2.2.4 Механический кпд трансмиссии

Коэффициент полезного действия трансмиссии характеризует потери мощности при передаче ей механизмами трансмиссии и равен произведению коэффициентов полезного действия её механизмов. Наибольшие потери мощности имеют место в коробках передач, раздаточных коробках, главных передачах, редукторах. Потери мощности в отдельных механизмах, и трансмиссии в целом, могут быть найдены экспериментально на специальных испытательных стендах или путем испытания автомобиля. Исследованиями установлены некоторые общие закономерности изменения КПД трансмиссий в зависимости от типа агрегата и режима его работы. Это позволяет давать приближенную оценку КПД трансмиссии проектируемого автомобиля. Для проектных расчетов рекомендуются следующие значения КПД отдельных механизмов, [7]:

коробки передач - _кпп = 0,96…0,98;

раздаточной коробки - _рк= 0,93...0,97;

колесной передачи - _кп= 0,96…0,98;

карданного шарнира - _кш = 0,995;

главной передачи - _гл= 0,93...0,97.

При работе двигателя АТС по внешней характеристике КПД его механической трансмиссии возможно принять равным, [14]:

для легковых АТС, _тр = 0,92;

для грузовых двухосных АТС с одинарной главной передачей _тр = 0,9;

для грузовых двухосных АТС с двойной главной передачей _тр = 0,88;

для грузовых трехосных АТС с двумя ведущими осями _тр = 0,84;

для автобусов двухосных _тр = 0,88...0,90;

для автобусов трехосных _тр = 0,84;

для полноприводных легковых АТС _тр = 0,86.

для полноприводных грузовых АТС и автобусов _тр = 0,80;

2.2.5 Размеры и форма

Размерные параметры (Приложение Д) рассчитываемого АТС принимаются:

- близкими к параметрам существующих однотипных АТС (прототипов),

- согласно имеющихся ограничений (Приложение Е), установленных нормативными документами [11, 12, 15].

Принятые основные размерные параметры необходимо указать на схематическом рисунке АТС, аналогично одному из приведенных в Приложении Д.

Внешняя форма АТС на схематическом рисунке должна быть наиболее рациональна и приемлема с аэродинамической точки зрения. Влияние рациональности и совершенства формы АТС на тягово-скоростные качества АТС и топливно-экономическую характеристику определяются величинами коэффициента лобового сопротивления С_х и площади поперечного сечения F. С_x и F определяют лобовое сопротивление – основную составляющую сопротивления воздуха при движении АТС, [7].

Лобовое сопротивление в основном определяет затраты мощности двигателя на высоких скоростях движения, а следовательно, и расход топлива. Сила лобового сопротивления определяется из выражения:

, (7)

где С_х - коэффициент лобового сопротивления (коэффициент обтекаемости), безразмерная величина;

ρ - плотность воздуха, на уровне моря, согласно ГОСТ 4401-81,  = 1,225 кг/м³;

V - скорость относительного движения воздуха и АТС, м/с;

F_в - лобовая площадь, площадь Миделя (площадь наибольшего поперечного сечения АТС), м².

Лобовое сопротивление⁵ вызывается тем, что при движении АТС впереди его появляется зона повышенного давления воздуха, а сзади - зона разряжения (рис.11). За счет различия давлений воздуха впереди и сзади АТС и создается сила лобового сопротивления. При этом она будет тем больше, чем большая энергия необходима для перемещения воздуха, а последняя зависит от характера вихреобразования. Поэтому, чем больше при движении автомобиля образуется вихрей воздуха, тем больше сила лобового сопротивления. Поскольку вихреобразование в воздухе зависит от формы движущегося в нем тела, лобовое сопротивление называют сопротивлением формы.

Р исунок 11 Направления воздушных потоков, обтекающих легковой автомобиль при движении

Сопротивление формы обусловлено в основном фронтальным движением воздуха. На рисунке 12 показана зависимость (в условных единицах) лобового сопротивления от конфигурации кузова простейшей формы.

Рисунок 12 Влияние формы кузова на лобовое сопротивление

Из схемы видно, что при удлиненной передней части сопротивление воздуха уменьшается на 60%, в то время, как при удлиненной задней - только на 15%.

Накопленные материалы исследований аэродинамики легковых автомобилей позволяют дать определенные рекомендации по наиболее рациональной и приемлемой, с аэродинамической точки зрения, форме кузова.

Для легковых автомобилей с жестким закрытым кузовом передняя часть в плане должна иметь скругленные углы. Передняя часть средней высоты на виде сбоку имеет скругленную форму и понижается в направлении вперед. Ветровое стекло в плане скругленное. Крыша в плане несколько сужающаяся вперед и назад от средней стойки и имеет постоянную ширину. Должны быть обеспечены плавные переходы от крыши к заднему скату. Пол кузова цельный с отсутствием выступающих механизмов. Примерная схема кузова показана на рисунке 13.

Установка на автомобиль различных выступающих деталей, небольшое изменение его формы приводят к возникновению добавочных сопротивлений, изменяющих С_х АТС. Например, при открытых окнах С_х увеличивается приблизительно на 5%, на столько же увеличивают сопротивление воздуха открытые фары, [8]. Установка небольших противотуманных фар может вызвать дополнительное сопротивление С_х = 0,04, антенны - С_х = 0,02, наружного зеркала - С_х = 0,01, [7]. Для уменьшения С_х на кузове АТС устанавливают небольшие пластины, препятствующие срыву воздушной среды и понижающие С_х на 5…15 %.

Р исунок 13 Рациональная аэродинамическая форма кузова легкового автомобиля

Обычно коэффициенты лобового сопротивления определяют путем продувки автомобиля или его модели в аэродинамических трубах. При выполнении проектировочного тягового расчета АТС С_х принимают исходя из данных о коэффициенте лобового сопротивления кузова автомобилей-аналогов с ориентировкой на дальнейшее совершенствование форм этих кузовов. С_х современных легковых и гоночных АТС приведены ниже:

легковые 0,3…0,6;

гоночные 0,25…0,3.

Для грузовых автомобилей коэффициент лобового сопротивления обычно выше, чем у легковых. Обусловлено это худшей аэродинамической формой грузовых автомобилей. Зазор между кабиной и платформой, а также выступающие части платформы создают дополнительные источники вихреобразования. На рисунке 14 показан характер обтекания воздухом автопоезда.

Р исунок 14 Направление воздушных потоков, обтекающих автопоезд при движении

Наибольшие коэффициенты лобового сопротивления характерны для автомобилей, перевозящих контейнеры, автомобилей с открытой бортовой платформой. Установка тента на автомобиль способствует снижению коэффициента С_х на 12...15%. Наименьший коэффициент сопротивления характерен для автомобилей, перевозящих цистерны.

Уменьшение сопротивления воздуха для грузовых автомобилей может достигаться за счет скругления углов в местах перехода от лобовой плоскости к верхней и боковым поверхностям, установки лобового стекла с наклоном, увеличения выпуклости передней панели, а также путем применения специальных аэродинамических приспособлений, улучшающих обтекание автомобиля или автопоезда воздухом. На рисунке 15 схематично показаны различные аэродинамические приспособления, применяемые на грузовых автомобилях, а также процентное уменьшение коэффициента сопротивления, полученное по результатам испытаний в аэродинамической трубе, [7].

Р исунок 15 Приспособления для уменьшения аэродинамического сопротивления: грузовых автомобилей

При выполнении проектировочного тягового расчета АТС С_х принимают исходя из данных о коэффициентах лобового сопротивления автомобилей аналогов с ориентировкой на дальнейшее аэродинамическое совершенствование автомобилей. С_х современных грузовых АТС приведены ниже:

	Сх
бортовые	0,9…1,15
с кузовом «фургон»	0,8…1,00
автоцистерны	0,9…1,10
автопоезда	1,4…1,55

Для автобусов коэффициент лобового сопротивления обычно выше, чем у легковых и ниже, чем у грузовых АТС. При определении формы автобуса исходят, прежде всего, из его назначения.

Для городских, школьных автобусов, имеющих сравнительно небольшие значения средней технической скорости движения, влияние С_х на технико-экономические показатели несущественно, поэтому форме в плане аэродинамики особого внимания не уделяют. Для этих автобусов С_х = 0,7…0,9.

Для автобусов иных назначений, имеющих значительные средние скорости движения стараются придать более совершенные с позиции аэродинамики формы. Для пригородных, междугородных, туристических автобусов различных компоновочных схем коэффициенты С_х приведены ниже.

Автобусы: С_х

капотной компоновки 0,75…0,9

вагонной компоновки 0,60…3,75

В расчетах тягово-скоростных свойств автомобилей используют не коэффициент обтекаемости С_х, а коэффициент сопротивления воздушной среды К_В, которым учитываются другие сопротивления, не зависящие непосредственно от формы кузова, [7]:

, (8)

где β - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления.

Согласно формулы (8) коэффициент К_В эквивалентен силе сопротивления воздуха, действующей на 1 м² площади автомобиля при относительной скорости 1 м/с. Между коэффициентом С_х и К_В существует численная зависимость:

. (9)

Коэффициент К_В по определению имеет размерность плотности: с системе СИ его размерность кг/м³ или Н·с²/м⁴.

Для удобства сравнительной оценки аэродинамических качеств АТС вводят понятие «фактор обтекаемости», являющийся произведением коэффициента сопротивления воздуха и лобовой площади (К_В·F).

Приближенно площадь лобового сопротивления АТС может быть подсчитана по формуле:

, (10)

где а - коэффициент заполнения площади: для легковых автомобилей а = 0,78...0,80; для грузовых а=0,75...0,9 (большие значения для более тяжелых АТС); для автобусов 0,78…0,90;

B_Г и H_Г – наибольшие ширина и высота автомобилей соответственно, м.

Принятые размерные параметры позволяют определить F.

В таблице 5 приведены произведения ширины и высоты современных автомобилей различных типов, [7].

Таблица 5 Площади лобового сопротивления современных АТС

Тип АТС	НГ ВГ, м^2	Тип АТС	НГ ВГ, м^2
Легковые: особо малый класс малый класс средний класс большой класс	1,4…1,9 1,6…2,1 1,9…2,3 2,1…2,6	Грузовые грузоподъемностью: 0,5…2,0 т 2,0…5,0т 5,0…15,0т свыше 15т	4,2…5,7 5,2…7,5 6,9…9,0 9,0…15,0