Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 14.2. Нагрузочная характеристика

бензинового двигателя с искровым

зажиганием

ют максимальной мощности

двигателя при данной частоте

вращения. Изломы характери-

стик соответствуют открытию

дроссельной заслонки прибли-

зительно на 75 % и вступле-

нию в работу экономайзера

карбюратора, который добав-

ляет топливо к подаче главно-

го жиклера, в результате чего

резко повышаются часовой и

удельный расходы топлива, а

смесь обогащается до

а = 0,8...0,9.

На данной характеристике

хорошо видно, что для дости-

жения максимальной мощнос-

ти нужна обогащенная смесь (а = 0,8...0,9), а при минимальном

удельном расходе топлива

—

обедненная (а= 1,12...1,15). Из этого

можно сделать вывод: карбюратор невозможно отрегулировать

так, чтобы двигатель имел одновременно максимальную мощ-

ность и наилучшую экономичность.

14.2. МНОГОПАРАМЕТРОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Режим полного нажатия на педаль акселератора бывает доста-

точно редко, т. е. двигатель редко работает на внешней характери-

стике. Чаще водитель удерживает педаль в каком-то промежуточ-

ном положении. Для анализа работы двигателя на всех режимах

нужно иметь значительное количество частичных характеристик.

Однако это неудобно.

Чтобы оценить работу двигателя на всех нагрузочных режимах

в эксплуатации, для согласования характеристики его с показате-

лями автомобиля при конструировании применяют многопара-

метровую характеристику. Она представляет собой совокупность

зависимостей при одинаковых значениях удельного расхода топ-

лива в координатах «вращающий момент

—

частота вращения»

(рис. 14.3). Многопараметровую характеристику получают путем

снятия большого количества скоростных или нагрузочных харак-

теристик при разных положениях дросселя (рейки топливного на-

соса). Затем выбирают определенное значение g

и соответствую-

щие ему значения моментов и частот вращения на всех характери-

стиках. Наносят эти точки моментов и частот вращения на график

Л/

р — Яд

и соединяют их плавными линиями. Получают одну кри-

вую постоянной величины

Так же поступают для других значе-

ний удельного расхода топлива.

210

Рис. 14.3. Многопараметровая характеристика двигателя автомобиля

«Москвич-412»

На рисунке 14.3 минимальному удельному расходу

= 270 г/(кВт

•

ч) соответствует одна точка. Это означает, что в ре-

жиме с нагрузкой

Мър

= 80 Н

•

м и частотой вращения л

= 2450 мин

-1

двигатель будет работать наиболее экономично. Работу с удель-

ным расходом топлива g

= 290 г/(кВт

•

ч) можно получить при

Л/

Вр

= 58 Н

•

м,

Яд

= 2700 мин""

и М

ър

= 94 Н

•

м, п

= 5000 мин"

На этом же графике изображены кривые постоянной мощнос-

ти, имеющие вид гиперболы:

УУ

= А/

Вр

= const. Если на график

нанести кривую вращающего момента внешней характеристики

Л/

Вр

=У(л

) конкретного двигателя, то можно сразу определить, в

каких режимах и с какими показателями он работает.

14.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА И ТОКСИЧНОСТИ

Характеристика холостого хода позволяет оценить совершен-

ство технологии изготовления двигателя, так как энергия сгора-

ния топлива на холостом ходу тратится только на механические

потери внутри двигателя. Характеристику снимают в процессе ис-

пытаний при разном положении дроссельной заслонки и работе

211

Рис. 14.4. Токсическая характеристика

двигателя ВАЗ-2108

двигателя без нагрузки. Со-

гласно результатам испытаний

расход топлива на холостом

ходу не так уж мал: от 18 % при

минимальной частоте враще-

ния до 30 % при максимальной

частоте вращения вала двига-

теля под нагрузкой. При уве-

личении частоты вращения от

минимального значения до

максимального расход топлива

растет, так как механические

потери увеличиваются пропор-

ционально частоте вращения.

Характеристики токсичнос-

ти. В главе 3 рассмотрены по-

казатели и нормы токсичности

двигателя, полученные при работе на средних эксплуатационных

режимах. Однако на каждом нагрузочном и скоростном режиме

двигатель выделяет токсические компоненты в разных соотноше-

ниях. Чтобы выбрать наиболее приемлемый режим по токсичнос-

ти, снимают характеристики токсичности двигателя. В качестве

примера на рисунке 14.4 изображена такая характеристика для

двигателя ВАЗ-2108, снятая без нейтрализатора. Из нее видно, что

наименьшие выбросы оксида углерода СО происходят при

= 2400...4800 мин

-1

и /?

= 0,5...0,7 МПа, минимальные выбросы уг-

леводородов С

—

при п

= 2500...4800 мин

-1

и /?

= 0,45...0,75МПа,

что примерно соответствует режиму максимального момента.

Выбросы оксидов азота NO* наблюдаются при л

= 3800...

5000 мин

-1

= 0,06...0,08 МПа, т. е. при малой нагрузке.

Таким образом, из характеристики видно, что максимум выб-

роса токсических веществ приходится не на частоту вращения хо-

лостого хода, на которой замеряет токсичность дорожная служба,

а на средние обороты и режим максимальной мощности.

Контрольные

вопросы и задания

1. Почему скоростная характеристика является основной для автомобильного

двигателя? 2. Что такое коэффициент приспособляемости? 3. Что такое коэффи-

циент загрузки двигателя? 4. Какой состав смеси соответствует экономичной ра-

боте и режиму максимальной мощности двигателя? 5. Определите по графику на

рисунке 14.5, на каких режимах работы двигатель выбрасывает максимальное ко-

личество токсических веществ.

Раздел III

ТРАНСМИССИЯ

•

Глава 15

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

15.1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И КОМПОНОВКА

ТРАНСМИССИЙ

Назначение трансмиссии

—

передача механической энергии на

ведущие колеса автомобиля, где в результате взаимодействия ко-

лес с опорной поверхностью создается касательная сила тяги, ко-

торая и обеспечивает движение машины. В трансмиссии происхо-

дят преобразование вращающего момента и одновременно изме-

нение скорости вращения валов пропорционально передаточному

числу.

К трансмиссиям предъявляют следующие основные требова-

ния: высокая надежность и возможно меньшие потери передавае-

мой энергии (высокий КПД) во всем диапазоне режимов работы

машины; обеспечение функциональных требований, предъявляе-

мых к машине данного типа; возможно меньшие габаритные раз-

меры и масса; рациональный подбор передаточных чисел для

обеспечения требуемых значений тяговых усилий и скоростей

движения машины; вращение колес с различной скоростью и осу-

ществление блокировки как межосевых, так и межколесных диф-

ференциалов для улучшения проходимости в тяжелых условиях

эксплуатации в сельской местности или на технологических опе-

рациях в поле; легкость управления; удобное расположение орга-

нов управления; доступность и малая трудоемкость технического

обслуживания и ремонта; шум и вибрация от трансмиссии в пре-

делах установленных норм; возможность отбора мощности для

привода рабочего оборудования, дополнительных механизмов и

устройств.

Классификация трансмиссий. По способу передачи энергии

трансмиссии делят на механические, гидромеханические, элект-

ромеханические, гидрообъемные.

В механических трансмиссиях (рис. 15.1,д, б, в, д) передача

энергии происходит за счет механического трения в сцеплениях, а

также соединениями валов, шарнирами и зубчатыми колесами.

В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механи-

ческой частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор

(см. главу 17) или гидромуфту, осуществляя гидравлическую связь

213

7 8

10 11 «

( )

( \ С / )

/ /

( ( )

/4 /5

7 9 8

Рис. 15.1. Схемы трансмиссий:

а, б, в, д— механической в автомобилях с колесной формулой соответственно 4x2, 4x4, 2x4,

4x4; г

—

электромеханической; /

—

двигатель; 2

—

сцепление; 3— коробка передач; 4— кардан-

ный вал; 5—задний мост; б—раздаточная коробка; 7—передний ведущий мост с шарнирами

равных угловых скоростей; 8— карданный вал на передний ведущий мост; 9— полуоси с шар-

нирами равных угловых скоростей; /0—электрогенератор; //

—

электропровод; 12, /5—борто-

вые редукторы; 13,

14 —

тяговые электродвигатели; 16— силовой агрегат (совместно двигатель,

сцепление, коробка передач, главная передача, дифференциал)

двигателя с трансмиссией. Устройство гидромуфты рассмотрено в

приводе вентилятора ГАЭ-53-12 (см. главу 13). Гидромуфты не изме-

няют передаваемый вращающий момент и всегда работают с про-

скальзыванием турбинного колеса относительно насосного, а следо-

вательно, и с потерей мощности. При большой частоте вращения

проскальзывание составляет 2...3 %, при малой приближается к

100%. При холостом ходе, когда подпитка жидкостью отсутствует,

гидромуфта передает остаточный вращающий момент. Большой мо-

мент инерции колес гидромуфты препятствует безударному включе-

нию зубчатых колес. Поэтому после турбинного колеса необходимо

устанавливать обычное фрикционное сцепление. Из-за высокого

расхода топлива, больших массы, габаритных размеров и стоимости

на отечественных автомобилях гидромуфты не применяют.

В электромеханической трансмиссии (рис. 15.1, г) двигатель 1

(как правило, дизель) вращает ротор электрогенератора, энергия

которого по электрическому кабелю передается электродвигателю

и далее через зубчатый редуктор ведущим колесам или электро-

двигателям, вмонтированным в ведущие колеса. Электромехани-

ческая трансмиссия при наличии соответствующей регулирующей

аппаратуры обладает высокими преобразующими свойствами и

автоматически приспосабливается к меняющейся нагрузке, а дви-

гатель работает в оптимальном режиме. Ввиду высокой стоимос-

ти, сложности конструкции, использования дефицитных материа-

лов и большой массы электрические трансмиссии экономически

выгодно применять на автомобилях грузоподъемностью выше 80 т

(БелАЗ-7549 и др.).

В гидрообъемных трансмиссиях двигатель приводит в действие

гидронасос, который под высоким давлением нагнетает масло в

гидромоторы, расположенные в ведущих колесах и приводящие

их во вращение. В гидрообъемных трансмиссиях используется

гидростатический напор жидкости. Вращающий момент и частота

вращения ведущих колес изменяются или за счет изменения пара-

метров гидромашин при возможном постоянном режиме работы

двигателя внутреннего сгорания, или в результате регулирования

мощности двигателя. Преимущества гидрообъемной трансмиссии:

широкий диапазон изменения ведущего момента и скорости дви-

жения автомобиля, дистанционность (агрегаты, расположенные в

разных частях машины, связаны между собой маслопроводами),

простота и удобство автономного подвода мощности к ведущим

колесам, полная замена механической трансмиссии, возможность

торможения машины. Однако в гидрообъемных трансмиссиях не-

возможно автоматическое изменение момента, поэтому их осна-

щают регулирующей аппаратурой, реагирующей на изменение на-

грузки. Недостатки гидрообъемной трансмиссии: сложность и вы-

сокая стоимость конструкции.

Эту трансмиссию устанавливают только в специальных маши-

нах.

215

Небольшая стоимость, высокие надежность и КПД, простота

конструкции, сравнительно небольшие масса и габаритные разме-

ры обусловили широкое применение механических трансмиссий.

Однако они требуют ручного управления и не всегда обеспечива-

ют работу двигателя в оптимальном режиме. Трансмиссия и дви-

гатель недостаточно защищены от динамических нагрузок. В авто-

мобилях сельскохозяйственного назначения, грузовых автомоби-

лях общетранспортного назначения и их модификациях использу-

ют в основном механические трансмиссии.

Компоновка трансмиссий. Схема трансмиссии зависит от типа и

компоновочной схемы самого автомобиля, а потому определяется

конструкцией, местом и последовательностью расположения от-

дельных механизмов, сборочных единиц трансмиссии конкретно-

го автомобиля, заданными эксплуатационными свойствами.

Схема трансмиссии автомобиля классической компоновки (дви-

гатель установлен впереди, ведущие колеса сзади) и с колесной

формулой 4x2 представлена на рисунке 15.1, а. За двигателем 1

расположены сцепление 2, коробка передач 3, карданный вал 4,

задний мост 5.

Автомобили той же компоновочной схемы, но с колесной фор-

мулой 4x4 оснащены дополнительно: раздаточной коробкой (рис.

15.1,6), карданным валом 8, передним ведущим мостом 7. Разда-

точная коробка присоединена непосредственно к коробке передач.

По такой же схеме выполнены трансмиссии автомобилей семейства

УАЗ. В трансмиссии ряда автомобилей (например, BA3-21213,

КАЗ-4540) привод на коробку передач от сцепления осуществляет-

ся через дополнительный карданный вал (рис. 15.1, д).

В трансмиссии автомобилей с колесной формулой 6x4 сзади

установлены два ведущих моста с приводом от раздаточной короб-

ки через два карданных вала, или последовательно расположен-

ных, или каждый на отдельный ведущий мост.

Схема трансмиссии автомобиля переднеприводной компоновки и

с колесной формулой 2x4 представлена на рисунке 15.1, е. Здесь

двигатель установлен спереди машины или вдоль продольной ее

оси («Москвич-2141»), или поперек оси (ВАЗ-2108 и другие моди-

фикации этого завода). В трансмиссии этих автомобилей отсут-

ствует карданный вал. Двигатель, сцепление, коробка передач,

главная передача и дифференциал размещены в одном силовом

агрегате 16. Силовой агрегат выполнен компактно с меньшими

массой и габаритными размерами, чем у машин классической

компоновки.

Компоновочные схемы трансмиссий автомобилей весьма раз-

нообразны на разных этапах развития конструкций машин. На-

пример, заднее расположение двигателя и привод на задние коле-

са были применены на автомобиле ЗАЗ-968М. Однако из-за недо-

статочной устойчивости и малого размера багажника такую ком-

поновку отечественных автомобилей прекратили применять.

216

15.2. ВЕДУЩИЙ МОМЕНТ. ТЯГОВЫЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ

Ведущий (вращающий) момент создается на ведущих колесах ма-

шины в результате передачи энергии на колеса от двигателя. В

механической трансмиссии его определяют по формуле

Л/вед = Л/

вр

М1м>

где Л/

вр

—

вращающий момент на валу двигателя; /

—

передаточное число транс-

миссии;

Лм —

коэффициент полезного действия механической трансмиссии.

Вращающий момент на валу двигателя при установившемся

движении равен вращающему моменту от газовых сил. На пере-

ходных режимах (режимах изменения нагрузки) на валу двигателя

возникает инерционный момент

A/y = ±/„dG)

flB

/d/,

где 1

—

момент инерции вращающихся масс, приведенный к маховику двигателя;

daЗдв/d/

—

угловое ускорение вала двигателя.

Тогда суммарный момент на маховике, который сообщается

деталям трансмиссии,

= М

/,„с1а)

дв

/с1/,

где М

—

средний момент сопротивления на валу двигателя.

Из этого выражения видно, что инерционный момент зависит

от момента инерции приведенных к маховику масс двигателя и

действующих ускорений.

Тяговый баланс. При контакте ведущих колес с дорогой веду-

щий момент реализуется в касательную силу тяги Р

, представляю-

щую собой продольную реакцию опорной поверхности, направ-

ленную в сторону движения автомобиля и вызывающую его дви-

жение. Касательная сила тяги

Рк = Л/вр'тЛмЛк,

где г

—

радиус ведущих колес.

При равномерном движении автомобиля каса-

тельная сила тяги используется для преодоления различных со-

противлений, т. е. уравнение тягового баланса имеет вид

= P

+P, + P

где Pf, P

—

силы сопротивления соответственно качению, дороги и воздуха.

При переходных режимах (ускорение, замедле-

ние) возникает составляющая от сил инерции:

217

Pj= ±m

d\Jdt,

где m

—полная масса автомобиля; ± dvJ6t

—

ускорение (замедление) автомоби-

ля.

Тогда уравнение тягового баланса принимает вид

= P

+ Pi+ P

+ Pj.

Последняя составляющая в определенных условиях оказывает

большое влияние на динамику и работу отдельных частей транс-

миссии машины.

Одна из характеристик трансмиссии

—

передаточное число, рав-

ное отношению числа зубьев z

ведомого зубчатого колеса к числу

зубьев Z\ ведущего зубчатого колеса: \~ZilZ\- Передаточное число

всей трансмиссии (механической) равно произведению переда-

точных чисел всех ее механизмов:

'тр *к.п'р.к'г.п'кон>

'к.п> 'г.п» 'кон

—

передаточные числа соответственно коробки передач, разда-

точной коробки, главной передачи и бортового редуктора (если он предусмотрен в

конструкции).

Передаточные числа каждого из механизмов рассчитывают по

соответствующей методике.

Коэффициент полезного действия определяют как отношение

мощности N

на выходе из механизма к мощности N\ на входе в

механизм: ц

= N

{

. КПД механической трансмиссии оценивает

потери энергии от трения в зацеплении зубчатых колес, в под-

шипниках и сальниках, а также от разбрызгивания масла в корпу-

сах механизмов. Его значение зависит от типа и числа пар зубча-

тых колес, находящихся в зацеплении, типа и конструкции под-

шипниковых опор и сальниковых уплотнений, сорта, количества

и температуры трансмиссионного масла, частоты вращения валов.

КПД механической трансмиссии определяют по формуле

Лм^Лц^Лк* (!-£)>

где т]ц

, ri£

— КПД, оценивающие потери энергии в зацеплении соответственно

цилиндрической и конической пары шестерен; л

, п

—

число пар соответственно

цилиндрических и конических зубчатых колес в зацеплении; £

—

коэффициент,

учитывающий потери передаваемой энергии на холостом ходу.

КПД механической трансмиссии, нагретой до температуры

40...60 °С, и при полной нагрузке для разных типов приводов на-

ходится в пределе 0,87...0,93, т. е. от 7 до 17 % передаваемой через

трансмиссию энергии расходуется на трение в ее деталях и пере-

балтывание масла. Детали и масло нагреваются, а теплота рассеи-

вается в атмосферу.

218

Двигатели внутреннего сгорания как бензиновые, так и дизели

по своим характеристикам не могут реализовать весь диапазон эк-

сплуатационных нагрузок при высоких эффективных показателях

мощности yv

и удельного расхода топлива g

. Поэтому в трансмис-

сию вводят передачи, у которых передаточные числа можно ме-

нять (в коробке передач, раздаточной коробке или дополнитель-

ном редукторе) в зависимости от режима работы автомобиля и ус-

ловий эксплуатации, обеспечивая работу двигателя на режимах,

близких к оптимальным.

Работа бесступенчатых автоматических трансмиссий заключа-

ется в том, что передаточные числа в них изменяются в зависимо-

сти от нагрузки на ведущих колесах автомобиля и бесступенчато.

При увеличении, например, нагрузки автоматически увеличивает-

ся ведущий момент, но уменьшается скорость автомобиля. В этом

случае двигатель может работать в установившемся номинальном

или близком к нему режиме, значительно облегчается работа во-

дителя, увеличивается производительность машины, улучшаются

экономические показатели двигателя и автомобиля. Подобными

показателями обладают гидротрансформаторы и электрические

трансмиссии.

Гидрообъемные и электромеханические трансмиссии для обес-

печения автоматичности и бесступенчатого изменения ведущего

момента при изменении внешней нагрузки требуют специальной

регулирующей аппаратуры.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие типы трансмиссий применяют на отечественных автомобилях? 2. Пе-

речислите требования, предъявляемые к трансмиссиям. 3. Назовите преимуще-

ства и недостатки механических, гидромеханических и электромеханических

трансмиссий. 4. Как образуется касательная сила тяги на ведущих колесах автомо-

биля? 5. Как оценивают потери энергии в механизмах трансмиссии? 6. Какие

силы сопротивления возникают при установившемся и неустановившемся движе-

нии автомобиля?

Глава 16

СЦЕПЛЕНИЕ

16.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СЦЕПЛЕНИЙ

Назначение сцепления

—

передача вращения от двигателя к

трансмиссии, быстрое разъединение двигателя и трансмиссии,

плавное их соединение при трогании и переключении передач.

Его устанавливают за двигателем. Сцепления также предохраняют

детали двигателя и трансмиссию от динамических нагрузок и дем-

пфируют крутильные колебания.

К сцеплениям предъявляют следующие требования: надежно и

219