Потеря энергии в трансмиссии автомобиля
Использовать всю эффективную мощность двигателя на ведущих колесах не представляется возможным, поскольку она частично теряется при передаче ее трансмиссией. Об этом уже говорилось ранее. Эти потери нельзя не учитывать, так как они заметно влияют на расход топлива. Потери можно уменьшить оптимальным распределением передаточных чисел трансмиссии и применением повышающей передачи для обеспечения постоянной оптимальной нагрузки двигателя [2]. Наименьшими потерями обладает механическая шестеренчатая коробка передач, но она требует частого их переключения. Автоматическая коробка передач предоставляет водителю возможность уделять больше внимания управлению автомобилем, поскольку в условиях интенсивного движения, особенно в городе, водитель часто выбирает передачу в коробке неверно, чем увеличивает расход топлива.
Совершенствование компоновочных решений автомобиля влияет на эволюцию коробок передач. В целях улучшения использования пространства кузова двигатель часто устанавливают поперек автомобиля. При этом силовой агрегат должен иметь небольшую длину, и от коробки передач зависит возможность его размещения между передними управляемыми колесами. Менее всего отвечает такой компоновке автоматическая коробка передач, Поэтому конструкторы постоянно ищут приемлемое решение этой проблемы, особенно острой для автомобилей малого и среднего классов.
Автоматическое переключение передач под нагрузкой требует соответствия частоты вращения двигателя и скорости движения автомобиля, чтобы при переключении передач не возникали рывки автомобиля. Обычно это предотвращают применением гидромуфты или гидротрансформатора. Однако, чем больше пробуксовка в этих агрегатах трансмиссии, тем больше потери энергии в них, поэтому ищут новые, более простые и эффективные решения.
В частности, фирма «Фиат» испытывает новую коробку передач с двумя промежуточными валами, которые позволяют значительно сократить ее длину. Для переключения передач в каждой ступени применено специальное сцепление с гидравлическим включением, что, позволяет осуществлять автоматическое переключение передач, управляемое электронным устройством. При этом не требуется большого пространства для размещения коробки передач и устройства управления ею.
Фирма «Отомотив Продактс» (АР), США, также работает над трехвалыюй 6-ступенчатой коробкой передач, которая переключается двумя фрикционными сцеплениями с гидравлическим приводом. Зависимость расхода топлива от скорости автомобиля при его движении по горизонтальному шоссе с идеальной трансмиссией показана на рис. ниже. Работы в области автомобильных трансмиссий в настоящее время идут в направлении создания бесступенчатой трансмиссии с высоким КПД.
 |
| Зависимость расхода топлива автомобилем с шестиступенчатой коробкой передач от включенной передачи (I—VI): |
|---|
| 1 – идеальное передаточное число. |
Читайте также
Описано влияние степени сжатия на индикаторный КПД двигателя.
15. Потери энергии в трансмиссии автомобиля
Использовать всю эффективную мощность двигателя на ведущих колесах не представляется возможным, поскольку она частично теряется при передаче ее трансмиссией. Об этом уже говорилось выше, например, в 3.7, а также в других параграфах. Эти потери нельзя не учитывать, так как они заметно влияют на расход топлива. Потери можно уменьшить оптимальным распределением передаточных чисел трансмиссии и применением повышающей передачи для обеспечения постоянной оптимальной нагрузки двигателя . Наименьшими потерями обладает механическая шестеренчатая коробка передач, но она требует частого их переключения. Автоматическая коробка передач предоставляет водителю возможность уделять больше внимания управлению автомобилем, поскольку в условиях интенсивного движения, особенно в городе, водитель часто выбирает передачу в коробке неверно, чем увеличивает расход топлива.
( Оптимизация передаточных отношений трансмиссии мало влияет на ее КПД, а введение повышающей передачи даже снижает его. Основная причина снижения расхода топлива при использовании трансмиссий с оптимальными передаточными числами лежит в переводе двигателя в режим работы с более высоким КПД. — Примеч. ред.)
Совершенствование компоновочных решений автомобиля влияет на эволюцию коробок передач. В целях улучшения использования пространства кузова двигатель часто устанавливают поперек автомобиля. При этом силовой агрегат должен иметь небольшую длину, и от коробки передач зависит возможность его размещения между передними управляемыми колесами. Менее всего отвечает такой компоновке автоматическая коробка передач, поэтому конструкторы постоянно ищут приемлемое решение этой проблемы, особенно острой для автомобилей малого и среднего классов.
Автоматическое переключение передач под нагрузкой требует соответствия частоты вращения двигателя и скорости движения автомобиля, чтобы при переключении передач не возникали рывки автомобиля. Обычно это предотвращают применением гидромуфты или гидротрансформатора. Однако, чем больше пробуксовка в этих агрегатах трансмиссии, тем больше потери энергии в них, поэтому ищут новые, более простые и эффективные решения.
Рекомендуется к прочтению 3.1.2 Компоновка трансмиссий
В частности, фирма «Фиат» испытывает новую коробку передач с двумя промежуточными валами, которые позволяют значительно сократить ее длину. Для переключения передач в каждой ступени применено специальное сцепление с гидравлическим включением, что позволяет осуществлять автоматическое переключение передач, управляемое электронным устройством. При этом не требуется большого пространства для размещения коробки передач и устройства управления ею.
Фирма «Отомотив Продактс» (АР), США, также работает над трехвальной 6-ступенчатой коробкой передач, которая переключается двумя фрикционными сцеплениями с гидравлическим приводом. Зависимость расхода топлива от скорости автомобиля при его движении по горизонтальному шоссе с идеальной трансмиссией показана на рис. 121 [24]. Работы в области автомобильных трансмиссий в настоящее время идут в направлении создания бесступенчатой трансмиссии с высоким КПД.
Рис. 121. Зависимость расхода топлива автомобилем с шестиступенчатой коробкой передач от включенной передачи (I-VI): 1 — идеальное передаточное число
Потери мощности в трансмиссии. КПД трансмиссии
Мощность и моменты, подводимые к ведущим колесам.
Режимы движения: 1) разгон, 2) равномерное движение, 3) торможение (экстренное), 4) накат (по инерции).
Мощности и моменты не подводятся к ведущим колесам при движении накатом, при экстренном торможении и при служебном торможении с отключенным двигателем.
При остановке они подводятся к ведущим колесам:
1. двигатель, 2. Маховик условно вращающих масс, включает в себя все детали и трансмиссии, 3. Трансмиссия, 4. Колеса, Ne – мощность на конце коленвала, Ne’ – мощность, подводимая к трансмиссии, Nкол – мощность, подводимая к ведущим колесам, Уm – момент инерции, соответствующий всем вращающимся массам двигателя и трансмиссии, Mj – маховик, представляющий собой условную вращающуюся массу, заменяющую все вращающиеся детали двигателя.
В момент инерции Уm = Σ моментов инерции, указанных вращ.деталей, привод.в коленвале.
Мощность, подводимая к колесам при постоянной угловой скорости коленвала (устанавливающая движение автомобиля =0) называется тяговой мощностью и обозначают Nт=Ne.
При разгоне подвижного состава часть мощности, подводимой от двигателя к трансмиссии, затрачивается на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии. Эти затраты мощности равны , где — кинетическая энергия вращающихся частей.
С учетом кинетической энергии затраты мощности
Мощность, подводимая к трансмиссии
Часть мощности, подведенной к трансмиссии, теряется на преодоление различных сопротивлений (трения) в трансмиссии. Потери мощности в трансмиссии оцениваются кпд трансмиссии . С учётом потерь мощности в трансмиссии подводимая к ведущим колесам мощность
Угловая скорость коленвала двигателя , из 2 предыдущих формул можно вывести мощность, подводимая к ведущим колесам
момент, подводимый к ведущим колесам
Потери мощности в трансмиссии. КПД трансмиссии.
В трансмиссии подвижного состава имеются механические и гидравлические потери мощности: механические – потери на трение в зубчатых зацеплениях, подшипниках и манжетах. Величина этих потерь зависит главным образом от качества обработки трущихся деталей; гидравлические – потери, связанные с перемешиванием масла в механизмах трансмиссии. Величина их зависит от вязкости масла, скорости вращения валов и шестерен, а также уровня масла. Потери мощности в трансмиссии на преодоление различных сопротивлений оцениваются кпд.
потеря мощности на трении
Для подвижного состава кпд трансмиссии = 0,8…0,92. Меньшее значение соответствует грузовым, большее – легковым.
потеря мощности в трансмиссии автомобиля.
Потери мощности в трансмиссии. КПД трансмиссии
Мощность, подводимая от двигателя к ведущим колесам автомобиля, частично затрачивается в трансмиссии на преодоление трения (сухого или жидкостного).
Потери мощности на трение в трансмиссии (рис. 3.3)
Величина Nтренвключает в себя два вида потерь: механические и гидравлические.
Механические потери обусловлены трением в зубчатых зацеплениях, карданных шарнирах, подшипниках, манжетах (сальниках) и т. п. Величина этих потерь зависит главным образом от качества обработки и смазки поверхностей трущихся деталей.
Гидравлические потери мощности связаны с перемешиванием и разбрызгиванием масла в механизмах трансмиссии (коробка передач, раздаточная коробка, ведущие мосты и др.). Величина потерь этого вида зависит от вязкости и уровня масла, залитого в механизмы трансмиссии, частоты вращения валов и шестерен.
Рис. 3.3. Графическая иллюстрация
потерь мощности в трансмиссии
v1— одно из возможных значений скорости автомобиля
Как указывалось в подразд. 3.3, потери мощности в трансмиссии оценивают с помощью КПД трансмиссии, который можно определить следующим образом:
КПД трансмиссии равен произведению КПД механизмов, входящих в ее состав:
Рекомендуется к прочтению Основные части автомобиля и их назначение
где ηк, ηкар, ηд, ηг — КПД соответственно коробки передач, карданной передачи, дополнительной коробки передач и главной передачи.
Ниже приведены значения КПД трансмиссии различных типов автомобилей и ее отдельных механизмов:
Легковые автомобили. 0,90. 0,92
Грузовые автомобили и автобусы. 0,82. 0,85
понижающая передача. 0,94. 0,96
Карданная передача. 0,97. 0,98
КПД трансмиссии не остается постоянным в течение всего срока эксплуатации автомобиля. В начале эксплуатации нового автомобиля детали механизмов трансмиссии прирабатываются, и ее КПД в течение некоторого времени повышается. Далее на протяжении длительного периода он остается почти постоянным, а затем начинает снижаться вследствие изнашивания деталей, отклонения их размеров от номинальных и образования зазоров. После капитального ремонта автомобиля и последующей приработки деталей КПД трансмиссии вновь возрастает, но уже не достигает прежнего значения.
Для автомобилей, имеющих в трансмиссии гидравлические передачи (гидротрансформаторы, гидромуфты), КПД трансмиссии равен произведению механического ηм и гидравлического ηгид КПД:
Гидравлический КПД существенно зависит от угловой скорости валов и передаваемого момента.
Радиусы колес автомобиля
У колес автомобиля (рис. 3.4) различают следующие радиусы: статический rс,динамический rд и радиус качения rкач.
Статическим радиусом называется расстояние от оси неподвижного колеса до поверхности дороги. Он зависит от нагрузки, приходящейся на колесо, и давления воздуха в шине. Статический радиус уменьшается при возрастании нагрузки и снижении давления воздуха в шине, и наоборот.
Динамическим радиусом называется расстояние от оси катящегося колеса до поверхности дороги. Он зависит от нагрузки, давления воздуха в шине, скорости движения и момента, передаваемого через колесо. Динамический радиус возрастает при увеличении скорости движения и уменьшении передаваемого момента, и наоборот.
Радиусом качения называется отношение линейной скорости оси колеса к его угловой скорости:
Радиус качения, зависящий от нагрузки, давления воздуха в шине, передаваемого момента, пробуксовывания и проскальзывания колеса, определяется экспериментально или вычисляется по формуле
где пк — число полных оборотов колеса; SK — путь, пройденный колесом за полное число оборотов.
Из выражения (3.13) следует, что при полном буксовании колеса (SK = 0) радиус качения rкач = 0, а при полном скольжении
Как показали исследования, на дорогах с твердым покрытием и хорошим сцеплением радиус качения, статический и динамический радиусы отличаются друг от друга незначительно. Поэтому можно считать, что они практически равны, т.е. rс ≈ rд ≈ rкач.
При выполнении расчетов в дальнейшем будем использовать это приближенное значение. Соответствующую величину назовем радиусом колеса и обозначим rк.
Для различных типов шин радиус колеса может быть определен по ГОСТ, в котором регламентированы статические радиусы для ряда значений нагруз-
ки и давления воздуха в шинах. Кроме того, радиус колеса, м, можно рассчитать по номинальным размерам шины, используя выражение
где d — диаметр обода колеса, м; Вш — ширина профиля шины, м; λш= 0,8. 0,9 — коэффициент смятия шины.
Формула (3.14) обеспечивает наиболее точные результаты для самого распространенного типа шин — тороидальных.
Потери энергии в трансмиссии автомобиля
Использовать всю эффективную мощность двигателя на ведущих колесах не представляется возможным, поскольку она частично теряется при передаче ее трансмиссией. Об этом уже говорилось ранее. Эти потери нельзя не учитывать, так как они заметно влияют на расход топлива. Потери можно уменьшить оптимальным распределением передаточных чисел трансмиссии и применением повышающей передачи для обеспечения постоянной оптимальной нагрузки двигателя [2]. Наименьшими потерями обладает механическая шестеренчатая коробка передач, но она требует частого их переключения. Автоматическая коробка передач предоставляет водителю возможность уделять больше внимания управлению автомобилем, поскольку в условиях интенсивного движения, особенно в городе, водитель часто выбирает передачу в коробке неверно, чем увеличивает расход топлива.
Совершенствование компоновочных решений автомобиля влияет на эволюцию коробок передач. В целях улучшения использования пространства кузова двигатель часто устанавливают поперек автомобиля. При этом силовой агрегат должен иметь небольшую длину, и от коробки передач зависит возможность его размещения между передними управляемыми колесами. Менее всего отвечает такой компоновке автоматическая коробка передач, Поэтому конструкторы постоянно ищут приемлемое решение этой проблемы, особенно острой для автомобилей малого и среднего классов.
Автоматическое переключение передач под нагрузкой требует соответствия частоты вращения двигателя и скорости движения автомобиля, чтобы при переключении передач не возникали рывки автомобиля. Обычно это предотвращают применением гидромуфты или гидротрансформатора. Однако, чем больше пробуксовка в этих агрегатах трансмиссии, тем больше потери энергии в них, поэтому ищут новые, более простые и эффективные решения.
Рекомендуется к прочтению Самые надёжные АКПП: ТОП-10
В частности, фирма «Фиат» испытывает новую коробку передач с двумя промежуточными валами, которые позволяют значительно сократить ее длину. Для переключения передач в каждой ступени применено специальное сцепление с гидравлическим включением, что, позволяет осуществлять автоматическое переключение передач, управляемое электронным устройством. При этом не требуется большого пространства для размещения коробки передач и устройства управления ею.
Фирма «Отомотив Продактс» (АР), США, также работает над трехвалыюй 6-ступенчатой коробкой передач, которая переключается двумя фрикционными сцеплениями с гидравлическим приводом. Зависимость расхода топлива от скорости автомобиля при его движении по горизонтальному шоссе с идеальной трансмиссией показана на рис. ниже. Работы в области автомобильных трансмиссий в настоящее время идут в направлении создания бесступенчатой трансмиссии с высоким КПД.
|
| Зависимость расхода топлива автомобилем с шестиступенчатой коробкой передач от включенной передачи (I—VI): |
|---|
| 1 – идеальное передаточное число. |
Читайте также
Снижение выброса токсичных веществ с отработавшими газами
Воздух в городах все более загрязняется веществами, вредными для здоровья человека, особенно окисью углерода, несгоревшими углеводородами, окислами азота, соединениями свинца, серы и т. д.
Что такое дизельный автомобиль? Преимущества и недостатки дизеля
Высокая энергоэффективность дизельных автомобилей делает их очень перспективными. Рассматривая преимущества и недостатки дизеля, можно сделать вывод, что последние не являются существенными и могут быть преодолены.
Сноски
-
Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 22 — 23 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru Оптимизация передаточных отношений трансмиссии мало влияет на ее КПД, а введение повышающей передачи даже снижает его. Основная причина снижения расхода топлива при использовании трансмиссий с оптимальными передаточными числами лежит в переводе двигателя в режим работы с более высоким КПД. — Примеч. ред. книги.
Комментарии
Все материалы, представленные на данном сайте, защищены законодательством в области авторского права. Смотрите публикация Ваших материалов, условия перепечатки материалов, соблюдение авторских прав.
Дизайн и поддержка – Владимир Егоров, icarbio.ru 2010-2014 ©.
Потери энергии в трансмиссии
В формулах, приведенных выше, значения потерь энергии при её передаче от двигателя к ведущим колесам, обусловленные работой трения в деталях и разбрызгиванием масла, оцениваются коэффициентом полезного действия трансмиссии (ηт). Рассматривают потери в трансмиссии, разбивая их на две группы.
К первой группе относят потери на трение в зацеплении шестерен, в подшипниках, в сальниках; ко второй группе относят гидравлические потери, вызванные разбрызгиванием масла при вращении валов и шестерен. Потери энергии первой группы зависят в основном от числа пар и конструкции шестерен, находящихся в зацеплении в данный момент. КПДэтой группы подсчитывают по формуле:
ηт=ηц m ηк n
Потери энергии второй группы оцениваются КПДхолостого хода, который равен:
η хх = 1 – ζ .
Значение коэффициента ζ зависит от частоты вращения шестерен и валов, количества и вязкости трансмиссионного масла.
Таким образом, при заданной или известной кинематической схеме трансмиссии автомобиля механический КПДтрансмиссии вычисляют по формуле:
ηт=ηц m ηк n ( 1 – ζ ),
где ζ – коэффициент, учитывающий потери энергии в трансмиссии на холостом ходу; его величина выбирается в пределах 0,03…0,05;
ηц, ηк — КПДцилиндрической и конической пары шестерен; значениеКПДпары шестерен принимаютηц= 0,985…0,990 иηк= 0,975…0,980;
m и n– число пар цилиндрических и конических шестерен, находящихся в зацеплении одновременно.
Для машин колесной формулы 4×4 по приведенной выше формуле вычисляют отдельно КПДветвей трансмиссии, соединяющих двигатель с переднимиηт1и заднимиηт2ведущими колесами. Затем рассчитывают полное значение механическогоКПДтрансмиссии по выражению:
где кN1– коэффициент передачи мощности на привод передних колес.
Распределение мощности по ведущим мостам зависит от распределения веса автомобиля по осям, схемы трансмиссии, условий эксплуатации.
Для практических расчетов средние значения КПДмогут быть приняты по данным табл. 2.4.
Похожие записи:
- Устройство и принцип действия АКПП
- FAQ Трансмиссия ч. 2
- Немного информации о движущей силе Tesla Model S
- Гидрообъемные (гидростатические) передачи
https://autoand.ru/transmissiya/poteri-energii-v-transmissii-avtomobilya/