›
›

Bài giảng Lý thuyết ô tô - Chương 3: Cơ học chuyển động thẳng của ô tô

ppt 58 trang ngocly 1680
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết ô tô - Chương 3: Cơ học chuyển động thẳng của ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_ly_thuyet_o_to_chuong_3_co_hoc_chuyen_dong_thang_c.ppt

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết ô tô - Chương 3: Cơ học chuyển động thẳng của ô tô

  1. CHƯƠNG 3 : CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ 3.1. SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN Ô TÔ : 3.1.1. Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực : (3.1) Tỷ số truyền động học : (3.2)
  2. Tỷ số truyền it : it = ihipioic (3.3) Tỷ số truyền mômen : (3.4) Hiệu suất truyền động : (3.5) Hoặc được tính như sau : ƞ￿=￿ƞl￿ƞh￿ƞp￿ƞcđ￿ƞo￿ƞc￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.6)
  3. 3.1.2. Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền động : (3.7) (3.8) 3.1.3. Sự tổn hao năng lượng khi truyền năng lượng trên xe : (3.9)
  4. (3.10) (3.11) h = 1-g (3.12)
  5. 3.2. CƠ HỌC LĂN CỦA BÁNH XE : 3.2.1. Các loại bán kính bánh xe : 3.2.1.1. Bán kính thiết kế (bán kính danh định) ro : (mm) (3.13) 3.2.1.2. Bán kính tự do r : 3.2.1.3. Bán kính tĩnh rt :
  6. 3.2.1.5. Bán kính lăn rl ; (3.14) 3.2.1.6. Bán kính tính toán (bán kính làm việc trung bình ) rb : r b= lr o (3.15) 3.2.2. Động học lăn của bánh xe không biến dạng : 3.2.2.1. Các khái niệm :
  7. Vận tốc chuyển động lý thuyết vo : (3.16) Vận tốc chuyển động thực tế v : (3.17) Vận tốc trượt vδ : (3.18)
  8. Hệ số trượt và độ trượt khi kéo : Hệ số trượt và độ trượt khi kéo : (3.19) Mức độ trượt của bánh xe được đánh giá thông qua độ trượt λk : (3.20)
  9. Hệ số trượt và độ trượt khi phanh : (3.21) (3.22) 3.2.2.2. Các quan hệ động học của bánh xe khi lăn : Bánh xe lăn không trượt : (3.23)
  10. Tâm vận tốc tức thời nằm trên vòng bánh xe nên : rl = rb Trạng thái này có ở bánh xe chủ động với Mp = 0, lúc đó vδ : x Hình 3.1 : Lăn không trượt
  11. Bánh xe có trượt quay : (3.25) (3.26) Theo (3.19) hệ số trượt khi kéo δk : ￿￿￿￿￿(3.27) Do vδ 0
  12. Ở trạng thái bánh xe trượt hoàn toàn ( bánh xe chủ động quay, xe đứng yên ) ta có : Thay vào (3.19) ta được : δk￿=￿1￿(￿trượt￿quay￿hoàn￿toàn￿)
  13. x Hình 3.2 : Lăn có trượt quay
  14. Bánh xe lăn có trượt lết : x Hình 3.3 : Lăn có trượt lết
  15. Ta có quan hệ sau : (3.28) Do đó : (3.29) Theo (3.21) hệ số trượt khi phanh được tính : - vd vo v r b (3.30) d p= - = = -1 v v r l Do vδ > 0 nên δp < 0
  16. Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn ( bánh xe bị hãm cứng không quay, xe và bánh xe vẫn chuyển động tịnh tiến ) ta có : Thay vào (3.21) ta có : δp = -1 ( trượt lết hoàn toàn ) 3.2.3. Động lực học chuyển động của bánh xe : 3.2.3.1. Bánh xe bị động không bị phanh (Mk = 0, Mp = 0)
  17. v b Gb Gb Px Px r ñ Mf XPf XPf a Z Z Hình 3.4 : Lực và mômen tác dụng lên bánh xe bị động
  18. Ta có : X = Px , Z = Gb X = Pf (3.31) Pf = f.Z (3.32) Phương trình cân bằng tại tâm bánh xe : Z.a = Pf.rd = f.Z.rd = Mf (3.33) Từ hình 3.4 ta rút ra quan hệ : tg a = a / r d = P f / Z = f (3.34)
  19. 3.2.3.2. Bánh xe chủ động và đang có lực kéo : Ta có Mk = Pk.rd Cân bằng lực kéo theo chiều thẳng đứng : Z = Gb (3.35) Lực kéo tiếp tuyến : Pk = Mk / rd (3.36) Lực đẩy tổng cộng vào khung xe : Px = Pk – Pf = X (3.37) Khi kéo X cùng chiều chuyển động.
  20. v Mk Mk  Mk b Gb Gb Gb P P Pf Pk x x M rñ f Pk Pf P Pf X a k Z Z Z Hình 3.5 : Lực và mômen tác dụng lên bánh xe chủ động
  21. 3.2.3.3. Bánh xe bị động hoặc chủ động đang bị phanh : Mômen phanh Mp ngược chiều ωb￿,￿Mp￿cân￿bằng￿với￿ cặp￿lực￿Pp￿: (3.38) Cân bằng lực theo chiều nằm ngang có các lực tác dụng vào khung xe (với Z = Gb) Px = Pp + Pf = X (3.39) Phản lực tiếp tuyến X = Px X = Mk / rd – Pf (khi kéo) (3.40) X = Mp / rd + Pf (khi phanh) (3.41)
  22. v Mp M M  p p b Gb Gb Gb Pp Px Px Pf Mf rñ P P P Pf X p a f p Z Z Z Hình 3.6 : Lực và mômen tác dụng lên bánh xe đang phanh
  23. Pk X Pk X Traïng thaùi phanh M Mp k Trang thaùi keùo Pf Traïng thaùi töï do Traïng thaùi trung tính Pp Traïng thaùi bò ñoäng Pp Hình 3.7 : Các trạng thái chuyển động của bánh xe
  24. 3.2.4. Sự trượt của bánh xe, khái niệm về khả năng bám và hệ số bám : 3.2.4.1. Sự trượt của bánh xe : b Hình 3.8 : Sơ đồ biến dạng của đất khi bánh xe chủ động lăn
  25. 3.2.4.2. Khả năng bám, hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường và lực bám : Khả năng bám Hệ số bám Hệ số bám dọc : (3.42) Hệ số bám ngang (3.43) (3.44)
  26. 1 1 0,7 0,7 2 2 0,6 0,6 0 40 2 20 p (N/cm ) 0 2 4 6 Zb (kN) 0,8 0,8 1 0,6 0,6 0,4 0,4 2 0,2 0,2 0 v (m/s) 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 Hình 3.9 : Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
  27. Lực bám : Lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo điều kiện bám của bánh xe chủ động với mặt đường : (3.45) Zb là phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh xe : Zb = Gb (3.46) Lực bám dọc : (3.47) Để bánh xe chủ động không trượt quay ta có : (3.48)
  28. Bánh xe không bị trượt lết khi phanh : (3.49) Lực bám ngang Pφy : (3.50) Để bánh xe không bị trượt ngang thì : (3.51) Lực bám tổng quát Pφt : (3.52)
  29. Để bánh xe không bị trượt theo hướng của vectơ hợp lực Q : æ 2 2 ö Q = ç X b +Yb ÷ £ P (3.53) max è ømax t 3.2.5. Biến dạng của bánh xe đàn hồi khi chịu lực ngang. Góc lệch hướng : Ml = M’y – M’x (3.54) Góc lệch hướng δ và lực ngang Py có quan hệ với nhau : Hoặc (3.55)
  30. Gb Gb Py O D 1 D C C B Yb B A A B 1 B2 C1 C2 D1 n D2 Xb Pf n Y O b 1 O l 1 O c1 k ’ M x P k x ’ k M y A1 A2 b1 Hình 3.10 : Sơ đồ minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi
  31. 3.3. CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ : 3.3.1. Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động tổng quát. Lực riêng và các công suất tương ứng : 3.3.1.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động tổng quát : Lực kéo tiếp tuyến Pk : (3.56) Lực cản lăn Pf Pf = Pf1 + Pf2 (3.57) Lực cản lăn ở bánh trước và bánh sau là : Pf1 = Z1.f1; Pf2 = Z2.f2 (3.58)
  32. Với f1 = f2 = f , ta có : Pf = ( Z1 + Z2 ).f = f.G.cosα (3.59) Khi đường nằm ngang cosα = 1, ta có : Pf = f.G.cosα = f.G (3.60) Mômen cản lăn Mf : Mf = Mf1 + Mf2 = Z1.f.rd + Z2.f.rd = G.f.rd.cosα (3.61) Xe chuyển động trên đường ngang : Mf = Pf.rd = G.f.rd (3.62) Lực cản lên dốc Pi : Pi = G.sinα (3.63)
  33. Độ dốc tính bằng góc α hoặc i : i = tgα Nếu α < 5o thì i = tgα = sinα, ta có : Pi = G.sinα = G.i (3.64) Lực cản tổng cộng của mặt đường Pψ : (3.65) Hệ số cản tổng cộng : ψ = f ±￿i￿ ￿￿￿￿￿(3.66) Ta￿có￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.67)
  34. Lực cản không khí : 1 P = C p S = rC Sv2 = 0,625C Sv2 (3.68) w x d 2 x o x o Vận tốc tương đối của xe và không khí : vo = v ±￿vg (3.69) Nhân tố cản không khí W : W = 0,625.Cx.S (3.70) Ta có : 2 Pω￿=￿W.vo ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.71) Lực￿cản￿quán￿tính￿Pj￿: ’ ’’ ￿￿￿￿Pj￿=￿P j￿+￿P j ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.72)
  35. ’ Lực P j được tính : G P ' = j (3.73) j g ’’ Lực P j được xác định : (3.74) Gia tốc góc khối lượng chuyển động quay của động cơ : (3.75) (3.76) æ 2 2 ö '' J i h i n h 1 dv P = ç e t +S J n +SJ ÷ (3.77) j ç 2 n 2 b 2 ÷ dt è r b r b r b ø
  36. Thay (3.73) và (3.77) vào (3.72), ta có : é 2 2 ù '' æ J eit h + SJ nin h n +SJ b ö G P j = ê1 + ç ÷gú j ç 2 ÷ (3.78) ëê è Grb ø ûú g Vì khối lượng nhỏ hơn rất nhiều khối lượng bánh đà và xe, ta có : (3.79) do đó : (3.80) Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay : (3.81)
  37. Lực cản ở móc kéo Pm : (3.82) Điều kiện để cho ô tô có thể chuyển động : (3.83) Ở lực Pi : dấu (+) khi lên dốc dấu (-) khi xuống dốc Ở lực Pj : dấu (+) khi tăng tốc dấu (-) khi giảm tốc
  38. v L a b lm h g Mj1 P Z1 j Mf1 P M Z2 f1 G k Mf2 M Pm Pk j2 Pf2 hm Hình 3.11 : Sơ đồ các lực và momen tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc
  39. 3.3.1.2. Các lực riêng và các công suất tương ứng : 3.3.1.2.1. Các lực riêng : Lực kéo tiếp tuyến riêng Pkr : (3.84) Lực cản lăn riêng Pfr : (3.85) Lực cản lên dốc riêng Pir : (3.86) Lực cản quán tính riêng Pjr : (3.87)
  40. Lực cản không khí riêng Pωr￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.88) Lực￿cản￿ở￿móc￿kéo￿riêng￿Pmr￿: ￿ ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.89) Phương￿trình￿cân￿băng￿khi￿có￿lực￿riêng￿: ￿ ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.90) 3.3.1.2.2.￿￿Các￿công￿suất￿tương￿ứng￿với￿các￿lực￿ tác￿dụng￿lên￿ô￿tô￿: Công￿suất￿kéo￿ở￿các￿bánh￿xe￿chủ￿động￿Nk￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.91)
  41. Công suất cản lăn Nf : (3.92) Công suất cản lên dốc Ni : (3.93) Công suất cản không khí Nω￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.94) Công￿suất￿cản￿quán￿tính￿Nj￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿(3.95) Công￿suất￿cản￿ở￿móc￿kéo￿Nm￿: ￿￿￿￿￿(3.96)
  42. Phương trình cân bằng công suất : (3.97) 3.3.2. Phương trình cân bằng lực kéo, phương trình cân bằng công suất và đặt tính động lực học của ô tô. Các đồ thị tương ứng : 3.3.2.1. Cân bằng lực kéo của ô tô : 3.3.2.1.1. Phương trình cân bằng lực kéo : (3.98) (3.99)
  43. Lực cản tổng cộng của đường Pψ : (3.100) Độ dốc i có giá trị (+) khi lên dốc giá trị (-) khi xuống dốc Hệ số ψ có giá trị (+) khi f > i giá trị (-) khi f < I = 0 khi f = i khi xuống dốc Khi xe chuyển động đều (j =0) trên đường nằm ngang (α=0), ta có : (3.101)
  44. 3.3.2.1.2. Đồ thị cân bằng lực kéo : Pk Pk1 Pk2 Pk3 d Pd A a b v 0 v c 2 v1 vmax Hình 3.12 : Đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô
  45. Phương pháp xây xựng đồ thị : Pk = Pψ + Pω Lực￿kéo￿tiếp￿tuyến￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿(3.102) Vận￿tốc￿chuyển￿động￿của￿xe￿ở￿các￿số￿truyền: ￿￿￿￿￿￿￿￿(3.103) Đường￿biểu￿thị￿lực￿bám￿Pφ￿=￿f￿(v)￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿(3.104) Điều￿kiện￿để￿ô￿tô￿chuyển￿động￿trong￿trường￿hợp￿này￿là￿: ￿￿￿￿￿￿￿￿(3.105)
  46. 3.3.2.2. Cân bằng công suất của ô tô : 3.3.2.2.1. Phương trình cân bằng công suất : (3.106) Xét tại bánh xe chủ động, ta có : (3.107) Với Nk là công suất động cơ truyền đến bánh xe chủ động : (3.108) Dạng triển khai của phương trình : (3.109)
  47. Công suất tiêu hao do lực cản mặt đường Nψ Ô tô chuyển động đều ( j = 0 ) và không có móc kéo thì phương trình cân bằng công suất là : (3.110) Do : Dạng khai triển, ta có : (3.111) Nếu α < 50 thì :
  48. 3.3.2.2.2. Đồ thị cân bằng công suất : N Ne Ne Ne Nt A N Nk1 k3 Nk2 Nd ’ N k2 ’ N k3 N1 0 ’ v v vmax Hình 3.13 : Đồ thị cân bằng công suất của ô tô
  49. Phương pháp xây dựng đồ thị : Ý nghĩa sử dụng : 3.3.2.2.3. Mức độ sử dụng công suất động cơ : (3.113) 3.3.2.3. Đặc tính động lực học của ô tô : 3.3.2.3.1. Khái niệm về đặc tính động lực học của ô tô : (3.114)
  50. Phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô không kéo móc : (3.115) Chuyển Wv2, chia hai vế cho G, ta có : (3.116) Nhận xét : (3.117) Để ô tô duy trì chuyển động phải thỏa : (3.118)
  51. 3.3.2.3.2. Đồ thị đặc tính động lực học : D D1 D2 Dmax2 D3 Dmax3 D4 f Dmax4 A v 0 v1 v v3 v 2 4 vmax Hình 3.14 : Đồ thị đặc tính động lực học
  52. D D D1 y D D2 A 1’ y 1 y 1 0 vmax v Hình 3.15 : Vùng sử dụng đồ thị đặt tính động lực học D theo điều kiện bám của bánh xe chủ động và điều kiện cản của mặt đường
  53. D D1 d c D2 D3 b a A f v 0 v1 vmax Hình 3.16 : Xác định tốc độ lớn nhất của ô tô trên đồ thị, đặc tính động lực học
  54. Xác định độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua được : Nếu ta biết được hệ số cản lăn của đường mà ô tô có thể khắc phục tại vận tốc cho trước, ta có : (3.118) Độ dốc lớn nhất có thể vượt được ở từng tay số là khác nhau, khi ở chế độ toàn tải được xác định : imax = Dmax – f (3.119)
  55. D D1max f 0 v2 vth v1 vmax v Hình 3.17 : Khu vực làm việc của đặc tính động lực học
  56. Xác định sự tăng tốc của ô tô : Khả năng tăng tốc của ô tô : Ta rút ra được : (3.120)
  57. D D1 0,3 e 0,2 d D c 2 0,1 b D3 a A 0 v v 20 vn v2 60 80 1 100 Hình 3.18 : Xác định khả năng tăng tốc của ô tô theo đồ thị đặc tính động lực học
  58. j j1 1,5 C 1,0 j2 A 0,5 B j3 0 v 20 40 60 80 vmax Hình 3.19 : Đồ thị biểu diễn gia tốc của ô tô có ba số truyền