CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Chiều thẳng đứng Chiều dọc Chiều ngang - Trọng lượng xe; - Phản lực mặt đường - Lực chủ động (lực kéo); - Lực cản: lăn, lên dốc, không khí quán tính, mooc kéo; - Lực phanh - Quay vòng; - Đi đường nghiêng Trong chương - Li tâm; - Trọng lượng xe - Phản lực mặt đường - Lực chủ động; - Lực cản - Phản lực CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.1 LỰC VÀ MÔ MEN CHỦ ĐỘNG Lực mô men chủ động → lực mô men làm cho ô tô chuyển động; Xe tự hành → chuyển động → phải có nguồn động lực đặt xe 2.1.1 Nguồn động lực  Khi chưa có động → người, súc vật,  Động nhiệt: - Động nước: đốt (Jem Wat/1764) - Động đốt loại pittông: xăng (Nicolaus August Otto/1877), điêzen (Rudolf Diesel/1897)  Động điện  Hybrid (cả loại: đ/c đốt đ/c điện) Động đốt XĂNG HOẶC ĐIÊZEN Công suất có ích Ne Mô men Me Suất tiêu hao nh/liệu ge VÀ Số vòng quay ne CHƯƠNG 2: LỰC Hình 2.1 VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Hình 2.2 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.1.2 Hệ thống truyền lực - Vùng làm việc → Không phù hợp - ne v: nemin = 500 v/ph → ωemin = 52,3 1/s rb = 0,5 m vminE = ωeminrb = 52,3.0,5 Hình 2.3 = 26,15 m/s ≈ 91,5 km/h vmin = km/h, vmax → 100 km/h; - Khoảng vận tốc: nemin = 500 ÷ 1000 v/ph; n = 2000 ÷ 8000 v/ph → Nhiều cấp - Me Fc: ψmin = f = 0,02; ψmax = f + sinαmax = 0,02 + 0,259 = 0,279 - Lùi xe → Hộp đảo chiều - Khởi hành, → Giữa động bánh xe → Trung gian → HTTL CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ - Tỉ số truyền it; - Hiệu suất truyền lực ηt; - Số cấp số nc HTTL 2.1.3 Mô men xoắn bánh xe chủ động Mk lực kéo tiếp tuyến Fk M k = M eitηt (2.1) Hình 2.4 Mk Mục 1.3 chương I: “Lực tương tác bánh xe mặt đường”: Fk = Mk rb (2.2) Fk = Lực kéo bánh xe chủ động M k M e itη t = rb rb (2.3) Fb Fk F CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.2 CÁC LỰC CẢN CHUYỂN ĐỘNG ĐƯỜNG: lăn, dốc KHÔNG KHÍ QUÁN TÍNH MOOC KÉO 2.2.1 Lực cản lăn Ff Bánh xe: Ff = fFz = fGb (2.4) Cả xe: Ff = Ff1 + Ff2 = Fz1f1 + Fz2f2 f1 ≈ f = f Hình 2.5 Ff = Fz1f + Fz2f = Gf (2.5) Tổng quát: Ff = fGcosα (2.6) CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.2.2 Lực cản dốc Fd Khi leo dốc: G Gsinα Gcosα Gsinα Song song mặt đường Ngược chiều ch.động Lực cản lên dốc: Fd = Gsinα (2.7) Hình 2.6 Lực cản tổng cộng đường Fψ : Fψ = Ff + Fd = Gfcosα + Gsinα Fψ = G(fcosα + sinα) (2.8) → ψ = fcosα + sinα (2.9) → Hệ số cản tổng cộng cosα ≈ 1; sinα ≈ tanα → ψ = f + tanα (2.10) i  i  Fψ = G ( f + tan α ) = G  f + d ÷ ψ = f + tan α = f + d (2.11) 100  100  (2.12) Khi α ≤ 150 sai số tính theo 2.10 2.11 theo 2.9 nhỏ Ví dụ: f = 0,02; α = 150; Theo 2.9: ψ = 0,02cos150 + sin150 = 0,278; theo 2.10: ψ = 0,02 + tan150 = 0,288 Ta có sai số ≈ 3,5% CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.2.3 Lực cản không khí Fw Hình 2.7 Lực cản không khí Lực cản diện; Lực cản tạo thành khoảng chân không phía sau ô tô; Lực cản ma sát lớp không khí sát với mặt bên ô tô Thành phần 2: hình dạng xe: thiết kế CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Thành phần 3: công nghệ: nhấp nhô nay: 0,5 ÷ μm Ngoài ra: thành phần nhiễu: gương, tay nắm cửa; Vận tốc lớn: Lực cản (2.13) Fw = 0,5 ρ CAv Hình 2.8 ρ: mật độ không khí: 1,24 kg/m3 C: hệ số khí động: xe con: 0, 5; xe khách : C > 0,7; xe tải : C > 0,85; Hình 2.9 A: diện tích diện ô tô: tải: A = BH; (2.14) du lịch: A = 0,85B0H (2.15) CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.2.4 Lực cản quán tính Fq Khi v ≠ const → j, ε → lực mô men quán tính F = mj (2.16) M = Iε (2.17) Có khối lượng tạo lực quán tính: Chuyển động tịnh tiến: khối lượng toàn xe m → F’q (thành phần thứ nhất) Khối lượng chuyển động quay: Xe chuyển động → Bánh xe quay → động cơ, HTTL quay Xe: j → chi tiết quay: ε → Mô men quán tính Mj → F”q (thành phần thứ hai) Fq = F’q + F”q Thành phần thứ F’q (2.18) dv Fq, = mj = m dt (2.19) Thành phần thứ hai F”q : Mô men quán tính quy bánh xe Mj M q = I eε eitηt + ∑ I nε ninηn + ∑ I bε b (2.20) e: động (bánh đà); n: chi tiết HTTL; b: bánh xe 10 CHƯƠNG 2: LỰC ∑I b b mr ≈ 0, 05; VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Ie ≈ 0, 0015 mrb2 (2.31) δi = 1,05 + 0,0015it2 (2.32) 2.2.5 Lực cản mooc kéo Khi kéo mooc → lực cản mooc kéo có thành phần: - Đường: n, Q: số lượng, trọng lượng mooc kéo; m Fψ = nQψ (2.33) ψ: hệ số cản tổng cộng đường - Không khí: Coi xe mooc → đoàn xe → C tăng ÷ 32% Q - Quán tính: Fqm = n j (2.34) g 2.2.6 Điều kiện chuyển động Điều kiện cần: Fk ≥ ΣFc = Ff + Fd + Fw + Fq + Fm Điều kiện đủ: F k ≤ Fφ → Fφ ≥ Fk ≥ ΣFc = Ff + Fd + Fw + Fq + Fm (2.35) (2.36) (2.37) 12 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3 PHẢN LỰC TỪ MẶT ĐƯỜNG 2.3.1 Xe đứng yên đường b L a Fz = G L Fz1 = G (2.38) (2.39) Hệ số phân bố tải trọng: m1 = Z1 Z ; m2 = (2.40) G G Xe đứng yên: Hình 2.10 m1t = b a ; m2t = L L (2.41) 13 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.2 Xe chuyển động đường 2.3.2.1 Xe chuyển động đường Hình 2.11 Tổng quát: Fz1 = Fz = G ( b − frb ) − Fw hw mFq h − Fm hm (2.44) L G ( a + frb ) + Fw hw ± Fq h + Fm hm (2.45) L 14 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ G ( b − frb ) − Fw hw Fq h Fz1 = Không kéo mooc: Fz = L G ( a + frb ) + FW hw ± Fq hg L (2.46) (2.47) 2.3.2.2 Xe chuyển động đường không kéo mooc G ( b − frb ) − Fw hw L G ( a + frb ) + Fw hw Fz = L Fz1 = (2.48) (2.49) 2.3.2.3 Phanh đường (không kéo mooc) Fz1 = Fz = Gb + Fq h L Ga − Fq h L (2.50) (2.51) Hình 2.12 15 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.2.3 Phanh đường (không kéo mooc) Fz1 = Fz = Gb + Fq h (2.50) L Ga − Fq h (2.51) L Hình 2.12 Phanh cực đại : Fq = Fp1 + Fp2 → Fqmax = Fp1max + Fp2max = Fz1φ +Fz2φ = (Fz1 + Fz2)φ = Gφ (2.52) Fz1 = G ( b + ϕh) L (2.53) Fz = G ( a − ϕh) L (2.54) 16 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.2.4 Xe chuyển động đường với vận tốc cao Fw = 0,5 ρ CAv Fz1 = Gb − Fw hw L (2.55) v↑ → Fw ↑ → Fz1 ↓ → → nguy hiểm Fz1 ≤ → Gb – Fwhw ≤ (2.56) Hình 2.13 2Gb (2.57) ρ CAhω Ví dụ: Xe G = 20000 N; b = 1,2 m; Cw = 0,4; A = m2; hw = 0,6 m Gb ≤ 0,5 ρ CAv hω → v ≥ 2Gb 2.20000.1, Điều kiện v≥ = = 284m / s = 1022km / h ρ CAhω 1, 24.0, 4.2.0, nhấc bánh trước:  Khó xảy ra;  Chưa kể đến thành phần thẳng đứng lực không khí 17 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.2.5 Hệ số phân bố tải trọng Xe chuyển động đường không kéo mooc → từ 2.48 2.49: F Gfrb + Fw hw Gb Gfrb + Fw hw (2.58) m1k = z1k = − = m1t − G GL GL GL m2 k = Fz k Ga Gfrb + Fw hw Gfrb + Fw hw = + = m2 t + G GL GL GL (2.59) Fz1 p Khi phanh xe → từ 2.50 2.51: Fq h Gb Fq h m1 p = = + = m1t + G GL GL GL m2 p Fz p (2.60) Fq h Gb Fq h = = − = m2 t − G GL GL GL ϕh L ϕh m1 p = m1t − L m1 p = m1t + Khi phanh xe cực đại → từ 2.53 2.54: (2.61) (2.62) (2.63) 18 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.3 Xe đứng yên đường dốc Khi xe quay đầu lên dốc: Hình 2.14 FZ bG cos α − hG sin α = L Xe quay đầu xuống dốc: bG cos α + hG sin α FZ = L (2.64) (2.66) FZ = FZ = aG cos α + hG sin α L aG cos α − hG sin α L (2.65) (2.67) 19 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Điều kiện lật xe: Lên dốc: Từ 2.64: Fz1 = bG cos α − hG sin α ≤0 L b bGcosα - hGsinα ≤ → tgα ≥ h (2.69) (2.68) Xuống dốc: tgα ≥ a h (2.70) Tính toán → Xe không tải: α = 600 ; Có tải: du lịch: α = 600 ; tải: α = 350 ÷ 400 → Khó xảy Điều kiện trượt: Gsinα ≥ Fx1 + Fx2 (2.71) Fx1 + Fx2 ≤ Fz1φ + Fz2φ = (Fz1 + Fz2)φ = φGcosα Gsinα ≥ φGcosα → φ ≤ tgα φ = 0,6 → α ≈ 310 ; (2.72) (2.73) id = 15% (khoảng 90) → φ < 0,15 Điều kiện xe trượt trước lúc lật: Kết hợp 2.73 với 2.67 2.68 : Lên dốc: ϕ≤ b hg (2.74) Xuống dốc: ϕ≤ a hg (2.75) 20 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.4 Xe chuyển động thẳng đường dốc Các dấu biểu thức phụ thuộc lên xuống dốc, tăng tốc phanh Hình 2.15 Fz1 = Fz = G ( b cos α − frb cos α h sin α ) − Fw hw Fq h − Fm hm L G ( a cos α + frb cos α ± h sin α ) + Fw hw ± Fq h + Fm hm (2.79) (2.80) L 21 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Các trường hợp nguy hiểm: Xe lên dốc có tăng tốc Gb cos α − Gfrb cos α − Gh sin α − Fw hw − Fq h − Fm hm (2.81) Fz1 = L Fz1 → xe kiểm soát → nguy hiểm Khó xảy → Gbcosα ≤ Gfrbcosα +Ghsinα + Fwhw + Fqh + Fmhm (2.82) Khả xe bị trượt: Gsinα + Fq + Fm ≥ Fz1φ + Fz2φ = φGcosα (bỏ qua Ff , Fw) Fq + Fm Fm (2.84) ϕ ≤ tg α + ϕ ≤ tgα + (2.83) Không tăng tốc G cos α G cos α Xe xuống dốc có phanh G ( a cos α + frb cos α − h sin α ) + Fw hw − Fq h + Fm hm Fz = L Fm = bỏ qua Ff , Fw Fz = (2.85) G ( a cos α − h sin α ) − Fq h Fz2 → → Gacosα ≤ Ghsinα + Fqh Xe bị trượt: Gsinα + Fq ≥ Fz1φ + Fz2φ = φGcosα L (2.87) ϕ ≤ tgα + (2.86) Fq G cos α (2.88) 22 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.5 Xe đứng yên chuyển động thẳng đường nghiêng G ( B cos β − 2h sin β ) (2.89) 2B G Fzp = ( B cos β + 2h sin β ) (2.90) 2B B tg β ≥ Fzp ≤ → lật xe → (2.91) 2h Fzt = Điều kiện bị xe trượt: (Fyt + Fyp)max ≤ Gsinβ → Fzpφn + Fztφn ≤ Gsinβ Fzpφn + Fztφn = φnGcosβ Điều kiện trượt: φn ≤ tgβ Trượt trước lúc lật: (2.92) (2.93) (2.94) B ϕn ≤ 2h Hình 2.16 (2.95) Phương ngang: xe đứng yên → giống chuyển động thẳng 23 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.3.6 Xe quay vòng đường phẳng (trái, phải theo chiều CĐ xe) GB + Flt h (2.96) 2B GB − Flt h (2.97) Fzt = 2B RBg − 2v h mv Fzt = G Flt = (2.99) BRg R Fzp = Fzp ≤ →nguy hiểm →lật RBg − 2v h ≤ → v ≥ Điều kiện trượt: v2 ϕn ≤ gR BRg 2h (2.100) Hình 2.17 (Fyt + Fyp)max ≤ Flt → (Fzt + Fzp)φn ≤ Flt → Gφn ≤ Flt (2.101) Trượt trước lúc lật ϕn ≤ B 2h (2.102) 24 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ BÀI TẬP Đường: f = 0,02, id = 19%; G = 100000N, Me =350 Nm, ηt = 0,85, rb = 0,45 m Xác định it để xe chuyển động được, coi lực cản không khí không đáng kể Xe G = 18500 N, kích thước xe: H = 1,52m, B = 1,45 m, Cw = 0,37, đường f = 0,02, v = 150 km/h, số truyền xe chạy i t = 3,8, ηt = 0,85, rb = 0,32 m Xác định mô men động cơ, biết ρ =1,24 kg/m 3 G = 50000 N, đường bằng; Me = 300 Nm, it = 25, ηt = 0,85, rb = 0,4 m Tính gia tốc xe, coi lực cản không khí không đáng kể Xác định khả chuyển động xe trường hợp sau: a Xe G = 21000 N, cầu trước chủ động, a/b = 1,3/1,2 (m), M e = 180 Nm, it = 15, rb = 0,32 m, ηt = 0,85; f = 0,02, id = 25%, φ = 0,4; coi lực cản không khí không đáng kể b Xe tải G = 90000 N, cầu sau chủ động, a/b = 2,9/1,4 (m), M e = 400 Nm, it = 40, rb = 0,45 m, ηt = 0,85; f = 0,02, id = 26%, φ = 0,7; coi lực cản không khí không đáng kể 25 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Đường f = 0,02, φ = 0,7; xe cầu trước chủ động, a/b = 1,2/1,3 (m), G = 10000 N kéo xe tải có trọng lượng bao nhiêu, giả thiết xe lắp động có công suất đủ lớn Đường id = 10%, f = 0,02, φ = 0,7; xe tải có cầu sau chủ động G = 80000 N, a/b = 2,7/1,3 (m) kéo xe mooc nặng Biết xe tải có M emax = 350 Nm, itmax = 38, ηt = 0,85, rb = 0,42 m Xe: a/b/h = 2,7/1,3/1,2 (m), đường: φ = 0,5 Xác định góc dốc đường mà xe đứng (không bị trượt xuống) trường hợp sau: a Xe phanh cầu sau, đầu xe hướng lên dốc; b Xe phanh cầu sau, đầu xe hướng xuống dốc; c Xe phanh cầu trước, đầu xe hướng lên dốc; d Xe phanh cầu trước, đầu xe hướng xuống dốc 26 ...CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.1 LỰC VÀ MÔ MEN CHỦ ĐỘNG Lực mô men chủ động → lực mô men làm cho ô tô chuyển động; Xe tự hành → chuyển động → phải có nguồn động lực đặt xe 2.1.1... HOẶC ĐIÊZEN Công suất có ích Ne Mô men Me Suất tiêu hao nh/liệu ge VÀ Số vòng quay ne CHƯƠNG 2: LỰC Hình 2.1 VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ Hình 2.2 CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.1.2 Hệ... CHƯƠNG 2: LỰC VÀ MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 2.2.3 Lực cản không khí Fw Hình 2.7 Lực cản không khí Lực cản diện; Lực cản tạo thành khoảng chân không phía sau ô tô; Lực cản ma sát lớp không khí sát