Динамический расчет автомобиля

После построения внешней характеристики двигателя приступают к расчету передаточных чисел главной передачи и коробки передач автомобиля, а потом к определению показателей тягово-скоростных качеств.

Передаточные числа главной передачи определяют из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля на прямой передаче

где - частота вращения двигателя при ;

- радиус колеса, м.

У большинства автомобилей, применяемых в сельском хозяйстве, высшей передачей является прямая передача.

В этом случае (без учета раздаточной коробки)

где - передаточное число главной передачи.

Отсюда

Затем определяют передаточное число первой передачи коробки передач . Передаточное число первой передачи должно удовлетворять двум требованиям:

не вызывать полного буксования ведущих колес автомобиля при передачи максимального крутящего момента двигателя;

обеспечивать преодоление максимального дорожного сопротивления .

Следовательно, максимальная касательная сила тяги не должна превышать силы сцепления шин с дорогой, т.е.

где - сила сцепления движителем автомобиля с дорогой;

определяется по формуле:

где - максимальный крутящий момент двигателя, ;

- радиус колеса, м ;

- передаточное число коробки передач на первой передаче.

Для определения используется формула:

где - полная масса автомобиля, кг;

- коэффициент использования массы автомобиля для сцепления с дорожным покрытием;

- коэффициент сцепления движителей с дорогой.

У автомобилей обычной проходимости ; у автомобилей повышенной проходимости ; коэффициент сцепления принимается в пределах .

С учетом приведенных расчетов можно записать:

откуда

По максимальному коэффициенту дорожных сопротивлений находят передаточное число первой передачи.

Формула для определения передаточного числа по максимальному сопротивлению дороги имеет вид:

Обычно у отечественных автомобилей общего назначения максимальное сопротивление дороги , преодолеваемое на первой передаче, лежит в пределах .

У полно приводных автомобилей эта величина достигает .

У автомобилей, предназначенных для работы в сельском хозяйстве, необходимо иметь больше передач, чем для машин, работающих в хороших дорожных условиях.

Определение передаточных чисел коробки передач производиться по геометрической прогрессии. Знаменатель геометрической прогрессии определяется по формуле:

где - число передач в коробке передач, включая прямую.

Для четырех ступенчатой коробки передач:

Зная и знаменатель геометрической прогрессии , передаточные числа последующих передач можно определить по формулам:

Передаточное число заднего хода подбирают во время компоновки коробки передач.

Основными динамическими показателями автомобиля являются динамический фактор и скорость. Значение этих показателей определяют на всех передачах по прототипу при работе двигателя на внешней характеристике.

Динамическая характеристика характеризует динамические качества автомобиля при равномерном движении с различной нагрузкой на всех передачах.

Динамический фактор определяется по формуле:

где - коэффициент учета силы инерции вращающихся масс;

- ускорение автомобиля, .

Коэффициент определяется по формуле:

где - передаточное число коробки передач.

Для расчета касательной силы тяги используется формула:

Сила сопротивления воздуха определяется по формуле:

Результаты расчетов заносятся в таблицу 6.

Таблица 6.

Результаты расчета основных показателей автомобиля

№ передачи	№ точки									Примечание
1	1	4	147	4848,85	0,54	0,41	0,39	1,38	0,73
	2	7	293	4984,48	2,16	0,42	0,40	1,42	0,70
	3	11	440	5110,54	4,85	0,43	0,41	1,46	0,69
	4	15	587	5227,04	8,63	0,44	0,42	1,49	0,67
	5	18	733	5333,98	13,49	0,45	0,43	1,52	0,66
	6	22	880	5431,35	19,42	0,46	0,44	1,55	0,65
2	1	7	267	2718,10	1,78	0,23	0,21	0,73	1,37
	2	13	533	2741,53	7,13	0,24	0,22	0,77	1,31
	3	20	800	2974,63	16,05	0,25	0,23	0,79	1,26
	4	27	1067	3036,41	28,53	0,26	0,23	0,82	1,22
	5	33	1333	3107,87	44,58	0,26	0,24	0,83	1,20
	6	40	1600	3162,00	64,20	0,26	0,24	0,85	1,18
3	1	12	473	1583,59	5,62	0,13	0,11	0,38	2,61
	2	24	947	1686,71	22,47	0,14	0,12	0,41	2,44
	3	36	1420	1759,14	50,57	0,15	0,12	0,42	2,36
	4	47	1893	1800,87	89,89	0,15	0,12	0,42	2,36
	5	59	2367	1811,89	140,46	0,14	0,12	0,41	2,43
	6	71	2840	1792,22	202,26	0,14	0,11	0,39	5,58
4	1	21	847	926,38	17,98	0,08	0,05	0,18	5,57
	2	42	1693	992,77	71,91	0,08	0,05	0,18	5,45
	3	64	2540	1004,58	161,79	0,07	0,05	0,16	6,26
	4	85	3387	961,83	287,62	0,06	0,03	0,11	9,23
	5	106	4233	864,50	449,41	0,04	0,01	0,03	33,81
	6	120	4830	768,88	577,77	0	0	0	0

По данным таблицы 6 строится динамическая характеристика. Для построения динамической характеристики на каждой передаче нужно рассчитать точек.

Ускорение , которое может развить автомобиль, в значительной степени характеризует динамические качества автомобиля. Чем больше ускорение, тем выше разгонные качества автомобиля, его средняя скорость и производительность.

Ускорение автомобиля вычисляется по формуле:

где - суммарная сила сопротивлению движению автомобиля (дороги, воздуха) на горизонтальном участке пути.

Сила определяется по формуле:

где - коэффициент сопротивления перекатыванию автомобиля.

Данные расчетов заносятся в таблицу 6. По данным таблицы 6 строятся графики ускорений в функции скорости автомобиля.

По графику ускорений можно установить наивыгоднейшие с точки зрения разгона моменты перехода с одной передачи на другую. Чтобы разгон происходил с максимальной интенсивностью, ускорение на данной скорости должно иметь наибольшее значение.

Известно, что скорость есть первая производная пути по времени

откуда

или

Решение данного интеграла затрудняется отсутствием известных аналитических зависимостей и . Обычно на практике для определения времени разгона автомобиля применяют графоаналитический метод. Для этого необходимо построить вспомогательный график величин, обратных ускорениям .

Площадь графика, заключенная между осью абсцисс и кривыми разбивается несколькими вертикальными линиями на отдельные участки. Элементарные площадки суммируются нарастающим итогом.

Время разгона определяется по формуле:

где - сумма элементарных площадок, ;

- масштаб скорости, ;

- масштаб величин, обратных ускорениям, .

Результаты расчетов заносятся в таблицу 7.

Таблица 7.

Результаты расчетов времени и пути разгона автомобиля

Время разгона определяется по формуле 115. Расчет ведут до скорости, равной от , так как при ускорение , а .

По данным таблицы 7 строят график зависимости .

График пути разгона, так же как и график времени разгона, строят для характеристики приемистости автомобиля.

Известно, что скорость есть первая производная пути по времени

откуда

или

Ввиду сложности аналитического решения интервала, для определения пути разгона автомобиля применяют графоаналитический метод.

На графике времени разгона площадь между кривой и осью ординат разбивается несколькими горизонтальными кривыми линиями на участки и определяются их площадки. Каждая элементарная площадка представляет собой в масштабе .

Путь разгона определяется по формуле:

где - сумма элементарных площадок, ;

- масштаб времени, .

Результаты расчетов заносятся в таблицу 7. По данным таблицы 7 строят график пути разгона автомобиля .

Таблица 7.

Результаты расчетов времени и пути разгона автомобиля

Разгон		Время разгона, с	Разгон		Путь разгона, м
От 0 до 25	91	3,2	От 0 до 25	63	8,8
От 25 до 44	172	6,0	От 25 до 44	190	26,4
От 44 до 81	965	33,5	От 44 до 81	3600	500,0
От 81 до 100	1830	63,5	От 81 до 100	4330	601,4