logo search
Учебное пособие _2009_готово точно

Мощность, подводимая к колесам

Поскольку внешние силы, движущие автомобиль, возникают в результате взаимодействия между ведущими колесами и дорогой, необходимо знать величину мощности, подводимой от двигателя к колесам.

Рис. 3. Схема системы двигатель-трансмиссия

Представим систему «двигатель-трансмиссия» в виде схемы (рис. 3), у которой входная мощность Ne соответствует мощности на конце коленчатого вала двигателя, выходная мощность подводится через полуоси к колесам, маховик Мj с моментом инерции Im соответствует всем вращающимся массам двигателя и трансмиссии (маховик, детали сцепления, вращающиеся детали коробки передач и др.). После маховика Мj мощность передается к колесам через трансмиссию Т, где часть ее теряется на трение в зубчатых передачах, подшипниках и сальниках, а также в результате гидравлических потерь, связанных с перебалтыванием масла в картерах шестеренчатых механизмов.

Мощность, передаваемая от двигателя к трансмиссии, при разгоне частично расходуется на увеличение кинетической энергии маховика. Используя теорему живых сил, можно записать:

, (2)

где А = Imwr2/2 – кинетическая энергия (живая сила) системы «двигатель- трансмиссия»;

N – сумма мощностей, подведенных к системе, причем мощность Ne, увеличивающая кинетическую энергию системы, считается положительной, а мощности Nтр и Nкол – отрицательными.

(3)

Подставим значение в равенство(2) , найдем:

. (4)

Для характеристики потерь на трение в трансмиссии удобнее вместо абсолютного значения мощности Nтр пользоваться коэффициентом полезного действия трансмиссии тр. Коэффициент полезного действия трансмиссии связан с мощностями Nкол и Nтр зависимостью

Определив из этой зависимости Nтр и подставив в равенство (1) после преобразований, получим:

. (5)

Удобнее выражать частоту вращения we коленчатого вала через частоту вращения wk колес:

we = wk iт,

где iт – передаточное число трансмиссии, равное произведению передаточных чисел всех ее механизмов iт=iк iд iг.

Здесь iк – передаточное число коробки передач;

iд – передаточное число дополнительной коробки (раздаточной коробки, демультипликатора) у тех автомобилей, на которых эти коробки устанавливаются;

iг – передаточное число главной передачи.

Подставляя значение we в уравнение (5) , получим:

(6)

При постоянном числе оборотов коленчатого вала второй член равенства (6) равен нулю, тогда

Nкол = Nе тр

Мощность, подводимую к колесам при постоянной частоте вращения коленчатого вала (установившееся движение автомобиля), называют тяговой мощностью и обозначают Nт.

Пользуясь равенством (3), можно найти и величину момента, подводимого от двигателя к ведущим колесам.

Заменяя мощности произведением момента на соответствующую частоты вращения, получим:

Подставляя wkiТ вместо we и сокращая на wk, получим:

. (7)

Момент, подведенный к ведущим колесам при установившемся движении автомобиля Мкол = Ме iТ тр, называют тяговым моментом автомобиля и обозначают МТ.

Учитывая это равенство (7), можно записать так:

. (8)

КПД трансмиссии характеризует потери мощности в механизмах трансмиссии, расходуемой на трение в зубьях шестерен, подшипниках и сальниках, а также на перемешивание масла в картерах различных механизмов. КПД трансмиссии равен произведению коэффициентов полезного действия ее механизмов:

тр = ккардk , (9)

где к – КПД коробки передач;

кар – КПД карданной передачи;

д – КПД дополнительной коробки (у автомобилей, имеющих дополнительную коробку);

k – КПД главной передачи.

Как КПД отдельных механизмов, так и трансмиссии в целом не остаются постоянными.

Основное влияние на КПД оказывают величина передаваемой через трансмиссию мощности, скорость движения автомобиля, характеристики масел, применяемых в механизмах, и техническое состояние этих механизмов.

Поскольку у всех механизмов трансмиссии имеют место потери, не зависящие от передаваемой мощности (гидравлические потери, потери на трение в сальниках и др.), то с уменьшением передаваемой мощности КПД, как правило, уменьшается. На холостом ходу КПД не может характеризовать потери мощности. Поэтому в тех случаях, когда рассматривается движение автомобиля на холостом ходу (например, накатом), учитываются потери, не зависящие от передаваемой мощности. Будем для этого случая теряемую мощность обозначать Nтр х.

Зависимость КПД от скорости связана с потерями мощности в сальниках и с гидравлическими потерями. С увеличением скорости движения КПД уменьшается.

Вязкость масла должна быть достаточной для обеспечения прочной масляной пленки между зубьями шестерен. При чрезмерной вязкости масла увеличиваются гидравлические потери.

При уменьшении вязкости масла (например, в результате перегрева механизма) могут возрастать потери на трение между зубьями шестерен, а при увеличении – гидравлические потери.

Любые нарушения правильного зацепления шестерен приводят к уменьшению КПД.

При работе двигателя на внешней характеристике основное значение имеют потери, зависящие от передаваемой мощности. В этом случае для технически исправных механизмов можно считать: КПД коробок передач в зависимости от числа и типа шестерен, а также включенной передачи изменяется в пределах k= 0,96…0,98.

КПД карданной передачи кар = 0,995n, где n – число карданных шарниров.

КПД главной передачи г = 0,92…0,97.

КПД трансмиссии тр = 0,8…0,92.

Меньшие значения КПД относятся к многоосным многоприводным автомобилям, большие – к легковым автомобилям.