Bài giảng Lý thuyết ô tô - Phan Minh Đức
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
LÝ THUYẾT Ô TÔ
Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực
Số tiết: 60
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức
Đà Nẵng 2007
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
2
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Mục lục
trang
Mục lục........................................................................................................... 3
1
2
MỞ ĐẦU ................................................................................................. 7
MOMEN XOẮN TẠI BÁNH XE CHỦ ĐỘNG..................................... 10
2.1. Sự truyền mô men từ động cơ đến bánh xe chủ động....................... 10
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô men xoắn tại bánh xe chủ động khi xe
chuyển động ổn định....................................................................... 11
2.2.1. Mô men tại bánh đà động cơ..................................................... 11
2.2.2. Tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền lực ......................... 14
2.2.3. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực........................................ 15
3
TƯƠNG TÁC GIỮA BÁNH XE VÀ MẶT ĐƯỜNG ............................ 19
3.1. Khái quát về tính chất cơ lý của mặt đường ..................................... 19
3.2. Bánh xe ô tô .................................................................................... 20
3.2.1. Cấu tạo lốp xe........................................................................... 20
3.2.2. Ký hiệu bánh xe........................................................................ 22
3.2.3. Các khái niệm bán kính bánh xe ............................................... 24
3.3. Sự cản chuyển động của bánh xe ..................................................... 25
3.3.1. Nhân tố thuộc về lốp xe............................................................ 25
3.3.2. Nhân tố thuộc về đường............................................................ 31
3.3.3. Nhân tố do sự trượt................................................................... 34
3.3.4. Sự bố trí bánh xe ...................................................................... 36
3.3.5. Kết luận về các thành phần lực cản đối với bánh xe.................. 37
3.4. Sự hình thành phản lực tại bánh xe .................................................. 37
4
CÁC LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ .................................... 42
4.1. Lực cản lên dốc ............................................................................... 42
4.2. Lực cản lăn...................................................................................... 43
4.3. Lực cản không khí........................................................................... 44
4.4. Lực quán tính .................................................................................. 46
4.4.1. Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến .......... 46
4.4.2. Lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay................ 46
4.5. Lực cản ở móc kéo .......................................................................... 49
4.6. Xác định phản lực pháp tuyến.......................................................... 50
4.6.1. Giá trị các phản lực pháp tuyến ................................................ 50
4.6.2. Hệ số phân bố tải trọng trên các bánh xe................................... 51
5
ĐỘNG LỰC HỌC KÉO......................................................................... 53
5.1. Cân bằng lực - Phương trình chuyển động của ô tô.......................... 53
5.2. Cân bằng công suất.......................................................................... 55
5.2.1. Cân bằng công suất................................................................... 55
5.2.2. Mức độ sử dụng công suất của động cơ .................................... 56
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
5.3. Đặc tính động lực của ô tô ............................................................... 58
5.3.1. Đặc tính động lực của ô tô khi hoạt động với tải định mức ....... 58
5.3.2. Đặc tính động lực của ô tô khi tải trọng thay đổi....................... 60
5.4. Sự tăng tốc ô tô................................................................................ 64
5.5. Ảnh hưởng của tỷ số truyền của truyền lực chính đến tính năng động
lực và kinh tế nhiên liệu của ô tô..................................................... 67
5.6. Ảnh hưởng của số cấp của hộp số đến khả năng động lực và kinh tế
nhiên liệu của ô tô........................................................................... 68
5.7. Truyền động vô cấp ......................................................................... 69
6
TÍNH TOÁN SỨC KÉO ........................................................................ 70
6.1. Thông số cho trước.......................................................................... 70
6.2. Thông số chọn ................................................................................. 70
6.3. Thông số tính toán........................................................................... 71
6.3.1. Trọng lượng toàn bộ................................................................. 71
6.3.2. Cỡ lốp ...................................................................................... 71
6.3.3. Chọn động cơ và xây dựng đặc tính ngoài ................................ 72
6.3.4. Tỷ số truyền của số truyền cao nhất của hộp số ........................ 73
6.3.5. Tỷ số truyền của truyền lực chính............................................. 74
6.3.6. Tỷ số truyền của số truyền thấp nhất của hộp số....................... 74
6.3.7. Số cấp của hộp số và tỷ số truyền các số trung gian.................. 75
6.3.8. Xác định các chỉ tiêu động lực và kinh tế nhiên liệu của ô tô.... 76
7
8
TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ ........................................... 77
7.1. Xác định tiêu hao nhiêu liệu ............................................................ 77
7.1.1. Phương pháp lý thuyết.............................................................. 77
7.1.2. Đo tiêu hao nhiên liệu............................................................... 82
7.1.3. Các quy tắc đo tiêu hao nhiên liệu ............................................ 83
7.2. Biện pháp giảm tiêu hao nhiên liệu.................................................. 85
TÍNH CHẤT PHANH Ô TÔ.................................................................. 88
8.1. Khái niệm........................................................................................ 88
8.2. Thực nghiệm đánh giá quá trình phanh............................................ 88
8.3. Thực nghiệm đánh giá quá trình phanh............................................ 90
8.3.1. Động lực học bánh xe khi phanh............................................... 90
8.3.2. Động lực học ô tô khi phanh..................................................... 93
8.4. Các chỉ tiêu đánh giá quá trình phanh .............................................. 94
8.5. Cơ sở lý thuyết phân bố lực phanh trên các trục bánh xe.................. 97
8.5.1. Quan hệ lý tưởng về phân bố lực phanh trên các trục................ 97
8.5.2. Các biện pháp điều hòa lực phanh ............................................ 99
8.6. Chống hãm cứng bánh xe khi phanh.............................................. 103
9
TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ............................................ 105
9.1. Khái niệm...................................................................................... 105
9.2. Động học và động lực học quay vòng............................................ 105
9.2.1. Động học quay vòng............................................................... 105
9.2.2. Động lực học quay vòng......................................................... 107
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
4
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
9.3. Ảnh hưởng của độ đàn hồi ngang của lốp đến tính năng dẫn hướng111
9.4. Ảnh hưởng của sự dao động của bánh xe dẫn hướng ..................... 117
9.4.1. Sự mất cân bằng của bản thân bánh xe dẫn hướng.................. 117
9.4.2. Sự kém tương thích giữa hệ thống treo và hệ thống lái ........... 117
9.4.3. Hiệu ứng con quay ................................................................. 118
9.5. Sự ổn định của các bánh xe dẫn hướng.......................................... 119
9.6. Sự bố trí các bánh xe dẫn hướng.................................................... 124
10 TÍNH CHẤT ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ.................................................... 125
10.1. Tính ổn định của ô tô..................................................................... 125
10.1.1.
10.1.2.
10.1.3.
Khái niệm ........................................................................... 125
Xác định các điều kiện tới hạn theo ổn định ngang.............. 125
Xác định các điều kiện tới hạn theo ổn định dọc ................. 130
10.2. Sự ảnh hưởng bởi các điều kiện vận hành...................................... 130
10.3. Sự ảnh hưởng của hệ thống treo đến tính ổn định ô tô.................... 132
11 TÍNH NĂNG CƠ ĐỘNG CỦA Ô TÔ.................................................. 137
11.1. Khái niệm...................................................................................... 137
11.2. Các thông số ảnh hưởng tính cơ động của ô tô............................... 137
11.2.1.
11.2.2.
11.2.3.
11.2.4.
Tính chất động lực của ô tô................................................. 138
Tính chất bám của lốp xe và mặt đường.............................. 138
Các thông số hình học của ô tô............................................ 143
Các thông số kết cấu ........................................................... 144
12 TÍNH ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ..................................... 148
12.1. Khái niệm...................................................................................... 148
12.2. Thực nghiệm tính êm dịu chuyển động của ô tô............................. 148
12.3. Các đặc trưng êm dịu chuyển động của ô tô................................... 150
12.4. Dao động ô tô ................................................................................ 153
12.5. Ảnh hưởng của các thông số đến sự dao động................................ 158
12.5.1.
12.5.2.
Ảnh hưởng của lốp xe......................................................... 158
Hệ thống treo độc lập.......................................................... 158
13 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... 160
14 PHỤ LỤC ............................................................................................ 162
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
5
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
KÝ HIỆU và VIẾT TẮT
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
1 MỞ ĐẦU
Khoa học nghiên cứu về ô tô có mục đích nâng cao hiệu suất và giảm
giá thành vận tải. Điều đó có thể thực hiện bằng việc nâng cao vận tốc chuyển
động trung bình của ô tô, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tính an toàn chuyển
động và tiện nghi cho người lái. Sự thấu hiểu về nguyên lý động lực học ô tô là
đặc biệt cần thiết cho việc thiết kế, cải tiến và đưa ra những kiểu ô tô mới cũng
như lựa chọn đúng kiểu loại ô tô cho việc sử dụng. Những kết luận lý thuyết
tạo cơ sở vững chắc cho việc nâng cao hiệu suất cũng như tuổi thọ, độ bền của
phương tiện.
Môn học Lý thuyết ô tô xem xét đánh giá các nhân tố liên quan trực tiếp
đến chuyển động của ô tô, bao gồm: đặc tính động lực học, tính kinh tế nhiên
liệu, tính chất dẫn hướng, tính ổn định, khả năng cơ động, và tính êm dịu
chuyển động. Các nhân tố khác như độ bền, tính dễ sử dụng và bảo dưỡng,…vv
không thuộc đối tượng nghiên cứu của môn học.
Đặc tính động lực - Đặc tính động lực của ô tô được hiểu là khả năng
của nó chuyên chở được hàng hóa/ người ở tốc độ trung bình tối đa. Đặc tính
động lực học càng cao, thời gian vận chuyển càng thấp và do đó hiệu suất vận
chuyển càng lớn. Đặc tính động lực học của ô tô phụ thuộc vào khả năng kéo
và phanh của ô tô.
Tính kinh tế nhiên liệu - Tính kinh tế nhiên liệu là sự tiêu hao nhiên
liệu cho đơn vị khối lượng/ công vận chuyển. Những chi phí cho nhiên liệu
tham gia vào một phần giá thành vận chuyển. Do đó, chi phí nhiên liệu càng
thấp sẽ dẫn đến chi phí vận hành thấp.
Tính chất dẫn hướng - Tính chất dẫn hướng là thuộc tính của ô tô đảm
bảo hướng chuyển động theo yêu cầu của người lái. Tính chất dẫn hướng ảnh
hưởng rất lớn đến tính an toàn chuyển động.
Tính ổn định - Tính ổn định là thuộc tính của ô tô giữ được hướng
chuyển động và chống lại các lực có xu hướng gây chệch hướng hoặc lật đổ nó.
Tính ổn định, cùng với tính dẫn hướng và phanh đảm bảo tính an toàn chuyển
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
động của ô tô. Tính ổn định được xem là tốt khi ô tô có khả năng hoạt động với
vận tốc lớn ở đường trơn trượt.
Khả năng cơ động - Khả năng cơ động là thuộc tính ô tô có thể hoạt
động trong nhiều loại đường sá khắc nghiệt (có tuyết, bùn lầy, hoặc lội
nước…). Khả năng cơ động là rất quan trọng đối với các ô tô phục vụ nông
nghiệp, lâm nghiệp, công trường, …
Tính êm dịu - Tính êm dịu chuyển động là khả năng ô tô chuyển động
trên đường không bằng phẳng mà thân xe không bị xóc nẩy mạnh. Vận tốc
trung bình, tiêu hao nhiên liệu, tải trọng, tiện nghi cho hành khách phụ thuộc
vào tính êm dịu của ô tô.
Tuy rằng những tính chất nói trên sẽ được xem xét đánh giá riêng,
chúng có liên quan chặt chẽ với nhau. Bất cứ sự thay đổi nào trong thiết kế đối
với một nhân tố, sẽ dẫn đến sự thay đổi ở tất cả các nhân tố khác. Tính ổn định
có thể được nâng cao bằng cách giảm chiều cao trọng tâm ô tô, mặc dầu nó dẫn
đến sự giảm tính năng cơ động. Vận tốc của ô tô chủ yếu phụ thuộc vào khả
năng động lực của nó, nhưng trên đường trơn trượt nó thường được giảm để
đảm bảo tính ổn định và trên đường không bằng phẳng, đảm bảo tính êm dịu.
Tăng vận tốc chuyển động trung bình đòi hỏi tăng động lực của ô tô, nhưng đi
đôi với việc tăng tiêu hao nhiên liệu.
Những yêu cầu trái ngược đối với một ô tô đòi hỏi người thiết kế phải
xác định sự thỏa hiệp, cân bằng giữa tính năng cần tăng cường cho một mục
đích của ô tô trong khi giảm thiểu những tính năng khác kém quan trong hơn.
Do đó, sự đánh giá ô tô cần được xem xét một cách toàn diện; tất cả các tính
năng của nó.
Kỹ thuật ô tô hiện nay cho phép có thể thiết kế và sản xuất ô tô có thể
vận hành trong bất kỳ điều kiện nào. Mặt khác, điều này bị ngăn trở bởi quy
mô dây chuyền sản xuất ô tô mà nó được phân biệt bởi một số hữu hạn kiểu
loại, và bởi tính thống nhất hóa các tổng thành lắp trên các ô tô công dụng khác
nhau. Hơn nữa, mỗi ô tô được dự định hoạt động với điều kiện đa dạng và phải
có tính phổ biến nhất định. Điều này giải thích tại sao, ví dụ, rất nhiều ô tô tải
công dụng chung có khả năng vận chuyển tất cả các loại hàng hóa, được sản
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
8
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
xuất hiện nay. Dẫu vậy, để phù hợp hơn, những yêu cầu được đặt ra cho các ô
tô chuyên dụng để hoạt động trong điều kiện xác định và vận chuyển một loại
hàng hóa nhất định. Những ô tô này hiệu quả hơn nhiều so với các ô tô công
dụng chung.
Các đặc tính vận hành có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc tính
toán. Số liệu nhận được bằng cách thử ô tô trên băng hoặc vận hành trực tiếp
trên đường trong điều kiện gần với điều kiện thực tế. Những thử nghiệm này
tốn kém và đòi hỏi phòng thí nghiệm có chất lượng. Thêm vào đó, rất khó để
tái tạo điều kiện hoạt động thực tế. Vì lý do đó, thông thường các thử nghiệm
được kết hợp với việc phân tích lý thuyết và tính toán các đặc trưng của ô tô.
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
9
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Chương
2 MOMEN XOẮN TẠI BÁNH XE CHỦ ĐỘNG
2.1. Sự truyền mô men từ động cơ đến bánh xe chủ động
Hình 2-1 minh họa sự truyền mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ
động đối với ô tô có động cơ đặt dọc phía trước, dẫn động một cầu sau.
Hình 2-1 Sự truyền mô men từ động cơ đến bánh xe chủ động
Xuất phát từ động cơ và truyền qua hệ thống truyền lực, mô men xoắn tại
bánh xe chủ động được xác định bởi:
dn
dt
dw
dt
T' T' .i . I .i . .
I .
Eq. 2-1
T
e
t
t
n
n
n
w
Với:
T'T - Mô men kéo tại bánh xe chủ động khi chuyển động không đều;
T'e - Mô men kéo tại trục khuỷu khi xe chuyển động không đều;
it ; t - Tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực;
in ; n - Tỷ số truyền và hiệu suất từ chi tiết quay thứ n trong hệ thống
truyền lực đến bánh xe chủ động;
In - Mô men quán tính của chi tiết quay thứ n đối với trục quay của nó;
n, w - vận tốc góc của chi tiết quay thứ n và của bánh xe.
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Mặt khác, ta có:
de/ dt = ax. it/ rdyn
dw/ dt = ax / rdyn
;
;
dn/ dt = ax. in/ rdyn
T'e = Te - Ie.de/ dt
Với Ie - là mô men quán tính của bánh đà và các chi tiết quay trong
động cơ quy về trục khuỷu.
Kết hợp các biểu thức trên, ta được:
a x
T' T .i .
I . .i2 I I . .i2
.
Eq. 2-2
T
e
t
t
n
n
n
w
e
t
t
rdyn
Bằng cách đặt:
TT Te .ie .t
a x
T
I . .i2 I I . .i2
.
Eq. 2-3
a
n
n
n
w
e
t
t
rdyn
Với TT là mô men kéo tại bánh xe chủ động khi ô tô chuyển động ổn
định, động cơ quay đều. Ta là mô men của các lực quán tính quy về
bánh xe chủ động.
Cuối cùng, biểu thức xác định mô men tại bánh xe chủ động trở thành:
T'T TT - Ta
Eq. 2-4
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến mô men xoắn tại bánh xe chủ
động khi xe chuyển động ổn định
2.2.1. Mô men tại bánh đà động cơ
Giá trị mô men tại trục khuỷu thay đổi phụ thuộc chế độ làm việc của động
cơ. Động cơ có thể làm việc ở các chế độ toàn tải (theo đường đặc tính ngoài)
hoặc chế độ non tải (cục bộ). Hình 2-2 biểu thị đặc tính ngoài của động cơ xăng
không hạn chế số vòng quay (a), động cơ xăng hạn chế số vòng quay (b), và
động cơ diesel (c).
Số vòng quay nmin của trục khuỷu là số vòng quay nhỏ nhất mà động cơ có
thể làm việc ổn định ở chế độ đầy tải. Khi tăng số vòng quay thì công suất và
mô men tăng lên. Mô men xoắn đạt giá trị cực đại Temax ở số vòng quay nT và
công suất đạt giá trị cực đại Pemax tại số vòng quay nP. Vùng số vòng quay làm
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
11
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
việc chủ yếu của động cơ nằm trong khoảng [nT , nP]. Khi tăng số vòng quay
của trục khuỷu lớn hơn giá trị nP thì công suất sẽ giảm, chủ yếu do giảm hệ số
nạp, tăng tổn thất cơ giới, và giảm áp suất có ích trung bình.
Hình 2-2 Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Để đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu cho ô tô, động cơ xăng được lắp bộ phận
hạn chế tốc độ để nó không làm việc trong vùng số vòng quay có suất tiêu hao
nhiên liệu lớn (Hình A-4, Phụ lục A). Khi số vòng quay của động cơ đạt giá trị
cần hạn chế, nhiên liệu không được cung cấp cho động cơ và công suất sẽ
giảm. Do quán tính, số vòng quay của động cơ còn tăng thêm chút ít. Thông
thường, số vòng quay hạn chế thường nhỏ hơn số vòng quay ứng với công suất
cực đại.
Đối với động cơ diesel, chế độ phát công suất cực đại là giới hạn “nhả khói
đen”. Khi tăng số vòng quay của động cơ lớn hơn giá trị tương ứng với chế độ
công suất cực đại, tính kinh tế nhiên liệu của động cơ rất kém. Do đó, động cơ
diesel được trang bị bộ điều tốc để tránh động cơ làm việc ở vùng “nhả khói
đen”. Khi động cơ đạt số vòng quay nP, bộ điều tốc sẽ cắt nhiên liệu và công
suất sẽ giảm. Do quán tính, số vòng quay của động cơ còn tăng thêm chút ít.
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
12
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Điểm hạn chế thường là điểm công suất cực đại hoặc trước công suất cực đại
(Phụ lục A).
Hệ số thích ứng mô men của động cơ, KT, được định nghĩa như đưới đây và
có phạm vi giá trị của KT được thống kê trong Bảng 2-1.
Temax
KT
Eq. 2-5
TP
Bảng 2-1 Hệ số thích ứng mô men của động cơ
Loại động cơ
Xăng
KT
1,25 – 1,35
1,05 – 1,15
Diesel
Hệ số số vòng quay cực đại của động cơ, n, được định nghĩa như dưới đây
và phạm vi giá trị của n được thống kê trong Bảng 2-2.
ne max max
n
Eq. 2-6
nP
P
Bảng 2-2
Hệ số số vòng quay cực đại của động cơ
Loại động cơ Xăng, không hạn chế số Xăng, hạn chế số
Diesel
vòng quay
vòng quay
1,1 – 1,25
0,8 – 0,9
0,9 – 1,0
n
Quan hệ giữa công suất, mô men tại trục khuỷu và số vòng quay của nó có
thể nhận được từ kết quả thí nghiệm động cơ (Phụ lục A). Tuy nhiên nếu không
có số liệu đầy đủ từ việc thí nghiệm động cơ, ta có thể xây dựng gần đúng đặc
tính ngoài của động cơ dựa vào công thức kinh nghiệm:
2
3
ne
nP
ne
ne
nP
Pe = Pemax . a.
+ b.
- c.
- c.
nP
2
3
e
P
e
P
e
P
Pe = Pemax . a.
+ b.
Eq. 2-7
Eq. 2-8
Pe
Te
e
Với:
a, b, c - các hệ số thực nghiệm, có giá trị theo Bảng 2-3.
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
13
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Các trang bị phụ như bơm nước, quạt gió, máy nén không khí, máy nén
môi chất làm lạnh, …vv không được lắp với động cơ khi đo động cơ trên băng
thử,. Công suất để dẫn động các trang thiết bị phụ này thường chiếm 10%-20%
công suất của động cơ. Do vậy, đối với động cơ thực tế lắp trên ô tô, công suất
tại bánh đà chỉ còn lại khoảng 80%-90% so với giá trị đo được bằng băng thử.
Bảng 2-3 Các hệ số thực nghiệm Lây- Đec-man
Loại động cơ
a
1
b
1
c
1
1
1
1
Động cơ xăng
Động cơ diesel buồng cháy thống nhất
Động cơ diesel buồng cháy ngăn cách
Động cơ diesel buồng cháy xoáy lốc
0,87
0,6
0,7
1,13
1,4
1,3
2.2.2. Tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền lực
Khi truyền qua hệ thống truyền lực, một phần công suất truyền từ động cơ
đến bánh xe chủ động bị tiêu hao do:
- Tổn thất ma sát: Ma sát trong các cặp bánh răng trong hộp số, hộp số
phụ, hộp số phân phối, các ổ đỡ trục, các khớp cac đăng.
- Tổn thất thủy lực:
Khuấy và vẩy dầu bôi trơn trong hộp số, hộp số
phụ, hộp phân phối, truyền lực chính và vi sai.
Để đánh giá các tiêu hao này, các khái niệm sau đây được sử dụng:
- Hiệu suất thuận, khi đánh giá sự truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động:
Pt
PT
Pe
t
1 -
Eq. 2-9
Pe
- Hiệu suất nghịch, khi đánh giá sự truyền từ bánh xe đến động cơ:
Pfr,e
PT
Pt
n
1 -
Eq. 2-10
Pfr,e Pt
Trong đó: PT -
Công suất tại bánh xe chủ động (công suất kéo);
Công suất tiêu hao trong hệ thống truyền lực;
Pt -
Pfr,e - Công suất tiêu hao do ma sat trong động cơ.
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
14
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Như vậy, giá trị các hiệu suất thuận và nghịch thay đổi trong quá trình ô tô
hoạt động, phụ thuộc nhiều yếu tố. Để đơn giản trong tính toán, người ta coi
như chúng có giá trị không đổi.
Bảng 2-4 Giá trị hiệu suất truyền lực
Loại ô tô
Ô tô thể thao, ô tô đua
Ô tô con
Hiệu suất thuận
0,90 – 0,95
0,90 – 0,92
0,82 – 0,85
0,80 – 0,85
Hiệu suất nghịch
0,80 – 0,85
0,80 – 0,82
0,75 – 0,78
0,73 – 0,76
Ô tô tải, ô tô khách, bus
Ô tô có tính cơ động cao
2.2.3. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Hầu hết các ô tô hiện nay sử dụng động cơ xăng hoặc diesel. Đối với loại
động cơ này, trong vùng làm việc của động cơ, mô men động cơ chỉ thay đổi
trong một phạm vi rất hẹp (Bảng 2-1). Trái lại, điều kiện tải trọng của ô tô và
sức cản của đường lại thay đổi trong phạm vi rất lớn. Các loại động cơ này có
những ưu điểm nổi bật như công suất riêng lớn, hiệu suất cao, trọng lượng bộ
phận chứa nhiên liệu nhỏ. Tuy vậy, chúng có những nhược điểm:
Không thể sinh mô men khi ở trạng thái đứng yên như động cơ hơi
nước;
Chỉ phát công suất cực đại ở số vòng quay nhất định;
Hiệu suất biến đổi năng lượng của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào chế
độ làm việc của động cơ.
Hình 2-3 Đặc tính lực kéo khi không dùng hộp số
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
15
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Với giá trị công suất Pmax nếu đạt được trong toàn khoảng tốc độ, các đường
cong hyperbol thể hiện “giới hạn lực kéo lý tưởng” FT,id và có kể đến tổn thất
trong hệ thống truyền lực FT,h được mô tả trên Hình 2-3. Mặt khác, lực kéo
thực tế của động cơ FT,e cũng được mô tả. Lực kéo lớn nhất tại các bánh xe chủ
động không thể vượt quá lực bám. Như vậy, nếu chỉ riêng động cơ mà không
có hộp số hoặc bộ biến đổi mô men, ô tô không thể làm việc ở vùng gạch chéo
trên đồ thị.
Ngược lại, khi có hộp số hoặc bộ biến đổi mô men (Hình 2-4), phạm vi
biến đổi mô men tại bánh xe chủ động được mở rộng. Vùng được mở rộng yêu
cầu càng gần với đường hyperbol càng tốt. Phần gạch chéo còn lại mà tập hợp
các đường lực kéo ở tất cả các số không thể phủ được, bắt buộc phải chấp nhận.
Ngoài ra, hệ thống truyền lực của ô tô còn đảm bảo thay đổi mô men từ động
cơ đến bánh xe chủ động cả về hướng.
Hình 2-4 Tác dụng mở rộng vùng làm việc của hộp số cơ khí 4 cấp
Trong trường hợp tổng quát, hệ thống truyền lực bao gồm các bộ phận: ly
hợp, hộp số, hộp số phụ, hộp số phân phối, truyền lực chính và vi sai, truyền
lực cuối cùng. Trong từng trường hợp cụ thể, có thể không có (một hoặc vài)
các bộ phận sau: hộp số phụ, hộp số phân phối, truyền lực cuối cùng. Khi
truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động, mô men xoắn thay đổi it lần:
ne e
it =
=
is .ih .ihp .ipp .io .ic
nb b
Eq. 2-11
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
16
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Với is, ih, ihp, ipp, io, ic lần lượt là tỷ số truyền của biến mô, hộp số, hộp
số phụ, hộp phân phối, truyền lực chính, và truyền lực cuối cùng.
Các giá trị ipp, io, ic lớn hơn 1. Các giá trị ih, ihp, thay đổi tùy thuộc vào số
truyền của hộp số mà ô tô hoạt động.
Hình 2-5 Bố trí động cơ và hệ thống truyền lực ô tô du lịch
Hình 2-6 Bố trí động cơ và hệ thống truyền lực ô tô tải 3 cầu chủ động
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
17
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Hình 2-7 Sơ đồ truyền công suất ở các số truyền của hộp số
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
18
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Chương
3 TƯƠNG TÁC GIỮA BÁNH XE VÀ MẶT ĐƯỜNG
3.1. Khái quát về tính chất cơ lý của mặt đường
Tính chất cơ lý của mặt đường có ảnh hưởng rất lớn đến sự chuyển động
của ô tô. Tính chất cơ lý của đất bao gồm:
Cấu trúc và thành phần hạt rắn chứa trong đất.
Trọng lượng riêng.
Trọng lượng riêng của thành phần rắn (khung xương) chứa trong đất.
Tính chất này đặc trưng cho độ chặt của đất.
Độ thấm nước.
Độ ẩm và độ chặt.
Trong các tính chất trên thì độ ẩm và độ chặt ảnh hưởng nhiều nhất đến sự
hoạt động của ô tô.
Độ ẩm:
Đo bằng tỷ lệ phần trăm lượng nước có trong đất. Nếu độ ẩm
quá lớn thì ô tô mất khả năng chuyển động.
Độ chặt:
Đặc trưng bởi lực cản của đất theo độ biến dạng. Khi có lực
tác dụng, đất bị nén và di chuyển theo nhiều hướng khác nhau, do đó phát sinh
trong đất những ứng suất pháp và tiếp theo nhiều hướng.
Khi tăng dần lực tác dụng vào đất, quan hệ giữa lực cản trong đất và độ lún
như hình sau đây.
Q = Co.h
Với:
Q - áp suất trên đất
h - Độ sâu vết lún
Co- Hệ số chống lún, phụ thuộc đất
- chỉ số phụ thuộc dạng đất và
điều kiện tải trọng.
Hình 3-1 Quan hệ giữa lực cản trong đất và độ biến dạng của đất
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
Bài giảng môn học LÝ THUYẾT Ô TÔ
Đường cong trên có 3 giai đoạn:
- OA: Khi tăng lực từ 0, quan hệ gần như tuyến tính, biểu thị đất chịu nén.
- AB: Đất chịu nén và bị di chuyển cục bộ.
- BC: Đất bị trôi hoàn toàn.
3.2. Bánh xe ô tô
Sự tương tác giữa bánh xe và mặt đường rất quan trọng; làm phát sinh các
lực tạo nên sự chuyển động của ô tô. Bánh xe ô tô có chức năng:
Chịu tải trọng thẳng đứng và làm giảm những xung động từ mặt đường;
Phát sinh các lực dọc giúp cho sự tăng tốc và phanh ô tô;
Phát sinh các lực bên tạo nên sự chuyển hướng của ô tô.
Bánh xe ô tô là một hệ đàn hồi phi tuyến rất phức tạp, khó định lượng.
Nhiều mô hình bánh xe đã được phát triển để ước lượng các đặc trưng của bánh
xe. Mặt khác, có thể sử dụng các số liệu thực nghiệm để định lượng các đặc
trưng này để có thể hiểu được sự ảnh hưởng của bánh xe đến tính chất động lực
học của ô tô.
3.2.1. Cấu tạo lốp xe
Kiểu “Bias-ply”
Kiểu “Radial-ply”
Hình 3-2 Các kiểu bánh xe
Hiện nay có 2 kiểu kết cấu thông dụng của bánh xe – kiểu “bias-ply” và
“radial-ply”, như minh họa trên. Kiểu “bias-ply” là kiểu chuẩn thông dụng cho
đến những năm 1960, khi mà những ưu điểm của kiểu “radial-ply” (được bắt
Biên soạn: TS. Phan Minh Đức – Bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí Giao thông
20
Tải về để xem bản đầy đủ
167 trang
15/04/2022
1720
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết ô tô - Phan Minh Đức", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ly_thuyet_o_to_phan_minh_duc.pdf
