2. Нагрузочные и расчетные режимы. Методы расчета

2.1. Рабочие процессы агрегатов и систем автомобилей

Рабочим процессом называют совокупность физических, физико-химических и других явлений, возникающих в агрегатах и системах автомобиля, их последовательность, причинность и взаимосвязь.

Любую механическую систему (весь автомобиль, либо его агрегаты в отдельности) можно представить в следующем виде (рисунок), где – управляющие параметры, – выходные параметры,– параметры внешней среды;– внутренние параметры системы.

Математическое выражение рабочего процесса системы будет иметь следующий вид:

. (2.1)

Зависимости такого вида можно получить двумя способами:

1. экспериментально-статическим;

2. расчетным.

Экспериментально-статистический способ основан на анализе результатов экспериментальных исследований нагрузочных режимов агрегатов и систем автомобилей в различных условиях эксплуатации и нахождении закономерностей. Такой способ может использоваться также при использовании образцов и моделей агрегатов и систем, однако в этом случае обеспечивается меньшая точность полученных данных.

В основу расчетного способа положено математическое моделирование режимов движения и нагрузок у агрегатов в определенных условиях эксплуатации. С одной стороны это проще и позволяет более полно учесть особенности динамической системы конструируемого автомобиля и вероятные условия эксплуатации; с другой – требует введения допущений упрощений, что также приводит к возникновению погрешностей.

Для описания рабочих процессов агрегатов и систем автомобилей в настоящее время используют следующий аппарат:

1. методы теоретической и прикладной механики (для расчета простых систем);

2. методы конечных элементов, начальных параметров, жесткостей и податливости (для расчета сложных систем).

В общем случае любую механическую систему можно представить в виде модели, содержащей массу , податливостьи жесткость:

Таким образом, двухмассовая модель автомобиля при отсутствии инерционной связи между передним и задним мостами будет иметь вид (рисунок), где – подрессоренная масса автомобиля с моментом инерции,– жесткость упругих элементов подвески (рессор),– податливость элементов подвески,– неподрессоренная масса с моментом инерции,– жесткость шин,– податливость шин.

Следовательно, при схематизации, автомобиль в целом и его агрегаты в отдельности, представляются в виде колебательных систем с дискретными параметрами. В системах, приведенных к дискретному виду, все детали заменяются элементами, каждый из которых характеризуется одним из параметров: инерционностью или жесткостью (упругостью можно пренебречь, т.к. в реальных агрегатах автомобиля оно не оказывает существенного влияния).

Инерционными элементами (сосредоточенными массами) считают такие, осевой размер которых не превышает 1,5 ÷ 2 их диаметра (маховик, диски сцепления, зубчатые колеса). Распределенные массы учитывают, приближенно относя их к сосредоточенным, находящихся на концах участков (валы карданной передачи).

Элементы, обладающие только податливостью, в первую очередь имитируют валы, специальные упругие детали и шины, причем вследствие их большой массы и высокой податливости их часто заменяют сосредоточенной массой с присоединенной податливостью.

После дискретизации автомобиль представляют в виде механической колебательной системы, состоящей из множества сосредоточенных масс соединенных безинерционными жесткими звеньями. В этой системе все кинематические связи осуществляемые передачами различных видов. В процессе колебаний инерционные элементы системы обладают только кинематической энергией, жесткие – только потенциальной.