1.5. Рушійна сила автомобіля на ведущих колесах

В результаті роботи двигуна автомобіля і передачі його крутного моменту через трансмісію на ведучі колеса виникають окружні сили, які під час дії на дорогу намагаються відкинути її назад. Дорога, в свою чергу, чинить рівну протидію колесам. Ця протидія і викликає в кінцевому рахунку рух автомобіля. Тобто в процесі взаємодії ведучих коліс з дорогою виникає сила тяги (рис. 4.1), яка залежить від крутного моменту двигуна, способу його зміни і особливостей трансмісії автомобіля.

Як видно з рис. 4.1, сила тяги повинна бути такою, щоб за її допомогою автомобіль зміг перебороти всі сили, які протидіють його рухові. Співвідношення сили тяги і сил опору визначає характер руху автомобіля. При збільшенні сили тяги автомобіль буде рухатись з прискоренням, при зменшенні — з уповільненням. Якщо сила тяги дорівнює сумі сил опору руху, автомобіль буде рухатись з постійною швидкістю. При перевищенні суми сил опору руху сили тяги, автомобіль рухатись не може.

Для приведення автомобіля в рух однієї сили тяги іноді буває недостатньо. Обов'язковою умовою руху автомобіля є наявність тертя між колесами і дорогою, тобто автомобіль може рухатись лише за достатнього зчеплення (сили зчеплення) ведучих коліс з поверхнею дороги.

Сила зчеплення коліс з дорогою залежить від сили тяжіння автомобіля, яка приходиться на ведучі колеса: чим вона більша, тим більша сила зчеплення. Разом з вертикальним навантаженням на ведучі колеса, на силу зчеплення впливають стан дорожнього покриття і шин, внутрішній тиск в шинах, форма рисунку протектора, а також їх стан: чим краще дорога і стан рисунку протектора шин, тим краще їх зчеплення з дорогою.

Під час руху автомобіль повинен перебороти сили опору дороги і повітря, силу інерції, силу опору підйому і відцентрову силу.

Сила обертання ведучого колеса під дією прикладеного до нього крутного моменту спрямована на переміщення назад верхнього шару дорожнього покриття. З боку дороги на колесо діє така сама за величиною сила, спрямована на подолання сил опору і зрушення колеса. Тягова сила від коліс передається на ведучий міст, далі на кузов, змушуючи автомобіль рухатись. Величина тягової сили тим більша, чим більший крутний момент двигуна і передавальні числа коробки передач і головної передачі.

Сила опору коченню залежить головним чином від маси автомобіля: чим більша маса, тим більший і опір дороги. Вид і стан дорожнього покриття — другий важливий фактор, який визначає силу опору коченню. Рух автомобіля ґрунтовою дорогою вимагає значної сили тяги, оскільки під час руху ґрунт піддається деформації і опір коченню зростає. Під час такого руху колеса автомобіля ущільнюють ґрунт, частина якого розповзається по краях колії, а частина пересувається безпосередньо перед колесами, що призводить до збільшення тертя між шинами коліс і краями колії, а значить, до збільшення опору кочення. Під час руху по дорогах з твердим покриттям шини, які взаємодіють з дорогою, прогинаються, внаслідок чого всередині них виникає тертя, що перешкоджає рухові і переборюється за рахунок частини сили тяги.

Сила опору повітря головним чином залежить від густини повітря, швидкості переміщення повітряних мас (вітру), швидкості руху автомобіля, його обтічності та площі поперечного перетину. Слід пам'ятати, що сила опору повітря може різко збільшитись за рахунок вантажу, який розміщений на багажнику, що кріпиться на даху легкового автомобіля, а також зі збільшенням швидкості руху автомобіля. До суттєвого збільшення сили опору повітря призводить також буксирування причепа внаслідок завихрення повітряних потоків між тягачем і причепом, а також збільшення зовнішньої поверхні тертя. Кожен з причепів збільшує опір повітря на чверть порівняно з поодиноким автомобілем. Зменшення сили опору повітря досягається під час конструювання автомобілів підвищенням їхньої обтічності.

Сила інерції прямо пропорційна загальній фактичній масі автомобіля, діє на всі його частини, вантаж і пасажирів і з'являється на початку руху чи при зміні його швидкості. Із збільшенням швидкості руху автомобіля збільшується сила інерції, яка перешкоджає розвитку швидкості, перетворюючись на силу опору руху. Сила опору руху автомобіля під час його розгону залежить від ступеню прискорення цього руху: чим швидше розганяти автомобіль, тим більшою стає сила опору. Дія сили опору розгону в усіх випадках залежить від вміння керувати автомобілем. Багатьом доводилось спостерігати, як водії з незначним стажем керування намагаються різко стартувати від світлофора, що призводить до пробуксовування чи зупинки автомобіля. Крім того, такі сили опору розгону спроможні змістити вантаж і навантажені значними зусиллями спряжені деталі автомобіля. Як правило, прискорення не перевищують 0,5—1,5 м/с2 під час розгону, а максимального значення досягають під час виходу з небезпечних ситуацій, під час інтенсивного обгону, подолання крутих підйомів.

Сила опору підйому залежить від сили тяжіння автомобіля і горизонтального схилу дороги та переборюється великими втратами енергії двигуна. Елементи дороги з різними похилами в поздовжньому профілі зумовлюють, як правило, нерівномірний рух автомобілів.

РЗДІЛ ІІ. Тяговий розрахунок

Тяговий розрахунок автомобіля дозволяє визначити три конструктивні параметри автомобіля: потужність двигуна Nemax, передаточне число головної передачі і0, передаточні числа коробки передач ік1, ік2…. Ікп;

Тяговий розрахунок автомобіля здійснюється з метою визначення його тягових і динамічних якостей, що складаються з визначення повної маси, визначення максимальної швидкості руху, опору руху і кутів підйому, які може подолати автомобіль на даній передачі й швидкості.

Для вирішення завдань тягового розрахунку необхідно побудувати тягову характеристику автомобіля. Тяговий характеристикою автомобіля називається графічна залежність питомої сили тяги від швидкості руху автомобіля на кожній передачі.

Параметрами що задаються: тип автомобіля; вантажопідйомність або максимальне число пасажирів; максимальна швидкість руху, по шосе із заданим коефіцієнтом дорожнього опору, максимальний дорожній опір на нижчій передачі трансмісії, вказується також тип двигуна (карбюраторний, дизельний)

Параметри, які використовуються, можуть  мати різні значення в деякому інтервалі. Щоб правильно прийняти остаточне значення зазначених вище положень, необхідно розуміти, як вони впливають на тягові і паливно-економічні показники автомобіля.

Побудова тягової характеристики автомобіля включає:

1. Визначення повної маси автомобіля, кг.

2. Вибір шин і визначення радіуса ведучого колеса, м.

3. Розрахунок і побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна.

4. Визначення передатного числа головної передачі.

5. Визначення передавальних чисел коробки передач і додаткової коробки.

6. Визначення швидкості руху.

7. Визначення питомої сили тяги, побудова тягової характеристики.

Потужність двигуна повинна бути достатньою для забезпечення руху з заданою максимальною швидкістю V_max при повному використанні вантажопідйомності автомобіля. Таку швидкість автомобіль повинен розвивати на гарних дорогах, для яких коефіцієнт опору коченню можна прийняти рівним 0,02...0,025. Крім того, автомобілі, призначені для робіт у важких дорожніх умовах (сільському господарстві, карєрі) повинні мати запас динамічного фактора 1...1,5% для подолання додаткових місцевих опорів без зниження максимальної швидкості.

У зв'язку з цим за розрахункове значення приведеного коефіцієнта дорожніх опорів, варто прийняти Ψ_v = 0,04. Потужність двигуна, необхідна для руху в зазначених умовах і визначається за формулою:

де G₀ - вага автомобіля, кН;

G_г - вантажопідйомність автомобіля, кН;

P_w - опір повітря при русі з максимальною швидкістю, кН;

V_max - задана максимальна швидкість руху, м/с;

η_тр – К.К.Д. трансмісії на заданій передачі.

Вагу G₀ автомобіля вибирають виходячи з вантажопідйомності автомобіля і коефіцієнта вантажопідйомності η_G = G_г/G₀. Коефіцієнт вантажопідйомності істотно впливає на динамічні й економічні показники автомобіля: чим він більший, тим ці показники кращі, тому при проектуванні автомобіля потрібно прагнути до підвищення η_G, наскільки це технічно можливо й економічно доцільно.

Коефіцієнт вантажопідйомності залежить від типу і конструктивних особливостей автомобіля. Для легкових автомобілів η_G = 0,25...0,4, причому більшому літражеві автомобіля відповідає менший коефіцієнт вантажопідйомності.

Для сучасних вантажних автомобілів типу 4К2 загального призначення η_G = 0,9...1,1.

У даній курсовій роботі ми будемо проводити тяговий і паливно-економічний розрахуники передньоприводного автомобіля малого класу з бензиновим двигуном внутрішнього згорання AUDI cabriolet 2,8 Е. Зокрема, даний автомобіль володіє наступними параметрами необхідними для розрахунку:

Повна маса – 1720

% на ведучу вісь – 55

Довжина – 4,480

Ширина – 1,735

Висота – 1,415

База - 2,615

Номінальна потужність – 92

Частота обертання – 4500

Передача 1 – 3,50

Передача 2 – 2,12

Передача 3 – 1,43

Передача 4 – 1,03

Передача 5 – 0,84

Головна передача – 4,11

ККД – 0,92

Шини - 195/65R15

Сх. – 0,34

Ng/Na	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
ng	1160	2320	3480	4640	4500
w	121,5	242,8	364,2	485,6	607,8
Ne/Nt	0,2	0,5	0,73	0,92	1,0
Ne	21	52,5	76,6	96,6	105
Mкр	0,17	0,21	0,21	0,19	0,17
Gкг/год	6,5	11	15	20	25
qe кв/год	0,30	0,20	0,19	0,20	0,23