Сили, що діють на автомобіль під час його руху

Тягове зусилля на ведучих колесах автомобіля під час його руху витрачається на подолання різноманітних сил опору від дії зовнішніх сил, таких як: сила опору коченню, сила опору повітряного середовища, сила опору розганянню та сила опору підйому.

На рисунку 2.1 наведено схему сил, що діють на автомобіль у загальному випадку його руху.

Рисунок 2.1 – Схема сил, що діють на автомобіль у загальному випадку його руху

1. Сила опору коченню коліс автомобіля Р_f визначається за формулою:

, (2.1)

де – коефіцієнт опору коченню (вибирається з таблиць залежно від якості дороги і швидкості руху автомобіля); значення наведено в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Характеристики дорожного покриття

Вид покриття та стан дороги	Коефіцієнти	№ вар.
	φ
Цементо та асфальтобетон:
сухий гладкий	0,012-0,025	0,5-0,6	1, 19
сухий шорсткий	0,020-0,025	0,7-0,9	2, 20
вологий	0,020-0,025	0,4-0,5	3, 21
вогкий	0,022-0,025	0,3-0,4	4, 22
брудний	0,025-0,028	0,2-0,3	5, 23
засніжений	0,028-0,035	0,2-0,3	6, 24
обледенілий	0,020-0,025	0,05-0,1	7, 25
Щебінь або гравій:
оброблений в'яжучим матеріалом, сухий	0,020-0,025	0,6-0,7	8, 26
не оброблений в'яжучим матеріалом, сухий	0,025-0,030	0,5-0,6	9, 27
брудний	0,030-0,040	0,4-0,5	10,28
засніжений	0,030-0,050	0,3-0,4	11,29
заледенілий	0,030-0,040	0,1-0,2	12,30
Бруківка:
суха	0,025-0,035	0,4-0,5
мокра	0,025-0,035	0,3-0,4
брудна	0,035-0,055	0,2-0,3
засніжена	0,035-0,055	0,2-0,3
заледеніла	0,030-0,040	0,05-0,15
Сухий піщаний масив	0,20-0,25	0,40-0,45

– рівнодійна реакції дороги ( = G_a·cosα; G_a – повна вага автомобіля, Н).

Повна вага легкового G_аавтомобіля визначається з наступної формули:

Gа = Gо + Gв + Gп, Н

де Gп – вага пасажирів ( разом з водієм). При розрахунках вважають, що вага однієї людини дорівнює 750 Н.

Для легкового автомобіля приймають вагу вантажу Gв=500 Н.

Навантаження на кожну з осейавтомобіля визначають, виходячи з того, що в існуючих конструкціях навантаження на ведучі осі становить [12]:

- у двовісних вантажних автомобілів з кабіною за двигуном, а також у автобусів капосного компонування на шасі вантажних автомобілів:

G2 = ( 0,70 …0,75) Gа ;

- у двовісних вантажних автомобілів з кабіною над двигуном та зі здвоєними колесами задньої осі, а також у двовісних автобусів вагонного компонування :

G2 = ( 0,65 …0,70) Gа ;

- у двовісних вантажних автомобілів з кабіною над двигуном та з одинарними колесами задньої осі:

G2 = ( 0,55 …0,60) Gа ;

- у двовісних вантажних автомобілів напівкапотного компонування зі здвоєними колесами задньої осі, а також автобусів на їх базі :

G2 = ( 0,67 …0,68) Gа ;

- у двовісних вантажних автомобілів напівкапотного компонування з одинарними колесами задньої осі, а також автомобілів на їх базі:

G2 = ( 0,56) Gа ;

- у тривісних вантажних автомобілів як капотного, так і безкапотного компонування зі здвоєними колесами задніх осей :

G2 + G3 = ( 0,75…0,78) Gа ;

- у тривісних вантажних автомобілів з колесами задніх осей

G2 + G3 = ( 0,68…0,74) Gа ;

- у задньоприводних легкових автомобілів та автобусів на їх базі :

G2 = ( 0,50 …0,56) Gа ;

- у передньоприводних легкових автомобілів та автобусів на їх базі :

G1 = ( 0,51 …0,56) Gа.

2. Сила опору повітряного середовища P_w (Н) включає такі складові: тиск зустрічного потоку повітря, тертя повітря об поверхню автомобіля і силу, створювану розрідженням за автомобілем. Вона залежить від швидкості руху автомобіля, щільності повітря, геометрії передньої (лобової) частини автомобіля і визначається за такою формулою:
, Н (2.2)

де К_в = 0,5С_x∙ρ – коефіцієнт опору повітря, Н·с²/м⁴ (таблиця 3); для легкових автомобілів дорівнює 0.2…0,35 Н·с²/м⁴, для вантажних 0,6…0,7 Н·с²/м⁴;

С_x– безрозмірний коефіцієнт лобового опору повітря; ρ = 1,225 кг/м³ – густина повітря; добуток К_в ∙F називають фактором обтічності; площа F може бути визначена з виразу:

F= ∙В_г∙Н_г, (2.3)

де – коефіцієнт заповнення площі: для легкових автомобілів = 0,78…0,80; для вантажних – = 0,85..0,90 (більші значення беруться для автомобілів більшої вантажопідйомності); В_г,Н_г – найбільші ширина та висота автомобіля; орієнтовні значення коефіцієнта сил опору повітря наведено в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Орієнтовні значення коефіцієнта сил опору повітря

Тип автомобіля	Кв, Н ∙ с2 / м4
Легкові автомобілі	0,2…0,35
Вантажні автомобілі бортові з кузовом фургон цистерни	0,5…0,7 0,5…0,6 0,55…0,65

В таблиці 2.3 наведено площі лобового опору автомобілів залежно від об’єму циліндрів двигуна.

Таблиця 2.3 – Площа лобового опору автомобілів

Назва параметрів	Класи автомобілів
до 8000 см³	до 5000 см³	до 3000 см³	до 2000 см³	до 1500 см³	до 1100 см³	до 750 см³	до 500 см³	до 350 см³
Площа лобового опору F, м²	1,3 - 1,5	1,3 - 1,5	1,2 - 1,3	1,2 - 1,3	1,1 - 1,2	1,1 - 1,2	1,0 - 1,1	0,9 - 1,1	0,9 - 1,1

V – максимальна швидкість автомобіля (м/с). Приймається згідно з таблицею 1.1. Через малість при швидкостях до 50 км / год значення сили P_w не враховується.

3. Сила опору при русі автомобіля на підйомі (спуску) визначається за формулою:

Р_α = ± G_a·sinα, (2.4)

де α – кут нахилу дорожнього полотна; для розрахунків приймають ; . (і = 0,03....0,07 при ).

4. Сила загального опору руху автомобіля визначається за формулою:

, (2.5)

де – коефіцієнт опору руху автомобіля; якщо , то , . Тоді (і = 0,03....0,07 при ) – приведений коефіцієнт дорожнього опору.

Максимальне значення коефіцієнта опору Ψ max приймають :

– для легкових автомобілів, а також вантажних автомобілів та автобусів, призначених для міжміських сполучень Ψ max= 0,25…0,30;

– для інших вантажних автомобілів та автобусів Ψ max = 0,35…0,45;

– для автомобілів підвищеної прохідності Ψ max= 0,45…0,55;

– для автомобілів високої прохідності Ψ max= 0,60…0,70.

5. Максимально допустима (без буксування) сила тяги автомобіля:

(2.6)

Чисельні значення наведено в таблиці 2.1, а для різних типів автомобілів наведено далі.

Необхідною умовою для руху автомобіля без буксування є – .

6. Сила інерції при русі автомобіля Pj визначається за формулою:

(2.7)

У формулу (2.7) підставляється максимальне прискорення при розганянні автомобіля від 0 до 100 км/год. Для його визначення потрібно взяти час розганяння автомобіля до 100 км / год за прототипом (якщо автомобіль має меншу максимальну швидкість, то береться час до її досягнення при розганянні автомобіля).

Максимальне прискорення визначається у такий спосіб. Наприклад, автомобіль "Жигули" розганяється до швидкості 100 км/год за 19 секунд. Якщо вважати рух автомобіля на ділянці розгону рівноприскореним, то максимальне його прискорення j = v/t =28 м/с : 19 с = 1,5 м/с².

Значення часу розганяння до 100 км/год для сучасних легкових автомобілів становить 5…25 с, для вантажних – 15…50с.

Орієнтовні значення максимальних прискорень (у м/с²) при розганянні автомобіля з максимальною інтенсивністю складають: для легкових автомобілів –1,0 ...2,5 на першій і 0,8 … 1,2 – на вищій передачах; для вантажних автомобілів відповідно – 1,7 … 2,0 і 0,25 … 0,5; для автобусів – 1,8 … 2,3 і 0,4 … 0,8 м/с².

Найчастіше прискорення визначають для руху автомобіля по дорозі з коефіцієнтом опору = 0,02…0,04.

1.Прослушать

2.На латинице

7. Силу тяги Р_к на ведучих колесах визначають за формулою.

, Н (2.8)

де М_е – крутний момент колінчастого вала двигуна;

І_Ті– передавальне число трансмісії на і-тій передачі;

ƞ_т – коефіцієнт корисної дії трансмісії;

г_д – динамічний радіус колеса; г_д= 0,28…0,33м (легкові автомобілі); г_д= 0,48…0,55 м (вантажні автомобілі середнього класу); приймають г_д = г_к.

Значення , що входить у формулу (2.8), беруть з зовнішньої швидкісної характеристики.

Орієнтовні значення: М_еmax = 94…150 Н∙м – для легкових автомобілів; М_еmax =250…700 Н∙м – для вантажних автомобілів середнього класу.

Передавальне число трансмісії визначають за формулою:

. (2.9)

Передавальні числа трансмісії для автомобіля-прототипу також можна знайти в електронних засобах інформації або в технічній літературі.

Наприклад, на автомобілях ВАЗ-2101, -2106, -2105 передавальні числа (і_кі) коробки передач (КПП) наведено в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 – Передавальні числа КПП автомобілів

Коробка передач автомобіля	Передавальне відношення на передачі, ікі
I	II	III	IV
ВАЗ-2101 ВАЗ-2105 ВАЗ-2106	3,74 3,67 3,24	2,29 2,09 1,99	1,49 1,36 1,29

Передавальні числа редуктора головної передачі (і₀) на автомобілях

ВАЗ-2101,2106, -2105 відповідно 4,44; 4,10; 3,90.

= і_кі ×і₀. (2.10)

Значення коефіцієнтів корисної дії (ККД) трансмісії для деяких автомобілів наведено в таблиці 2.5.

Таблиця 2.5 – Орієнтовні значення ККД трансмісії автомобіля η_т

Тип автомобіля	Колісна формула	ККД
Вантажні автомобілі та автобуси з одинарною головною передачею	4Х2	0,90…0,92
Вантажні автомобілі та автобуси з подвійною головною передачею	4Х2	0,86…0,88 0,82…0,84 0,78…0,80
4Х4, 6Х4
6Х6
Легкові автомобілі та автобуси особливо малого та малого класів	4Х2	0,92…0,94

Динамічний радіус коліс (г_д в м) орієнтовно має значення: 0,28…0,40 – ВАЗ; 0,30…0,32 – ІЖ; 0,42 – Волга, ГАЗ; 0,47 –ЗІЛ; 0,5 –МАЗ, КАМАЗ .