Подбор размера шин и расчет радиуса качения

Для подбора шин и определения по их размерам радиусов качения колеса необходимо знать распределение нагрузки по мостам.

У легковых автомобилей распределение нагрузки от полной массы по мостам зависит в основном от компоновки. При классической компоновке на задний мост приходится 52…55% нагрузки от полной массы, для переднеприводных автомобилей 48%.

Радиус качения колеса r_к выбирается в зависимости от нагрузки на одно колесо. Наибольшая нагрузка на колесо определяется положением центра масс автомобиля, которое устанавливается по предварительному эскизу или прототипу автомобиля.

Следовательно, нагрузку на каждое колесо передней и задней оси автомобиля соответственно можно определить по формулам:

где G₁, G₂ — нагрузки от полной массы на переднюю и заднюю ось автомобиля соответственно.

Расстояние от передней оси до центра масс найдем по формуле:

где G_a – модуль сил тяжести автомобиля (Н);

L – база автомобиля.

Расстояние от центра масс до задней оси

Выбираем шины исходя из нагрузки на каждое колесо по Таблице 1.

Таблица 1 – Шины автомобилей

Например: 165-13/6,45-13 с максимальной нагрузкой 4250 Н, 165 и 6,45 — ширина профиля мм и дюймах соответственно, посадочный диаметр обода 13 дюймов. По этим размерам можно определить радиус колеса, находящегося в свободном состоянии

r_c = + b, (10)

где b – ширина профиля шины (мм);

d – диаметр обода шины (мм), (1 дюйм = 25,4 мм)

Радиус качения колеса r_к определяется с учетом деформации, зависящей от нагрузки

r_к = 0,5 * d + (1 — k) * b, (11)

где k – коэффициент радиальной деформации. Для стандартных и широкопрофильных шин k принимают 0,1…0,16.

Расчет внешней характеристики двигателя

Расчет начинается с определения мощности N_ev, необходимой для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_max.

При установившемся движении автомобиля мощность двигателя в зависимости от дорожных условий может быть выражена следующей формулой (кВт):

N_ev = V_max * (G_a * + K_в * F * V ) / (1000 * * K_p), (12)

где — коэффициент суммарного дорожного сопротивления для легковых автомобилей определяется по формуле:

=0,01+5*10 -6 * V . (13)

K_в – коэффициент обтекаемости, K_в = 0,3 Н*с 2* м -4 ;

F – лобовая площадь автомобиля, м 2 ;

— КПД трансмисии;

K_p – коэффициент коррекции.

Коэффициент суммарного дорожного сопротивления для грузовых автомобилей и автопоездов

=(0,015+0,02)+6*10 -6 * V . (14)

Лобовую площадь для легковых автомобилей находим из формулы:

где B_г – габаритная ширина;

H_г – габаритная высота.

Лобовая площадь для грузовых автомобилей

При рекомендуемых температурах масла в агрегатах механической трансмиссии = 0,8…0,95. Коэффициент коррекции в данном случае рекомендуется применять K_p =0,6…0,8.

Частота вращения коленчатого вала двигателя

Частота вращения коленчатого вала двигателя n_v, соответствующая максимальной скорости автомобиля, определяется из уравнения (мин -1 ) :

n_v = Vmax * , (17)

где — коэффициент оборотистости двигателя.

У существующих легковых автомобилей коэффициент оборотистости двигателя лежит в приделах 30…35, у грузовых с карбюраторным двигателем – 35…45; у грузовых с дизельным двигателем– 30…35.

Максимальная мощность двигателя

Максимальную мощность двигателя найдем из формулы:

N_max = N_ev / [ a * + b * ( ) 2 – c * ( ) 3 ] , (18)

где — отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при

максимальной скорости движения автомобиля к частоте

вращения при максимальной мощности двигателя;

a, b, c – коэффициенты, постоянные для каждого двигателя.

В случае упрощенного расчета можно применять для бензиновых двигателей a = b = c = 1; для дизелей с непосредственным впрыском а=0,5, в=1,5,с=1; для дизелей предкамерных а=0,8, в=1,4, с=1, для двухтактных дизелей а=0,87, в=1,13, с=1.

Для построения внешней характеристики при известной мощности N_max и выбранных коэффициентах a, b, c , принимаем частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности от 5500 до 6500 мин -1 .

РАДИУСЫ КАЧЕНИЯ КОЛЕСА

Автомобиль (трактор) движется в результате действия на него различных сил, которые делятся на движущие силы и силы сопротивления движению. Основной движущей силой является тяговая сила, приложенная к ведущим колесам. Тяговая сила возникает в результате работы двигателя и вызвана взаимодействием ведущих колес с дорогой. Тяговую силу P_к определяют как отношение момента на полуосях к радиусу ведущих колес при равномерном движении автомобиля. Следовательно, для определения тяговой силы необходимо знать величину радиуса ведущего колеса. Поскольку на колеса автомобиля устанавливаются эластичные пневматические шины, то величина радиуса колеса во время движения изменяется. В связи с этим различают следующие радиусы колес:

1.Номинальный – радиус колеса в свободном состоянии: r_н=d/2+H, (6)

где d – диаметр обода, м;

H – полная высота профиля шины, м.

2.Статический r_с – расстояние от поверхности дороги до оси нагруженного неподвижного колеса.

где λ–коэффициент радиальной деформации шины.

3.Динамический r_д–расстояние от поверхности дороги до оси катящегося нагру женного колеса. Этот радиус увеличивается с уменьшением воспринимаемой нагрузки колесом G_к и увеличением внутреннего давления воздуха в шине p_ш.

При увеличении скорости автомобиля под действием центробежных сил шина растягивается в радиальном направлении, вследствие чего радиус r_д увеличивается. При качении колеса изменяется и деформация поверхности качения в сравнении с неподвижным колесом. Поэтому плечо приложения равнодействующих касательных реакций дороги r_д отличается от r_с. Однако, как показали эксперименты, для практических тяговых расчетов можно принимать r_с

4 Кинематический радиус (качения) колеса r_к – радиус такого условного недеформирующегося кольца, которое имеет с данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорости.

У колеса, катящегося под действием крутящего момента, элементы протектора, входящие в контакт с дорогой, сжаты, и колесо при равных частотах вращения проходит меньший путь, чем во время свободного качения; у колеса же, нагруженного тормозным моментом элементы протектора, входящие в контакт с дорогой, растянуты. Поэтому тормозное колесо проходит при равных числах оборотов несколько больший путь, чем свободно катящееся колесо. Таким образом, под действием крутящего момента радиус r_к – уменьшается, а под действием тормозного момента – увеличивается. Для определения величины r_к методом “меловых отпечатков” на дороге мелом или краской наносят поперечную линию, на которую накатывается колесо автомобиля, а затем оставляет на дороге отпечатки.

Замерив расстояние l между крайними отпечатками, определяют радиус качения по формуле: r_к = l / 2π∙n , (8)

где n – частота вращения колеса, соответ ствующая расстоянию l .

В случае полного буксования колеса расстояние l = 0 и радиус r_к = 0. Во время скольжения невращающихся колес (“ЮЗ”) частота вращения n=0 и r_к .

Радиусы эластичного колеса

В общем случае колесо автомобиля состоит из жесткого обода, эластичных боковин и контактного отпечатка. Контактный отпечаток шины представляет собой элементы шины, контактирующие с опорной поверхностью в рассматриваемый момент времени. Его форма и размеры зависят от типа шины, нагрузки на шину, давления воздуха, деформационных свойств опорной поверхности и ее профиля.

В зависимости от соотношения деформаций колеса и опорной поверхности возможны следующие виды движения:

— эластичного колеса по недеформируемой поверхности (движение колеса по дороге с твердым покрытием);

— жесткого колеса по деформируемой поверхности (движение колеса по рыхлому снегу);

— деформируемого колеса по деформируемой поверхности (движение колеса по деформируемому грунту, рыхлому снегу с пониженным давлением воздуха).

В зависимости от траектории возможны прямолинейное и криволинейное движения. Заметим, что сопротивление криволинейному движению превышает сопротивление прямолинейному. Это особенно касается трехосных автомобилей с балансирной задней тележкой. Так, при движении трехосного автомобиля по траектории с минимальным радиусом на дороге с высоким коэффициентом сцепления остаются следы от шин, с выхлопной трубы идет черный дым, резко увеличивается расход топлива. Все это является следствием возростания сопротивления криволинейному движению в несколько раз по сравнению с прямолинейным.

Ниже нами рассмотрены радиусы эластичного колеса для частного случая- при прямолинейном движении колеса на недеформируемой опорной поверхности.

Существуют четыре радиуса автомобильного колеса:

1) свободный; 2) статический; 3) динамический; 4) радиус качения колеса.

Свободный радиус колеса — характеризует размер колеса в ненагруженном состоянии при номинальном давлении воздуха в шине. Этот радиус равен половине наружного диаметра колеса

где r_c – свободный радиус колеса в м;

Д_н – наружный диаметр колеса в м, который определяется экспериментально при отсутствии контакта колеса с дорогой и номинальном давлении воздуха в шине.

В практике этот радиус используется конструктором для определения габаритных размеров автомобиля, зазоров между колесами и кузовом автомобилем при его кинематике.

Статический радиус колеса – расстояние от опорной поверхности до оси вращения колеса на месте. Определяется экспериментально или рассчитывается по формуле

где r_cт – статический радиус колеса в м;

d – посадочный диаметр обода колеса в м;

l_z— коэффициент вертикальной деформации шины. Принимается для тороидных шин l_z=0,85…0,87; для шин регулируемого давления l_z=0,8…0,85;

Н – высота профиля шины в м.

Динамический радиус колеса r_d – расстояние от опорной поверхности до оси вращения колеса во время движения. При движении колеса по твердой опорной поверхности с малой скоростью в ведомом режиме принимается

Радиус качения колеса r_к – путь, проходимый центром колеса, при его повороте на один радиан. Определяется по формуле

r_к = ,

где S – путь, проходимый колесом за один оборот в м.;

2p — число радиан в одном обороте.

При качении колеса на него могут действовать крутящий М_кр и тормозной М_т моменты. При этом крутящий момент уменьшает радиус качения, а тормозной – увеличивает.

При движении колеса юзом, когда имеется путь и отсутствует вращение колеса, радиус качения стремится к бесконечности. Если происходит буксование на месте, тогда радиус качения равен нулю. Следовательно, радиус качения колеса изменяется от нуля до бесконечности.

Экспериментальная зависимость радиуса качения от приложенных моментов представлена на рис.3.1. На графике выделим пять характерных точек: 1,2,3,4,5.

Точка 1 – соответствует движению колеса юзом при приложении тормозного момента. Радиус качения в этой точке стремится к бесконечности. Точка 5- соответствует буксованию колеса на месте при приложении крутящего момента. Радиус качения в этой точке приближается к нулю.

Участок 2-3-4 – условно ли-нейный, а точка 3 соответствует радиусу r_ко при качении колеса в ведомом режиме.

Радиус качения колеса на этом линейном участке определяется по формуле

где l_т – коэффициент тангенциальной эластичности шины;

M — приложенный к колесу момент в Н.м.

Знак « + » брать, если к колесу приложен тормозной момент, а знак « — » — если крутящий.

На участках 1-2 и 4-5 не существует зависимостей для определения радиуса качения колеса.

Для удобства изложения материала в дальнейшем введем понятие «радиус колеса» r_к,, имея ввиду следующее: если определяются параметры кинематики автомобиля (путь, скорость, ускорение), то под радиусом колеса понимается радиус качения колеса; если определяются параметры динамики (сила, момент), то под этим радиусом понимается динамический радиус колеса r_d . С учетом принятого в дальнейшем динамический радиус и радиус качения будет обозначаться r_к,

Дата добавления: 2016-05-11 ; просмотров: 4214 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ