Содержание Введение…………………………………………………………………… 3 1 Режимы качения колес………………………………………………….. 5 2 Сила сопротивления разгону…………………………………………… 9 Список использованных источников……………………………………. 12 Введение Основными надежности и задачами автомобилестроения безопасности автомобилей, являются сокращение повышение трудоемкости технического обслуживания, повышение топливной экономичности и экологичности транспортных средств. При функциональном проектировании автотранспортных средств одной из ключевых задач является определение физики процессов движения и управления автомобилем, взаимодействия с внешней средой, изучение характеристик его механизмов и систем. Исследованием и описанием данных процессов занимается теория автомобиля — «…наука о его функциональных свойствах, о зависимостях этих свойств от конструктивных параметров автомобиля, о закономерностях движения автомобиля, об эффективных и безопасных режимах движения в заданных условиях». Выполнение автомобилем транспортной работы: перевозки грузов и пассажиров — определяется его эксплуатационными свойствами, характеризующими способность автомобиля к выполнению определенных функций или работ. Эксплуатационные свойства непосредственно связаны с конструкцией узлов и систем автомобиля, поэтому на начальном этапе проектирования особое внимание уделяют анализу конструктивных решений и их влиянию на показатели эксплуатационных свойств. Не меньшее влияние на показатели эксплуатационных свойств оказывает техническое состояние автомобиля, поэтому техническое обслуживание и эксплуатация должны разрабатываться с учетом обеспечения определенного уровня показателей эксплуатационных свойств, обеспечивающих наиболее эффективное использование автомобиля. Эксплуатационные свойства автомобиля можно разделить на свойства, связанные с движением, и свойства надежности, к которым относят безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. В теории автомобиля рассматривают эксплуатационные свойства, связанные с движением, к основным относятся тягово-скоростные, топливная экономичность, тормозные свойства, управляемость и маневренность, устойчивость, проходимость, плавность хода. Эксплуатационные свойства, связанные с движением, предъявляют специфические требования к отдельным системам и узлам. 1 Режимы качения колес При движении на автомобильное колесо действует сложная система сил и моментов, обусловленная как влиянием внешней среды, так и факторами, воздействующими со стороны механизмов автомобиля. С одной стороны, в силу эластичных свойств шин при взаимодействии с опорной поверхностью происходит ее деформация в различных направлениях. С другой стороны, опорная поверхность также деформируется. Из соотношения деформации шины и грунта выделяют следующие модели движения колеса: деформируемое колесо по недеформируемой поверхности, когда деформация грунта много раз меньше деформации колеса (модель применима при качении колеса по асфальтовым и бетонным дорогам); недеформируемое колесо по деформируемой поверхности, когда деформация грунта значительно превышает деформацию шины (характерно при движении по рыхлому снегу или сыпучему песку, по болотистой местности); Рисунок 1 – Модели движения колеса по опорной поверхности дороги а – деформируемое колесо по недеформируемой дороге; б – недеформируемое колесо по деформируемой дороге; в – деформируемое колесо по деформируемой дороге. деформируемое колесо по деформируемой поверхности. Учитывать одновременную деформацию колеса и дороги необходимо в том случае, если величина этих деформаций соизмерима. Применение данной модели значительно усложняет расчеты, однако особенности, связанные с деформацией грунта, будут приведены в конце данной подглавы для ознакомления с основными положениями данной теории. В зависимости от действующих на колесо силовых факторов оно может совершать прямолинейное или криволинейное движение (при наличии боковой силы Fy). Такие эксплуатационные свойства, как тягово-скоростные, топливная экономичность, тормозные свойства, плавность хода, рассматривают при прямолинейном движении колеса. Если не принимать во внимание развал и схождение колес, можно считать, что колеса совершают плоскопараллельное движение. Особенности криволинейного движения колеса будут рассмотрены отдельно в главе 7 «Кинематика криволинейного движения». Рассмотрим прямолинейное движение колеса в плоскости xOz, заменим действие механизмов автомобиля и опорной поверхности дороги реакциями. Рисунок 2 – Система сил и моментов, действующих на колесо при прямолинейном движении Воздействие автомобиля на колесо выражено силой Fa и крутящим моментом Мк. Сила, действующая со стороны автомобиля на колесо, раскладывается на две составляющие: нормальная сила Fz — вес автомобиля, приходящийся на колесо; продольная сила Fx. Действие опорной поверхности на колесо при плоском движении выражено реакцией R, которая раскладывается на продольную Rx и нормальную Rz составляющие, и моментом сопротивления качению Mf . Нормальная сила Fz и нормальная реакция Rz не меняют своего направления, также момент сопротивления качению всегда направлен против направления вращения колеса ωк. Характер и направление сил и моментов, одновременно действующих на колесо, определяют режим качения колеса. В теории колесного движителя выделяют следующие режимы качения: ведомый — режим, при котором к колесу не подводится крутящий момент от двигателя, а движение колеса происходит за счет продольной силы Fx, являющейся в данном случае толкающей силой. Таким образом, в ведомом режиме автомобиль толкает колеса через направляющие устройства подвески, продольная реакция опорной поверхности дороги при этом направлена противоположно вектору линейной скорости колеса vк. Данный режим характерен для неприводных колес автомобиля, то есть колес, не связанных с трансмиссией; ведущий — режим, соответствующий колесам, приводимым в движение от двигателя внутреннего сгорания через трансмиссию крутящим моментом Мк, вектор которого совпадает по направлению с вектором угловой скорости ωк. Энергия, подводимая к колесу в ведущем режиме, расходуется на преодоление сил сопротивления качению и сопротивления со стороны корпуса автомобиля; свободный — режим, при котором корпус автомобиля не воздействует на колесо, при этом к колесу подводится крутящий момент от двигателя Мк, энергия затрачивается только на компенсацию собственных потерь на качение; нейтральный — режим, при котором колесо не выполняет полезной работы и приводится в движение одновременно моментом М к и толкающей силой Fx; тормозной — режим характерный для процесса торможения. В данном режиме на колесо действует тормозной момент М т, направленный противоположно угловой скорости колеса ωк, со стороны механизмов тормозной системы крутящий момент не подводится. Продольная сила F x сонаправлена с вектором линейной скорости колеса vк. Таким образом, тормозные механизмы поглощают энергию, сообщаемую колесу корпусом автомобиля. Рисунок 3 – Режимы качения колеса а – ведомый; б – ведущий; в – свободный; г – нейтральный; д – тормозной. 2 Сила сопротивления разгону Помимо сил сопротивления, действующих при равномерном движении автомобиля с постоянной скоростью, при ускорении и торможении действует дополнительное сопротивление, связанное с инерцией масс автомобиля. Суммарное сопротивление разгону обусловлено действием силы сопротивления поступательно движущейся массы автомобиля и суммарного инерционного момента всех вращающихся масс: деталей двигателя, трансмиссии и колес автомобиля. Силы инерции поступательно движущейся массы автомобиля: 𝐹𝑗п = −𝑚𝑎 × 𝑗𝑎 = − 𝑑𝑣 , 𝑑𝑡 где 𝑗𝑎 и 𝑣 — векторы ускорения и скорости автомобиля соответственно. Суммарный инерционный момент всех вращающихся масс трансмиссии: 𝑛𝑀 𝑀𝑗тр = − ∑( 𝑘=1 𝑗тр𝑘 × 𝑢тр𝑘 𝑑𝑣 )× 𝑟𝑘 𝑑𝑡 а суммарный инерционный момент деталей двигателя: 𝑀𝑗д = −𝑗д × 𝑑 × 𝜔д 𝑑𝑡 где 𝑗д — момент инерции деталей двигателя; 𝑗тр — момент инерции деталей трансмиссии соответственно. Суммарный инерционный момент колес автомобиля можно определить как: 𝑀𝑗𝑘 = − ∑ 𝑗𝑘 × 𝑑 × 𝜔д 𝑑𝑡 при этом разницей радиусов ведущих и ведомых колес пренебрегают. Для того чтобы учесть влияние поступательно движущихся и вращающихся масс, используют приведенную силу инерции Fja: 2 𝑗д × 𝑢тр × 𝜂тр + 𝐽тр + 𝐽к 𝑑𝑣 𝐹𝑗𝑎 = 𝑚𝑎 × [1 + ] × 𝑑𝑡 𝑚𝑎 × 𝑟𝑘2 Приведенная сила инерции приложена к центру масс автомобиля и представляет собой совокупность силы инерции поступательных масс и инерционных моментов вращающихся деталей автомобиля при разгоне и торможении. Величину в скобках называют коэффициентом приведенной массы (коэффициент учета вращающихся масс) δп.м, с помощью которого учитывают неравномерность вращения и моменты инерции вращающихся деталей трансмиссии. Коэффициент приведенной массы показывает долю энергии, приходящейся на разгон вращающихся деталей в общих затратах на разгон, поэтому его значение увеличивается пропорционально квадрату передаточного числа. Зачастую при расчете значения моментов инерции J д, Jтр, Jк.ш, Jк.в не известны, тогда δп.м определяют по эмпирической зависимости: 2 δп.м. = 1 + (δ1 + δ2 × 𝑢к.п. )× 𝑚𝑎 + 𝑚пр 𝑚𝑎 где δ1 = 0,03…0,05 и δ2 = 0,04…0,06; uк.п — передаточное отношение коробки передач на включенной передаче; ma — масса автомобиля; mпр — масса прицепа. Следовательно, приведенную силу инерции можно найти по формуле: 𝐹𝑗𝑎 = 𝑚𝑎 × δпр × 𝑗𝑎 Значение коэффициента учета вращающихся масс может изменяться в широких пределах: так для автомобилей с коробками переключения передач сложной структуры δп.м на низшей передаче может достигать 10, а на прямой передаче значение будет около 1,1. Список использованных источников 1. Маркина, А.А. Теория движения колесных машин: учебное пособие / А.А. Маркина, В.В. Давыдова; М-во науки и высш. образования РФ. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2021.— 216 с.