Тяговые характеристики автомобильных двигателей

Устройство автомобилей

Основы динамики автомобиля

Скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика двигателя определяется зависимостями эффективной мощности Ne и крутящего момента Mк от частоты вращения n коленчатого вала.

Ведущие колеса автомобиля приводят его в движение в результате возникновения силы тяги, которая возникает при приложении крутящего момента к полуосям ведущих колес со стороны трансмиссии:

где Pт – сила тяги, Н;
Mт – крутящий (тяговый) момент на ведущем колесе, Нм;
r – радиус колеса, м.

Крутящий момент на ведущих колесах зависит от величины момента, развиваемого двигателем на коленчатом валу, передаточного числа iтр трансмиссии и ее КПД – ηтр :

Сила тяги Pт на ведущих колесах может быть определена не только по формуле (1), но и с учетом скорости vi движения автомобиля на i -й передаче и развиваемой двигателем эффективной мощности Nе :

Скорость vi движения автомобиля на i -й передаче пропорциональна частоте n вращения коленчатого вала, радиусу r ведущего колеса и обратно пропорциональна передаточному числу iтр i трансмиссии на i -й передаче:

Таким образом, частота вращения n коленчатого вала является определяющим параметром для показателей эффективной мощности Nе , крутящего момента Mк и силы тяги на ведущих колесах Pт .

На рисунке 1 приведена внешняя скоростная характеристика двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке, которая определяет предельные возможности двигателя при значениях частоты вращения коленчатого вала от nmin до nmax .

Анализ графика показывает, что максимальная эффективная мощность и максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, доступен в узком интервале частот вращения коленчатого вала. При небольшой частоте вращения коленчатого вала величина этих динамических показателей недостаточна для появления на ведущих колесах требуемой для движения автомобиля силы тяги, а при превышении частотой вращения коленвала некоторого максимального порога двигатель начинает терять мощность и тяговые показатели, или, как говорят механики, начинает работать «вразнос».
По этой причине эффективная эксплуатация двигателя внутреннего сгорания возможна лишь в некотором узком диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Скоростная характеристика двигателя во многом зависит от типа двигателя: чем круче кривая эффективной мощности Nе , тем большей приемистостью обладает двигатель.

Тяговая характеристика автомобиля

Тягово-скоростные свойства автомобиля удобно оценивать с помощью тяговой характеристики, т. е. зависимостью силы тяги на ведущих колесах от скорости движения на различных передачах (рис. 2).

Используя скоростную характеристику и задавая частоты вращения коленчатого вала от nmin до nmax при соответствующих значениях эффективной мощности или крутящего момента для каждой передачи по формуле (4) находят значения скорости v , а по формуле (3) находят значение тяговой силы Pт .

Число кривых на тяговой характеристике (рис. 2) соответствует числу ступеней в коробке передач.

Тяговая характеристика позволяет быстро определить максимальное значение силы тяги на ведущих колесах, которая может быть обеспечена при данной скорости движения автомобиля, поскольку она рассчитывается по наибольшей для данной частоты вращения коленчатого вала мощности двигателя. Меньшее значение силы тяги получается при недоиспользовании мощности двигателя, т. е. при неполной подаче топлива. Следовательно, с помощью тяговой характеристики можно оценить предельные тяговые возможности автомобиля в фактическом интервале скоростей его движения.

Силы и моменты, действующие на ведущие колеса

На ведущие колеса автомобиля действуют силы со стороны автомобиля (т. е. со стороны двигателя посредством агрегатов трансмиссии), а также силы со стороны дороги. Обозначим силы, действующие со стороны автомобиля, буквой Р , а со стороны дороги – буквой R (рис. 3).

Реактивные силы, действующие на колеса

Тяговый момент Мт на ведущих колесах стремится сдвинуть назад верхний слой дорожного покрытия, в результате чего со стороны дороги на ведущее колесо в зоне контакта действует противоположно направленная сила Rx – горизонтально направленная касательная реакция дороги.

Так как на автомобиле используются эластичные пневматические шины, то неизбежна частичная потеря момента Мт , поэтому продольную (горизонтальную) реакцию со стороны дороги, обеспечивающую качение колеса, можно записать как разность между силой тяги и потерями в шине:

где Рш – сила, учитывающая потери энергии в шинах ведущих колес.

Таким образом, касательная реакция дороги создает силу тяги.

Автомобиль своим весом G действует на каждое колесо, передавая усилие на дорогу, и, соответственно, вызывая нормальную реакцию дороги Rz . Следует учитывать, что при наличии на колесе крутящего момента нормальная реакция Rz прикладывается не к оси симметрии опорной площадки колеса, а на некотором расстоянии αш от нее, поскольку имеет место смещение центра давления из-за эластичности шины.

Читайте также:  Глухой стук в двигателе умз 4216

Эпюра элементарных нормальных реакций дороги, показанная на рисунке 4, объясняет причину смещения точки приложения реакции Rz . Это происходит из-за того, что нормальные реакции на переднем и заднем участках опорной площадки колеса различны по величине, так как силы, возникающие в упругом материале шины при приложении и снятии нагрузки неодинаковы.
Это объясняется действием сил внутреннего трения между взаимно перемещающимися частицами материала шины. При приложении нагрузки эти силы и силы упругости направлены в одну и ту же сторону, а при снятии – в противоположные стороны.

Боковая сила Рy значительно увеличивается при криволинейном движении автомобиля или при движении по косогору. Боковая реакция Ry со стороны дороги удерживает колеса автомобиля от бокового скольжения (заноса) при движении автомобиля поперек косогора или при выполнении маневра.

Сила тяги на ведущих колесах

Сила тяги Рт на ведущих колесах может быть определена, как отношение крутящего (тягового) момента Mт , подводимого к колесам, к их радиусу r :

При этом не учитываются затраты энергии на деформацию дорожного покрытия, трение внутри шины и силы инерции, обусловленные ускорением вращающихся масс колес и деталей трансмиссии в случае неравномерного движения.

Следует учитывать, что радиус колеса вследствие эластичности шины является переменной величиной.
Различают следующие радиусы автомобильных колес:

  • статический радиус колеса rст – расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, воспринимающего вертикальную нагрузку, обусловленную силой тяжести, действующей на автомобиль (т. е. его весом G ). Значения статического радиуса приводятся заводом-изготовителем шины в технических характеристиках;
  • динамический радиус колеса rд – расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса. Динамический радиус колеса во время движения может превышать его статический радиус, поскольку в результате нагрева шины давление внутри нее увеличивается.
    Кроме того, под действием центробежных сил с возрастанием скорости автомобиля шина растягивается в радиальном направлении, вследствие чего динамический радиус увеличивается. Динамический радиус, также, зависит от величины вертикальной нагрузки Pz .
  • радиус качения колеса rк – радиус условного недеформирующегося катящегося без скольжения колеса, которое имеет с данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорости.

Радиус качения колеса определяется по формуле:

где S – путь, пройденный колесом; nк – число оборотов колеса на пути S .

Если проскальзывание колеса относительно дороги отсутствует, что характерно для ведомого колеса, то радиусы rд и rк почти равны между собой. В случае полного буксования колеса его пройденный путь будет равен нулю, и тогда (согласно приведенной выше формуле) его радиус качения тоже будет равен нулю.
В случае движения колеса юзом (скольжение без вращения) число оборотов будет равно нулю, и, соответственно, радиус качения rк будет стремиться к бесконечности.

Различают еще и свободный радиус колеса rсв , который является половиной диаметра ненагруженного колеса при отсутствии его контакта с опорной поверхностью.

На дорогах с сухим покрытием скольжение ведущих колес и изменение радиуса незначительны. Поэтому радиусы статический rст , динамический rд и качения rк при расчетах считаются одинаковыми и обозначаются буквой r .

Источник

Реферат: Тяговый расчёт автомобиля

Тяговый расчет автомобиля производится с целью определения его тяговых и динамических качеств. Тяговый расчет подразделяется на:

—тяговый расчет проектируемой машины;

—поверочный тяговый расчет, производимый для существующей машины.

Поверочный тяговый расчет составляют следующие отдельные задачи:

1. Определение максимальной скорости движения в заданных условиях.

2. Определение сопротивления движению и углов подъема, которые может преодолеть автомобиль на данной передаче и скорости.

Для решения задач тягового расчета необходимо построить тяговую характеристику автомобиля.

Тяговой характеристикой автомобиля называется графическая зависимость удельной силы тяги от скорости движения автомобиля на каждой передаче.

Задаваемыми параметрами обычно являются: тип автомобиля; грузоподъемность или максимальное число пассажиров; максимальная скорость движения, по шоссе с заданным коэффициентом дорожного сопротивления, максимальное дорожное сопротивление на низшей передаче трансмиссии. Указывается также тип двигателя (карбюраторный, дизельный).

Параметры, которыми задаются, могут иметь различные значения в некотором интервале. Чтобы правильно принять окончательное значение указанных выше параметров, необходимо понимать, как они влияю на тяговые качества автомобиля.

Построение тяговой характеристики автомобиля включает:

1.Определение полной массы автомобиля, кг.

2.Выбор шин и определение радиуса ведущего колеса, м.

3.Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

4.Определение передаточного числа главной передачи.

5.Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки.

6.Определение скорости движения.

7.Определение удельной силы тяги, построение тяговой характеристики.

ВЫПОЛНЕНИЕ ТЯГОВОГО РАСЧЕТА

1. Определение полной массы машины

Полная масса автомобиля определяется по формуле

= 4300+75*3+6000=10525, кг (1)

где = 4300, кг — собственная масса машины;

п=3 — число мест в кабине;

=6000, кг — максимальная масса перевозимого груза.

Значения G и берутся в соответствии с заданием. Для этого предварительно подбирают тип автомобиля, параметры которого соответствуют заданным.

Для выбора шин надо определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля. У грузовых автомобилей типа 4×2 на переднюю ось при полном использовании грузоподъемности приходится около 25—30% нагрузки. На задней оси этих автомобилей обычно монтируются четыре шины, каждая из которых испытывает большую весовую нагрузку, чем шина переднего колеса, поэтому выбор производится по весовой нагрузке, приходящейся на одно заднее колесо. Передние и задние колеса каждого автомобиля по конструкции почти всегда одинаковы и взаимозаменяемы. Разница состоит лишь во внутреннем давлении воздуха в шинах.

= 10525*0,70/4= 1841,88, кг.

По приложению подбирают тип и размеры автомобильных шин, удовлетворяющих нагрузке, приходящейся на колесо 508*260.

Определяют статический радиус колеса, который в дальнейшем условно считают равным радиусу качения 0,488 м.

3. Расчет и построение внешней характеристики двигателя

Для расчета внешней характеристики двигателя вначале определяют мощность необходимую для обеспечения заданной максимальной скорости по дороге с минимальным коэффициентом сопротивления качению.

=(0,7*4,5*25*25*25+10525*9,81*0,03*25)=140,73, кВт (2)

где — коэффициент обтекаемости;

— коэффициент сопротивления качению;

— лобовая площадь автомобиля, равная для грузовых автомобилей 3,0-6,5 м 2 ,

для легковых автомобилей малого литража —1,5+2,0 м 2 ,

FB = КН (К— колея автомобиля, Н — наибольшая его высота);

— масса автомобиля, кг;

g — 9,81 м/с 2 — ускорение свободного падения.

1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

В общем случае частота вращения коленчатого вала при максимальной скорости движения автомобиля не равна частоте вращения, соответствующей максимальной мощности двигателя, и, следовательно, мощность двигателя при максимальной скорости не равна максимальной мощности.

Максимальную мощность двигателя находим, пользуясь эмпирической формулой где а, b и с — эмпирические коэффициенты; для карбюраторных двигателей а = b = с = 1,0.

Для современных автомобилей отношение =1,15-1,25.

Большее значение относится к легковым автомобилям, мень­шее — к грузовым. Следовательно, скорость, соответствующая максимальной мощности, будет равна:

=25*1.2=20,83, м/c=75 км/ч. (4)

Координаты (nmax , NeV ) и (nN , Nmax ) дают две первые точки графика внешней скоростной характеристики. Для получения других точек используем формулу, представленную в следующем виде:

Название: Тяговый расчёт автомобиля
Раздел: Рефераты по транспорту
Тип: реферат Добавлен 01:08:45 01 апреля 2009 Похожие работы
Просмотров: 4570 Комментариев: 14 Оценило: 3 человек Средний балл: 4.7 Оценка: неизвестно Скачать

где Nе и ne — текущие значения соответственно мощности двигате и частоты вращения коленчатого вала.

Задаваясь такими значениями пе , которые соответствуют зна­чениям отношения nе JnN =0,2; 0,4; 0,6; 0,8, подсчитываем величины соответствующих мощностей Nе , и заносим в таблицу. Затем определяем текущие значения крутящих моментов и заносим в таблицу.

, Н.м (6)

Отношение

, об/мин

(рад/с)

, Н.м

По результатам расчетов (таблица, пункты 1, 2 и 3) строим внешнюю скоростную характеристику двигателя.

В дальнейшем те же значения N, и Ме используем для определения скорости движения и удельной силы тяги на всех передачах и всех выбран­ных частотах вращения коленчатого вала.

Для построения внешней характеристики используем масштабы шкал в следующих пределах:

• частота вращения коленчатого вала6. 1 мм — (2,5…5,0) рад/с;

• мощность: 1 мм — (0,5…1,5) кВт;

• крутящий момент:. 1 мм = 2…8 Н.м.

Крайняя левая точка характеристики ограничивается частотой устойчивого вращения холостого хода (10…70 рад/с).

Максимальная мощность карбюраторного двигателя определяется точкой перегиба кривой (началом падения мощности).

4. Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи определяем из условия обеспечения максимальной скорости движения на прямой передаче в коробке передач

(7)

Предварительно выбирают передаточное число коробки передач на высшей передаче, В большинстве случаев высшей является прямая передача iкв = 1. В автомобилях с одной ведущей осью дополнительная коробка не ставится, тогда iД = 1.

Полученное по формуле (7) передаточное число главной передачи необходимо сопоставить с передаточным числом главной передачи аналога проектируемого автомобиля.

Для получения достаточного дорожного просвета и упрощения конструкции передаточное число главной передачи рекомендуется брать меньше 7 у грузовых автомобилей грузоподъемностью до 4—5 т и не более 10 у тяжелых грузовых автомобилей. В последнем случае передача выполняется из двух ступеней и называется двойной главной передачей.

=7,85

5. Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки

От количества передач и их передаточных чисел зависит способность автомобиля к преодолению подъемов, быстрому разгону и движению с высокой скоростью в заданных дорожных условиях.

В грузовых автомобилях применяют четырех- и пятиступенчатые коробки передач, причем во втором случае последняя передача обычно имеет передаточное число меньше 1, т.е. является ускоряющей.

Определение передаточных чисел коробки передач начинают с расчета передаточного числа первой передачи.

Для этого используют уравнение силового баланса установившегося движения автомобиля:

(8)

где Рf — сила сопротивления дороги, Н;

РВ — сила сопротивления воздуха, Н;

Gа — масса автомобиля, кг;

Поскольку на первой передаче скорость движения автомобиля невелика, силой сопротивления воздуха можно пренебречь. Тогда уравнение (8) примет вид: . Сопротивление дороги, оцениваемое коэффициентом , может быть преодолено, если отношение максимальной тяговой силы к массе автомобиля будет равно или больше этого коэффициента, т.е.

. (9)

Подставив значения тяговой силы, получим:

, (10)

=(0,38*0,488*9,81*10525)/(544,29*7,85*0,9)=5,187 (11)

где Мmax — максимальный момент, Нм.

Увеличение передаточного числа первой передачи допустимо только до величины, при которой развиваемая тяговая сила еще не достигнет силы сцепления колес с дорогой, т.е.

, Н (12)

где Gсц — сцепная масса, приходящаяся на ведущие колеса автомобиля;

— коэффициент сцепления (проверка по сцеплению ведется для хорошего сухого шоссе при = (0,6. 0,8).

Из равенств (11) и (12) получаем:

(13)

В расчетах принимают следующие значения G сц :

1,3*0,7*10525 =9577,75, кг

• для двухосного автомобиля с одной задней ведущей осью ,

где G2 — масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось;

— коэффициент перераспределения нагрузки, равный при разгоне 1,24-1,35.

=(0,7*0,488*9,81*9577,75)/(544,29*7,85*0,9)=8,03

Если передаточное число iк1 найденное по формуле (13), было бы меньше, чем определенное по формуле (11), то следовало бы проверить возможность увеличения массы, приходящейся на ведущие колеса, что может потребовать изменения радиуса шин.

Увеличение числа ступеней коробки передач улучшает тяговые качества автомобиля и особенно его способность к разгону.

При большом числе передач улучшается использование мощности двигателя, так как облегчается выбор передаточного числа, при котором в данных дорожных условиях будет полнее использоваться мощность, что приводит к повышению средней скорости движения автомобиля. При малом числе ступеней коробки передач тяговые качества автомобиля могут быть улучшены благодаря увеличению передаточного числа главной передачи.

От выбора промежуточных передаточных чисел коробки передач зависят как тяговые, так и экономические свойства автомобиля. Одним из простейших методов выбора передаточных чисел промежуточных передач является метод, в основу которого положено наиболее полное использование мощности двигателя при разгоне автомобиля, начиная с первой и кончая высшей передачей. При наличии бесступенчатой коробки передач разгон можно производить, не меняя частоты вращения коленчатого вала двигателя. В этом случае можно работать на частоте вращения пN используя в процессе разгона максимальную мощность двигателя и получая в результате этого максимально возможные дтя данного автомобиля ускорения. При ступенчатой коробке передач для наилучшего использования мощности двигатель на всех передачах должен работать в некотором диапазоне частоты вращения коленчатого вала от п1 до п2

Если пренебречь падением скорости в процессе переключения передач, то каждый раз при переключении передач скорость движения автомобиля, достигнутая перед моментом переключения, например, в конце разгона на первой передаче Vmax 1 равна скорости, с которой начинается разгон на второй передаче, т,е, Vmax 2

следовательно,

(15)

Из равенства (15) следует, что для наилучшего использования мощности двигателя передаточные числа подчиняются закону геометрической прогрессии со знаменателем q.

Из предварительного расчета известны передаточные числа первой и высшей передач. Пользуясь равенством (15), можно найти передаточные числа промежуточных передач для коробок передач с любым числом ступеней.

Для коробки передач с п ступенями передач передаточное число любой передачи можно определить по формуле

, (16)

где к – номер передачи;

n – число ступеней, исключая зднюю и ускоряющую передачи.

Источник

Читайте также:  Ваз 2115 технические характеристики двигателя датчики