ЛЕКЦИЯ 3 Коэффициент полезного действия автомобиля; тяговая характеристика и уравнение движения автомобиля.

ЛЕКЦИЯ 3
Коэффициент полезного действия автомобиля; тяговая характеристика и уравнение
движения автомобиля.
Цель: изучить влияние конструктивных факторов на потери мощности в трансмиссии и
ходовой части автомобиля, а также параметры тяговой характеристик.
.
Продолжительность лекции 2 часа.
Взаимодействие автомобиля с дорогой и окружающей средой сопровождается
затратами энергии, которые можно разделить нв несколько групп:
- затраты на сопротивление качению (теоретические основы которого рассмотрены
выше);
- затраты на преодоление подъемов при движении в горной или холмистой местности;
- затраты на преодоление сопротивления воздушной среды. Сила сопротивления
подъему. Автомобильная дорога обычно имеет много чередующихся подъемов и
спусков. Крутизну подъема характеризуют углом ад, град, или уклоном дороги /, который
выражается как отношение превышения Н к заложению В.
Вес автомобиля G, Н, может быть представлен в виде двух составляющих: силы
параллельной дороге, и силы перпендикулярной ей.
Силу Gsinafl называют силой сопротивления подъему и обозначают Рп. На
автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъем; невелики (не превышают 4
— 5°).
При движении на спуске сила Рп направлена в сторону движе ния автомобиля и
является движущей.
считают положительными при движении автомобиля на подъеме и отрицательными при
его движении на спуске.
Суммарная сила сопротивления дороги. При движении автомобиля на подъеме и
спуске составляющая силы тяжести, перпендикулярная дороге, равна Gсозад. Вследствие
этого сила сопротивления качению Рк при движении на этих участках дороги равна
(7/cosaa, т.е. она несколько меньше, чем при движении по горизонтальному участку.
Однако для малых углов со5ад= 1, что позволяет определить силу Рк также для
негоризонтальных участков дороги.
Коэффициент дороги в совокупности характеризуют качество дороги, поэтому
введено понятие о силе сопротивления дороги Рд, равной сумме сил Рк и Рп:
Рд = Рк + Рп = (/cosaa + sin ад)(г« (/+ i)G.
Выражение в скобках называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают
буквой ц/. Тогда сила сопротивления дороги
Pa = yG.
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.
Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха заменяют
сосредоточенной силой сопротивления воздуха Рв. Опытным путем установлено, что сила
сопротивления воздуха, Н,
Рп = KBFBv2,
где Къ — коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), зависящий
от формы и качества отделки поверхности автомобиля, Н-с2/м4; FB — лобовая площадь
автомобиля, м2.
Лобовой называют площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную
его продольной оси. Определить точное значение лобовой площади довольно трудно, так
как для этого нужно провести обмер автомобиля и вычертить его наружный контур.
Поэтому при определении FB пользуются приближенными формулами: для грузового
автомобиля и автобуса
FB = ВНа,
где В — колея, м; Яа — наибольшая высота автомобиля, м; для легкового
автомобиля
FB = 0,78 ВаНа,
где Ва — наибольшая ширина автомобиля, м.
Средние значения коэффициента сопротивления воздуха и лобовой площади
автомобиля приведены в табл.
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.
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. Поэтому тяговая мощность NT, подводимая к ведущим колесам, при
равномерном движении автомобиля меньше эффективной мощности Ne двигателя на
значение мощности NTp, теряемой в трансмиссии (Nr = Ne - Лгтр).
где toK — угловая скорость ведущих
колес, рад/с.
Величины Мтр и Лгтр учитывают
гидравлические
потери
и
потери,
вызванные наличием трения в зубчатых
зацеплениях и в карданных шарнирах.
Гидравлические потери обусловлены
перемешиванием и разбрызгиванием
масла в картерах коробки передач и
ведущих мостов. Они почти не зависят от
передаваемого момента, но меняются с изменением угловой скорости, вязкости и
количества масла, залитого в картеры. Гидравлические потери оценивают моментом Мт,
который нужно приложить к вывешенным ведущим колесам автомобиля, чтобы вращать
валы трансмиссии вхолостую, т.е. без нагрузки (рис. 21.4).
При отсутствии экспериментальных данных для автомобилей с колесной формулой
4x2 используют эмпирическую формулу
М г = (2 + 0,09^) Gar- Ю-3,
где v — скорость автомобиля, м/с; Ga — вес автомобиля с полной нагрузкой.
Потери энергии на преодоление трения в зубчатых зацеплениях и шарнирах
пропорциональны моменту, передаваемому трансмиссией. Они не зависят от частоты
вращения деталей. Эти потери оценивают моментом Мм:
Мм = Мкитр( 1 - х ) ,
где UTV — передаточное число трансмиссии; % = 0,98^ • 0,97' • 0,99т (здесь к и / — число
соответственно цилиндрических и конических зубчатых пар; т — число карданных
шарниров, передающих нагрузку).
Таким образом, момент сопротивления трансмиссии, приведенный к ведущим
колесам,
Мтр = М г + М м = М г + MKUW( 1 - х).
В зависимости от режима работы автомобиля используют различные способы оценки
потерь. Так, если трансмиссия передает 'wenruTn пт лгаигятртгяг к rp.jtvttthm
T<rorrenaiu
подставив в последнюю формулу значение М^, получаем
Цтр = Х-Мг/(Мкитр).
В случае движения автомобиля по хорошей дороге с небольшой нагрузкой и малой
скоростью эффективный момент двигателя невелик, и второй член выражения
приобретает существенное значение. КПД трансмиссии при этом может снизиться
до'0,4...0,5. При работе двигателя с полной нагрузкой момент Мт значительно меньше
MKUTp, поэтому их отношением можно пренебречь и считать г|тр = const «
При торможении автомобиля двигателем трансмиссия передает энергию от ведущих
колес к двигателю, и потери энергии оценивают по мощности NT_д и моменту М7Л трения
в двигателе, на основании которых рассчитывают обратный КПД трансмиссии:
где NT_д и Мта — мощность и момент, развиваемые при торможении двигателя.
При расчетах чаще используют т^, а не "побр для сокращения слово «прямой» в
определении КПД трансмиссии обычно опускают.
Во время движения автомобиля накатом, когда двигатель отключении трансмиссии и
г|тр = 0, выражение (21.14) теряет смысл, и потери энергии в трансмиссии оценивают по
абсолютному их значению, т.е. по величинам Мтр или Nrp.
Приблизительные значения прямого (при работе двигателя с полной нагрузкой) и
обратного (при принудительном холостом ходе) КПД трансмиссии автомобилей и
автобусов приведены в табл. 21.5.
Т а б л и ц а 2 . Значения КПД трансмиссии
Автомобиль
Гоночный и спортивный
Легковой
Грузовой и автобус
Повышенной проходимости
Лтр
0,9...
0,9...
0,82...
0, 8 .
..
0,95
0,92
0,85
0,85
Лобр
0,8...0,85
0,8...0,82
0,75...0,78
0,73...0,76