Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Вопрос 3. Силы сопротивления движению

 

Сила сопротивления качению для автомобиля, движущегося по плоской поверхности (см.рис.1): Pк= f·ma·g·cosα. (10)

f - коэффициент сопротивления качению; mа - масса автомобиля; g - ускорение свободного падения; α – угол уклона.

Эта сила зависит от деформации шины и дороги, а также от трения шины о покрытие. Во время качения колеса между частями шины вследствие их деформации возникает трение, и выделяющаяся теплота рассеивается, что приводит к потере энергии. Она (эта сила) является суммой сил сопротивления качению, приложенных ко всем колесам на поверхностях их контакта с дорогой. При движении накатом Рк = ΣRx.

Сила сопротивления подъему (см.рис.1)

Pп=ma·g·sinα ≈ ma·g i. (11)

Эта сила, как и все массовые силы, приложена к центру масс.

Крутизну подъема характеризуют углом α, град, или уклоном дороги i, который выражается как отношение превышения к заложению (длине уклона).

При i<32% (180) можно принимать (ошибка не более 5%) cosα ≈1 и α≈sinα ≈ tgα ≈i. На дорожных знаках указывают значения i в %. Для спуска следует брать -i, для подъема - +i. На спуске сила Рп является движущей, способствующей разгону автомобиля.

Обычно для автострад i < 6% (3,5°), для горных дорог i не более 12% (7°), редко до 32% (18°). Для сравнения: у железных дорог обычно i не более 3,2%.

Сила сопротивления дороги - это сумма сил со­противления качению и подъему Рд= Рк+ Рп= (f+i)mа g = ψ mа g (12)

Коэффициент f и уклон i дороги в совокупности характеризуют качество дороги, поэтому введено понятие о силе сопротивления дороги. Выражение в скобках называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают буквой ψ.

Сила сопротивления воздуха. Автомобиль во время движения перемещает частицы окружающего воздуха, и в каждой точке поверхности автомобиля в результате соприкосновения ее с окружающей средой возникают элементарные силы, перпендикулярные к поверхности и касательные к ней. Касательные силы являются силами трения. Нормальные силы создают давление на поверхность автомобиля.

Сила сопротивления воздуха вдоль оси X

Pв= 0,5cxρвFv2= kвFv2=Wв v2, (13)

где сx - безразмерный коэффициент сопротивления воздуха вдоль оси X, ρв - плотность воздуха (1,22 кг/м3 при нормальных атмосферных условиях: температура 15°С, давление 760 мм рт.ст., относительная влажность воздуха 50%), F - лобовая площадь, т.е. площадь фронтальной проекции автомобиля, v - скорость обтекания воздухом автомобиля (при встречном ветре v = va + vв, при попутном ветре v = va - vв), kв - коэффициент обтекаемости, Wв - фактор обтекаемости.

Полную аэродинамическую силу Рw (с учетом боковой Рwy, и ве­ртикальной Pwz составляющих) определяют по формуле (13), с заменой cх на сw и v на vw. Коэффициенты сx, cy, cz определяют опытным путем для конкретного автомобиля. Обычно сx легковых автомобилей равен 0,3…0,5, автобусов - 0,6…0,8, грузовых автомобилей - 0,8…1,0, автопоездов - 1,3…1,5, мотоцикла с мотоциклистом - 1,5…1,8, тело наилучшего обтекания (капля) - 0,1.

Приближенно для грузовых автомобилей F = В·Нг для легковых - F=0.8Bг·Hг, где В - колея, Вг и Нг - габаритные ширина и высота.

При взаимодействии автомобиля и воздуха также возникает вертикальная сила. У серийных автомобилей эта сила обычно направлена вверх и называется подъемной. У скоростных автомобилей (гоночных, спортивных) благодаря специальной форме кузова эта сила направлена вниз и увеличивает силу сцепления шин с дорогой. При скоростях до 120 км/ч вертикальная сила невелика, и ее можно не учитывать в расчетах.

Сипа Рв складывается из сопротивлений: формы (50…60%), внутреннего (10…15%), поверхностного трения (5…10%), выступающих частей (до 15%), индуктируемых от боковой и вертикальной составляющих (5…10%).

Сила инерционного сопротивления (вдоль оси X) для тех случаев, когда автомобиль можно представить в виде одномассовой системы, определяется по уравнению (1). Найдем условия, при которых это возможно, а также зависимость для коэффициента учета вращающихся масс δвр, представив автомобиль в виде двухмассовой системы, между двумя частями которой находится в общем случае коробка передач любого типа. Тогда (без учета упругости звеньев и буксования ведущих колес) ее исходная математическая модель будет состоять из двух уравнений:

J1ε1=Me-M1, (14)

J2ε2=M2-Mc,

где J1 и J2 - моменты инерции, приведенные к ведущему (в основном это ведущие части сцепления, включая маховик двигателя) и ведомому (в основном это масса автомобиля та и моменты инерции всех его колес ΣJк) валам коробки передач; Ме, M1, М2 - крутящие моменты двигателя, ведущего и ведомого валов коробки передач; Мс - момент сопротивления движению, приведенный к ведомому валу коробки передач; ε1= dω1 /dt и ε2= dω2/dt - ускорения ведущего и ведомого валов коробки передач.

Умножив первое из исходных уравнений на силовое передаточное число коробки передач uс = М21 = ηкпuкп, где ηкп - КПД коробки передач, uкп12 - кинематическое передаточное число коробки передач, и вычтя из второго уравнения первое, получим Meuc= Mc+ J2ε2 + uсJ1ε1.

Умножив левую и правую части этого уравнения на uоη′тр/rк где uо - кинематическое передаточное число главной передачи, η′тр - КПД трансмиссии без КПД коробки передач, и имея в виду, что J2 = (mа rк2 + ΣJк)/(uо2η′тр) получим уравнение силового баланса в виде Рт = Рс + Ри, где Рт - сила тяги на ведущих колесах (без учета затрат энергии на разгон маховика); Рс - сумма сил сопротивления дороги и воздуха (при трогании с места и на начальной фазе разгона сопротивлением воздуха можно пренебречь); Ри = δвр mаjа - суммарная инерционная сила сопротивления, причем δвр - коэффициент учета вращающихся масс, имеющий вид

δвр =1+ (J1uкпuдu02ηтр + ΣJк)/(mаrк2) (15)

где ηтр = η′тр ηкп - КПД всей трансмиссии, uд = ε12=dω1/ dω2 - так назы­ваемое динамическое передаточное число коробки передач. Для механических ступенчатых коробок передач при включенной передаче uд = uкп и тогда уравнение (15) принимает вид

δвр =1+ (J1uкп2u02ηтр + ΣJк)/(mаrк2),

которое можно использовать в виде

δвр =1+ δ uкп2 + δ, (16)

причем в расчетах можно принимать δ = δ = 0,02…0,04, но для автопоезда δ = 0,03 mа/mап, где mап - масса автопоезда.

Таким образом, автомобиль при движении можно рассматривать как одномассовую систему только в том случае, когда между двигателем и ведущими колесами существует жесткая кинематическая связь, т.е. только при ступенчатой механической коробке передач с включенной конкретной передачей. При трогании с места с буксующим сцеплением, при переключении передач с использованием синхронизаторов или фрикционов, при движении с бесступенчатой передачей, например, с гидротрансформатором следует рассматривать автомобиль как минимум в виде двухмассовой системы и использовать уравнения вида уравнений (14). При исследовании формирования динамических нагрузок или вибраций используют многомассовые системы.

Сила сопротивления в сцепномустройстве Ркр учитывается только в том случае, если рассматривается отдельно движение тягача, и отдельно - прицепа (полуприцепа). Тогда в тяговом режиме Ркр для тягача является силой сопротивления движению, а для прицепа (полуприцепа) - движущей силой.

Сила сопротивления в трансмиссии Ртр, приведенная к ведущим колесам, складывается в основном из потерь трения (в зубчатых зацеплениях, карданных шарнирах, подшипниках) и потерь на взбалтывание масла (в коробке передач, главной передаче, раздаточной коробке). Можно принять

Ртртро+kтрvа, (17)

где в первом приближении можно принять Ртро = 0,06Меmax/rк [Н] и kтр=0,01Меmax/rк [Н·с/м].

Иногда используют момент трения, приведенный к ведущим колесам

Мтр = Меuтр(1-ηн) + Мхх,

где ηн - общий КПД пар трения, причем ηн = 0,98k·0.97l·0,99m, k,l,m -соответственно числа пар цилиндрических и конических шестерен и число карданных шарниров, передающих на данной передаче крутящий момент, Мхх - момент сопротивления трансмиссии при Ме = 0.

Коэффициент полезного действия трансмиссии (КПД)

Мощность от двигателя к ведущим колесам передается агрегатами трансмиссии. Часть мощности при этом затрачивается на преодоление трения в зацеплениях зубчатых колес коробки передач и главной передачи ведущего моста, в карданных шарнирах, подшипниках и манжетах, на преодоление трения зубчатых колес о масло и на его разбрызгивание.

В общем случае КПД - это отношение мощности на ведомом валу к мощности на ведущем

η=Nвм /Nвщ =ū/u, (18)

где ū = Mвм /Mвщ - силовое передаточное число, u = ωвщвм - кинема­тическое передаточное число. Потери могут быть силовыми (потери момента) или кинематическими (потери из-за проскальзывания, пробуксовывания). Считая, что в трансмиссии все потери только силовые, из двух предыдущих уравнений получим (рис.5)

ηтр= ηне – Мхх/uтр) Меmax. (19)

Обычно считают, что ηтр= ηн =const, при Ме>0,3 Меmax и принимают ηтр для легковых автомобилей 0,92, для грузовых и автобусов - 0,86…0,88.

Рис. 5.Зависимость кпд трансмиссии от момента

 

Коэффициент полезного действия трансмиссии не остается постоянным в течение всего срока службы автомобиля. После выпуска автомобиля с завода в период обкатки детали трансмиссии и ходовой части прирабатываются, и КПД в это время увеличивается. Затем довольно длительное время он остается приблизительно постоянным, после чего в результате изнашивания деталей и образования чрезмерных зазоров начинает уменьшаться. После капитального ремонта автомобиля и последующей приработки деталей КПД трансмиссии снова возрастает, но уже не достигает прежнего значения.

Таким образом, при анализе скоростных свойств силу сопротивления в трансмиссии учитывают обычно через постоянное значение КПД.

Сравнение сил сопротивления движению приводит к выводам:

1. Сопротивления качению и воздуха имеются при любых условиях движения. Автомобиль может двигаться с ускорением или преодолевать подъемы только, когда есть избыточная тяговая сила.

2. Все силы сопротивления, кроме силы сопротивления воздуха (и трансмиссии), пропорциональны массе автомобиля.

3 Сопротивления качению и воздуха зависят от скорости движения, особенно при больших скоростях, а сопротивления подъему и инерционное (вдоль оси X) - не зависят.

4. Чем меньше масса транспортного средства, тем при меньших скоростях движения сила сопротивления воздуха становится равной силе сопротивления качению (приблизительно для легковых автомобилей - при 50 км/ч, для грузовых - при 90 км/ч). Сила сопротивления воздуха составляет 80% от суммы сил сопротивления для велосипеда при скорости около 30 км/ч, а для легкового автомобиля - около 110 км/ч.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте основные определения теории автомобиля: основное назначение автомобиля; автомобиль; теория автомобиля; качество и свойство автомобиля; движитель.

2. Чем определяется эффективность функционирования автомобиля? Какими обобщенными критериями она оценивается?

3. Расскажите о функциональных и эксплуатационных свойствах автомобиля.

4. Что используют для оценки эксплуатационных свойств автомобиля.

5. Расскажите о типах движетелей.

6. Расскажите о силах, действующих на автомобиль.

7. Какие допущения используют в модели системы внешних сил и моментов, действующих на автомобиль при прямолинейном движении?

8. Расскажите о радиусах и режимах качения автомобильного колеса.

9. Расскажите о коэффициенте сцепления.

10. Расскажите о коэффициенте сопротивления качению.

11. Расскажите о силах сопротивления движению автомобиля.

12. Расскажите о коэффициенте полезного действия трансмиссии.

 

Литература:

1.Обязательная

1. Тарасик В. П. Теория движения автомобиля: Учебник для вузов. - СПб. БХВ-Петербург, 2006. - 478 с: ил.

2. Нарбут А.Н. Теория автомобиля: Учебное пособие. - М., МАДИ (ГТУ), 2002. -71с.

2. Дополнительная

1. Вахламов В. К. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/В.К.Вахламов, М.Г.Шатров, А.А.Юрчевский; Под ред. А.А.Юрчевского. - М.: Издательский центр «Академия», 2003.- 816с.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:1272

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.