МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ КІРОВОГРАДСЬКИЙ МАШИНОБУДІВНИЙ КОЛЕДЖ КІРОВОГРАДСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

Методичне забезпечення предмету

«Теорія і конструкція автомобілів»

Виконав викладач: ____________ М.В.Сторожук

Розглянуто на засіданні

циклової комісії

автомобілів і двигунів

Протокол № ____ від_______

Голова комісії В.П.Таран

Кіровоград

2009 рік

Лекція 1-2

Вступ. Експлуатаційні властивості

Теорія автомобіля – наука, що вивчає механіку руху автомобіля, його взаємодію з опорною поверхнею та експлуатаційні властивості.

В теорії автомобіля розглядають експлуатаційні властивості, безпосередньо пов’язані з рухом автомобіля.

До них відносять – динамічність, паливну економічність, прохідність, керованість, стійкість і плавність ходу.

Інші експлуатаційні властивості (надійність, довговічність, тощо) розглядають в інших дисциплінах.

Під динамічністю автомобіля розуміють його здатність перевозити вантажі та пасажирів з максимально можливою середньою швидкістю.

Чим вища динамічність тим більша продуктивність автомобіля. Динамічність в першу чергу залежить від тягових і гальмових властивостей.

Паливна економічність – раціональне використання енергії палива при русі автомобіля. Витрати на паливо складають значну частину вартості перевезень, тому чим менша витрата пального, тим менші експлуатаційні витрати.

Керованість – властивість автомобіля змінювати напрямок руху при зміні положення керованих коліс.

Стійкість – властивість автомобіля, що забезпечує збереження напрямку руху і протидію силам, що намагаються викликати занесення і перекидання автомобіля. Особливо високі вимоги до стійкості автомобіля діють при його роботі на слизьких дорогах і великих швидкостях. Разом з керованістю стійкість гальмова динамічність зумовлюють безпеку руху.

Прохідність – властивість автомобіля впевнено рухатись по погіршеним (мокрим, слизьким) і поганим (розбитим, розкислим) дорогам, у пересічній місцевості поза шляхами і долати перешкоди (канави, ями, пороги) без допоміжних пристроїв. Прохідність має велике значення для автомобілів, що пріють в сільському господарстві, лісовому господарстві, будівництві, кар’єрах.

Плавність ходу – властивість автомобіля рухатись по нерівним дорогам сильних струсів кузова. Від плавності ходу залежать швидкість, витрата палива, збереження вантажу і комфортабельність авто.

В теорії автомобіля його експлуатаційні властивості вивчають окремо одне від одного. В дійсності всі вони тісно пов’язані. Так, середня швидкість на поворотах може бути обмежена не динамічністю, а керованістю і стійкістю, а на нерівних поверхнях – плавністю ходу. Збільшення V_ср викликає збільшення витрат палива, таким чином погіршує його паливну економічність.

Експлуатаційні властивості оцінюють за допомогою системи вимірювачів і показників.

Вимірювач – це одиниця виміру експлуатаційної властивості (наприклад, вимірювачем динамічності є швидкість і прискорення).

Показник – це число, що характеризує величину вимірювача, кількісне значення.

Сила тяги на ведучих колесах автомобіля

Рівнодіючу всіх сил, що діють збоку дороги на колесо в області контакту називають реакцію дороги. Її можна уявити у вигляді трьох складових: нормальної R_z, дотичної R_x, поперечної R_y. Виникнення R_x і R_y можливе лише при наявності R_z.

Рисунок 1 – Реакція дороги, що діє на колесо

При русі автомобіля ведуче колесо, обертаючись під дією прикладеного до нього моменту, намагається зсунути назад верхній шар дорожнього покриття. З боку дороги на ведуче колесо в зоні контакту діє протилежна сила – дотична реакція дороги R_x2. При коченні колеса неминучі незворотні втрати в шинах тому для руху автомобіля використовується не весь момент, підведений до ведучих коліс, а лише деяка частина. Всі сили, що діють на автомобіль, для зручності вивчення ділять на сили рушійні і сили опору руху. У відповідності з цим поділом дійсну силу R_х2, до колеса з боку дороги умовно представляють у вигляді різниці двох сил: сили тяги Р_т та сили, що враховує втрати енергії в шинах ведучих коліс R_к2:

.

Сили тяги – відношення моменту на півосях до радіусу r ведучих коліс при рівномірному русі автомобіля

.

Таким чином, поняття “сила тяги” не враховує затрати енергії на тертя всередині шини, деформацію дороги, а також на прискорення обертових деталей. Ці затрати враховуються окремо.

На веденому колесі сила тяги відсутня Р_Т=О і при рівномірному русі дотична реакція дороги дорівнює силі опору кочення ведучих коліс ; знак ,–’ показує на те, що реакція на ведених колесах має напрям протилежний руху автомобіля.

Для визначення сили тяги необхідно знати радіус r ведучого колеса і момент М_Т. Оскільки на колесах автомобіля встановлені еластичні пневматичні шини, то радіус колеса під час руху змінюється. Розрізняють такі радіуси як:

Статичний радіус колеса r_с – відстань від поверхні дороги до осі нерухомого колеса, що сприймає вертикальне навантаження Р_z. Значення r_с приводиться в технічних характеристиках шин.

Динамічний радіус колеса r_Д – відстань від поверхні дороги до осі колеса, що котиться. r_Д збільшується із зменшенням навантаження Рz і збільшенням тиску в шинах. При збільшенні швидкості автомобіля під дією відцентрових сил, шина розтягується в радіальному напрямку, внаслідок чого радіус r_Д збільшується.

Радіус кочення колеса r_к – радіус умовного недеформованого колеса, що котиться без ковзання, та має з даним еластичним колесом однакову кутову і лінійну швидкість.

_.

де S – шлях, який пройшло колесо;

– число обертів колеса на шляху S.

Різниця між радіусами r_Д і r_к в основному виникла при проковзуванні в області контакту шини з дорогою. Якщо проковзування немає (ведене колесо), то r_Д і r_к майже рівні між собою, у випадку повного буксування шлях S =О і r_к=О.

Під час ковзання загальмованих і заблокованих коліс (рух юзом)

На дорогах з сухим твердим покриттям ковзання ведучих коліс і зміна радіуса невеликі. Тому числові значення r_к r_Д r_с вважають однаковими і позначають r.

Коефіцієнт корисної дії трансмісії

Потужність від двигуна до ведучих коліс передається через агрегати трансмісії. Частина потужності при цьому втрачається на подолання тертя в зубчастих зачепленнях зубчастих коліс коробки передач і головній передачі моста, в карданних шарнірах, підшипниках і сальниках, на подолання тертя шестерень об мастило та на його розбризкування.

Тому тягова потужність N_T, що підводиться до ведучих коліс, при рівномірному русі автомобіля менша за ефективну потужність двигуна N_е на величину N_тр потужності втрачену на подолання тертя в трансмісії

N_T= N_е– N_тр.

Часто втрати енергії в трансмісії оцінюють по величині моменту М_тр приведеного до ведучих коліс.

де – кутова швидкість ведучих коліс в радіус.

Величини М_тр і N_тр враховують два види втрат: гідравлічні втрати і витрати, викликані наявністю тертя в зубчастих зачепленнях і карданних шарнірах.

Гідравлічні втрати зумовлені перемішуванням і розбризкуванням мастила в картерах КП і ведучих мостів. Вони майже не залежать від величини моменту, що передається, але змінюються зі зміною кутової швидкості деталей, в’язкості і кількості мастила, залитого в картері. Гідравлічні втрати оцінюють моментом М_r, який потрібно прикласти до підважених ведучих коліс, щоб обертати вали трансмісії вхолосту (без навантаження). На графіку показані експериментальні залежності моменту М_r від швидкості руху V деяких марок автомобілів.

1 – ГАЗ-24 „Волга”; 2 – ГАЗ-53А; 3 – ЗИЛ-130.

Рисунок 2 – Залежність моменту М_Г від швидкості автомобіля

При відсутності експериментальних даних для автомобіля з колісною формулою 4х2 використовують емпіричну формулу:

_,

де V – швидкість автомобіля, м/с ;

G_a – маса автомобіля, Н.

Втрати енергії на подолання тертя в зубчастих зачепленнях і шарнірах пропорційні моменту, що передається трансмісією. Вони не залежать від швидкості обертання деталей. Ці втрати оцінюють моментом

,

де і_тр – передаточне число трансмісій;

,

к, l – показники, відповідні числам циліндричних і конічних зубчастих пар.

т – показник, враховуючий число карданних шарнірів.

Таким чином, момент опору трансмісії, приведений до ведучих коліс:

.

В залежності від режиму роботи автомобіля, використовуються різні способи оцінювання втрат. Так якщо, трансмісія передає енергію двигуна до ведучих коліс (активний режим) то втрати потужності в ній оцінюють по величині прямого ККД трансмісії, що являє собою відношення тягової потужності до ефективної, або відношення відповідних моментів:

.

Підставимо в цю форму значення М_тр отримаємо:

.

При русі автомобіля по хорошій дорозі з невеликим навантаженням і малою швидкістю, ефективний момент двигуна невеликий і другий член формули приймає суттєве значення. ККД трансмісії при цьому може знизитись до 0,4-0,5. При роботі двигуна з повним навантаженням момент М_r значно менший за тому їх відношення можна зневажити і вважати, що .

При гальмуванні двигуном трансмісія передає енергію від ведучих коліс до двигуна і витрати енергії визначають по зворотному ККД трансмісії:

,

де N_тд – потужність, що витрачається на тертя в двигуні, Вт.

При розрахунках частіше використовують, а не .

Під час руху автомобіля накатом, коли двигун від'єднаний від трансмісії , втрати енергії в трансмісії оцінюють по їх абсолютній величині – по значенням або _.

Таблиця 1-Приблизні значення прямого і зворотного ККД

Тип автомобіля
Гоночні і спортивні	0,90 - 0,95	0,80 - 0,85
Легковики	0,90 - 0,92	0,80 - 0,82
Вантажні і автобуси	0,82 - 0,85	0,75 - 0,78
Підвищеної прохідності	0,80 - 0,85	0,73 - 0,76

ККД трансмісії не залишається постійним під час всього часу експлуатації. Під час періоду обкатки деталі трансмісії і ходової частини притираються і ККД в цей час збільшується. Потім досить довгий час залишається незмінним, після чого в результаті зношення деталей і утворення великих зазорів починає зменшуватись. Після капітального ремонту ККД не досягає попереднього значення.

Тягова характеристика автомобіля

Тяговою характеристикою автомобіля називають графік залежності сил тяги від швидкості автомобіля. Кутові швидкості і відповідно ведучих коліс і колінчатого валу пов’язані між собою:

,

де – передаточне число коробки передач,

– передаточне число головної передачі.

Швидкість автомобіля:

,

При передаванні моменту агрегатами трансмісії його величина змінюється пропорційно передаточним числам агрегатів. Момент, що підводиться до напівосей автомобіля при рівномірному русі:

.

Враховуючи формулу , тяговий момент можна визначати таким чином:

,

а силу тяги

.

Визначивши М_е, V, _тр для декількох значень можна, користуючись останньою формулою знайти залежність сили тяги від швидкості автомобіля у всьому діапазоні зміни кутової швидкості і моменту М_е та побудувати тягову характеристику автомобіля. Число кривих на цьому графіку буде відповідати числу ступенів в коробці передач.

При постійній кутовій швидкості вала двигуна швидкості автомобіля на різних передачах зворотньо пропорційні передаточним числам коробки передач.

, , ,

Рисунок 3 – Тягова характеристика автомобіля

Лекція 3