc
trong khi hồn thành đồ án của mình. Bên cạnh đó, chúng em xin cám ơn các thầy cơ giáo
trong Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp
này.
LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, chúng em xin cám ơn các thầy trong Khoa Cơ khí động lực – trường Đại
học Sư pham Kỹ thuật, đặc biệt là thầy Lâm Mai Long đã tạo điều kiện cho em thực hiện
đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc
theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe trong mặt phẳng dọc”. Đối với em,
đây là đề tài khá hay và đã mang lại cho em rất nhiều kiến thức mới và bổ ích. Trong q
trình thực hiện đề tài chúng em đã có cơ hội cũng cố các kiến thức đã học và tiếp cận với
những kiến thức mới.
Vì kiến thức của chúng em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những sai sót trong
q trình thực hiện. Mong quý thầy nhận xét và chỉ dẫn thêm để bài làm của em được hoàn
hiện hơn.
Lời cuối, chúng em xin kính chúc các thầy ln có nhiều sức khỏe, niềm vui, ln
hạnh phúc và có thêm thật nhiều thành tựu trong sự nghiệp của mình.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................................1
2. Mục tiêu ...........................................................................................................................1
3. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................................2
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN TRÊN
BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG ...............................................................3
1.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp tổng quát khi xe
chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc: ....................................................................3
1.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi xe chuyển động
thẳng có gia tốc trên đường bằng: ........................................................................................5
1.2.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực
kéo ( xe tăng tốc): ................................................................................................................5
1.2.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực
phanh ( xe giảm tốc): ...........................................................................................................5
CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE
CHUYỂN ĐỘNG CĨ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE
THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG ..................................................................................7
2.1 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến
động lực học chuyển động của xe: .......................................................................................7
2.1.1 Động lực học kéo của xe: ..........................................................................................7
2.1.2. Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi khơng tính đến trượt: ..8
2.1.3. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông số vận tốc, gia tốc
và độ dốc cực đại của xe: .....................................................................................................9
2.1.4. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc đến
động lực học phanh: ...........................................................................................................15
2.2. Ảnh hưởng của của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia
tốc đến ổn định chuyển động của ô tô. ..............................................................................17
2.2.1. Khái niệm về ổn định chuyển động thẳng của ô tô:................................................17
2.2.2. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia
tốc đến tính ổn định của ô tô: .............................................................................................23
CHƯƠNG 3: SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG
THẲNG CÓ GIA TỐC THEO SƠ ĐỒ 2 KHỐI LƯỢNG. ...............................................26
3.1. Sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động thẳng có gia tốc trong trường
hợp tổng quát [1]: ...............................................................................................................26
3.2. Cân bằng cơ cấu treo khi kéo và khi phanh: ...............................................................28
CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG THÙNG XE VỚI HỆ THỐNG TREO KHÍ ..35
4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng thùng xe:............................................................35
4.1.1. Xét đặc tính tải của buồng đàn hồi khí nén: ...........................................................36
4.1.2. Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến áp suất túi khí hệ thống treo cầu trước,
cầu sau. 38
4.2. Sự điều khiển cân bằng thùng xe: ...............................................................................40
4.2.1. Sự thay đổi khối lượng khí bên trong các túi khí....................................................40
4.2.2. Sự thay đổi về độ cứng. ..........................................................................................41
4.3. Hệ thống treo khí nén trên xe khách Kinglong KB 120SE: ........................................43
4.3.1. Cấu tạo cụm chi tiết hệ thống [4]: ...........................................................................43
4.3.1.1. Van tải trọng: ........................................................................................................43
4.3.1.2. Túi hơi: ..................................................................................................................44
4.3.1.3. Giảm chấn thủy lực: ..............................................................................................45
4.3.1.4. Phần tử hướng .......................................................................................................45
4.3.1.5. Bình chứa khí nén .................................................................................................46
4.3.1.6. Bộ lọc và tách ẩm..................................................................................................47
4.3.1.7. Máy nén khí ..........................................................................................................47
4.3.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống treo xe KB 120SE. .................................48
4.4. Nhận xét ......................................................................................................................57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................59
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................60
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc ....................................3
Hình 2.1. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với vận tốc cực đại trên đường
bằng ....................................................................................................................................12
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với gia tốc cực đại trên đường
bằng ....................................................................................................................................13
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với góc dốc cực đại ..................14
Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chịu lực phanh ...............................................15
Hình 2.5. Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngang ...............18
Hình 2.6. Sơ đồ hướng của vecto vận tốc bánh xe khi bánh xe bị trượt ngang .................18
Hình 2.7. Đồ thị quan hệ giữa độ trượt ngang và hệ số bám ngang ..................................19
Hình 2.8. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tinh chất quay vịng trung tính .........................20
Hình 2.9. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tinh chất quay vịng thiếu ................................21
Hình 2.10. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tinh chất quay vịng thừa ...............................22
Hình 3.1. Mơ hình ơ tơ chuyển động thẳng với gia tốc khơng đổi. ...................................26
Hình 3.2. Cơ cấu treo khi kéo và khi phanh. .....................................................................29
Hình 4.1. Sự thay đổi khối lượng khí khi tải trọng thay đổi ..............................................40
Hình 4.1. Kết cấu của van tải trọng. ..................................................................................43
Hình 4.2 Kết cấu túi hơi .....................................................................................................44
Hình 4.3 Vỏ túi hơi ............................................................................................................44
Hình 4.4. Giảm chấn thủy lực dạng trụ trên xe KB 120SE ...............................................45
Hình 4.5. Tay địn treo sau ( Giị gà ) ................................................................................46
Hình 4.6. Bầu chứa khí nén ...............................................................................................47
Hình 4.7. Bộ làm khơ khơng khí ........................................................................................47
Hình 4.8. Máy nén khí .......................................................................................................48
Hình 4.9. Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên xe KB 120SE .................................................49
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Công nghệ ô tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng trên toàn
cầu. Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp phần tạo nên những chiếc
xe hiện đại, đầy đủ tiện nghi, tính năng an toàn cao và đáp ứng được các yêu cầu về mơi
trường. Để đạt được những tiến bộ đó và ngày càng hoàn thiện và tạo ra các tiến bộ mới
trong tương lai, ta cần có những phân tích về lý thuyết làm tiền đề, cơ sở cho tất cả các
hoạt động sáng tạo và phát triển. Hoạt động chuyển động và tính an tồn, ổn định của xe
khi chuyển động trên đường chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trong đó tải trọng pháp tuyến
là một yếu tố có ảnh hưởng nhất, và chúng thay đổi liên tục trong quá trình hoạt động của
xe. Vậy nên, việc phân tích làm rõ những sự thay đổi và các ảnh hưởng của chúng và đưa
ra các giải pháp là cần thiết. Sự thay đổi này của tải trọng pháp tuyến có tác động lớn đến
sự mất ổn định của thùng xe, do đó ta cần đưa ra nguyên lý nhằm khắc phục tình trạng mất
ổn định này.
Chính vì thế, chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu sự phân bố tải trọng pháp tuyến
khi xe chuyển động thẳng có gia tốc theo sơ đồ 2 khối lượng. Nguyên lý ổn định thùng xe
trong mặt phẳng dọc” nhằm phần nào bổ sung kiến thức cho bản thân và thêm nguồn tài
liệu tham khảo, giúp người đọc thấy được bức tranh tổng quát về sự phân bố tải trọng khi
xe chuyển động thẳng có gia tốc và các ảnh hưởng của chúng đến quá trình chuyển động
của xe cũng như những ứng dụng của việc phân tích lý thuyết vào thực tiễn đưa ra
nguyên lý ổn định thùng xe cho hệ thống treo của xe.
2. Mục tiêu
Mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như sau:
-
Nắm được khái niệm về sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe ở sơ đồ 1 khối
lượng khi xe chuyển động thẳng có gia tốc.
-
Hiểu được các ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tới động lực học chuyển động và
ổn định của ô tô.
-
Nắm được sự thay đổi của tải trọng pháp tuyến và các ảnh hưởng của nó ở sơ đồ 2
khối lượng khi xe chuyển động thẳng có gia tốc.
-
Hiểu được nguyên lý điều chỉnh cân bằng thùng xe ô tô và liên hệ thực tế.
1
3. Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành đề tài này, chúng em đã kết hợp rất nhiều phương pháp nghiên cứu.
Trong đó đặc biệt là phương pháp nghiên cứu tài liệu, tìm kiếm và thu thập các thơng tin
liên quan, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè,.... Từ đó tìm ra ý tưởng để hình thành
đề cương của đề tài.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Với yêu cầu về nội dung, các mục tiêu và thời gian có hạn và nguồn tài liệu hiện
có, đề tài chỉ giới hạn tập trung phân tích, khảo sát:
-
Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng có gia tốc
trong mặt phẳng dọc và những ảnh hưởng của chúng đến tính động lực học và tính ổn
định của xe khi xe chuyển động thẳng.
-
Sự mất cân bằng thùng xe do sự thay đổi tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động
thẳng và đưa ra nguyên lý cân bằng thùng xe.
-
Đề tài không tập trung vào các chi tiết cơ cấu mà chỉ chỉ ra các nguyên lý, cơ sở về
mặt lý thuyết.
2
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ SỰ THAY ĐỔI TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN
TRÊN BÁNH XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
1.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp tổng quát khi
xe chuyển động thẳng có gia tốc trên đường dốc:
Giả sử xe chuyển động thẳng, mặt đường cứng tuyệt đối – đường nghiêng với góc
dốc là α, khối lượng của xe là m.
v
Hình 1.1. Sơ đồ lực tác dụng khi xe chuyển động tăng tốc lên dốc
Khi đó xe sẽ chịu tác dụng của các lực như hình vẽ.
Trong đó:
+ G: Trọng lực tác dụng lên xe:
Phân thành 2 thành phần lực: Thành phần có phương song song với mặt đường gọi
là lực cản dốc Fi = G.sinα và thành phần vng góc với mặt đường G.cosα
+ Fk: Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe (khi xe tăng tốc):
-
Là phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động.
3
-
Giá trị của Fk được tính theo cơng thức: Fk =
𝑀𝑘
𝑟𝑏
=
𝑀𝑒 𝑖𝑡 𝜂
𝑟𝑏
.( với Mk là mômen kéo
của bánh xe, rb là bán kính tính tốn của bánh xe, Me là mômen của động cơ, it là tỉ số
truyền của hệ thống truyền lực, 𝛈 là hiệu suất truyền lực)
+ Fp: Lực phanh tại bánh xe (khi phanh)
+ Ff: Lực cản lăn của bánh xe:
-
Là lực cản phát sinh do sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe
đường và do ma sát giữa lốp xe và đường.
-
Lực cản lăn bánh xe trước (Ff1) và lực cản lăn bánh xe sau (Ff2):
Ff1 = Z1f1
Ff2 = Z2f2
Trong đó:
Z1,Z2 là phản lực pháp tuyến ở bánh xe trước và sau.
f1,f2 là hệ số cản lăn ở bánh xe trước và sau.
-
Giá trị của Ff :
Ff = (Z1 + Z2)f = fGcosα. ( với điều kiện hệ số cản lăn f1 = f2 = f)
Trong đó: α là góc dốc của mặt đường.
+ Fw: Lực cản khơng khí (Fw = 0.625.Cx.S.v2 - với Cx là hệ số cản gió của xe, S là
diện tích cản gió của xe, v là vận tốc tức thời của xe)
+ Fj: Lực quán tính của xe (Fj = δi.m.j - với δi là hệ số tính đến ảnh hưởng của các
khối lượng chuyển động quay, j là gia tốc chuyển động tịnh tiến của xe).
+ Mf1, Mf2: momen cản lăn của bánh xe: có giá trị tương đối nhỏ nên ta có thể bỏ
qua
+ Các phản lực pháp tuyến Z1, Z2 từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe tại cầu
trước và cầu sau dưới tác dụng của các lực kể trên.
Tổng của các phản lực pháp tuyến tại các bánh xe sẽ cân bằng với tải trọng pháp
tuyến của xe. Nói cách khác giá trị của phản lực pháp tuyến tại các bánh xe theo sơ đồ một
khối lượng đúng bằng giá trị của tải trọng pháp tuyến tại bánh xe đó.
Để xác định được các giá trị của tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động ta lấy
phương trình cân bằng moment tại các điểm O1,O2, ta được giá trị của tải trọng pháp tuyến
cầu trước và cầu sau lần lượt là:
4
Z1 =
Z2 =
𝐺.𝑐𝑜𝑠𝛼.𝑏−(±𝐹𝑖 ±𝐹𝑗 +𝐹𝑤 ).ℎ𝑔
𝐿
𝐺.𝑐𝑜𝑠𝛼.𝑎+(±𝐹𝑖 ±𝐹𝑗 +𝐹𝑤 ).ℎ𝑔
𝐿
=
=
𝑚.𝑔.𝑐𝑜𝑠𝛼.𝑏−(±𝑚.𝑔.𝑠𝑖𝑛𝛼±𝛿𝑗 𝑚.𝑗+0.625.𝐶𝑥 .𝑆.𝑣 2 ).ℎ𝑔
𝐿
𝑚.𝑔.𝑐𝑜𝑠𝛼.𝑎+(±𝑚.𝑔.𝑠𝑖𝑛𝛼±𝛿𝑗 𝑚.𝑗+0.625.𝐶𝑥 .𝑆.𝑣 2 ).ℎ𝑔
𝐿
(1.1a)
(1.1b)
(Lực cản dốc Fi: dấu “+” sảy ra khi xe lên dốc, dấu “-“ xảy ra khi xe xuống dốc
Lực cản quán tính Fj: dấu “+” sảy ra khi xe tăng tốc, dấu “-“ xảy ra khi xe giảm tốc)
Trong đó:
-
L: là chiều dài toàn bộ của xe
-
a,b: là khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước và sau
-
hg :là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao
-
hw :là khoảng cách từ điểm đặt lực cản của khơng khí đến mặt đường, để đơn giản
trong tính tốn ta xem hw = hg
-
α :là góc dốc trong mặt phẳng dọc
1.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe trong trường hợp khi xe chuyển
động thẳng có gia tốc trên đường bằng:
1.2.1. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực
kéo ( xe tăng tốc):
Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe tăng tốc nên Fj mang dấu “”. Theo công thức (1.1a) và (1.1b), tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và cầu
sau lần lượt là:
Z1 =
Z2 =
𝐺.𝑏−(𝐹𝑗 +𝐹𝑤 )ℎ𝑔
𝐿
𝐺.𝑎+(𝐹𝑗 +𝐹𝑤 )ℎ𝑔
𝐿
=
=
𝑚.𝑔.𝑏−(𝛿𝑗 𝑚.𝑗+0.625.𝐶𝑥 .𝑆.𝑣 2 )ℎ𝑔
𝐿
𝑚.𝑔.𝑎+(𝛿𝑗 𝑚.𝑗+0.625.𝐶𝑥 .𝑆.𝑣 2 )ℎ𝑔
𝐿
(1.2a)
(1.2b)
1.2.2. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến trên bánh xe khi xe chuyển động thẳng chịu lực
phanh ( xe giảm tốc):
Xe chuyển động trên đường bằng nên góc dốc α = 0, xe giảm tốc nên Fj mang dấu
“+”. Theo công thức (1.1a) và (1.1b) tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe ở cầu trước và
cầu sau lần lượt là:
Z1p =
𝐺.𝑏+(𝐹𝑗 −𝐹𝑤 )ℎ𝑔
𝐿
=
𝑚.𝑔.𝑏+(𝛿𝑗 𝑚.𝑗−0.625.𝐶𝑥 .𝑆.𝑣 2 )ℎ𝑔
𝐿
(1.3a)
5
Z2p =
𝐺.𝑎−(𝐹𝑗 −𝐹𝑤 )ℎ𝑔
𝐿
=
𝑚.𝑔.𝑎−(𝛿𝑗 𝑚.𝑗−0.625.𝐶𝑥 .𝑆.𝑣 2 )ℎ𝑔
Kết luận: So với tải trọng tĩnh của xe (xe đứng yên trên đường bằng): Z1 =
Z2 =
𝐺𝑎
𝐿
=
𝑚𝑔𝑎
𝐿
(1.3b)
𝐿
𝐺𝑏
𝐿
=
𝑚𝑔𝑏
𝐿
,
, sự thay đổi tải trọng pháp tuyến tại các bánh xe cầu trước và cầu sau Z1,
Z2 phụ thuộc vào các yếu tố:
-
Độ dốc của mặt đường α:
+ Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
+ Khi xe lên dốc nếu α tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
-
Gia tốc chuyển động thẳng j:
+ Khi xe tăng tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
+ Khi xe giảm tốc nếu gia tốc j tăng thì Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
-
Vận tốc v của xe: Khi vận tốc xe tăng thì giá trị của Z1 sẽ giảm và Z2 sẽ tăng.
-
Khối lượng của xe m.
-
Tọa độ trọng tâm của xe hg.
-
Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay δi.
-
Hệ số cản gió của xe Cx
-
Diện tích cản gió của xe S
Trong đó, ảnh hưởng của yếu tố gia tốc chuyển động thẳng đến sự thay đổi tải trọng
pháp tuyến là mục tiêu nghiên cứu.
6
CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP
TUYẾN KHI XE CHUYỂN ĐỘNG CĨ GIA TỐC TỚI TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE THEO SƠ ĐỒ MỘT KHỐI LƯỢNG
Trong thực tế, mối quan tâm chính của chúng ta là khả năng chuyển động (tính động
lực học của xe) và tính ổn định của xe khi chuyển động (nhiệm vụ chính của xe là chuyển
động và đảm bảo tính an tồn khi chuyển động). Vì vậy, trong phần này chúng ta nghiên
cứu các ảnh hưởng của sự phân bố của tải trọng pháp tuyến được phân tích ở phần 1 đến
các tính chất này của xe.
2.1 Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe chuyển động có gia tốc
đến động lực học chuyển động của xe:
2.1.1
Động lực học kéo của xe:
2.1.1.1. Phương trình cân bằng lực kéo:
Xét trường hợp tổng quát, xe chuyển động trên đường dốc, với vận tốc lớn và không
ổn định (có gia tốc).
Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động dùng để khắc phục các lực cản chuyển
động. Biểu thức cân bằng giữa lực kéo và lực cản chuyển động gọi là phương trình cân
bằng lực kéo.
Xét trường hợp tổng quát, ta có:
Fk = Ff ± Fi + Fw ± Fj
Với Fi: dấu (-) xảy ra khi xe xuống dốc, Fj: dấu (-) xảy ra khi xe giảm tốc.
Thay giá trị cụ thể của các lực (được phân chỉ ra ở phần 1) vào biểu thức ta có:
𝑀𝑒 𝑖𝑡 𝜂
𝑟𝑏
= fGcosα ± Gsinα + 0.625CxSv02 ± mδjj
(2.1)
2.1.1.2. Phương trình cân bằng cơng suất:
Cơng suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền
lực, phần còn lại dùng để khắc phục các lực chuyển động. Biểu thức cân bằng giữ công
suất động cơ phát ra và công suất cản kể trên gọi là phương trình cân bằng cơng suất của ơ
tơ khi chuyển động:
Pe = Pt + Pf ± Pi + Pw ± Pj
Trong đó:
Pe: Cơng suất do động cơ phát ra.
7
Pt: Công suất tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực.
Pf: Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn Pf = Ff.v (với v là vận tốc).
Pi: Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc. Pi = Fi.v.
Pw: Công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí. Pw = Fw.v.
Ở cơng suất Pi: dấu “+” dùng khi xe lên dốc, dấu “-” dùng khi xe xuống dốc.
Ở công suất Pj: dấu “+” dùng khi xe tăng tốc, dấu “-” dùng khi xe giảm tốc.
Nếu xét tại các bánh xe chủ động thì phương trình cân bằng cơng suất có dạng sau:
Pk = Pe – Pt = Pf ± Pi + Pw ± Pj
Với Pk là công suất của động cơ đã truyền đến các bánh xe chủ động.
Pk = Pe – Pt = Pe.𝛈
Pt = Pe(1 – 𝛈)
Với 𝛈 là hiệu suất truyền động của xe.
2.1.2. Các thông số vận tốc, gia tốc và độ dốc cực đại của xe khi khơng tính đến trượt:
Trong phần này ta sẽ phân tích theo điều kiện giới hạn về đặc tính của động cơ, bỏ
qua điều kiện giới hạn bám - sự trượt đối với tất cả các trường hợp:
2.1.2.1. Xác định giá trị vận tốc cực đại Vmax:
Để xe đạt được giá trị vận tốc cực đại, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe chuyển
động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), động cơ làm
việc ở chế độ công suất cực đại (Pev = Pep), xe chuyển động ở tay số cao nhất (itl = itln) và
bỏ qua sự trượt.
Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:
Fkv
vmax = √
=
𝑛
𝑀𝑒𝑃 𝑖𝑡𝑙
𝜂𝑡𝑙
𝑟
𝐹𝑘𝑣 −𝑚𝑔𝑓
0.63𝐶𝑥 𝑆
= mgf + 0.63Cxv2maxS
(2.2)
2.1.2.2. Xác định giá trị gia tốc cực đại Jmax:
Để xe đạt được giá trị gia tốc cực đại (khả năng tăng tốc), ta cần có các điều kiện
giả thiết: xe chuyển động trên đường bằng (Fi = 0), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (Fw =
0), động cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (Mej = MeM), xe chuyển động ở tay số
một (itl = itlI) và bỏ qua sự trượt.
8
Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:
j
Fk =
𝐼
𝑀𝑒𝑀 𝑖𝑡𝑙
𝜂𝑡𝑙
𝑟
= mgf + mδjjmax
Để tiện cho việc phân tích ảnh hưởng của phản lực pháp tuyến ta đưa phương trình
về dạng gia tốc cực đại phụ thuộc vào lực kéo (jmax = f(Fk)):
jmax = √
𝑗
𝐹𝑘 −𝑚𝑔𝑓
(2.3)
𝑚.𝛿𝑗
2.1.2.3. Xác định giá trị độ dốc cực đại imax:
Để xe đạt được độ dốc cực đại mà xe có thể leo, ta cần có các điều kiện giả thiết: xe
chuyển động với tốc độ ổn định (Fj = 0), ), xe chuyển động với vận tốc nhỏ (Fw = 0), động
cơ làm việc ở chế độ momen xoắn cực đại (Mei = MeM), xe chuyển động ở tay số một (itl =
itlI) và bỏ qua sự trượt.
Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:
i
Fk =
Hay
𝐹𝑘𝑖
𝑚𝑔
𝐼
𝑀𝑒𝑀 𝑖𝑡𝑙
𝜂𝑡𝑙
𝑟
= mgfcosαmax + mgsinαmax
= fcosαmax + sinαmax
(2.4)
Biến đổi phương trình ta nhận được:
𝐹𝑘𝑖
𝑚𝑔
= fcosαmax + sinαmax =
𝑓
√1+𝑡𝑔2 𝛼𝑚𝑎𝑥
+
𝑡𝑔𝛼𝑚𝑎𝑥
√1+𝑡𝑔2 𝛼𝑚𝑎𝑥
=
𝑓+𝑖𝑚𝑎𝑥
√1+𝑖 2 𝑚𝑎𝑥
(với tgαmax = imax)
Tiếp tục biến đổi ta được phương trình cân bằng bậc hai đối với độ dốc lớn nhất imax:
𝐹𝑘𝑖 2
𝐹𝑘𝑖 2
2
(( ) − 1)𝑖𝑚𝑎𝑥 − 2𝑓𝑖𝑚𝑎𝑥 + (( ) − 𝑓 2 ) = 0
𝑚𝑔
𝑚𝑔
Nghiệm imax dương của phương trình trên chính là độ dốc cực đại cần tìm.
2.1.3. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến đến các thông số vận tốc, gia
tốc và độ dốc cực đại của xe:
2.1.3.1. Khái niệm về sự bám và trượt:
+ Khả năng bám:
9
Điều kiện để các bánh xe chuyển động được là ở các bánh xe chủ động phải có
moomen xoắn chủ động truyền đến và tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phải
có độ bám nhất định. Nếu độ bám nhỏ thì bánh xe có thể bị trượt quay khi bánh xe có
momen chủ động lớn hoặc bánh xe bị trượt lết khi bánh xe có momen phanh lớn.
Như vậy, khả năng bám là khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (lực kéo hoặc lực
phanh) của mặt đường.
+ Hệ số bám:
Độ bám giữa bánh xe và mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám. Tùy theo chiều
của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám có tên gọi khác nhau. Nếu xét
khả năng bám theo chiều dọc thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc 𝛗x và được định
nghĩa như sau:
𝛗x =
𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥
𝐺𝑏
Fkmax Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe và mặt đường.
Gb Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (được gọi là trọng lượng bám)
Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang thì hệ số bám được gọi là hệ số bám ngang
𝛗y và được định nghĩa như sau:
𝛗y =
𝑌𝑏𝑚𝑎𝑥
𝐺𝑏
Ybmax Là phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe.
Thông thường ta sử dụng hệ số bám dọc nên nó có thể được ký hiệu đơn giản là 𝛗.
Hệ số bám giữ bánh xe và mặt đường phụ thuộc vào nguyên liệu làm đường, nguyên
liệu chế tạo lốp, tình trạng mặt đường, kết cấu hoa lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe,….
+ Lực bám giữa bánh xe và mặt đường:
Nếu Zb là tổng phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:
Zb = G.cosα
Lúc đó tổng lực bám dọc tại các bánh xe được xác định như sau:
F𝛗x=𝛗xZb
Để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay, lực kéo cực đại tại bánh xe đó phải
nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc giữ bánh xe và mặt đường:
Fkmax≤ F𝛗x
10
Khi dưới bánh xe có phản lực ngang tác dụng, khả năng bám theo chiều ngang được
thể hiện qua lực bám ngang:
F𝛗y=𝛗yZb
Để cho bánh xe không bị trượt ngang, phản lực ngang cực đại phải nhỏ hơn hoặc
bằng lực bám ngang:
ykmax≤ F𝛗y
Nhận xét: Lực kéo tiếp tuyến: Fk =
Me .itl .ηtl
r
dùng để khắc phục các lực cản để ô
tô chuyển động được, lực kéo càng lớn thì ơ tơ chạy càng nhanh lên dốc càng cao và tăng
tốc càng nhanh. Tuy nhiên, Fk khơng thể lớn tùy ý bởi vì nó cịn bị hạn chế bởi khả năng
bám giữa bánh xe và mặt đường. Khi lực kéo hoặc lực phanh từ bánh xe truyền xuống vượt
quá giớ hạn bám, bánh xe sẽ bị trượt lăn hoặc trượt lết.
Như vậy khả năng bám ảnh hưởng đến giới hạn động lực học của ô tô.
Với điều kiện bám:
+ Fk ≤ 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 = Z.𝛗
đối với lực kéo.
+ Fp ≤ Fpmax = Z.𝛗
đối với lực phanh.
Z là phản lực pháp tuyến của bánh xe tương ứng ( bánh chủ động ở trường hợp kéo
hoặc bánh xe chịu lực phanh ở trường hợp phanh.)
Việc thay đổi phản lực pháp tuyến Z sẽ làm thay đổi giới hạn bám của bánh xe với
mặt đường.
2.1.3.2. Ảnh hưởng của sự phân bố tải trọng pháp tuyến khi đạt đến giá trị vận tốc cực
đại của xe vmax (đường bằng, tay số cao, chuyển động ổn định):
11
Hình 2.1. Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động với vận tốc cực đại trên
đường bằng
+ Lúc này giá trị của Vmax phụ thuộc vào biểu thức (2.2):
vmax = √
𝐹𝑘𝑣 −𝑚𝑔𝑓
0.63𝐶𝑥 𝑆
+ Vận tốc cực đại phụ thuộc vào giá trị của lực kéo nên nó cũng bị giới hạn bởi giới
hạn bám: Fk ≤ Fmax = Z.𝛗 (Với Z là phản lực pháp tuyến tại cầu chủ động), khi lực kéo
𝐹𝑘𝑣 vượt quá giới hạn bám thì 𝐹𝑘𝑣 = 𝐹𝑘𝑚𝑎𝑥 = Z. φ và vận tốc cực đại của xe lúc này là:
vmax = √
Z.φ−𝑚𝑔𝑓
0.63𝐶𝑥 𝑆
Trong trường hợp này, do ảnh hưởng của lực cản gió Fw nên giá tải trọng cầu trước
và cầu sau bị thay đổi, theo công thức:
Z1 =
Z2 =
G.b−Fw.hg
𝐿
G.a+Fw.hg
𝐿
12
