Bài giảng môn Vật lý - Chương 11: Về dao động ô tô máy kéo

11.111.211.311.4ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG ễ Tễ MÁY KẫO chương 11Dao động của ô tô máy kéo 1 Chương 11 . dao động ô to máy kéo 11.1. Khái niệm và các chỉ tiêu đánh giá tính chuyển động êm dịu 11. 2. Một số kháI niệm và sơ đồ dao động tương đương của ô tô máy kéo 11. 3. Phương trình dao động của ô tô 11. 4. Phương trình dao động của máy kéo 2 11.1. Khái niệm và các chỉ tiêu đánh giá tính chuyển động êm dịu1) Khái niệm về tính chuyển động êm dịu của ô tô máy kéo 2) Các chỉ tiêu đánh giá tính chuyển động êm dịu a) Tần số dao động thích hợpb) Gia tốc thích hợpc) Thời gian tác động của gia tốc(Phần này sinh viên tự đọc tài liệu)3 11. 2. Một số kháI niệm và sơ đồ dao động tương đương của ô tô máy kéo 11.2.1 Dao động của ô tô trong mặt phẳng toạ độZYXX0YZvTrong thực tế, khi ô tô máy kéo chạy trên đường không bằng phẳng, xe có thể dao động trong không gian 3 chiều:Hệ trục tọa độ: 0xyz0x - thường chọn theo phương  chuyển động 0y - vuông góc với mặt phẳng x0z 0z - vuông góc với mặt mặt đường Tùy theo mục đích nghiên cứu, các bài toán dao động có thể chỉ xét trong 1, 2 hoặc 3 mặt phẳng Ví dụ, Khi xét bài toán chuyển động êm dịu của ô tô máy kéo, thường chỉ xét trong mặt phẳng x0z ( dao động thẳng đứng) 4Có thể mô hình hóa khối lượng được treoThành 2 khối lượng phân bố trên 2 cầu M1 – phân bố trên cầu trước (Điểm A) M2 – phân bố trên cầu sau (Điểm B)Lưu ý 11. 2.2. Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treoa) Khối lượng được treoHình 11.3. Mô hình hoá khối lượng được treovbLaT(M)G=MgTKhối lượngđược treo MKhối lượng không được treoCầu trước m1Khối lượng không được treoCầu sau m2Bộ phận treoCầu trướcBộ phận treoCầu sau5a) Khối lượng được treoHình 11.3. Mô hình hoá khối lượng được treovbLaA(M1)(M)B(M2)G=MgTKhối lượngđược treo MKhối lượng không được treoCầu sau m2Khối lượng không được treoCầu trước m1Bộ phận treoCầu trướcBộ phận treoCầu sauCó thể mô hình hóa khối lượng được treoThành 2 khối lượng phân bố trên 2 cầu M1 – phân bố trên cầu trước (Điểm A) M2 – phân bố trên cầu sau (Điểm B)Lưu ýT 11. 2.2. Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treo6CLBánh đàn hồib) Khối lượng không được treomHình 11.4. Mô hình hoá khối lượng không được treoG=MgTBộ phận treoCầu trướcBộ phận treoCầu sauKhối lượng không được treoCầu trước m1Khối lượng không được treoCầu sau m2Bao gồm các khối lượng của cầu xe, bánh xe đặt ở dưới bộ phận treo, ký hiệu là mM -được treoCBộ phận treoKhối lượngkhông được treoBánh xe cứng 11. 2.2. Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treoKhối lượng được treoM7c) Hệ thống treoHình 11.5. Sơ đồ tương đương của hệ thống treo1 (nối với khung xe)CK2 (nối với cầu)G=MgTBộ phận treoCầu trướcĐược treoBộ phận treoCầu sauHệ thống treo dùng để liên kết thân xe với cầu xe,gồm: - các phần tử đàn hồi ( nhíp, lò xo) - các phần tử giảm chấn ( xi lanh thủy lực, ma sat)C - độ cứng lò xoK – hệ số giảm chấnLưu ý 11. 2.2. Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treo8Lưu ý: Lốp xe cũng là phần tử đàn hồi và có tính năng giảm chấn Sơ đồ tương đương của hệ thống khi tính đến đàn hồi và giảm chấn của lốpCK’ (lốp) MmC’K (hệ thống treo)K’C’ Sơ đồ tương đương của lốp m không được treoM được treoc) Hệ thống treo (tiếp) 11. 2.2. Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treo9CMmC’KK’ ảnh hưởng lớn đến tính êm dịu của xe- Tăng M giảm được dao động của khung vỏ- Giảm m sẽ giảm được lực va đập truyền lên khung vỏG=MgTM -Được treom1m2Khi thiết kê chọn  = 6,5 – 7,5 xe du lịch = 4 – 5 xe tải d) Hệ số khối lượng 11. 2.2. Khái niệm về khối lượng được treo và khối lượng không được treo10Hình 11.7. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô hai cầu(bỏ qua giảm chấn của lốp)vbLaB(M2 )T(M)A(M1)C1K1C’1m1C2K2C’2m2a) Sơ đồ dao động của ô tôÔ tô đòi hỏi tính êm dịu cao nên các cầu đều lắp hệ thống treo đàn hồi có giảm chấnTùy theo mục đích nghiên cứu và tùy theo từng loại xe cụ thể, có thể chọn các sơ đồ dao động tương đương khác nhau Trên hình là một ví dụ 11. 2.3. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô máy kéo 11B(M2)T(M)A(M1)baLHình 11.8. Sơ đồ dao động tương đương của máy kéo bánh bơmb) Sơ đồ dao động của máy kéo bánh B(M2)T (M)A(M1bLam1CL2KL2C1K1CL1KL1VCâu sau máy kéo lắp trực tiếp lên bán trụcLốp sau đóng vai trò giảm chấn 11. 2.3. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô máy kéo 12b) Sơ đồ dao động của máy kéo xích Hình 11.9. Sơ đồ dao động tương đương của máy kéo xíchABT(M)LLB (M2)T (M)A (M1)C2K2K1C1ba 11. 2.3. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô máy kéo 13 11. 3. Phương trình dao động ô tô11.3.1 Phương trình dao động tự do Hình 11.10. Sơ đồ dao động đơn giảm của ô tô v A’B1Tj z2zB’z1A1BAC2z2 C1z1 Lbazx0Coi khung xe như một thanh AB dao động trong mặt phẳng z0x Dao động trọng tâm theo z Dao động xoay quanh trọng tâm Bỏ qua khối lượng khụng được treo Các lực tác dụng – lực quán tính C1z1 – lực đàn hồi lò xo cầu trướcC2z2 – lực đàn hồi lò xo cầu sauM – khối lượng được treo– gia tốc trọng lâmz – chuyển vị trọng tâm  – góc xoay quang trọng tõm – gia tốc góc xoay quanh trọng tõm141) Thiết lập Phương trình dao động tự do Hình 11.10. Sơ đồ dao động đơn giảm của ô tô v A’B1Tj z2zB’z1A1BAC2z2 C1z1 Lbazx0-- Phương trình chuyển vị--- Gia tốc trọng tâm-- Gia tốc góc xoay thanh AB-- Cân bằng lực và mô menJy – mô men quán tính quanh trục y đi qua trọng tâm T  - bán kính quán tính(1)(2)11.3.1 Phương trình dao động tự do15(3)(4)(5)Thay (4) vào (3)Từ (1)Từ (2) Rút gọn (5)(6) (tiếp theo)11.3.1 Phương trình dao động tự do16(6a)(6b)(7)Rút z2 từ (6a) và thay vào (6b)Rút z1 từ (6b) và thay vào (6a)Cuối cùng Hệ phương trình vi phân dao động tự do của ô tô tải Từ hệ phương trình (7) ta thấy dao động của hai vị trí A và B , tương ứng với với dao động của các khối lượng được treo phân ra cầu trước và cầu sau, có ảnh hưởng lẫn nhau. Nhận xét (tiếp theo)11.3.1 Phương trình dao động tự doĐã có17 Tóm tắt lại(1)(6)(2)Rút Z2 từ (5a) rồi thay vào (5b)Rút Z1 từ (5b) ròi thay vào (5a)(4)(3)Các bước thành lập phương trình dao độngThay vào (3)(5a)(5b)(5)18 Hệ số liên kếtĐiều kiện để các cầu có thể dao động độc lập với nhau: 1 = 2 = 0Nghĩa là bán kính quán tính : = abThực tế  1  2 , do đó bánh kính quán tính : 2 = ab.Từ hệ phương trính dao động ta thấy hai phương trính có ràng buộc với nhauThông qua các hệ số liên kết : - hệ số phân bố khối lượng trên các cầu - hệ số liên kết(tiếp theo)11.3.1 Phương trình dao động tự doCầu trướcCầu sau19(tiếp theo)2) Tần số dao động riêng của cầu trước và cầu sauTừ hệ PTVP dao độngCó thể viết lạiTrong đó:1 là tần số dao động riêng cầu trước2 là tần số dao động riêng cầu sau(7)(8)11.3.1 Phương trình dao động tự do20(tiếp theo)3) Nghiệm tổng quátNghiệm tổng quát của hệ phương trình vi phân (8) có dạng:(8)(9)4) Phương trình đặc trưngcủa hệ phương trinh vi phân (8) có dạng:(10)Nghiệm của PTĐT (10): 1 , 2 – các tần số liên kết11.3.1 Phương trình dao động tự do21(tiếp theo)4) Dao động đốc lập của cầu trước ô tô 11.3.1 Phương trình dao động tự dovZ1B (M2 )T (M)w1A (M1)C1z1abLSơ đồ dao động độc lập của câu trước1) Phường trình dao động:2) Tần số dao động3) Nghiệm PTVP z1 = A sint 4) Chu kỳ dao động5) Tần số kỹ thuật(1)(2)(3)(4)(5)(6)224) Dao động đốc lập của cầu trước ô tô 11.3.2 Phương trình dao động tự do tắt dần Sơ đồ dao động tự do tắt dần của cầu trước ô tôA (M1)C1z1K1z1 Phường trình dao động:HoặcHệ số tắt chấn động: Tần số dao động riêng:Hế số tỷ lệ tắt chấn động:Nghiệm PTVP dao động (2):(1)(2)Nếu h1 > 1 :Nếu h1= 1 :Nếu h1< 1 :23CKzm 11. 4. Phương trình dao động của máy kéo Sơ đồ dao động của cầu sau máy kéo CKzmP0sinw2tM2C’2K’2B(M2)T (M)A(M1m1C’2K’2C1K1C’1K’1Ghế ngồi người láim – khối lượng người láiC – độ cứng của lò xo ghế ngồiK – hệ số giảm chấn của ghếV24 11. 4. Phương trình dao động của máy kéo Sơ đồ dao động của cầu sau máy kéo CKzmP0sinw2tM2C’2K’2Trọng phần này chúng ta chỉ xem xét dao động của ghế ngồi máy kéo khi chịu lực kích động của mặt đường (1)1) Phương trình dao động ghế ngồi:(2)2) Nghiệm riêng của PTVP (2):(3)AX là hằng số cần tìmCách tìm AX :Lấy vi phân hàm (3) rồi thay vào PTVP (2) ta sẽ tìm được AX (4)(5)Biên độ cực đại:(6)Tần số cộng hưởng:(7)Khi đócầu sau tác dụng một lực ghế, ví dụ 25hết chương 11Chúc các bạn học tập tốt26