Тягово-скоростные свойства автомобиля: лекция по теории автомобиля

Тягово-скоростные свойства
автомобиля
Вопросы:
1. Показатели тягово-скоростных свойств.
2. Силы, действующие на автомобиль при движении.
3. Потери мощности в трансмиссии. КПД трансмиссии
4. Скорость и ускорение автомобиля
5. Реакции дороги, действующие при движении на
колеса автомобиля.
Основные показатели оценки тягово-скоростные свойства
автомобиля:
1. максимальная скорость νмах, км/ч;
2. минимальная устойчивая скорость (на высшей
передаче) νmin, км/ч;
3. время разгона (с места) до максимальной скорости tp, с;
4. путь разгона (с места) до максимальной скорости Sp, м;
5. максимальные и средние ускорения при разгоне (на
каждой передаче) jmax и jcp, м/с2;
6. максимальный преодолеваемый подъем (уклон) на
низшей передаче и при постоянной скорости imax, %;
7. длина динамически преодолеваемого подъема (с
разгона) Sj, м;
8. максимальная сила тяги на крюке (на низшей передаче)
Рс, Н.
2. Силы, действующие на автомобиль при движении
Рисунок 1 - Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении:
а — на горизонтальной дороге; б — на подъеме; в — на спуске
Режимы эксплуатации автомобиля:
 установившееся движение (равномерное),
 разгон (ускоренное),
 торможение (замедленное),
 накат (по инерции).
В условиях города продолжительность движения примерно составляет:
20 % - установившейся режим,
40 % - разгон,
40 % - для торможения и наката.
Рисунок 2 - Схема определения мощности и крутящего момента,
подводимых от двигателя к ведущим колесам автомобиля:
Д – двигатель; М – маховик; Т – трансмиссия; К – ведущие колеса.
Ne — эффективная мощность двигателя;
Nтр — мощность, подводимая к трансмиссии;
Nкол — мощность, подводимая к ведущим колесам;
Jм — момент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент
инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмиссии: маховика, деталей сцепления,
коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).
При разгоне доля мощности, передаваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается
на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии:
dA
 N e - N тр ,
dt
где А — кинетическая энергия вращающихся частей.
J m e2

2
 тр   е  J м е
d e
dt
С учетом потери мощности в трансмиссии подводимая к ведущим колесам
мощность
d e 

 кол   тр тр    е  J м е
 тр
dt


Угловая скорость коленчатого вала двигателя
где
ωе = ωкит,
ωк — угловая скорость ведущих колес;
ит — передаточное число трансмиссии.
Передаточное число трансмиссии
ит = ик·ид·иг,
где ик- передаточное число коробки передач;
ид - передаточное число дополнительной коробки передач;
иг - передаточное число главной передачи.
d к 2
 кол   е тр  J м к
и т тр
dt
 т   е тр
d к 2
 кол   т  J м к
и т тр
dt
Крутящий момент Мк, подводимый от двигателя к ведущим
колесам
d к 2
 кк   ее тр  J мк
ит тр
dt
d к 2
 к   еит тр  J м
ит тр
dt
При установившемся движении автомобиля второй член в
правой части формулы равен нулю.
Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае
называется тяговым.
Мт= Me·ит·ŋтр
d к 2
к  т  Jм
и т тр
dt
3. Потери мощности в трансмиссии. КПД трансмиссии
Потери мощности на трение в трансмиссии
Nтрен = Ne – Nт.
Величина Nтрен включает в себя два вида потерь:
механические и гидравлические.
 т  е   трен
 тр 

е
е
Коэффициент полезного действия трансмиссии
ŋтр = ŋк·ŋкар· ŋд· ŋг ,
где ŋк, ŋкар, ŋд, ŋг — КПД соответственно коробки передач, карданной
передачи, дополнительной коробки передач и главной передачи.
Для автомобилей, имеющих в трансмиссии гидравлические передачи, КПД
трансмиссии равен:
ŋтр = ŋм ·ŋг.
4. Скорость и ускорение автомобиля
Различают следующие радиусы колеса:
 статический rс,
 динамический rд,
 радиус качения rкач.
Статическим радиусом называется расстояние от оси неподвижного
колеса до поверхности дороги.
Динамическим радиусом называется расстояние от оси катящегося
колеса до поверхности дороги.
Радиусом качения называется отношение линейной скорости оси
колеса к его угловой скорости:
Sк
к
r

кач
rкач 
2nк

к
где пк — число полных оборотов колеса; SK - путь, пройденный колесом за
полное число оборотов.
При полном буксовании колеса (SK = 0) радиус качения rкач = 0, а при полном
скольжении (nк = 0) rкач →∞.
Рисунок 4 - Радиусы колеса
Линейная скорость колеса
vK = rKωK,
где rK - радиус колеса, м;
ωк — угловая скорость колеса, рад/с.
Радиус колеса
rk = 0,5d + λш Вш ,
где d — диаметр обода колеса, м;
Вш — высота профиля шины, м;
λш = 0,8...0,9 - коэффициент смятия шины.
Скорость автомобиля при его прямолинейном движении равна линейной
скорости колеса
v = vK.
С учетом переводного коэффициента скорость автомобиля, км/ч:
v  3,6  v K  3,6rкк  3,6rк
Ускорение автомобиля
d k
d k
j
 rk
dt
dt
е
ит
5. Реакции дороги, действующие при движении на колеса
автомобиля
Рисунок 5 - Силы, действующие на
ведущее
колесо при качении по
недеформируемой дороге: О — центр
колеса
Pz – вертикальная нагрузка на колесо;
Рх — продольная сила;
М' — момент, подводимый к колесу от полуоси или тормозного барабана.
Pz — нормальная реакция дороги. Точка приложения нормальной реакции
смещена относительно оси колеса на некоторую величину аш из-за большей
деформации шины в набегающей на дорогу части, чем в сбегающей с дороги.
Рх — касательная реакция дороги.
Уравнение моментов относительно оси колеса:
d k
jк 
  ,  R x rk  R z aш
dt
где Jк — момент инерции колеса относительно оси вращения.
Касательная реакция дороги
a ш J k d k
,
Rx 
 Rz

rk
rk
rk dt
aш
 f
rk
Jk
,
Rx 
 Rz f 
j
rk
rk
Рисунок 6 - Силы, действующие на ведомое (а) и тормозящее (б) колеса при
качении по недеформируемой дороге
Режимы качения колеса
Тяговый режим характерен для ведущего колеса.
R x  Pт  R z f 
где
Рт 
т
тяговая сила.
rk
J м и т2  тр  J k
rk2
j
Ведомый режим характерен для ведомого колеса.
Касательная реакция дороги

Jk 
R x   R z f  2 j 
rк 

Тормозной режим является характерным для тормозящего колеса (ведущего,
ведомого).
 М тор
J 
R x  
 R z f  2k j 
rк 
 rk
Момент М' равен тормозному моменту М' = Мтор