Курс лекций по дисциплине:

«Автомобили.

Теория эксплуатационных свойств»

Преподаватель: доцент каф. «АиАх»

Якимов Михаил Ростиславович

Выполнил:

Лобов Алексей

Клеванов Сергей

ПГТУ 2006

Лекция №1

«Основы Теории Эксплуатационных свойств»

Теория эксплуатационных свойств(в дальнейшем ТЭС) изучает законы мобильных наземных механических систем с использованием метода математического моделирования. Математическое моделирование в данной дисциплине представляет собой изложение процессов, происходящих в системе в виде формул.

Цель дисциплины:

1. Установить зависимость между Автомобильным Транспортным Средством ( далее АТС) и условиями его эксплуатации.

2. Вывить влияние различных показателей.

3. Определить параметры АТС при проектировании

На практике все свойства автомобиля делятся на связанные с движением и несвязанные с данным процессом, примеры таких средств см. в Таблице 1

Таблица 1

Связанные с движением	Несвязанные с движением
Тягово-скоростные свойства	Вместимость
Тормозные свойства	Прочность, долговечность
Топливная экономичность	Приспособленность к ТО и ремонту
Управляемость	Приспособленность к погрузочно-разгрузочным работам
Поворачиваемость	Удобность посадки/высадки
Маневренность	-
Устойчивость	-
Проходимость	-
Плавность хода	-
Экологичность	-
Безопасность движения	-

Далее рассмотрим зависимость тех или иных свойств с различными узлами автомобиля:

Тягово-скоростные свойства Трансмиссия

Двигатель Топливная экономичность

Экологичность

Проходимость Подвеска

Плавность хода

Рулевое управление Управляемость

Поворачиваемость

Маневренность Тормозная система

Безопасность движения

Тормозные свойства

Краткий экскурс в историю дисциплины.

Становлении ТЭС и ,вообще изучение и развитие, Автомобильной науки в России датируется 1924-1931, в течение этих лет был разработан первый отечественный автомобиль «Амо Ф15» на базе Лаборатории при НАМИ.

Отцом-основателем данной науки по праву считается

профессор Е.А. Чудаков, он руководил первыми испытаниями в данной отрасли. Его перу принадлежат такие работы как:

1. «Динамическое и экономическое исследование автомобиля», 1928г.

2. «Тяговый расчет автомобиля», 1930г.

3. «Теория автомобиля», 1935г.

Дальнейшее развитие науки проводили такие ученые, как Зимелев, Фалькевич, Яковлев, Бухарин, Литвинов.

Тягово-скоростные свойства АТС.

Тягово-скоростные свойства АТС используются для оценки эффективности работы двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).

Основные показатели работы ДВС в большинстве своем основаны на эмпирических выводах.

Эффективные показатели работы(далее ЭПР):

1. Эффективная мощность (Nе) [измеряется в Киловаттах, кВт]

2. Эффективный крутящий момент (Me) [ в Ньютонах на метр, Н*м ]

3. Эффективный расход топлива (Ge) [в (г*кВт)/ч]

Зависимость показателей от частоты вращения коленчатого вала, называются скоростной характеристикой двигателя.

Существует два типа характеристик:

1. Полная- при максимальной подаче топлива (единственная)

2. Частичная – при различных подачах топлива (большое количество, в % от подачи топлива )

Где N_H – номинальная мощность,

коэффициент характеризующий скоростной режим работы двигателя.

Где -частота при максимальной мощности,

- частота при максимальном моменте.

двигатель работает с недогрузкой.

двигатель работает с перегрузкой.

	A	b	c
Карбюраторный двигатель	1	1	1
4-х тактный	0.53	1.56	1.09
2-х тактный	0.87	1.13	1

Эффективный момент на коленчатом валу:

Эффективный удельный расход топлива:

где, расход топлива .

Лекция №2

Эффективные показатели работы подведенные к ведущим колесам автомобиля.

1. – момент, приведенный к колесу.

– передаточное отношение трансмиссии

– Момент двигателя

– КПД трансмиссии

2. Касательная сила тяги на колесе:

, где (радиус колеса)

[Н*м] – номинальный момент

3. Скорость колеса:

4. Мощность на колесе:

(- мощность двигателя)

Трансмиссия нужна: для передачи крутящего момента от двигателя к колесу.

Коробка передач нужна для расширения возможности регулирования и

Диаграмма связи эффективных показателей работы двигателя и показателей, подведенных к колесу.

Динамический радиус колеса уменьшится, если нагрузка будет увеличиваться, тогда произойдет буксование и как следствие скорость упадет.

– касательная сила на колесе на соответствующей передаче при номинальной скорости вращения.

(*) – запас при нагрузке

Лекция №3

Кинематика ведущего колеса. Динамика.

Три случая качения ведущего колеса:

- Свободное (чистое)

- Качение с буксованием

- Качение со скольжением

Чистое качение:

При чистом качении:

Движение каждой точки при свободном качении

Качение со скольжением:

Качение с буксованием:

- коэффициент буксования

Лекция №4

Динамика ведомого колеса на твердой дороге.

- масса автомобиля

- продольная сила тяги(направление зависит от хар-ра движения)

- продольная реакция поверхности дороги(направление зависит от движения)

- нормальная реакция поверхности дороги

- расстояние, на которое реакция Rz отстоит от оси колеса.

Сумма сил на оси:

– коэффициент сопротивления качения

– сила сопротивления качению

– момент сопротивления качению

Диаграмма гистерезесных потерь:

1. сжатие

2. растяжение

(чем больше площадь между линиями, тем больше потери на внутреннее трение)

При растяжении шина имеет конечное время релаксации.

Кроме шины на гистерезисную петлю влияет тип поверхности.

Шины бывают двух видов:

- радиальные

- диагональные

У радиальной шины коэффициент сопротивления качению меньше, чем у диагональной.

(для диагональных на сухом асфальте)

(для радиальной)

С увеличением гистерезисных потерь (на внутреннее трение) коэффициент сопротивления качения увеличивается.

Гистерезисные потери – это, в конечном счете, тепловые потери.

С увеличением радиуса колеса коэффициент сопротивления качению уменьшается (зависит от поверхности дороги и давления шин)

зависит от скорости:

для диагональной шины

- для радиальной шины

где, табличное значение

С увеличением скорости коэффициент сопротивления качению увеличивается.

Коэффициент сцепления:

где, касательная сила тяги по сцеплению,

прижимная сила.

Сила сцепления колес с дорогой :

где, для сухого асфальта( если асфальт мокрый, то примерно 0.45-0.5; 0.08-0.1 если лед)

Лекция №5

Динамика и КПД ведущего колеса.

Сумма сил на оси:

- касательная сила тяги

– разность касательной силы тяги и сопротивления качения= толкающая сила.

Кпд ведущего колеса:

Используя схему динамики ведущего колеса, получим формулу КПД:

где, КПД, учитывающее потери на качение,

КПД, учитывающее потери на буксование.

Коэффициент потерь на качение:

-коэффициент потерь на качение

если нет буксования, то

Динамика колеса при неустановившемся движении.

Для ведомых:

где, момент инерции.

-момент от сил инерции,

где, линейное ускорение автомобиля,

момент инерции (момент инерции маховика),

передаточное число трансмиссии,

КПД трансмиссии,

момент инерции колес.

Сцепление колес с дорогой:

-касательная сила тяги сцепления

Сила сцепления колес с дорогой в продольном направлении уменьшается на боковых уклонах, вероятность буксования больше(касательная сила тяги больше чем )

С увеличением скорости движения колеса коэффициент сцепления уменьшается.

Схема сил, действующих на автомобиль в общем случае

движения.

сила тяжести.

- угол подъема.

h – высота центра тяжести автомобиля.

- расстояние от центра тяжести до вертикальной оси симметрии колеса.

– высота фаркопа.

– высота приложения результирующей силы аэродинамического сопротивления.

– смещение , вертикальная составляющая реакции.

– вертикальная нормальная реакция переднего колеса.

– вертикальная нормальная реакция заднего колеса.

– сила инерции поступательно движущихся колес.

– продольные реакции ведомого и ведущего колес.

– сила аэродинамического сопротивления.

– сила сопротивления прицепа.

масса, приходящаяся на передние колеса,

масса, приходящаяся на задние колеса,

коэффициент нагрузки передних колес,

коэффициент нагрузки задних колес.

- коэффициент нагрузки передних и задних колес

Составляющая силы тяжести:

где, сила сопротивлению подъема:

на подъеме,

на спуске.

(составляющая силы тяжести нормальная) – действует перпендикулярно дороге.

где, нормальные реакции.

сила инерции, возникающая при неравномерном движении.

где, изменение силы за счет вращающихся частей.

результирующая сила

-коэффициента учета вращающихся масс

где, коэффициент учета вращающихся масс не ведущих колес,

коэффициент учета вращающихся масс ведущих колес,

передаточное число коробки передач.

При движении автомобиля накатом:

Аналогичным образом учитывается влияние вращающихся масс у прицепного состава.

Сила сопротивления воздуха:

где, коэффициент аэродинамического сопротивления,

коэффициент аэродинамического сопротивления

площадь лобовой поверхности

для грузовых автомобилей,

для легковых автомобилей

габаритная высота автомобиля,

ширина колеи.

коэффициент обтекаемости,

(Жигули)

Лекция№6

Горизонтальная сила действующая на передние колеса.

при

-реакция дороги на ведущие колеса

-сила сопротивления качению ведущих колес

- касательная сила на ведущем колесе

Уравнение движения транспортного средства. Условие возможности работы автомобиля.

сила инерции поступательного движения

где, сила сопротивления подъему в гору,

с горы,

разгон,

замедление.

Условия для движения и работы.

1. 

2. 

при

3. 

где, сила сцепления ведущих колес с дорогой,

коэффициент сцепления ведущих колес.

Условия движения(работы) автомобиля

При равномерном движении происходит перераспределение нагрузок на первую и вторую ось автомобиля.

Конечные значения осевых нагрузок отличаются от статических и зависят от: длины автомобиля(+\-), массы автомобиля(+\-), высоты центра тяжести(+\+), величины аэродинамического сопротивления(+\+), величин второго порядка малости(жесткость и ход амортизаторов)

Влияние структуры передаточных чисел трансмиссии на тягово-скоростные свойства АТС.

ещееееееееееее

1. Изометрический ряд

Характеризуется постоянством передаточных отношений.

Лекция №7

Структура передаточных чисел.

Замечание: отношение передаточных чисел и сил обратно отношению скоростей. Касательная сила на колесе при переключении: Рк1

КПД обычно равны

• – (это, по сути, отношение минимального момента к номинальному)

• Замечание1: при геометрическом ряде передаточных чисел коробки передач разница между касательными силами тяги на колесе на каждой передаче.

• , уменьшается.

Замечание2: скорость растет прогрессивно относительно частоты вращения коленчатого вала.

Замечание3: на низших передачах эффективность невысокая(т.к DР очень большая)