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 N_e соответствует мощности на конце коленчатого вала двигателя, выходная мощность подводится через полуоси к колесам, маховик М_j с моментом инерции I_m соответствует всем вращающимся массам двигателя и трансмиссии (маховик, детали сцепления, вращающиеся детали коробки передач и др.). После маховика М_j 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 = I_mw_r²/2 – кинетическая энергия (живая сила) системы «двигатель- трансмиссия»;

N – сумма мощностей, подведенных к системе, причем мощность N_e, увеличивающая кинетическую энергию системы, считается положительной, а мощности N_тр и N_{кол –} отрицательными.

(3)

Подставим значение в равенство(2) , найдем:

. (4)

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

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

. (5)

Удобнее выражать частоту вращения w_e коленчатого вала через частоту вращения w_k колес:

w_e = w_k i_т,

где i_т – передаточное число трансмиссии, равное произведению передаточных чисел всех ее механизмов i_т=i_к i_д i_г.

Здесь i_к – передаточное число коробки передач;

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

i_г – передаточное число главной передачи.

Подставляя значение w_e в уравнение (5) , получим:

(6)

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

N_кол = N_е _тр

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

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

Заменяя мощности произведением момента на соответствующую частоты вращения, получим:

Подставляя w_ki_Т вместо w_e и сокращая на w_k, получим:

. (7)

Момент, подведенный к ведущим колесам при установившемся движении автомобиля М_кол = М_е i_Т _тр, называют тяговым моментом автомобиля и обозначают М_Т.

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 = _к_кар_д_{k ,} (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 N_{тр 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.