Боковые силы, действующие на автомобиль
Управление автомобилем является главной производственной функцией водителя. Основное назначение автотранспортных средств - перемещение грузов и пассажиров в пространстве, поэтому под управляемостью следует понимать целенаправленную организацию процесса движения. При анализе факторов, влияющих на поперечную устойчивость автомобиля, необходимо знать величину поперечной силы, вызывающей занос или опрокидывание автомобиля. В случае движения автомобиля на повороте такой силой является центробежная сила инерции. Для ее определения, рассмотрим схему (рис. 3.1).
Рисунок 3.1 - Силы, действующие на автомобиль при повороте Rxi, Rx2, Ryi, Ry2 — продольные и поперечные реакции дороги на колеса переднего и заднего мостов; Ри — центробежная сила; Ру — поперечная составляющая центробежной силы; ρц и ρ3 — радиусы поворота центра масс и задней оси; θ — угол поворота управляемой оси (приблизительно равен полусумме углов
поворота управляемых колес); Ми — момент инерции автомобиля; γ — угол между радиусом ρц поворота центра тяжести и продолжением оси заднего моста Для упрощения расчетов примем следующие допущения: автомобиль является плоской фигурой; движется по горизонтальной дороге; шины в поперечном направлении не деформируются На участке дороги 1-2 автомобиль движется прямолинейно, и его управляемые колеса находятся в нейтральном положении. На участке 2-3 происходит поворот управляемых колес, и автомобиль движется по кривой переменного радиуса, т. е. по первой переходной кривой. На участке 3-4 положение управляемых колес, повернутых на определенный угол θ, остается неизменным, а радиус R траектории движения средней точки задней оси — постоянным. На участке 4-5, т. е. на второй переходной кривой, водитель поворачивает управляемые колеса в обратную сторону, вследствие чего радиус R постепенно увеличивается. На участке 5-6 автомобиль снова движется прямолинейно. При равномерном движении по дуге постоянного радиуса центробежная сила (Рц) определяется: (3.1) где - полная допустимая масса автомобиля; - угловая скорость автомобиля при повороте; - расстояние от центра поворота до центра тяжести автомобиля. Вместе с тем , (3.2) где V – линейнаяскорость автомобиля. ; (3.3) . (3.4) Потеря устойчивости автомобилем особенно опасна при большой скорости, когда движение его близко к прямолинейному. Угол θ при этом сравнительно невелик и можно считать, что tg θ ≈ θ рад. Таким образом, центробежная сила (Рц), действующая на автомобиль при его равномерном движении, определяется: (3.5)
Поперечная составляющая центробежной силы (Ру1) равна: (3.6)
При равномерном движении (переходные кривые) на автомобиль действует также сила, вызванная изменением кривизны траектории. Поперечная составляющая ( ) этой силы пропорциональна скорости автомобиля и угловой скорости (ωук) поворота управляемых колес. Величина этой угловой скорости зависит от скорости движения: чем больше скорость, тем быстрее приходится поворачивать колеса, чтобы вписаться в поворот: (3.7) В случае неравномерного движения на автомобиль действует еще и сила (РуIII): , (3.8) где j - ускорение движения автомобиля. Таким образом, поперечная инерционная сила (Ру), вызывающая занос и опрокидывание автомобиля при движении на повороте, представляется как:
(3.9)
Сила Ру11 действует только в процессе поворота рулевого колеса. При входе автомобиля в поворот сила положительна и вместе с силой она увеличивает опасность заноса и опрокидывания автомобиля. При выходе автомобиля из поворота скорость ωук отрицательна и сила частично уравновешивает силу и автомобиль может двигаться с большей скоростью без потери устойчивости. Сила увеличивается с увеличением угла θ и ускорения j автомобиля. Поэтому во время вхождения автомобиля в поворот нарушение его устойчивости более вероятно при разгоне, чем при движении накатом, когда ускорение j и сила отрицательны. В результате поворота автомобиля вокруг центра тяжести возникает инерционный момент Ми, который пропорционален угловому ускорению и моменту инерции автомобиля. Поперечная инерционная сила Pу уравновешивается поперечными реакциями дороги Ryl и RvJ на колеса автомобиля. Инерционный момент Ми влияет на перераспределение этих реакций, но так как это влияние на устойчивость автомобиля сравнительно невелико, то его можно не учитывать. Величина центробежной силы определяется углом поворота управляемых колес и скоростью движения автомобиля, в соответствии с формулой (3.6): при V=20 (км/ч)=5,56 (м/с); θ=5 (град)=0,1( рад): ; . Остальные значения определяем аналогично, а их значения заносим в табл. 3.1.
Таблица 3.1- Определение поперечной составляющей центробежной силы , кН
По данным табл. 3.1 строим графики зависимости поперечной составляющей центробежной силы от среднего угла поворота управляемых колес при различных скоростях движения автомобиля (рис. 3.2) Рисунок 3.2 - Графики зависимости поперечной составляющей центробежной силы от среднего угла поворота управляемых колес при различных скоростях движения автомобиля. Величина составляющей центробежной силы, вызванной изменением кривизны траектории , определяется скоростью поворота управляемых колес и скоростью движения автомобиля. В реальных условиях эксплуатации угловая скорость поворота управляемых колес грузовых автомобилей находится в пределах 0,01 – 0,1 рад/сек. Исходя из этого, в соответствии с формулой (3.7) определяем : при V=20 (км/ч)=5,56 (м/с); : ; . Остальные значения определяем аналогично, а их значения заносим в табл. 3.2. Таблица 3.2- Определение , кН
По данным табл. 3.2 строим графики зависимости от скорости поворота колес при различных скоростях движения автомобиля (рис. 3.3).
Рисунок 3.3 - Графики зависимости составляющей силы , вызванной изменением кривизны траектории при различных скоростях движения от скорости поворота колес. Сила, вызванная изменением скорости движения автомобиля на повороте , определяется ускорением и углом поворота управляемых колес. Ускорение для автомобиля, составляет от 0,05 до 0,5 м/с2. Исходя из этого, в соответствии с формулой (3.8) определяем : при θ=5( град)=0,1( рад); : ; . Остальные значения определяем аналогично, а их значения заносим в табл. 3.3.
Таблица 3.3- Определение , кН
По данным табл. 3.3 строим графики зависимости от ускорения движения автомобиля (рис. 3.4).
Рисунок 3.4 - Графики зависимости силы , вызванной изменением скорости движения при различных углах поворота управляемых колес автомобиля
3.2 Проходимость автомобиля.
Проходимостью называется эксплуатационное свойство, определяющее возможность движения автомобиля в ухудшенных дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных препятствий. Проходимость делится на профильную и опорную. 3.2.1 Оценка профильной проходимости.
Профильная (продольная) проходимость характеризует возможность преодолевать неровности пути, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения. Большинство единичных показателей профильной проходимости представляет собой геометрические параметры автомобилей и прицепного состава. Продольную проходимость автомобилей оценивают по следующим единичным показателям: 1. Дорожный просвет (H1 = 145 мм)-расстояние от одной из наиболее низко расположенных точек автомобиля (прицепа) до опорной поверхности; определяет возможности движения по мягким грунтам и преодоления сосредоточенных препятствий (камней, пней, кочек и т.д.). 2. Передний и задний свес ((L6 = 145 мм, L9 = 149 мм)-расстояние от крайней точки контура передней (задней) выступающей части по длине автомобиля до плоскости, перпендикулярной опорной поверхности и проходящей через центры передних (задних) колес; влияет на проходимость при переезде через канавы, пороги, кюветы и т.п. 3. Угол переднего и заднего свеса ( , ) -угол между опорной поверхностью и плоскостью, касательной к окружностям наружных диаметров передних (задних) колес и проходящей через точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого угла; характеризует возможность преодоления препятствий с короткими подъемами и спусками. 4. Продольный радиус проходимости (R5 = 2,025 м)-радиус цилиндра, касательного к окружностям, описанным свободными радиусами соседних колес, наиболее разнесенных по базе, и проходящего через точку контура нижней части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого цилиндра; характеризует проходимость по местности с препятствиями гребнистого характера, складками местности, насыпями, буграми. 5. Наибольший угол преодолеваемого подъема (18,7º) -угол подъема, имеющего протяженность не менее двукратной длины автомобиля или автопоезда и ровную поверхность, преодолеваемый автомобилем без использования инерции, нарушений условий нормальной работы агрегатов и безопасности движения. 6. Наибольший угол преодолеваемого автомобилем косогора ( )- характеризует возможность движения автомобиля по ровному косогору без бокового скольжения колес более чем на ширину профиля шины и без нарушения условий нормальной работы агрегатов и безопасности. Этот параметр не нормирован стандартами.
3.2.2 Оценка опорной проходимости Опорная проходимость определяет возможность движения в ухудшенных дорожных условиях и по деформируемым грунтам. К основным оценочным показателям опорной проходимости относятся: 1. Сцепная масса (1030 кг)- часть массы, создающая нормальные нагрузки на ведущих колесах, для дорожных автомобилей и автопоездов, работающих в основном на дорогах с твердым покрытием. 2. Коэффициент сцепной массы (0,58) -показатель определяется отношением сцепной массы к полной массе. К дополнительным оценочным показателям опорной проходимости относятся: удельная мощность, мощность сопротивления качению, мощность сопротивления движению, мощность колееобразования, полная сила тяги, свободная сила тяги, коэффициент свободной силы тяги, характеристика которых по содержанию совпадает с показателями и параметрами тяговоскоростных свойств автомобиля. Выделяется 12 конструктивных параметров и показателей: 1. Минимальное давление на грунт , (3.21) где - давление воздуха в шине, МПа; - давление в зоне контакта МПа; Т.к. = 0,23 МПа > 0,2 МПа, принимаем =0,05 МПа, тогда: МПа. 2. Дорожный просвет, см. 3. Коэффициент насыщенности протектора, . 4. Высота грузозацепов (глубина рисунка протектора), мм. 5. Коэффициент сцепной массы, = 0,58. 6. Коэффициент блокировки дифференциалов ведущих колес = 0,25. 7. Динамический фактор, при движении автомобиля по ровному асфальтобетонному покрытию с максимальной скоростью (156 км/ч) = 0,019. 8. Удельная мощность, : , (3.22) кВт/т.
9. Свободный радиус колеса, м. 10. Угол переднего свеса, . 11. Угол заднего свеса, . 12. Продольный радиус проходимости определяем по формуле:
, (3.23) м. Обобщенный сравнительный показатель проходимости вычисляем по формуле: , (3.24) где - коэффициент весомости параметра, суммарное значение =1.Для расчетов значения принимаются по таблице 3.6. Таблица 3.6 Значения коэффициентов проходимости весомости показателей
3.3 Плавность хода, вибрация, шум. Основными оценочными показателями плавности хода являются уровни вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов и характерных элементов шасси и кузова. Оценка уровня вибронагруженности производится по средним квадратичным значениям ускорений колебаний (виброускорений) или скоростей колебаний (виброскоростей) в вертикальном и горизонтальном направлениях. Нормы допустимых виброскоростей, различны для разных частот колебаний. Частоты группируют в октавные полосы, каждая из которых определяется средней геометрической величиной граничных (минимальных и максимальных) для данной полосы частот. Основным измерителем вибронагруженности при оценке плавности хода автомобиля служит среднее квадратичное значение ускорений, которое связано со средним квадратичным значением скорости формулой: , (3.25) где - среднее геометрическое значение частоты октавных полос, Гц. Нормы виброскоростей в октавных полосах при длительности рабочего дня 8 ч для транспортных вибраций, т.е. вибраций, которые возникают в результате движения различных автомобилей по местностям, агрофонам и дорогам, даны в таблице 3.7.
Таблица 3.7 Среднегеометрическое значение частот полос
Вибронагруженность оценивают логарифмическим уровнем виброскорости (в дБ): , (3.26) где - среднее квадратичное значение виброскорости в октавной полосе, м/с; - значение виброскорости, с которой проводят сравнение. Результаты расчетов сводим в таблицу 3.8.
Таблица 3.8 Результаты расчетов и
На плавность хода и некоторые другие эксплуатационные свойства автомобиля большое влияние оказывают колебания колес и жестко связанных элементов. К подрессоренным массамотносят: тв - масса водителя и пассажиров в кабине; ттпд - масса кузова тягача (включает массу полезной нагрузки) и рамы с укрепленным на ней двигателем, агрегатов трансмиссии и управления; тппд - масса рамы полуприцепа с укрепленными на ней элементами (включает массу полезной нагрузки, расположенной на грузовой платформе полуприцепа). Кнеподрессоренным массамотносятся массы переднего и заднего мостов тягача (тп1пп и mп2пп) и моста полуприцепа mпнп. Неподрессоренные массы автомобиля: , (3.27) где тзм -масса заднего моста, кг; mпм - масса переднего моста, кг; п - количество колес; тк - масса колеса в сборе с шиной, кг. . Подрессоренные массы автомобиля: , (3.28) .
Как подрессоренные, так и неподрессоренные массы совершают сложные двухчастотные колебания. Двухосный автомобиль имеет четыре собственные частоты – две низкие ( и ) и две высокие ( и ).
, (3.29) , (3.30)
где сп - жесткость подвески, Н/см; сш - жесткость шин, Н/см. Характерны следующие соотношения жесткостей (табл.3.1). Принимаем жесткость всех шин автомобиля сш = 420 Н/см и отношение сш/ср1 = 8, сш/ср2 = 10 тогда: Н/см, Н/см, , , , .
В расчетах выразим частоту колебаний подрессоренной массы через статический прогиб подвески – перемещение колес относительно кузова за счет деформации упругого элемента подвески под действием силы тяжести: , (3.31)
где - статический прогиб подвески, м; Gi - статическая весовая нагрузка на подвеску данного моста, Н; - жесткость подвески, Н/м. В расчетах принимаем коэффициент распределения подрессоренных масс = 1 . Частоты свободных колебаний подрессоренных масс определяются из выражения: , (3.32) Техническая частота пк – число колебаний в минуту:
, (3.33)
Таблица 3.9 Результаты расчета статического прогиба подвески и частот колебаний автомобиля
Рисунок 3.7 График зависимости собственных частот колебаний автомобиля от статического прогиба подвески Рисунок 3.8 График зависимости технических частот колебаний автомобиля от статического прогиба подвески
Анализ и выводы по разделу 3
Управление автомобилем Chevrolet Lacetti является оптимальным. Он обладает избыточной поворачиваемостью, что означает не сложное управление автомобиля, а также его способность к лучшему маневрированию. Автомобиль обладает высокой устойчивостью на дорогах. Данный автомобиль из-за улучшенной конструкции ходовой части и большой массы имеет повышенную плавность хода при движении.
4 Анализ конструкции автомобиля.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (3536)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |