Расчет тяговой силы

Тяговая сила на колесах создается двигателем автомобиля. Двигатель вырабатывает мощность и развивает крутящий момент, который через трансмиссию подводится к ведущим колесам.

При включенной передаче двигатель связан с колесами автомобиля через трансмиссию. Угловая скорость w вращения коленчатого вала связана со скоростью V движения автомобиля выражением:

w = V × iтр/rко, (5)

где: w – значение угловой скорости коленчатого вала в рад/с; iтр – передаточное число трансмиссии (безразмерное), rко – радиус качения колес в ведомом режиме в м. Радиус качения предварительно вычисляют по размерам применяемых на автомобиле шин.

Передаточное число iтр вычисляют как произведение передаточных чисел редукторов:

iтр = iкп × iрк × iо × iкр, (6)

где передаточные числа: iкп – коробки передач; iрк – раздаточной коробки; iо – главной передачи; iкр – колесного редуктора. Значения чисел берут из технической характеристики автомобиля, или используют другие значения.

Наибольшую мощность двигателя Ne в Вт при заданной частоте w вычисляют по формуле Лейдермана:

u = w/wN; Ne = Nmax × (A × u + B × u2 – C × u3) × 1000, (7)

где: Nmax – максимальная мощность в кВт; u – относительная частота вращения коленчатого вала (безразмерная); wN – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности; A, B, C – коэффициенты.

Значения коэффициентов A, B, C зависят от типа двигателя. Они указаны в табл. 2.

Таблица 2 Коэффициенты формулы Лейдермана

При разгоне автомобиля с места сцепление включено, и двигатель не имеет жесткой связи с колесами. Для расчета задают постоянную угловую скорость wтр вращения коленчатого вала и постоянную мощность двигателя. Это соответствует постоянным положениям педалей подачи топлива и сцепления. Скорость wтр ограничивают значением (0,5…1) × wN, мощность ограничивают значением (0,4…0,8) × Ne, где Ne вычисляют по формуле (7) для w = wтр.

По формуле (7) вычисляется наибольшая мощность, соответствующая внешней, скоростной характеристики двигателя. Двигатель редко работает в режиме наибольшей мощности. Обычно мощность двигателя меньше, что учитывается коэффициентом KN использования мощности. При разгоне автомобиля двигатель работает в неустановившемся режиме, и его мощность снижается: KN = 0,7…0,9. Часто водитель не подает «полный газ» и двигатель работает в режиме частичных нагрузок, тогда принимают KN = 0,1…0,5.

Часть мощности двигателя расходуется на привод вспомогательных агрегатов. Эти затраты мощности учитываются коэффициентом: Kв = 0,88 … 0,92, где меньшие значения относятся к грузовым автомобилям.

Фактическая мощность Nд, вырабатываемая двигателем, снижается:

Nд = Kв × KN × Ne, (8)

где Nд в ваттах.

Крутящий момент двигателя зависит от мощности Nд и скорости w:

Me = Nд/w, (9)

где Me – крутящий момент в Н×м.

Часть мощности затрачивается на работу трения в трансмиссии. Для учета потерь используют коэффициент полезного действия трансмиссии hтр.

Для легковых автомобилей значение hтр составляет 0,88 … 0,93, а грузовых – 0,8 … 0,86.

Потери мощности учитывают при расчете тяговой силы:

Pк = hтр × Ме × iтр/rко, (10)

По рассчитанным выше силам сопротивления движению вычисляют ускорение автомобиля:

j = (Pк – Pf – Pi – PW)/(M × d), (11)