 |
2. Тяговая динамика. 2. 1. Выбор передаточного числа главной передачи. Рис. 6. Влияние передаточного числа главной передачи на скорость движения автомобиля
|
|
|
|
2. ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА
При конструировании автомобиля производятся расчеты и обоснования следующих его параметров: мощность двигателя, передаточное число главной передачи, число передач, передаточные числа коробки передач и т. д. Ниже рассмотрены методики их расчета, а также проведен анализ влияния некоторых параметров на тягово-скоростные свойства автомобиля.
2. 1. Выбор передаточного числа главной передачи
Передаточное число главной передачи оказывает большое влияние на тягово-скоростные свойства автомобиля. Значение передаточного числа i0 обычно определяется из условия, что автомобиль развивает максимальную скорость Vmax на прямой передаче при движении по горизонтальной дороге при частоте вращения коленчатого вала nN, соответствующей максимальной мощности двигателя Nmax.
Передаточное число главной передачи i0 может быть определено по формуле, связывающей между собой nN и максимальную скорость движения Vmax автомобиля на прямой передаче (iк = iр = 1):
i0 = 0, 105rдnN/ Vmax. (13)
У автомобилей высокой проходимости, а также автомобилей, предназначенных для эксплуатации в сельской местности, передаточное число назначается на 10 ¸ 20 % больше рассчитанного по формуле (13).
Рассмотрим влияние величины передаточного числа i0 на максимальную скорость движения автомобиля и запас мощности двигателя для преодоления наиболее трудных дорожных условий. Для этого построим кривую изменения мощности на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения 
, где 
– эффективная мощность двигателя, взятая по внешней характеристике. На этом же графике (рис. 6 построим кривую изменения мощности, потребляемую для преодоления сил сопротивления 
, также как функцию скорости движения автомобиля. Точка пересечения этих кривых (точка В) определяет максимальную скорость движения автомобиля Vmax.
|
|
|
Увеличение или уменьшение передаточного числа (кривая 1 и 3) главной передачи приводит либо к неоправданно большому запасу мощности двигателя, либо к снижению максимальной скорости движения автомобиля.
Рис. 6. Влияние передаточного числа главной передачи на скорость движения автомобиля
2. 2. Определение передаточных чисел коробки передач
Передаточное число первой передачи i1 определяется по величине максимального дорожного сопротивления, которое должен преодолевать автомобиль, двигаясь на первой передаче без буксования ведущих колес. Эти условия можно записать в виде следующего неравенства:
,
где 
– максимальная сила тяги автомобиля; 
– сила максимального дорожного сопротивления; 
– максимальная сила сцепления колес с дорогой; 
– КПД трансмиссии на первой передаче; 
– максимальный суммарный коэффициент дорожных сопротивлений (рекомендуется для легковых автомобилей = 0, 45 ¸ 0, 6, для грузовых автомобилей – = 0, 5 ¸ 0, 7); 
– вес автомобиля, Н; 
– вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса, Н; 
– максимальный крутящийся момент двигателя, Н*м; j – коэффициент сцепления шин с дорогой (табл. 7).
Таблица 7–Коэффициенты сцепления шин автомобиля с опорной поверхностью для различных видов и состояний дорожного покрытия
| Вид и состояние дорожного покрытия | Коэффициент сцепления |
| Асфальтобетонное, цементобетонное сухое мокрое | 0, 7 – 0, 8 0, 3 – 0, 4 |
| Щебеночное сухое мокрое | 0, 6 – 0, 7 0, 3 – 0, 5 |
| Грунтовая дорога сухая мокрая | 0, 5 – 0, 6 0, 2 – 0, 4 |
| Покрытая укатанным снегом дорога | 0, 2 – 0, 3 |
| Обледенелая дорога | 0, 1 – 0, 2 |
|
|
|
Если подставить в рассмотренное неравенство значения максимальной силы тяги, силы максимального дорожного сопротивления и силы сцепления колес с дорогой, то после несложных преобразований получаем пределы, в которых должно лежать значение передаточного числа первой передачи:
.
При проведении тягово-динамического расчета передаточное число i1 определяется по заданному значению , т. е. по значению левой части неравенства:
. (14)
После определения значения передаточного числа первой передачи, необходимо задать число ступеней трансмиссии. Проблема разработки методики обоснованного выбора числа ступеней трансмиссии до сих пор остается практически нерешенной. В настоящее время обоснование числа ступеней трансмиссии проводят исходя из анализа практики эксплуатации автомобилей-прототипов, статистического анализа эксплуатации автомобилей данного типа, результатов доводочных испытаний.
Одним из наиболее распространенных направлений является сравнительный анализ влияния числа ступеней на топливную экономичность и тягово-скоростные свойства автомобиля для различных типов ряда передаточных чисел трансмиссии. Проведение такого анализа вручную, без применения ЭВМ, затруднительно, так как для расчета показателей топливной экономичности и тягово-скоростных свойств необходимо моделировать движение автомобиля в различных условиях эксплуатации.
Как первое приближение, число ступеней трансмиссии определяют по силовому диапазону коробки передач и средней плотности ряда передаточных чисел.
Силовой диапазон коробки передач определяется отношением;
,
где iв – передаточное число высшей передачи.
Значение средней плотности rср, с учетом условий эксплуатации и типа автомобиля, можно принять в пределах 1, 3 ¸ 1, 9. Меньшее значение rср выбирают для легковых автомобилей, большее – для автомобилей, эксплуатируемых в тяжелых дорожных условиях.
Тогда число ступеней трансмиссии можно определить по формуле:
.
Расчетную величину К необходимо округлить до ближайшего целого числа.
Вычислив К можно приступить к определению передаточных чисел на каждой передаче. Существует несколько методов определения передаточных чисел ступенчатой коробки передач автомобиля.
|
|
|
Соотношение передаточных чисел зависит от изменения чисел оборотов при переходе с одной передачи на другую. Если разгон автомобиля происходит в одном и том же интервале оборотов коленчатого вала, то величина передаточных чисел промежуточных передач должна изменяться по закону геометрической прогрессии:
, (15)
где q – знаменатель прогрессии.
Отметим, что использование одного и тоже интервала числа оборотов скоростной характеристики двигателя для расчета передаточных чисел возможно в том случае, если переключение передач происходит мгновенно. В реальных условиях движения автомобиля время переключения не равно нулю. За время переключения передачи скорость автомобиля не сохраняется постоянной, а снижается и тем больше, чем выше скорость автомобиля, соответствующая процессу переключения передач. Это объясняется возрастанием потерь энергии на преодоление сопротивления качению шин автомобиля и сопротивления воздуха. Для компенсации падения скорости передаточные числа более высоких передач сближают и выбирают их так, чтобы выполнялось неравенство:
,
где К – число передач.
В последнее время для расчета передаточных чисел коробки передач широкое применение получил гармонический ряд вида:
, (16)
где 
.
При расчете ряда передаточных чисел коробки передач, изменяющегося по гармоническому закону, определяют передаточные числа на первой и высшей передачах. Если высшая передача коробки передач прямая, то iк = 1. По заданным передаточным числам i1 и iк рассчитывают значение Е, а по зависимостям (16) промежуточные числа коробки передач.
Гармонический ряд передаточных чисел соответствует равномерной разбивке шкалы скоростей движения автомобиля, т. е.:
,
где 
– максимальная скорость движения автомобиля на n передаче (1 £ n £ К).
Частным случаем гармонического ряда при i1 = К и iк = 1 является динамический ряд передаточных чисел коробки передач, который имеет вид:
|
|
|
i1 = 2i2 = 3i3 =. . . = Кiк = К. (17)
Под динамическим рядом передаточных чисел понимают сочетание передаточных чисел, при котором общее время разгона до заданной конечной скорости наименьшее. Отметим, что ряд передаточных чисел (17) обеспечивает минимальное время разгона автомобиля при большом количестве допущений: не учитываются потери скорости при переключениях передач, моменты инерции маховых масс двигателя и колес автомобиля, вид внешней скоростной характеристики двигателя и др. Поэтому название этого ряда передаточных чисел динамическим является чисто условным по названию научной статьи, в которой предлагалась зависимость (17) между передаточными числами коробки передач.
Кроме рассмотренных законов построения рядов передаточных чисел (15), (16) и (17) известен и ряд передаточных чисел, построенный по закону арифметической прогрессии:
i1 - i2 = i2 - i3 =. . . = iк-1 - iк = d, (18)
где d – разность арифметической прогрессии.
Разность арифметической прогрессии вычисляют по формуле:
.
Для рассмотренных рядов (15), (16), (17) и (18) расчет передаточных чисел может быть выполнен по формулам:
- геометрическая прогрессия
,
- гармонический ряд
,
- динамический ряд
,
- арифметическая прогрессия
,
где in – передаточное число определяемой передачи; i1, iк – передаточные числа первой и высшей передачи; К – количество ступеней трансмиссии; n – порядковый номер передачи.
Как было отмечено выше, плотность ряда передаточных чисел, при переходе от низших передач к высшим, в общем случае, должна возрастать. Арифметический ряд передаточных чисел имеет убывающую плотность. Плотность геометрического ряда постоянная. Поэтому передаточные числа коробки передач автомобилей общего назначения следует рассчитывать по гармоническому закону, для которого выполняется условие:
.
Для увеличения максимальной скорости и снижения расхода топлива при движении автомобиля под уклон, высшая передача коробки передач может быть не прямой, а ускоряющей, т. е. iк < 1. Обычно ускоряющая ступень в современных автомобилях выполняется с передаточным числом 0, 7 ¸ 0, 85.
Передаточное число ускоряющей передачи легкового автомобиля выбирается из условия получения наименьшего значения суммы расходов топлива при движении с установившимися скоростями 90 и 120 км/ч. Одновременно на скоростные свойства автомобиля вводят ограничения: ускорение автомобиля на ускоряющей передаче при скорости 120 км/ч при полной подаче топлива не менее 0, 2 м/с2; на ускоряющей передаче при скорости 100 км/ч угол подъема, преодолеваемый автомобилем, не ниже 3 %. При выполнении указанных ограничений считается, что легковой автомобиль обладает хорошими ездовыми качествами на ускоряющей передаче. Методы определения расходов топлива на установившихся скоростях, ускорений автомобиля при разгоне и углов подъема, преодолеваемых автомобилем на заданной скорости, будут рассмотрены ниже.
|
|
|
|
|
|
