Аэродинамика автомобиля

 

Содержание 
 

Введение

Нормальные  реакции дороги

Кузов и аэродинамика

Задача 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Динамичность  автомобиля зависит от его конструктивных параметров и качества дороги. Наибольшее значение при проектировании автомобиля имеют форма скоростной характеристики двигателя, КПД трансмиссии, передаточные отношения трансмиссии. Увеличение числа передач в коробке улучшает тяговую динамичность автомобиля. Однако при чрезмерно большом числе передач усложняется конструкция коробки передач и увеличивается ее масса, усложняется управление автомобилем. Поэтому в легковых автомобилях число ступеней не превышает пяти. Самой подходящей была бы бесступенчатая трансмиссия, но ее КПД несколько меньше, чем у ступенчатых трансмиссий, что и сдерживает ее применение. За последнее время заметно повысилось внимание к бесступенчатым трансмиссиям из-за их тяговых достоинств, и можно надеяться, что применение новых материалов и средств автоматизации поможет конструкторам найти оптимальное решение 

Нормальные  реакции дороги

Сцепление шин  с дорогой имеет первостепенное значение для реализации тягово-сцепных, тормозных свойств автомобиля и безопасности движения. Именно сцеплением колеса с дорогой ограничивается возможность интенсивного разгона, торможения и устойчивого движения автомобиля без продольного и поперечного скольжения. Сцепление колеса с дорогой характеризуется величиной коэффициента сцепления.

Недостаточная величина коэффициента сцепления является причиной значительного числа дорожно-транспортных происшествий. Число ДТП по этой причине, согласно статистике, составляет в среднем 16%, а в неблагоприятные периоды года до 70% общего числа происшествий. Установлено, что для обеспечения безопасного движения величина коэффициента сцепления jx не должна быть меньше 0,4.

Коэффициент продольного сцепления колеса с опорной поверхностью численно равен отношению максимальной продольной реакции к нормальной реакции дороги jx = Rx.max / Rz.

Коэффициент продольного  сцепления на дорогах с твердым  покрытием в общем случае определяется совокупностью коэффициентов трения покоя и скольжения с различными скоростями в различных точках контакта. При полном скольжении или буксовании коэффициент сцепления является коэффициентом трения скольжения.

Коэффициент jx определяют опытным путем. К эксплуатационным факторам, влияющим на коэффициент сцепления, относятся: тип и состояние дороги, износ протектора, давление воздуха в шине, нормальная нагрузка на колесо.

Сила давления колеса на дорогу, равная по абсолютной величине нормальной реакции дороги на колесо, обеспечивает надежность контакта (сцепления) шины с дорожным покрытием. Это является непременным условием движения автомобиля. По аналогии с силой трения сила сцепления Рсц ведущих колес пропорциональна нормальной реакции Z на колеса одной оси

Pсц = .                                                                                                                                                                                                                                                             

Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом сцепления. Он зависит в первую очередь от типа и состояния дорожного покрытия и для различных дорог составляет:

 
 
 
 

Рассмотрим условия  равновесия автомобиля в предположении, что точка приложения силы сопротивления воздуха лежит на одной высоте с центром тяжести автомобиля, а силы сопротивления качению пренебрежимо малы. Тогда одно из условий равновесия автомобиля можно выразить следующим уравнением моментов всех сил относительно оси, проходящей через точки А опоры передних колес (см, рис. 1) 

Выражение в  скобках численно равно силе тяги Рт. решим уравнение относительно реакции Z₂ :

 

Рис. 1 Силы действующие  на автомобиль

Другое условие равновесия автомобиля вытекает из уравнения проекций всех сил на ось, перпендикулярную поверхности дороги (см. рис.1):

Откуда

Подставив в  последнее выражение вместо реакции  Z₂ ее значение и сделав необходимые преобразования, получим

 

В этих формулах a, b, h_g— координаты центра тяжести автомобиля (см. рис. 1) относительно точек приложения сил Z₁ и Z₂. Если G₁ и G₂ - вес автомобиля, приходящийся соответственно на переднюю и заднюю оси, тогда

  

Полученные реакции  соответствуют ускоренному движению автомобиля на подъеме с максимальным использованием силы сцепления Рсц. Динамическое изменение нормальных реакций оценивают коэффициентами продольного перераспределения реакций m₁ и m ₂:

    

Нормальные реакции, действующие на колеса соответственно передней и задней осей, равны составляющим веса автомобиля, приходящимся на эти оси. 

Кузов и аэродинамика

 
 
 
 
 
 
 

Задача 
 

Условие:

Определить нормальные реакции дороги на колеса 2-х осной  машины движущейся на подъем.  

Исходные данные:

  j    - ускорение автомобиля, =1,4 м/с²

  a - угол наклона дороги к горизонту =6 ^о

R_ш  - радиус колеса,  =0,7м

J _j   - момент инерции колеса, =75 Н _* мс²

G_o  - сила тяжести автомобиля,  = 157000 Н

L_б   - база автомобиля, =5,5 м

α_н  - расстояние от центра масс до оси автомобиля,  =2,75м

h_g    - высота центра масс,  =1,8м. 
 

Решение:

1. Определяем    cos a    и    sin a, 

2. Находим:    

силу инерции  машины   по формуле     

суммарный инерционный  момент  

 

- сумму проекций всех сил на вертикальную ось “Z”

            Q_Z = G_o  cos a , (Н); 

- силу сопротивления подъему    Р_a = G_o  sin a, (Н); 
 

- уравнение моментов относительно опорной точки «А» заднего колеса   

              М_{å =} G_o  cos a _* α_н  - (Р_{j  +}  Р_a) h_g  - М _{j ,} (Н_*м); 
 

- нормальные реакции:               

                             

     передняя  ось  

              

           

задняя ось  Z_К2 = Q_Z  - Z_К1 ,  (Н).