1.1 Thế nào là góc “camber”?
Các bánh trước của xe được lắp vào khung xe với những góc nghiêng, có thể nghiêng ra ngoài hoặc nghiêng vào trong so với phương thẳng đứng. Góc như vậy được gọi là góc “camber”. Khi bánh xe nghiêng ra ngoài gọi là góc camber dương, ngược lại khi nghiêng vào trong thì gọi là góc camber âm. Nếu bánh xe trùng với phương thẳng đứng thì góc camber bằng 0.
1.2 Chức năng của góc camber
Đa số các xe trước đây, các bánh xe được bố trí gắn với khung xe tạo thành góc camber dương. Mục đích của việc tạo ra góc camber này, để cải thiện độ bền của cầu trước và lốp sẽ tiếp xúc vuông góc với mặt đường, để hạn chế sự mòn không đều của lốp.
Ở những loại xe được thiết kế hiện nay, hệ thống treo được thiết kế rất cứng vững nên đảm bảo được độ bền của cầu trước. Vì vậy, các góc camber được thiết kế gần bằng 0, có loại xe góc camber bằng 0. Mặc khác, người ta còn tạo ra góc camber cho một số xe, để cải thiện tính năng quay vòng của xe.
1.3 Camber dương
Mục đích của việc bố trí góc camber dương:
- Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc camber bằng 0, lúc này tải trọng tác dụng lên trục sẽ có điệm đặt tại giao điểm của đường tâm lốp và trục. Lực này được trình bày trên hình (lực F’), sự tác dụng của lực này làm cho trục hay cam quay dễ bị cong. Vì thế, góc camber dương sẽ giảm tải trọng tác dụng tác dụng vào phía trong của trục, làm giảm lực tác dụng lên trục và cam quay.
- Ngăn cản sự tuột bánh xe: Góc camber dương được bố trí như hình vẽ, lúc này xuất hiện lực F có độ lớn bằng tải trọng của xe, có phương vuông góc với mặt đường. Lực F được phân tích thành 2 lực thành phần:
Lực F1 có phương vuông góc với đường tâm của trục.
Lực F2 có phương song song với đường tâm của trục.
Chính vì, lực F2 xuất hiện và có phương như hình vẽ mà làm cho bánh xe khó bị tuột ra khỏi trục. Tuy nhiên, phải dùng ổ bi trong lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này.
- Ngăn cản việc xảy ra góc camber âm ngoài ý muốn: Khi tải trọng xe thay đổi, giả sử tải tăng lên thì phần trên của bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong tạo ra góc camber âm, ảnh hưởng xấu đến tính ổn định chuyển động và gây ra hư hỏng các chi tiết của hệ thống treo cũng như các ổ bi. Vì thế, góc camber dương giúp chống lại hiện tượng này.
- Giảm lực quay của người lái tác dụng lên vôlăng: Nếu như góc camber bằng 0 hoặc góc camber âm, thì khi quay vòng bán kính quay vòng trở nên lớn. Hơn thế nữa, mômen quay vòng lúc này cũng lớn do sự cản lăn của lốp. Vì các yếu tố trên, người lái bắt buộc phải tác dụng dụng một lực lớn lên vôlăng để điều khiển chuyển động của xe. Góc camber có ưu điểm là khắc phục các yếu tố bất lợi trên.
1.4 Camber bằng 0
Người ta bố trí góc camber bằng 0 cho một số xe với mục đích chính là để ngăn cãn sự mòn không đều của lốp xe khi tiếp xúc với mặt đường.
- Nếu như bánh xe được đặt camber dương: phía ngoài lốp sẽ quay với bán kính nhỏ hơn phía trong lốp. Tuy nhiên, vì tốc độ của bánh xe là như nhau cho cả phía ngoài và phía trong lốp. Chính vì vậy, khi quay vòng phía ngoài lốp sẽ bị trượt trên mặt đường trong khi đợi cho phía trong theo kịp nó. Vì lý do này, phía ngoài lốp dễ bị mòn hơn phía trong.
- Nếu như bánh trước đặt góc camber âm: Thì xảy ra theo chiều ngược lại. Kết quả là phía bên trong của lốp dễ bị mòn hơn phía bên ngoài lốp.
1.5 Camber âm
Với việc bố trí góc camber âm, khi xe có tải thẳng đứng tác dụng lên lốp xe, lốp xe có xu hướng bị lún xuống. Tuy nhiên do mặt cản của đường nên lốp xe sẽ bị biến dạng như hình vẽ. Lúc này:
- Sinh ra lực theo phương nằm ngang, lực này được gọi là lực đẩy ngang và có chiều hướng vào trong.
- Khi xe quay vòng, lúc này xe có xu hướng bị nghiêng ra ngoài nên lực tác dụng phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng do camber có xu hướng dương. Do đó, ưu điểm của góc camber âm là khắc phục quá trìng tăng góc camber dương khi quay vòng và tạo ra lực quay vòng phù hợp.
1.6 Quá trình thay đổi góc Camber khi quay vòng
Khi xe chuyển động trên đường vòng, vì lực đẩy ngang có tác dụng giảm lực quay vòng. Lực ly tâm xuất hiện làm cho thân xe bị nghiêng dưới tác dụng của lò xo thuộc hệ thống treo. Chính vì thế, góc camber thay đổi khi xe quay vòng.
2.1 Thế nào là góc Caster, khoảng Caster?
- Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục. Góc Caster được xác định bằng cách đo giữa trục xoay đứng và phương thẳng thẳng đứng nhìn từ cạnh xe.
Nếu nghiêng về phía trước gọi là Caster dương.
Nếu nghiêng về phía sau của trục gọi là Caster âm.
- Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng tới mặt đất mặt đất tiếp xúc lốp xe và đường, khoảng cách này là khoảng Caster .
- Góc Caster thì ảnh huởng đến độ ổn định của chuyển động, còn khoảng Caster ảnh hưởng đến tính năng hồi vị của bánh xe khi xe chuyển động quay vòng.
2.2 Chức năng của góc Caster
- Ổn định chuyển động thẳng: Trường hợp xe quay vòng, xe bố trí góc Caster dương quay sang trái. Lúc này, trục của bánh xe có xu hướng bị đè xuống do nó quay quanh trục xoay đứng đặt nghiêng. Thực tế thì cam quay bên trái bị đẩy lên phía trên, tác dụng nâng thân xe lên (do thân xe gắn với trục). Khi quay vòng hoàn tất và vôlăng ở vị trí cân bằng (tâm cân bằng), trọng lượng của xe được đẩy lên làm cam dịch chuyển xuống phía dưới. Chính vì vậy, trục bánh xe sẽ xoay về vị trí chuyển động thẳng ban đầu.
Việc nâng thân xe lên, làm bánh xe hồi vị do xuất hiện mômen kích tác dụng làm ổn định chuyển động của xe.
- Hồi vị bánh xe do tác dụng của khoảng Caster: Người ta thường bố trí bánh xe có cả góc Caster và khoảng Caster, việc bố trí này có các ưu điểm:
Vì giao điểm giữa đường tâm xoay đứng với mặt đường nằm phía trước giao điểm giữa lốp xe với mặt đường. Bánh xe lúc này có xu hướng bị kéo về phía trước, xu hướng này giúp ổn định chuyển động thẳng.
Caster dương có tác dụng hồi vị bánh xe, quá trình hồi vị này là do tác dụng của mômen sinh ra quay quanh trục xoay đứng a và a’ khi xe quay vòng. Lực kéo chủ động P và P’ tác dụng lên a và a’, còn lực cản quay vòng tác dụng lên tâm O và O’ của vùng tiếp xúc lốp và đường (lực này là phản lực F và F’).
Lực F được phân tích thành 2 lực thành phần F1 và F2, còn lực F’ được phân tích ra làm 2 lực F1’, F2’. Chính các lực F2 và F2’ tạo ra mômen T và T’ làm cho các bánh xe hồi vị về vị trí ban đầu
3. Góc King pin
3.1 Thế nào là góc King Pin?
Khi bánh xe quay sang phải hoặc sang trái thì bánh xe sẽ xoay quanh trục thẳng đứng. Trục này có thể xác định bằng cách vẽ một đường thẳng đi qua giữa đỉnh của ổ bi đỡ trên giảm chấn và khớp cầu của hệ thống treo. Việc xác định đường thẳng này không chính xác, chỉ tương đối.
Đường này sẽ bị nghiêng vào trong khi nhì từ phía trước xe, đường này hợp với phương thẳng đứng một góc và góc này gọi là góc KingPing.
Khoảng cách từ giao điểm của trục xoay đứng với mặt đất và đường tâm xe với mặt đất gọi là độ lệch “L”.
3.2 Chức năng của góc King pin
- Giảm lực đánh lái lên vôlăng: Khi bánh xe quay sang phải hoặc sang trái, với tâm quay là trục xoay đứng và bán kính quay là khoảng lệch “L”. Nếu như, khoảng lệch L này có giá trị càng lớn thì tạo ra mômen tác dụng lên trục xoay đứng càng lớn. Chính vì thế, đòi hỏi người lái khi điều khiển xe phải tác dụng lên vôlăng một lực đánh lái lớn, làm tổn hao năng lương của người lái.
Vì vậy, góc Kingping có ưu điểm khắc phục vấn đề trên. Có 2 phương pháp để điều chỉnh khoảng lệch “L” nhỏ lại.
Tạo ra góc camber dương.
Làm nghiêng trục xoay đứng.
- Giảm phản lực tác dụng và lực kéo lệch sang một bên
Trường hợp xe chuyển động hay sử dụng hệ thống phanh, nếu như khoảng lệch “L’ quá lớn thì phản lực tác dụng lên bánh xe sẽ tạo ra mômen quay quanh trục xoay đứng. Lúc này, phía nào xuất hiên lực lớn hơn thì bánh xe sẽ bị kéo sang hướng đó, làm vôlăng dễ bị giật mạnh.
Mômen này có giá trị tỉ lệ thuận với khoảng lệch “L”. Nghĩa là nếu như khoảng lệch “L” có giá trị càng nhỏ thì mômen quay quanh trục xoay đứng có giá trị càng nhỏ, giá trị mômen nhỏ sẽ giảm phản lực tác dụng lên bánh xe. Lúc này, vôlăng không chịu tác dụng lực lớn như trường hợp “L” lớn, đảm bảo tính ổn định chuyển động lái.
- Cải thiện tính ổn định chạy thẳng: Khi quá trình quay vòng được hoàn tất, do trục lái được bố trí nghiêng nên giúp cho bánh xe tự động trở về trạng thái chạy thẳng ban đầu.
