Васильев В.А. Автомобили. Тяговая динамичность автомобилей

Подождите немного. Документ загружается.

числа коробки передач, главной передачи и в дополнительной коробки

(если предусмотрена конструкцией).

Изменение скорости автомобиля в процессе разгона на первой пе-

редаче изобразится прямой . После того, как автомобиль достигнет ab

скорости при движении на первой передаче (двигатель разовьет

максимальную мощность, скорость вращения коленчатого вала двига-

теля достигнет значения

), производят переключение на вторую n

передачу. При этом скорость вращения коленчатого вала двигателя

уменьшается до . Величина этого уменьшения определяется соот-

ношением между передаточными числами первой и второй передач.

Принимая, что процесс переключения передач происходит очень быст-

ро и скорость движения автомобиля за время переключения практиче-

ски не снижается, можем изобразить этот процесс прямой . При bc

разгоне на второй передаче скорость движения изменится до , а

скорость вращения коленчатого вала двигателя снова достигнет значе-

ния (линия ). Переключение со второй передачи на третью и с

n cd

третьей на четвертую изображено, соответственно, прямыми и , de fg

а разгон на третьей и четвертой передачах - прямыми и ef gh

Если начало и конец разгона на каждой из передач в каждом слу-

чае вертикальными линиями перенести на кривую )(

nfN

, то

точки пересечения этих линий с кривой мощности определят предель-

ные значения мощностей, используемых при разгоне на каждой пере-

даче. Так, при разгоне автомобиля, имеющего четырехступенчатую

коробку передач, на первой передаче мощность изменялась от до

max

N , при разгоне на второй передаче - от до , на третьей –

max

от до и на четвертой - от до .

max

Для анализа использования мощности при разгоне необходимо оп-

ределить среднюю мощность двигателя, используемую на каждой пе-

редаче, по формуле:

kн

= (2.11)

где

– соответственно мощность двигателя в начале и в конце

разгона на каждой передаче.

Для рассматриваемого случая (рис. 2.2):

max1

max2

= ,

max1

= ,

max

Также можно определить суммарную среднюю мощность двигате-

ля, используемую при разгоне до максимальной скорости:

∑

(2.12)

где

– число передач. n

Проверка по формулам (2.11), (2.12) показывает, что при разгоне

не по указанной ломанной средняя используемая мощность двигателя

уменьшается.

Сравнение пределов изменения мощностей для трехступенчатой и,

к примеру, пятиступенчатой коробок передач показывает, что в по-

следнем случае средняя используемая мощность оказывается заметно

больше /3/. Из чего следует, что увеличение количества передач в ко-

робке ведет к более выгодному использованию мощности двигателя и

улучшает тяговую динамику автомобиля.

Порядок выполнения работы

1. Из предыдущей работы выписать значения

при и

при

для заданной модели автомобиля.

max

2. Одним из предложенных методов определить значения эмпириче-

ских коэффициентов (

а, в, с).

3. Задавшись конечными значениями

и , разбить диапазон

на несколько (не менее 11) интервалов, и для каждого значения

используя уравнение С.Р. Лейдермана, определить зависимость

min

max

)(

nfN =

4. Для тех же значений

определить зависимость

n )(

nfM

5. Для тех же значений

определить зависимости

n )(

nfV

на

каждой передаче.

6. Результаты расчетов свести в таблицу вида:

n , об/мин

N , кВт

M , Н⋅м

V , км/ч

7. По результатам расчетов на миллиметровой бумаге в координатах

и построить кривые ВСХ:

nN →

nM → )(

nfN

. )(

nfM =

8. Построить зависимости

)(

nfV

на каждой передаче.

9. Выводы и рекомендации.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое внешняя скоростная характеристика, как ее можно по-

строить и как использовать?

2. Что такое коэффициент приспособляемости двигателя по эффек-

тивному крутящему моменту, что он характеризует?

3. Какими способами можно определить эмпирические коэффициен-

ты (

а, в, с) в уравнении С.Р. Лейдермана?

4. Как проанализировать использование мощности при разгоне авто-

мобиля на различных передачах?

5. Какие условия должны выполняться для максимального использо-

вания мощности двигателя при разгоне?

Практическое занятие №3

РАДИУСЫ ЭЛАСТИЧНОГО КОЛЕСА

Цель занятия

1. Освоить методы определения радиусов эластичного колеса.

2. Определить зависимости радиуса эластичного колеса

от эксплуа-

тационных и конструктивных факторов.

3. Определить зависимости радиуса эластичного колеса от режима

качения колеса.

Общие сведения

Для определения силы тяги необходимо знать радиус ведущего

колеса. Вследствие того, что на автомобиль установлены эластичные

пневматические шины, то радиус автомобильного колеса меняется во

время движения. При изучении теории автомобиля интерес представ

ляют статический, динамический и кинематический радиусы автомо-

бильного колеса.

Статический радиус - расстояние от опорной поверхности до

центра неподвижного колеса, нагруженного только вертикальной си-

лой.

Динамический радиус - расстояние от опорной поверхности

дороги до центра катящегося колеса.

Кинематический радиус (радиус качения) - радиус условно не-

деформирующегося (жесткого), катящегося без скольжения колеса,

которое имеет данным эластичным колесом одинаковые угловую

линейную

скорости, т.е. определяет путь, проходимый колесом за

определенное число его оборотов:

πω

Суть этих определений поясняется схемой, показанной на рис. 3.1.

Рис. 3.1.

Радиусы эластичного колеса

Величина

зависит от нагрузки на колесо и давления воздуха в

шине. Значение приводится в технических характеристиках шин или в

нормативных документах /5, 6, 7/. Значение

также можно опреде-

лить по обозначению шины из выражения (в мм):

см

шoncm

Bdr

⋅⋅+=

5,0 , (3.1)

где

- посадочный диаметр обода. В обозначении шины приводится

в мм или в дюймах;

- ширина профиля шины. В обозначении шины

приводится в мм или в дюймах;

..on

- отношение высоты профиля

шины к его ширине, %.

Например, у шины 185/80 – 355R: ммd

355

, ммВ

185= %80=

, иногда в скобках указаны размеры в

дюймах (7,3/80 – R14). Если обозначение шины 155-330 (6,15 - 13),

значит

Значения

см

для различных шин приведены в табл. 3.1

Таблица 3.1

Шины

см

Шины грузовых автомобилей и шины с регу-

лируемым давлением (кроме широкопро-

фильных)

0,85÷0,90

Шины грузовых автомобилей и шины с регу-

лируемым давлением широкопрофильные

0,7 0,85

Шины легковых автомобилей диагональные 0,95

0,85÷0,90

Шины легковых автомобилей диагональные

широкопрофильные

0,80÷0,85 0,80÷0,85

Шины легковых автомобилей радиальные 0,7

0,85÷0,90

Величина динамического радиуса зависит:

− от нагрузки на колесо (чем больше нагрузка на колесо, тем

меньше величина

);

− от давления воздуха в шине (чем выше давление в шине, тем

больше величина

);

− от угловой скорости колеса (чем больше угловая скорость ко-

леса, тем больше величина

Для большинства шин

стд

rr )06,1...03,1(

. Меньшие значения

относят к грузовым автомобилям с диагональными шинами, боль-

шие - к легковым автомобилям с радиальными шинами.

Радиус качения зависит от режима качения колеса. В зависимо-

сти от значения и направления продольной реакции

(момента на

колесе

), различают ведущий, ведомый, свободный и тормозной

режимы качения колеса.

В ведущем режиме качения колеса (рис. 3.2) продольная реакция

определяется из выражения:

−= , (3.2)

где

- момент на колесе, Нм; - коэффициент сопротивления ка-

чению;

- нормальная реакции на колесе, Н.

Рис. 3.2.

Ведущий режим качения колеса

Рис. 3.3. Зависимость кинема-

тического радиуса от момента

на колесе

Тяговый момент на колесе определяется из выражения:

kв

mpдie

iiiM

= , (3.3)

где

- эффективный момент двигателя; - передаточное число ко-

робки передач на

ойi

−

передаче; передаточное число в дополни-

тельной коробке (если есть);

- передаточное число главной переда-

чи;

тp

- коэффициент полезного действия трансмиссии; - число

ведущих колес.

kв

Кинематический радиус колеса

в значительной степени зависит

от величины момента на колесе. С увеличением тягового момента

уменьшается, а с увеличением тормозного момента – увеличивается.

При полном буксовании, когда

→

rV , а при полной бло-

кировке колеса (юзе), когда

∞

→

. Зависимость

представлена на рис. 3.3. )(Mfr

Если момент на колесе не превышает максимального значения,

при котором наступает юз или буксование, то зависимость )(Mfr

линейная (см. рис. 3.3), и ее с достаточной точностью можно описать

выражением (мм):

Mrr

дk

−

, (3.4)

где

- коэффициент тангенциальной эластичности шины, мм/Нм.

Коэффициент тангенциальной эластичности шины определяют

опытным путем

. При скорости более 60 км/ч, вследствие

колебательного процесса и увеличения проскальзывания шины в пятне

контакта, значение

возрастает на 30÷50%. В практических расчетах

значения коэффициента тангенциальной эластичности шин принима-

ются постоянными (

const

). В табл. 3.2 приведены характерные

предельные значения

Таблица 3.2

Значения коэффициента тангенциальной эластичности шин

Шины

мм/Нм

Легковых автомобилей

Грузовых автомобилей и автобусов

0,0I5...0,025

0,006...0,01

Величина коэффициента сопротивления качению зависит от

типа и состояния опорной поверхности (дорожного покрытия), конст-

рукции шин и давления воздуха в них, а также скорости движения ав-

томобиля

(рис. 3.2) и величины передаваемого момента. В ведущем

режиме

с достаточной точностью можно определить из выражения:

fff

, (3.5)

где

- составляющая коэффициента сопротивления качения в зави-

симости от скорости автомобиля;

- составляющая коэффициента

сопротивления качения в зависимости от величины передаваемого мо-

мента.

Составляющая коэффициента сопротивления качения в зависимо-

сти от скорости автомобиля (в км/ч) может быть определена из выра-

жения:

)

20000

+⋅= , (3.6)

где

- коэффициент сопротивления качения в ведомом режиме при

малой скорости. Определяется по справочным данным /2/.

Средние экспериментальные значения коэффициента сопротивле-

ния качению

для различных типов дорожного покрытия приведены

в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Средние экспериментальные значения коэффициента сопротивле-

ния качению при движении автомобиля с малыми (до 40 км/ч)

скоростями для различных типов дорожного покрытия

Тип дорожного покрытия

Асфальтобетонное покрытие:

в хорошем состоянии

0,014÷0,018

в удовлетворительном состоянии

0,018÷0,020

Гравийное покрытие

0,020÷0,025

Каменная мостовая

0,023÷0,030

Грунтовая дорога:

сухая, укатанная

0,025÷0,035

после дождя

0,050÷0,150

Песок

0,100÷0,300

Укатанный снег

0,070÷0,100

Скорость автомобиля в зависимости от частоты вращения колен-

чатого вала двигателя может быть определена из выражения (км/ч):

38,0

iii

дki

= . (3.7)

Составляющая коэффициента сопротивления качения в зависимо-

сти от величины передаваемого момента характеризует кинематиче-

ские потери при качении колеса и определяется из выражения:

kд

rZr

rrM

)(

−

= . (3.8)

Величина реакции

на одно колесо можно определить с помо-

щью из выражений:

при задних

ведущих колесах:

)(2

cos

⋅−

⋅

при передних

ведущих колесах

)(2

cos

⋅+

⋅

≈

(

)

hbG

cos

⋅

−

⋅

≈

при передних и

задних ведущих колёсах

(

)

haG

cos

⋅

≈

(3.9)

где a - координата центра тяжести (расстояние центра тяжести от вер-

тикальной плоскости, проходящей через переднюю ось автомобиля,

стоящего на горизонтальной дороге), м; L – база автомобиля, м; h

высота центра тяжести автомобиля, м; b - координата центра тяжести

(расстояние центра тяжести от вертикальной плоскости, проходящей

через заднюю ось автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге), м.

Для оценки влияния режима движения на радиус колеса, необхо-

димо проанализировать проскальзывание шины в пятне контакта с

опорной поверхностью. Проскальзывание шины в пятне контакта с

опорной поверхностью характеризует коэффициент буксования (сте-

пень буксования), который определяется из выражения:

дk

kkдk

дk

kдk

−=

−

= 1

(3.10)

Порядок выполнения работы

1. Используя обозначение шины определить значение статического

радиуса

колес заданной модели автомобиля и сравнить получен-

ные результаты с нормируемыми значениями /6, 7/.

2. Определить значение динамического радиуса

колес заданной

модели автомобиля.

3. Определить параметры ведущего режима качения колеса при пере-

даче максимального крутящего момента на различных передачах и

движении автомобиля по дороге, характеризуемой параметра-

ми

if . Результаты расчетов свести в таблицу вида:

Показатели

Передача

f f

В расчетах значения , , , принимаются по технической

характеристике автотранспортного средства.

maxe

4. По результатам расчетов построить и проанализировать зависи-

мость коэффициента сопротивления качения от величины передавае-

мого момента

)(Mff

5. По результатам расчетов построить и проанализировать зависи-

мость кинематического радиуса (радиуса качения) от величины пере-

даваемого момента

)(Mfr

6. По результатам расчетов построить и проанализировать зависи-

мость продольной реакции

от величины передаваемого момен-

та

. )(MfX =

7. По результатам расчетов построить и проанализировать зависи-

мость коэффициента буксования (степени буксования) от величины

передаваемого момента

)(Mf

8. Выводы и рекомендации.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие различают радиусы эластичного колеса?

2. Зависимость радиуса эластичного колеса от эксплуатационных и

конструктивных факторов?

3. Как отличается кинематический радиус колеса в ведомом и веду-

щем режимах?

4. Что такое коэффициент сопротивления качению колеса, и от каких

факторов он зависит?

5. Влияние скорости

движения и величины передаваемого момента

на коэффициент сопротивления качению.

6. Что такое степень буксования колеса и что характеризует этот по-

казатель? Влияние величины передаваемого момента на степень

буксования колеса.

Практическое занятие №4

РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ МЕТОДАМИ

СИЛОВОГО И МОЩНОСТНОГО БАЛАНСОВ

Цель занятия

1. Научиться решать уравнение движения автомобиля методом

сило-

вого баланса.

2. Научиться решать уравнение движения автомобиля методом мощ-

ностного баланса.

Общие сведения

4.1 Силовой баланс автомобиля

Силовой баланс автомобиля - это распределение силы тяги на ве-

дущих колесах

по отдельным видам сопротивления автомобиля при