Luận văn Nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động 4x4 trên đường bám kém (đường trơn) (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động 4x4 trên đường bám kém (đường trơn) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ UÔNG HOÀNG TRÍ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ 2 CẦU CHỦ ĐỘNG 4X4 TRÊN ĐƯỜNG BÁM KÉM (ĐƯỜNG TRƠN) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246 S K C0 0 4 3 1 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ UÔNG HOÀNG TRÍ NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ 2 CẦU CHỦ ĐỘNG 4X4 TRÊN ĐƯỜNG BÁM KÉM (ĐƯỜNG TRƠN) NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246 Hướng dẫn khoa học: TS Lâm Mai Long Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Uông Hoàng Trí Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/03/1982 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:59/7 Phạm Hữu Lầu, Phú Mỹ, Quận 7, Tp.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: Email: uonghoangtri@ptec.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 08/2008 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Chuyên đề về hệ thống điều khiển động cơ trên xe Huyndai Santa Fe Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 7/2008, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Long Giang III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2009 ÷ 72014 Trường CĐ Kinh Tế Kỹ Thuật Phú Lâm Giảng viên i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) UÔNG HOÀNG TRÍ ii
5. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn giúp đỡ của quí thầy cô, các bạn cùng lớp và các đồng nghiệp. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa cơ khí Động Lực Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, các bạn đồng nghiệp Trường cao đẳng kinh tế kỹ thuật Phú Lâm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tiến sĩ Lâm Mai Long, người thầy kính mến đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn, hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này. Xin chân thành cảm ơn và chúc quí thầy cô sức khỏe và thành đạt. iii
6. TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu về động lực học quay vòng của ô tô hai cầu chủ động (4x4) trên đường bám kém. Đề tài thực hiện nghiên cứu quỹ đạo chuyển động ô tô bằng mô hình phẳng một vết, sử dụng phần mềm Matlab, dựa trên mô hình lý thuyết. Trong đề tài này quỹ đạo chuyển động của xe được khảo sát khi biết trước quy luật đánh lái nhằm mục đích xác định sự ảnh hưởng của các yếu tố: sự biến dạng của lốp, phân phối công suất và sự thay đổi vận tốc của xe đến quỹ đạo chuyển động khi ô tô quay vòng. Kết quả thu được cho thấy, khi thay đổi hệ số bám từ 0,2 đến 0,7 thì bán kính quay vòng giảm. Khi hệ số bám tăng, thì bán kính quay vòng giảm, độ ổn định khi quay vòng tăng.Sự thay đổi vận tốc xe tỉ lệ thuận với sự thay đổi bán kính quay vòng của xe. ABSTRACT The thesis research spin dynamics of automobile two axles (4x4) on the low friction road. Base on theoretical model and describle equations, the simplified model of vehicle dynamics of the transitional trajectory simulated by using MATLAB software. In this thesis, the transitional trajectory of the vehicle was simulated in case the wheel steering angle is knew due to evaluate the effect of the deformation of the tire, power distribution, changing of velocity of the car to the transitional trajectory of the car while rotating. The obtain result show that when tire-road friction coefficient change from 0.2 to 0.7, the radius of road decrease. While the friction coefficient grow up, radius of road reduce, due to the vehicle is more stable. The result aslo show that changing of velocity of the car is proportional to the turn radius of vehicle. iv
7. MỤC LỤC Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các hình viii Danh sách các bảng x Chương 1:Tổng quan đề tài 1 1.1. Lời mở đầu. 1 1.2. Mục đích của đề tài. 2 1.3. Giới hạn đề tài 3 1.4. Phương pháp nghiên cứu 3 1.5. Các kết quả nghiên cứu 3 Chương 2: Cơ sở lý thuyết. 5 2.1. Bánh xe. 5 2.2. Bán kính làm việc trung bình của bánh xe 5 2.3. Động học của bánh xe lăn. 6 2.3.1. Lăn không trượt 6 2.3.2. Lăn có trượt quay 7 2.3.3. Lăn có trượt lết 7 2.4. Quan hệ về lực khi bánh xe lăn 8 2.4.1. Bánh xe bị động 8 2.4.2. Bánh xe chủ động 9 2.4.3. Bánh xe phanh 10 2.5. Phân phối công suất trên ô tô 12 2.5.1. Dòng công suất trên bánh xe chủ động 12 2.5.2. Phân phối công suất dùng vi sai 14 v
8. 2.5.2.1. Động học của cơ cấu vi sai 14 2.5.2.2. Quan hệ động học 15 2.5.2.3. Quan hệ mô men 17 2.5.2.4. Quan hệ về lực của cầu có vi sai 18 2.5.2.4. Quan hệ về lực của cầu có vi sai 19 2.5.3. Phân phối công suất không vi sai 21 2.5.3.1. Các quan hệ động học và môment 22 2.5.3.2. Nghiên cứu quá trình chuyển động thẳng (trường hợp thứ nhất) 24 2.5.3.3. Trạng thái lăn của cầu– hiện tượng lưu thông công suất 26 2.5.3.4. Chuyển động thẳng- trường hợp thứ hai 29 2.6. Lực bám và hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường 30 2.7. Động học quay vòng của ô tô 31 2.9. Góc lệch hướng 33 Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của xe nhiều cầu chủ động (4x4) tới động lực học quay vòng ô tô 36 3.1.Góc lệch bên và mô men đàn hồi của bánh xe khi chịu lực bên 37 3.2. Đặc tính của bánh xe khi có mặt lực dọc, khả năng trượt ngang, trượt dọc . 37 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám và các giá trị của hệ số bám 39 3.4. Sự trượt phụ thuộc vào các lực kéo Fk hoặc X 41 3.5. Khả năng bám của cầu có vi sai 43 3.5.1. Ảnh hưởng của hệ số bám 44 3.5.2. Ảnh hưởng của lực li tâm 46 3.6. Kết luận chương 3 47 Chương 4: Xây dựng phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô 48 4.1. Hệ trục tọa độ khảo sát 48 4.2. Các lực tác dụng lên ô tô 50 4.2.1.Các lực tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng dọc 50 4.2.1.1. Lực kéo Fk 51 4.2.1.2. Lực cản lăn Ff 53 vi
9. 4.2.1.3. Mô men cản lăn 53 4.2.1.4. Phản lực thẳng góc Z1, Z2 54 4.2.1.5. Lực cản không khí Fω 54 4.2.1.6. Lực cản quán tính Fj 55 4.2.2. Các lực tác dụng lên mặt phẳng ngang 57 4.2.2.1. Lực bên Fy 57 4.2.2.2. Lực ly tâm Flt 58 4.3. Mô hình khảo sát và các quan hệ động lực học . 58 4.3.1. Mô hình động lực học ô tô hai cầu chủ động (4x4) 60 4.3.2. Mô hình động lực học ô tô cầu trước chủ động 61 4.3.3. Mô hình động lực học ô tô cầu sau chủ động 62 4.4. Giới thiệu xe ô tô Hyundai SantaFe (4x4) 64 4.5. Kết luận chương 4 66 Chương 5 : Phương pháp giải phương trình vi phân và kết quả mô tả quỹ đạo chuyển động ô tô 67 5.1. Khái quát chung về Matlab và M-file 67 5.2. Thiết kế giao diện người dùng 68 5.3. Giải hệ phương trình vi phân 69 5.4. Kết quả mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô 73 5.4.1. Phân phối công suất trên ô tô . 73 5.4.2. Quỹ đạo chuyển động của ô tô 2 cầu chủ động 75 5.4.2.1. Khảo sát chuyển động của ô tô 2 cầu chủ động khi thay đổi vân tốc . 75 5.4.2.2. Khảo sát chuyển động của ô tô 2 cầu chủ động khi thay đổi hệ số bám. 77 5.5. Kết luận chương 5 78 Chương 6 : Kết luận và kiến nghị . 79 6.1. Kết luận 79 6.2. Đề nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 81 PHỤ LỤC 82 vii
10. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Kích thước hình học của lốp xe 4 Hình 2.2: Lăn không trượt 6 Hình 2.3: Lăn có trượt quay ở bánh xe kéo 7 Hình 2.4: Lăn có trượt lết ở bánh xe phanh 8 Hình 2.5: Các lực và moment tác dụng lên bánh xe bị động khi lăn 9 Hình 2.6: Các lực và moment tác dụng lên bánh xe chủ động khi lăn 10 Hình 2.7: Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe phanh . 11 Hình 2.8: Các trạng thái chuyển động của bánh 11 Hình 2.9: Dòng công suất trên bánh xe chủ động 12 Hình 2.10: Sơ đồ truyền lực xe nhiều cầu chủ động 14 Hình 2.11: Sơ đồ động vi sai bánh răng nón 15 Hình 2.12: Sơ đồ quay vòng của cầu chủ động 16 Hình 2.13: Quan hệ về lực của cầu khi vi sai làm việc 20 Hình 2.14: Các sơ đồ phân phối công suất không vi sai 22 Hình 2.15: Đặc tính lực của bán kính lăn . 24 Hình 2.16: Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính lực của bán kính lăn 24 Hình 2.17 Trường hợp bánh xe tới giới hạn bám 26 Hình 2.18: Trạng thái chuyển động của cầu với các lực Fk khác nhau 27 Hình 2.19: Mô tả trường hợp 2 – chuyển động thẳng 29 Hình 2.20 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ô tô . 32 Hình 2.21 : Sơ đồ quay vòng không có sự biến dạng của lốp xe 33 Hình 2.22 : Sơ đồ quay vòng có sự biến dạng của lốp xe 34 Hình 2.23: Sơ đồ quay vòng thiếu 35 Hình 2.24: Sơ đồ quay vòng thừa 35 Hình 3.1: Sự thay đổi vết tiếp xúc và các mối quan hệ động học,động lực học của bánh xe khi vk = 0 (trái) và vk 0 (phải) 36 viii
11. Hình 3.2: Dấu và chiều của k , Sk , Msk 37 Hình 3.3: đồ thị Kamm biểu diển mối quan hệ của khả năng truyền lực dọc Fk và lực bên Fy của bánh xe: Fk(+)lực kéo; Fk(-)lực phanh 38 Hình 3.4: Ảnh hưởng của lực dọc tới đặc tính lệch bên của bánh xe 38 Hình 3.5: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 39 Hình 3.6: Đặc tính trượt toàn bộ của lực Fk và X 42 Hình 3.7: Đặc tính trượt 42 Hình 3.8: Hiệu suất riêng vi sai và khả năng tận dụng bám 45 Hình 4.1: Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng 49 Hình 4.2: Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng 50 Hình 4.3: Các lực tác dụng lên ô tô 51 Hình 4.4: Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của ô tô 55 Hình 4.5: Đồ thị quan hệ giửa lực bên và góc lệch bên . 57 Hình 4.6: Mô hình động lực học quay vòng của ô tô 4x4 60 Hình 4.7: Mô hình động lực học quay vòng của ô tô cầu trước chủ động 61 Hình 4.8: Mô hình động lực học quay vòng của ô tô cầu sau chủ động 62 Hình 5.1 : Giao diện người dùng trước khi chạy chương trình . 68 Hình 5.2 : Giao diện người dùng khi chạy chương trình 69 Hình 5.3 : Quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ số bám φ=0,2 73 Hình 5.4: Quỹ đạo chuyển động của ô tô thay đổi hệ số bám φ=0,4 74 Hình 5.5: Quỹ đạo chuyển động của ô tô thay đổi vận tốc với hệ số φ=0,2 75 Hình 5.6: Quỹ đạo chuyển động của ô tô thay đổi vận tốc với hệ số φ=0,4 75 Hình 5.7 : Đồ thị gia tốc hướng tâm 76 Hình 5.8: Quỹ đạo của ô tô thay đổi hệ số bám với vận tốc v=40Km/h 77 Hình 5.9: Quỹ đạo của ô tô thay đổi hệ số bám với vận tốc v=50Km/h 77 ix
12. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng qui ước về dấu của mô men và tốc độ góc 18 Bảng 3.1: Giá trị của hệ số bám trung bình 41 Bảng 4.1: Giá trị của hệ số cản lăn f0 53 Bảng 4.2: Giá trị của hệ số cản không khí Cx và diện tích cản chính diện . 55 x
13. Chƣơng 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Lời mở đầu Ô tô là phƣơng tiện đƣợc sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội. Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phƣơng tiện này luôn là vấn đề đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bƣớc nhảy vọt về kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao và an toàn hơn cho ngƣời sử dụng. Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó đƣợc thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đƣờng tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đƣờng khác nhau hoặc do tác động điều kiện nhƣ tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Tính chất động lực học của ô tô ảnh hƣởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán đƣợc giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo đƣợc thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo đƣợc các yêu cầu của ngƣời sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phƣơng pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lƣợng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng các loại xe ô tô có hiệu quả. 1
14. Hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu động lực học ô tô nói chung và động lực học mô hình phẳng nói riêng đã có những kết quả to lớn, nhƣng vấn đề thuộc sở hữu bản quyền của các hãng ô tô nên chƣa đƣợc công bố rộng rãi và đầy đủ. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu khảo sát động lực học của ô tô đƣợc chú ý quan tâm từ lâu, nên có nhiều đề tài, tài liệu, giáo trình đƣợc biên soạn để phục vụ cho công tác giảng dạy, nghiên cứu lý thuyết tính toán ô tô. Tính ổn định quay vòng của ô tô là khả năng giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu của ngƣời lái trong mọi điều kiện khác nhau nhƣ: ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đƣờng thẳng có lực ngang tác dụng, chuyển động trên đƣờng dốc, có thể quay vòng trên các loại đƣờng khác nhau và có kể đến sự biến dạng và trƣợt của bánh xe. Đối với ô tô 2 cầu chủ động có tính năng cơ động cao trong những điều kiện phức tạp đòi hỏi ô tô phải giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động của nó sao cho xe không bị lật đổ, xe không bị trƣợt, thùng xe không bị nghiên để đảm bảo cho xe chuyển động an toàn. Khi xe hai cầu chuyển động trên đƣờng bám kém thì quỹ đạo ô tô nhƣ thế nào. Với những nhu cầu trên trong phần luận văn này sẽ “nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động( 4x4) trên đƣờng bám kém (đƣờng trơn)”. 1.2. Mục đích của đề tài Nội dung của đề tài là xây dựng đƣợc mô hình nghiên cứu lý thuyết để thiết lập các phƣơng trình mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng mô hình phẳng một vết. Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe khi biết trƣớc quy luật đánh lái, xem xét các nhân tố ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động khi ô tô quay vòng có kể đến các đặc tính biến dạng của lốp, sự phân bố tải trọng lên các bánh xe, phân phối công suất, thay đổi vận tốc của xe, điều đó làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô. Từ đó đƣa ra các biện pháp nâng cao tính an toàn khi sử dụng ô ô, để giải quyết bài toán này tác giả sử dụng phần mềm Matlab để mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô trên máy tính. Với điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay, chƣa có các bãi thử, phòng thí nghiệm để đánh giá chất lƣợng quay vòng của xe cho nên việc mô tả giúp 2
15. ta có sơ sở để đánh giá tính chất quay vòng của ô tô. Trong trƣờng hợp có đầy đủ các điều kiện thí nghiệm thì việc mô tả trên máy tính giúp chúng ta rút ngắn thời gian làm thí nghiệm. Với mục đích nhƣ trên nội dung luận văn sẽ trình bày về lý thuyết tính toán để làm cơ sở để xây dựng các phƣơng trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô. Sau khi có đƣợc hệ phƣơng trình vi phân chúng ta sử dụng M-file trong Matlab để giải các phƣơng trình và mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô. 1.3. Giới hạn đề tài Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài “Nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động (4X4) trên đƣờng bám kém (đƣờng trơn)” chỉ nghiên cứu tập trung vào các nội dung sau: . Tính toán các thông số quay vòng của xe. . Các yếu tố ảnh hƣởng đến quay vòng. . Xây dựng phƣơng trình quay vòng của ô tô. . Đề xuất các phƣơng án an toàn cho xe ô tô. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu . Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu: trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến lý thuyết quay vòng của xe ô tô, tính ổn định của các bánh xe dẫn hƣớng, thu thập tài liệu qua sách, luận văn thạc sĩ, qua Internet và các tiêu chuẩn quốc tế về quay vòng. . Phƣơng pháp giải hệ phƣơng trình bằng cách sử dụng phần mềm Matlab để giải quyết các thuật toán, giải phƣơng trình quay vòng. . Phƣơng pháp so sánh đánh giá: 1.5. Các kết quả nghiên cứu Đề tài: “ Nghiên cứu động lực học chuyển động thẳng của xe nhiều cầu chủ động- các phƣơng pháp phân phối công suất ” Của học viên cao học Bùi Tuấn Vũ, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM, dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lâm Mai Long, đƣợc thực hiện vào tháng 08 năm 2008. Đề tài đã thực hiện đƣợc 3
16. việc nghiên cứu vấn đề trƣợt của các bánh xe của cầu chủ động khi tính toán các thông số động lực chuyển động của ô tô. Đề tài: “Nghiên cứu ổn định của thùng xe khi chuyển động thẳng và quay vòng của xe buýt hai tầng BHT89 đang sử dụng ở TPHCM” của học viên Cao Minh Đức, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM, dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lâm Mai Long. Đề tài tính toán góc nghiên của thùng xe buýt 2 tầng khi chuyển động thẳng và quay vòng ổn định. Đề tài: “Mô phỏng tính chất chuyển động quay vòng cảu ô tô máy kéo trên đất nông nghiệp” của Hàn Trung Dũng, Bùi Hải Triều, Trƣờng Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, năm 2013. Đề tài khảo sát và tính toán các thông số đặc trƣng cơ bản của quá trình chuyển động vòng của máy kéo, có tính đến ảnh hƣởng của động cơ, hệ thống truyền lực và đặc biệt là tƣơng tác bánh xe - đất nông nghiệp. Đề tài: “Ứng dụng mô hình Burckhardt để mô tả toán học đặc tính thực nghiệm của bánh xe máy kéo nông nghiệp” của Hàn Trung Dũng, Bùi Hải Triều, Lê Anh Sơn,Trƣờng Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, năm 2013. Đề tài đƣợc phát triển trên cơ sở mô hình Burckhardt, có tính đến tƣơng tác giữa bánh xe với mặt đƣờng thông qua các quan hệ ứng suất –biến dạng của lốp xe và nền đất nông nghiệp trong mặt phẳng tiếp xúc. Đề tài: “Nghiên cứu khảo sát chuyển động của ô tô 4 bánh dẫn hƣớng” của Hồ Hữu Hải, Lê ngọc Trung,Trƣờng Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, năm 2010. Đề tài nghiên cứu khảo sát quỹ đạo và các thông số động lực học trong quá trình chuyển động quay vòng của ô tô. 4
17. Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Bánh xe Bánh xe là phần tử nối giữa xe và mặt đƣờng, nhờ có bánh xe mà xe có thể truyền đƣợc công suất từ động cơ đến các bánh xe và giúp xe chuyển động. Các đặc tính của bánh xe ảnh hƣởng rõ rệt tới các đặc tính của xe nhƣ đặc tính kéo, tính kinh tế nhiên liệu, tính điều khiển và an toàn chuyển động bánh xe có những chức năng sau: - Chịu tác dụng của trọng lƣợng xe. - Nhƣ là một phần tử giảm chấn. - Là bộ phận biến đổi năng lƣợng cơ học của chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. - Là bộ phận điều khiển lái. D Hình 2.1: Kích thƣớc hình học của lốp xe. 2.2. Bán kính làm việc trung bình của bánh xe Trong tính toán thực tế, ngƣời ta sử dụng bán kính bánh xe có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hƣởng các thông số trình bày ở trên. Trị số của bán kính này so với bán kính thực tế sai lệch không lớn nên gọi là bán kính làm việc trung bình của bánh xe và đƣợc ký hiệu là: r Bán kính lăn có quan hệ với bán kính thiết kế: r = λ. r0 2-1 r0 - là bán kính thiết kế của bánh xe 5
18. λ - là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, đƣợc chọn phụ thuộc vào loại lốp: Với lốp áp suất thấp:  0,930 0,935 Với lốp áp suất cao:  0,945 0,950 Với sai lệch không đáng kể có thể chọn rr l0 . 2.3. Động học của bánh xe lăn Khi bánh xe lăn trên đƣờng cứng, sự biến dạng theo hƣớng tiếp tuyến (biến dạng vòng) của các thớ lốp do tác dụng của mô men xoắn Mk làm giảm vận tốc tịnh tiến của xe, gây ra sự trƣợt. Điều đó đƣợc giải thích rằng, các phần tử của lốp khi đi vào khu vực tiếp xúc sẽ bị nén lại làm cho bán kính thực tế của xe nhỏ lại, quãng đƣờng mà bánh xe đi đƣợc sau một vòng quay sẽ giảm đi. Vì vậy mô men xoắn Mk chính là một trong những nguyên nhân gây ra sự trƣợt. Ngoài ra, còn những nguyên nhân khác cũng ảnh hƣởng đến sự trƣợt của bánh xe chủ động nhƣ: trọng tác dụng, cấu tạo vật liệu lốp, áp suất không khí trong lốp và điều kiện đƣờng xá. 2.3.1. Lăn không trƣợt Trong trƣờng hợp này, tốc độ của bánh xe (cũng là tốc độ của xe) bằng với tốc độ vòng. Nói cách khác tốc độ thực tế V bằng tốc độ lý thuyết V0 , ta có: V = V0 = ωk. r (2-2) Do vậy, tâm quay tức thời (cực P) của bánh xe nằm trên vành bánh xe và bán kính lăn bằng bán kính tính toán: rl = r , Mk = 0 k r V Vo rl P x Hình 2.2: Lăn không trƣợt 6
19. 2.3.2. Lăn có trƣợt quay Đây là trƣờng hợp của bánh xe kéo, khi đó tốc độ của tâm bánh xe (tốc độ thực tế) V nhỏ hơn tốc độ lý thuyết Vr0 k . , do vậy cực P nằm ở bên trong vòng bánh xe và rrl .Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đƣờng, theo quy luật phân bố vận tốc sẽ xuất hiện một vận tốc trƣợt V ngƣợc hƣớng trục X. Ta có quan hệ sau: V=r.ω -V =r .ω (2-3) k δ l k Do đó: Vδ =V-rω k =V-V 0 0 (2-5) V00 r V Ở trạng thái trƣợt hoàn toàn ta có các quan hệ sau: V = 0; ωk >0; rl =0 Vδ = - r. ωk = - V0 k 1(trƣợt quay hoàn toàn) 2.3.3. Lăn có trƣợt lết Đây là trƣờng hợp bánh xe đang đƣợc phanh. Trong trƣờng hợp này tốc độ thực tế V lớn hơn tốc độ lý thuyết V0 , cực P nằm bên ngoài bánh xe và rrl . Tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đƣờng cũng xuất hiện tốc độ trƣợt V nhƣng 7
20. hƣớng theo hƣớng dƣơng của trục X. Cũng tƣơng tự ta có khái niệm độ trựơt khi phanh  p , và các quan hệ động học đƣợc biểu diễn dƣới đây:  r k V Vo rl V  x P Hình 2.4: Lăn có trƣợt lết ở bánh xe phanh V=r.ωk +Vδ =r l .ω k (2-6) Vδ =V-rω k =V-V 0 >0 (2-7) Vr δ =-δ = 0 p Vr l (2-8) V -V 0 V Ở trạng thái trƣợt lết hoàn toàn, tức là bánh xe hãm cứng hoàn toàn ta có quan hệ sau: VV ;0k rl  p 1 2.4. Quan hệ về lực khi bánh xe lăn 2.4.1. Bánh xe bị động Để cho bánh xe có tải trọng Fε có thể chuyển động với vận tốc V (hoặc ωk) thì tại ổ trục của nó phải có lực Fξ hƣớng theo hƣớng của V. Hợp lực của và đi qua ổ trục và nghiêng một góc , cắt mặt đƣờng ở khoảng cách a. Tại điểm này có tác dụng của tất cả các phản lực của bánh xe với mặt đƣờng X và Z. 8
21. S K L 0 0 2 1 5 4