2. Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля - это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах F_к, [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению F_f, [Н] и воздуха F_w, [Н], от скорости движения автомобиля V_a, [км/ ч].

Графики сил тяги на колесах автомобиля - F_{к i} = f (V_a) строят для всех ступеней - i в основной коробке передач. Для автомобилей, имеющих раздаточную коробку, строят также дополнительный график для случая одновременного включения первой передачи (i = 1) в основной коробке передач и низшей - в раздаточной. При наличии делителя, кривые F_{к i} строят для всех возможных передаточных чисел в КПП, раздаточной коробке и делителе.

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи – F_{к i} производится по формуле:

, [Н] (2.1)

где: _ТР - коэффициент полезного действия трансмиссии;

U_ТР - передаточное число трансмиссии;

r_к - радиус качения колеса, [м].

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется как произведение:

U_ТР = U_КПП  U_РК  U_ГП (2.2)

где : U_КПП - передаточное число коробки перемены передач;

U_РК - передаточное число раздаточной коробки или делителя;

U_ГП - передаточное число главной передачи.

При расчетах радиусов качения колес, в качестве исходных данных, используют статический радиус - r_стат, который определяется на основании таблицы 8.3. При этом следует учитывать, что радиус качения r_к обычно несколько больше статического и определяется индивидуально для диагональных и радиальных шин.

Радиус качения колеса с диагональной шиной: r_к = 1,02  r_стат, [м];

Радиус качения колеса с радиальной шиной: r_к = 1,04  r_стат, [м].

КПД трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение:

, (2.3)

Часть мощности при этом затрачивается на преодоление сил трения в зацеплениях зубчатых шестерен коробки передач, главных передачах ведущих мостов, в карданных шарнирах и шлицах, подшипниках и сальниках, расходуется на взбалтывание масла и на его разбрызгивание. Поэтому мощность N_к - подводимая к ведущим колесам автомобиля, меньше мощности развиваемой двигателем - N_e’ на величину вышеперечисленных потерь - N_ТP. Таким образом, величина N_ТP - учитывает два вида потерь мощности: потери, вызванные наличием трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах, подшипниках, а также гидравлические потери. Причем, потери мощности на преодоление трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах и подшипниках пропорциональны моменту, передаваемому трансмиссией.

Для упрощения расчетов определим КПД трансмиссии с учетом потерь на трение:

_тр = 0,98^К 0,97^L 0,99^M (2.4)

где: K - число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на i-той передаче;

L - число пар конических или гипоидных шестерен;

M - число карданных шарниров.

Следует помнить, что КПД трансмиссии - _тр следует определять для каждой i - той передачи коробки перемены передач, а также раздаточной коробки или делителя.

Расчеты зависимостей силы тяги на колесах автомобиля, от его скорости F_{к i} = f(V_a), выполняют с использованием выражения (2.1). При этом, значения крутящего момента двигателя нетто - М_e’ берутся из таблицы 1.2 внешней скоростной характеристики двигателя для каждого значения частоты вращения n_e коленчатого вала. Причем, для тех же значений частот вращения n_e, рассчитывают скорость движения автомобиля на всех передачах по формуле:

, [км/ ч] (2.5)

Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля, рассчитанные для каждой передачи заносят в таблицу 3.

Таблица 2.1.

Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля ...... на i.- й передаче

№ строк	Параметры тягового баланса автомобиля	Значения частот вращения ne , [об/мин]
		ne min	1000	1500	. .	5500	ne max
1	Va - скорость автомобиля, [км/ ч]
2	Me - момент НЕТТО, [Нм]
3	Fк - сила тяги на колесах, [Н]

Далее определяют силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию используя выражение:

, [Н] (2.6)

где: m_a - для условий данной курсовой работы, это масса полностью загруженного автомобиля, [кг] (выбирается в соответствии с выданным заданием из таблицы 8.4);

g = 9,81 - ускорение свободного падения, [м/с2];

f - коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса.

Величина коэффициента сопротивления качению колеса – f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем:

, (2.7)

где: f ₀ = 0,018- коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

f ₀ = 0,03 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида:

, [Н] (2.8)

где: К_в – коэффициент обтекаемости формы автомобиля,

S_x - площадь Миделя - площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м²].

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления С_х можно легко определить значение коэффициента обтекаемости К_в по выражению, предложенному академиком Е.А. Чудаковым:

К_в = 0,5  С_х   _в, [кг/м³] (2.9)

где:  _в = 1,225 , [кг/м³] – плотность воздуха.

Для нахождения площади Миделя автомобиля S_x воспользуемся выражениями:

- для легковых автомобилей - S_x = 0,78  Ва  Н, [м²];

-для автобусов - S_x = Ва  Н, [м²];

- для грузовых автомобилей - S_x = В  Н, [м²];

где: Ва и Н - соответственно наибольшие ширина и высота автомобиля, [м];

В - колея передних колес автомобиля, [м] (выбирается в соответствии с выданным заданием из таблицы 8.4).

Графики суммарных сил сопротивления движению, строят для случаев разгона автомобиля с полной нагрузкой для 2-х типов дорог (строки № 6 и 7 таблицы 2.2).

Рассчитанные значения сил сопротивления движению заносят в таблицу 2.2.

Значение максимального значения скорости - V_{a max} выбирают таким, чтобы оно было примерно на 10% больше наибольшего значения скорости, определенного для высшей передачи и находящегося в строке №1 таблицы 2.1.

График тягового баланса строят на основе данных, таблиц 2.1 и 2.2. На графике тягового баланса должны быть нанесены линии, показывающие предельные величины сил сцепления ведущих колес, полностью загруженного автомобиля с дорогой, при следующих значениях коэффициента сцепления:

• = 0,8 - сухой асфальтобетон;

• = 0,6 - сухая грунтовая дорога;

• = 0,4 - мокрый асфальтобетон;

• = 0,2 - укатанная снежная дорога.

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле:

F_сц = m_к  g   , [Н] (2.10)

где: m_к - масса автомобиля, приходящаяся на его ведущие колеса.

Таблица 2.2.

Значения сил сопротивления движению автомобиля

№ строк		Параметры сопротивления движению автомобиля		Значения скорости автомобиля -Va, [км/час]
				0		10		20		. . .		Va max
1		f1 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;
2	Ff1- сила сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону; [Н]
3	f2 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге;
4	Ff2- сила сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге; [Н]
5	Fw - сила сопротивления воздуха; [Н]
6	Суммарная сила сопротивления Fw + Ff1 ; [Н]
7	Суммарная сила сопротивления Fw + Ff2 ; [Н]

На графике тягового баланса должны быть определены и отмечены два значения максимальных скоростей движения автомобиля V_{a max} на дороге с асфальтобетонным покрытием для двух высших передач. Пример графика тягового баланса автомобиля изображен на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Графики тягового баланса автомобиля