Calculul de tractiune

Calculul de tractiune se face in scopul determinarii parametrilor principali ai motorului si transmisiei, astfel ca autovehiculul de proiectat cu caracteristicile definite anterior si in conditiile precizate in capitolul precedent sa fie capabil sa realizeze performantele prescrise in tema de proiectare sau a performantelor celor mai bune modele existente sau de perspectiva.

1Randamentul transmisiei

Pentru propulsarea autovehiculului puterea dezvoltata de motor trebuie sa fie transmisa rotilor motoare ale acestuia.

Transmisia fluxului de putere este caracterizat

de pierderi datorate fenomenelor de frecare

dintre organele transmisiei. Calitativ, pierderile de putere din transmisie se apreciaza prin randamentul transmisiei h_t

Experimentarile efectuate au permis sa se

determine urmatoarele valori ale randamentelor subansamblelor componente ale transmisiei :

cutia de viteze :

h_CV = 0,97..0,98 ( in treapta de priza directa ) ;

h_CV = 0,92..0,94 ( in celelalte trepte ) ;

transmisia principala :  

h = 0,92..0,94 ( pentru transmisiile principale simple ) .

Deoarece valoarea globala a randamentului transmisiei depinde de numerosi factori a caror influenta este dificil de apreciat, in calcule se opereaza cu valori adoptate din diagrama alaturata.

Am adoptat h_t

2 Alegerea tipului motorului

Aprecierea motorului ca sursa de energie pentru autopropulsarea autovehiculului se face prin oferta de putere si moment. Oferta se exprima functie de turatia arborelui motor printr-un camp de caracteristici P = f(n) si M = f(n) numite caracteristici de turatie. Domeniul de oferta este limitat de caracteristica externa ( sau caracteristica la sarcina totala ), care determina posibilitatile maxime ale motorului si in privinta puterii si a momentului la fiecare turatie din domeniul turatiilor de functionare ale acestuia. Caracteristica

externa se completeaza si cu curba consumului specific de combustibil

Pentru propulsarea autovehiculelor, majoritatea motoarelor sunt motoare cu ardere interna cu piston in miscare de translatie. Existenta unei mari varietati de motoare cu ardere interna cu piston impune alegerea unor criterii de selectie bine definite. Optiunea pentru unul dintre tipuri are in vedere in principal modelul, caracteristicile si destinatia autovehiculului.

Statisticile apreciaza ca pentru autoturismele 44, sunt utilizate cu precadere motoarele cu aprindere prin comprimare. Rezervele in utilizarea motorului Diesel se explica prin pretul de achizitie cu 20 - 30 % mai ridicat fata de modelele similare M.A.S., nivelul sonor mai ridicat, in special la mersul in gol, greutatea pe unitatea de putere sensibil mai ridicata.

Am adoptat un motor cu capacitatea cilindrica 1299 cm³ ( autoturismele alese in studiul solutiilor similare sunt dotate, majoritatea, cu motoare de 1,1..1,3 l ), cu raportul alezaj x cursa = 93 x 68.5 mm. Acesta, conform calculelor, dezvolta o putere de 116.96 kW la o turatie de 4600 rot/min si un cuplu de 203 Nm la o turatie de 2600 rot/min.

3 Determinarea analitica a caracteristicii exterioare

3.1 Determinarea puterii la viteza maxima si la panta maxima

Calculul puterii maxime

Performantele precum si calitatile de exploatare ale autoturismului sunt determinate in primul rand de caracteristicile motorului . Cele mai importante din punct de vedere al dinamicii sunt caracteristicile de turatie .

Caracteristica externa a motorului cuprinde curbe ale puterii efective , a momentului motor si a consumului specific de combustibil .Pe caracteristica exterioara a motorului sun indicate puncte particulare , cu ajutorul carora se evidentiaza parametri cei mai importanti ai caaracteristicii si ai momentului

Determinarea analitica a caracteristicii exterioare

Pentru evaluarea caracteristicii exterioare ce nu poate fi determinata pe stand este necesar sa se cunoasca cel putin doua puncte pe caracteristica externa . In mod analitic se folosesc relatiile :

   unde :

P_max - puterea maxima a motorului ;

M(n) - momentul functie de turatie .

Coeficientii relatiei se definesc astfel :

unde :

este coeficientul de elasticitate al motorului ;

este coeficientul de adaptabilitate al motorului .

Pentru completarea caracteristicii externe cu curba consumului specific se utilizeaza relatia :

unde :

c_ep - consumul specific de combustibil la turatia puterii maxime.

Cunoscand turatia de putere maxima n_P, turatia de moment maxim n_M, puterea motorului P_max, momentul maxim M_max si relatiile de definire a celorlalte marimi avem :

Adopt c_e = 0,7

n_m = c_e x n_p = 0,7 x 4600 = 2520 rot/ min

Principalele date ale motorului sunt centralizate in tabelele urmatoare :

Determinarea puterii la viteza maxima si panta maxima  

Din definirea conditiilor de autopropulsare, deplasarea cu viteza presupune dezvoltarea unei forte la roata F_pmax . Din definirea puterii ca produs intre forta si viteza, realizarea performantei de viteza maxima, in conditiile prevazute, presupune pentru motor dezvoltarea unei puteri:

P_{v max}=;

P_{v max}== 82,3 kw

Punand conditia ca puterea la viteza maxima sa corespunda punctului de turatie maxima se obtine pentru puterea maxima a motorului din relatia de mai jos

= 82,3 x 0,97 = 79,83 kw

M_P = P_max x ; = = 481,46 rad/sec

M_p =

c_a = M_max = 1,15 x 114,65 = 131,85

4 Determinarea marimii rapoartelor de transmitere ale transmisie

Functionarea automobilului in conditii normale de exploatare are loc in regim tranzitoriu, gama rezistentelor la inaintare fiind foarte mare. In aceste conditii rezulta ca la rotile motoare ale autovehiculului, necesarul de forta de tractiune si de putere la roata sunt campuri de caracteristici avand in abscisa viteza aleasa de conducator. Pentru ca sa poata acoperi cu automobilul acest camp de caracteristici transmisia trebuie sa ofere un asemenea camp.

Situatiile care apar in timpul deplasarii unui autovehicul sunt:

a) motorul sa echilibreze prin posibilitatile proprii intreaga gama de rezistente. Acest lucru este posibil cand puterea furnizata este constanta in toate regimurile de deplasare. Daca aceasta valoare constanta corespunde puterii maxime, se obtine caracteristica ideala de tractiune data de relatia :

F_R x v = P_{R max} = ct.  

unde:

F_R = forta la roata;

v = viteza de deplasare;

P_{R max} = puterea maxima la roata

. b) viteza maxima este delimitata prin puterea maxima de autopropulsare:

unde F_{R v max} este forta la roata necesara deplasarii cu viteza maxima de performanta.

c) cand viteza = 0 , rezulta o forta la roata infinita. Ca urmare, la viteze mici, limita este data de aderenta rotilor cu calea, definita cu relatia  F_{R max} F_R = w x G_ad   unde :

=0,7 coeficientul de aderenta;

Gad = greutatea aderenta, respectiv greutatea ce revine in conditii de demaraj rotilor motoare.

1Determinarea valorii maxime a raportului de transmitere al transmisiei

Pentru valoarea maxima a raportului de transmitere, obtinut cand este cuplata prima treapta de viteza in cutia de viteze, se pot formula ca performante dinamice independente sau simultane urmatoarele: panta maxima sau rezistenta specifica a caii si acceleratia maxima la pornirea de pe loc.

Performantele date prin fortele la roata necesare pot fi formulate ca valori maxime cand fortele la roata oferite prin transmisie au valori maxime, respectiv motorul functioneaza la turatia momentului maxim pe caracteristica externa ( M_max ) iar in transmisie este cuplat cel mai mare raport de transmitere    i_{t max} .

i_{t max} = i_cv1 x i₀   unde:

i_cv1 = raportul de transmitere in prima treapta a cutiei de viteze;

i₀ = raportul de transmitere a transmisiei principale .

Din conditia de autopropulsare se obtine : unde :

F_{R max} este forta la roata necesara calculata pentru regimul de deplasare cu acceleratia maxima.

F_{R max} =   G₀ = 23500x0,39 = 9165 rezulta ca :

2Determinarea valorii minime a raportului de transmitere al transmisiei

Valoarea minima a raportului de transmitere a transmisiei este determinata din conditia cinematica de realizare a vitezei maxime de performanta, cand motorul functioneaza la turatia maxima. Raportul de transmitere i₀ se realizeaza in puntea motoare, fie numai prin angrenajul conic, fie prin angrenajul conic si celelalte angrenaje de reducerea turatiei cu functionare permanenta montate in punte.

Calculul raportului de transmitere al transmisiei principale se realizeaza in conditiile de viteza maxima, in ultima treapta a cutiei de viteze, valoarea raportului i₀ este data de relatia:

i_{t min}== =4,55

3Raportul de transmitere al transmisiei principale

Considerand ca v_max se obtine din ultima treapta de viteza si ca inaceasta treapta raportul de transmitere este unitar , iar valoarea raportului i₀ se determina pornind de la relatia :

i₀ x i_cvn

i_cvn -raportul de transmitere in ultima treapta i_cvn =1

rad/sec unde :

    este viteza unghiulara la roata

_{v max}= = 481,46 rad/sec

i₀ ==4,37

unde i₀ este raportulde transmiterea al transmisiei principale

4 Raportul de transmitere al primei trepte in cutia de viteza

i_cv1 = = 3,45

unde este coeficientul de rezistenta la rulare

5 Determinarea numarului de trepte pentru cutia de viteze si a marimii rapoartelor de transmitere ale transmisiei

Pentru determinarea numarului de trepte se utilizeaza doua metode: o metoda grafica si o metoda analitica. Indiferent de metoda aleasa se fac unele ipoteze simplificatoare precum: schimbarea treptelor de viteza sa se faca instantaneu, astfel incat viteza maxima in treapta inferioara sa fie egala, cu viteza minima in treapta superioara. Metoda recomandata de literatura de specialitate este aceia a etajarii treptelor in progresie geometrica. Pentru calculul numarului de trepte se porneste de la principiul ca viteza maxima, intr-o treapta inferioara sa fie egal cu viteza minima intr-o treapta superioara, folosind relatia:

V_{a K}=

In cazul etajarii cutiei de viteze in progresie geometrica, intre valoarea maxima i₁ si minima i_n=1 in cutia de viteze sint necesare n trepte date de relatia:

n; n; n; n;unde n

Se adopta n = 4

Alegerea finala a marimii numarului de trepte se face tinandu-se cont de considerente constructiv functionale si de exploatare ale cutiei de viteze precum si de tipul si destinatia automobilului. Astfel pentru autovehicule de marfuri, la care importanta demarajului scade, aparand insa profilul mai greu al drumului, in scopul unei bune adaptabilitati se utilizeaza de obicei cutiile de viteze cu 5 trepte.

Fiind determinat numarul de trepte si tinand cont ca i=1, intr-o treapta K, raportul de transmitere este dat de relatia:

i_{CV k}= ; (k=1 . n)

Pentru treapta a-I-a;   i_cv1=3.45

Pentru treapta a-II-a; i_cv2=2.28

Pentru treapta a-III-a; i_cv3=1,51

Pentru treapta a-IV-a;    i_cv4=1

Calculul vitezelor pentru fiecare treapta de viteza

V_kc = = 86,18 m/s

Unde n_ac = 0,5 x4600 = 2300 rot/min -turatia arborelui cotit

V_min = = 2,47 m/s

rad/s

rad/s

V_1max =

V_2max =

V_3max =

V_4max =

P = A x P_max

M = 9550

B =