При движении по деформирующимся грунтовым поверхностям с образованием колеи существует более сложная зависимость меж ду коэффициентом сопротивления качению и нагрузкой на колесо:
|
P J = iGl V l T i D , |
(3.2) |
где |
£ — коэффициент, меняющийся от 0,75 до 1 в зависимости от состояния |
|
грунта; |
Н — глубина колеи после прохода данного колеса; D — диаметр |
колеса. |
Обычно коэффициент сопротивления качению относят к общему |
||
весу автомобиля, т. е. считают |
|
|
|
/ср — ^^//^авт > |
(3.3) |
где "ZPf — суммарное сопротивление качению всех колес автомобиля; |
GaBT— |
|
вес автомобиля. |
|
|
Сопротивление качению зависит от ровности покрытия, скоро сти и эластичности шины. Однако при скоростях движения ниже 50 км/ч сопротивление качению возрастет настолько медленно, что коэффициент сопротивления качению можно считать практически постоянным и имеющим следующие значения:
Покрытие |
|
|
Значение f |
Цементобетонное и асфальтобетонное |
. |
. |
0,01—0,02 |
Из щебня или гравия, обработанных органическими вяжущи |
0^02—0,025 |
||
ми материалами, с ровной поверхностью . |
|
||
Из щебня или гравия, не обработанных вяжущими, с неболь |
0,03—0,04 |
||
шими выбоинами |
„ |
|
|
Булыжная мостовая |
|
|
0,04—0,05 |
Грунтовая дорога, ровная, сухая и плотная |
|
0,03—0,06 |
|
Пашня,-переувлажненный заболоченный |
грунт, |
сыпучие пески 0,15—0.30 и более |
|
При скоростях, близких к расчетным, для дорог с ровной, твер дой поверхностью можно принимать, что коэффициент сопротив ления качению при скорости v (6 0 С и < 150 км/ч) подчиняется за висимости
/» = /о(1 + 4,5.10-5^2), |
(3.4) |
где fо — коэффициент сопротивления качению при скоростях до 60 км/ч.
Аэродинамическое сопротивление воздушной среды движению автомобиля вызывается: лобовым сопротивлением, которое обус ловлено разностью давления воздуха спереди и сзади движущегося автомобиля; трением воздуха о боковую поверхность автомобиля и сопротивлением, создаваемым выступающими частями автомо биля— крыльями, зеркалами, номерными знаками и др.; затратой мощности на завихрение воздушных струй за автомобилем, около колес и под кузовом; сопротивлением воздуха, проходящего через радиатор и подкапотное пространство.
В результате неравномерного обтекания и образования завих рений давление воздуха на поверхность движущегося автомобиля неравномерно. Имеются зоны повышенного давления и разреже ния (рис. 3.2).
36
а) |
3 |
2 |
к |
5 |
6 |
|
Рис. 3.2. Распределение давления воздуха на автомобиль:
а — картина обтекания |
движущегося автоыобиля воздухом; |
б — эпюра распределения |
дав |
|||
ления по |
вертикальной |
п л о с к о с т и симметрии; 1 — нижний |
поток воздуха; 2 — зоны |
повы |
||
шенного давления; 3 — участок отрыва воздушных струй; |
4 — прилипание |
воздушных струй; |
||||
5 — зона |
разрежения при большой скорости; 6 —<верхний |
поток воздуха |
(знаком «+> |
обо |
||
|
значены зоны повышенного давления; знаком |
«—» — зоны разрежения) |
|
|||
Суммарная сила сопротивления воздуха движению автомобиля
(в Н) выражается формулой аэродинамики |
|
|
СРши2 |
СРШ1/2 |
|
“ |
и - |
(35) |
где с — коэффициент сопротивления среды |
(безразмерная |
величина, завися |
щая от формы тела, движущегося в воздухе, а также от гладкости его поверх ности); р — плотность воздуха, равная на уровне моря 0,125 Н с*/м4; о> — пло щадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению его движения («лобовая площадь»), м2; v — скорость движения автомобиля относи тельно воздушной среды, км/ч; при попутном ветре v = v BBT— ив; при встречном ветре о= оавт+и*.
37
|
|
Т а б л и ц а 3. |
Автомобиль |
/Св, Н • сг/м< |
0), м1 |
Грузовой |
0,6—0,7 |
3—7 |
Автобус с кузовом вагонного типа |
0,25—0,50 |
4,5—7,0 |
Легковой |
0,15—0,30 |
1,4—2,6 |
Обтекаемый спортивный, гоночный |
0,10—0,15 |
1,0—1,5 |
Произведение ср при тяговых расчетах автомобилей заменяю1
коэффициентом сопротивления воздуха Кв, определяемым экспери ментально (табл. 3.1).
Площадь лобовой проекции вычисляют по приближенным фор мулам:.для современных легковых автомобилей (0 = 0,8 ВН\ для ав тобусов и грузовых автомобилей с кузовом фургон о)= 0,9 ВН (гд В, Н — габаритные ширина и высота автомобилей).
Обычно тяговые расчеты ведут применительно к движению пр: спокойной безветренной погоде, принимая, что сила сопротивлени: воздуха приложена в центре тяжести автомобиля.
Сопротивление воздуха резко возрастает при увеличении ско рости движения. Поэтому при конструировании автомобилей уде ляется большое внимание снижению воздушного сопротивления пу тем повышения их обтекаемости.
Сопротивление движению на подъем с уклоном i создается в ре зультате необходимости дополнительных затрат энергии на пере мещение автомобиля по наклонной поверхности дороги на некотс рую высоту. Для перемещения автомобиля по участку подъема длт ной L на высоту Н нужна работа на преодоление силы тяжест F=GH. Пренебрегая разницей между фактической длиной наклеп ного участца дороги и его горизонтальной проекцией, несуществе* ной для допускаемых на автомобильных дорогах продольных yi лонов, можно выразить сопротивление движению на подъем н единицу пути:
P [ = Z F / L = G H / L = = G i . |
(3.1 |
Таким образом, коэффициент сопротивления движению г подъем, представляющий отношение Pi к весу автомобиля, раве значению продольного уклона, выраженному в десятичных дробя Сопротивление инерционных сил автомобиля, возникающее пр изменении его скорости, слагается из сил инерции поступательно] движения и инерционных моментов вращающихся частей автом' биля. При массе автомобиля m = Gfg и скорости автомобиля
(в м/с) инерционная сила поступательного движения
d v |
d v |
(3 |
Pj = m |
= G j , |
|
d t |
d t |
|
1 |
d v |
|
где d v f d t — ускорение автомобиля; j = |
относительное ускорение. |
|
|
d t |
|
38
Наряду с инерцией поступательного движения при изменении скорости движения возникает инерция вращающихся частей авто мобиля (колес, маховиков, механизмов трансмиссии). Для ее уче та к инерции поступательного движения обычно вводят поправоч ный коэффициент учета вращающихся масс 6вр, который представ ляет собой отношение полной силы, необходимой для разгона всех поступательно движущихся вращающихся частей автомобиля, к си ле, необходимой только для разгона поступательно движущихся масс:
Упост |
7 вр |
®вр —' |
(3.8) |
/пост
Поэтому выражение для инерционной силы автомобиля имеет вид
Pj = авр |
(3.9) |
Чем больше передаточное число коробки передач, тем выше зна чение коэффициента 6вр. Для прямой передачи коэффициент колеб лется в пределах 1,03—1,07, при других передачах увеличивается примерно по зависимости
8вр — 1,04+ ni\,
где п — коэффициент, равный 0,03—0,05 для легковых автомобилей и 0,05— 0,07 для грузовых; iK— передаточное число коробки передач.
3.2. Динамические характеристики автомобиля
Механическая энергия, вырабатываемая двигателем автомоби ля, передается через трансмиссию автомобиля на его ведущие ко леса. Вращающий момент колеса Л4вр вызывает появление пары сил. Одна из них окружная сила Рк, приложенная к площадке кон такта шины с покрытием, передаваясь на покрытие, как бы стремит ся сдвинуть его верхний слой в сторону, противоположную движе нию, вторая сила — тяговое усилие Рр — передается через ве дущий мост и рессоры на раму автомобиля и вызывает его дви жение.
Тяговое усилие
Р р — М Вр/гк,
где гк= к г 0— радиус качения ведущих колес с учетом обжатия шины в зоне контакта с покрытием (рис. 3.3),
Коэффициент деформации шины Я на твердой поверхности сос тавляет 0,945—0,950 для пневматических шин высокого давления,
39
Рис. 3.3. Вращающий момент Л4Вр, |
Рис. 3.4. Схема передачи вращающе |
окружная сила Р к и тяговое усилие |
го момента двигателя на колеса ав |
Р р на колесах автомобиля |
томобиля: |
|
1 — двигатель; 2 — маховик и сцепление; |
|
3 — коробка передач; 4 —<карданный вал; |
|
5 — главная передача; 6 — шина |
применяемых на грузовых автомобилях, и 0,930—0,935 для шин низкого давления/
Вращающий^момент на ведущих колесах Мвр (в Н-м) может быть определен как произведение момента двигателя Ме на пере даточные числа трансмиссии и механический коэффициент полез ного действия (рис. 3.4):
М вр = |
(3.10) |
где iK— передаточное число коробки передач; |
to— передаточное число глав |
ной передачи; т] — механический коэффициент полезного действия трансмиссии автомобиля, учитывающий потери энергии на преодоление сопротивлений во всех механизмах от двигателя до ведущих колес. Примерные значения к. п. д. транс миссии составляют для двухосных грузовых автомобилей и автобусов 0,9, для
трехосных грузовых автомобилей— 0,8, для легковых |
автомобилей — 0,92. |
Отсюда тяговое усилие (в Н) |
|
Afe/K*o |
/п . 1 ч |
р Р = -------------V |
{3.11) |
гк |
|
Учитывая, что вращающий момент, развиваемый двигателем,
связан с его мощностью JVe (в Вт) |
и частотой вращения коленча |
||
того вала п е (в об/мин) зависимостью M e = |
N e/ n e, выражение |
(3.11) |
|
можно привести к виду |
|
|
|
716,2 |
Nе*к*0 |
*!■ |
(3.12) |
|
лег к |
|
|
Каждой частоте вращения коленчатого вала ле соответствует строго определенная скорость движения автомобиля, выражаемая:
в метрах в секунду (в м/с)
2ягкпе
(3.13)
60/к/0 ’
40