Kỹ thuật công nghệ - Quay vòng ô tô và hệ thống lái

8.1. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ : 8.1.1. Động học quay vòng của ô tô : Mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng đảm bảo cho chúng không bị trượt khi qua vòng : (8.1) Bán kính quay vòng : (8.2) CHƯƠNG 8 : QUAY VÒNG Ô TÔ VÀ HỆ THỐNG LÁI Vận tốc góc khi quay vòng : (8.3) Gia tốc của xe khi quay vòng : (8.4) Từ hình 8.3, ta có : (8.5) Thay từ (8.5) và (8.2) vào (8.4), ta có : (8.6) Hình 8.1 : Sơ đồ động học quay vòng của ô tô khi bỏ qua biến dạng ngang Hình 8.2 : Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối qian hệ về các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng Hình 8.3 : Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có 2 bánh dẫn hướng phía trước Khi xe quay vòng Jx và jy được xác định như sau : Ta có : jb = ω2.ρ ; jt = ε.ρ (8.7) Chiếu jb và jt lên hai trục, ta có : jx = jt.cosβ – jb.sinβ = ε.ρ.cosβ – ω2.ρ.sinβ (8.8) jy = jt.sinβ – jb.cosβ = ε.ρ.sinβ – ω2.ρ.cosβ (8.9) Theo hình 8.3, ta có : ρ.cosβ = R ; ρ.sinβ = b (8.10) Thay (8.3), (8.6), (8.10) vào (8.8) và (8.9), ta có : (8.11) (8.11) 8.1.2. Động lực học quay vòng của ô tô : Phương trình cân bằng theo trục Tx : Σ Xi = 0 (8.12) Phương trình cân bằng theo chiều trục Ty : Σ Yi = 0 (8.13) Phương trình cân bằng momen quanh trục thẳng đứng Tz : Σ Miz = 0 (8.14) Hình 8.4 : Sơ đồ động lực học quay vòng của ô tô khi hai bánh xe dẫn hướng phía trước Lực quán tính ly tâm : (8.15) (8.16) (8.17) Khi chuyển động đều, ta có : (8.18) (8.19) 8.2. TÍNH CHẤT QUAY VÒNG THIẾU, THỪA VÀ TRUNG TÍNH : 8.2.1. Khái niệm về độ ảnh hưởng đàn hồi của lốp tới quay vòng ô tô : Hình 8.5 : Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngang Hình 8.6 : Đồ thị quan hệ giữa phản lực ngang và góc lệch hướng  của lốp Do Yb = kc.δ Nên 8.2.2. Quay vòng ô tô khi lốp bị biến dạng ngang : Theo hình 8.7, ta có : EH = R1 tg( – 1) FH = R1 tg2 Suy ra : L = EH + FH = R1 [tg( – 1) + tg2 )] (8.21) Hình 8.7 : Sơ đồ động học quay vòng của ô tô khi lốp bị biến dạng ngang Theo 8.2 bán kính quay vòng của xe khi bỏ qua biến dạng ngang : Nếu δ1, δ2 và α có giá trị nhỏ thì : (8.22) (8.23) Các trường hợp : δ1 = δ2 R1 = R, tính chất quay vòng trung tính δ1 > δ2 R1 > R, tính chất quay vòng thiếu δ1 δ2 ) : Hình 8.9 : Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính chất quay vòng thiếu 8.2.3.3. Trạng thái chuyển động của xe có tính chất quay vòng thừa (δ1 < δ2 ) : Hình 8.10 : Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính chất quay vòng thừa 8.3. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI : 8.3.1. Công dụng : 8.3.2. Yêu cầu : 8.3.3. Phân loại : 8.4. KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG LÁI : 8.4.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái : Hình 8.11 : Sơ đồ hệ thống lái ô tô Hình 8.12 : Giản đồ biểu hiện mối quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái và góc quay của bánh xe 8.4.2. Cơ cấu lái : Tỷ số truyền của cơ cấu lái : (8.24) Hiệu suất thuận ƞt : (8.25) Hiệu suất nghịch ƞn : (8.26) Hiệu suất của cặp bánh răng trục vít : (8.27) Và hiệu suất nghịch là : (8.28) Hình 8.13 : Sơ đồ cơ cấu lái Hình 8.14 : Quan hệ của tỷ số truyền iω đối vời các góc quay vành tay lái Hình 8.15 : Sự thay đổi khoảng hở λ phụ thuộc theo góc quay θ 8.4.3. Truyền động lái : Hình 8.16 : Sơ đồ hình thang lái các loại. Hình 8.17 : Sơ đồ hệ thống lái của ô tô có một cầu dẫn hướng và hệ thống treo độc lập Hình 8.18 : Bố trí cơ cấu lái thích hợp với động học của hệ thống treo 8.5. HÌNH THANG LÁI : 8.5.1. Động học hình thang lái : Hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo cho hai bánh dẫn hướng quay với góc α và β theo quan hệ không đổi đảm bảo điều kiện quay không trượt : Vậy (8.29) 8.5.2. Kiểm tra hình thang lái : Ta có : Trong ∆EFA ta có : Hai ∆GEF và ∆GCB đồng dạng cho ta qua hệ giữa hai góc cotg và cotg : (8.30) So sánh (8.30) và (8.29) ta thấy Hình 8.19 : Sơ đồ xác định quan hệ giữa các góc quay của các bánh xe dẫn hướng 8.5.3. Xác định kích thước hình thang lái : Hình 8.20 : Sơ đồ xác định góc nghiêng của các đòn bên của hình thang lái Hình 8.21 : Sơ đồ hình thang lái với góc  là góc giữa đòn nghiêng bên và đường song song với trục dọc của ô tô Quan hệ hình học của ,  và  : (8.31) (8.32) So sánh (8.31) và (8.32) ta có : Qua biến đổi trung gian ta có : (8.33) Hình 8.22 : Đồ thị để chọn gốc nghiêng của các đòn bên của hình thang lái Hình 8.23 : Đồ thị biểu hiện quan hệ  phụ thuộc vào và 8.6. XÁC ĐỊNH LỰC CỦA NGƯỜI LÁI TÁC DỤNG LÊN VÔ LĂNG : Mômen cản chuyển động : M1 = Gbx . fc Một phần tư chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường : Nếu thừa nhận rbx = 0,96r ta có x = 0.14r thì M2 = Yb.x = 0,14Gbxφ1r Tổng mômen cản quay vòng ở cả hai bánh dẫn hướng là : Mc = 2(M1 + M2) = 2Gbx(fc + 0,14φ1r) (8.34) Hình 8.24 : Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang Hình 8.25 : Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái Suy ra : (8.35) Hình 8.26 : Đặc điểm lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng