Calculul de tractiune

Calculul de tractiune se face in scopul determinarii parametrilor principali ai motorului si transmisiei, astfel ca autovehiculul de proiectat cu caracteristicile definite anterior si in conditiile precizate in capitolul precedent sa fie capabil sa realizeze performantele prescrise in tema de proiectare sau a performantelor celor mai bune modele existente sau de perspectiva.

Randamentul transmisiei

Pentru propulsarea autovehiculului puterea dezvoltata de motor trebuie sa fie transmisa rotilor motoare ale acestuia.

Transmisia fluxului de putere este caracterizata de pierderi datorate fenomenelor de frecare dintre organele transmisiei. Calitativ, pierderile de putere din transmisie se apreciaza prin randamentul transmisiei h_t

Experimentarile efectuate au permis sa se determine urmatoarele valori ale randamentelor subansamblelor componente ale transmisiei :

cutia de viteze : h_CV = 0,97..0,98 (in treapta de priza directa ) ;

h_CV = 0,92..0,94 ( in celelalte trepte ) ;

transmisia principala : h = 0,92..0,94 ( pentru transmisiile principale simple ) .

Deoarece valoarea globala a randamentului transmisiei depinde de numerosi factori a caror influenta este dificil de apreciat, in calcule se opereaza cu valori adoptate

Am adoptat h_t

Determinarea caracteristicii externe a motorului

Aprecierea motorului ca sursa de energie pentru autopropulsarea autovehiculului se face prin oferta de putere si moment. Oferta se exprima functie de turatia arborelui motor printr-un camp de caracteristici P = f(n) si M = f(n) numite caracteristici de turatie. Domeniul de oferta este limitat de caracteristica externa ( sau caracteristica la sarcina totala ), care determina posibilitatile maxime ale motorului si in privinta puterii si a momentului la fiecare turatie din domeniul turatiilor de functionare ale acestuia. Caracteristica externa se completeaza si cu curba consumului specific de combustibil c_e = f(n).

Alegerea tipului motorului si a marimilor semnificative

Pentru propulsarea autovehiculelor, majoritatea motoarelor sunt motoare cu ardere interna cu piston in miscare de translatie. Existenta unei mari varietati de motoare cu ardere interna cu piston impune alegerea unor criterii de selectie bine definite. Optiunea pentru unul dintre tipuri are in vedere in principal modelul, caracteristicile si destinatia autovehiculului.

in functie e solutiile similare deja existente adopt un autoturism 44 cu motor ce dezvolta o putere de 85CP la turatia de 4800 rpm si un cuplu de 197 Nm la turatia de 3400 rpm

Determinarea puterii maxime

Din definirea conditiilor de autopropulsare, deplasarea cu viteza presupune dezvoltarea unei forte la roata F_pmax . Din definirea puterii ca produs intre forta si viteza, realizarea performantei de viteza maxima, in conditiile prevazute, presupune pentru motor dezvoltarea unei puteri:

P_{v max}=;

P_{v max}== 109 CP

Calculul caracteristicii externe a motorului

P_max - puterea maxima a motorului ;

M_max - momentul maxim al motorului .

Coeficientii relatiei se definesc astfel : Pentru evaluarea caracteristicii exterioare in mod analitic se folosesc relatiile :

unde :

P_max - puterea maxima a motorului ;

M(n) - momentul functie de turatie .

Coeficientii relatiei se definesc astfel :

unde :

este coeficientul de elasticitate al motorului ;

este coeficientul de adaptabilitate al motorului .

Cunoscand turatia de putere maxima n_P, turatia de moment maxim n_M, puterea motorului P_max, momentul maxim M_max si relatiile de definire a celorlalte marimi avem :

Punand conditia ca puterea la viteza maxima sa corespunda punctului de turatie maxima se obtine pentru puterea maxima a motorului din relatia de mai jos

P_max = ===136KW

Nm

Principalele date ale motorului sunt centralizate in tabelele urmatoare :

Determinarea marimii rapoartelor de transmitere ale transmisie

Functionarea automobilului in conditii normale de exploatare are loc in regim tranzitoriu, gama rezistentelor la inaintare fiind foarte mare. In aceste conditii rezulta ca la rotile motoare ale autovehiculului, necesarul de forta de tractiune si de putere la roata sunt campuri de caracteristici avand in abscisa viteza aleasa de conducator. Pentru ca sa poata acoperi cu automobilul acest camp de caracteristici transmisia trebuie sa ofere un asemenea camp.

Situatiile care apar in timpul deplasarii unui autovehicul sunt:

a) motorul sa echilibreze prin posibilitatile proprii intreaga gama de rezistente. Acest lucru este posibil cand puterea furnizata este constanta in toate regimurile de deplasare. Daca aceasta valoare constanta corespunde puterii maxime, se obtine caracteristica ideala de tractiune data de relatia :

F_R * v = P_{R max} = ct.

unde:

F_R = forta la roata;

v = viteza de deplasare;

P_{R max} = puterea maxima la roata

. b) viteza maxima este delimitata prin puterea maxima de autopropulsare:

unde F_{R v max} este forta la roata necesara deplasarii cu viteza maxima de performanta.

c) cand viteza = 0 , rezulta o forta la roata infinita. Ca urmare, la viteze mici, limita este data de aderenta rotilor cu calea, definita cu relatia F_{R max} F_R = w * G_ad    unde :

=0,7 coeficientul de aderenta;

Gad = greutatea aderenta, respectiv greutatea ce revine in conditii de demaraj rotilor motoare.

Determinarea valorii maxime a raportului de transmitere al transmisiei

Pentru valoarea maxima a raportului de transmitere, obtinut cand este cuplata prima treapta de viteza in cutia de viteze, se pot formula ca performante dinamice independente sau simultane urmatoarele: panta maxima sau rezistenta specifica a caii si acceleratia maxima la pornirea de pe loc.

Performantele date prin fortele la roata necesare pot fi formulate ca valori maxime cand fortele la roata oferite prin transmisie au valori maxime, respectiv motorul functioneaza la turatia momentului maxim pe caracteristica externa ( M_max ) iar in transmisie este cuplat cel mai mare raport de transmitere i_{t max} .

i_{t max} = i_cv1 * i₀    unde:

i_cv1 = raportul de transmitere in prima treapta a cutiei de viteze;

i₀ = raportul de transmitere a transmisiei principale .

Din conditia de autopropulsare se obtine : unde :

F_{R max} este forta la roata necesara calculata pentru regimul de deplasare cu acceleratia maxima.

F_{R max} = 9901.2 N rezulta

i_{t max} ==12.35

Pentru ca forta la roata sa fie situata in domeniu trebuie ca :

F_Rmax sau

de unde:

11.6=26

Unde G_ad este greutatea aderenta si reprezinta greutatea ce revine puntii motoare la urcarea pantei maxime, in cazul automobilului 44

G_ad=G_a *cos =22200*0.96 = 21413

Determinarea valorii minime a raportului de transmitere al transmisiei

Valoarea minima a raportului de transmitere a transmisiei este determinata din conditia cinematica de realizare a vitezei maxime de performanta, cand motorul functioneaza la turatia maxima. Raportul de transmitere i₀ se realizeaza in puntea motoare, fie numai prin angrenajul conic, fie prin angrenajul conic si celelalte angrenaje de reducerea turatiei cu functionare permanenta montate in punte.

Calculul raportului de transmitere al transmisiei principale se realizeaza in conditiile de viteza maxima, in ultima treapta a cutiei de viteze, valoarea raportului i₀ este data de relatia:

i₀== =3.6

Determinarea numarului de trepte pentru cutia de viteze si a marimii rapoartelor de transmitere ale transmisiei

Pentru determinarea numarului de trepte se utilizeaza doua metode: o metoda grafica si o metoda analitica. Indiferent de metoda aleasa se fac unele ipoteze simplificatoare precum: schimbarea treptelor de viteza sa se faca instantaneu, astfel incat viteza maxima in treapta inferioara sa fie egala, cu viteza minima in treapta superioara. Metoda recomandata de literatura de specialitate este aceia a etajarii treptelor in progresie geometrica. Pentru calculul numarului de trepte se porneste de la principiul ca viteza maxima, intr-o treapta inferioara sa fie egal cu viteza minima intr-o treapta superioara, folosind relatia:

V_{a K}=

Cunoscand raportul de transmitere i_{t max} cit si i_{t min} se poate determina raportul de transmitere i_{t min} :

i_{CV 1} = _;i_{cv 1}==3.43

In cazul etajarii cutiei de viteze in progresie geometrica, intre valoarea maxima i₁ si minima i_n=1 in cutia de viteze sint necesare n trepte date de relatia:

n; n; n; n;unde n

Se adopta n=5

Alegerea finala a marimii numarului de trepte se face tinandu-se cont de considerente constructiv functionale si de exploatare ale cutiei de viteze precum si de tipul si destinatia automobilului. Astfel pentru autovehicule de marfuri, la care importanta demarajului scade, aparand insa profilul mai greu al drumului, in scopul unei bune adaptabilitati se utilizeaza de obicei cutiile de viteze cu 5 trepte.

Astfel s-a introdus a cincea treapta econoama, calculata cu relatia:

i_cv5= ; i_cv5=; i_cv5=0,83

n_ec =n_max *0.6 =5500*0.63 =3500

v_i =v_max*0.87 =165*0.87 =145 km/h

Fiind determinat numarul de trepte si tinand cont ca i=1, intr-o treapta K, raportul de transmitere este dat de relatia:

i_{CV k}= ; (k=1.n)

Pentru treapta a-I-a; i_cv1=3.4

Pentru treapta a-II-a; i_cv2=2.5

Pentru treapta a-III-a; i_cv3=1.58

Pentru treapta a-IV-a; i_cv4=1.12

Pentru treapta a-V-a; i_cv5=0.83

Determinarea numarului de trepte se poate face si pe cale analitica, mentinandu-se aceleasi ipoteze ca si in cazul celeilalte metode luand intr-un sistem de axe perpendiculare, unde pe abscisa se considera viteza de deplasare notata cu "v", iar pe ordonata se considera viteza unghiulara .

Dependenta dintre viteza unghiulara de rotatie a arborelui motorului si viteza de deplasare a autovehiculului, intr-o treapta oarecare k, cu raportul de transmitere i_{cv k}, este:

Pentru stabilirea numarului de trepte, mai intai trebuie sa se cunoasca raportul de transmitere pentru treapta I a cutiei de viteze ca sa se poata determina celelalte rapoarte de transmitere ale cutiei de viteze. Pentru aceasta trebuie ca functionarea motorului pe caracteristica exterioara sa aiba loc intr-un interval de viteze unghiulare cuprins in domeniul de stabilitate.

In plus se fac urmatoarele ipoteze: schimbarea treptelor de viteza invecinate se faca instantaneu, iar viteza maxima, intr-o treapta este egala cu viteza minima in treapta imediat superioara.