книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

передает от двигателя к ведущим колесам, то используют.прямой к. п. д. трансмиссии г|тр, представляющий собой отношение тяговой мощности иа ведущих колесах N т к эффективной мощности или соответствующих им моментов:

где /'тр — передаточное число трансмиссии.

При торможении автомобиля двигателем трансмиссия передаст энергию от ведущих колес к двигателю, и потери энергии оценивают по обратному к. п. д. трансмиссии:

мозная мощность), в кВт.

Так как к. и. д. т|тр при расчетах пользуются чаще, чем к. и. д. Цобр, то Для сокращения слово «прямой» в определении к. п. д. трансмиссии обычно опускают.

Во время движения автомобиля по инерции (накатом), когда двигатель отключен от трансмиссии (гтр = 0), выражение (76) теряет смысл, и потери энергии в трансмиссии оценивают по абсолютной их величине, т. е. по величине момента Мтр или мощ­ ности Агтр.

Из выражений (74) и (76) получим

X

то выражение (78) можно написать также следующим образом:

Пример. Определить величину т)Т|, для легкового автомобиля на прямой (iTp = 5,0; А: = 0) и первой (iTp = 15; к = 2) передачах в коробке прп сле­ дующих значенпях параметров; М е — 100 Н-м; М г — 20 Н-м; г =■ 1 (оди­ нарная главная передача); т = 3.

На прямой передаче:

X= 0,98Ь • 0,97' • 0,99"’ = 0,97 • 0,993 = 0,94;

На первой передаче:

Х= 0,98* • 0,97 • 0,99” = 0,90;

ОС]

^ р= 0.90- Т О 5 ~ ° - 89-

При работе двигателя на средних нагрузках, например, во время движения автомобиля по горизонтальной ровной дороге,

90

величина i]Tp может быть намного меньше значения % и заметно изменяться с изменением скорости автомобиля. При работе же двигателя с полной нагрузкой величина М г в несколько раз мень­ ше произведения MeiTp, поэтому их отношением можно пренебречь, принимая ртр « х - В этом случае предполагают, что к. п. д. трансмиссии изменяется только в результате изменения числа пар шестерен в коробке передач, передающих крутящий момент. При приближенных же расчетах не учитывают и этого изменения, считая коэффициент т|тр постоянной величиной.

Примерные значения прямого (для случая работы двигателя

сполной нагрузкой) и обратного к. п. д. трансмиссии приведены

втабл. 2.

§ 3. ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЯ

Тяговой характеристикой автомобиля называют изображенную в виде графика зависимость силы тяги от скорости автомобиля. Тяговую характеристику строят по результатам стендовых или дорожных испытаний автомобиля или по расчетным данным. Для проведения стендовых испытаний автомобиль 1 (рис. 39) устанав­ ливают ведущими колесами на беговые барабаны 4 стенда и при­ крепляют при помощи троса через динамометр 2 к неподвижной стойке3. При полностью открытой дроссельной заслонке с помощью гидравлического или электрического тормоза создают такое сопро­ тивление вращению беговых барабанов, при котором их угловая скорость остается постоянной. Замерив тахометром угловую ско­ рость со„ ведущих колес и зная их радиус, определяют скорость (в м/с), с какой двигался бы автомобиль при той же скорости сок по дороге:

Угловые скорости ведущих колес сок и коленчатого вала гае связаны между собой равенством

сое = сокгтр = сокгкгдггл,

где гк, £д 1ГЛ передаточные числа соответственно короокн пере­

дач, дополнительной коробки и главной передачн.

Поэтому

91

Если пренебречь потерей энергии при качении ведущих колес по барабанам стенда, то можно считать, что сила тяги равна силе, нагружающей динамометр, и определять величину силы P .v по

его показаниям. Иногда динамометр соединяют с валом беговых ба­ рабанов, чтобы замерять момент непосредственно на этом валу.

При дорожных испытаниях автомобиля динамометры исполь­ зуют для определения момента на карданном валу или иа полуоси автомобиля. С этой же целью на вал или полуось иаклеивают тензометрические датчики, позволяющие записыватьиа ленте осциллографа даже кратковременные изменения момента.

Рпс. 39. Стенд с беговыми барабанами:

1 — автомобиль; 2 —динамометр; 3 — стойка; 4 — беговой барабан

Если нет экспериментальных данных, то величину силы Р т

определяют расчетным путем, используя для этого скоростную характеристику двигателя.

Во время передачи момента М а агрегатами трансмиссии его величина изменяется пропорционально передаточным числам агрегатов. Момент (в Н-м), п о д в о д и м ы й к полуосям при равномер­

ном движении автомобиля:

Учитывая формулу (76), момент Мтможно определять также следующим образом:

Определив Ме, цтр (или AfTP) и и для нескольких значений сое, можно, пользуясь формулой (83), найти зависимость силы тяги от скорости автомобиля во всем диапазоне изменения угловой ско­ рости сое и момента Ме и построить тяговую характеристику.

92

Число кривых на этом графике соответствует числу ступеней в ко­ робке передач (рис. 40).

В нпжней.части графика нанесены шкалы угловых скоростей сое на различных передачах. Вначале, задавшись размерами графика, по значению максимальной скорости утах определяют длину 1и шкалы скорости. Такая же длина lv

должна быть и у шкалы угловых скоростей на высшей передаче. Эту шкалу наносят ниже шкалы скоро­ сти и. При постоянной угловой ско­ рости двигателя значения скорости автомобиля на различных передачах обратно пропорциональны передаточ­ ным числам коробки передач:

лице, приведенной в примере построения скоростной характеристики четы­

в таблицу, а тяговая характеристика рассчитываемого автомобиля изобра­

93

Если для шкалы скорости выбрать масштаб 4 мм — 1 м с, то при ско­ рости 45 м/с получим длину шкалы 1и = 180 мм. Такую же длину имеет

шкала со,, iv , крайнее деление которой соответствует угловой скорости колен­ чатого вала

Рис. 41. Тяговая характеристика автомобиля, принятого к расчету

График тяговой характеристики соответствует случаю равно­ мерного движения автомобиля, которое в эксплуатации встреча­ ется сравнительно редко. Гораздо чаще автомобиль движется ускоренно и л и замедленно. В этих случаях силу тяги нельзя

определять но формуле (83), так как на ее величину оказывают влияние силы инерции вращающихся деталей двигателя. При не­ равномерном вращении коленчатого вала возникает инерционный момент (главным образом маховика), направленный в сторону, противоположную направлению углового ускорения или замед­ ления маховика. Этот момент при разгоне автомобиля равен про­

Если не учитывать небольших моментов инерции шестерен и валов трансмиссии, то момент М 0 (в Н-м) на полуосях при раз­

94

ускорение в рад/с2 *.

Следовательно, момент (в Н-м) на ведущих колесах при раз­

Из последнего уравнения следует, что при разгоне автомобиля (/ > 0) окружная сила Р.0на ведущих колесах меньше силы тяги Рт вследствие затраты энергии на ускорение маховика двигателя п ведущих колес автомобиля. При замедлении же автомобиля (/ < 0) окружная сила больше силы тяги и энергия, накопленная им во время разгона, может быть использована для продолжения дви­ жения.

§ 4. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДОРОГИ

Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами энергии, которые можно разделить на три группы. Энергия -затрачивается на подъем автомобиля при движении в гору, на деформацию шин и дороги и на колебания частей автомобиля.

Сопротивление подъему (

Автомобильная дорога обычно имеет много чередующихся между собой подъемов и спусков. Крутизну подъема характеризуют вели­ чиной угла ад в градусах или величиной уклона дороги £, который представляет собой отношение превышения Н к заложению В

(рис. 42).

* Здесь и ниже индексом 2 обозначены величины, относящиеся к задним ведущим'колесам, а индексом 1 — к передним ведомым.

95

Разложим силу тяжести G автомобиля, преодолевающего подъем, который характеризуется углом ад, па две составляющие: на силу G sin ад, параллельную дороге, и силу G cos ад, перпен­ дикулярную ей.

Силу G sin ад, называют силой сопротивления подъему и обоз­ начают буквой РП. На автомобильных дорогах с твердым покры­

Пример. Определить сплу п мощность сопротивления подъему рассчи­ тываемого легкового автомобиля прп двпжепнп его со скоростью 10 м/с на подъеме, угол которого равен 3°30'. Вес автомобиля G = 17 900 II.

Уклон дорога при ад = 3°30'

t = tg 3 r30' = 0,06.

Сила сопротивления подъему при любой скорости

Рп= гО = 0,06.17 900 = 1070 Н = 1,07 кН.

Мощпость сопротивления подъему при скорости 10 м/с

При движении иа спуске спла Рп направлена в сторону дви­ жения и является движущей силой. Поэтому угол ад и уклон дороги i считают положительными в случае движения автомобиля на подъеме и отрицательными — при его движении на спуске.

Современные автомобильные' доро'ги, как правило, не имеют четко выраженных участков с постоянным уклоном: их продоль­ ный профиль имеет плавные очертания. На таких дорогах уклон и сила Рп во время движения автомобиля непрерывно изменяются.

Сопротивление качению

Сопротивление качению зависит от деформации шин и дороги, трения шин по покрытию и трения в подшипниках колес. Основное значение имеет деформация шин и дороги.

96

вращается не полностью при последующем восстановлении пер­ воначальной формы шины. Замеряя при увеличении вертикальной нагрузки Р, деформацию шины Дш, получают зависимость, изоб­ раженную на рис. 44, а в виде кривой Old. В случае уменьшения вертикальной нагрузки тем же деформациям шипы соответствуют меньшие значения нагрузок (кривая ЬпО). Площадь петли ОЫтО представляет собой в определенном масштабе работу, связанную с необратимыми потерями в шине (гистерезисом). При качении колеса деформации в' передней части шины увеличиваются, а в задней — уменьшаются. Поэтому на участки шины, находя­ щиеся на одинаковом удалении спереди и сзади от вертикального диаметра колеса и имеющие одинаковые деформации, действуют

Рпс. 44. Сопротивление качению:

а — гистерезисные потери в шине; б — качение колеса по твердое дороге; в — качение колеса по деформируемое дороге

различные силы. Так, при одной и той же деформации Дщ учас­ ток шины в передней ее части нагружен силой Р'г, а участок в зад­ ней части — силой Р ’.~ Следовательно, элементарные нормальные реакции в передней части контакта больше, чем в задней (рпс. 44, б), а линия действия равнодействующей Z смещена относительно вертикального диаметра вперед на расстояние аш.

Смещение яш в основном вызвано внутренним трением в шине. Оно увеличивается при увеличении числа слоев корда, толщины протектора и ширины обода колеса и уменьшается при увеличении давления воздуха в шине.

В результате смещения нормальной реакции возникает мо­ мент Zam. Для уравновешивания этого момента к колесу необ­ ходимо приложить равный, но противоположно направленный момент или к оси колеса приложить толкающую силу Рх, образую­ щую вместе с касательной реакцией дороги пару сил. Сила

Г

При качении деформируемого колеса по мягкой дороге (рис. 44, в) энергия затрачивается на преодоление внутреннего трения

98

в шине, деформацию дороги и на трение шины о грунт. Шина вреза­ ется в грунт, выдавливает его в стороны и спрессовывает отдель­ ные частицы, образуя колею. Элементарные реакции сШя в каждой точке протектора перпендикулярны поверхности контакта и рас­ положены наклонно. Поэтому и суммарная реакция Rn наклонена к вертикали под некоторым углом уд. В основном работа на уплот­ нение дороги затрачивается при накатывании шины на деформи­ руемый грунт, что приводит к увеличению реакций сШя в передней части контакта и уменьшению их — в задней. .В результате реак­ ция дороги Дд смещается вперед относительно вертикального диа­ метра на расстояние а. Это смещение можно представить в виде смещения аш, вызванного гистерезисными потерями в шине, и смещения ал, обусловленного затратами энергии на образование колеи.

Если колесо катится под действием толкающей силы Рх, то из уравнения моментов всех сил относительно точки А получим

Отношение -2- называют коэффициентом сопротивления качению

и обозначают буквой /. Согласно предыдущему равенству

Коэффициент сопротивления качению численно равен отноше­ нию силы, вызывающей равномерное качение колеса, к нормаль­ ной реакции дороги.

Силой сопротивления качению Рк (в Н) называют произведе­ ние fZ:

Моментом сопротивления качению М к (в Н -м) называют произ­ ведение Ркг:

Таким образом, при равномерном качении ведомого колеса действующая на него касательная реакция дороги

X1= fZ 1 = PKl.

В случае равномерного качения ведущего колеса под дейст­ вием крутящего момента действующая на него реакция дороги

При неравномерном же качении задних ведущих колес к ним должен быть приложен момент, равный не момепту МТ, а моменту М 0, величина которого зависит также от моментов инерции вра­ щающихся деталей автомобиля и интенсивности его разгона