Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий

- освоение скважин, прекративших фонтанирование – цементировочный агрегат, промывочный агрегат, автоцистерна паропередвижнгая машина и др.

Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий

Вопрос 11. Назначение т рансмиссии грузовых и легковых автомобилей. Их компоновочные схемы.

Ответ 11. Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Крутящий момент изменяется как по величине, так и по направлению, и так же распределяется в определенном соотношении между ведущими колесами.

Крутящий момент, воспринимаемый ведущими колесами, зависит от передаточного числа трансмиссии, которое равно отношению угловой скорости коленчатого вала к угловой скорости ведущих колес:

.

Передаточное число трансмиссии выбирается в зависимости от назначения автомобиля, параметров движения и требуемых динамических характеристик автомобиля.

По способу передачи крутящего момента трансмиссии подразделяются на механические, гидравлические, электрические, гидро- и электромеханические. Схема трансмиссии автомобиля определяется общей его компоновкой: размещением двигателя, числом и расположением ведущих мостов, видом трансмиссий. Автомобили с механической трансмиссией с передним расположением двигателя и колесной формулой 4´2 могут быть как передне- так и заднеприводными. Двигатель, сцепление и коробки перемены передач (КПП) расположены у них в одном блоке и образуют силовой агрегат. У заднеприводных крутящий момент от КПП передается с помощью карданной передачи, имеющей шарниры неравных угловых скоростей, редуктору заднего ведущего моста. Переднеприводные имеют ведущий передний мост и управляемые колеса. Крутящий момент в них передается с помощью валов с шарнирами равных угловых скоростей. Трансмиссия автомобилей с передним и задним ведущими мостами и колесной формулой 4´4 включает в себя раздаточную коробку, которая через промежуточные карданные валы передает крутящий момент мостам. С помощью раздаточной коробки включается и отключается передний мост, а так же дополнительная понижающая передача, позволяющая увеличить крутящий момент на всех ведущих колесах автомобиля. Механическая трансмиссия трехосных автомобилей, имеющих колесную формулу 6´6, оборудуют раздаточной коробкой и дополнительными карданными валами. Каждая пара колес имеет главную передачу, дифференциал и полуоси. Крутящий момент может передаваться от среднего к заднему ведущему мосту через проходной карданный вал и межосевой дифференциал. Также крутящий момент может передаваться к каждому ведущему мосту карданными передачами раздельно от раздаточной коробки (непроходной карданный вал). В гидромеханических трансмиссиях предусмотрено в едином блоке двигатель и гидромеханическая КПП, крутящий момент от которой передается ведущим колесам как и в механической трансмиссии. Электромеханическая трансмиссия включает в себя дизельный двигатель, приводящий в действие генератор постоянного тока. Электроэнергия от генератора постоянного тока передается электродвигателям колес, монтирующихся в ободе колеса совместно с понижающим редуктором (электромотор-колесо).

Вопрос 12. Назначение сцеплений и карданных передач. Их компоновочные решения.

Ответ 12. Сцепление автомобиля служит для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии и их плавного соединения во время переключения передач и трогания автомобиля с места.

Наибольшее распространение получили сцепления фрикционного типа, подразделяющиеся на одно-, двух- и многодисковые. Однодисковые сцепления просты по конструкции, надежны в работе и повышают срок службы шестерен коробки перемены передач. Их недостатком является увеличение размеров дисков сцепления или число нажимных пружин при передаче увеличенного крутящего момента. Вследствие этого увеличиваются размеры сцепления и усилие для его выключения. Двухдисковые сцепления используются в большегрузных автомобилях для передачи увеличенного, по сравнению с однодисковыми, крутящего момента. Многодисковые сцепления устанавливаются в большегрузных автомобилях, имеющих планетарную коробку перемены передач. Механизм сцепления крепится на маховике двигателя, закрыт картером сцепления и состоит из основных частей:

· ведущего нажимного диска в однодисковом сцеплении; в двухдисковом – ведущего (среднего) и нажимного дисков;

· ведомых частей: ведомого диска (или двух в двухдисковом сцеплении) с фрикционными накладками и гасителями крутильных колебаний, ведомого вала сцепления (первичного вала КПП);

· деталей механизма нажимного устройства – периферийно расположенных цилиндрических пружин или центральной мембранной пружины;

· деталей механизма выключения – отжимные рычаги или мембранная пружина и муфта выключения сцепления с подшипником в сборе.

Управление сцеплением осуществляется при помощи механизма выключения, привод которого может быть механическим или гидравлическим. Для обеспечения выключения механического сцепления иногда в него встраивают вакуумный или пневматический усилители (МАЗ-5335, ВАЗ, КамАЗ, Урал-4320).

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от ведомого вала КПП или раздаточной коробки передач к ведущим мостам автомобиля при вертикальном перемещении мостов относительно рамы или кузова. То есть при движении автомобиля изменяется угол расположения оси карданного вала относительно горизонтали.

Карданная передача состоит из карданного вала, шарниров и промежуточной опоры. При движении автомобиля, в результате вертикального перемещения заднего моста, расстояние между КПП и задним мостом изменяется, что ведет к укорочению или удлинению карданного вала. Поэтому одну из вилок карданной передачи устанавливают на шлицах для компенсации изменения длины карданного вала.

В трансмиссии автомобилей применяют жесткие карданные шарниры равных или неравных угловых скоростей, а так же мягкие карданные шарниры неравных угловых скоростей, имеющих упругий элемент в виде эластичной муфты (легковые автомобили).

Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из ведущей и ведомой вилок, соединенных между собой крестовиной, на шипы которой устанавливаются игольчатые роликовые подшипники. Крутящий момент от одной карданной вилки к другой передается через крестовину.

При равномерном вращении ведущей вилки угловая скорость ведомой за один оборот кардана изменяется два раза, т.е. увеличивается и уменьшается. Для устранения неравномерности вращения в карданной передаче используются два шарнира неравных угловых скоростей. При этом вилки, расположенные на противоположных концах карданного вала, должны лежать в одной плоскости. Тогда неравномерность, вызываемая одним карданным шарниром, компенсируется неравномерностью другого. При двух карданных шарнирах угол между осями валов не должен быть менее 1^о из-за опасности «бринеллирования» и не более 23^о.

У автомобилей с передними ведущими управляемыми колесами угол между осями валов может достигать 40^о. Поэтому в таких передачах применяют шарниры равных угловых скоростей (шариковые или кулачковые), обеспечивающие одновременно передачу крутящего момента, равномерное вращение ведомого вала и поворот управляемых колес.

Шариковый карданный шарнир (ВАЗ-2108(09), УАЗ-469) состоит из двух фасонных кулаков, с овальными канавками внутри, в которые закладываются ведущие шарики. Для центрирования вилок на их внутренних торцах имеются сферические впадины, в которые закладываются центрирующие шарики.

Кулачковый карданный шарнир (Урал-375) состоит из двух вилок в которые устанавливаются кулаки, имеющие внутри сферические пазы, в которые устанавливается стальной диск, передающий вращение от одной вилки к другой.

Для повышения равномерности вращения и снижения вибрации карданные валы динамически сбалансированы. Дисбаланс валов устраняют приваркой к его трубе балансировочных пластин определенной массы.

Вопрос 13. Назначение коробок перемены передач, главных передач. Виды их конструктивных решений.

Ответ 13. Коробка перемены передач (КПП) служит для изменения по величине и направлению крутящего момента, передаваемого от двигателя на ведущие колеса, а так же для длительного разъединения двигателя и трансмиссии при остановке автомобиля и движении его по инерции.

В зависимости от условий эксплуатации сопротивление движению автомобиля может изменяться в широком диапазоне, что вызывает необходимость изменения силы тяги на ведущих колесах. Изменение силы тяги на ведущих колесах, при фиксированной мощности двигателя, может быть получена изменением соотношения между частотами вращения коленчатого вала и ведущих колес с помощью КПП.

По принципу действия КПП могут быть бесступенчатыми (гидромеханические, фрикционные и т.д.) и ступенчатыми (механические). Бесступенчатые КПП позволяют, не меняя положения дроссельной заслонки, автоматически изменять в заданном диапазоне силу тяги на ведущих колесах. Наиболее распространены гидромеханические КПП, состоящие из гидротрансформатора и последовательно присоединенного к нему механического ступенчатого редуктора. Механические (ступенчатые) КПП представляют собой зубчатый редуктор, в котором зубчатые колеса могут соединяться между собой в различных сочетаниях, образуя несколько передач с различными передаточными числами. Передаточное число КПП определяется произведением передаточных чисел отдельных шестерен, находящихся в зацеплении. На прямой передаче передаточное число равно 1,0. Следовательно, на прямой передаче крутящий момент от коленчатого вала двигателя передается непосредственно на ведомый вал КПП. На остальных передачах крутящий момент, передаваемый на ведомый вал, равен крутящему моменту, развиваемому на коленчатом валу двигателя, умноженному на передаточное число КПП. Автомобильные механические КПП изготавливают по двух- или трехвальноей схеме с параллельным расположением валов. Они имеют набор прямозубых и косозубых шестерен. Отдельные передачи снабжаются синхронизаторами, т.е. механизмами, допускающими зацепление шестерен только при их равной частоте вращения. В зависимости от числа передач (ступеней) переднего хода ступенчатые КПП могут быть трех-, четырех-, пяти- и многоступенчатыми. Многоступенчатые КПП имеют приставной редуктор-делитель, служащий для разбивки ступеней передаточных чисел. Например, в автомобилях КамАЗ делитель позволяет получить в сочетании с пятиступенчатой КПП десять передач переднего и две заднего. Главная передача служит для увеличения крутящего момента, подводимого к колесам автомобиля и изменения его по направлению. Для этого главную передачу выполняют из конических шестерен. В зависимости от числа шестерен главные передачи разделяют на одинарные конические и двойные конически-цилиндрические. Одинарные конические передачи подразделяются на простые и гипоидные. В простых оси зубчатых колес пересекаются, в гипоидных – перекрещиваются. В настоящее время используются, в основном, гипоидные зацепления. Их преимущества:

1. Ось ведущей шестерни расположена ниже оси колеса, что позволяет опустить карданную передачу и пол кузова автомобиля, в результате понижается центр тяжести и улучшается устойчивость автомобиля.

2. Одновременно в зацеплении находится большее число зубьев, поэтому зацепление работает более надежно, плавно и бесшумно.

3. Утолщается форма основания зуба шестерен, что повышает их нагрузочную способность.

Их недостатки: происходит продольное проскальзывание зубьев, что ведет к увеличенному трению и выделению тепла. При этом смазочное масло более размягчается и выдавливается из зацепления, т.е. происходит повышенный износ зубьев. Поэтому в гипоидных передачах используют специальные трансмиссионные масла. Двойные главные передачи используются на автомобилях большой грузоподъемности для передачи большого крутящего момента. Они могут быть центральными и разнесенными. В центральных – коническая и цилиндрическая передачи выполняются в одном корпусе. В разнесенных – главная передача состоит из отдельных двух механизмов: одинарной конической, установленной в заднем мосту и колесных цилиндрических редукторов (МАЗ-5335, ЛиАЗ-677М).

Вопрос 14. Назначение дифференциала и полуосей. Виды их конструктивных решений.

Ответ 14. Дифференциал предназначен для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям и позволяет им вращаться с различной угловой скоростью при повороте автомобиля и при движении по неровной дороге, что исключает их пробуксовывание. При этом обеспечивается управление автомобилем, улучшается экономичность, снижается износ шин.

Дифференциалы используют как между колесами автомобиля, так и между осями ведущих мостов. Межосевые распределяют крутящий момент между главными передачами ведущих мостов.

На автомобилях используются межколесные конические дифференциалы, кулачковые межколесные дифференциалы повышенного трения и межосевые конические. Для повышения проходимости автомобиля применяют принудительную блокировку дифференциала и самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения.

Для передачи крутящего момента от дифференциала к колесам служат полуоси. В зависимости от способа установки опорных подшипников полуоси могут быть полностью или частично разгруженные.

Полностью разгруженные полуоси используются на автомобилях средней и большой грузоподъемности и на автобусах. Такие полуоси свободно устанавливаются внутри корпуса моста и фланцем соединяются со ступицей, которая опирается на наружную поверхность балки моста через два подшипника. Такая ось нагружена только крутящим моментом.

Полуразгруженные полуоси опираются на подшипник, находящийся внутри балки моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем полуоси. Такая ось нагружена крутящим и частично изгибающим моментом. Их используют в легковых автомобилях и грузовых на их базе.

Вопрос 15. Назначение подвесок автомобилей. Их виды.

Ответ 15. Подвеска автомобиля осуществляет упругую связь рамы или кузова с мостом или колесами, смягчает удары и толчки при движении по неровной дороге. Она включает в себя упругий элемент – пружины или рессоры, гасящий элемент – амортизаторы и направляющее устройство.

Упругий элемент связывает раму или кузов с передним или задним мостами и поглощает энергию, возникающую при ударе, при движении по неровностям дороги. Он может быть в виде рессор, пружин, скручивающихся упругих стержней – торсионов, пневмобаллонов.

Гасящий элемент – амортизаторы служат для быстрого поглощения колебаний рамы или кузова. Направляющее устройство служит для обеспечения вертикального перемещения колес и передаче толкающих и тормозных усилий от колес к раме или кузову.

По характеру взаимодействия колес и кузова при движении автомобиля все подвески делятся на зависимые и независимые.

Зависимая подвеска имеет жесткую связь между колесами за счет балки моста, подвешенного к раме. В результате вертикальное перемещение одного колеса вызывает отклонение другого от вертикального положения и вызывает наклон кузова.

Независимая подвеска не имеет жесткой связи между колесами одного моста. Каждое колесо подвешено независимо от другого. В результате вертикальное перемещение одного из колес не вызывает наклон другого, уменьшается наклон кузова и повышается устойчивость автомобиля.

Тип направляющего устройства подвески определяет конструкцию моста, базовой деталью которого является балка. Если она связана с колесами жестко, то мост называют неразрезным, а если через упругие элементы, то разрезным. На легковых автомобилях и грузовых малой грузоподъемности применяют разрезные передние мосты с независимой подвеской. Все грузовые автомобили обычно имеют неразрезные передние мосты и зависимую подвеску.

Вопрос 16. Тормозные системы автомобилей. Их виды, назначение и общее устройство.

Ответ 16. Тормозная система служит для снижения скорости движения, быстрой остановки автомобиля и удержания его на месте при стоянке.

Тормозная система должна обеспечивать быстрое снижение скорости и полную остановку автомобиля в различных дорожных условиях. На стоянке с продольным уклоном до 16 % полностью груженый автомобиль должен надежно удерживаться тормозной системой от самопроизвольного перемещения.

Автомобили оборудуются рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной автомобильными тормозными системами.

Рабочая тормозная система служит для снижения скорости движения автомобиля или полной его остановки независимо от скорости движения, нагрузки и уклонов дорог.

Запасная тормозная система служит для плавного снижения скорости движения и полной остановки автомобиля при частичном или полном отказе в работе рабочей тормозной системы.

Вспомогательная тормозная система предназначена для поддержания постоянной скорости движения автомобиля на затяжных спусках горных дорог с целью снижения нагрузки на рабочую тормозную систему при длительном торможении.

Тормозная система прицепа, работающего в составе автопоезда, служит для снижения скорости движения прицепа и его автоматического торможения при обрыве сцепи с автомобилем-тягачом.

Тормозная система состоит из тормозных механизмов, обеспечивающих затормаживание колес или вала трансмиссии, и тормозного привода, приводящего в действие тормозной механизм.

По расположению тормозные механизмы подразделяются на колесные и трансмиссионные, а по форме вращающихся деталей на барабанные и дисковые.

Тормозные приводы могут быть механическими, гидравлическими и пневматическими. Для облегчения управления тормозами могут использоваться усилители и регуляторы тормозных сил.

Механический привод используют только для стояночных тормозов. Гидравлический привод прост по конструкции и надежен в эксплуатации. Но для остановки автомобиля с таким приводом необходимо приложить к педали большое усилие. Поэтому гидравлический привод применяют на легковых автомобилях, а так же на грузовых и автобусах с полной массой не более 5,0...6,0 т. Для облегчения усилия используют усилители. На грузовых автомобилях и автобусах с полной массой более 8,0 т устанавливают пневматический привод тормозов, который сложнее и дороже гидравлического, но имеет меньшее усилие на педаль управления тормозной системой.

Вопрос 17. Назначение и общее устройство колесного двигателя. Конструкция и маркировка шин.

Ответ 17. Колеса обеспечивают взаимосвязь автомобиля с дорогой, участвуют в создании и изменении направления движения, передают нагрузку от массы автомобиля на дорогу.

В зависимости от назначения колеса делятся на ведущие, управляемые, комбинированные. Колесо крепится на ступице, установленной на подшипнике на балке моста. Основными частями колеса являются диск с ободом и пневматическая шина. Диск и обод штампуют из специальной стали или отливают из алюминиевых сплавов. Форма диска изготавливается таким образом, что увеличивает жесткость и облегчает монтаж шины на обод. Обод имеет полки, заканчивающиеся бортами. Штампованные диск и обод соединяют при помощи сварки. Обычно для крепления колеса к ступице в диске сверлятся отверстия. В зависимости от конструкции обода и его соединения со ступицей, колеса делятся на дисковые и бездисковые. Бездисковые колеса удобны при монтаже, лучше охлаждаются тормозные механизмы, легче на 10...15 %. Шина поглощает небольшие толчки и удары от неровностей дороги за счет ее эластичности и упругости воздуха. Шина состоит из покрышки, камеры с вентилем и ободной ленты, надетой на обод колеса и предохраняющей камеру от повреждения и трения об обод и борта покрышки. На легковых автомобилях иногда применяют бескамерные шины. У них внутренняя поверхность покрышки покрывается специальным герметизирующим слоем. Покрышка плотно сажается на обод. Покрышка состоит из каркаса бортов, брекера (подушечного слоя), боковин и протектора. Каркас служит основой покрышки, придает ей прочность и гибкость. Он состоит из нескольких слоев прорезиненного корда. В зависимости от расположения нитки корда шины делят на диагональные и радиальные. В каркасе диагональных шин нити соседних слоев корда пересекаются под углом 95^о…115^о и количество слоев всегда четное. При контакте с дорогой угол перекрещивания нитей корда изменяется, что создает повышенные деформации, теплообразование и снижает срок службы шин. В каркасе радиальных шин нити корда расположены от борта к борту, т.е. по радиусу и не перекрещиваются друг с другом. При этом снижается число слоев корда, уменьшается теплообразование и сопротивление качению. Их срок службы выше, чем у диагональных шин. Борты служат для крепления покрышки на ободе колеса. Состоят из слоев корда, завернутых вокруг проволочного кольца, которое не растягивается и придает жесткость посадочной поверхности. Брекер – резинотканевая прокладка между кордом и протектором. Смягчает воздействие протектора на каркас. Протектор – боковая часть шины, имеющая снаружи рисунок в виде канавок и выступов для улучшения сцепления колеса с дорогой. Боковины наносятся в виде тонкого эластичного слоя на боковые стенки каркаса, предохраняющие его от механических повреждений и проникновения влаги. На боковине каждой шины наносят обозначение (основные размеры) и маркировку: товарный знак завода-изготовителя; дату изготовления; порядковый номер; индекс максимально допустимой скорости (L – 120 км/ч; P – 150 км/ч; Q – 160 км/ч; S – 180 км/ч); индекс грузоподъемности (75 соответствует 384 кгс, 78 – 425 кгс и т.д.); балансировочную метку; обозначающую самую легкую часть шины; модель; номер ГОСТа. Основные размеры шин обозначаются группами цифр в дюймах или миллиметрах. Для грузовых автомобилей первая группа цифр обозначает ширину профиля, вторая – посадочный диаметр на ободе колеса.

Вопрос 18. Силы, действующие на автомобиль при его движении.

Ответ 18. При движении автомобиля на него действуют движущие силы и силы сопротивления движению. Основной движущей силой является сила тяги, приложенная к ведущим колесам. Сила тяги возникает в результате работы двигателя и вызвана взаимодействием ведущих колес с дорогой.

К силам сопротивления относятся: сила сопротивления трансмиссии, сила сопротивления дороги, сила сопротивления воздуха и приведенная сила инерции.

Источником силы сопротивления трансмиссии является трение в зубчатых передачах, подшипниках валов, карданных шарнирах, шлицевых соединениях, перемещение масла в картерах коробки передач, раздаточной коробки и главной передачи. Потери в трансмиссии оцениваются коэффициентом полезного действия h_тр. Сила тяги, подведенная к ведущим колесам, будет равна:

, Н

где N_e – эффективная мощность двигателя, кВт;

V_a – скорость движения автомобиля, м/с.

Сила сопротивления дороги (Р_y) состоит из двух составляющих: силы сопротивления качению (Р_j) и силы сопротивления подъему (Р_i). Поэтому ее можно представить в виде:

Р_y = Р_j + Р_i = G_a×j×cosa + G_a×sina, H

где G_a – сила тяжести автомобиля, Н;

j - коэффициент сопротивления качению;

a - угол наклона дороги, град.

Сила сопротивления воздуха (Р_w) (аэродинамическая сила) – является равнодействующей всех элементарных аэродинамических сил, действующих на автомобиль при его движении.

Р_w = K_w×F_a×V_a² = W× V_a², H

где K_w – коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля,

F_a – лобовая площадь сечения автомобиля (площадь Миделева сечения), м²;

W – фактор обтекаемости автомобиля, н×м²/м⁴;

Приведенная сила инерции P_j – сила инерции вращающихся масс двигателя, трансмиссии и ведущих колес, приведенная к ведущим колесам автомобиля.

P_j = j_a×M_a×S, H

где j_a – ускорение движения автомобиля, м/с²;

M_a – масса автомобиля, кг;

S – коэффициент учета вращающихся масс.

Вопрос 19. Радиусы автомобильного колеса. Силы, действующие на колесо в статическом состоянии и при его движении.

Ответ 19. Различают следующие радиусы колес автомобиля.

1. Свободный радиус r_св – это половина диаметра колеса в месте наибольшего сечения беговой дорожки, свободного от контакта с опорной поверхностью.

2. Статический радиус r_ст – от опорной плоскости до оси неподвижного колеса, нагруженного нормальной нагрузкой. Зависит от нагрузки и давления в шине.

3. Динамический радиус r_д – расстояние от центра катящегося колеса до опорной плоскости. Зависит от нормальной нагрузки, давления в шине, скорости вращения колеса и передаваемого им момента. При увеличении скорости увеличиваются центробежные силы, растягивающие шину и увеличивающие динамический радиус. Увеличение момента, передаваемого колесом, вызывает скручивание шины в определенном направлении и уменьшение динамического радиуса.

У колеса, нагруженного тормозным моментом, элементы протектора, входящие в контакт с дорогой, растянуты. Поэтому тормозящее колесо проходит при равных угловых скоростях больший путь, чем свободно катящееся колесо. Т.е. под действием крутящего момента радиус уменьшается, а под действием тормозного момента – увеличивается.

На дорогах с твердым покрытием динамический радиус примерно равен статическому.

4. Радиусом качения r_к – называют радиус такого условного недеформируемого кольца, которое имеет c данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорость.

При практическом определении радиуса качения замеряют путь (S), пройденный за несколько оборотов (n) колеса и вычисляют r_к.

, м.

Разница между динамическим радиусом и радиусом качения вызвана проскальзыванием в области контакта шины с дорогой. Если проскальзывания нет (ведомое колесо), то динамический радиус примерно равен статическому. В случае полного буксования S = 0 и, следовательно, радиус r_к = 0. При движении «юзом» число оборотов n = 0 и радиус r_к становится бесконечно большой.

На дорогах с твердым покрытием ведущие колеса пробуксовывают сравнительно редко и, поэтому, изменения радиуса невелики. Поэтому находят величину радиуса из формулы:

r_к = 0,5d + lH, м

где d – диаметр обода колеса (посадочный диаметр шины), м;

l - коэффициент радиальной деформации шины;

H – высота профиля шины, м.

Вопрос 20. Уравнение прямолинейного движения автомобиля. Уравнение силового баланса автомобиля. Тяговая характеристика автомобиля.

Ответ 20. Уравнение прямолинейного движения автомобиля является основным в тяговой динамике.

Уравнение прямолинейного движения автомобиля:

Р_т – Р_в – Р_к ± Р_и ± Р_п = 0

где Р_т - сила тяги, Н; Р_в - сила сопротивления воздуха, Н; Р_к - сила сопротивления качению, Н; Р_и - приведенная сила инерции, Н; Р_п - сила сопротивления подъему, Н.

Знак (-) при движении под гору. Переписав уравнение следующим образом: Р_т = Р_к + Р_в ± Р_и ± Р_п, Н,

получим уравнение тягового (силового) баланса автомобиля, которое можно решить графически.

Вначале строят тяговую характеристику автомобиля - зависимость силы тяги автомобиля от его скорости (угловой скорости коленчатого вала).

м/с,

где - угловая скорость коленчатого вала, рад/с; r - радиус колеса, м; i_к - передаточное число КПП; i_гл - передаточное число главной передачи.

Н,

где h_тр - КПД трансмиссии; М_е - крутящий момент, передаваемый двигателем в зависимости от w_е, Н×м.

Н×м,

где N_е - эффективная мощность (кВт) по внешней скоростной характеристике двигателя в зависимости от w_е.

Сила сопротивления дороги Р_Д = Р_К ± Р_П, которую можно найти

Р_Д = (f×соs a_Д + sin a_Д)×G_а @ G_а,

где (f + i) = y - называется коэффициентом сопротивления дороги, т.е. Р_Д =y ×G_а.

При увеличении скорости , т.е., f увеличивается, а i - величина постоянная. Поэтому Р_Д несколько увеличивается.

Сила сопротивления воздуха Р_В = к_В××F_В×V², Н,

где к_В - коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности, Н×с²/м⁴; F_В - лобовая площадь автомобиля, м.

Для грузовых автомобилей F_В @ В×Н_а, м²,

где В - колея, м; Н_а - наибольшая высота автомобиля, м.

Для легковых автомобилей, F_В @ 0,78×В_а×Н_а, м²,

где В_а - наибольшая ширина автомобиля, м.

Произведение к_В××F_В = w_В - называется фактором обтекаемости.

Кривая суммарного сопротивления Р_Д + Р_В определяет величину тяговой силы, необходимой для движения автомобиля с постоянной скоростью. Если кривая Р_Т проходит выше кривой Р_Д + Р_В, то отрезки Р_З представляют нереализованную часть (запас) силы, которую используют для преодоления сопротивления дороги или разгона автомобиля.

По графику силового баланса можно определить основные показатели динамичности автомобиля при равномерном его движении. Например, максимальную скорость V_max с помощью точки пересечения кривых Р_Т и Р_Д + Р_В, когда запас силы и, следовательно, ускорение = 0.

Если кривая Р_Т проходит ниже Р_Д + Р_В, то автомобиль движется замедленно.

Чтобы учесть возможность буксования ведущих колес необходимо для заданного значения y найти Р_СЦ » y×G₂ и провести горизонтальную линию. Если Р_Т >Р_СЦ то наблюдается буксование ведущих колес.

Вопрос 21. Уравнение мощностного баланса автомобиля. Графическая зависимость мощности от скорости движения на различных передачах.

Ответ 21. По аналогии с уравнением силового баланса, уравнение мощностного баланса можно записать в следующем виде:

N_T = N_e – N_TP = N_K + N_B ± N_П ± N_И, кВт,

где N_И = Р_И×V/1000 - мощность, затрачиваемая на преодоление силы инерции автомобиля, кВт.

В развернутом виде:

, кВт,

где d_ВР - коэффициент учета вращающихся масс; М_а - масса автомобиля, кг; j - ускорение автомобиля, м/с².

,

где G_a - вес автомобиля с полной нагрузкой, Н; G - вес автомобиля с данной нагрузкой, Н; d₁@ d₂@ 0,03...0,05.

На графике N - V строят скоростные характеристики мощности N_e. Ниже ее строят тяговую мощность N_T = h_ТР×N_e.

Строят внизу график при условии .

Вверх от кривой N_Д откладывают значение мощности сопротивления воздуха N_В.

Отрезки ординат между кривой N_Д + N_В и осью абсцисс представляют суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивлений дороги и воздуха.

Отрезок N₃ между кривыми N_Т и N_Д + N_В является запасом мощности, которая может расходоваться на преодоление повышенного сопротивления дороги или на разгон автомобиля.

При полностью открытой дроссельной заслонке максимальная скорость V_max достигается при N_Т = N_Д + N_В

Для движения со скоростью V₁< V_max следует дроссельную заслонку прикрыть.

При изменении передаточных чисел изменяется лишь скорость автомобиля. Мощности N_{e max}, и N_{TP max} (мощность потерь в трансмиссии), если не учитывать изменение КПД трансмиссии на различных передачах, остаются постоянными.

Степень использования мощности И - это отношение мощности, необходимой для движения автомобиля, к мощности, которую может развить двигатель при полностью открытой дроссельной заслонке (при равномерном движении автомобиля):

.

 

Вопрос 22. Динамическая характеристика и динамический паспорт автомобиля.

Ответ 22. Практическое использование методов мощностного и силового балансов затруднительно, т.к. для различных коэффициентов сопротивления дороги (y) на графиках приходится строить несколько кривых Р_Д + Р_В, Р_Д, N_Д + N_В и N_Д. Это усложняет графики.

По мощностному и силовому балансам нельзя сравнивать динамичность автомобилей, имеющих разные веса, т.к. при их движении в одинаковых условиях сила и мощность, необходимые для преодоления сопротивления дороги, различны.

Поэтому академиком Е.А. Чудаковым предложен метод решения уравнения движения автомобиля при помощи динамической характеристики.

Динамическим фактором D автомобиля называют отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

D - зависит от конструктивных параметров автомобиля и его можно определить для конкретной модели.

На низших передачах D больше из-за увеличения Р_Т и уменьшения Р_В.

Решая уравнение Р_Т = Р_Д + Р_И + Р_В,

,

т.е. .

При равномерном движении ускорение и замедление (j) = 0. Следовательно, D = y и определяет его. Например, при максимальной скорости D_V определяет величину сопротивления дороги y_V, которое автомобиль на этой скорости может преодолеть.

D_max, определяет величину y_max, преодолеваемого при равномерном движении на I передаче.

Величины V_max, D_max. и D_V - являются основными показателями динамичности автомобиля при равномерном движении.

Для длительного безостановочного движения необходимо D ³ y.

Чтобы учесть ограничение движения вследствие буксования ведущих колес определим предельное значение силы тяги по условиям буксования:

, тогда ,

где т₂ - коэффициент перераспределения сцепного веса (примем @ 1,0). В случае буксования колес Р_В @ 0, тогда:

,

где - коэффициент сцепного веса автомобиля.

Следовательно движение без буксования возможно когда D_СЦ ³ D ³ y.

Динамической характеристикой автомобиля называется график зависимости динамического фактора (D_a) автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения на различных передачах.

Если линия y пересекает кривую динамического фактора, то максимальная скорость = V₁, т.к. соблюдается условие D_a = y.

Если кривая D_a проходит выше линии y, тo при полной подаче топлива в цилиндры равномерное движение невозможно, начинается разгон а