Строим автомобиль

Конструкторы-любители часто приступают к постройке автомобиля, опираясь лишь на интуицию, без каких бы то ни было расчетов. Значительно чаще в аналогичных случаях эксплуатационные качества автомобили выясняются далеко не такими, о каких грезил создатель, а отдельные узлы либо ломаются, либо скоро изнашиваются.

Дабы свести к минимуму «Сюрпризы», необходимы предварительные расчеты. Самые нужные из них под силу каждому строителю автомобиля.

По отдельным важным подробностям расчеты будут приведены конкретно при их описании. Тут же отправится обращение только об главных, которые связаны с характеристикой автомобиля и общим строением, подобно тому как мы в прошлой публикации вычислили распределение весов.

КАК ОБЕСПЕЧИТЬ самоё ПОЛНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ И КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ДВИГАТЕЛЯ? Для этого необходимо верно выбрать передаточные числа трансмиссии.

Коробка передач, в большинстве случаев, употребляется готовая, вместе с двигателем; ее характеристики предопределены. Не всегда удается купить шины желательного размера; но, по крайней мере, диаметр их известен. Так, дело сводится с расчету передаточного числа основной передачи ведущего моста. Его мы приводим в пара упрощенном виде.

Он начинается с определения громаднейшей скорости, которую способен развить проектируемый автомобиль с данным двигателем.

Наряду с этим вероятны два варианта расчета: на достижение вероятно большей скорости либо на получение вероятно лучшего разгона, более легкого плохих дорог и преодоления подъёмов.

направляться подчернуть, что при расчете по второму варианту громаднейшая скорость получается ненамного меньше, чем по первому.

ТАБЛИЦА 1

В первом случае основываются на том, что большой скорости автомобиль достигает в тот момент, в то время, когда двигатель разовьет громаднейшую мощность; во втором — при максимально допустимом числе оборотов. У многих двигателей оно на 10 — 15% превышает число оборотов громаднейшей мощности; мощность же наряду с этим соответственно понижается; как говорят, она находится «за перегибом».

Заберём для примера двигатель мотоцикла «ИЖ-Планета-2», развивающий при 4100—4600 об/мин 15,5 л. с., либо около 12 кВТ по новой совокупности измерений (см. график и табл. 1) где даны кроме этого краткие сведения по вторым двигателям). Для упрощения не будем принимать к сведенью уменьшение мощности двигателя в связи с возможным применением вентилятора принудительного охлаждения.

Двигатель намечено установить на четырехместный четырехколесный автомобиль с легким открытым кузовом. Проектная полная масса Gа автомобиля (с нагрузкой 300 кг) образовывает 800 кг. Коэффициент сопротивления воздуха К для для того чтобы автомобиля равен около 0,05; лобовая площадь F — около 1,5 м2.

В применяемых от серпуховской мотоколяски шинах размера 5.00—10 внутреннее давление должно быть в среднем около 1,3 кг/см2 (расчет давления в шинах дан ниже). Коэффициент ? нужного действия (КПД) Трансмиссии с учетом вероятного применения дополнительного редуктора либо цепной передачи принимаем равный 0,85.

Строим график расхода мощности на сопротивление качению (Nf) и на сопротивление воздуха (Nw) в зависимости от скорости Va перемещения автомобиля.

Мощность подсчитываем по формулам:

Nf = (Ga·f·не сильный)/270 (л.с.)

Nw = (K·F·Va3)/3500 (л.с.)

Коэффициент сопротивления качению f — переменный; его возможно выяснить с достаточной точностью по третьему графику.

Как видим, при расчете по первому варианту, другими словами при мощности на ведущих колесах, равной 15,5X0,85 — 13 л. с., возможно ожидать успехи автомобилем скорости около 70 км/ч. При расчете по второму варианту мощность будет около 12 л. с., а скорость — мало более 65 км/ч.

Задать автомобилю скорость 65 — 70 км/ч либо более — не означает рассчитывать на нередкое перемещение с таковой скоростью. Это может раздаться необычно, но мы утверждаем, что пара повышенная большая скорость нужна для… безопасности перемещения. Дело в том, что обгон кроме того инвалидной мотоколяски либо мопеда, идущих со скоростью 40 км/ч, требует от обгоняющего скорости не меньше 50 км/ч.

Дабы таковой обгон был «энергичным», надёжным, а дорога освободилась поскорее, водители, в большинстве случаев, включают третью передачу, на которой вероятно перемещение со скоростью, приблизительно на 25 % меньшей, чем большая (см. табл. 2).

ТАБЛИЦА 2. ЗНАЧЕНИЯ ТЯГОВОЙ СКОРОСТИ и СИЛЫ НА РАЗЛИЧНЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Получив информацию о громаднейшей скорости, возможно установить передаточное число io основной передачи по формуле:

io = (0,377·rk·n)/Va

В данной формуле rк — радиус качения колеса, равный (для колеса 5.00—10) 0,25 м, а n — число оборотов двигателя в 60 секунд: 4500 для расчета по первому варианту, и 5000 — для второго. Передаточное число составит соответственно 6,0 и 7,2.

Нас не должны смущать солидные значения этих чисел если сравнивать с таковыми на массовых автомобилях : так как у силового агрегата мотоколяски имеются, не считая основной передачи, две цепные с неспециализированным передаточным числом около 2,75, так что для основной передачи остается 2,2 либо 2,6 (вместо 2,08 у мотоколяски).

Отметим, что расчет мы проводим, имея в виду применение стандартной коробки передач мотоколяски, у которой передаточное число четвертой (высшей) передачи равняется единице.

Для расчетов машин с кузовом закрытого типа коэффициент К равен около 0,04, для прекрасно обтекаемых машин — около 0,03. КПД трансмиссии при отсутствии двойного редуктора либо цепной передачи нужно считать равным 0,9.

Сейчас удостоверимся в надежности результаты отечественного расчета.

Наложим на график расхода мощности (пунктирные линии) график внешней характеристики двигателя. Для этого строим под шкалой скорости шкалу оборотов двигателя, причем в зависимости от принятого варианта расчета совмещаем отметку 4500 на шкале оборотов с отметкой 70 на шкале скорости либо отметку 5000 с отметкой 65, а после этого делим оказавшиеся отрезки 0—4500 либо 0—5000 отметками по 500 оборотов соответственно на 9 либо 10 частей.

Вернув из отметок на одной из новых шкал вертикали для диаграммы внешней характеристики двигателя, откладываем на них значения мощности, уменьшенные на 15% (h = 0,85) по сравнению со значениями на исходной чёрте. Мы видим, что автомобиль, вычисленный по второму варианту, должен иметь больший запас мощности и исходя из этого относительно прекрасно брать подъёмы и разгон.

Достаточна ли тяговая сила Рk для перемещения проектируемого автомобиля в разных условиях?

Она подсчитывается по формуле:

Pk = (Me·io·ik·?)/rk (кг)

В данной формуле Мe — громаднейший крутящий момент двигателя (в нашем случае он равен 2,5 кгм), ік —передаточное число в коробке передач.

Подставляя значения іо (6,0 либо 7,2) и iк, приобретаем значения тяговой силы в кг (табл. 2).

Для перемещения автомобиля нужно, дабы тяговая сила — Рk на ведущих колесах была меньше силы сцепления колес с грунтом (в противном случае колеса будут скользить, буксовать) и не меньше силы сопротивления перемещению.

Сила сцепления равна произведению массы автомобиля, приходящейся на ведущие колеса, на коэффициент сцепления (0,7 на сухом асфальте, 0,15 — на мокром). На задние ведущие колеса отечественного автомобиля приходится масса, равная около 60 % полной массы, другими словами 800 X 0,6 = 480 кг. Так, сила сцепления на сухом асфальте равна 335 кг, на мокром 51 кг.

Сила же сопротивления перемещению равна произведению массы автомобиля на коэффициент сопротивления качению f, что на асфальте (см. график) равен около 0,02, на проселочной дороге — 0,035, на песке — около 0,2. Из этого равна соответственно 16, 28 и 160 кг.

Итак, проектируемый автомобиль будет прекрасно трудиться на сухом асфальте.

Но трогаться с места на первой передаче нужно, не давая «полного газа». На скользкой дороге необходимо будет кроме этого уменьшить нажим на педаль акселератора, дабы не привести к колес. По проселочным дорогам автомобиль будет ходить на всех передачах, но на песке нужно будет переходить на вторую (второй вариант расчета) либо кроме того на первую передачу (первый вариант).

Так, возможно сделать вывод, что второй вариант удачнее первого, поскольку отличие в громаднейшей скорости мала, возможность автомобиля преодолевать тяжёлые участки дороги (и подъемы) при большем передаточном числе — существенно лучшая.

Весьма серьёзен верный выбор внутреннего давления и шин в них. И для этого кроме этого существуют несложные расчеты.

Строители самодельных машин смогут рассчитывать на применение шин от мотороллеров, мотоколяски, от машин «Запорожец», «Москвич» и «Жигули» (на 13-дюймовых либо 330-миллиметровых ободах).

Величину нужного внутреннего давления р при данной нагрузке либо величину допустимой нагрузки Gк при желательном внутреннем давлении возможно ориентировочно подсчитать по формулам:

Gk = (5b2·(D+b)·(p+1))/(D+2b) (кг)

p = (Gk·(D+2b))/(5b2·(D+b))-1 (кг/см2)

В этих формулах Д — диаметр обода, а b — ширина профиля, выраженные в дюймах (см. схему), как это было принято и сохранилось сейчас в совокупности обозначения шин. Формулы основаны на том положении, что на единицу количества сжатого воздуха, находящегося в шине, должно приходиться неизменно однообразное количество килограммов нагрузки. Подставив вместо букв узнаваемые либо выбранные давления размеров и значения шины, мы можем подсчитать искомые значения нагрузки (и напротив).

К примеру, в рассмотренном выше случае строитель располагает шинами размера 5.00—10; масса автомобиля с нагрузкой — 800 кг, из которых 480 кг приходятся на задние колеса, другими словами равняется 480 :2 = 240 кг, тогда:

p = (240·(10+10))/(5·25·(10+5))-1 = 1,5 (округленно)

Для передних шин тем же методом возьмём 0,7.

Пpактичecки давление берут на 2—3 десятых кг/см2 больше, чем оказавшиеся по расчету (в нашем случае 1,7 и 0,9), дабы уменьшить сопротивление качению и продолжить срок работы шины.

Вместе с тем для плавности хода мелкого автомобиля нужно, дабы давление в шинах было как возможно ниже, в особенности в шинах колес, близко к каким расположено сиденье (к примеру, для выноса сиденья водителя вперед).

Определенное отношение между размерами давления в задних шинах и передних значительно еще и для устойчивости автомобиля, один из характерных показателей которой — значение так называемой критической скорости Vpx, вычисляемое приближенно по уравнению:

В этом уравнении: L — база автомобиля в м, G3 и Gп — нагрузка соответственно на задние и передние колеса в кг, К3 и Кn— коэффициенты сопротивления уводу шин (двух для каждой оси). Последние коэффициенты подсчитываются по уравнению:

K = 5b·(D+2b)·(p+1)

Коэффициент К показывает, какая боковая сила в кг нужна, дабы развернуть колесо на угол, равный одному радиану (53 °).

Заберём для примера тот же автомобиль с давлением в передних шинах 0,9 кг/см2, в задних — 1,7 кг/см2 и базой 2 м. Коэффициенты сопротивления уводу шин составят:

K3 = 5·5·(10+10)·(1,7+1) = 1350 кг/рад

Kn =5·5·(10+10)·(0,9+1) = 950 кг/рад

Тогда:

другими словами больше развиваемой автомобилем скорости. Это и требуется для устойчивости автомобиля. Если бы значение критической скорости выяснилось меньше значения большой, было нужно бы снижать давление в передних шинах (в случае если это возможно) либо повышать — в задних.

Эти по шинам приведены в таблице 3.

ТАБЛИЦА 3. КРАТКАЯ Черта ШИН

Таковы самые нужные расчеты, каковые необходимо произвести для получения удовлетворительной неспециализированной характеристики самодельного автомобиля.

Ю.А. ДОЛМАТОВСКИЙ,кандидат технических наук

Игромир

Строим автомобиль

Рандомные статьи:

ETS Drift Car Build

Похожие статьи, которые вам понравятся: