2. Силы, действующие на автомобиль при движении

При движении на автомобиль действует целый ряд сил, кото­рые называются внешними. К ним относятся (рис. 13) сила тяже­сти G, силы взаимодействия между колесами автомобиля и доро­гой (реакции дороги) R_Х1, R_Х2, R_Z1, R_Z2 и сила взаимодействия ав­томобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Р_В.

Рисунок 13 Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении:

а – на горизонтальной дороге; б – на подъеме; в – на спуске.

Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие – против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила R_Х2 на тяговом режи­ме, когда к ведущим колесам подводятся мощность и крутящий момент, направлена в сторону движения, а силы R_Х1 и Р_в – про­тив движения. Сила Р_п — составляющая силы тяжести – может быть направлена как в сторону движения, так и против в зависи­мости от условий движения автомобиля – на подъеме или на спуске (под уклон).

Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги R_Х2 на ведущих колесах. Она возникает в результа­те подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.

3. Мощность и момент, подводимые к ведущим колесам

автомобиля

В условиях эксплуатации автомобиль может двигаться на раз­личных режимах. К этим режимам относятся установившееся движение (равномерное), разгон (ускоренное), торможение (замед­ленное) и накат (по инерции). При этом в условиях города про­должительность движения составляет приблизительно 20 % для ус­тановившегося режима, 40 % – для разгона и 40 % – для тормо­жения и наката.

При всех режимах движения, кроме наката и торможения с отсоединенным двигателем, к ведущим колесам подводятся мощ­ность и крутящий момент. Для определения этих величин рассмот­рим схему, представленную на рис. 14.

Рисунок 14 Схема определения мощности и крутящего момента, подводимых от двигателя к ведущим колесам автомобиля:

Д – двигатель; М – маховик; Т – трансмиссия; К – ведущие колеса

Здесь N_е – эффективная мощность двигателя; N_тр – мощность, подводимая к трансмис­сии; N_кол – мощность, подводимая к ведущим колесам; J_м – мо­мент инерции маховика (под этой величиной условно понимают момент инерции всех вращающихся частей двигателя и трансмис­сии: маховика, деталей сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи и др.).

При разгоне автомобиля определенная доля мощности, пере­даваемой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскру­чивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти зат­раты мощности

(1)

где А — кинетическая энергия вращающихся частей.

Учтем, что выражение для кинетической энергии имеет вид

Тогда затраты мощности:

(2)

Исходя из уравнений (1) и (2) мощность, подводимую к трансмиссии, можно представить в виде:

(3)

Часть этой мощности теряется на преодоление различных со­противлений (трения) в трансмиссии. Указанные потери мощности оцениваются коэффициентом полезного действия трансмис­сии η_тр.

С учетом потерь мощности в трансмиссии подводимая к веду­щим колесам мощность

(4)

Угловая скорость коленчатого вала двигателя:

(5)

где ω_к — угловая скорость ведущих колес; и_т — передаточное число трансмиссии.

Передаточное число трансмиссии

где и_к – передаточное число коробки передач; и_Д – передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор); и_г – передаточное число главной передачи.

В результате подстановки ω_е из соотношения (5) в формулу (4) мощность, подводимая к ведущим колесам:

(6)

При постоянной угловой скорости коленчатого вала второй член в правой части выражения (6) равен нулю. В этом случае мощ­ность, подводимая к ведущим колесам, называется тяговой. Ее величина:

(7)

С учетом соотношения (7) формула (6) преобразуется к виду:

(8)

Для определения крутящего момента М_к, подводимого от дви­гателя к ведущим колесам, представим мощности N_К0Л и N_Т в вы­ражении (8) в виде произведений соответствующих моментов на угловые скорости. В результате такого преобразования получим:

(9)

Подставим в формулу (9) выражение (5) доя угловой ско­рости коленчатого вала и, разделив обе части равенства на ω_к, получим

(10)

При установившемся движении автомобиля второй член в правой части формулы (10) равен нулю. Момент, подводимый к ведущим колесам, в этом случае называется тяговым. Его величина:

(11)

С учетом соотношения (11) момент, подводимый к ведущим колесам:

(12)