Transformarea cuplului motor in forta tangentiala de tractiune

Transformarea cuplului motor in forta tangentiala de tractiune

Transformarea cuplului motor in forta tangentiala de tractiune la autovehiculele pe roti

Momentul de torsiune dezvoltat de motorul cu ardere interna se transmite, prin intermediul transmisiei, la rotile motoare ale autovehiculelor pe roti. Momentul transmis rotii motoare se numeste moment motor sau moment la roata.

Pentru calculul momentului M_R transmis la rotile motoare ale autovehiculului se foloseste relatia:

, (3.15)

in care: M este momentul efectiv al motorului; i_tr este raportul de transmitere al transmisiei autovehiculului; h_tr este randamentul transmisiei.

Pentru explicarea autopropulsarii la autovehiculele pe roti, in figura 3.4, este prezentata schema fortelor care actioneaza asupra rotii motoare nedeformabile care ruleaza pe un drum nedeformabil.

Din partea transmisiei asupra rotii motoare actioneaza momentul M_R, reprezentat in figura prin cuplul de forte (F_o,F_o), care are bratul egal cu raza dinamica a rotii r_d.    La interactiunea dintre drum si roata, in punctul de tangenta al rotii cu drumul, ia nastere reactiunea F_R, forta motoare sau forta la roata. Valoarea maxima a fortei la roata F_Rmax se determina din conditia de aderenta. In axul O al rotii, din partea autovehiculului actioneaza reactiunea R, care este echilibrata de forta de impingere F_o, cu care are aceiasi directie. Forta de impingere maxima corespunzatoare cuplului maxim o notam cu F_omax. Reactiunea R este egala cu suma tuturor fortelor de rezistenta la inaintarea autovehiculului.

Fig.3.4. Schema fortelor care actioneaza asupra

rotii motoare nedeformabile la deplasarea

pe drum nedeformabil

Asupra rotii motoare mai actioneaza si greutatea repartizata pe roata G_R, in care este inclusa si greutatea proprie, aceasta fiind echilibrata de reactiunea normala a drumului Z_R.

Din analiza echilibrului de forte pe directia deplasarii, rezulta ca sunt posibile patru cazuri de miscare a rotii, si anume:

R>F_omax, F_Rmax>F_omax - miscarea este imposibila, motorul cu ardere interna se opreste;

R≥F_omax, F_Rmax<F_omax - patinare totala;

R≤F_omax, F_Rmax≥F_omax - rostogolire ideala, fara patinare sau alunecare;

R≤F_omax, F_Rmax≤F_omax - deplasare cu patinare partiala.

Valoarea fortei Fo sub actiunea careia autovehiculul executa miscarea de translatie se determina pornind de la momentul la roata cu relatia:

(3.16)

sau, tinand seama de relatia 3.15, cu relatia:

(3.17)

In cazul miscarii accelerate (a>0) o parte din energia furnizata de motor este utilizata pentru accelerarea motorului, a pieselor in miscare de rotatie din transmisie si a rotilor motoare. Daca se ia in considerare doar acceleratia unghiulara a motorului si a rotilor motoare , momentul la rotile motoare este diminuat cu valoarea:

(3.18)

unde: DM₁ este momentul folosit la accelerarea motorului redus la rotile motoare; DM₂ este momentul folosit la accelerarea rotilor motoare.

Pentru calculul momentelor DM₁ si DM₂ se folosesc relatiile:

(3.19)

unde: J_m este momentul de inertie motorului si al ambreiajului; J_R momentul de inertie al unei roti motoare; w este viteza unghiulara a motorului; w_R este viteza unghiulara a rotilor motoare.

In cazul miscarii accelerate rezulta urmatoarea relatie de calcul pentru momentul la roata:

(3.15')

iar pentru forta la roata se obtine:

(3.17')

Transformarea cuplului motor in forta tangentiala de tractiune la autovehiculele pe senile

In figura 3.5 este prezentata schema explicativa a autopropulsarii autovehiculelor pe senile.

Fig.3.5. Schema propulsiei la autovehicule pe senile.

Mecanismul de propulsie la autovehiculele pe senile se compune din rotile motoare 1, lantul senilelor 2, rotile de intindere 3, rolele de sprijin 4 si rolele de sustinere 5. Acest mecanism asigura datorita aderentei cu solul crearea fortelor necesare atat pentru realizarea miscarii rectilinii cat si pentru realizarea virajului.

Autopropulsarea autovehiculelor pe senile se realizeaza astfel. Momentul motor M_R al rotilor motoare, reprezentat in figura 3.5 prin cuplul de forte (F_o,F_o), tinde sa smulga senila de sub rolele de sprijin ale autovehiculului. Datorita greutatii autovehiculului, care se sprijina pe senile prin intermediul rolelor de sprijin, ia nastere reactiunea F_R a solului, care se opune alunecarii senilelor.

Relatia 3.17 pentru determinarea fortei la roata motoare este valabila si pentru autovehiculele pe senile, insa in acest caz prin r_d se are in vedere raza circumferintei dinamice a rotilor motoare. Pentru a demonstra acest lucru se utilizeaza schema din figura 3.5. Din aceasta schema se observa ca forta F_o, care actioneaza asupra axului rotii motoare, are o componenta de impingere pe directia miscarii:

, (3.18)

unde y este unghiul format de latura motoare a senilei cu calea de rulare.

Forta F_o este echilibrata, ca si in cazul autovehiculelor pe roti, de reactiunea din partea drumului F_R, adica F_o=F_R, daca se neglijeaza pierderile din senile. Rezultanta F a acestor doua forte, da o componenta F_h paralela cu solul care actioneaza in directia miscarii asupra axului rolei de sprijin din spate. In felul acesta, in directia miscarii vor actiona proiectiile orizontale ale fortelor F_o si F. Forta totala de impingere a autovehiculului pe senile este:

(3.19)

Din figura 3.5 rezulta:

(3.20)

deci:

(3.21)

Deci, forta de impingere a autovehiculului pe senile, sub actiunea careia se deplaseaza, nu depinde de valoarea unghiului y . Prin urmare, relatia 3.17, pentru determinarea fortei motoare este valabila atat la autovehiculele pe roti cat si la autovehiculele pe senile.

Influenta momentului motor asupra fortei de tractiune la roti si asupra reactiunilor normale pe roti in plan transversal

Momentul efectiv dezvoltat de motor, amplificat cu raportul de transmitere din cutia de viteze, da nastere la un moment reactiv, care influenteaza asupra transmiterii fortei de tractiune si repartitiei greutatii autovehiculului pe roti in plan transversal. Prezenta diferentialului in transmisie, influenteaza repartitia fortei de tractiune prin repartizarea inegala a momentului motor la cele doua roti motoare.

Schema fortelor, momentelor si a reactiunilor care actioneaza asupra unui autovehicul cu doua punti, cu punte motoare spate este prezentata in figura 3.6. In acest caz, reactiunile tangentiale la rotile din fata X_1s, pentru roata din stanga si X_1d, pentru roata din dreapta sunt fortele de rezistenta la rulare, care se determina la deplasarea uniforma cu relatiile:

, (3.22)

in care: Z_1s si Z_1d sunt reactiunile normale la rotile din fata stanga, respectiv dreapta; f este coeficientul de rezistenta la rulare.

Reactiunile tangentiale la rotile din spate (rotile puntii motoare) X_2s, pentru roata din stanga si X_2d, pentru roata din dreapta, depind de momentul efectiv al motorului M_e, rapoartele de transmitere, constructia diferentialului (simplu sau autoblocabil) si de dimensiunile rotilor.

Fig.3.6. Schema fortelor, momentelor si reactiunilor care actioneaza asupra autovehiculului.

Momentul efectiv al motorului M_e, se amplifica in cutia de viteze cu raportul de transmitere i_cv. Daca se neglijeaza randamentul cutiei de viteze expresia momentului M_cv este:

(3.23)

Momentul de torsiune transmis de cutia de viteze M_cv, este amplificat si el in reductorul central cu raportul de transmitere i_o. Daca se neglijeaza si in acest caz randamentul, expresia momentului M_R transmis la rotile motoare este:

. (3.24)

La deplasarea rectilinie a autovehiculului M_R se repartizeaza in mod egal la cele doua roti motoare, iar in cazul deplasarii in curba repartizarea se face functie de frecarile care au loc in diferential. Indiferent de traiectoria miscarii autovehiculului, are loc egalitatea:

(3.25)

in care M_Rs si M_Rd sunt momentele repartizare rotii din stanga, respectiv dreapta.

Considerand raportul dintre momentul la roata din stanga M_Rs si momentul total la puntea motoare M_R:

(3.26)

care se numeste coeficientul repartizarii momentului la rotile motoare. Fortele tangentiale de tractiune X_2s si X_2d repartizate la rotile din stanga, respectiv dreapta se calculeaza cu relatiile:

(3.27)

unde r este raza dinamica a rotii motoare.

Tinand cont de faptul ca in cazul diferentialelor conice simple, coeficientul de repartizare al momentului l are valori cuprinse intre 0,55 si 0,6, rezulta ca la deplasarea pe traiectorie curba sau in cazul deplasarii pe drumuri cu aderenta diferita pentru rotile stanga, dreapta arborii planetari pot fi incarcati diferit. De acest fapt trebuie sa se tina seama la dimensionarea si verificarea arborilor planetari si la simularea functionarii transmisiei in conditiile mai sus mentionate.

Momentul transmis de cutia de viteze M_cv produce un moment reactiv M egal si de sens contrar cu acesta:

. (3.28)

Deoarece legatura intre motor si puntile autovehiculului nu este rigida, momentul reactiv M devine un moment exterior in raport cu cele doua    punti si se imparte in doua momente reactive M₁ si M₂, care actioneaza asupra celor doua punti. Considerand ca raportul dintre momentele M₁ si M₂ este K, rezulta ca:

. (3.29)

Avand in vedere ca:

(3.30)

din relatiile 3.29 rezulta relatiile de calcul pentru cele doua momente reactive:

(3.31)

Conform schemei din figura 3.6 conditia de echilibru pentru puntea din fata este:

(3.32)

din care inlocuind expresia momentului M₁ data de relatia 3.31 se obtine:

(3.32')

unde cu B s-a notat ecartamentul puntii din fata si din spate.

Conditia de echilibru pentru puntea din spate este:

(3.33)

din care inlocuind expresia momentului M₂ data de relatia 3.31 si M_cv din 3.28 se obtine:

(3.33')

Analizand relatiile 3.32' si 3.33' rezulta ca:

(3.34)

sau:

(3.34')

Din relatia 3.34 se poate trage concluzia ca roata din dreapta de la puntea din fata este mai incarcata decat cea din stanga, iar roata din stanga de la puntea din spate este mai incarcata decat cea din dreapta. Aceasta diferenta de incarcare radiala trebuie avuta in vedere la determinarea uzurii pneurilor si a sabotilor de frana. Conform relatiei 3.34' rezulta ca suma reactiunilor normale care actioneaza asupra rotilor din stanga este egala cu cea care actioneaza asupra rotilor din dreapta.