История развития автомобиля

Солтус анатолий петрович

Теория эксплуатационных свойств

Автомобиля

Учебное пособие

для студентов специальностей 7.090211 «Колесные и гусеничные транспортные средства» и 7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Рекомендуется к изданию ученым советом КДПУ

Кременчуг

УДК 629.113.07(075.8)

Солтус А.П. Теория эксплуатационных свойств автомобиля: Учебное пособие для вузов.- Кременчук: КГПУ,2003.-152 с.

Рассматриваются механика движения автомобиля, его взаимодействие с дорогой и воздухом, эксплуатационные свойства автомобиля.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 7.090211- «Колесные и гусеничные транспортные средства», 7.090258- «Автомобили и автомобильное хозяйство», а также для студентов других специальностей автомобильного и механического профилей, таких, как 7.090214- «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, мелиоративные машины и оборудование», 7.090210- «Двигатели внутреннего сгорания», может быть полезно для инженерно-технических работников автомобильного транспорта, аспирантов.

Рецензенты: Маслов А.Г., заведующий кафедрой КМТО КГПУ, доктор технических наук, профессор;

Елизаров А.И., заведующий кафедрой физики КГПУ, заслужений деятель науки и техники Украины, доктор физико-математических наук, профессор.

Кременчуг 2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение …………………….…………………………………………..…5

1. Общие сведения о теории автомобиля ………………………………..6

1.1 История развития автомобиля……………………………………………….6

1.2 Предмет теории автомобиля…………………………………………………9

2. Эксплуатационные свойства автомобиля...………………………….10

2.1 Классификация автотранспортных средств……………………………......10

2.2 Условия эксплуатации АТС……………………………….……… …….... 10

2.3 Эксплуатационные свойства автомобиля ………………… ………...12

3. Основы теории качения колеса…………………………………...…….14

3.1 Радиусы эластичного колеса……………………………..……………...... 14

3.2 Момент сопротивления качению колеса в ведомом режиме при

прямолинейном движении…………………………..……………………..…..16

3.3 Уравнения движения колеса по недеформируемой поверхности при

прямолинейном движении ……….………………………………….………….18

4. Характеристика источника энергии …………………...……………..21 5.Тягово-скоростные свойства автомобиля ………………. …………… 25

5.1 Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном

движении на подъем……………………………….……………………...……..25

5.2 Силы сопротивления движению……………………………..…….…..……26

5.3 Движущая сила автомобиля ………………………………………………....30

5.4 Нормальные реакции опорной поверхности ……………………….………31

5.5.Тяговый баланс автомобиля …………………...……..………….…..………32

5.6 Мощностной баланс автомобиля………………………..…………… ……..35

5.7 Динамический фактор. Динамическая характеристика и паспорт автомобиля………………………………………………………………………..36

5.8. Время и путь разгона ……………………….……….……………….. ……..38

6. Тяговый расчет автомобиля …………………………….… ………...…42

6.1 Основные исходные данные………………………….……….…………….42

6.2 Определение полной массы ………….…………………………….…...…...42

6.3 Выбор шин …………………………………..………………………………..43

6.4 Определение мощности двигателя, построение внешней скоростной

характеристики двигателя………………..……………………………….…..44

6.5 Определение передаточных чисел трансмиссии ……………….………….46

6.6 Тяговый и мощностной балансы автомобиля………………….……..….…51

6.7 Динамическая характеристика и динамический паспорт автомобиля …...52

6.8 Время и путь разгона автомобиля ……………..………………………...….53

6. 9. Особенности тягового расчета при наличии гидромеханической передачи……………………………………………………………………….…...56

6.9.1 Безразмерные характеристики гидромуфты и гидротрансформатор…...56

6.9.2 Расчет тяговой силы автомобиля с гидропередачей……………….……..58

6.9.3 Способы повышения КПД гидропередачи…………………………..….…60

7.Топливная экономичность автомобиля ………………………..….…....62 7.1 Определение топливной экономичности автомобиля………………………62 7.2 Влияние конструтивных факторов, технического состояния и вождения на топливную экономичность автомобиля………………………………….………65

7.3 Определение расхода топлива в АТП ………………….………………...…67

8 Тормозные свойства автомобиля ……………………………………….....69

8.1 Диаграмма торможения автомобиля……………………………………..….69

8.2 Замедление при торможении автомобиля……………….……..……………71

8.3 Перераспределение нормальных реакций при торможении……..…… …..72

8.4 Устойчивость автомобиля при торможении…………………………..….…73

8.5 Путь торможения, тормозной и остановочный пути…………………….....76 9 Управляемость и устойчивость автомобиля ……….…………………..80

9.1 Общие положения ………………………………….……..………………….80

9.2 Кинематика поворота управляемых колес……………………….……..……80

9.3 Момент сопротивления повороту шины на месте………………………….81

.9.4. Весовой стабилизирующий момент.………………….……….. …….…...87

9.4.1 Весовой стабилизирующий момент при поперечном наклоне шкворня..87

9.4.2 Весовой стабилизирующий момент при комбинированном наклоне шкворня………………………………………………………………………….…90

9.5 Момент трения в шкворневых узлах автомобилей ………….….. …….….94

9.6. Качение колеса с уводом ……………………………………………….…...97

9.6.1Факторы, вызывающие качение колеса с уводом……………………..…..97

9.6.2 Определение углов увода управляемых колес………………………..…..98 9.6.3 Стабилизирующий момент шины и боковая сила …………..…….….....100 9.7 Момент сопротивления повороту колеса при движении ………...….……101 9.7.1 Момент сопротивления повороту шины при движении………..…….....101

9.7.2 Момент сопротивления повороту колеса при движении ….…..…..…....104

9.8 Устойчивость управляемых колес против колебаний ….…. ……………. 105

9.8.1 Общие положения…………….…………………………..…………..…...105

9.8.2 Составляющие дифференциального уравнения колебаний управляемого колеса……………………………………………………………...……………...106

9.9. Стабилизация управляемых колес…………………… ………..………...113

9.10 Устойчивость против бокового опрокидывания………………….………115

9.11 Оптимальное схождение управляемых колес………………….………....116

10.Проходимость автомобиля………………………………..…………..….119 10.1 Классификация автомобилей по проходимости……………...………...…119 10.2 Характеристики поверхности движения………...……………..…….…….119

10.3 Взаимодействие колеса с деформируемой поверхностью….………..…...124 10.3.1 Форма поверхности контакта…………………………………………….124 10.3.2 Характеристики автомобильной шины ………………………….…...…125

10.3.3 Динамика колеса при движении по деформируемой поверхности..….126 10.3.4 Сопротивление качению колеса по деформируемой поверхности……127

.10.4 Сцепление колеса с опорной поверхностью. …………………….………129

10.5 Преодоление автомобилем препятствий………………………….…...…..131

10.6. Оценочные показатели проходимости …………………….…….. …..… 133

10.6.1 Критерии опорной проходимости……………………………………….133

10.6.2 Критерии профильной проходимости……………………………….….135

10.6.3 Влияние конструкции автомобиля на его проходимость …………..….137

11. Плавность хода ………………………………..……………...…………...139

11.1 Характеристики упругих элементов, амортизаторов, шин ……..…….…139

11.2 Характеристики дорожных неровностей ………………………..………..140

11.3 Критерии оценки плавности хода ………………………..………………..141

11.4 Оценочные показатели плавности хода……………………………..……..142

11.5. Расчетные схемы автомобиля при исследовании колебаний ………….144

11.5.1 Колебание одномассовой системы при наличии жесткости…………...144

11.5..2 Расчетные схемы колебаний автомобиля при анализе плавности……147

введение

Научно-обоснованные проектирование и эксплуатация автомобилей невозможны без знания закономерностей, описывающих механику его движения, взаимодействие с дорогой и воздухом, эксплуатационные свойства. Знание этих закономерностей позволяет проанализировать влияние дорожно-климатических условий, особенностей конструкции автомобилей на его эксплуатационные свойства, подобрать такой тип автомобилей, который бы наиболее полно удовлетворял требованиям, обеспечивающим оптимальность перевозок.

Решение вопросов, связанных с созданием автотранспортных средств, удовлетворяющих для конкретных условий оптимальным требованиям требует знание прежде всего физических процессов, происходящих при движении автомобиля, и в конечном итоге формирующих эксплуатационные свойства автомобилей.

В учебных пособиях по “Теории автомобиля” рассматриваются как правило частные случаи, а именно: прямолинейное движение автомобиля на подъем, поворот управляемых колес на месте. В то же время общим случаем является движение автомобиля по криволинейной траектории, а также поворот управляемых колес при движении. Автором сделана попытка представить материал по «Теории автомобиля» с учетом процессов, происходящих с автомобилем при движении, в реальных условиях эксплуатации.

При составлении учебника использовались данные научных работ, учебников и учебных пособий, а также материалы, полученные автором при исследовании управляемости автомобилей на Камском и Кременчугском автомобильных заводах в период 1972….1990гг. В частности использовались результаты исследований составляющих момента сопротивления повороту управляемых колес при движении и устойчивости управляемых колес против колебаний, вызванных дисбалансом.

Необходимая литература для изучения отдельных разделов приводится в конце разделов, а основная использованная литература для углубленного изучения приводится в конце учебника.

Представленный материал охватывает объем дисциплины по “Теории автомобиля”, рассчитан на студентов автомобильного профиля, а также может быть полезен для научных работников и аспирантов, занимающихся исследованием эксплуатацонных свойств автомобилей.

Автор будет благодарен всем за замечания по усовершенствованию учебника, которые следует присылать по адресу: 39614, г. Кременчуг, ул. Первомайская, 20, КГПУ, кафедра “Автомобили и тракторы”.

1.общие сведения о теории автомобиля

История развития автомобиля

Слово «автомобиль» появилось в конце 90-х годов XIX века и происходит от греческого autos – caм и латинского mobilis – движущийся и означает самоходную машину с двигателем, на которой перевозят грузы, пассажиров и специальное оборудование.

Понятие автотранспортные средства (АТС) обозначает автомобиль и прицепные устройства к нему (прицепы и полуприцепы). Следовательно, АТС являются комплексной системой, состоящей из нескольких модулей, которые объединены общей решаемой задачей – перевозка грузов, пассажиров, специального оборудования. Основным модулем АТС является автомобиль, поскольку он обеспечивает целенаправленное движение.

Важную роль в жизни любого государства играет транспорт. Это подтверждается высказываниями английского философа-материалиста Ф. Бекона, который отмечал, что три фактора делают государство богатым и процветающим: плодородная земля, развитая промышленность и легкость перемещения людей и товаров.

Среди существующих видов транспортных средств (автомобильного, железнодорожного, водного, воздушного, трубопроводного) особое место занимает автомобильный. Особенностями автомобильного транспорта является то, что он может существовать самостоятельно и двигаться, как по дорогам, так и по бездорожью. Не один из других перечисленных видов транспорта этими свойствами не обладает.

Историю развития автомобиля можно условно разделить на шесть этапов:

1. Создание самоходной тележки, оснащенной основными функциональными системами, присущими автомобилю и приводимой в движение мускульной силой человека (период до конца ХYIII в).

2. Создание двигателя внутреннего сгорания (период до конца ХIХ в.).

3. Объединение колесного шасси и источника энергии (конец ХIХ в.).

4. Массовые изобретения рациональных конструкций основных элементов функциональных систем автомобиля (конец ХIХ – начало ХХ в.).

5. Научно-обоснованное усовершенствование и начальная автоматизация функциональных систем автомобиля (начало и середина ХХ в.).

6. Автоматизация, компьютеризация и роботизация автомобиля (современный этап).

Началом развития автомобиля считается 1741 год, когда крепостной Л.Л. Шамшуренков создает самоходную тележку, приводимую в движение мускульной силой двух людей. В 1784-1791 г.г. механик И.П. Кулибин усовершенствует похожую тележку коробкой перемены передач и муфтой свободного хода.

Отсутствие самостоятельного источника энергии не позволяло тележке развивать необходимую скорость, однако она явилась прообразом современного автомобиля. Для конкуренции с гужевым и железнодорожным транспортом нужен был эффективный источник энергии.

Паровые двигатели И.И.Ползунова (1763) и Дж. Уатта (1765) имели малую энергоемкость и большие габариты, а потому проблему не решали. Француз И.Кюнье в 1869г. создал первый паровой дорожный экипаж, грузоподъемностью 3т, мощность двигателя – 2 л.с., скорость – 5 км /ч.

Двигателями внутреннего сгорания занимается француз Ж.Ленуар (1860), немцы М.Отто и Е.Ланген (1867-1876), наш соотечественник О.С.Кострович (1889). Двигатель Ж. Ленуара работал на светильном газе и имел низкий КПД – 0,046. М.Отто и Е.Ланген повысили КПД до 0,15 при мощности 8,8 кВт. Двигатель Г.Даймлера работал на жидком топливе. Двигатель О.Костровича – бензиновый, восьмицилиндровый мощностью 58 кВт и массой 240 кг.29 августа 1885 года Г.Даймлер впервые регистрирует патент тележки для верховой езды с газовым двигателем. Датчанин А.Хаммель создает автомобиль с двухцилиндровым двигателем мощностью 2,2 кВт. В 1889 г. в Германии Г.Даймлером создается первая автомобильная фирма. В 1884 г. создается немецким инженером Р.Дизелем дизельный двигатель. Француз Е.Мишлен 1874 г. оснащает тележку эластичными колесами и доказывает их преимущество.

В 1895 …1890 гг. завод «Панар-Левассар» (Франция) приступает к выпуску автомобилей с четырехцилиндровым двигателем, немец Р.Бош разработал систему электромагнитного зажигания, француз Л.Рено применяет карданную передачу. В Германии на заводе «Даймлер» был создан первый грузовой автомобиль. Заводы «Рено» (Франция), «Опель» (Германия), «Фиат» (Италия) начинают массовый выпуск автомобилей.

В 1900 – 1905 гг. в США устанавливается первый спидометр, вводится пневматический привод тормозов. Инженер Ф.Ланчестер разрабатывает дисковый тормозной механизм. Заводы «Форд» и «Бьюик» начинают массовый выпуск автомобилей; в Англии компания «Данлоп» создает шину с рисунком протектора. Во Франции на электромобили Ф.Порше применяет мотор-колесо. Проявляются броневики с шасси и восьмицилиндровыми двигателями. Количество марок автомобилей достигает 1000. Россия отстает. Только Петербургский завод «Лесснер» выпускает небольшую партию автомобилей инженера Б.Г.Луцкого.

В 1905-1910 гг. начинается борьба за металлоемкость, качество, безопасность автомобиля. В США на заводе «Форд» внедряется конвейер сборки автомобилей, создаются автомобили с колесной формулой 4х4 с межосевым блокируемым дифференциалом. В Бельгии создается двигатель с алюминиевым блоком. В Париже в 1909 году состоялась международная конференция по регулированию безопасности движения. В 1911-1920 гг. автомобиль усовершенствуется. В США создается гидравлический тормозной привод, разрабатывается гидравлический амортизатор. В Детройте устанавливается первый трехцветный светофор. Во Франции создается V-об-разный двигатель, фирма «Ситроен» вводит конвейер. Начинает выпуск автомобилей фирма «Мицубиси».

В 1921-1930 гг. начинается пятый период, формируется теория автомобиля как наука. Появляются гидромуфты, ШРУС, синхронизаторы, триплекс, изменяется форма кузова, несущий кузов устанавливается на автомобилях, появляются телескопические амортизаторы, шины низкого давления. Начался выпуск автомобилей «Бенц» с дизелем, в Швейцарии внедряется моторный тормоз-замедлитель. Фирма «Вольво» (Швеция) начинает выпуск автомобилей. Скорость движения автомобиля достигает 327,89 км/ч (Англия). В России в 1917 году было около 10 тыс. автомобилей преимущественно зарубежных. В ноябре 1924 года завод в г. Москве АМО собирает первые 10 автомобилей. В 1931-1940 автомобили развиваются под влиянием теории автомобиля. Появляются торсионные упругие элементы, широкопрофильные шины, переднеприводные автомобили с поперечным расположением двигателя, авто-мобили со всеми управляемыми колесами, автомобили амфибии.

В 1941…1950 гг. милитаризация автомобильной техники. Создаются автомобили с централизованной подкачкой воздуха, безкамерные шины. Во Франции разрабатывается роторно-поршневой двигатель. Появляется подвеска Макферсона (Англия). Производство автомобилей превысило 10 млн. шт. за год. Скорость достигла 634,26 км/ч.

В 1951…1960 гг. США применяет бесшкворневые подвески колес, создаются узлы, которые не требуют смазки, электронные системы зажигания, шины с радиальным кордом. Фирма «Ситроен» применяет гидропневматическую подвеску. Начались исследования автомобилей на активную и пассивную безопасность.

В 1961…1970 гг. США внедряют ремни безопасности. Максимальная скорость достигает 1014,28 км/час. Разработан луноход с дистанционным управлением, галогенные фары (Франция – Голландия). В Германии создается роторно-поршневой двигатель Ванкеля, внедряется инжекторная система питания, применяются противоблокировочные системы тормозов.

1970…1990 гг. отличаются бурным развитием электроники и робототехники. Автомобильное производство вместе с электротехникой становится динамичным. Перестраиваются автозаводы. Стоимость перестройки некоторых автомобильных компаний достигает сотни миллиардов долларов, создаются узлы, не требующие технического обслуживания, внедряются нейтрализаторы отработанных газов, пластмассовые рессоры, радары для контроля безопасной скорости движения.

Date: 2016-05-17; view: 745; Нарушение авторских прав