Динамической характеристикой автомобиля называется зависимость динамического фактора D от скорости. Динамическим фактором называется отношение свободной силы Fк – Fв, направленной на преодоление сил сопротивления дороги, к весу автомобиля:
D = (Fк – Fв)/Ga, (4.1)
где Fк − окружная сила на ведущих колесах автомобиля, кН;
Fв − сила сопротивления воздуха, кН;
Ga − вес автомобиля, кН.
При расчете силы сопротивления воздуха учитывается лобовое и добавочное сопротивления воздуха. Лобовое сопротивление является основным, однако, кроме него, присутствуют добавочные виды сопротивления: сопротивление от выступающих частей (антенны, фары, зеркала бокового вида и т. п.), от движения воздуха через подкапотное пространство; сила трения воздуха о кузов автомобиля и др.
Сила сопротивления воздуха
Fв = Kв va2 Aв, (4.2)
где Кв − суммарный коэффициент, учитывающий коэффициент лобового сопротивления, и коэффициент дополнительного сопротивления; принимается в пределах согласно [2]: для легковых автомобилей Кв = 0,15…0,3 Н×с2/м4; для грузовых автомобилей Кв = 0,4…0,6 Н×с2/м4; для автобусов Кв = 0,25…0,45 Н×с2/м4; (принимаем 0,5)
va − скорость движения автомобиля;
Ав − площадь лобового сопротивления (проекция автомобиля на плоскость, перпендикулярную направлению движения).
Площадь лобового сопротивления
Ав = a Нгаб Вгаб, (4.3)
где a − коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей − 0,89…0,9, для грузовых и автобусов − 0,95…0,98);
Нгаб − габаритная высота автомобиля, м;
Вгаб − габаритная ширина автомобиля, м.
Ограничение динамического фактора по условиям сцепления колеса с поверхностью дороги
Dj = (Fкj – Fв) / Ga, (4.4)
где Fкj − ограничивающая окружной силы, кН.
Так как ограничение Fк наблюдается при начале движения автомобиля, т. е. на малых скоростях, то величиной сопротивления воздуха Fв можно пренебречь.
По результатам расчетов строится график динамической характеристики для всех передач и наносится линия ограничения динамического фактора.
На динамической характеристике отмечаются ключевые точки, по которым происходит сравнение автомобилей разных масс.
Пример расчета. Определим площадь лобового сопротивления
Ав = 0,95 ×2,38 × 2,35 = 5,313 м2.
Подставим числовые значения для первой точки:
Fв = 0,5 × 0,662 ×5,313 = 0,001 кН;
D = (16,31 – 0,001): 7,85 × 9,81 = 0,212.
Остальные расчеты сведены в таблицу 4.1.
Рассчитаем ограничение динамического фактора по условиям сцепления колеса с поверхностью дороги:
Dj = 42,78: 7,85 × 9,81 = 0,56.
По полученным значениям строится график динамической характеристики для всех передач и наносится линия ограничения динамического фактора (рисунок 4.1).
На динамической характеристике отмечаются ключевые точки, по которым происходит сравнение автомобилей разных масс:
1) максимальное значение динамического фактора на прямой передаче Dv(max) и соответствующая ему скорость vк − критическая скорость: (Dv(max), vк);
2) значение динамического фактора при максимальной скорости движения автомобиля на прямой передаче: (Dv, va(max));
3) Максимальное значение динамического фактора на первой передаче и соответствующая ему скорость: (D(max), v).
Таблица 4.1 − Расчет значений динамического фактора и ускорений
|
e, рад/с |
60 |
115 |
170 |
225 |
280 |
335,1 | |
|
Meф, кН·м |
0,195 |
0,231 |
0,254 |
0,264 |
0,261 |
0,246 | |
|
Uт =40,41 |
Va, м/c |
0,66 |
1,27 |
1,87 |
2,48 |
3,08 |
3,69 |
|
Va, км/ч |
2,38 |
4,56 |
6,74 |
8,92 |
11,10 |
13,28 | |
|
Fк, кН |
16,31 |
19,33 |
21,26 |
22,12 |
21,89 |
20,57 | |
|
Fв, кН |
0,001 |
0,004 |
0,009 |
0,016 |
0,025 |
0,036 | |
|
D |
0,212 |
0,251 |
0,276 |
0,287 |
0,284 |
0,267 | |
|
j, м/с2 |
0,57 |
0,69 |
0,77 |
0,80 |
0,79 |
0,74 | |
|
Uт =19,07 |
Va, м/c |
1,40 |
2,68 |
3,97 |
5,25 |
6,54 |
7,82 |
|
Va, км/ч |
5,04 |
9,66 |
14,29 |
18,91 |
23,53 |
28,16 | |
|
Fк, кН |
7,69 |
9,12 |
10,03 |
10,43 |
10,32 |
9,71 | |
|
Fв, кН |
0,005 |
0,019 |
0,042 |
0,073 |
0,114 |
0,163 | |
|
D |
0,100 |
0,118 |
0,130 |
0,135 |
0,133 |
0,124 | |
|
j, м/с2 |
0,48 |
0,60 |
0,67 |
0,70 |
0,69 |
0,63 | |
|
Uт =10,55 |
Va, м/c |
2,53 |
4,85 |
7,17 |
9,49 |
11,81 |
14,13 |
|
Va, км/ч |
9,11 |
17,46 |
25,82 |
34,17 |
42,53 |
50,88 | |
|
Fк, кН |
4,26 |
5,05 |
5,55 |
5,77 |
5,71 |
5,37 | |
|
Fв, кН |
0,017 |
0,063 |
0,137 |
0,239 |
0,371 |
0,531 | |
|
D |
0,055 |
0,065 |
0,070 |
0,072 |
0,069 |
0,063 | |
|
j, м/с2 |
0,24 |
0,32 |
0,37 |
0,38 |
0,36 |
0,30 | |
|
Uт =6,17 |
Va, м/c |
4,33 |
8,30 |
12,26 |
16,23 |
20,20 |
24,17 |
|
Va, км/ч |
15,58 |
29,86 |
44,15 |
58,44 |
72,72 |
87,01 | |
|
Fк, кН |
2,49 |
2,95 |
3,25 |
3,38 |
3,34 |
3,14 | |
|
Fв, кН |
0,050 |
0,183 |
0,400 |
0,700 |
1,084 |
1,552 | |
|
D |
0,032 |
0,036 |
0,037 |
0,035 |
0,029 |
0,021 | |
|
j, м/с2 |
0,05 |
0,09 |
0,10 |
0,08 |
0,03 |
-0,05 | |