Chương 1 DỘNG LỤC HỌC CHUYỀN ĐỘNG BÁNH XE Đe nghiên cứu các quy luật chuyến động cùa ó tỏ. trước hểt cần phái nghiên cứu các mõi quan hệ co bán liên quan đôn sự tác dung tương hồ giữa bánh xe và đường khi chủng chuyên đỏng. Trong chương này sỗ khao sát động lực hoc chuyền động cua bánh xc khi lăn trcn cãc loại dường khác nhau. SỰ TÁC DỤNG TƯƠNG Hố GIỮA BÀNH XE VẢ BÉ MẠT TỰA 1.
Lực và mó-men tác dụng lên bánh xe Bánh xe ô tô với lốp chứa khi nén là hộ dần tiền có tác dụng tương hồ với đường, biến chuyên dộng quay cùa nó thành chuyên động tịnh lien. Nhở bộ dẫn lien này mà ô tô có thê chuyên động vã quay vỏng được. Khi chuyên động trên bẽ mặt đường, bánh xe chịu tãc dụng của cãc lực và các mõ-men. các lực và các mỏ-men này giừ cho ô lô trẽn đường, di chuyên, dừng lại và thay đỏi phương chuyên dộng cùa nó.
Trong quá trinh tác dộng tương hỗ giữa bánh xc với bẽ mặt đường, bánh xc và bê mặt dường bị bièn dạng theo các hướng khác nhau. Các bánh xe ô tô được phân thành hai loại: bãnh xe chú động vả bánh xc bi dộng. Bánh xc chú dộng là bánh xe dược câp mô-men xoăn từ động cơ đôt trong qua hệ thống truyền lực. Bánh xe chù động biến mô-mcn xoắn thành lực kéo và biến chuyến động quay cùa bánh xe thành chuyên động lịnh tiền cùa ô tô.
Bánh xe bị dộng là bánh xe không được câp mô-inen xoan lữ động co. Nó được dùng đè truyền phần trọng lượng xe lẽn mặt dường, giảm tái trọng động khi chuyên động trẽn đường cỏ mấp mô vá giám vận tốc chuyển dộng khi phanh nó. Các trường họp tác dụng tương hổ giữa bánh xe vời bè mật tựa. a) Chi cổ lóp b>én dạng; b) Chi cỡ đương bién dpng: c) Cẳ đương vd lốp blén dạng Tùy theo tính chát dân hôi cua bánh xe vã bề mặt tựa.
khi tác dụng tái trọng thủng đứng sẽ có ba trường hợp sau đây (hình 1.1): - Biên dạng cùa bé mặt tựa không đáng kê so với biên dạng hướng kính cua lốp I hình 1. Trong trưởng hạp nãy. có thê coi là bảnh xe biên dạng lân trẽn nên đường (cũng) không biên dạng. Vận tốc góc cua bánh xe là cui và vận tôc chuycn dộng tịnh tiên cùa bánh xe là V*.
- Biên dạng cùa bánh xe không dáng kê so với biên dọng cua bề mặt tựa. Trong trường hợp này. có thê coi là bánh xe cứng lãn trẽn nền đường biên dạng (hình I. - Sụ biến dụng cùa bánh xe và bè mặt tựa là tương đương nhau (hĩnh I.
Trường hợp thử nhât là chẽ độ chuyên động phó biên cùa các loại ò tô hiện nay. Đày lã chê độ chuyên động đặc trưng cua ỏ tỏ trẽn đường cỏ lớp phu cứng. Trưởng họp thử hai rât ít gặp, tuy nhiên, kháo sát trường hợp này chi đóng vai trò phụ. Trường họp thú ba là trưởng hợp khao sãt đói với ỏ tỏ chuyến động trẽn đường đất và nhừng nơi không cỏ đường.
Do vậy, chúng ta lập trung vào nghiên cứu che độ chuyên dộng cua bánh xe đàn hòi lãn tròn nên dưỡng cứng. Lực tãc dụng lẻn bánh xe đàn hôi đứng yên. Khi bánh xe dứng yên (hĩnh 1.2) chịu tác dụng cua tai trọng thăng dứng là Gí, bánh xe biến dạng sè lỹ váo inật dưỡng một diện tích dược gọi lã vết tiếp xúc cùa bánh xe với mặt đường. Khi bánh xe dửng yen thi vét tiêp xúc có dạng thường là hình chữ nhật, còn khi bánh xe chuyển động, hình dạng vết tiếp xúc là bất kỳ.
Biểu đồ cùa phán lực mặt đường trong trường hợp nãy có dạng đỏi xứng. Khoang cách từ tâm trục bánh xe tói mật đường được gọi là bân kinh tình cùa bánh xe rt. Khi bánh xe bị động (hình I.3) hoặc bánh xe chú động (hình 1.4) chuyên động đêu. dặc tính bièn dang cua chúng bi thay dôi.
Dưới tác dụng cùa mô-mcn xoăn AA dược câp tử động co đõl trong qua hệ thống truyền lực. hoặc cặp lục dọc Pj và /*,. bánh xe dãn hỏi bị xoãn hường theo chiêu quay cua nó. biên dạng cùa bánh xe ờ phân trước vã cua bánh xe ở phân sau lã khác nhau, nghía là các phân tú cùa lốp đi vảo khu vực tiếp xúc cùa bánh xe với bề mặt tựa chiu nén (tăng tái), cỏn các phân tư cùa lóp ra khói vet tiep xúc ờ phia sau 14 sỗ giãn ra (giam tai) và nó không phục hôi được như ban dâu là do tính đàn trẻ cùa vật liệu.
Biêu đo phân bố ứng suãt cứa phán lực pháp tuyến sê lệch vế phía tnrớc. Do vậy, họp lực cua phàn lực pháp tuyên Ri sẽ dịch VC phía trước theo hưởng chuyên động một khoang cách đ so với dường tác dụng ban đầu cùa Gí. nó dược gọi là sự dịch tám áp lực. Khi ô tô chuyên động, bánh xe lăn đêu vã chiu tác dụng cùa các lục sau (hình 1.3): + Tir khung xe tác dụng lẽn bánh xc: tái trọng thăng đứng, ký hiệu là Gi vả lực đằy đật tại tâm trục bánh xc.
hướng theo chiêu chuyên dộng, ký. Lực tác dụng lẻn bánh xe bị động hiệu là Pj. Do tinh chất dãn hối cùa chuyển đóng đểu lõp xe. dưới tác dụng cua lực đây Pđ, tâm trục bánh xe dịch chuyên theo phưong ngang vê phía trước cách trục đôi xứng một khoáng cách bàng c.
+ Tử dường tác dụng lẽn bánh xc: các phán lực tiếp tuyến mã hợp lực cua chúng ký hiệu là Xt và cãc phán lực pháp luyến inã hợp lực của chúng ký hiệu là /?1. Diêm đặt của phan lục pháp tuyến Ri là dicm K năm cách trục đối xứng một do^n băng (I. Dicm K dược gọi lả tâm áp lực. còn cỏ các lục và mõ-men ma sát trong các ô trục bánh xe.
mó-men quán tính, các lực này có trị sò nhó nên có thê bõ qua. Bánh xe dãn hồi chiu tái lăn trẽn nền đường cứng thi bị biển dạng, do đỏ. sụ liếp xũc cùa bánh xc với đường là cà một diện tích tiêp xúc. Vét ticp xúc này có chiêu dài là In- Các phần tứ phía tnrớc cùa lỏp lãn lượt vào vết tiếp xúc và bị nén lại (tâng tái), các phân tứ phía sau cua lõp lân lượt di ra khôi vet tiep xúc (giám tái) và phục hoi nhưng mắt mát một phân nàng lượng do nội ma sát cùa nó.
Neu lỏp có độ đàn hôi lý tướng thi nàng lượng tiêu hao cho biên dang cua lóp sê dược tra lại toàn bộ khi lỏp hồi phục lọi trụng thái cũ. Nhtmg thục tế. do có nội ma sát giữa các phần tư cùa vật liệu lốp và ma sát giừa đường và lốp. nàng lượng tiêu hao cho biến dạng cua lỏp không được trá lại hoàn toàn và một phán đă biên thành nhiệt nãng tòa ra mòi trưởng xung quanh.
Trẽn đổ thị hình 1.4a biểu thị mối quan hệ giừa tái trọng tháng đứng G1 với độ vòng hướng kinh /ucũa lóp. lòp biên dạng theo dường cong OA. nâng lượng ticu hao cho biến dạng lả diện tích OAC. Khi giâm tái Gỉ, lop đàn hoi trớ lại theo dường cong 15 AB, nãng lượng được tra lại tương ứng với diện tich ABC.
Phân diện tích OAB biên thị nâng lượng tôn thất do nội ma sát cùa lỏp. Hình 1,4b mỏ ta sự phân bô cùa phan lục pháp tuyên theo chiêu dài vet tiêp xúc. Hựp lực của các phản lực pháp luyến phân bồ nảy đật tại diem K cách trục đồi xứng một đoạn băng a. Sự dịch tâm áp lực này là do lực phát sinh trong vật liệu lốp khi tăng tai (phân lõp đi vào vết tiếp xúc) và khi giám lãi (phẩn lốp dĩ ra khói vết tiếp xúc) không như nhau.
lực ma sát p< sinh ra giừa các phân tứ lóp cũng chiêu với lực đàn hồi /*., khi giam tài, hai lực nãy ngược chiêu nhau. Vi vậy, hợp lục cùa các phàn lực pháp tuyên từ đường tác dụng lẽn bành xe dột dịch về phía trước so với trục đối xửng cùa bánh xe. Dổ th/ blẾu dlển sựblén dạng đàn hồl của lổp (a) và bléu đó phàn bổ phân lực pháp tuyên của dường tãc dụng lén bảnh xe (b). Phan lực tiêp tuyên Xi xuãt hiện là do tại tâm trục bành xe dặt lực dãy Pj.
Lực này cỏ xu hưởng dây vet tiếp xúc giũa đường vã lốp về phía trước theo chiều chuyên động. tại khu vực tiêp xúc sỗ xuất hiện phan lực Xí chỏng lại sự dịch chuyên đỏ. Phan lục Xi cỏ thế thay đối từ 0 đen fa.1) Trong đỏ: <ữ là hộ sỏ ma sát giũa đường và lóp, trong trường hợp này, ọ cũng chinh lã hệ số bám. Điều kiện cân băng cua bánh xe được xác định bơi các phương trình sau: Pj= Xi; Gi = fa; Gí.
phân lực Xà cản bâng với lực đẩy p,t và tạo ra mô-men có cánh tay dôn lã rj. Đê bánh xe lăn đêu, mô-mcn này phai cân bâng với mô-mcn càn lãn Mf = falli. Tri số lực càn lân Ạ được xác định theo công thức: 16 Al .^ hay Pf = GC— (1.3) 'j rđ rf Ta thây lực cán lãn ty lệ thuận với tai trọng thăng dửng và tý sô »1 / r<!=ị. Khi tái trọng tác dụng lên bảnh xe câng lởn.
sự biến dạng cùa lỏp càng làng thi trị số m càng táng, có nghĩa là tôn thát cho sự làn cùa bánh xc càng lớn. Sau cùng ta có: Hệ số càn lãn:/ = m/rj (1.4) Mô-men càn làn: M f - Pf.5) Lực cán lăn: Pf=Rt.6), có thè đua 13 điều kiện bánh xe làn không bị trượt lết là: /?(.7) Do dịch tâm áp lục nên nó SC tạo ra mô-mcn càn M/ = Rt.5), nó cân bãng với mỏ-mcn Mí tãc dụng lên bánh xc chú động hoặc cáp ngầu lục tãc dụng lên bánh xc bị động. Mò-mcn này hướng ngược chicu quay cùa bánh xc vã dược gọi lã mô-mcn cán lãn. Khoáng cách lữ lãm trục bánh xe lởi mật đuởng được gọi là bân kinh động lực của bánh xe rrf.
Lực và mò-inen tác động tên bánh xe chủ động khi bánh xe chuyền động đẻu. Chúng la xác định trị sổ phán lực tiếp luyến p, ó bánh xe chu động khi nó chuyến động không déu trong trưởng hợp tỏng quát vói gia tôc dọc đặt tại tâm trục bành xe (hình 1. Sự khác biệt giừa so đỏ lực vã mô-men lảc dụng lên bánh xe ờ so dồ hình 1.5 khi nó chuyên động không đcu là có them mô-mcn M, tác dụng theo hướng ngược với hướng vận tốc gỏc an: 17 M, = j^t = (1.8) III ơ đày: jt - mô-mcn quán tinh khôi lượng quay cùa bánh xc đôi với trục quay cùa nó |kg.