Тяговый баланс автомобиля

 

Тяговый баланс автомобиля - это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах F_к, [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению F_f, [Н] и в автомобиля V_a, [км/ ч]. Графики сил тяги на колесах автомобиля строим для всех ступеней коробки перемены передач.

 

Кинематическая схема КПП и ГП.

 

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи – F_ki производится по формуле:

 

, [Н]

 

h_ТР - коэффициент полезного действия трансмиссии;

U_ТР - передаточное число трансмиссии;

r_к - радиус качения колеса, [м].

КПД трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение:

 

h_тр = 0,98^К ×0,97^L× 0,99^M

 

K - число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на i-той передаче;

L - число пар конических или гипоидных шестерен;

M - число карданных шарниров.

Для определения К,L,M необходимо использовать кинематическую схему автомобиля, данные заносим в таблицу 2.

 

Таблица 2

Передачи	K	L	M	hтр
I	2	1	3	0,904
II	2	1	3	0,904
III	2	1	3	0,904
IV	0	1	3	0,9412

 

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется как произведение:

 

U_ТР = U_КПП × U_РК × U_ГП

 

U_КПП - передаточное число коробки перемены передач;

U_РК - передаточное число раздаточной коробки или делителя;

U_ГП - передаточное число главной передачи.

Для определения этих значений также воспользуемся кинематической схемой автомобиля, полученные значения занесем в таблицу 3.

Таблица 3.

	UКПП	UРК	UГП	UТР
I	6,55	1	6,17	40,4135
II	3.09			19,0653
III	171			10,5507
IV	1,00			6,17

 

При расчетах радиусов качения колес, в качестве исходных данных, используют статический радиус - r_стат . При этом следует учитывать, что радиус качения r_к обычно несколько больше статического и определяется индивидуально для диагональных и радиальных шин. На автомобиле ГАЗ -3307 установлены радиальные шины, поэтому радиус качения колеса рассчитываем по следующей формуле:

 

r_к = 1,04 × r_стат, [м];

r_стат = 0,465

r_к = 1,04 × 0,465 = 0,4836 [м]

 

При расчетах зависимостей силы тяги на колесах автомобиля крутящий момент двигателя нетто - М_é берем из таблицы 1. Также для построения графика нам необходимо рассчитать скорость движения автомобиля на каждой передачи в зависимости от оборотов двигателя.

 

 , [км/ ч]

 

Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля, рассчитанные для каждой передачи, заносим в таблицу 4.

 

Таблица 4. Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на четырех передачах

		ne, [об/мин]
		500	800	1100	1400	1700	2000	2300	2600	2900	3200	3500	3800
1	Vа	2,26	3,61	4,96	6,32	7,67	9,02	10,38	11,73	13,08	14,44	15,79	17,14
	Mе'	256,88	269,52	278,16	282,82	283,48	280,16	272,84	261,54	246,24	226,96	203,69	176,43
	Fк	19406,3	20360,8	21013,8	21365,4	21415,6	21164,5	20611,9	19758,0	18602,6	17145,9	15387,8	13328,2
2	Vа	4,78	7,65	10,52	13,39	16,26	19,13	21,99	24,86	27,73	30,60	33,47	36,34
	Mе'	256,88	269,52	278,16	282,82	283,48	280,16	272,84	261,54	246,24	226,96	203,69	176,43
	Fк	9155,0	9605,3	9913,3	10079,2	10102,9	9984,4	9723,8	9320,9	8775,9	8088,6	7259,2	6287,7
3	Vа	8,64	13,82	19,01	24,19	29,38	34,56	39,74	44,93	50,11	55,30	60,48	65,66
	Mе'	256,88	269,52	278,16	282,82	283,48	280,16	272,84	261,54	246,24	226,96	203,69	176,43
	Fк	5066,4	5315,5	5486	5577,8	5590,9	5525,3	5381,1	5158,2	4856,5	4476,2	4017,2	3479,6
4	Vа	14,77	23,64	32,50	41,37	50,23	59,10	67,96	76,83	85,69	94,56	103,42	112,29
	Mе'	256,88	269,52	278,16	282,82	283,48	280,16	272,84	261,54	246,24	226,96	203,69	176,43
	Fк	3084,7	3236,4	3340,2	3396,1	3404,1	3364,1	3276,3	3140,6	2956,9	2725,4	2445,9	2118,5

Далее определяем силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию, используя выражение:

 

, [Н]

 

m_a = 7850 [кг] - масса полностью загруженного автомобиля;

g = 9,81 [м/с²] - ускорение свободного падения;

f - коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса.

 

Величина коэффициента сопротивления качению колеса – f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем:

 

 

Коэффициент сопротивления качению колеса автомобиля рассчитываем для двух типов дорог с асфальтобетонным покрытием и для грунтовой дороги.

f ₀ = 0,018- коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

f ₀ = 0,03 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида:

 

, [Н]

К_в – коэффициент обтекаемости формы автомобиля;

S_x–площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м²].

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления С_х = 0,91 можно легко определить значение коэффициента обтекаемости К_в по выражению, предложенному академиком Е.А. Чудаковым:

 

К_в = 0,5 × С_х × r _в, [кг/м³]

r _в = 1,225, [кг/м³] – плотность воздуха.

К_в = 0,5 × 0,91 × 1,225 = 0,557375 [кг/м³]

 

Для нахождения площади Миделя автомобиля S_x воспользуемся выражением:

 

S_x = 0,78 × Ва Н, [м²]

Ва = 1,630 [м] – колея передних колес

Н = 2,905 [м] - высота автомобиля.

S_x =1,630 × 2,905 = 4,73515 [м²]

 

Значение максимального значения скорости - V_{a max} выбираем таким, чтобы оно было примерно на 10% больше наибольшего значения скорости, определенного для высшей передачи.

На графике тягового баланса должны быть нанесены линии, показывающие предельные величины сил сцепления ведущих колес, полностью загруженного автомобиля с дорогой, при следующих значениях коэффициента сцепления:

- = 0,8 - сухой асфальтобетон;

- = 0,6 - сухая грунтовая дорога;

- = 0,4 - мокрый асфальтобетон;

- = 0,2 - укатанная снежная дорога.

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле:

 

F_сц = m_к × g × j, [Н]

m_к = 5815 [кг] - масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось.

 

Сила сцепления при ведущей задней оси:

Fсц, Н	Коэффициент сцепления
45636,12	0,8
34227,09	0,6
22818,06	0,4
11409,03	0,2

 

График тягового баланса (Приложение) строим на основе данных, таблиц 4 и 5. На графике отмечаем два значения максимальных скоростей движения автомобиля V_{a max.} на дороге с асфальтобетонным покрытием для двух высших передач.

 

Таблица 5. Рассчитанные значения сил сопротивления движению заносим в таблицу 5.

Vа, [км/ч]	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130
f1	0,018	0,01809	0,01836	0,01881	0,01944	0,02025	0,02124	0,02241	0,02376	0,02529	0,027	0,02889	0,03096	0,0332
Ff1, [H]	1386,1	1393,08	1413,87	1448,53	1497,04	1559,42	1635,66	1725,76	1829,72	1947,54	2079,23	2224,77	2384,18	2557,4
f2	0,03	0,03015	0,0306	0,03135	0,0324	0,03375	0,0354	0,03735	0,0396	0,04215	0,045	0,04815	0,0516	0,0553
Ff2, [H]	2310,2	2321,80	2356,46	2414,21	2495,07	2599,03	2726,10	2876,26	3049,53	3245,90	3465,38	3707,95	3973,63	4262,4
Fw, [H]	0	20,3646	81,4584	183,281	325,833	509,115	733,126	997,866	1303,33	1649,53	2036,46	2464,11	2932,50	3441,6
Fw+Ff1, [H]	1386,1	1413,44	1495,33	1631,81	1822,87	2068,53	2368,78	2723,62	3133,05	3597,07	4115,69	4688,89	5316,68	5999,0
Fw+Ff2, [H]	2310,2	2342,17	2437,91	2597,48	2820,9	3108,15	3459,22	3874,1	4352,87	4895,44	5501,84	6172,07	6906,14	7704