Силы, движущие автомобиль

На спуске движущией автомобиль силой является проекция вектора силы тяжести на плоскость, параллельную дороге:

Р_h = G_a sin a , (30)

где Р_h – движущая сила на спуске; G_a – вес автомобиля; a – угол спуска.

На подъме эта сила является тормозящей (было показано на рис. 31).

При движении с замедлением движущей является также сила инерции автомобиля.

Определить окружную силу на ведущих колесах можно, если известны характеристика двигателя, передаточные числа агрегатов трансмиссии и динамический радиус колеса:

Р_o = × h_тр ,

где Р_o – окружная сила; М_e – крутящий момент двигателя; и_тр – передаточное число трансмиссии; r_d – динамический радиус колеса; h_тр – кпд трансмисии автомобиля.

и_тр = и_кп × и_рк × и_гп , (31)

где и_кп – передаточное число коробки передач; и_рк – передаточное число раздаточной коробки; и_гп – передаточное число главной передачи.

Аналогично кпд трансмиссии автомобиля

h_тр = h_кп × h_рк × h_гп .

На рис. 38 показана внешняя скоростная характеристика поршневого двигателя. N_е – мощность двигателя, кВт; M_е – крутящий момент двигателя, Н×м; q – удельный часовой расход топлива, г/кВт×ч; n_е – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин

Рис. 38. Внешняя скоростная

характеристика двигателя

Внешней характеристика называется потому, что она получается при полной подаче топлива в цилиндры двигателя и на графике протекает выше остальных, называемых частичными характеристиками, которые получаются при меньшей (частичной) подаче топлива.

Изменение мощности двигателя и крутящего момента при полной и частичной подачах топлива в % показано на рис. 39.

Рис. 39. Изменение мощности двигателя и крутящего момента двигателя

в зависимости от количества подаваемого топлива

Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте для бензиновых двигателей равна примерно 0,5 частоты, при которой развивается максимальная мощность двигателя. Максимальный крутящий момент дизелей – при более высокой частоте.

Если известно максимальное значение мощности двигателя и частота вращения коленчатого вала двигателя, то значение мощности при других частотах можно найти по следующей эмпирической зависимости [4].

N_е = N_еmax × , (32)

где N_e– мощность при заданной частоте вращения коленчатого вала; N_еmax – максимальная мощность двигателя; a, b и c – коэффициенты (для карбюраторных двигателей равны 1, для четырехтактных дизелей: а = 0,53, b = 1,56, c = 1,09); n_e – частота вращения коленчатого вала, при которой определяется значение мощности двигателя; n_Nmax – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности.

Отклонения рассчитанной по выражению (32) мощности от реальной,

замеренной на стенде, достигают 10...15%.

Значения крутящего момента двигателя, если известна мощность, можно определить по выражению, H×м:

M_е = 9550 × . (33)

Отношение значения максимального крутящего момента двигателя M_e к значению крутящего момента при максимальной мощности M_Nmax называется к о э ф ф и ц и е н т о м п р и с п о с а б л и в а е м о с т и двигателя

e = .

Для карбюраторных двигателей e = 1,05...1,15, для дизелей e = ,15...1,35.

Желательно, чтобы коэффициент приспосабливаемости был по возможности выше. Это делает управление автомобилем легче, т.к. сокращается количество переключений передач в тяжелых дорожных условиях.

При равномерном движении автомобиля, если известно значение крутящего момента его двигателя, сила тяги на ведущих колесах может быть определена по выражению

Р_т = – G_а×f ,

где Р_т – сила тяги на ведущих колесах автомобиля; h_тр – кпд трансмиссии автомобиля; G_a – вес автомобиля; f – коэффициент сопротивления качению колес автомобиля.

Кпд т р а н с м и с с и и двухосного автомобиля с одной ведущей осью имеет максимальное значение, 0,92...0,94. Кпд трансмиссии полноприводных многоосных автомобилей – 0,75...0,85. Каждая пара шестерен трансмиссии снижает кпд: цилиндрическая, хорошо изготовленная и приработанная – на 1...2%, не приработанная – на 2...2,5%, коническая пара соответственно – на 2...4% и 3...4%. Поэтому количество пар шестерен, передающих крутящий момент в трансмиссии автомобиля, должно быть по возможности меньше.

Кпд шарнира карданной передачи в зависимости от угла равен: 5⁰ – 0,999; 10⁰ – 0,988; 15⁰ – 0,932; 18⁰ – 0,87.

Особенно сильно уменьшается кпд при низкой температуре, когда смазка в агрегатах загустевает. Так, при 30^оС кпд трансмиссии автомобиля ГАЗ-53 равен 0,9, при 15^оС – 0,8, при 0^оС – 0,65. При температуре минус 20...25^оС летние смазки увеличивают момент трения в 5...6 раз по сравнению с моментом трения при +15^оС, а при температуре минус 50^оС кпд трансмиссии близок к нулю. Если в агрегатах трансмиссии при минус 50^о залита летняя, а не зимняя или арктическая смазка, то без предварительного разогрева трансмиссии автомобиль не может тронуться с места.

С увеличением частоты вращения шестерен и валов кпд агрегата уменьшается, а при увеличении передаваемого крутящего момента повышается.

Состояние трансмиссии и ходовой части автомобиля обычно определяется длиной свободного качения (выбега) до остановки на горизонтальной дороге при скорости 50 км/ч. Длина свободного качения не менее:

ВАЗ-2105 – 500 м, М-2140 – 420 м, ГАЗ-24 – 650 м, УАЗ-469 – 400 м, ГАЗ-66 – 400 м, ЗИЛ-130 – 600 м, ЗИЛ-131 – 400 м, ГАЗ-53А – 550 м, Урал-375Д – 600 м.

Кпд ш и н ы при ее качении по дорожной поверхности можно определить

как h_ш = 1 – f , где f – коэффициент сопротивления качкемию еолеса.