## Тяговый расчет автомобиля с механической трансмиссией
### Введение
Тяговый расчет автомобиля позволяет определить его способность преодолевать сопротивления движению и выполнять заданную транспортную работу. Автомобиль с механической трансмиссией обладает определенным набором передач, каждая из которых имеет свой передаточный коэффициент. Правильный выбор передачи позволяет максимально эффективно использовать мощность двигателя и обеспечивать оптимальные динамические характеристики автомобиля.
### Уравнение тягового баланса
Основное уравнение тягового баланса для автомобиля выражается следующим образом:
«`
ΣFт − ΣFс = ma
«`
где:
ΣFт — сумма тяговых сил, Н
ΣFс — сумма сил сопротивления движению, Н
m — масса автомобиля, кг
a — ускорение автомобиля, м/с²
Тяговая сила, развиваемая на ведущих колесах, определяется по следующей формуле:
«`
Fт = Fдв · iк · iц · η
«`
где:
Fдв — крутящий момент двигателя, Н·м
iк — передаточное число коробки передач
iц — передаточное число главной передачи
η — коэффициент полезного действия трансмиссии
### Сопротивления движению
Сопротивления движению автомобиля можно разделить на следующие виды:
Сопротивление качению
Аэродинамическое сопротивление
Сопротивление подъему
Сопротивление качению возникает при взаимодействии шин с дорожным покрытием. Оно прямо пропорционально весу автомобиля и коэффициенту сопротивления качению:
«`
Fк = G · f
«`
где:
G — вес автомобиля, Н
f — коэффициент сопротивления качению
Аэродинамическое сопротивление обусловлено движением автомобиля в воздушной среде. Его величина зависит от формы кузова автомобиля, его площади фронтальной проекции и скорости движения:
«`
Fа = 0,5 · ρ · v² · Cх · S
«`
где:
ρ — плотность воздуха, кг/м³
v — скорость движения автомобиля, м/с
Cх — коэффициент аэродинамического сопротивления
S — площадь фронтальной проекции автомобиля, м²
Сопротивление подъему возникает при движении автомобиля на подъеме. Его величина определяется следующим образом:
«`
Fп = G · i
«`
где:
i — тангенс угла подъема
### Передаточное число коробки передач и главной передачи
Передаточное число коробки передач подбирается в зависимости от требуемых динамических характеристик автомобиля. Чем больше передаточное число, тем выше крутящий момент на выходном валу коробки передач, но ниже его скорость вращения. Передаточное число главной передачи подбирается исходя из требуемого передаточного отношения между ведущими колесами и выходным валом коробки передач.
### Тяговая характеристика двигателя
Тяговая характеристика двигателя — это зависимость крутящего момента от скорости вращения коленчатого вала. Для каждого двигателя она индивидуальна и определяется его конструктивными особенностями. Тяговая характеристика является важным показателем, который учитывается при выборе передаточных чисел трансмиссии.
### Зависимость тяговых сил от скорости движения
Зависимость тяговых сил от скорости движения автомобиля определяется характеристиками двигателя и трансмиссии. Для автомобиля с механической трансмиссией тяговая сила на ведущих колесах максимальна при невысокой скорости и уменьшается с ее увеличением.
### Выбор оптимальной передачи
Выбор оптимальной передачи осуществляется в зависимости от условий движения и требуемой динамики разгона. Для разгона с места выбирается передача с высоким передаточным отношением, что обеспечивает максимальный крутящий момент на ведущих колесах. По мере увеличения скорости движения переключаются на более высокие передачи, что приводит к снижению крутящего момента, но увеличению скорости автомобиля.
### Пример расчета тягового баланса
Рассмотрим пример расчета тягового баланса для автомобиля массой 1500 кг, движущегося со скоростью 60 км/ч (16,67 м/с) по асфальтовому покрытию с коэффициентом сопротивления качению 0,015. Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля составляет 0,3, а площадь фронтальной проекции — 2 м². Передаточное число коробки передач на выбранной передаче равно 4, а передаточное число главной передачи — 3.
Сопротивление качению:
«`
Fк = 1500 · 9,81 · 0,015 = 220,65 Н
«`
Аэродинамическое сопротивление:
«`
Fа = 0,5 · 1,225 · 16,67² · 0,3 · 2 = 107,68 Н
«`
Сопротивление подъема: не учитывается, так как движение происходит по горизонтальному участку
Суммарное сопротивление движению:
«`
ΣFс = Fк + Fа = 220,65 + 107,68 = 328,33 Н
«`
Крутящий момент на выходном валу коробки передач:
«`
Fт = 328,33 · 4 · 3 · 0,9 = 3522,3 Н·м
«`
Крутящий момент двигателя:
«`
Fдв = Fт / (iк · iц · η) = 3522,3 / (4 · 3 · 0,9) = 312,94 Н·м
«`
Скорость вращения коленчатого вала двигателя:
«`
n = v / (π · d · iк · iц)
«`
где:
v — скорость автомобиля, м/с
d — диаметр ведущих колес, м
Допустим, диаметр ведущих колес автомобиля составляет 0,6 м. Тогда скорость вращения коленчатого вала двигателя будет:
«`
n = 16,67 / (π · 0,6 · 4 · 3) = 2978 об/мин
«`
Из тяговой характеристики двигателя необходимо найти значение крутящего момента при скорости вращения коленчатого вала 2978 об/мин. Пусть это значение составляет 330 Н·м.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что выбранная передача позволяет автомобилю преодолевать суммарное сопротивление движению и удерживать скорость 60 км/ч. Крутящий момент двигателя при этом находится в допустимом диапазоне.