Проектировочный тяговый расчет

Расчет проводится при проектировании новых моделей автомобилей.

Задача проектировочного тягового расчета состоит в определении основных параметров двигателя и трансмиссии, которые обеспечивают максимальную скорость движения автомобиля по обычным дорогам и возможность движения при повышенном сопротивлении дороги.

К основным определяемым параметрам при выполнении такого рода расчетов относятся: максимальная мощность двигателя N_max, угловая скорость ω_N коленчатого вала при максимальной мощности, передаточные числа трансмиссии: главнойпередачи u_г, коробки передач u_к и дополнительной коробки передач u_д.

Значения некоторых параметров, таких как КПД трансмиссии η_тр, радиус колес r_ки др. выбирают на основании данных о уже существующих автомобилях аналогичного типа.

При выполнении проектировочного расчета приходится иметь дело с тремя группами параметров: задаваемые техническими условиями на автомобиль, выбираемые и расчетные параметры.

К параметрам, задаваемым техническими условиями, относятся: тип автомобиля, грузоподъемность или пассажировместимость, максимальная скорость v _maxавтомобиля на высшей передаче, коэффициент сопротивления дороги ψ_v , которое может преодолеть автомобиль при максимальной скорости, максимальный коэффициент сопротивления дороги ψ_max, преодолеваемого автомобилем на первой передаче, тип двигателя по используемому топливу и тип трансмиссии.

К выбираемым параметрам.относятся: масса снаряженного автомобиля т₀, фактор обтекаемости автомобиля k_вF_a, распределение нагрузки по осям снаряженного и полностью груженого автомобиля, угловая скорость коленчатого вала ω_N при максимальной мощности двигателя и механический КПД трансмиссии η_тр. Эти параметры выбирают, как правило, по характеристикам существующих автомобилей аналогичного типа.

К расчетным параметрам относятся: максимальная мощность двигателя N_max, передаточное число главной передачи и_г,передаточные числа основной коробки передач и_к и передаточное число дополнительной (раздаточной) коробки передач u_д.

Используя выбранные значения параметров, при проектировании автомобиля сначала определяют его полную массу и подбирают шины, а затем находят максимальную мощность двигателя и передаточные числа трансмиссии – главной передачи, коробки передач и раздаточной коробки.

Полная масса автомобиля m_a в кг, определяется по зависимости в соответствии с его типом и назначением для легковых и грузовых автомобилей соответственно:

(6.2)

где m₀– масса снаряженного автомобиля, кг;

70 – масса одного пассажира, кг;

n_пасс – число пассажиров, включая водителя;

m_б–масса багажа (25–50кг);

m_гр,–грузоподъемность автомобиля, кг.

Шину выбирают с учетом скорости движения и распределению полной массы автомобиля по осям. Если учесть, что на управляемом мосту установлены одинарные колеса, тогда:

(6.3)

где m₁ – масса, приходящаяся на колеса переднего моста, кг.

По максимальной нагрузке на колесо и с учетом максимальной скорости движения по справочной литературе выбирается шина.

Для определения максимальной мощности двигателя сначала находят мощность двигателя при максимальной скорости движения, используя уравнение мощностного баланса автомобиля, представленное в развернутой форме:

(6.4)

где k_вF_a – фактор обтекаемости, Нс²/м²;

v_max – максимальная скорость, м/с;

ψ_v – коэффициент сопротивления дороги при v_mах.

После определения мощности двигателя при максимальной скорости определяют его максимальную мощность.

Передаточное число главной передачи находят исходя из максимальной скорости автомобиля на высшей передаче, заданной техническими условиями на проектируемый автомобиль. Значение передаточного числа главной передачи определяют по формуле:

(6.5)

где v_max – максимальная скорость автомобиля, км/ч;

ω_max – максимальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с;

r_к – радиус колеса, м;

u_к – передаточное число коробки передач на высшей передаче;

u_д – передаточное число дополнительной коробки передач (u_д = 1).

Найденное передаточное число главной передачи должно иметь следующие значения: не более 5,0 – для легковых автомобилей; не более 7,0 – для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 8 т; не более 8,0 – для грузовых автомобилей грузоподъемностью свыше 8 т.

При расчете передаточных чисел сначала находят передаточное число I передачи по заданному техническими условиями максимальному коэффициенту сопротивления дороги ψ_max или максимальному динамическому фактору автомобиля по тяге D_max на I передаче.

Это передаточное число определяют с помощью выражения, полученного из формулы для динамического фактора, пренебрегая силой сопротивления воздуха, так как она незначительна при небольших скоростях движения:

(6.6)

где G_a– вес автомобиля с полной нагрузкой, Н;

Полученное передаточное число I передачи коробки передач не гарантирует отсутствия буксования ведущих колес автомобиля. Чтобы не было буксования ведущих колес при движении на I передаче, необходимо выполнение следующего неравенства:

(6.7)

где m_р2 – коэффициент изменения реакций на задних ведущих колесах;

φ_х – коэффициент сцепления колес с дорогой (0,6–0,8).

Из этого соотношения определяют новое передаточное число I передачи, при котором буксования ведущих колес не будет:

(6.8)

После проверки передаточного числа I передачи на отсутствие буксования ведущих колес из двух найденных передаточных чисел для дальнейших расчетов выбирают меньшее.

По значению передаточного числа I передачи и известному значению передаточного числа высшей передачи определяют передаточные числа промежуточных передач.

Если высшая передача прямая (u_п=1),то для расчета передаточных чисел промежуточных передач используют следующее выражение:

(6.9)

где n' – число передач, не считая повышающую передачу и передачу заднего хода;

k– номер передачи.

Если высшая передача повышающая (u_к<1),то значение ее передаточного числа выбирают в соответствии с типом автомобиля, а остальные передаточные числа промежуточных передач рассчитывают с помощью выражения 6.9.

Передаточное число заднего хода определяют из соотношения при выбранном значении передаточного числа I передачи: u_зx = (1,2–1,3) u₁. Окончательное значение передаточного числа передачи заднего хода определяют при компоновке коробки передач.

Для дополнительной коробки передач определяют передаточное число понижающей передачи, зависящее от ее назначения и типа.

Демультипликатор обычно применяют на тяжелых грузовых трехосных автомобилях с неведущим передним мостом, что позволяет увеличить количество передач коробки передач в 2 раза.

Передаточное число понижающей передачи демультипликатора определяют по формуле:

(6.10)

где ψ_max – максимальный коэффициент сопротивления дороги (0,4..0,55).

Полученное передаточное число понижающей передачи демультипликатора проверяют на отсутствие буксования ведущих колес так же, как и передаточное число I передачи коробки передач. Из двух найденных передаточных чисел выбирают меньшее.

Раздаточная коробка используется в трансмиссии полноприводных автомобилей. Она не только распределяет мощность и крутящий момент между ведущими мостами, но и выполняет функции демультипликатора, т.е. увеличивает числа и количество передач в трансмиссии.

Передаточное число понижающей передачи раздаточной коробки может быть определено с учетом ψ_max = 0,6–0,7по формуле:

(6.11)

Полученное передаточное число также проверяют на отсутствие буксования ведущих колес по выше приведенной методике

Выбранное передаточное число понижающей передачи раздаточной коробки проверяют по значению обеспечиваемой им минимальной скорости движения автомобиля с учетом минимальной устойчивой угловой скорости коленчатого вала двигателя:

(6.12)

Минимальная скорость автомобиля при выбранном передаточном числе раздаточной коробки передач должна составлять 1,5–2,5 км/ч. Если найденная минимальная скорость автомобиля превышает рекомендуемое предельное значение, то передаточное число понижающей передачи раздаточной коробки передач уточняют, пользуясь выражением:

(6.13)

На основании данных, полученных при проектировочном тяговом расчете автомобиля, строят графики силового и мощностного балансов, динамической характеристики, ускорений, времени и пути разгона. При этом используются уравнения для показателей тягово-скоростных свойств автомобиля.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение тягового расчета автомобиля?

2. В чем состоит различие между поверочным и проектировочным тяговым расчетом?

3. В чем состоит цель поверочного тягового расчета, и какие данные являются исходными?

4. Охарактеризуйте особенности выполнения тягового расчета и его последовательность.

5. Какие параметры при проведении проектировочного тягового расчета заданы техническими условиями?

6. Какие параметры при выполнении проектировочного тягового расчета автомобиля выбирают и какие рассчитывают?

7. Охарактеризуйте особенности выполнения проектировочного тягового расчета и его последовательность.

Лекция 7