- •Красноярск 2011
- •6.1 Определение сил и моментов, действующих на автомобиль Renault Symbol в заданных дорожных условиях
- •6.2 Расчет и построение зависимости сил и моментов, действующих на автомобиль Renault Symbol, от скорости движения
- •6.3 Расчет и построение зависимости сил и моментов действующих на автомобиль Renault Symbol,от поперечного уклона дороги
6.1 Определение сил и моментов, действующих на автомобиль Renault Symbol в заданных дорожных условиях
Используя значения параметров из массива исходных данных, последовательно определяю:
Угол наклона радиуса переднего наружного колеса тягача к осиY:
φц = arctg(b/R); (6.1)
где b- составляющая базы автомобиля , м;
R –основной радиус поворота, м.
φц=arctg(1.2/5.35)=0,22
Радиус центра масс тягача, м :
Rц =R/cosφц (6.2)
где R –основной радиус поворота, м.
Rц=5,35/cos(0,22)=5,48
Скорость центра масс( при скорости автомобиля 40 км/ч ) :
Vц = Va /сosφц (6.3)
где Va – скорость автомобиля, км/ч;
Vц =11,1/ cos (0,22) = 11,38
Центробежная сила, Н:
Рц = - ((ma*Vц2)/Rц) (6.4)
где ma – полная масса автомобиля, кг;
Vц – скорость центра масс, км/ч;
Rц – радиус центра масс , м
Рц = - (1460*(11,38)2)/5,48 = -34528
Боковая составляющая Рцуг центробежной силы Рц, Н :
Рцуг = Рц*сosφц = -34528 *сos(0,22)= -33691 (6.5)
Касательная составляющая, Н:
Рцу = Рцуг*сosβ = -33691 *cos(0,52)= -29177 (6.6)
Касательная составляющая силы тяжести G, Н :
PGY = ma*g*sinβ=1460*9,8*sin(0,52)=7154 (6.7)
Полная касательная сила, Н :
PY = Рцу + PGY = -29177 +7154 = -22023 (6.8)
Направление полной касательной силы может вызвать боковое скольжение как в правую, так и в левую сторону, а момент этой силы Нм:
Mоп = PY*hцм = -22023 *0,49 = -10791 (6.9)
где hцм – высота центра масс, м
Аналогично определяем итоговую нормальную силу , прижимающую автомобиль к дороге.
В частности, нормальная составляющая центробежной силы Н:
Pцz = Рцуг*sinβ= -33691*sin(0,52)= - 16845 (6.10)
Нормальная составляющая силы тяжести Н:
PGZ = - ma*g*cosβ= - 1460*9,8*cos(0,52)= - 12391 (6.11)
Полная нормальная сила определяется алгебраической суммой Н :
PZ = PGZ + Pцz = - 12391 – 16845 = -29236 (6.12)
Сила сцепления автомобиля с дорогой, т.е сила, удерживающая автомобиль от бокового скольжения, Н равна
RY = Rz*φ= - PZ*φ= -29236 *(-0,8) =14618 (6.13)
Момент, удерживающий автомобиль от бокового опрокидывания, будет всегда противоположен Моп, Нм и определяется произведением
Mуд = PZ*(B/2)= -29236*(1,2/2) = -20407 (6.14)
Используя массив исходных данных и полученные значения угловых и линейных параметров, определяем координаты базовых точек расчетной схемы и представляем её в виде графической зависимости ( рис. 6.1 и 6.2).
6.2 Расчет и построение зависимости сил и моментов, действующих на автомобиль Renault Symbol, от скорости движения
Для решения задачи следует использовать массив исходных данных (табл.6.1) и алгоритм расчета параметров из раздела 6.1.
Пример расчета одной точки при скорости 40 км/ч приведен в разделе 6.1
Таблица 6.2 – Результаты расчета зависимости параметров от скорости автомобиля Renault Symbol
№ |
Параметр |
Значение |
||||||
1 |
Полная масса- mа, кг |
1460 |
|
|
|
|
|
|
2 |
База- L, м |
2,471 |
|
|
|
|
|
|
3 |
Часть базы- B, м |
1,2 |
|
|
|
|
|
|
4 |
Колея- В, м |
1,396 |
|
|
|
|
|
|
5 |
Высота центра масс - hцм, м |
0,49 |
|
|
|
|
|
|
6 |
Основной радиус поворота- R, м |
5,35 |
|
|
|
|
|
|
7 |
Угол поперечного уклона- β, град |
30 |
|
|
|
|
|
|
8 |
Угол поперечного уклона -β, рад |
0,524 |
|
|
|
|
|
|
9 |
Коэффициент сцепления- φ |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
10 |
Скорость автомобиля- VА, км/ч |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
11 |
Скорость автомобиля- Vа, м/с |
0,00 |
2,78 |
5,56 |
8,33 |
11,11 |
13,89 |
16,67 |
12 |
Угол поворота колес- Ѳ, град |
24,79 |
24,79 |
24,79 |
24,79 |
24,79 |
24,79 |
24,79 |
13 |
Угол радиуса ЦМ- φц, рад |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
14 |
Радиус центра масс- Rц, м |
5,48 |
5,48 |
5,48 |
5,48 |
5,48 |
5,48 |
5,48 |
15 |
Скорость центра масс - Vц, м/с |
0,00 |
2,85 |
5,69 |
8,54 |
11,39 |
14,23 |
17,08 |
16 |
Центробежная сила - Рц, Н |
0 |
-2158 |
-8632 |
-19422 |
-34528 |
-53950 |
-77688 |
17 |
Составляющая ЦБ-Рцуг, Н |
0 |
-2106 |
-8423 |
-18951 |
-33691 |
-52642 |
-75805 |
18 |
Касат. составляющая ЦБ- Рцу, Н |
0 |
-1823 |
-7293 |
-16408 |
-29171 |
-45579 |
-65634 |
19 |
Касат. составляющая Ga- PGY, Н |
7159 |
7159 |
7159 |
7159 |
7159 |
7159 |
7159 |
20 |
Полная касательная сила-Ру, Н |
7159 |
5336 |
-134 |
-9249 |
-22012 |
-38420 |
-58475 |
21 |
Норм, составляющая ЦБ - Pцz, Н |
0 |
-1054 |
-4214 |
-9482 |
-16857 |
-26339 |
-37929 |
22 |
Норм, составляющая Ga - Pgz, Н |
-12388 |
-12388 |
-12388 |
-12388 |
-12388 |
-12388 |
-12388 |
23 |
Полная нормальная сила-Рz, Н |
-12388 |
-13442 |
-16603 |
-21870 |
-29245 |
-38728 |
-50317 |
24 |
Сила сцепления Ry, Н |
9911 |
10753 |
13282 |
17496 |
23396 |
30982 |
40254 |
25 |
Сумма сил (Ру + Ry), Н |
17070 |
16089 |
13148 |
8247 |
1385 |
-7438 |
-18221 |
26 |
Момент от касательной силы, Нм |
-4997 |
-3724 |
93 |
6456 |
15364 |
26817 |
40815 |
27 |
Момент от нормальной силы (модуль), Нм |
8647 |
9382 |
11589 |
15266 |
20413 |
27032 |
35121 |
Результаты вычислений используем для построения графических зависимостей полных боковых сил и моментов, действующих на автомобиль в скоростном диапазоне (0 – 60) км/ч.
Рис 6.3. Зависимость полной боковой силы и силы сцепления колес от скорости движения ( при угле β = 30 градусов и коэффициенте сцепления φ = 0,8) : 1- сила сцепления Ry; 2 – полная касательная сила Py; 3- сумма сил Py и Ry.
Из рисунка 6.3 следует, что при увеличении скорости автомобиля Renault Symbol несущественно возрастает сила сцепления Ry ( кривая 1), в результате увеличения нормальной касательной силы (потому что увеличивается сила прижимающая автомобиль за счет нормальной центробежной составляющей силы). В тоже время полная касательная сила Py (кривая 2) существенно уменьшается при увеличении скорости автомобиля. По кривой 2 (Py) видно, что полная касательная сила направлена к центру поворота, в скоростном диапазоне ( 0 - 20 ) км/ч, а свыше 20 км/ч меняет знак на противоположный и увеличивается по модулю не линейно.
Из рисунка также следует, что при скорости 42 км/ч модули сил Ry и Py равны, на основе чего можно сделать вывод, что дальнейшее увеличение скорости движения приведет к заносу автомобиля Renault Symbol от центра поворота.
2
Рис 6.4 Зависимость опрокидывающего и удерживающего момента от скорости движения ( при угле β = 30 градусов и коэффициенте сцепления φ = 0,8) : 1 – опрокидывающий момент Моп; 2 – удерживающий момент Муд.
Из рисунка 6.4 видно, что удерживающий момент (кривая 2) нелинейно возрастает с увеличением скорости и направлен к центру поворота. В то же время опрокидывающий момент (кривая 1) также возрастает, в скоростном диапазоне (0-20) км/ч направлен по часовой стрелке, тоесть автомобиль опрокинется к центру поворота, а свыше скорости 20 км/ч момент будет направлен против часовой стрелки и опрокинется от центра поворота. Очевидно, что после преодоления скорости в 20 км/ч удерживающий момент тоже поменяет знак на противоположный.
Из рисунка также следует, что при скорости 50 км/ч Муд и Моп равны по модулю, следовательно это будет критическая скорость по опрокидыванию, а дальнейшее увеличение скорости автомобиля Renault Symbol приведет к опрокидыванию автомобиля от центра поворота, так как опрокидывающий момент превысит удерживающий.