Вопросы к экзамену по дисциплине «Автомобили, ч. 2»

1. Движитель. Колесо. Динамика автомобильного колеса при качении по недеформируемой поверхности.

Под движителем понимается рабочий механизм взаимодействующий с опорной поверхностью и обеспечивающий передвижение автомобиля.

Движители бывают: колесный, гусеничный, шнековый, шагающий.

В зависимости от соотношений деформации опорной поверхности и колеса различают следующие типы качений:

1) Качение эластичного колеса по жесткой недеформируемой поверхности

2) Качение жесткого колеса по деформируемой поверхности

3) Качение эластичного колеса по деформируемой поверхности

Автомобильное колесо в свободном ненагруженном состоянии характеризуется свободным радиусом. r_c=D_H/2 D_H – наружный диаметр колеса

При приложении к колесу вертикальной нагрузки расстояние от оси вращения до опорной поверхности называется статическим радиусом.

λ – коэффициент деформации шин(0,85)

Н – высота профиля в мм

В – ширина Δ – в %

При качении наружного колеса, расстояние от оси вращения до опорной поверхности характеризуется динамическим радиусом.

Обычно в расчетах вместо динамического радиуса колеса используют кинематический радиус колеса. V_K=V_A=V

Д инамика автомобильного колеса при качении по недеформируемой поверхности

Со стороны автомобиля на колесо действуют силы Р_X, Р_Z и момент М.

Силу Р_Z называют нормальной нагрузкой колеса, она направлена вниз перпендикулярно плоскости дороги.

Силу Р_X называют продольной силой колеса, она параллельна плоскости дороги и в зависимости от режима движения колеса может иметь направление, совпадающее с направлением движения, или противоположное ему.

Момент М подводится к колесу от полуоси или от тормозного барабана. В некоторых случаях М=О. Будем считать положительным направление момента, совпадающее с направлением вращения колеса.

Нормальная реакция опорной поверхности дороги R_Z направлена вверх, перпендикулярно поверхности дороги. Точка ее приложения смещена на величину а_Ш относительно основания перпендикуляра, опущенного из центра колеса на плоскость дороги.

Продольная реакция R_X, поверхности дороги расположена в плоскости дороги и в зависимости от режима движения колеса направлена по движению, или против него; принято считать положительным направление, совпадающее с направлением движения колеса.

Ведущий режим качения R_X>0 (характеризует отрезок 1). На колесо действует момент М, совпадающий по направлению с ω_К. Со стороны колеса на автомобиль действует сила тяги Р_К, совпадающая с

н аправлением движения, а со стороны автомобиля на колесо действует такая же сила Р_Х, направленная противоположно. Колесо в этом случае называют ведущим.

Свободный режим качения R_X=0, характеризуется точкой 2. Колесо в этом случае называют свободным.

Нейтральный режим М>О при R_X<0, характеризуется отрезком З. Колесо в этом случае называют нейтральным.

Ведомый режим М=О характеризуется точкой 4. Колесо в этом случае называют ведомым. Минус показывает, что R_X направлена в сторону, противоположную движению.

Тормозной режим, при котором к колесу подводится тормозной момент — М=М_тор, направленный в сторону, противоположную ω_К, характеризуется отрезком 5. Такое колесо называют тормозящим.

2. Тягово-скоростные свойства автомобиля. Эксплуатационные показатели.

Тяговым принято считать режим, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению.

Эксплуатационные свойства оценивают, сравнивая их показатели с базовыми.

Основные оценочные показатели:

1) максимальная скорость;

2) условная максимальная скорость – это максимальная скорость на последних 400 метрах на у-ке 2 км.

3) время разгона на пути 400 и 1000 м;

4) время разгона до заданной скорости; л/а – 100 км/ч; г/а – 80 км/ч.

5) скоростная характеристика разгон - выбег;

б) скоростная характеристика разгона на высшей передаче;

7) скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем;

8) минимальная устойчивая скорость;

9) максимальный преодолеваемый подъем;

10) установившаяся скорость на затяжных подъемах;

11) ускорение при разгоне;

12) сила тяги на крюке;

13) длина динамически преодолеваемого подъема.

Сила тяги на крюке Р_с (максимальная на низшей передаче). Параметр характеризует способность автомобиля к буксированию прицепов.

3. Внешняя скоростная характеристика двигателя. Построение ВСХ.

Потребная мощность двигателя N_ev [кВт] определяется из условия обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_mах [м/с] при движении по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием:

, где ψ_v - суммарный коэффициент сопротивления дороги при движении с максимальной скоростью. В общем случае суммарный коэффициент сопротивления дороги:

ψ = f + i.

При движении по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием с максимальной скоростью

i = 0, f_v=f_o+7*10^-6*V_max².

Для легковых автомобилей можно принять величину суммарного коэффициента сопротивления дороги ψ_v равной коэффициенту сопротивления качению f_v. Для грузовых автомобилей можно назначить ψ_v =0,025...0,035, чтобы автомобиль мог преодолевать небольшие подъемы.

с_х - коэффициент аэродинамического сопротивления.

р_в- плотность воздуха: согласно ГОСТ 4401-81 на уровне моря можно принять р_в =1,225 кг/м³ .

η_тр - к.п.д. трансмиссии: при определении к.п.д. трансмиссии автомобиля можно воспользоваться эмпирическими зависимостями, имеющимися в частности в курсе «Детали машин», а также можно воспользоваться следующей таблицей.

Максимальная мощность двигателя определяется по следующей формуле:

, где а, b, с — эмпирические коэффициенты, значения которых зависят от типа и конструкции двигателя. При расчетах представляется целесообразным применять значения этих коэффициентов для реальных двигателей. Коэффициент λ: ,

где n_v - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля,

n_v - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности двигателя.

Для легковых автомобилей с карбюраторным двигателем λ = 0,9 ... 1,1. У автомобилей с двигателями с ограничителем частоты вращения или регулятором п_v= n_N и N_{е mах} = N_еv .

Внешняя скоростная характеристика автомобильного дви­гателя (ВСХ) представляет собой зависимость его мощности N_e [кВт], крутящего момента М_е [Н∙м] и удельного расхода топлива

g_e от частоты вращения коленчатого вала п_е [об/мин] при полном открытии дросселя (для карбюраторного двигателя) или полной подаче топлива (для дизельного двигателя). Эта характеристика строится по материалам задания или по рассчитанным данным.

При наличии на двигателе ограничителя или регулятора частоты вращения коленчатого вала график ВСХ строится с учетом их работы. В этом случае при определении численных значений параметров ВСХ двигателя учитывают, что регулятор срабатывает не мгновенно, а при увеличении частоты вращения коленчатого вала на 10 % от ее максимального значения, указанного в задании (точка на рис. 1).

Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят в диапазонах п_min ... п_max для карбюраторного двигателя и п_min ...n_N, для дизельного двигателя. При построении расчетные точки берутся с интервалом 200 ... 700 об/мин или таким образом, чтобы их было не менее пяти.

Для расчетов зависимостей используются следующие формулы:

для определения текущего значения мощности N:

,

где п_е- текущее значение частоты вращения коленвала двигателя;

для определения текущего значения крутящего момента М_е:

.

Значения удельного эффективного расхода топлива g_е могут быть получены пересчетом значений для реального двигателя или по следующей методике [Гриш ]: ,

где g_N - удельный расход топлива двигателем при максимальной мощности:

где g_{e min} - минимальный удельный расход, который зависит типа и конструктивных особенностей двигателя и составляет 195 ... 260 г/(кВт∙ч) для дизельных двигателей и 300 ... 340 г/(кВт • ч) - для карбюраторных.

k _И,k_e - коэффициенты, зависящие от степени использования мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала двигателя. При сравнительных или приближенных расчетах можно принимать:

т.к. внешняя скоростная характеристика двигателя строится при полной подаче топлива, то k_И = 1,

коэффициент k_е для всех типов двигателей:

k_e = 1,25 - 0,99 • Е + 0,98 • Е² - 0,24 • Е³, где .

На внешней характеристике двигателя должны быть отмечены величины: максимальная мощность N_{e max} , максимальный крутящий момент М_{e max}, минимальный расход топлива g_{e min}, частоты вращения коленчатого вала n_N , n_M , n_g , соответствующие этим величинам. Для двигателей, имеющих ограничитель, эти величины должны быть указаны с учетом их работы.

На графике (рис. 1) показан примерный вид кривых внешней скоростной характеристики для грузового автомобиля, двигатель которого снабжен регулятором частоты вращения.

4. Силы сопротивления движению автомобиля и прицепа

Для анализа процесса движения автомобиля, действующие силы делят на:

1. движущие, направление которых совпадает направлением вектора скорости центра масс;

2. силы сопротивления движению, направление которых противоположно этому вектору.

3. нормальные силы по отношению к направлению движения

a+b-c=1

Силы сопротивления движению

Силы сопротивления движению разделяют соответственно причинам, вызывающим их возникновение.

1. Сила сопротивления качению

На дорогах с твердым покрытием сила сопротивления качению обусловлена гистерезисными потерями в шинах 90-95%

2. Сила сопротивлению подъему

Составляющая веса а/м направленная параллельно опорной поверхности

Обычно силу сопротивления качению и подъема рассматривают силу сопротивления дороги.

Ψ - суммарных коэффициент сопротивления дороги

При малых значениях α sinα=tg α = i (%)

При движении по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием с максимальной скоростью i = 0, f=f_o+7*10^-6*V_max². f_o – коэффициент сопротивлению качения колеса

Для легковых автомобилей можно принять величину суммарного коэффициента сопротивления дороги ψ_v равной коэффициенту сопротивления качению f_v. Для грузовых автомобилей можно назначить ψ_v =0,025...0,035, чтобы автомобиль мог преодолевать небольшие подъемы. 3. Сила сопротивления воздуха

с_х - коэффициент аэродинамического сопротивления.

р_в - плотность воздуха: р_в =1,225 кг/м³ .

F – площадь поперечного сечения (м²)

4. Сила сопротивления поступательному разгону автомобиля (сила инерции)

j - ускорение

5. Сила сопротивления прицепа

5. Динамический фактор. Динамическая характеристика. Динамический паспорт.

Д инамическая характеристика автомобиля - это зависимость динамического фактора D от скорости движения автомобиля V. D=f(v)

а_а- масштаб шкалы дин-го фактора для а/м с полной нагрузкой

G₀ – собственный вес а/м в снаряженном состоянии, в который входит вес водителя, Н

6. П риемистость автомобиля.

Это способность быстро увеличивать скорость движения.

Оценочные параметры:

1. Максимальное ускорение

2. Время разгона

3. Путь разгона

Максимальный динамический фактор на высшей передаче определяет диапазон дорожных сопротивлений, которое может преодолеть не переключаясь на низшую передачу.

Из формулы видно, что ускорение зависит от сопротивления движению, скорости движения а/м и от включенной передачи

БОЛЕЕ УДОБНЫМИ И НАГЛЯДНЫМИ ОЦЕНОЧНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ЯВЛ:

1. Время разгона в заданном интервале скоростей

2. путь разгона в заданном интервале скоростей

Для теоретического определения t и S предложено несколько графоаналитических методов. Наиболее известные методы Е.А. Чудакова и Н.А. Яковлева. Последний состоит в том, что расчетный интервал скоростей разбивают на мелкие участки, для каждого из которых считают:

,

где j₁, и j₂ - ускорение в начале и конце участка.

Для каждого участка можно записать: , где V₁, и V₂ - скорости в начале и конце участка,

- время, за которое скорость увеличивается от V₁, до V₂.

Отсюда:.

П олное время разгона t в интервале скоростей от начальной V₁ до конечной V_п: .

Путь за время при равноускоренном движении на каждом участке: ,

где V_ср = 0,5 • (V₁ + V₂) - средняя скорость на интервале.

Полный путь разгона S в интервале скоростей от начальной V₁ до конечной У_п :

Значение падения скорости и путь , который проезжает автомобиль за время переключения передачи зависит от типа дороги, скорости движения автомобиля и параметров обтекаемости. Эти значения приближенно можно определить по следующим формулам:

, ,

где V_п - скорость, достигнутая к началу переключения передачи.

7. Нормальные реакции, действующие на колеса.

8. Силы и моменты, действующие на автомобиль при прямолинейном движении.

1)движущие силы, направление которых совпадает направлением вектора скорости центра масс;

2)силы сопротивления движению, направление которых противоположно этому вектору.

3)нормальные

К внешним силам относятся: сила тяжести, реакции дороги и аэродинамические реакции.

Реакции дороги. Эти реакции считают приложенными к контактным поверхностям колес автомобиля. В каждой точке этих поверхностей действуют элементарные реакции, различные по величине и направлению, которые могут быть заменены равнодействующей реакцией и равнодействующим моментом. Разложим равнодействующие

Аэродинамические реакции. Действующие в каждой точке поверхности автомобиля различные по величине и направлению элементарные силы заменяют результирующей силой Р, приложенной в центре масс и результирующим моментом М

Силы сопротивления движению

Силы сопротивления движению разделяют соответственно причинам, вызывающим их возникновение.

1. Сила сопротивления качению

На дорогах с твердым покрытием сила сопротивления качению обусловлена гистерезисными потерями в шинах 90-95%

2. Сила сопротивлению подъему

Составляющая веса а/м направленная параллельно опорной поверхности

Обычно силу сопротивления качению и подъема рассматривают силу сопротивления дороги.

Ψ - суммарных коэффициент сопротивления дороги

При малых значениях α sinα=tg α = i (%)

При движении по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием с максимальной скоростью i = 0, f=f_o+7*10^-6*V_max². f_o – коэффициент сопротивлению качения колеса

Для легковых автомобилей можно принять величину суммарного коэффициента сопротивления дороги ψ_v равной коэффициенту сопротивления качению f_v. Для грузовых автомобилей можно назначить ψ_v =0,025...0,035, чтобы автомобиль мог преодолевать небольшие подъемы. 3. Сила сопротивления воздуха

с_х - коэффициент аэродинамического сопротивления.

р_в - плотность воздуха: р_в =1,225 кг/м³ .

F – площадь поперечного сечения (м²)

4. Сила сопротивления поступательному разгону автомобиля (сила инерции)

j - ускорение

5. Сила сопротивления прицепа

Н ормальные реакции

9. Сцепление колеса с поверхностью. Коэф-т сцепления. Факторы, влияющие на коэф-т сцепления.

Отношение

б удем называть коэффициентом продольного сцепления колеса с опорной поверхностью.

Коэффициент продольного сцепления на дорогах с твердым покрытием в общем случае определяется совокупностью коэффициентов трения покоя и скольжения с различными скоростями в различных точках контакта. Коэффициент φ_Х определяют опытным путем. К эксплуатационным факторам, влияющим на коэффициент сцепления, относятся: тип и состояние дороги, износ протектора, давление воздуха в шине, нормальная нагрузка на колесо.

Тип и состояние дороги

На дороге с твердым покрытием большее влияние на коэффициент оказывают шероховатость и влажность ее поверхности, наличие пыли и грязи.

Н а мокрых дорогах уже при толщине пленки влаги около 0,2 мм ее наличие приводит к снижению коэффициента φ_Х. При достаточной толщине водяной пленки на части поверхности шины (смоченная поверхность) начинает действовать подъемная гидродинамическая сила F_П и непосредственно с поверхностью дороги взаимодействует лишь часть поверхности контакта.

При наличии подъемной силы коэффициент φ_Х уменьшается тем больше, чем больше толщина водяной пленки. Поэтому при испытаниях шин на мокрой дороге для определения коэффициента толщину водяной пленки нормируют (обычно 1 мм).

Если на дороге имеется пленка грязи, то в связи с более высокой ее плотностью по сравнению с водой подъемная сила увеличвается и коэффициент φ_Х снижаетсяя еще в большей степени. Очень большое влияние на, коэффициент φ_Х оказывает скорость движения колеса.

Износ протектора

Значительное влияние на коэффициент φ_Х оказывает износ шин, так как с уменьшением сечения канавок, образуемых рнсунком протектора, затрудняется отвод влаги. При износе более чем на 50 % интенсивно уменьшается коэффициент φ_Х.

П ри некотором значении скорости сила F_П становится равной нормальной нагрузке Р_Z и контактные поверхности шины и дороги полностью разьединяются слоем воды. Эти явление называют аквапланированием.

Увеличение давления Р_В, воздуха в шине.

На сухих чистых дорогах с твердым покрытием увеличение Р_В приводит к некоторому уменьшению коэффициента φ_Х. На мокрых и грязных дорогах с твердым покрытием при увеличении давления Р_в в некоторых пределах увеличивается коэффициент φ_Х, поскольку повышение удельной нагрузки в области контакта способствует выдавливанию влаги или грязи.

Увеличение нормальной нагрузки на колесо.

Так же, как при увеличении Рв, при этом несколько снижается коэффициент φ_Х на сухих чистых дорогах с твердым покрытием. Это объясняется снижением коэффициента трения резины при увеличении давления. Однако по причинам указанным выше, на мокрых и грязных дорогах явление может быть обратным.