Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
1 слайд
ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ
ВОЕННЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН
Слайды к лекциям по курсу
2 слайд
Колесные машины (КМ) – часть безрельсовых транспортных средств (ТС), которые:
1) обеспечивают транспортировку пассажиров, грузов и оборудования – автомобили;
2) используют при строительных и дорожных работах – строительно-дорожные машины;
3) применяют в агропромышленном секторе – сельскохозяйственные машины;
4) состоят на вооружении сухопутных войск для выполнения специальных задач – боевые колесные машины (БКМ).
3 слайд
Любое ТС характеризуется надежностью, экономичностью, экологичностью, эстетичностью, эксплуатационными и другими свойствами.
В курсе «теории движения» рассматриваются только эксплуатационные свойства, определяющие степень приспособленности КМ к эксплуатации.
Главной целью изучения данного курса является установление основных принципов рациональной разработки, конструирования, оценки и выбора КМ для обеспечения их соответствия различным эксплуатационным требованиям.
4 слайд
Принято рассматривать следующие групповые эксплуатационные свойства КМ:
тягово-скоростные;
тормозные;
топливную экономичность;
поворотливость;
маневренность;
устойчивость;
управляемость;
плавность хода;
проходимость.
Задачей курса является изучение законов движения КМ в различных условиях и определение перечисленных эксплуатационных свойств.
5 слайд
Прямолинейное качение колесного движителя
по твердой опорной поверхности
Одним из основных узлов КМ является колесный движитель (КД), основными функциями которого являются:
передача нагрузок от массы КМ на опорную поверхность;
сглаживание воздействия неровностей опорной поверхности на КМ;
обеспечение необходимых тяговых сил для движения и торможения;
обеспечение соответствующей управляемости и устойчивости.
6 слайд
В общем случае колесный движитель состоит из жесткого обода (колеса) и эластичной оболочки (шины). Число колесных движителей в КМ зависит от числа осей и ошиновки (одинарная или двойная).
Ошиновка
Одинарная
Двойная
Колесо (колесный диск)
Пневматическая шина
7 слайд
Геометрические параметры колеса
rcв – радиус свободный;
rоб – радиус обода;
Hш – высота профиля;
Вш – ширина профиля;
bб.д – ширина беговой дорожки (протектора);
hб.д – высота стрелы прогиба беговой дорожки;
Bоб – ширина обода.
8 слайд
Конструкция шин
Диагональная
шина
Радиальная
шина
9 слайд
Пятно контакта шины с опорной поверхностью без нагрузки и под нагрузкой
Диагональная
шина
Радиальная
шина
10 слайд
Рассмотрим упрощенную модель качения колесного движителя (КД) при прямолинейном движении на примере поперечного сечения в плоскости его симметрии xOo z
vx = 0
ωк = 0
Mк = 0
Pz > 0
11 слайд
Каждая элементарная реакция dRz характеризуется двумя составляющими:
упругой dRzу
неупругой dRzну
Упругая обусловлена трением в материале и при разгрузке ее энергия возвращается в систему.
Неупругая переходит в теплоту и рассеивается, поэтому при нагружении они складываются:
а при разгрузке вычитаются
12 слайд
Приложение вертикальной нагрузки к оси неподвижного колеса приводит к перемещению оси, характеризуемое вертикальной (нормальной) деформацией hz .
Площадь между кривыми нагрузки и разгрузки характеризует потерю энергии в процессе нагрузка-разгрузка.
Образуется петля упругого гистерезиса
13 слайд
При неподвижном колесе эпюра элементарных нормальных нагрузок dRz симметрична относительно центра пятна контакта, и нормальная реакция Rz действует в точке Oш, т.е в центре контакта.
vx = 0
ωк = 0
Mк = 0
Pz > 0
14 слайд
При качении колеса в передней части контакта суммарные элементарные реакции больше, чем в задней.
Vx > 0
ωк > 0
Mк > 0
Pz > 0
15 слайд
В результате получается нессиметричная эпюра, и нормальная реакция Rz смещается в переднюю часть контакта на некоторую величину aш – плечо сноса нормальной реакции.
vx > 0;ωк > 0;
Mк > 0;Pz > 0.
16 слайд
Смещение аш характеризуется двумя составляющими:
аш = аш1 + аш2.
аш1 – составляющая потерь, которая обусловлена внутренними гистерезисными потерями в шине на качение.
аш2 – составляющая потерь обусловленная проскальзыванием элементов шины относительно опорной поверхности в зоне контакта.
17 слайд
Реакция Rz на плече aш создает момент сопротивления качению Mf ш.
При любом качении колеса существует Mf ш.
18 слайд
В случае, когда Px ≠ 0 дополнительно происходит тангенциальная деформация шины и увеличение проскальзывания в зоне контакта в направлении действия силы Px.
В результате искривления радиальных сечений шины и несимметричности упругих деформаций шины ось обода (точка Oк) смещается относительно центра контакта на величину cш.
19 слайд
За положительное направление силы Px, совершающей полезную работу по перемещению корпуса колесной машины, принято направление противоположное вектору линейной скорости центра обода vx.
Задний привод
Передний привод
20 слайд
В зависимости от направления продольной силы Px и крутящего момента Mк, действующих на колесо принято различать различные режимы силового нагружения.
Режимы силового нагружения
21 слайд
Ведомый режим
Mк = 0
Px < 0
22 слайд
Свободный режим
Mк > 0
Px = 0
23 слайд
Ведущий режим
Mк > 0
Px > 0
24 слайд
Нейтральный режим
Mк > 0
Px < 0
25 слайд
Тормозной режим
Mк < 0
Px < 0
26 слайд
Кинематические параметры колеса
Для записи уравнений и описания движения колеса используют следующие понятия о его радиусах и скоростях.
1. Свободный радиус rсв колеса равен половине диаметра наибольшего окружного сечения беговой дорожки колеса при отсутствии его контакта с опорной поверхностью.
Lб.д. – длина наибольшей окружности беговой дорожки шины.
27 слайд
Кинематические параметры колеса
2. Статический радиус rст колеса – это расстояние от центра неподвижного колеса (ωк = 0, vкх= 0), на которое действует только нормальная сила Рz > 0, до опорной поверхности. Он определяется нормальной деформацией шины hz:
hz – нормальная деформация шины.
28 слайд
Кинематические параметры колеса
3. Динамический радиус rд колеса – это расстояние от центра движущегося колеса до опорной поверхности.
Этот радиус незначительно отличается от rст и зависит от режима силового нагружения и скорости движения.
29 слайд
Кинематические параметры колеса
4. Кинематический радиус колеса (радиус качения) rк – это чисто математическая величина, определяющая радиус условного жесткого колеса, которое за один оборот проходит путь, равный пути, проходимому эластичным колесом:
Значение rк зависит от тангенциальной силы Px , крутящего момента Мк , упругой деформации беговой дорожки шины и ее скольжения относительно опорной поверхности.
30 слайд
Радиус качения
Необходимость в таком радиусе объясняется тем, что вследствие тангенциальной эластичности и проскальзывания отдельных элементов путь S, проходимый колесом за n его оборотов, не равен произведению величины 2πn на радиус rд.
Путь колеса будет равен произведению 2πn на rк.
Радиус качения обычно определяют экспериментально путем замера пройденного колесом пути S за n его оборотов.
31 слайд
При положительных значениях Мк и Рх часть шины, приближающаяся к зоне контакта, сжимается и длина окружности беговой дорожки уменьшается, а при отрицательных значениях Мк и Рх эта часть шины растягивается и длина беговой дорожки увеличивается.
32 слайд
При малых значениях Мк и Рх интегральное значение скорости скольжения vs в пятне контакта близко к нулю и изменение радиуса качения определяется только упругой окружной деформацией беговой дорожки. Для большинства шин изменение rк от силовых параметров близко к линейной зависимости.
33 слайд
Эту упругую деформацию иногда называют упругим скольжением. Изменение rк при отсутствии непосредственного скольжения (vs = 0) определяется радиусом чистого качения rк0.
rк0 — радиус качения колеса без скольжения (или радиус чистого качения), присутствует только «упругое скольжение».
34 слайд
Базовыми точками при определении rк0 являются значения радиуса rкв в ведомом режиме качения (Мк = 0) и rксв – в свободном режиме качения (Рх = 0).
Для описания изменения rк0 используют линейные зависимости:
λМ, – коэф. тангенциальной эластичности по моменту;
λP, – коэф. тангенциальной эластичности по силе.
35 слайд
Базовыми точками при определении rк0 являются значения радиуса rкв в ведомом режиме качения (Мк = 0) и rксв – в свободном режиме качения (Рх = 0).
Для описания изменения rк0 используют линейные зависимости:
λМ, – коэф. тангенциальной эластичности по моменту;
λP, – коэф. тангенциальной эластичности по силе.
36 слайд
Значения rк0 ограничиваются возможностью максимального сжатия и растяжения беговой дорожки шины.
При интенсивном скольжении (неупругом) характер изменения rк нелинейный и зависит в основном от взаимодействия беговой дорожки с опорной поверхностью (сплошные и пунктирные кривые на рисунке) элементарных скоростей и касательных сил в зоне контакта.
37 слайд
При качении эластичного колеса скорости скольжения отдельных элементов беговой дорожки относительно опорной поверхности в зоне контакта различны.
В дальнейшем будем рассматривать условную усредненную для всего контакта скорость скольжения контакта шины относительно опорной поверхности - vs.
38 слайд
Каждая точка на окружности с радиусом rк0 движется относительно центра т. Oк с относительной скоростью vотн и переносной vкx, относительно опорной поверхности, определяемой действительным радиусом качения:
Абсолютная скорость точек равна сумме векторов переносной и относительной скоростей.
39 слайд
Точку O, в которой абсолютная скорость равна нулю, принято называть мгновенным центром вращения колеса.
Скорость скольжения определяется выражением
Скольжение колеса принято оценивать коэффициентом продольного скольжения:
Возможны три случая качения колеса.
40 слайд
Чистое качение колеса
Мгновенный центр вращения т. O совпадает с центром контакта т. Oш.
41 слайд
Буксование колеса
Мгновенный центр вращения т. O находится выше центра контакта т. Oш.
42 слайд
Юз колеса
Мгновенный центр вращения т. O находится ниже центра контакта т. Oш.
43 слайд
Радиус качения определяется по уравнению:
При этом учитывается только непосредственное скольжение и rк может быть получен при известной величине rк0.
Величина rк0 зависит от вертикальной нагрузки на колесо Рz, продольной силы Рх и давления воздуха в шинах pw
Определение rк0 в большинстве случаев достаточно трудоемко.
44 слайд
Поэтому рассматриваются три коэффициента продольного скольжения:
Общий (суммарный)
Упругий
(учитывает только упругие деформации)
Сдвиговый
(непосредственного скольжения)
45 слайд
Уравнения движения колеса
Колесо, кроме рассмотренных геометрических, кинематических и силовых параметров характеризуется массой mк и моментом инерции относительно оси вращения Jк.
46 слайд
Уравнения движения колеса
Продольное ускорение
Угловое ускорение
Инерционная сила
Инерционный момент
Вертикальное ускорение
47 слайд
Если
то
Ранее введено понятие момента сопротивления качению в свободном режиме:
Уравнения движения колеса
*
48 слайд
Так как
Уравнение мощностного баланса
то после преобразований получим
Если рассмотреть это уравнение и уравнение равенства моментов (*), то можно выразить cш
49 слайд
Введем следующие понятия:
Полная окружная сила
Уравнения движения колеса
Сила сопротивления качению в свободном режиме
Коэффициент сопротивления качению в свободном режиме
50 слайд
Уравнения движения колеса
Проведем преобразования относительно εк
Угловое ускорение
И инерционного момента:
51 слайд
Уравнения движения колеса
Уравнение баланса сил на колесе:
или
52 слайд
Уравнение баланса сил на колесе
1
2
3
4
Полная окружная сила затрачивается на:
1
2
3
4
Сопротивление качению шины
Создание силы тяги на оси колеса
Продольный разгон колеса (ускорение)
Раскрутку колеса
53 слайд
Уравнение баланса сил на колесе
Полная окружная сила, подводимая от двигателя через трансмиссию к колесу, может быть ограничена возможностью создания достаточной продольной реакции:
Rx ограничена реакцией (силой) сцепления:
φ – коэффициент сцепления:
54 слайд
Уравнение баланса мощности
- подведенная к колесу мощность
- тяговая мощность
- мощность на сопротивление качению
- мощность на разгон колеса
- мощность на раскрутку колеса
- мощность на скольжение (буксование) колеса
55 слайд
Уравнение баланса мощности
56 слайд
Изменение основных параметров колеса
Нагрузка
Деформация
0
57 слайд
Изменение основных параметров колеса
0
58 слайд
Изменение основных параметров колеса
0
59 слайд
Безразмерные показатели колеса
Их вводят для облегчения сравнения различных колес
1
2
3
4
Коэф. сопротивления качению в ведомом режиме
Коэф. продольной силы
Коэффициенты продольного скольжения (см. ранее)
Коэф. продольной реакции
60 слайд
Безразмерные показатели колеса
5
6
Коэф. подведенной мощности
Коэф. мощности сопротивлений
61 слайд
Безразмерные показатели колеса
62 слайд
Безразмерные показатели колеса
63 слайд
Безразмерные показатели колеса
64 слайд
Сопротивление качению колеса
Рассматриваются необратимые потери при качении колеса по твердой опорной поверхности, обусловленные:
Внутренними потерями в шине (гистерезисными)
Вызванными межмолекулярным трением в резине и корде, механическим трением между шиной и камерой, шиной и ободом, резиной и кордом.
При малых продольных нагрузках (Px ≈ 0) и скорости (vкx ≈ 0) общие потери состоят из двух составляющих:
около 95 % обусловлены упругой петлей гистерезиса;
около 5 % связаны с окружной деформацией шины.
65 слайд
Сопротивление качению колеса
С увеличением продольной силы Px и крутящего момента Mк но при отсутствии относительного скольжения (Sбj = 0) возникают дополнительные потери на деформацию шины в продольном и окружном направлении.
66 слайд
Сопротивление качению колеса
2. Непосредственным скольжением
Резкое возрастание потерь связано с характером изменения fNf . Характер изменения зависит от сцепных характеристик системы опорной поверхности и шины.
3. Присасыванием беговой дорожки к опорной поверхности
Возникают при наличии на ней замкнутых полостей, из которых при нагрузке (входе в контакт) выдавливается воздух или вода. При выходе из контакта требуется дополнительная энергия на их отрыв от опорной поверхности.
67 слайд
Сопротивление качению колеса
4. Аэродинамическим сопротивлением
Обусловлено циркуляцией воздуха в шине, лобовым сопротивлением воздуха и вентиляторным эффектом вращающегося колеса.
68 слайд
Сопротивление качению колеса
Существуют следующие показатели, характеризующие сопротивление качению:
- момент сопротивления качению
- сила сопротивления качению
- коэффициент сопротивления качению
- коэффициент мощности сопротивления
69 слайд
Сопротивление качению колеса
Исходная характеристика определяется при движении по ровной гладкой опорной поверхности и малых скоростях движения.
70 слайд
Сопротивление качению колеса
Принято допущение, что работа на деформацию за один оборот колеса A2π больше работы при однократном цикле «нагрузка-разгрузка» неподвижного колеса A2α = Aпот до нормальной
деформации hz во столько раз, во сколько раз площадь S2π кольца деформации с радиусами rсв и rд больше площади сегмента S2α.
71 слайд
Сопротивление качению колеса
При равномерном движении и без учета сопротивления воздуха эту работу можно записать так:
Тогда
При определении fшв такой метод обеспечивает точность 90…95%.
72 слайд
Сопротивление качению колеса
На сопротивление качению оказывают влияние следующие параметры, которые необходимо учитывать в обязательном порядке:
Опорная поверхность.
ОП определяет коэффициент сопротивления качению, характеризующийся шероховатостью поверхности и микропрофилем. Коэффициент kfоп позволяет учесть влияние изменения характеристик опорной поверхности.
73 слайд
Сопротивление качению колеса
74 слайд
Сопротивление качению колеса
2. Скорость движения ТС. На ровной ОП до скорости 100 км/ч значение коэф. сопротивления качению изменяется не значительно, а при большей скорости – резко возрастает. Интенсивность роста зависит от конструкции шины, изношенности протектора и давления воздуха в шине.
1 – диагональные
2 – радиальные
75 слайд
Сопротивление качению колеса
3. Подводимый крутящий момент.
При условии подведения крутящего момента и росте Рх, а так же при отсутствии скольжения и линейно изменяющегося радиуса чистого качения, дополнительные потери (обусловленные тангенциальными деформациями и скольжением) возрастают от квадрата момента:
76 слайд
Сопротивление качению колеса
4. Температура шины.
Оптимальной температурой по условию обеспечения наименьшего значения коэффициента сопротивления качению является температура в пределах от 70 до 75°С.
При снижении температуры ниже 0°С сопротивление качению может увеличиваться более чем в три раза.
Температура:
100°С – допустимая эксплуатационная температура;
120°С – критическая температура;
более 120°С – опасная для эксплуатации температура.
77 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
Продольная реакция Rx в плоскости контакта определяется суммой элементарных продольных реакций dRx, которые на недеформируемой ОП являются силами трения покоя в передней части контакта и трения скольжения в задней.
Элементарная реакция трения покоя dRxпок равна вызывающей ее внешней силе и с возрастанием последней увеличивается до тех пор, пока не превысит произведение µпок.dRz, где µпок – коэф. трения покоя.
Элементарная реакция трения скольжения
dRxск = µск. dRz, где µск – коэф. трения скольжения.
78 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
Чем больше передаваемый колесом момент, тем больше элементов шины начинают скользить относительно ОП, увеличивая реакцию Rx. Поскольку коэф. трения покоя µпок больше коэф. трения скольжения µск, а последний уменьшается с увеличением скорости скольжения, то результирующая реакция Rx достигает максимального значения, когда в зоне контакта еще имеются нескользящие элементы.
При дальнейшем увеличении скольжения зона трения покоя исчезает и реакция Rx, определяемая только трением скольжения, уменьшается.
79 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
Процесс скольжения колеса относительно ОП оценивается коэф. продольного скольжения Sбj.
Вид кривой, отображающей зависимость коэф. продольной реакции от скольжения kRx(Sбj), определяется материалом и конструкцией шины, типом ОП и скоростью движения колеса.
80 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
Наибольшее значение коэф. kRmax называется максимальным коэффициентом сцепления φmax (ему соответствует Sбj = 0,1…0,18), а при полном скольжении (Sбj = 1) величина kRx называется коэффициентом сцепления φ. Для большинства твердых ОП φ = (0,75...0,8) φmax.
81 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
Коэффициент сцепления φ зависит от большого числа различных параметров:
1) от типа покрытия и состояния дороги (последнее является определяющим);
2) конструкции и материала шины;
3) давления воздуха в шине;
4) нормальной нагрузки;
5) скорости;
6) характера движения (скольжение или буксование);
7) температурных условий.
82 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
83 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
Приближенная зависимость, описывающая изменение коэффициента продольной реакции kRx от коэффициента частичного скольжения шины в пятне контакта Sбj :
84 слайд
Сцепление колеса с опорной поверхностью
φ = 0,6;
S0 = 0,09; S1 = 0,3
φ = 0,6;
S0 = 0,05; S1 = 0,1
85 слайд
Прямолинейное движение КМ по твердой плоской опорной поверхности
При изучении свойств КМ при прямолинейном движении по твердой плоской ОП пренебрегают взаимными перемещениями всех отдельных масс, кроме относительного вращения деталей двигателя, трансмиссии и колес, а также вводят допущение, что центр масс С совершает плоское движение, копируя продольный профиль опорной поверхности без колебаний, вызываемых ее неровностями.
Оси, проходящие через центр масс С, называют соответственно продольной ХС, поперечной YС и нормальной ZС. Считают, что ОП наклонена к горизонтальной на угол подъема αопx.
86 слайд
Прямолинейное движение КМ по твердой плоской ОП
87 слайд
Pw – сила сопротивления воздушной среды;
vмx, aмx – линейные скорость и ускорение в продольном направлении;
Pax = mм∙ aмx – инерционная составляющая;
Jy – момент инерции относительно поперечной оси;
αОПx – продольный угол наклона ОП
αкрx – угол крена корпуса
l1i – положение характерных точек по продольной координате относительно 1‐ой оси
hi – вертикальная координата характерных точек
Aпц – точка, характеризующая положение сцепного устройства
88 слайд
Принято оперировать двумя массами КМ
Снаряженная масса КМ mсн
Снаряженной массой называют массу КМ без груза, полностью заправленной топливом, смазочными материалами и охлаждающей жидкостью, с запасным колесом, инструментом и оборудованием.
Полная масса КМ mпол
Полной массой называют массу КМ, которая помимо снаряженной массы включает также массы водителя и груза по номинальной грузоподъемности грузовой КМ или массу пассажиров, число которых соответствует номинальной пассажировместимости легковой КМ или автобуса.
89 слайд
При прямолинейном движении можно сделать допущение, что все внешние силы, действующие на КМ, лежат в плоскости движения XCCZC, перпендикулярной опорной плоскости.
Это позволяет вместо пространственной схемы рассматривать плоскую (велосипедную), приведенную к плоскости симметрии КМ.
90 слайд
Rzоi и Rxоi – нормальная и продольная реакции, действующие на колеса i-ой оси;
Mfоi – момент сопротивления качению, действующий на колеса i-ой оси;
Pм = mм∙g – сила тяжести КМ;
Pмx = Pм ∙sinαОПx – продольная составляющая силы тяжести;
Pмz = Pм ∙cosαОПx – нормальная составляющая силы тяжести;
Pпц z и Pпц x – нормальная и продольная составляющие силы в сцепном устройстве.
91 слайд
Внешние силы, действующие на КМ подразделяются на активные и пассивные.
Пассивные силы (Pмz и Rzоi) не совершают непосредственной работы, однако оказывают большое влияние на движение КМ.
Активные силы подразделяют на движущие и силы сопротивления
92 слайд
Движущие силы – это активные силы, вектор которых по направлению совпадает с направлением вектора скорости движения центра масс КМ ̅vмх.
Силы сопротивления – это активные силы, вектор которых против направления вектора скорости движения центра масс КМ ̅vмх.
93 слайд
Движение КМ возможно при создании положительных значений продольных реакций Rx в пятне контакта колес, поэтому сумму этих реакций и будем считать движущей силой.
Создание движущих сил возможно только при наличии полных окружных сил на ведущих колесах. Полная окружная сила всей КМ определяется суммой полных окружных сил на ведущих колесах:
94 слайд
Аналогично можно говорить о силе сопротивления качению всей колесной машины, определяемой суммой сил сопротивлений всех колес:
95 слайд
Зона повышенного давления
Зона разрежения
Элементарные аэродинамические силы, действующие в каждой точке поверхности КМ, различны по значению и направлению. Их совокупность заменяется равнодействующей силой Pw и моментом Mw.
96 слайд
Равнодействующую Pw называют полной аэродинамической силой
cx – безразмерный коэффициент полной аэродинамической силы;
Fлоб – площадь миделева сечения (лобовая), м2;
qw – скоростной напор, кг/(м∙с2).
Pw приложена в точке, называемой центром парусности и расположенной на высоте hw от опорной поверхности.
97 слайд
Значения cx для КМ различных типов при нулевых углах натекания и атаки:
98 слайд
Для легковых КМ Fлоб ≈ 0,8∙Bм∙Hм, для грузовых Fлоб ≈ B∙Hм (Bм и Hм – габаритные ширина и высота колесной машины, B – колея).
99 слайд
Скоростной напор qw – равен кинетической энергии кубического метра воздуха, движущегося со скоростью vx КМ относительно воздушной среды:
ρw – плотность воздуха, кг/м3.
100 слайд
Выделяют следующие составляющие силы сопротивления воздуха Pw:
формы (0,5…0,6 Pw) обусловлено разностью между повышенным фронтальным давлением, возникающим перед КМ и пониженным давлением, вызванным завихрениями позади нее;
внутреннее (0,1…0,15 Pw), создаваемое потоками воздуха, проходящими внутри КМ для вентиляции кузова и охлаждения двигателя;
101 слайд
поверхностного трения (0,05…0,1 Pw), вызываемое силами вязкости пограничного слоя воздуха, движущегося у поверхности КМ;
индуктивное (0,05…0,1 Pw), вызванное потоками, проходящими под днищем, приводящие к возникновению вертикальных и боковых воздушных нагрузок;
дополнительное (до 0,15 Pw), создаваемое различными выступающими частями (фарами, зеркалами, ручками, указателями поворота и т. д.).
102 слайд
Внутренние силы и моменты
Возникают в элементах КМ, осуществляющих передачу мощности от силовой установки к ведущим колесам.
Источником энергии для КМ является силовая установка, которая характеризуется изменением мощности и момента на выходном валу в зависимости от оборотов.
103 слайд
Для любой транспортной машины идеальной характеристикой изменения крутящего момента МДВ в зависимости от оборотов nДВ выходного вала является гипербола (кривая 1 на рисунке).
1 – идеальная характеристика
2 – газотурбинный двигатель
3 – бензиновый двигатель
4 – дизельный двигатель
104 слайд
Для приближения характеристики момента на ведущих колесах к идеальной используется трансмиссия.
Крутящий момент на ведущих колесах Mк
Угловая скорость ведущих колес ωк
105 слайд
Силовая установка характеризуется внешней скоростной характеристикой: NДВ(nДВ) и MДВ(nДВ)
106 слайд
Заводские характеристики силовых установок, получаемую на стендовом оборудовании не учитывают мощность необходимую для привода дополнительного оборудования (вентилятор, генератор, кондиционер, гидроусилитель и т.д.).
Потери на дополнительное оборудование для двигателя могут составлять до 10%, они учитываются с помощью коэффициента снимаемой мощности kснN.
107 слайд
По российским стандартам значение коэффициента снимаемой мощности 0,93…0,96
108 слайд
Характеристики при меньшей подаче топлива называются частичными, и их вид зависит от типа двигателя и регулятора.
Бензиновый
Дизельный
109 слайд
Частичная характеристика двигателя
110 слайд
Текущие значения Nдвi и M двi определяют по экспериментальной ВСХ двигателя или приближенно с помощью эмпирических зависимостей по базовым точкам:
111 слайд
a, b и c – коэффициенты, зависящие от коэффициентов приспособляемости двигателя.
Коэффициент приспособляемости по оборотам
kдв n= nдвN / nдвM
Коэффициент приспособляемости по моменту
k дв M = Мдвmax / MдвN
112 слайд
В механической части трансмиссии происходят деформации и перемещения элементов и, следовательно, возникают сопротивления.
Принято рассматривать упругие сопротивления и сопротивления потерь.
113 слайд
Момент упругого сопротивления:
Cтрij - угловая жесткость валов на участке от i-го до j-го сечений;
φтрi , φтрj - углы поворота валов в i-ом и j-ом сечениях.
114 слайд
Сопротивления потерь – сопротивления, связанные с необратимыми превращениями механической энергии в теплоту. Их момент принято представлять в виде двух составляющих:
Постоянная
Переменная
(динамическая)
115 слайд
Постоянная составляющая момента сопротивления при постоянной угловой скорости вращающихся деталей ωтрi = const и обусловлена силовыми и скоростными потерями.
Силовые потери зависят от передаваемого момента и вызываются главным образом трением между деталями.
Скоростные зависят от угловой скорости валов и шестерен и вызываются потерями на размешивание и разбрызгивание масла в редукторах.
116 слайд
Переменная (динамическая) составляющая момента сопротивления обусловлена колебаниями деталей и зависит от частоты изменения момента, конструктивных и эксплуатационных факторов.
Ее значение принимается пропорциональной разнице угловых скоростей деталей соответственно на входе ωтрi и выходе ωтрj участка, в котором определяются потери:
kтрij – коэффициент демпфирования.
117 слайд
При отсутствии данных о kтрij потери в трансмиссии оценивают коэффициентом полезного действия η.
Основные узлы КМ имеют следующие значения КПД:
118 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
В наиболее общем случае колесная машина совершает весьма сложные движения. Прежде всего нельзя строго говорить о движении машины в целом, так как отдельные ее части перемещаются одна относительно другой.
1) валы и зубчатые колеса вращаются относительно осей, расположенных в картерах;
2) колеса и мосты перемещаются в вертикальной плоскости относительно корпуса;
3) колеса, кроме того, поворачиваются относительно шкворней и т.д.;
4) корпус совершает поступательные перемещения вдоль трех координатных осей и угловые перемещения вокруг них.
119 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Колесная машина представляет собой сложную многомассовую систему. Рассматривать все движения этой системы одновременно в большинстве случаев нецелесообразно из-за громоздкости получаемой системы уравнений.
Для решения различных задач можно делать те или иные упрощения, учитывая лишь главные движения системы для соответствующих случаев, если при этом пренебрежение остальными не вносит существенной ошибки в результат.
120 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Прямолинейным будем называть такое движение КМ, при котором в вертикальной продольной плоскости симметрии машины, проходящей через середину колеи, основное перемещение происходит в направлении оси X, а дополнительное (при колебаниях на неровностях дороги) – в направлении оси Z. Движения в поперечной плоскости отсутствуют.
При движении по твердой плоской ОП можно принять, что все части машины перемещаются в направлении оси X с одинаковой скоростью, вертикальные перемещения отсутствуют, соответствующие детали двигателя, трансмиссии и колеса совершают вращательные движения.
121 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Рассматривается уравнение изменения кинетической энергии системы:
dWкин – дифференциал кинетической энергии системы;
dAвнешi – дифференциалы элементарных работ внешних сил на i-м перемещении, 1 ≤ i ≤ k;
dAвнутj – дифференциалы элементарных работ внутренних сил на j-м перемещении, 1 ≤ j ≤ m.
122 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Кинетическая энергия КМ представляет собой сумму кинетической энергии Wкин m ее массы, поступательно движущейся вдоль оси Xc, и кинетической энергии Wкин J вращающихся частей и узлов:
123 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
mм – масса колесной машины, кг;
vмx – линейная скорость, м/с;
Jдв, Jтрj, Jкi – моменты инерции вращающихся и приведенных к ним частей двигателя, деталей трансмиссии, колес, кг∙м2;
ωдв, ωтрj, ωкi – угловые скорости выходного вала двигателя, деталей трансмиссии, колес, с-1;
ωдв = dφдв/dt; ωтрj = dφтрj/dt;, ωкi = dφкi/dt.
124 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Если пренебречь моментом инерции трансмиссии ,то получим:
125 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Сумма элементарных работ внешних сил направленных против вектора скорости движения КМ:
ds – элементарное перемещение КМ по продольной оси Xc;
Pf п – приведенная к колесу эквивалентная сила сопротивления движению в подвеске при колебаниях КМ.
126 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Для упрощения дальнейших записей введем понятия силы сопротивления движению:
Сопротивление качению КМ
Воздушное сопротивление
Сопротивление подъему
Сопротивление в сцепном устройстве
127 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Элементарная работа внутренних сил:
Потери в трансмиссии
Момент, поступающий в трансмиссию (Mдв-тр)
dAдв – полезная работа двигателя и работы
dAтр – работа сил сопротивлений в трансмиссии КМ
128 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Преобразуем некоторые кинематические параметры:
dφдв = ωдв dt; ωдв = uтр ωк; ωк = vмx/rк.
При отсутствии непосредственного скольжения (Rx ≤ (0,4…0,6) φ Rzi) радиус качения rк = rк0.
При больших продольных реакциях и наличии скольжения rк = rк0 (1 - sбj).
129 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
dφдв = ωдв dt; ωдв = uтр ωк; ωк = vмx/rк
130 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Разделив обе части полученного равенства на уравнение
ds = vмx dt
после преобразований получим
где
131 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Для упрощения записи вводится понятие коэффициента учета вращающихся масс δвр. Он показывает во сколько раз сила, необходимая для разгона с заданным ускорением aмx поступательно движущихся и вращающихся масс КМ, больше силы, необходимой для разгона только ее поступательно движущихся масс:
132 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Тогда уравнение прямолинейного движения КМ примет вид:
Полная окружная сила, поступающая на ведущие колеса машины, определяется выражением:
133 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Приведенную силу инерции КМ обозначим
Pин = mм δвр ax
Тогда при стационарном движении уравнение прямолинейного движения преобразуется в уравнение силового баланса:
134 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Если все члены уравнения тягового баланса умножить на скорость движения vмx, то оно преобразуется в уравнение мощностного баланса при отсутствии непосредственного скольжения колес:
При наличии проскальзывания и rк ≠ 0 необходимая расчетная мощность определяется приближенно по уравнению:
135 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Приведенные выше уравнения получены для стационарного движения КМ с абсолютно жесткой связью двигателя с ведущими колесами. При нестационарных режимах работы необходимо учитывать угловую жесткость и демпфирование валов трансмиссии и шин.
136 слайд
Уравнение прямолинейного движение КМ
Для исследования общих вопросов движения КМ достаточную точность обеспечивает модель, в которой вращающимися массами трансмиссии пренебрегают, а ее угловую жесткость и демпфирование учитывают соответствующими интегральными величинами стр и kтр.
137 слайд
Тягово-скоростные свойства КМ
Определяют способность КМ к совершению полезной транспортной работы.
Главным показателем является максимально возможная средняя скорость движения на заданном маршруте, которая зависит от ее возможности разгоняться, двигаться с большой скоростью, преодолевать подъемы и повышенные дорожные сопротивления, двигаться по инерции и т. д.
Оценку проводят в количественном или безразмерном виде.
138 слайд
Тягово-скоростные свойства КМ
При количественном вводят понятие свободной окружной силы, не зависящей от скорости движения:
Можно построить зависимости
и
Такие зависимости удобны для анализа конкретного автомобиля.
139 слайд
Тяговый баланс КМ
140 слайд
Тяговый баланс КМ
141 слайд
Тягово-скоростные свойства КМ
Для сравнения разных автомобилей пользуются безразмерными характеристиками.
Вводится понятие динамического фактора:
и безразмерной характеристики
142 слайд
Тягово-скоростные свойства КМ
При отсутствии прицепной нагрузки (Pпц x) и потерь в подвеске (Pf п) можно получить уравнение баланса сил в безразмерном виде:
где ψ – коэффициент сопротивления движению КМ
143 слайд
Динамическая характеристика КМ
144 слайд
Динамическая характеристика КМ
145 слайд
По динамической характеристике КМ можно определить:
1) максимальный коэффициент сопротивления движению (тяговую возможность) ψmax = Dф и соответствующую ему скорость движения Vψmax;
146 слайд
2) диапазон изменения коэффициента сопротивления движению Δψ = ΔDф при движении на высшей (V) передаче с начальной максимальной скоростью V1 без перехода на низшую передачу (IV), а также скорость движения при возросшем сопротивлении;
147 слайд
3) определить максимальное значение скорости V3 движения при полной подачи топлива и заданным сопротивлением движению ψ3 = Dф3;
148 слайд
4) наибольшее ускорение при разгоне с начальной скоростью V4, коэффициентом сопротивления движению ψ4 = Dф4 и работе двигателя на частичной характеристике (пунктирная линия);
149 слайд
Динамическая характеристика КМ
Динамический фактор характеризует исключительно КМ: ее силовую установку, трансмиссию, колесный движитель и параметры, определяющие силу сопротивления воздуха (обтекаемость, площадь поперечного сечения и т.д.).
Данная характеристика определяет только свойства КМ, закладываемые при проектировании. Возможная реализация этих свойств ограничивается сцеплением движителя с ОП, т. е. динамический фактор не всегда может быть реализован: максимальное тяговое усилие определяется суммой продольных реакций по всем колесам (ΣRxi).
150 слайд
Мощностная характеристика КМ
Иногда для решения определенных задач удобно использовать мощностную характеристику Nкм (mм, vмx, uтр), отображающую изменение поступающей к колесам мощности при различных передаточных числах в трансмиссии uтр от скорости движения КМ.
151 слайд
Мощностная характеристика КМ
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
6 656 833 материала в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Милитенко Елена Сергеевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 144 ч.
Курс повышения квалификации
72 ч. — 180 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
5 ч.
Мини-курс
6 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.