Procesul autopropulsarii automobilului

Procesul autopropulsarii automobilului

CALCULUL DE PROIECTARE

1. Calculul puterii la roata P_r

Se alege (1)

2 Calculul fortei la roata F_r

(2)

3 Calculul mometului la roata M_r

(3)

4 Calculul fortei de tractiune F_t

(4)

5. Calculu rezistentelor ce apar la deplasarea automobilului

5.1. Calculul rezistentei de rulare R_r

Se alege: (5)

f=0,014

unde: n numarlu de persoane;

G_p greutatea unei pesoane;

G_b greutatea bagajelor;

5.2 Calculul rezistentei aerului R_a

(6)

Se alege k=0,3Kg/m²

R_a se calculeaza pentru

5. Calculul rezistentei la panta R_p

(7)

Se alege panta

la urcarea pantei

la coborarea pantei

5.4. Calculul rezistentei la demaraj R_d

(8)

5.5. Echilibrarea rotii motoare

(9)

(coeficientul de rezistenta la rulare)

Fig. 1. Fortele care actioneaza asupra rotii motoare.

unde:

Puterea de rulare

(10)

5.6. Echilibrarea rotii conduse.

Se bazeaza pe metoda izolarii corpurilor

Fig. 2. Fortele care actioneaza asupra rotii conduse

Rezestenta la rulare a rotii conduse la citeza constanta este:

6. Ecuatia generala de miscare. Bilantul de putere.

(11)

6.1. Ecuatia de miscare a automobilului

(12)

pentru panta:

(13)

pentru deplasarea pe drum orizontal F_t=F_r-R_r

6.2. Ecuatia bilantului de putere.

(14)

(15)

pentru panta:

(16)

pentru deplasarea pe drum orizontal:

(17)

Am calculat P_r, F_r pentru deplasarea pe drum orizontal la viteza maxima constanta.

Deci

7. Calculul aderentei automobilului

7.1 Aderenta longitudinala

x este forta de aderenta

(18)

(19)

In cazul lipsei fortei de aderenta X_min=0

(20)

7.2. Aderenta transversala y

(21)

La limita, cand

8. Calculul reactiunilor solului asupra rotilor automobilului

8.1. Calculul reactiunilor statice G₁ si G₂

(22)

Se calculeaza coordonatele centrului de greutate: a, b si hg.

unde: G₂ greutatea ce revine puntii din spate;

G₁ greutatea ce revine puntii din fata;

L ampatamentul.

Din STAS se alege G₁=55%Ga

G₂=45%Ga

Deci

Se alege hg=0,68m=680mm, panta

Pe drum orizontal()

8.2. Calculul reactiunilor dinamice Z₁, Z₂

(23)

(24)

Consideram h_a=1000mm si calculam Z₁, Z₂ pentru viteza constanta a automobilului.

Se alege panta

Daca se neglijeaza R_a si automobilul se deplaseaza pe drum orizontal cu viteza constanta:

In cazul in care se ia in considerare aderenta

(25)

(26)

Daca se neglijeaza diferenta (h_a-h_g),precum si termenul

(27)

(28)

Se alege ; panta

8.3 Calculul coeficientilor masici m₁ si m₂

(29)

9. Calculul capacitatii de tractiune al automobilului.

9.1. Caracteristica externa a motorului.

Reprezinta variatia momentului motor cu turatia la deschiderea copleta a clapetei de acceleratie in cazul M.A.S si la pozitia maxima a manetei de imbogatire (a pompei) in cazul M.A.C.

Pentru M.A.S. cu limitatorul de turatie sau M.A.C. cu regulator

Explicarea diagramelor:

1.     La turatia minima de functionare stabila a motorului minim se dezvolta o putere P₀ si un moment M₀;

2.     La turatia de moment maxim motorul dezvolta momentul maxim M_max si puterea corespunzatoare momentului maxim P_M;

3.     La turatia de putere maxima N_p se dezvolta momentul motor M_p si puterea maxima P_max;

4.     La turatia de putere maxima se dezvolta puterea P_m si momentul M_m.

Fig. Diagrama pentru M.A.S.

Functionarea stabila a motorului este intre si N_p, respectiv intre N_m si N_n.

Functinarea instabila este intre N_min si N_m.

Portiunea din caracteristica exterioara cuprinsa intre N_r si N_max poarta numele de caracteristica de regulator. Marimea zonei de stabilitate este caracterizata prin coeficientul de elasticitate:

sau (30)

Pentru M.A.S. C_e=0,450,64, pentru M.A.S. C_e=0,550,75.

Variatia momentului motor in zona de stabilitate este caracterizata prin coeficientul de adaptabilitate:

sau (31)

La M.A.S. C_a=1,11,3

La M.A.C. C_a=1,051,15

Fig. 4. Diagrama pentru M.A.S. cu limitator de turatie sau M.A.C. cu regulator

Pentru proiectarea motorului unui automobil se porneste de la relatia analitica de forma:

(32)

unde: ; (33)

9.2. Randamentul transmisiei.

(34)

unde:

este randamentul transmisiei;

P_r este puterea la roata;

P este puterea efectiva a motorului;

Pt_r este puterea pierduta prin transmisie.

unde:

- randamentul cutiei de viteze;

- randamentul cutiei de distributie;

- randamentul transmisiei longitudinale;

- randamentul transmisiei principale.

Randamentul transmisiei mecanice este mai nare decat randamentul transmisiei hidraulice sau al transmisiei electrice.

Valorile medii ale randamentului transmisie mecanice sunt:

pentru autoturisme se alege .

9.3 Determinarea caracteristici exterioare a motorului.

Daca se cunoaste turatia de putere maxima M_p, precum si puterea efectiva P, se poate determina caracteristica externa.

9.1. Determinarea caracteristicii exterioare a motorului prin calculul puterii la viteza maxima.

Puterea la viteza maxima Pv_max este dat de relatia:

(35)

Putera maxima P_max:

(36)

Se alege pentru raportul valoarea 1,2

Deci:

9.2. Dterminarea caracteristicii exterioare prin calculul puterii la viteza minima de deplasare pe panta maxima impusa.

(37)

unde:

(38)

este coeficientul rezistentei specifice a drumului V_1min este viteza minima de deplasare

Se alege panta maxima

9.4. Determinarea raportului de transmitere a transmisiei principale i₀

Prin raportul de transmitere de transmisie a transmisiei principale i₀ se intelege raportul de demultiplicare a turatiei ce se obtine in afara cutiei de viteze si cutiei de distributie.

(39)

(40)

9.5. Determinarea raportului de transimitere in prima treapta a cutiei de viteze i_cv1.

(41)

de unde:

9.6. Determinarea rapoartelor de transmisie in celelalte trepte ale cutiei de viteze.

9.6.1. Determinarea rapoartelor de tarnsmitere prin metoda grafo-analitica.

(42)

Fig.5. Determinarea rapoartelor de transmitere prin metoda grafo-analitica.

Pe abscisa se reprezinta vitezele V[m/s] la o scara arbitrara K_v=V/[V] unde [V] este segmentul de pe desen corespunzator vitezei V_1n,pe ordonata se reprezinta vitezele unghiulare la o scra arbitrara , unde [] este segmentul de pe desen corespunzator vitezei unghiulare .

Dreapta d₁ se construieste unind originea sistemului de axe 0 cu punctul a obtinut prein itersectia dreptei orizontale de ordonata cu dreapta verticala de abscisa V_1min.

Dreapta d₄ se traseaza unind originea sistemului de axe 0 cu punctul d obtinut prin intersectia dreptei orizontale de ordonata sau cu dreapta verticala de abscisa V_max.

Graficul funtiei in treapta a doua, adica d₂ reprezinta relatia:

(43)

Pornind de la egalitatea V_1max=V_2min si tinand seama ca V_2min se obtine la viteza unghiulara se coboara o perpendiculara si se obtine punctul b la intersectia cu . Unind originea sistemului de axe 0 cu punctul b si prelungind pana in b se obtine graficul functiei in treapta a doua. Pe cale grafo-analitica se deduce valoarea raportului de transmitere in treapta a doua si anume:

(44)

Graficul functiei in treapta a treia, adica dreapta d₃ reprezinta relatia:

Analog se deduce valoarea raportului de transmitere in treapta a treia:

Stabilirea treptelor din cutia de viteze poate fi facuta in doua feluri:

1) Pornind de la raportul i_cv1 cunoscut, construind punctul a si apoi punand conditia V_1max=V_2min se obtin punctele b si b, rationamentele decurg la fel si in celelalte trepte, pana la o treapta n la care V_nmaxV_max

2) Pornind de la ultima treapta, cu raportul de transmitere unitar la care se realizeaza viteza maxima si efectuand constructia in sens invers pana la obtinerea unui punct a cu VV_1min.

9.6.2. Determinarea rapoartelor de transmitere prin metoda analitica.

v_1max=v_2max

v_2max=v_3min

..

v_(n-1)max=v_nmax

(45)

Daca se sorteaza , raportul denumit rotie, se poate scrie: (46)

Daca se considera ultima treapta a cutiei de viteze, treapta de priza directa (i_cvn-1), atunci:

q^n-1=i_cvi sau (47)

Fiind determinat numarul de trepte si stiind ca i_cvn=1 se obtine raportul de transmitere intr-o treapta k:

(48)

9.7. Caracteristica puterilor.

(49)

Intervalul de putere utilizat la demarajul automobilului este cuprins intre puterea P_wi corespunzatoare vitezei unghiulare si puterea corespunzatoare limitei maxime a intervalului.

Deoarece functionarea motorului este stabilita in intervalul , functioneaza intr-o treapta de viteze se considera in intervalul P_MP_max.

Curba reprezinta suma puterilor pentru deplasarea cu viteza constanta a automobilului pe o panta inclinata cu unghiu si cu coeficientul de rezistenta la rulare f.

Fig.6. Caracteristica puterilor.

Segmentul ab reprezinta puterea necesara invingerii rezistentei la rulare.

Segmentul bc reprezinta puterea necesara invingerii rezistentei la panta.

Segmentul cd reprezinta puterea necesara invingerii rezistentei aerului. Segmentul de reprezinta puterea disponibila la viteza V₁ pentru accelerarea automobilului.

Daca :

(4.50)

se scrie ecuatia bilatului de putere cu formula:

(51)

La demaraj rationala devine schimbarea treptei a-3a cu a-4a cand viteza v₂=v_3max.

10. Performantele automobilului

10.1. Demarajul automobilului.

(52)

10.1.1. Forta de rulare a rotii.

(53)

(54)

(55)

Fig.7. Forta de rulare a rotii

10.1.2. Caracteristica dinamica a automobilului.

(56)

D factorul dinamic

Se pot determina urnatoarele:

1) viteze maxima a automobilului

deci:

2) determinarea lui

3) panta maxima

4) forta de aderenta

Fig.8. Caracteristica dinamica a automobilului

Daca se neglijeaza rezistenta aerului:

(57)

10.1. Determinarea acceleratiei automobilului.

Daca (58)

10.1.4. Determinarea timpului de demaraj.

(59)

10.1.5. Determinarea spatiului de demaraj.

d_s=vdt

(60)

10.2. Franarea automobilului.

10.2.1. Echilibrarea rotii franate.

(61)

Unde: M_f momentul de franare;

F_f forta de franare;

F_fr forta de franare la roata.

Tinand cont de aderenta Z_r=7765,3 N

10.2.2. BilanTul fortelor care actioneaza asupra rotii franate

(62)

10.2. Determinarea deceleratiei maxime.

(63)

Daca franarea se face pe drum orizontal () si daca se neglijeaza rezistenta aerului, deceleratia maxima este:

In cazul franarii cu motorul decuplat () deceleratia maxima devine:

10.2.4. Determinarea spatiului minim de deceleratie

Daca viteza finala (motorul fiind decuplat), atunci:

(64)

Daca v_i=54,38 m/s

10.2.5. Determinarea timpului minim de deceleratie.

(65)

Daca:

11. Consumul de combustibil al automobilului.

(66)

Unde: C_e consumul specific;

Q_h consumul orar;

P puterea efectiva a motorului.

(67)

(68)

(69)

Unde: [Kg/dm³] este densitatea combustibilului.

11.1. Caracteristica de consum a automobilului

Reprezinta dependenta grafica dintre parametrul de consum sau si viteza de deplasare a automobilului pentru diferite valori ale rezistentei specifice a drumului, corespund admisiei totale a combustibilului, la curbele 2,3,4,5,6 corespund admisiei partiale.

Valorile curbei puterii necesare invingerii rezistentei la inaintare se obtin cu relatia:

(70)

11.2. Caracteristica economica a automobilului.

A_i limita de functionare normala a motorului.

Unde:

Fig.9. Caracteristica de consum a automobilului.

Fig. 10 Carcteristica economica a automobilului

Abscisa punctelor B,C,D,E,F,G,H reprezinta viteza maxima, caracteristica pentru fiecare

Curba AJ reprezinta consumul economic de combustibil.

12. Maniabilitatea si stabilitatea automobilului.

12.1 Maniabilitatea automobilului.

Este capacitatea automobilului de a mentine numai traiectoria ce i se imprima prin virare sau de a mentine mersul in linie dreapta.

12.1.1 Influentele virajului asupra maniabilitatii automobilului.

Unde b este distanta ditre pivotii fuzetelor.

Fig.11. Influenta virajului asupra maniabilitatii automobilului

(71)

(72)

12.1.2. Influenta elasticitatii rotii asupra maniabilitatii automobilului.

F_y este forta transversala ce provoaca deformarea laterala a noului.

Unghiul se numeste unghi de deviere sau unghi de deriva.

cand virarea este normala;

cand virarea este insuficienta;

cand virarea este in exces.

12.1. Influenta tractiunii asupra maniabilitatii automobilului.

Tractiune fata:

Unde: - F este forta de impingere

- F_x,F_y sunt componentele laterale.

Pentru a nu apare alunecari laterale al rotilor directoare:

Fig.12. Influenta elasticitatii rotii asupra maniabilitatii automobilului.

(73)

F_tmax forta de tractiune maxima ce se poate obtine in limitele rularii fara alunecari laterale.

F_cy componenta transversala a fortei centrifuge.

Fig.1 Unghiul de deriva laterala .

12.2. Stabilitatea automobilului.

Este prorietatea automobilului, in mers, de a ramane permanent sprijinit pe toate rotile.

12.2.1. Stabilitatea longitudinala a automobilului.

Rasturnarea automobilului se poate produce cand:

In momentul rasturnarii:

Z₁=0; ; R_d=0

(74)

Desi conditia de stabilitate b rasturnarea pe panta longitudinala este:

(75)

La derapaj, valoarea limita a unghiului pantei de la care are loc patinarea rotilor motoare este:

(76)

Pentru ca patinarea sa aiba loc la un unghi de panta mai mic decat unghiul limita rasturnare trebuie indeplinita conditia.

sau

(77)

La coborare coditia de stabilitate este:

(78)

12.2.2. Stabilitatea transversala a automobilului.

12.2.2.1. Stabilitatea transversala la deplasarea rectilinie a automobilului.

La rasturnare:

La drenaj:

12.2.2.2. Stabilitatea transversala in viraj.

Valoarea unghiului la care incepe rasturnarea este:

Unde R este raza de viraj.

Valoarea vitezei limita de rasturnare v₂ a unui automobil care se deplaseaza in curba cu inclinare transversala este:

[m/s] (79)

Daca virajul are loc pe un drum plan (), viteza de rasturnare va fi:

Valoarea unghiului la care incepe deplasarea este:

Viteza limita de deplasare a unui automobil care se deplaseaza pe un drem I, curba cu inclinare transversala este:

(80)

La viraj pe un drum plan (), viteza limita de deplasare va fi:

(81)

Fig. 14. Stabilitatea transversala in viraj.

Fig.15. Variatia coeficientului de aderenta.

Fig.16. Stabilitatea laterala a rotii.

Fig.17. Stabilitatea longitudinala a automobilului.

Fig.18. Schema de calcul static a reactiunilor G₁ si G₂.

Fig.19. Schema de calcul dinamic a reactiunilor G₁ si G₂.