Теория автомобилей

26.12.2012.

Силы

 

Для анализа динамичности автопоезда используют его динамическую характеристику - динамический паспорт. Для определения нагрузки автопоезда вес прицепов суммируют весом  тягача. Динамический фактор автопоезда определяется по формуле:

 

Сила тяги автопоезда. Динамический паспорт автомобиля представляет собой  совокупность динамических характеристик  номограммы нагрузок и графика контроля буксования, динамический паспорт автомобилей  позволяет решать уравнения с  учетом конструктивных параметров автомобиля, крутящего момента автомобиля, основных характеристик дороги и нагрузки на автомобиль.

Влияние конструктивных факторов на тяговую динамичность автомобиля. Тяговая динамичность автомобиля зависит  от его конструктивных параметров и  качества дороги. Из конструктивных факторов наибольшее значение имеют: форма скоростной характеристики двигателя, КПД трансмиссии, передаточные числа трансмиссии, карбюраторные  ДВС имеют более выпуклую характеристику, чем дизель, что позволяет ему  преодолевать сопротивление или  развивать ускорение. КПД трансмиссии  оценивает величину непроизводительных потерь энергии. Уменьшение КПД из-за роста потерь энергии на трение приводит к уменьшению силы тяги на ведущих  колесах, в результате снижается  максимальная скорость автомобиля и  максимальный коэффициент сопротивления  дороге. Применение в холодное время  летних трансмиссионных масел, которые  имеют большую вязкость, приводит к увеличению тягового момента, особенно заметного во время трогания с места.

 

Уравновешивание двигателя

Силы и моменты, вызывающие неуравновешенность двигателей. Силы и моменты, действующие в КШМ, непрерывно меняются по величине и  направлению. При этом, действуя на опоры двигателя, они вызывают вибрацию рамы и всего автомобиля, в результате чего ослабляются крепежные соединения, нарушаются регулировки узлов и  механизмов, затрудняется использование  контрольно-измерительных приборов, повышается уровень шума. Это отрицательное  воздействие снижают различными способами, в том числе: подбором числа и расположения цилиндров, формой коленчатого вала, а также уравновешивающее устройство, начиная от простых противовесов, до сложных уравновешивающих механизмов. Действие, направленное на устранение причин вибрации, т.е. неуравновешенности, называется уравновешением ДВС. Уравновешивание ДВС сводится к такой системе, в которой равнодействующие силы и их моменты постоянны по величине или равны нулю. Двигатель считается полностью уравновешенным, если при установившемся режиме работы силы и моменты, действующие на его опоры, постоянны  по величине и направлению. У всех поршневых двигателей реактивный момент, противоположный крутящему моменту, возникает при работе двигателя и называется опрокидывающим моментом. Он передается на подмоторную раму. Величина опрокидывающего момента переменная, поэтому абсолютной уравновешенности достигнуть невозможно. Однако, в зависимости от того в какой степени устраняются причины, которые вызывают уравновешенность ДВС, различают двигатели: полностью уравновешенные, частично неуравновешенные, полностью неуравновешенные. Решение уравновешивания ДВС сводится к уравновешению лишь более значительных моментов и сил. Теоретически силы инерции и их моменты могут быть уравновешенны. Однако на практике это сопровождается усложнением конструкции. Уравновешивание ведут с учетом экономических и технических целесообразностей, поэтому не все поршневые двигатели полностью уравновешенны.

Способы уравновешивания:

1. Уравновешивание подбором оптимального числа цилиндров, их расположение и выбором схемы коленчатого вала.
2. Установка противовесов на коленчатом валу.
3. Равенство масс поршневых групп.
4. Равенство масс и одинаковое расположение центра тяжести шатунов
5. Статическая и динамическая уравновешенность колен. вала

При эксплуатации ДВС необходимо, чтобы во всех цилиндрах рабочие  процессы протекали одинаково, а  это зависит от состава смеси, углов опережения зажигания или  впрыска топлива, наполнение цилиндров, теплового режима, равномерности  распределения смеси по цилиндрам.

Рассчитать скоростную характеристику двигателя, и построить график при  максимальной мощности 83 л\с и макс оборотах 4000об\мин. (мощность перевести  в кВт, обороты в Р\с)

 

Переменные	Число оборотов
	800	1600	2400	3200	4000	4800
	19.256
	17.24

 

 

 

 

15.12.2012.

 

Силы сопротивления автомобиля.

Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами  энергии, которые делятся на три  группы:

• Энергия, которая затрачивается на подъём автомобиля при движении.
• Энергия,  которая затрачивается на деформацию шин.
• Взаимодействие и колебание частей автомобиля.

Автомобильная дорога состоит  из чередующихся между собой частей. Спусков, подъёмов и редко имеет  участки большой длины. Крутизну подъёма характеризуют величиной  угла α в градусах или величиной  уклона дороги, который представляет собой отклонение, превышение к заложению. На автомобильных дорогах с твёрдым  покрытием углы подъёма невелики, при этом уклон i равен, тогда сила подъёма определится по формуле мощность, затрачиваемая на преодоление подъёма, определится по формуле. При движении на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону сопротивления движения и является движущей силой, поэтому угол и уклон дороги считают положительным и в случае движения на подъем и отрицательным в случае спуска. Сила сопротивления качению. Зависит от деформации шины и дороги, трения шин о покрытие дороги, трение в подшипниках колёс. Основное значение имеет деформация шин и дороги. Шина соприкасается с дорогой большим числом точек. В каждой из них действует сила. Равнодействующая элементарных сил, которые действуют со стороны дороги на колесо, называют реакцией дороги. Реакцию дороги представляют в виде трех составляющих: нормальной z(пропорциональной дороге), касательной x, поперечной y. Если на колесо действует продольная сила Px и поперечная Py, то в области контакта с дорогой возникает реакция. Если колесо катится под действием толкающей силы Px, то она определится по формуле. Момент на ведущих колёсах автомобиля при разгоне.

Мощность, определяется по формуле: 

 

Сила сопротивления  дороге

 

Коэффициент сопротивления  качению и уклон дороги характеризует  качество дороги. Поэтому введено  понятие о силе сопротивления  дороге, которая равна сумме сил  сопротивления качению или силе сопротивления подъему. Выраженные в скобках выражения называются коэффициентом сопротивления дороге и обозначается буквой (пси)ϯ.

Сила сопротивления  воздуха:

Автомобиль при движении перемещает частицы воздуха и  в каждой точке поверхности автомобиля возникают силы. Эти касательные  силы являются силами трения, а нормальные силы создают давление на автомобиль.

Показатели поперечной устойчивости автомобиля

1. Uз  - Максимальная критическая скорость движения автомобиля по окружности, которая соответствует началу заноса автомобиля (м/с)
2. Uо – максимальная критическая скорость автомобиля по окружности, которая соответствует началу его опрокидывания
3. Bз – начало поперечного скольжения колес
4. Bo – максимальный критический угол косогора, соответствующий началу опрокидывания автомобиля
5. Рц – центробежная сила
6. Ма – масса автомобиля в кг.
7. V – угол между радиусом поворота центра тяжести и продолжения оси задних колес
8. L – база  автомобиля.
9. Ɵ – угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости точки передней оси, этот угол приблизительно равен полусуме углов поворота управляемых колес
10. W – угловая скорость

Устойчивость автомобиля – это свойство автомобиля двигаться  без бокового скольжения (занос) и  опрокидывания. Устойчивость определяется конструктивными особенностями  автомобиля расположением груза  и способом управления. Занос возникает  из-за нарушения силового замыкания  в зоне колеса с дорогой под  влиянием поперечной (центробежной силы).

 Р = G/ 12.7 R.  Поперечная сила возникает как при движении по кривой постоянного радиуса, так и в результате неосторожного поворота рулевого колеса (чем реще поворот рулевого колеса тем больше поперечная сила)

Р = ϕG . Коэффициент сцепления шин с дорогой при поперечном направлении при торможении или разгоне составляет 80 – 90% величины коэффициента сцепления. Для предотвращения бокового скольжения  необходимо повернуть управляемые колеса в сторону заноса. Опрокидывание автомобиля происходит, как правило, при высоком расположении груза. Скорость, превышение которой приводит к опрокидыванию, рассчитывают по формуле Uкр = 8 км/ч. Из этой формулы следуют, что с повышением центра тяжести автомобиля (автомобиль с грузом) и уменьшением радиуса поворота колес уменьшается и критическая скорость безопасного движения. У груженных автомобилей центр тяжести выше чем у порожних. У грузовых автомобилей высота центра тяжести 1200 мм, а у того - же автомобиля без груза 885 мм. Поперечный уклон дороги не должен превышать 0,02 и продольный 0,01. Остальные данные должны соответствовать данным таблицы:

Тип покрытия	Состояние	Средняя квадратичность высоты неровностей (мм)	Длина уч-ка	Допустимая скорость м/с
Асфальт или цементобетон	Сухое	7-12	800
Асфальтобетон	Мокрое	До 12	600
Булыжное	Сухое	До 20	800	19,4/16,7
Заснеженное	Укатанное	-	600	19,4/16,7

 

При движении автомобиля регистрирующая аппаратура записывает изменение угла поворота рулевого колеса и курсового  по времени. Показатели курсовой устойчивости определяют по формулам Uуср = 1, 35γср U . По результатам расчетов строят графики. Курсовая устойчивость – нарушение курсовой устойчивости при прямолинейном движении автомобиля происходит под действием составляющих сил (бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, а также различных по величине сил(тяговой и тормозной)), приложенных к колесам, правой и левой сторон автомобиля. При криволинейном движении автомобиля к этим силам добавляется центробежная сила. Потеря устойчивости автомобилем может быть также неправильными приемами управления, интенсивность торможения и разгон, резкий поворот рулевого колеса или технической неисправности (неправильная регулировка тормозов, заклинивание рулевого механизма). Максимальная допустимая скорость при прямолинейном движении без пробуксовки колес определяется по формуле.

 

 

 

 

 

 

 

02.03.2013

Рулевое управление

Требования – высокая  управляемость и хорошая устойчивость движения автомобиля. Качение колес  с минимальным боковым уводом и продольным скольжением на повороте. Обеспечение оптимальных усилий на колесе при управлении автомобилем. Предотвращение толчков от дороги на колесо. Стабилизацией рулевых колес. Соответствие инженерной психологии и  безопасность конструкции. Управляемость  автомобиля, устойчивость и усилия на рулевом колесе зависят от передаточного  числа рулевого управления, которое  равно произведению передаточных чисел  рулевого механизма и рулевого привода. Передаточное число рулевого привода  определяется соотношением приведенных  плеч и рычагов привода и поэтому  является величиной переменной. Детали червячных механизмов закаливаются на глубину 0,3 мм.

Расчет рулевого управления. Величины нагрузок на детали рулевого управления находятся по двум расчетным  режимам. К максимальному моменту, который прилагается к управляемым  колесам на повороте и максимальной тормозной силе, которая действует на одно или два колеса. Спицы рулевого колеса рассчитывают на изгиб, исходя из предположения, что усилия, прилагаемые к рулевому колесу, распределяются между спицами поровну. Для длинных валов проводятся расчеты на жесткость. Угол закручивания определяется по формуле. Максимальный угол закручивания не должен превышать 5-7 градусов/м. Червяк и ролик рассчитывают на износостойкость и контактную прочность. Рулевую сошку рассчитывают на максимальное усилие по продольной рулевой тяге. Напряжение изгиба в сечении сошки определяется по формуле:

Расчет шарниров рулевого привода ведется на давление между  головкой пальца и сухарями из условий  не выдавливания смазки. Ножка пальца проверяется на срез и изгиб. Давление для стальных пар не должно превышать 250-350 кг/см2. При изготовлении тяг применяют бесшовные трубы.

 

Проходимость  автомобиля

В зависимости от проходимости автомобили условно делят на три  группы:

1. Осевая формула.

А) Автомобили с ограниченной проходимостью

Б) Автомобили с повышенной проходимостью

В) Автомобили с высокой  проходимостью

     2.  Геометрические  параметры автомобиля. Радиусы проходимости  равны радиусам окружности, проведенным  касательно к внешним окружностям  шин и наиболее низкой точке  автомобиля. Чем меньше радиус  проходимости, тем лучше проходимость. Свойство автомобиля поворачиваться  на минимальной площади, называют  манёвренностью. Это свойство характеризует  проходимость автомобиля в горизонтальной  плоскости. Показателями манёвренности  являются:

1. минимальный радиус  поворота наружного переднего  колеса.

2. Ширина полосы движения. Максимальную ширину полосы движения  определяют по формуле. А=Rн-Rв+а+b.

Опорно – тяговыми показателями являются максимальная сила тяги и  динамический фактор. Сцепной вес, давление колес на дорогу, коэффициент сцепления. Для увеличения силы тяги и динамичности трансмиссию автомобиля высокой проходимости вводят дополнительную коробку передач. Динамический фактор можно увеличить снижением массы автомобиля. Сцепной вес автомобиля можно повысить путем увеличения ведущих колес, или смещая центр тяжести к ведущему мосту. Максимальный динамический фактор легкового автомобиля находится в пределах 0,25 – 0,35, а со всеми ведущими колесами 0,8. Для повышения проходимости автомобиля по бездорожью применяют шины с особо широким профилем. И низким давлением в шинах. Сила сцепления с дорогой пропорциональна длине поверхности контакта. У обычной шины в контакте с дорогой находятся 8% длины её окружности, а шины с регулируемым давлением до 15%. Однако шины с регулируемым давлением имеют ограниченный пробег. Проходимость автомобиля можно повысить, увеличив диаметр колеса. Так на автомобилях с высокой проходимостью устанавливают колеса диаметром до трех метров. Влияние конструкции автомобиля на ее проходимость. На колеса действуют следующие силы: толкающая, которая воспринимается от рамы автомобиля на переднее колесо, реакция препятствия. Сможет ли автомобиль типа 2x1 преодолеть бордюрный камень высотой 0,45 метра, если толкающая сила равна 19,550 ньютонов. Вес, приходящийся на переднюю ось.