Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тяга двигателя автомобиля

Что такое тяга двигателя автомобиля

Рассмотрим вопрос о том, каким требованиям должны удовлетворять двигатели, приводящие в движение различные механизмы.

Предположим, что двигатель должен обеспечить движение автомобиля массой со скоростью Со стороны дороги на автомобиль действуют известные силы трения Сопротивление воздуха учитывать не будем.

Прежде всего двигателю необходимо разогнать автомобиль. Для этого он должен в момент начала движения развить силу тяги, намного превосходящую силу трения и достаточную для сообщения автомобилю необходимых ускорений. Чтобы разгон не занимал большого времени, эти ускорения должны быть большими. Таким образом, первое требование к двигателю — способность развивать большие силы тяги в начале движения.

Когда автомобиль движется с постоянной скоростью сила тяги двигателя становится равной силе трения. Вся работа силы тяги в это время расходуется против силы трения и зависит от скорости движения автомобиля. Действительно, при скорости автомобиль проходит в единицу времени расстояние, численно равное этой скорости. Поэтому сила тяги двигателя на этом пути за единицу времени совершает работу Если скорость о увеличить, то двигатель также должен увеличить ежесекундно совершаемую работу. Если он не сможет этого сделать, то достичь увеличения скорости не удастся Поэтому второе важное требование к двигателю — способность совершать достаточно большую работу за единицу времени.

Работа, которую двигатель может совершить за единицу времени, называется мощностью двигателя.

Если за какое-то время двигатель совершает работу то его мощность по определению будет равна

Мощность — одна из основных характеристик двигателя. Она определяет возможность применения двигателя для тех или иных целей.

Преобразуем формулу мощности так, чтобы в нее вошла сила тяги которую может развить двигатель. По определению работа где расстояние, на котором действовала сила Подставляя это значение в формулу для получим:

Но в нашем случае где модуль вектора скорости движения автомобиля. Вводя это выражение в формулу для окончательно получим

Мощность двигателя равна развиваемой им силе, умноженной на скорость перемещения точки приложения этой силы.

Из найденной формулы вытекает ряд важных для инженерного дела следствий:

1. Для получения большой мощности можно пойти двумя путями: или увеличивать силу тяги, развиваемую двигателем, или увеличивать его быстроходность. Первый путь связан с увеличением силовых нагрузок на все движущиеся части двигателя. Например, в автомобильном моторе такое увеличение мощности будет связано с увеличением сил давления на поршни, шатуны, коленчатый вал и т. д. Но все материалы обладают ограниченной прочностью. Поэтому, для того чтобы детали смогли выдерживать действие таких больших сил, нужно увеличивать размеры деталей, делать их более массивными. Все мощные тихоходные машины оказываются необычайно громоздкими.

Второй путь позволяет получить такие же большие мощности при малых силовых нагрузках на детали двигателя и при значительно меньших его размерах. Поэтому инженеры, создавая современные двигатели, стремятся сделать их возможно более быстроходными.

2. Формула указывает на возможность преобразования силы тяги двигателя с помощью передаточных механизмов. Примером такого механизма, изменяющего силу тяги, является коробка скоростей автомобиля. Мощный современный быстроходный мотор создает на валу не слишком большие усилия, вращая вал с большой скоростью. Коробка скоростей уменьшает эти скорости и передает на колеса машины большие силы. Таким образом, коробка скоростей

является механизмом, который, не изменяя величину мощности двигателя, передает ее на рабочие органы машины и одновременно преобразует силу тяги нужным образом.

3. Все двигатели (за исключением реактивных) рассчитываются на вполне определенную и постоянную мощность Но если мощность постоянна, то из формулы следует, что при увеличении скорости должно происходить изменение силы тяги, развиваемой двигателем. При сила тяги должна непрерывно убывать с ростом скорости. При каких-то значениях скоростей сила тяги двигателя будет равной силе трения.

Этим условием определяются максимальные скорости, которых можно достичь с данным двигателем. Например, известно, что наибольшая мощность, которую может развить двигатель автомобиля, равна Силы трения всех видов, действующие на автомобиль, известны и равны Какую максимальную скорость можно развить на таком автомобиле? Максимальная скорость определится из равенства силы тяги двигателя силе трения

Именно эта особенность двигателей не позволяет их использовать для космических кораблей.

В системе СИ за единицу мощности принята мощность, при которой за 1 с совершается работа Эта единица называется ватт

В системе СГС за единицу мощности принята мощность, при которой за 1 с совершается работа Эта единица называется в секунду

В технике используются также следующие единицы: киловатт и гектоватт соответственно в тысячу и сто раз большие, чем ватт Нередко применяется также единица килограмм-сила-метр в секунду Мощность автомобильных и ряда других двигателей все еще измеряют в старинных единицах мощности — лошадиных силах

Почему мощность машины измеряется в лошадиных силах и как их считают

Довольно часто автомобилисты даже и не задумываются о том, почему мощность двигателя, установленного на транспортное средство, измеряется в таких единицах как лошадиные силы.

Ведь время лошадей как основного вида транспорта давно прошло. И не совсем понятно, какое отношение эти великолепные животные имеют к автомобилям.

Но связь действительно есть. Лошадиные силы или просто ЛС давно стали основной единицей измерения мощности в отношении двигателей автомобилей и мотоциклов. И чем больше этих сил в авто, тем считается лучше. Целый табун позволяет развивать большую скорость и быстрее разгоняться.

При этом нужно понять, что означают лошадиные силы, почему их используют и каким образом делаются подсчёты.

Что это такое

Не все знают, почему мощность двигателей измеряют в лошадиных силах. На самом деле здесь достаточно интересная история.

Многим будет интересно узнать, откуда пошла такая единица измерения и почему всё дело в лошадях. Во многом это связано с маркетингом своего времени. Благодаря нему, в настоящее время мы измеряем мощность силовых агрегатов в лошадиных силах. Теперь стоит рассказать, почему так произошло.

Такая единица измерения как ЛС была введена ещё в 18 веке Джеймсом Уаттом. Именно в честь него названа другая единица, то есть Ватт.

Ещё в 70-х годах 18 века он создал первый паровой двигатель, который значительно превосходил по своим техническим параметрам паровую установку, изобретённую Ньюкоменом. При этом Уатт не знал, как лучше и выгоднее продать свою разработку. Одним из его аргументов выступал тот факт, что для работы его двигателя нужно на 75% меньше топлива.

Изначально продажа осуществлялась по несколько необычной схеме. Клиенты, покупавшие двигатель, отдавали треть денег, которые им удалось сэкономить на покупке топлива. Но те времена были периодом, когда в мире транспорта доминировали лошади. В итоге паровые машины мало кого интересовали.

В результате Уатт решил, что нужно сравнивать его двигатель не с другим паровым агрегатом, а именно с животными. В итоге его схема продаж была отменена, и Джеймс попробовал несколько иную тактику продаж. Он хотел убедить людей в том, что нужно покупать его двигатель.

Так была придумана единица измерения, которую мы все сегодня знаем как лошадиную силу. Подобное решение принималось в связи с тем, что клиент интуитивно понимал, о чём идёт речь, сравнивая возможности паровой установки и рабочей лошади. Фактически это был хитрый маркетинговый ход. Но свои слова Уатт подкреплял соответствующими вычислениями.

Читать еще:  Двигатель газели как правильно ремонт

Он взял в качестве основы среднюю рабочую лошадь и посчитал, сколько энергии она способна выработать. Никто точно не знает, на каких конкретно экспериментах основывались его расчёты. Но было выявлено, что за 60 секунд работы лошадь вырабатывает примерно 45 тысячи джоулей. И это соответствовало одной лошадиной силе.

В действительности результаты оказались несколько завышенными. Редкие лошади могли работать в подобном режиме в течение целого дня. Но поняв, что возможности животных была переоценены, Уатт убедился в более высокой производительности своей разработки. Именно об этом он начал активно рассказывать потенциальным покупателям.

История необычная и достаточно интересная. Но факт в том, что такой хитрый маркетинговый ход в итоге обернулся своего рода революцией. Двигатель Уатта сыграл огромную роль в дальнейшем развитии промышленности, а его рекламные лошадиные силы стали стандартной единицей измерения.

Нюансы измерения мощности

Теперь стоит разобраться в том, как именно измеряются лошадиные силы в автомобилях, и что берётся за основу этих измерений.

Согласно принятым стандартам, 1 ЛС равняется мощности, которая нужна, чтобы поднять груз весом 75 килограмм на высоту 1 метр за 1 секунду времени. Иногда лошадиные силы переводят в другую единицу измерений. Речь идёт о ваттах. Тут на 1 силу лошади приходится 735,5 Ватт, что равняется 0,735 кВт.

Если в техническом паспорте мощность указывается в кВт, узнать о количестве лошадиных сил для этого конкретного двигателя не составит труда. Нужно взять паспортное значение, и разделить эту цифру на 0,735. Тем самым получается количество лошадиных сил.

Чтобы лучше понять принцип расчётов, можно рассмотреть несколько примеров.

  1. Стандартный городской ситикар Micra от компании Nissan оснащается двигателем объём 1,0 литра с заявленной мощностью 48 кВт. Если разделить это значение на 0,735, мы получаем 65 лошадиных сил.
  2. Современный двигатель TSI от Volkswagen, который устанавливается на модель Golf, имеет рабочий объём 2,0 литра. В техническом паспорте заявлена мощность 155 кВт. Простые математические подсчёты дают понять, что в этом автомобиле 210 лошадиных сил.
  3. Отечественная Нива производства компании АвтоВАЗ по паспорту выдаёт 58 кВт мощности. А это означает, что в лошадиных силах здесь 79. Хотя зачастую, чтобы сделать цифру более внушительной, её округляют до 80 л.с.

При этом часто встречается вопрос относительно того, как можно перевести объём автомобильного двигателя в лошадиные силы. Никак. Сделать это невозможно, поскольку объём и мощность напрямую между собой не связаны.

На мощность влияют такие параметры как крутящий момент и частота вращения движения. Они и определяют во многом лошадиные силы.

В некоторой степени объём двигателя в автомобиле влияет на лошадиные силы, но напрямую не зависит от них. И наоборот. Это зависящая от иных параметров единица измерения, для чего и были разработаны соответствующие методы подсчёта.

Если на авто отсутствует техническая документация, номинально определить, сколько лошадиных сил в этом авто, нельзя, опираясь только на объём мотора. Это не определяющая характеристика. Существует иной вариант, как можно узнать мощность в ЛС. Причём он будет более точным.

Для этих целей проводится определённый тест машины. Её устанавливают на специальный стенд ведущими колёсами. Практически все крупные автосервисы оснащены таким оборудованием. Зафиксировав машину на платформе, запускается двигатель, включается передачи и начинается имитация движения. Постепенно машина набирает максимальную скорость, когда педаль выжата до упора. Считывая информацию с контроллеров на платформе, компьютер подсчитывает, сколько лошадиных сил или киловатт в конкретном автомобиле.

Такое испытание крайне актуальное и более точное, чем подсчёты с помощью деления указанной в документации мощности в киловаттах на 0,735. И тому есть объективное объяснение.

Изначально все двигатели имеют указанную производителем мощность. Но постепенно мотор изнашивается, его ресурс сокращается, детали начинают хуже работать. Это не проявляется в каких-то серьёзных неполадках. Но постепенно реальная мощность падает, и уже не соответствует изначальным характеристикам.

Потому часто, когда проводится капитальный ремонт, либо двигатель подвергается тюнингу, а также просто люди покупают машины на вторичном рынке, им интересно узнать настоящую текущую мощность. Для этого автомобиль отправляют на специальный стенд, который и позволяет получить ответ на их вопрос.

Подводя итог, можно сказать, чему в автомобильном двигателе равна 1 (одна) лошадиная сила. Это значение мощности в кВт, которое делят на 0,735.

Если отталкиваться от научной литературы, то киловатты считаются метрической единицей, позволяющей измерять лошадиные силы. ЛС мощно сравнить с работой, которую выполняют за 1 секунду при поднятии на 1 метра 75 килограммового груза. При этом учитывается и фактор силы тяготения, то есть земное притяжение.

На что влияют

Все автомобилисты знают, что хорошо иметь достаточно мощный двигатель. И чем больше под капотом лошадей, тем лучше. Но что конкретно это означает и как лошадиные силы влияют на транспортное средство, ответить может не каждый автолюбитель.

Можно выделить несколько нюансов воздействия количества лошадиных сил на автотранспортное средство.

Мощность нужна, чтобы автомобиль мог преодолеть определённые сопротивления. Чем выше параметры мощности, тем с более сложными условиями может справиться автомобиль. Ведь машине приходится противостоять силе встречного ветра, трению, качению и пр. Если в машине будет мало лошадок, она попросту не сможет даже выехать в подъём или ехать, когда в лоб дует сильный ветер.

Но когда речь заходит о лошадиных силах, ни в коем случае нельзя забывать о таком параметре как крутящий момент. Про него всегда пишут возле параметров мощности, и крутящий момент обязательно присутствует в технической документации.

Крутящий момент является результатом воздействия на рычаг, что многие из вас могут помнить ещё со школьных уроков физики. Если говорить применительно к двигателям, то здесь в качестве рычага выступает коленчатый вал. Сила же образуется при сжигании топлива. Она воздействует на поршень, который создаёт тот самый крутящий момент.

А потому можно смело утверждать о том, что момент имеет важное значение, как и сама мощность. Сама мощность, измеряемая в рассматриваемых лошадиных силах, показывает, сколько раз за определённую единицу времени двигатель создаёт крутящий момент. Мощность зависит от амплитуды вращения двигателя, то есть оборотов. А потому напрямую связана с крутящим моментом.

И так часто описание лошадиных сил, с помощью которых производитель пытается показать своё превосходство над конкурентами, без крутящего момента — ничто. Именно момент определяет, насколько динамично сможет разгоняться автомобиль и сумеет ли мотор выдавать максимум своей мощности.

Более приземлённым фактором влияния лошадиных сил является транспортный налог. Он определяется законодательством каждой отдельно взятой страны. И чем больше у автомобиля лошадок под капотом, тем больше владельцу этого автомобиля придётся отдать государству в виде пошлины.

Для расчётов налогов используются специальные формулы. Их можно подсчитать своими силами, но для этого придётся знать текущую ставку и период владения ТС. Для разных регионов существуют свои ставки по транспортным налогам.

Мощные автомобили со всего мира

Не только автолюбители, но и самые производители постоянно спорят между собой, у какой машины больше всего под капотом лошадиных сил. Это своего рода гонка, где каждый пытается доказать своё превосходство.

При максимальном показателе мощности автомашины достигаются невероятные значения ускорения и предельной скорости движения. Но количество лошадиных сил, предусмотренных в автомобиле, должно обязательно идти параллельно с крутящим моментом, возможностями коробки передач и прочности кузова.

Читать еще:  Что такое гелевая подушка двигателя

В теории даже в обычные Жигули можно установить мотор с самыми высокими значениями лошадиных сил, количество которых превзойдёт параметры в дорогой спортивной машине. Но большая мощность накладывает дополнительные ограничения. Большинство машин, которые обладают запредельными моторами, для дорог общего пользования не предназначены.

Чтобы подобный автомобиль не разорвало на части, его не занесло и не взмыло в воздух, здесь требуется:

  • предусмотреть максимально аэродинамический кузов;
  • использовать специальную тормозную систему;
  • установить высокоэффективную систему охлаждения;
  • обеспечить максимально прочный, но при этом лёгкий кузов;
  • создать идеально работающее рулевое управление;
  • адаптировать топливную систему под особые виды горючего.

Такие автомобили, мощность которых выходит далеко за пределы 500-800 лошадиных сил, выглядят красиво на картинках, на них интересно посмотреть в действии. Но вот о какой-то практичности здесь точно речи не идёт.

Зачем именно создают подобные машины, сказать сложно. Но они есть. И среди них существуют автомобили, которые считаются самыми мощными в мире.

  • Venom GT. Хотя автомобилей с мощностью порядка 1200 лошадиных сил не так мало, в качестве примера можно рассмотреть разработку компании Hennesey. Машина внешне выглядит великолепно, и внутреннее оснащение не лишает водителя многих преимуществ менее мощных, но более комфортабельных авто. Это настоящий гиперкар, модифицированный 8-цилиндровый двигатель которого развивает выдающиеся 1200 лошадок. При этом работает автомобиль на механической коробке передач с 6 ступенями;
  • Производителем этой модели выступает компания Locus. Отличительной особенностью автомобиля является полностью карбоновый кузов. Очень элегантная внешне машина выдаёт 1300 лошадиных сил мощности. Это стало возможным благодаря доработке двигателя V8 с рабочим объёмом 8,2 литра;
  • Ultimate Aero TT. Автомобиль бренда SSC, который несколько превзошёл своего предыдущего конкурента. Это превосходство составляет 50 лошадиных сил, то есть суммарно эта машина выдаёт 1350 л.с. Это двигатель Turbocharger от Chevrolet с объёмом всего 6,4 литра. При этом с места до сотни гиперкар разгоняется за какие-то 2,6 секунды;
  • Когда-то именно Bugatti начала гонку среди автопроизводителей. Но постепенно её Вейрон начал уступать позиции. Потому появилась новая модель, стоимостью около 3 миллионов долларов. При этом под капотом расположился 8-литровый двигатель с парой турбин и 16 цилиндрам. Всё это оборудование помогло выжать 1500 лошадиных сил;
  • Продукт компании Vector, разработанный в США. Всего для модели предлагается две версии силовых установок. Первая не сильно выделяется на фоне предыдущих рассмотренных авто, поскольку имеет 1250 лошадиных сил. Но вторая версия способна выдать уже 1850 лошадок. И это при рабочем объёме двигателя 10 литров и 8 цилиндрах. Причём ради безопасности блок цилиндров изготавливают из настоящего высокопрочного чугуна;
  • Лидером всё же оказался автомобиль от Devel. Это умопомрачительное транспортное средство, поскольку здесь под капотом размещён 16-цилиндровый мотор объёмом 12,3 литра. Это настоящий монстр с 4771 Нм крутящего момента. А мощность здесь составляет сумасшедшие 5000 л.с. Причём двигатель может работать в 3 разных режимах. В самом обычном мощность искусственно снижается до 1200 л.с. Средний режим рассчитан на 2500 л.с., а для выездов на трек можно выжать все 5 тысяч лошадок.

Все эти автомобили были включены в рейтинг не просто так. Существует целый ряд высокомощных автомобилей, которые могут превосходить некоторые рассмотренные машины.

Но особенностью эти авто является тот факт, что они, в отличие от многих других, имеют допуск на дороги общего пользования. То есть на таких автомобилях можно выезжать в город и ездить по обычным дорогам.

Лошадиные силы являются показателем мощности любого автомобильного двигателя. Но эта единица не предопределяет истинные возможности силовой установки. Они формируются из нескольких составляющих, в числе которых лошадиные силы, крутящий момент и прочие параметры.

Тяга самолета. Тяга двигателя самолета. Тяга реактивного двигателя.

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет сквозь воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они сравнительно равны. Если летчик увеличивает тягу путем добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) при этом ускоряется. Очень быстро сопротивление увеличивается и снова уравнивает тягу. ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых важных факторов для определения скороподъемности самолета, а именно насколько быстро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым обладает самолет.

Тяга реактивного двигателя самолета

Сила тяги двигателя, или его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от скорости и высоты полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у земли, на взлете и во время какой-либо скорости. Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как результат массы газов на разность скоростей, а именно скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Проще говоря, данная скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД обычно измеряется в тоннах или килограммах. Важным качественным показателем ВРД является его удельная тяга. Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, который проходит через двигатель в секунду. Этот показатель позволяет понять, насколько высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду. В некоторых случаях применяется другой показатель, который также называется удельной тягой, показывающей отношение количества топлива, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Естественно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше поперечный вес и размеры самого двигателя.

Показатель полетной или тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. Как правило, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя. Лобовая тяга – это отношение наибольшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

В мировой авиации наиболее ценится тот двигатель, который обладает высокой лобовой тягой.

Чем совершеннее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, а именно общий вес двигателя вместе с приборами и обслуживающими агрегатами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые вообще, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, тяге и другим показателям. При оценивании ВРД огромную роль играют параметры, которые зависят от собственной экономичности, а именно от КПД (коэффициент полезного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход топлива на конкретную единицу тяги. Он выражается в килограммах топлива, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.

Устройство автомобилей

Основы динамики автомобиля

Скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика двигателя определяется зависимостями эффективной мощности Ne и крутящего момента Mк от частоты вращения n коленчатого вала.

Ведущие колеса автомобиля приводят его в движение в результате возникновения силы тяги, которая возникает при приложении крутящего момента к полуосям ведущих колес со стороны трансмиссии:

Читать еще:  Что такое отсечка оборотов двигателя

где Pт – сила тяги, Н;
Mт – крутящий (тяговый) момент на ведущем колесе, Нм;
r – радиус колеса, м.

Крутящий момент на ведущих колесах зависит от величины момента, развиваемого двигателем на коленчатом валу, передаточного числа iтр трансмиссии и ее КПД – ηтр :

Сила тяги Pт на ведущих колесах может быть определена не только по формуле (1), но и с учетом скорости vi движения автомобиля на i -й передаче и развиваемой двигателем эффективной мощности Nе :

Скорость vi движения автомобиля на i -й передаче пропорциональна частоте n вращения коленчатого вала, радиусу r ведущего колеса и обратно пропорциональна передаточному числу iтр i трансмиссии на i -й передаче:

Таким образом, частота вращения n коленчатого вала является определяющим параметром для показателей эффективной мощности Nе , крутящего момента Mк и силы тяги на ведущих колесах Pт .

На рисунке 1 приведена внешняя скоростная характеристика двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке, которая определяет предельные возможности двигателя при значениях частоты вращения коленчатого вала от nmin до nmax .

Анализ графика показывает, что максимальная эффективная мощность и максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, доступен в узком интервале частот вращения коленчатого вала. При небольшой частоте вращения коленчатого вала величина этих динамических показателей недостаточна для появления на ведущих колесах требуемой для движения автомобиля силы тяги, а при превышении частотой вращения коленвала некоторого максимального порога двигатель начинает терять мощность и тяговые показатели, или, как говорят механики, начинает работать «вразнос».
По этой причине эффективная эксплуатация двигателя внутреннего сгорания возможна лишь в некотором узком диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Скоростная характеристика двигателя во многом зависит от типа двигателя: чем круче кривая эффективной мощности Nе , тем большей приемистостью обладает двигатель.

Тяговая характеристика автомобиля

Тягово-скоростные свойства автомобиля удобно оценивать с помощью тяговой характеристики, т. е. зависимостью силы тяги на ведущих колесах от скорости движения на различных передачах (рис. 2).

Используя скоростную характеристику и задавая частоты вращения коленчатого вала от nmin до nmax при соответствующих значениях эффективной мощности или крутящего момента для каждой передачи по формуле (4) находят значения скорости v , а по формуле (3) находят значение тяговой силы Pт .

Число кривых на тяговой характеристике (рис. 2) соответствует числу ступеней в коробке передач.

Тяговая характеристика позволяет быстро определить максимальное значение силы тяги на ведущих колесах, которая может быть обеспечена при данной скорости движения автомобиля, поскольку она рассчитывается по наибольшей для данной частоты вращения коленчатого вала мощности двигателя. Меньшее значение силы тяги получается при недоиспользовании мощности двигателя, т. е. при неполной подаче топлива. Следовательно, с помощью тяговой характеристики можно оценить предельные тяговые возможности автомобиля в фактическом интервале скоростей его движения.

Силы и моменты, действующие на ведущие колеса

На ведущие колеса автомобиля действуют силы со стороны автомобиля (т. е. со стороны двигателя посредством агрегатов трансмиссии), а также силы со стороны дороги. Обозначим силы, действующие со стороны автомобиля, буквой Р , а со стороны дороги – буквой R (рис. 3).

Реактивные силы, действующие на колеса

Тяговый момент Мт на ведущих колесах стремится сдвинуть назад верхний слой дорожного покрытия, в результате чего со стороны дороги на ведущее колесо в зоне контакта действует противоположно направленная сила Rx – горизонтально направленная касательная реакция дороги.

Так как на автомобиле используются эластичные пневматические шины, то неизбежна частичная потеря момента Мт , поэтому продольную (горизонтальную) реакцию со стороны дороги, обеспечивающую качение колеса, можно записать как разность между силой тяги и потерями в шине:

где Рш – сила, учитывающая потери энергии в шинах ведущих колес.

Таким образом, касательная реакция дороги создает силу тяги.

Автомобиль своим весом G действует на каждое колесо, передавая усилие на дорогу, и, соответственно, вызывая нормальную реакцию дороги Rz . Следует учитывать, что при наличии на колесе крутящего момента нормальная реакция Rz прикладывается не к оси симметрии опорной площадки колеса, а на некотором расстоянии αш от нее, поскольку имеет место смещение центра давления из-за эластичности шины.

Эпюра элементарных нормальных реакций дороги, показанная на рисунке 4, объясняет причину смещения точки приложения реакции Rz . Это происходит из-за того, что нормальные реакции на переднем и заднем участках опорной площадки колеса различны по величине, так как силы, возникающие в упругом материале шины при приложении и снятии нагрузки неодинаковы.
Это объясняется действием сил внутреннего трения между взаимно перемещающимися частицами материала шины. При приложении нагрузки эти силы и силы упругости направлены в одну и ту же сторону, а при снятии – в противоположные стороны.

Боковая сила Рy значительно увеличивается при криволинейном движении автомобиля или при движении по косогору. Боковая реакция Ry со стороны дороги удерживает колеса автомобиля от бокового скольжения (заноса) при движении автомобиля поперек косогора или при выполнении маневра.

Сила тяги на ведущих колесах

Сила тяги Рт на ведущих колесах может быть определена, как отношение крутящего (тягового) момента Mт , подводимого к колесам, к их радиусу r :

При этом не учитываются затраты энергии на деформацию дорожного покрытия, трение внутри шины и силы инерции, обусловленные ускорением вращающихся масс колес и деталей трансмиссии в случае неравномерного движения.

Следует учитывать, что радиус колеса вследствие эластичности шины является переменной величиной.
Различают следующие радиусы автомобильных колес:

  • статический радиус колеса rст – расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, воспринимающего вертикальную нагрузку, обусловленную силой тяжести, действующей на автомобиль (т. е. его весом G ). Значения статического радиуса приводятся заводом-изготовителем шины в технических характеристиках;
  • динамический радиус колеса rд – расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса. Динамический радиус колеса во время движения может превышать его статический радиус, поскольку в результате нагрева шины давление внутри нее увеличивается.
    Кроме того, под действием центробежных сил с возрастанием скорости автомобиля шина растягивается в радиальном направлении, вследствие чего динамический радиус увеличивается. Динамический радиус, также, зависит от величины вертикальной нагрузки Pz .
  • радиус качения колеса rк – радиус условного недеформирующегося катящегося без скольжения колеса, которое имеет с данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорости.

Радиус качения колеса определяется по формуле:

где S – путь, пройденный колесом; nк – число оборотов колеса на пути S .

Если проскальзывание колеса относительно дороги отсутствует, что характерно для ведомого колеса, то радиусы rд и rк почти равны между собой. В случае полного буксования колеса его пройденный путь будет равен нулю, и тогда (согласно приведенной выше формуле) его радиус качения тоже будет равен нулю.
В случае движения колеса юзом (скольжение без вращения) число оборотов будет равно нулю, и, соответственно, радиус качения rк будет стремиться к бесконечности.

Различают еще и свободный радиус колеса rсв , который является половиной диаметра ненагруженного колеса при отсутствии его контакта с опорной поверхностью.

На дорогах с сухим покрытием скольжение ведущих колес и изменение радиуса незначительны. Поэтому радиусы статический rст , динамический rд и качения rк при расчетах считаются одинаковыми и обозначаются буквой r .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector