Calculul de tractiune

Transmiterea fluxului de putere este caracterizata de pierderi datorate fenomenelor de frecare din organele transmisiei. Calitativ pierderile de putere din transmisie se apreciaza prin randamentul transmisiei ( _t). Randamentul transmisiei se determina pe cale experimentata, fie global pe întreaga transmisie fie pentru fiecare element în parte. Experimentarile efectuate au permis sa se determine urmatoarele valori ale randamentelor subansamblelor componente ale transmisiei :

cutia de viteze : h_CV = 0,97..0,98 (în treapta de priza directa ) ;

h_CV = 0,92..0,94 ( în 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, în calcule se opereaza cu valori adoptate.

Se adopta randamentul transmisiei _t

4.2. Alegerea tipului motorului si a marimilor semnificative

Pentru propulsarea autovehiculelor, majoritatea motoarelor sunt motoare cu ardere interna cu piston în 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 în vedere în principal modelul, caracteristicile si destinatia autovehiculului.

Cel mai important criteriu care le diferentiaza din punct de vedere al performantelor tehnico-economice si al exploatarii este modul de aprindere al amestecului.

Dupa acest criteriu motoarele se împart în:

- motoare cu aprindere prin scânteie M.A.S.;

- motoare cu aprindere prin comprimare M.A.C.

Statisticile apreciaza ca pentru autoturismele de mic litraj, pentru exploatare urbana, sunt utilizate cu precadere motoarele cu aprindere prin scânteie, cu sistem de alimentare cu combustibil prin injectie de benzina în detrimentul motoarelor cu aprindere prin compresie. Rezervele în 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, în special la mersul în gol, greutatea pe unitatea de putere sensibil mai ridicata.

Prin tema de proiectare este impus un motor care sa poata dezvolta suficienta putere pentru a transporta greutatea utila si pentru a atinge viteza maxima de 150 km/h impusa prin tema de proiectare. De aceea, având în vedere si solutiile similare, se impune folosirea unui motor M.A.S. Am adoptat un motor cu capacitatea cilindrica 1200 cm³ cu o turatie de putere n_p=5500 rpm

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

P_{v max}=

P_{v max}= =51,51 kW

4.3. Determinarea caracteristicii externe a 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 câmp 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 în 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 c_e = f(n).   Performantele pe care un motor le poate realiza si care pot fi folosite la propulsarea automobilului sunt exprimate de caracteristica exterioara. Caracteristica exterioara se obtine din caracteristica de turatie a motorului, acesta lucrând la sarcina totala, în conditiile unor reglaje optime. Ea arata legile de modificare a puterii, momentului motor, consumului specific de combustibil si uneori a consumului orar, în functie de turatia motorului. Aceasta se determina experimental, pe standurile de încercare, puterea dezvoltata de motor fiind consumata de o frâna, care poate genera un moment rezistent reglabil. Pentru construirea caracteristicii exterioare modificarea turatiei motorului se face prin modificarea momentului rezistent la frâna standului motor, organul de reglare a debitului de combustibil (sau amestec) admis în cilindru, fiind mentinut în pozitia deschiderii maxime. Cunoscând valoarea M [N∙m] a momentului motor, citita la frâna standului, corespunzatoare vitezei unghiulare ω a motorului (ω = [s^-1], unde n [rot/min] este turatia motorului), de asemenea, masurata în timpul încercarilor, 626i83g se poate calcula puterea P dezvoltata de motor cu relatia:

P = M ∙ ω

Coeficientii relatiei se definesc astfel : Pentru evaluarea caracteristicii exterioare în 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 .

Cunoscând 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 :

Efectuând calculele rezulta coeficientii a b g cu valorile : a

b

g

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

n    [rpm]

A

P    [kW]

M    [Nm]

B

Ce [g/kWh]

Qh [l/h]

4.4.Determinarea marimii rapoartelor de transmitere ale transmisiei

Rezistentele la înaintare ale automobilului sunt foarte diferite, ele depinzând de o multitudine de factori, cum sunt: viteza de deplasare, starea de încarcare, calitatile si geometria caii de rulare. Toate acestea conduc la modificarea rezistentelor la înaintare într-o plaja foarte larga de valori, rezistente care trebuie învinse de forta de tractiune dezvoltata la rotile motoare ale automobilului. Dupa cum se observa din graficul caracteristicii exterioare a motorului, desi turatia motorului se poate modifica în limite foarte largi (în special la m.a.s.-uri), în zona de functionare stabila, curba momentului motor, arata ca acesta se modifica în limite foarte reduse, apreciate cu ajutorul coeficientului de adaptabilitate . De fapt, acest coeficient masoara gradul de suplete al motorului, cu care acesta face fata modificarilor rezistentelor la înaintare.

Pentru ca sa poata acoperi cu automobilul acest câmp de caracteristici transmisia trebuie sa ofere un asemenea câmp.

Situatiile care apar în timpul deplasarii unui autovehicul sunt:

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

F_R ∙ v = P_Rmax = 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_Rvmax este forta la roata necesara deplasarii cu viteza maxima de performanta.

c) când 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 = w ∙ G_ad, unde:

=0,6 coeficientul de aderenta;

G_ad = greutatea aderenta, respectiv greutatea ce revine în conditii   de demaraj rotilor motoare.

Determinarea raportului de transmitere al transmisiei principale-i₀

Transmisia principala simpla TP (cunoscuta si sub denumirea de reductor central) este formata din pinionul de atac si coroana transmisiei principale (angrenajul respectiv este conic, daca motorul automobilului este dispus longitudinal sau este cilindric, daca motorul este dispus transversal). Raportul de transmitere al transmisiei principale i₀ este dat de raportul dintre numarul de dinti ai rotii conduse (ai coroanei) Z_c si numarul de dinti ai rotii conducatoare (ai pininului de atac) Z_p:

= i₀

Marimea raportului de transmitere al transmisiei principale se determina din conditia realizarii vitezei maxime V_max de deplasare a automobilului, pe drum orizontal, cutia de viteze având cuplata treapta de priza directa (cu raportul de transmitere unitar sau apropiat acestuia, cum este cazul cutiilor de viteze cu 2 arbori). În aceste conditii motorul functioneaza la turatia maxima de functionare n_max, careia îi corespunde viteza unghiulara _max, iar raportul de transmitere al transmisiei principale se determina cu relatia:

i₀ =

în care: r_r este raza de rulare exprimata în [m],

Determinarea valorii maxime a raportului de transmitere al transmisiei

Pentru valoarea maxima a raportului de transmitere, obtinut când este cuplata prima treapta de viteza în 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 când fortele la roata oferite prin transmisie au valori maxime, respectiv motorul functioneaza la turatia momentului maxim pe caracteristica externa M_max iar în transmisie este cuplat cel mai mare raport de transmitere i_{t max}.

i_{t max} = i_cv1 ∙ i₀ unde:

i_cv1 = raportul de transmitere în 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} = 5670[N] rezulta ca

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 încât viteza maxima în treapta inferioara sa fie egala, cu viteza minima în treapta superioara. Metoda recomandata de literatura de specialitate este aceia a etajarii treptelor în progresie geometrica. Pentru calculul numarului de trepte se porneste de la principiul ca viteza maxima, într-o treapta inferioara sa fie egal cu viteza minima într-o treapta superioara, folosind relatia:

V_{a K}=

Cunoscând raportul de transmitere i_{t max} cît si i_{t min} se poate determina raportul de transmitere i_cv :

i_cv= _; i_cv == 3,82

În cazul etajarii cutiei de viteze în progresie geometrica, între valoarea maxima i₁ si minima i_n=1 în cutia de viteze sînt necesare n trepte date de relatia: n; n; n; n; unde n

Se adopta n=5

Alegerea finala a marimii numarului de trepte se face tinându-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, aparând însa profilul mai greu al drumului, în scopul unei bune adaptabilitati se utilizeaza de obicei cutiile de viteze cu 5 trepte.

Ţinând cont de tipul si destinatia autovehiculului, functionarea economica a automobilului presupune ca la astfel de regimuri de deplasare, motorul sa functioneze în zone cu consum favorabil, respectiv la turatia medie economica, astfel s-a introdus a cincea treapta econoama, calculata cu relatia:

i_cvk= ; unde: (k=1.n) si i_cv5=

i_cv= ==3,82

i_cv===2,44

i_cv===1,56

i_cv===1

i_cv===0,83

Este cunoscuta relatia de legatura între viteza automobilului V_k într-o treapta oarecare k din cutia de viteze si viteza unghiulara a motorului automobilului :

V_k = _R . r_r =

în care: - _R este viteza unghiulara a rotii motoare, în [rad/s];

-r_r reprezinta raza de rulare a rotii motoare, în [m].

) reprezinta ecuatia unei drepte care trece prin origine, raportul fiind o constanta pentru o treapta oarecare k din cutia de viteze.

Calculul vitezelor pentru fiecare treapta de viteza

V_kc = m/s

unde n_ac = 0,5∙5500= 2750 rot/min - turatia arborelui cotit

V_min = m/s

rad/s

rad/s

m/s

m/s

m/s

m/s

m/s