2 Тяговый баланс автомобиля
Тяговый
баланс автомобиля – это совокупность
графиков зависимостей силы тяги на
ведущих колесах
, [Н] (на различных
передачах), а также суммы сил сопротивления
качению
, [Н] и воздуха
, [Н] от скорости
движения автомобиля
, [км/ч];
Расчет
сил тяги на колесах для каждой передачи
, [Н]:
,
(7)
где 
– коэффициент полезного действия
трансмиссии;
–передаточное
число трансмиссии;
–радиус
качения колеса, [м].
,
(8)
где 
– передаточное число коробки переменных
передач;
–передаточное
число раздаточной коробки, на данном
автомобиле раздаточная коробка
отсутствует;
–передаточное
число главной передачи.
Радиус
качения колеса
, [м] для
диагональной шины определяется следующим
образом:
КПД
трансмиссии
определяется:
,
(9)
где
L
– число пар цилиндрических шестерен в
трансмиссии автомобиля, через которые
передается крутящий момент на
-той передаче;
M– число пар конических или гипоидных шестерен;
K – число карданных шарниров.
Расчет
скорости движения автомобиля для каждой
передачи
, [км/ч]:
(10)
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-ой передаче:
[м]
[Н]
[км/ч]
Расчеты сил тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-ой высшей, 2-ой, 3-ей, 4-ой и 5-ой передачах проводятся аналогично, с учетом изменения КПД и передаточного числа трансмиссии. Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля сводятся в таблицу 2.
Расчет
силы сопротивления качению колес
автомобиля по дорожному покрытию
, [Н]:
,
(11)
где 
- полная масса автомобиля, [кг];
=
9,81 – ускорение свободного падения,
[м/с2];
-
коэффициент сопротивления качению
автомобильного колеса.
,
(12)
где 
= 0,018 – коэффициент сопротивления качению
колес автомобиля по асфальтобетону;
=
0,03 - коэффициент сопротивления качению
колес автомобиля по грунтовой дороге.
Расчет
коэффициента сопротивления качению
колеса
и силы
сопротивления качению колес автомобиля
по асфальтобетону
, при скорости
0 [км/ч]:
[Н]
Расчет
коэффициента сопротивления качению
колеса
и силы
сопротивления качению колес автомобиля
по грунтовой дороге
,
при скорости 0 [км/ч]:
[Н]
Значения сил сопротивления качению колес автомобиля сводим в таблицу 3.
Расчет
силы сопротивления воздуха действующей
на автомобиль
, [Н]:
,
(13)
где 
- коэффициент обтекаемости формы
автомобиля, [кг/м3];
-
площадь МИДЕЛЯ – площадь проекции
автомобиля на плоскость перпендикулярную
продольной оси, [м2].
,
где 
- коэффициент аэродинамического
сопротивления;
=
1,225[кг/м3]
– плотность воздуха.
,
[м2]
где 
- наибольшая ширина автомобиля, [м];
-
наибольшая высота автомобиля, [м].
[кг/м3]
[м2]
Расчет
силы сопротивления воздуха действующей
на автомобиль
, при скорости
0 [км/ч]:
[Н]
Значения сил сопротивления воздуха автомобиля сводятся в таблицу 3.
Определение значений предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой, Н:
,
где
- масса
автомобиля, приходящаяся на его ведущие
колеса, для данного автомобиля
, [кг].
Значения коэффициентов сцепления:
= 0,2 - укатанная снежная дорога;
= 0,4 - мокрый асфальтобетон;
= 0,6 - сухая грунтовая дорога;
= 0,8 - сухой асфальтобетон.
при
[Н]
при
[Н]
при
[Н]
при
[Н]
Таблица 2 – Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля УРАЛ-44202
|
|
1 передача в КП и 1 передача в РК: КПД трансмиссии – тр = 0,799; передаточное число трансмиссии – Uтр = 88,29; радиус качения колеса - rк = 0,5661 м. |
1 передача в КП и 2 передача в РК: КПД трансмиссии – тр = 0,799; передаточное число трансмиссии – Uтр = 53,38; радиус качения колеса - rк = 0,5661 м. | |||||
|
Значения частот вращения ne, [об/мин] |
Параметры тягового баланса автомобиля |
Параметры тягового баланса автомобиля | |||||
|
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Момент НЕТТО, Me'[Н м] |
Fк - сила тяги на калесах, [Н] |
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Момент НЕТТО, Me'[Н м] |
Fк - сила тяги на калесах, [Н] | ||
|
420 |
0,84 |
525,69 |
79231,89 |
1,39 |
525,69 |
47907,65 | |
|
569 |
1,14 |
576,11 |
86831,82 |
1,88 |
576,11 |
52502,96 | |
|
718 |
1,43 |
619,59 |
93385,61 |
2,37 |
619,59 |
56465,72 | |
|
866 |
1,73 |
656,14 |
98893,26 |
2,86 |
656,14 |
59795,92 | |
|
1015 |
2,03 |
685,74 |
103354,76 |
3,35 |
685,74 |
62493,57 | |
|
1164 |
2,33 |
708,40 |
106770,11 |
3,85 |
708,40 |
64558,67 | |
|
1313 |
2,62 |
724,12 |
109139,32 |
4,34 |
724,12 |
65991,22 | |
|
1461 |
2,92 |
732,89 |
110462,39 |
4,83 |
732,89 |
66791,21 | |
|
1610 |
3,22 |
734,73 |
110739,31 |
5,32 |
734,73 |
66958,65 | |
|
1759 |
3,51 |
729,63 |
109970,08 |
5,81 |
729,63 |
66493,54 | |
|
1908 |
3,81 |
717,58 |
108154,71 |
6,30 |
717,58 |
65395,87 | |
|
2056 |
4,11 |
698,56 |
105287,51 |
6,80 |
698,56 |
63662,22 | |
|
2095 |
4,19 |
692,55 |
104382,15 |
6,92 |
692,55 |
63114,79 | |
|
2205 |
4,41 |
0 |
0 |
7,29 |
0 |
0 | |
Таблица 2 – Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля УРАЛ-44202
|
|
2 передача в КП и 2 передача в РК: КПД трансмиссии – тр = 0,799; передаточное число трансмиссии – Uтр = 27,5; радиус качения колеса - rк = 0,5661 м. |
3 передача в КП и 2 передача в РК: КПД трансмиссии – тр = 0,799; передаточное число трансмиссии – Uтр = 15,6; радиус качения колеса - rк = 0,5661 м. | ||||||
|
Значения частот вращения ne, [об/мин] |
Параметры тягового баланса автомобиля |
Параметры тягового баланса автомобиля | ||||||
|
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Момент НЕТТО, Me'[Н м] |
Fк - сила тяги на калесах, [Н] |
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Момент НЕТТО, Me'[Н м] |
Fк - сила тяги на калесах, [Н] | |||
|
420 |
2,52 |
525,69 |
26399,68 |
4,79 |
525,69 |
13898,65 | ||
|
569 |
3,41 |
576,11 |
28931,94 |
6,48 |
576,11 |
15231,82 | ||
|
718 |
4,30 |
619,59 |
31115,63 |
8,18 |
619,59 |
16381,46 | ||
|
866 |
5,20 |
656,14 |
32950,75 |
9,87 |
656,14 |
17347,60 | ||
|
1015 |
6,09 |
685,74 |
34437,30 |
11,57 |
685,74 |
18130,23 | ||
|
1164 |
6,98 |
708,40 |
35575,28 |
13,26 |
708,40 |
18729,34 | ||
|
1313 |
7,87 |
724,12 |
36364,69 |
14,96 |
724,12 |
19144,94 | ||
|
1461 |
8,77 |
732,89 |
36805,53 |
16,65 |
732,89 |
19377,03 | ||
|
1610 |
9,66 |
734,73 |
36897,80 |
18,35 |
734,73 |
19425,61 | ||
|
1759 |
10,55 |
729,63 |
36641,50 |
20,04 |
729,63 |
19290,67 | ||
|
1908 |
11,44 |
717,58 |
36036,62 |
21,74 |
717,58 |
18972,22 | ||
|
2056 |
12,33 |
698,56 |
35081,29 |
23,43 |
698,56 |
18469,27 | ||
|
2095 |
12,56 |
692,55 |
34779,62 |
23,87 |
692,55 |
18310,45 | ||
|
2205 |
13,23 |
0 |
0 |
25,12 |
0 |
0 | ||
Таблица 2 – Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля УРАЛ-44202
|
|
4 передача в КП и 2 передача в РК: КПД трансмиссии – тр = 0,815; передаточное число трансмиссии – Uтр = 9,51; радиус качения колеса - rк = 0,5661 м. |
5 передача в КП и 2 передача в РК: КПД трансмиссии – тр = 0,799; передаточное число трансмиссии – Uтр = 6,88; радиус качения колеса - rк = 0,5661 м. | |||||||
|
Значения частот вращения ne, [об/мин] |
Параметры тягового баланса автомобиля |
Параметры тягового баланса автомобиля | |||||||
|
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Момент НЕТТО, Me'[Н м] |
Fк - сила тяги на калесах, [Н] |
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Момент НЕТТО, Me'[Н м] |
Fк - сила тяги на калесах, [Н] | ||||
|
420 |
8,56 |
525,69 |
7920,10 |
10,98 |
525,69 |
6056,40 | |||
|
569 |
11,59 |
576,11 |
8679,80 |
14,88 |
576,11 |
6637,33 | |||
|
718 |
14,63 |
619,59 |
9334,92 |
18,77 |
619,59 |
7138,29 | |||
|
866 |
17,66 |
656,14 |
9885,47 |
22,66 |
656,14 |
7559,29 | |||
|
1015 |
20,69 |
685,74 |
10331,44 |
26,55 |
685,74 |
7900,32 | |||
|
1164 |
23,72 |
708,40 |
10672,85 |
30,43 |
708,40 |
8161,39 | |||
|
1313 |
26,75 |
724,12 |
10909,67 |
34,33 |
724,12 |
8342,49 | |||
|
1461 |
29,79 |
732,89 |
11041,93 |
38,22 |
732,89 |
8443,62 | |||
|
1610 |
32,82 |
734,73 |
11069,61 |
42,11 |
734,73 |
8464,79 | |||
|
1759 |
35,85 |
729,63 |
10992,72 |
46,00 |
729,63 |
8405,99 | |||
|
1908 |
38,88 |
717,58 |
10811,25 |
49,89 |
717,58 |
8267,23 | |||
|
2056 |
41,91 |
698,56 |
10524,64 |
53,78 |
698,56 |
8048,06 | |||
|
2095 |
42,70 |
692,55 |
10434,14 |
54,79 |
692,55 |
7978,85 | |||
|
2205 |
44,95 |
0 |
0 |
57,67 |
0 |
0 | |||
Таблица 3 – Значения сил сопротивления движению автомобиля УРАЛ -44202
|
Исходные данные для расчета: масса автомобиля – ma= 14560 кг; мидель автомобиля – Sx= 5,2 м2; коэффициент обтекаемости формы – Кв = 0,637 кг/м3. | |||||||
|
Vа, [км/ч] |
Параметры сопротивления движению автомобиля | ||||||
|
f1 |
Ff1, [Н] |
f2 |
Ff2, [Н] |
Fw, [Н] |
Fw+Ff1, [Н] |
Fw+Ff2, [Н] | |
|
0 |
0,018 |
2568,384 |
0,003 |
428,064 |
0 |
2568,38 |
428,07 |
|
10 |
0,0181 |
2582,653 |
0,003 |
428,064 |
28,213 |
2610,87 |
428,07 |
|
20 |
0,0184 |
2625,459 |
0,0031 |
442,3328 |
112,851 |
2738,31 |
442,34 |
|
30 |
0,0188 |
2682,534 |
0,0031 |
442,3328 |
253,915 |
2936,45 |
442,34 |
|
40 |
0,0194 |
2768,147 |
0,0032 |
456,6016 |
451,405 |
3219,55 |
456,60 |
|
50 |
0,0203 |
2896,566 |
0,0034 |
485,1392 |
705,320 |
3601,89 |
485,14 |
|
60 |
0,0212 |
3024,986 |
0,0035 |
499,408 |
1015,661 |
4040,65 |
499,41 |
|
70 |
0,0224 |
3196,211 |
0,0037 |
527,9456 |
1382,428 |
4578,64 |
527,95 |
|
80 |
0,0238 |
3395,974 |
0,004 |
570,752 |
1805,620 |
5201,59 |
570,76 |
|
90 |
0,0253 |
3610,006 |
0,0042 |
599,2896 |
2285,238 |
5895,24 |
599,29 |
3 ДИНАМИЧЕСКИЙ ФАКТОР АВТОМОБИЛЯ
Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля и графика контроля буксования его колес. Динамический фактор автомобиля дает представление о динамических свойствах автомобиля при заданных дорожных условиях и нагрузке автомобиля.
Динамическая
характеристика - это зависимость
динамического фактора автомобиля с
полной нагрузкой от скорости его
движения
. Динамическим
фактором
автомобиля
называется отношение разности силы
тяги и силы сопротивления воздуха к
весу автомобиля:
(14)
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха
, [Н] на 1-ой
передаче:
[Н]
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 1-ой пониженной передаче сводятся в таблицу 4.
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха
, [Н] на 1-ой
высшей передаче:
[Н]
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 1-ой высшей передаче сводятся в таблицу 4.
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха
, [Н] на 2-ой
передаче:
[Н]
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 2-ой передаче сводятся в таблицу 4.
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха
, [Н] на 3-ей
передаче:
[Н]
Значения
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха на 3-ей повышенной передаче
сводятся в таблицу 4.
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха
, [Н] на 4-ой
передаче:
[Н]
Значения
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха на 4-ой повышенной передаче
сводятся в таблицу 4.
Расчет
динамического фактора и силы сопротивления
воздуха
, [Н] на 5-ой
передаче:
[Н]
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 5-ой повышенной передаче сводятся в таблицу 4.
Расчет
суммарного коэффициента сопротивления
дороги
С
учетом того, что автомобиль движется
по ровной, горизонтальной поверхности
дороги (угол α=0), то
.
(15)
Значения
коэффициентов сопротивления качению
колес
по асфальтобетону
и по грунтовой дороге
найденных
ранее берутся из таблицы 3.
Значения
коэффициента суммарного сопротивления
движения автомобиля по асфальтобетону
и по грунтовой
дороге
сводятся в
таблицу 5.
Масштаб для номограммы нагрузок:
,
(16)
где aa – масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой;
m0 – масса автомобиля в снаряжённом состоянии (без груза)
ma – полная масса автомобиля, [кг].
[мм]
Таблица 4 – Значения параметров динамического фактора автомобиля УРАЛ-44202
|
|
Исходные данные для расчета: Масса автомобиля ma=14560 кг; | |||||
|
Значения частот вращения ne, [об/мин] |
Параметры тягового баланса автомобиля на 1-ой пониженной передаче |
Параметры тягового баланса автомобиля на 1-ой высшей передаче | ||||
|
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Fw - сила сопротив.воздуха, [Н] |
D1 – динамич. фактор |
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Fw - сила сопротив.воздуха, [Н] |
D2 – динамич. фактор | |
|
420 |
0,84 |
0,18 |
0,5547 |
1,39 |
0,50 |
0,3354 |
|
569 |
1,14 |
0,34 |
0,6079 |
1,88 |
0,91 |
0,3676 |
|
718 |
1,43 |
0,53 |
0,6538 |
2,37 |
1,45 |
0,3953 |
|
866 |
1,73 |
0,77 |
0,6924 |
2,86 |
2,11 |
0,4186 |
|
1015 |
2,03 |
1,06 |
0,7236 |
3,35 |
2,90 |
0,4375 |
|
1164 |
2,33 |
1,40 |
0,7475 |
3,85 |
3,82 |
0,4520 |
|
1313 |
2,62 |
1,77 |
0,7641 |
4,34 |
4,86 |
0,4620 |
|
1461 |
2,92 |
2,20 |
0,7733 |
4,83 |
6,02 |
0,4676 |
|
1610 |
3,22 |
2,68 |
0,7753 |
5,32 |
7,30 |
0,4687 |
|
1759 |
3,51 |
3,18 |
0,7699 |
5,81 |
8,71 |
0,4655 |
|
1908 |
3,81 |
3,75 |
0,7572 |
6,30 |
10,24 |
0,4578 |
|
2057 |
4,11 |
4,36 |
0,7371 |
6,80 |
11,93 |
0,4456 |
|
2095 |
4,19 |
4,53 |
0,7308 |
6,92 |
12,36 |
0,4418 |
|
2205 |
4,41 |
5,02 |
0 |
7,29 |
13,71 |
0 |
Таблица 4 – Значения параметров динамического фактора автомобиля УРАЛ-44202
|
|
Исходные данные для расчета: Масса автомобиля ma=14560 кг; | |||||
|
Значения частот вращения ne, [об/мин] |
Параметры тягового баланса автомобиля на 2-ой передаче |
Параметры тягового баланса автомобиля на 3-ей передаче | ||||
|
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Fw - сила сопротив.воздуха, [Н] |
D3 – динамич. фактор |
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Fw - сила сопротив.воздуха, [Н] |
D4 – динамич. фактор | |
|
420 |
2,52 |
1,64 |
0,1848 |
4,79 |
5,92 |
0,0973 |
|
569 |
3,41 |
3,00 |
0,2025 |
6,48 |
10,84 |
0,1066 |
|
718 |
4,30 |
4,77 |
0,2178 |
8,17 |
17,22 |
0,1146 |
|
866 |
5,20 |
6,98 |
0,2306 |
9,87 |
25,14 |
0,1213 |
|
1015 |
6,09 |
9,57 |
0,2410 |
11,56 |
34,48 |
0,1267 |
|
1164 |
6,98 |
12,57 |
0,2490 |
13,26 |
45,37 |
0,1308 |
|
1313 |
7,87 |
15,98 |
0,2545 |
14,95 |
57,67 |
0,1336 |
|
1461 |
8,76 |
19,80 |
0,2575 |
16,65 |
71,54 |
0,1352 |
|
1610 |
9,66 |
24,08 |
0,2582 |
18,34 |
86,79 |
0,1354 |
|
1759 |
10,55 |
28,72 |
0,2563 |
20,04 |
103,63 |
0,1343 |
|
1908 |
11,44 |
33,77 |
0,2521 |
21,73 |
121,85 |
0,1320 |
|
2057 |
12,34 |
39,29 |
0,2453 |
23,43 |
141,66 |
0,1283 |
|
2095 |
12,56 |
40,71 |
0,2432 |
23,87 |
147,03 |
0,1272 |
|
2205 |
13,23 |
45,17 |
0 |
25,12 |
162,83 |
0 |
Таблица 4 – Значения параметров динамического фактора автомобиля УРАЛ-44202
|
|
Исходные данные для расчета: Масса автомобиля ma=14560 кг; | |||||
|
Значения частот вращения ne, [об/мин] |
Параметры тягового баланса автомобиля на 4-ой передаче |
Параметры тягового баланса автомобиля на 5-ой передаче | ||||
|
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Fw - сила сопротив.воздуха, [Н] |
D3 – динамич. фактор |
Vа- скорость автомобиля, [км/ч] |
Fw - сила сопротив.воздуха, [Н] |
D4 – динамич. фактор | |
|
420 |
8,57 |
18,95 |
0,0553 |
10,98 |
31,11 |
0,0422 |
|
569 |
11,60 |
34,72 |
0,0605 |
14,87 |
57,06 |
0,0461 |
|
718 |
14,63 |
55,23 |
0,0650 |
18,76 |
90,82 |
0,0493 |
|
866 |
17,67 |
80,57 |
0,0686 |
22,65 |
132,38 |
0,0520 |
|
1015 |
20,70 |
110,57 |
0,0716 |
26,54 |
181,76 |
0,0540 |
|
1164 |
23,73 |
145,31 |
0,0737 |
30,43 |
238,94 |
0,0555 |
|
1313 |
26,77 |
184,92 |
0,0751 |
34,32 |
303,94 |
0,0563 |
|
1461 |
29,80 |
229,15 |
0,0757 |
38,21 |
376,75 |
0,0565 |
|
1610 |
32,83 |
278,12 |
0,0756 |
42,09 |
457,14 |
0,0561 |
|
1759 |
35,87 |
332,01 |
0,0746 |
45,98 |
545,55 |
0,0550 |
|
1908 |
38,90 |
390,47 |
0,0730 |
49,87 |
641,76 |
0,0534 |
|
2057 |
41,94 |
453,89 |
0,0705 |
53,77 |
746,06 |
0,0511 |
|
2095 |
42,72 |
470,93 |
0,0698 |
54,77 |
774,07 |
0,0504 |
|
2205 |
44,97 |
521,84 |
0 |
57,65 |
857,61 |
0 |
Таблица 5 – Значения коэффициентов суммарного сопротивления движению автомобиля УРАЛ-44202
|
Значения скорости автомобиля - Vа, [км/ч] |
Параметры сопротивления движению автомобиля | |
|
Ѱ1 - коэф. суммарного сопротивления движения автомобиля по асфальтобетону |
Ѱ2 - коэф. суммарного сопротивления движения автомобиля по грунтовой дороге | |
|
0 |
0,018 |
0,003 |
|
10 |
0,0181 |
0,003 |
|
20 |
0,0184 |
0,0031 |
|
30 |
0,0188 |
0,0031 |
|
40 |
0,0194 |
0,0032 |
|
50 |
0,0203 |
0,0034 |
|
60 |
0,0212 |
0,0035 |
|
70 |
0,0224 |
0,0037 |
|
80 |
0,0238 |
0,004 |
|
90 |
0,0253 |
0,0042 |