Вопрос 4. Назовите силы и моменты, действующие на автомобиль или трактор в общем случае их движения. Приведите их функциональные зависимости.

Любое транспортное средство движется по определенной траектории под влиянием физических сил содействующих и препятствующих движению.

Сила тяжести - всегда устремлена вертикально вниз, равномерно рассредоточивается по всем осям и колесам. Вес машины давит на поверхность проезжей части, и с увеличением этого веса пропорционально увеличивается сила сцепления колес с дорожным покрытием.

При движении по наклонной дороге распадается на две составляющие: одна давит на машину и прижимает ее к поверхности, а вторая стремится опрокинуть ее. Чем выше центр тяжести и чем больше угол наклона, тем больше опрокидывающая сила.

Сила сопротивления качению колес - при перекатывании одного тела по другому оба тела деформируются и на это затрачивается работа. Чем сильнее деформация, тем больше сила трения качения. Определяют динамометром при буксировке: F_k = Gf, где: G - сила тяжести автомобиля; f - коэффициент трения качения колеса.

Сила сопротивления воздуха - тем больше, чем выше скорость движения и лобовая площадь автомобиля; зависит от формы кузова и его обтекаемости: F_w = Sv²k, где: S — лобовая площадь автомобиля; υ — скорость движения автомобиля; k - коэффициент обтекаемости автомобиля.

Сила тяги автомобиля – возникает при передаче энергии от двигателя к ведущим колесам через трансмиссию. Благодаря наличию в трансмиссии коробки передач и главной передачи, суммарный крутящий момент Мкр на ведущих колесах оказывается больше момента двигателя Мдв.

Крутящий момент Мкр вызывает в месте контакта колеса с дорогой касательную реакцию дороги, движущую автомобиль, т. е. силу тяги Pc. Активной в этой точке является сила, с которой колесо «толкает» дорогу. Ответной (реактивной) силой выступает сила реакции дороги, которая «толкает» машину. Pc = Мкр/R, где: Мкр — крутящий момент на колесе, R —радиус колеса.

Pc = F_k + F_w.

Сила сопротивления движению на подъем - при движении на подъем необходимо затрачивать некоторую дополнительную силу F_h.: F_h = G sin α; F_N = G cos α

Сила F_j, вызывающая ускорение автомобиля, будет равна: F_j = P_c-(F_k+F_w+F_h)

Когда тяговая сила окажется меньшей, чем сумма сил сопротивления движению, автомобиль будет двигаться замедленно. F_i = (F_k+F_w±F_h)- P_c

Влияние инерционного момента вращающихся масс (маховик, колеса и др.) учитывается коэффициентом δ условного увеличения массы автомобиля, показывающим, во сколько раз сила, необходимая для ускорения автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы.

В соответствии с этим общая сила сопротивления разгону: Fи._общ = Fи•δ = δ•m•a, величина δ ≈ 1,05 + 0,05•n², где n — передаточное число коробки передач, на которой производится разгон.

Мощность, которая имеется для обеспечения ускорения, представляет собой разность между мощностью, требующейся при данных условиях для преодоления сопротивления движения, и мощностью, подводимой к ведущим колесам. Мощность, необходимая для движения автомобиля с ускорением N = Fи•V/3600 = m•a•V•δ/3600, где V — скорость автомобиля.

Из формулы видно, что чем автомобиль легче, тем большее ускорение удастся развить при одинаковой мощности двигателя.

Вопрос 5. Дайте определение и приведите аналитические выражения тягового

баланса и дифференциального уравнения движения машины.

Тяговый баланс автомобиля - это выражение, описывающее распределение силы тяги от ведущих колес по отдельным видам сопротивления движению. В общем случае движения автомобиля уравнение тягового баланса:

P_с = P_f + P_w + P_h + P_j

где Р_с - сила тяги на ведущих колесах автомобиля; Р_f - сила сопротивления качению колес; Рh - сила сопротивления подъему; Рj - сила инерции автомобиля; Рw - сила сопротивления воздуха.

Развернутое уравнение тягового баланса позволяет учесть полную массу автомобиля, эффективный крутящий момент двигателя, общее передаточное число трансмиссии автомобиля; механический к. п. д. трансмиссии автомобиля; динамический радиус колеса, фактор сопротивления воздуха, коэффициент учета вращающихся масс автомобиля; скорость движения автомобиля, ускорение (замедление) автомобиля, ускорение силы тяжести; коэффициент сопротивления качению колес; угол подъема (спуска) продольного профиля дороги; коэффициент суммарного сопротивления дороги движению автомобиля.