PARAMETRII AUTOVEHICULELOR

Alegerea parametrilor constructivi ai autovehiculului

Parametrii constructivi definesc caracteristici constructive si functionale prin intermediul carora pot fi comparate performantele autovehiculelor.

Parametrii dimensionali

In functie de tipul, destinatia si parametrii energetici ai autovehiculului stabiliti prin tema de proiectare sau prin calcul, se vor adopta parametrii dimensionali. Valorile acestora vor fi estimate prin comparatie cu cele ale unor autovehicule similare existente.

Fig. Dimensiunile principale ale autovehiculelor

Marimea autovehiculelor, capacitatea de trecere, maniabilitatea si stabilitatea depind de dimensiunile principale ale acestora. Aceste dimensiuni sunt reprezentate in figura 1.1.:

ampatamentul L este definit ca distanta dintre axa geometrica a puntii din fata si cea a puntii din spate. La autovehiculele cu trei punti (doua punti in spate) ampatamentul se defineste ca distanta dintre axa geometrica a puntii din fata si jumatatea distantei dintre axele puntilor din spate;

ecartamentul rotilor din fata B₁ si al rotilor din spate B₂ reprezinta distantele dintre planurile mediane verticale de simetrie ale rotilor puntii din fata, respectiv ale puntii din spate. La autovehiculele cu puntea din spate cu roti duble (pe aceiasi parte) ecartamentul este considerat ca distanta dintre planurile verticale aflate la jumatatea distantei dintre rotile de aceiasi parte;

Dimensiunile de gabarit

Sunt date de dimensiunile maxime ale autovehiculului pe cele trei directii (axe):

lungimea l este distanta dintre planul transversal perpendicular pe axul drumului tangent la extremitatea din fata si planul transversal perpendicular pe axul drumului tangent la extremitatea din spate ale autovehiculului;

latimea D este data de distanta dintre doua planuri longitudinale paralele cu axa longitudinala a autovehiculului, perpendiculare pe suprafata drumului si tangente la partile din dreapta si din stanga ale acestuia;

inaltimea I reprezinta distanta dintre planul drumului si un plan paralel cu acesta tangent la punctul cel mai de sus al autovehiculului;

raza interioara de gabarit R_ig este raza cercului descris de punctul autovehiculului aflat cel mai aproape de centrul virajului;

raza exterioara de gabarit R_eg este raza cercului descris de punctul autovehiculului aflat cel mai departe de centrul virajului;

fasia de gabarit B_g este data de diferenta dintre raza exterioara de gabarit R_eg si raza interioara de gabarit R_ig (fig.1.2):

B_g = R_eg - R_ig

Fig. Fasia de gabarit a autovehiculelor (Din. )

Parametrii dimensionali ai capacitatii de trecere

unghiul de atac α₁ este unghiul format de planul drumului si un plan tangent la rotile puntii din fata si la partea cea mai de jos din fata a autovehiculului;

unghiul de degajare α₂ este unghiul format de planul drumului si un plan tangent la rotile puntii din spate si la partea cea mai de jos din spate a autovehiculului;

consola fata l₁ este data de distanta dintre axa puntii din fata si un plan transversal perpendicular pe suprafata drumului tangent la extremitatea din fata a autovehiculului;

consola spate l₂ este data de distanta dintre axa puntii din spate si un plan transversal perpendicular pe suprafata drumului tangent la extremitatea din spate a autovehiculului;

raza longitudinala de trecere ρ₁ reprezinta raza unui cilindru tangent la rotile puntii din fata, la rotile puntii din spate si la partea cea mai de jos dintre punti;

raza transversala de trecere ρ₂ reprezinta raza unui cilindru tangent la rotile din partea stanga, la rotile din partea dreapta si la partea cea mai de jos a autovehiculului;

garda la sol (lumina) c este distanta dintre planul drumului si un plan paralel cu acesta tangent la partea cea mai de jos a autovehiculului.

Geometria directiei

In categoria parametrilor dimensionali pot fi considerate si unghiurile de montaj ale rotilor puntii directoare, care caracterizeaza geometria directiei (fig. ).

Fig. Unghiurile rotilor de directie

Convergenta rotilor de directie se masoara intr-un plan paralel cu suprafata drumului la nivelul diametrului exterior al jentilor si este data de diferenta dintre distantele A si B dintre partea din spate, respectiv din fata a jentii rotii din stanga si a jentii rotii din dreapta (fig.1.3). Valorile uzuale ale convergentei rotilor sunt cuprinse intre 0÷5mm = A-B, rotile fiind inchise in partea din fata. Unele roti de directie au convergenta negativa, ceea ce inseamna ca rotile sunt deschise in partea din fata.

Convergenta asigura rularea rotilor pe traiectorii paralele.

In functie de fortele care actioneaza asupra rotilor directoare (roti motoare sau nemotoare) si a existentei deportului, se dezvolta momente care tind sa deschida sau sa inchida rotile. Aceste tendinte sunt atenuate prin existenta convergentei, respectiv a divergentei rotilor directoare. Valorile mari ale convergentei sau divergentei rotilor directoare genereaza frecari mari intre roti si drum, determinand uzuri suplimentare ale pneurilor, cresterea rezistentelor la rulare, iar ca o consecinta a acestora va creste consumul de combustibil al autovehiculului.

Deportul rotilor de directie Δ reprezinta distanta dintre urma axului pivotului pe drum si planul vertical de simetrie al rotii (fig

Unghiul de cadere α este unghiul format de planul de simetrie al rotii si un plan vertical perpendicular pe suprafata drumului (fig. ).

Acest unghi:

asigura stabilitatea miscarii rotilor de directie prin micsorarea tendintei de oscilare a acestora in limita permisa de jocurile din rulmentii butucului;

genereaza componenta axiala a reactiunii drumului asupra rotii Z_R sinα , care prin impingerea butucului spre interior anuleaza jocul din rulmenti si descarca piulita de fixare si reglare din capatul fuzetei;

micsoreaza deportul rotii Δ si prin aceasta se micsoreaza momentul necesar bracarii rotilor;

mareste uzura partii exterioare a benzii de rulare a pneurilor.

Pentru cele mai multe tipuri constructive de autovehicule valorile uzuale ale acestui unghi sunt pozitive (rotile sunt inclinate spre exterior): 0,5÷2^o, dar exista si constructii cu valori negative (rotile sunt inclinate spre interior): - 0÷0,5^o. Valorile unghiului de cadere si convergentei sunt corelate pentru a asigura paralelismul planurilor de rotatie ale rotilor directoare.

Unghiul de inclinare transversala a pivotului β este unghiul format de axul pivotului si un plan vertical perpendicular pe suprafata drumului (fig.1.3).

Existenta acestui unghi:

asigura revenirea rotilor la deplasarea in linie dreapta dupa ce acestea au fost bracate pentru a efectua un viraj, prin generarea unui moment stabilizator;

imbunatateste stabilitatea rotilor de directie prin asigurarea revenirii acestora la pozitia de rulare in linie dreapta;

mareste efortul la volan in momentul virarii, prin aceasta micsorand manevrabilitatea autovehiculului.

In functie de tipul autovehiculului unghiul de inclinare transversala a pivotului γ are valori de: 3÷10^o, valorile mai mici fiind pentru autovehiculele grele.

Unghiul de inclinare longitudinala a pivotului γ (unghiul de fuga) este unghiul format de axul pivotului si un plan vertical ce trece prin axul rotii (fig.1.3).

Acest unghi:

asigura stabilitatea rotilor de directie prin dezvoltarea unui moment stabilizator;

asigura revenirea rotilor la deplasarea in linie dreapta dupa ce acestea au fost bracate pentru a efectua un viraj;

micsoreaza manevrabilitatea autovehiculului prin marirea efortului la volan in momentul virarii.

Pentru majoritatea constructiilor valorile acestui unghi sunt cuprinse intre: 0÷5^o.

Parametrii de greutate

Destinatia, tipul si dimensiunile principale determina greutatea proprie, greutatea totala si capacitatea de incarcare ale autovehiculelor. La tractoare si autovehicule speciale, greutatea este un parametru care caracterizeaza aderenta, calitatile de tractiune si presiunea specifica pe sol.

Astfel se stabilesc:

greutatea proprie G_o;

greutatea totala G_a;

repartitia greutatii totale a autovehiculului pe punti G₁ si G₂;

repartitia greutatii pe roti;

pozitia centrului de greutate in plan longitudinal;

inaltimea centrului de greutate.

Greutatea proprie a autovehiculului G_o este greutatea autovehiculului complet echipat, alimentat, fara incarcatura si fara persoane la bord.

Greutatea utila a autovehiculului G_u reprezinta greutatea incarcaturii pe care o poate transporta un autovehicul.

La autocamioane, greutatea conducatorului si a persoanelor de deservire nu sunt incluse in greutatea utila. In cazul autovehiculelor destinate transportului de persoane greutatea utila include greutatea conducatorului, a personalului de deservire, a pasagerilor si a bagajelor.

La autobuze greutatea utila se determina in functie de numarul de locuri pe scaune n, la care se mai adauga numarul de locuri in picioare m (5÷6 locuri pe metrul patrat disponibil al podelei) in cazul autobuzelor urbane. Greutatea unei persoane G_p se considera 750 N, iar greutatea bagajului G_b pentru fiecare persoana se apreciaza la 50 N pentru autobuzele urbane si autocamioane si 250 N la autoturisme, autobuze interurbane si autobuze turistice.

Greutatea totala a autovehiculului G_a rezulta prin insumarea greutatii proprii G_o, greutatii utile G_u , greutatii persoanelor G_p si a bagajelor G_b, astfel:

pentru autocamioane:

G_a = G_o + G_u + (n + 1) (G_p + G_b)

pentru autobuze urbane:

G_a = G_o + (n + m + 1) (G_p + G_b) )

pentru autobuze turistice:

G_a = G_o + (n + 1) (G_p + G_b) ( )

pentru autoturisme:

G_a = G_o + n(G_p + G_b)    ( )

Unele caracteristici orientative de greutate pentru autoturisme sunt date in tabelul 1.2.

Tabelul 1.2 Caracteristicile de greutate ale autoturismelor

Greutatea totala a autotrenurilor G_a rezulta prin insumarea greutatii totale a autovehiculului care tracteaza cu greutatea totala (remorcata) a remorcii, semiremorcii, sau a trailerului.

Greutatea remorcata este data de greutatea proprie plus incarcatura remorcii, semiremorcii, sau a trailerului.

Greutatea aderenta reprezinta greutatea repartizata pe puntea (puntile) motoare.

Coeficientul de utilizare a greutatii h_G este un element care permite compararea autovehiculelor din punct de vedere al parametrilor de greutate si este dat de relatia:

.

Greutate constructiva este greutatea autovehiculului nealimentat cu combustibil, fara ulei, lichid de frana si de racire, fara scule si greutati suplimentare. Acest parametru serveste la aprecierea consumului de metale si alte materiale ce intra in constructia autovehiculului.

Greutatea de exploatare este greutatea totala a autovehiculului, alimentat, cu greutati suplimentare sau apa in pneuri, cu conducator, scule, inclusiv greutatea agregatelor auxiliare, greutatea masinilor agricole purtate, sau a unei parti din greutatea masinilor agricole semipurtate.

Repartizarea greutatii autovehiculului

Repartizarea greutatii totale a G_a , sau greutatii de exploatare in cazul autovehiculelor speciale, pe puntile, respectiv pe rotile autovehiculului, se realizeaza in functie de tipul constructiv si destinatia autovehiculului.

Cu:

G₁ s-a notat greutatea repartizata pe puntea din fata;

G₂ este greutatea repartizata pe puntea din spate;

a si b sunt coordonatele centrului de greutate in plan longitudinal;

h_g este inaltimea centrului de greutate;

G_{1S ,} G_1D sunt greutatile repartizate pe roata din stanga, respectiv dreapta ale puntii din fata;

G_2S ,G_2D sunt greutatile repartizate pe roata din stanga, respectiv dreapta ale puntii din spate.

Fig. 1.15. Repartizarea greutatii autovehiculului pe punti

Daca se are in vedere repartizarea greutatii pe puntile autovehiculului si se scrie ecuatia echilibrului de forte in plan vertical si de momente in raport cu centrul de greutate C, rezulta:

Σ F_V     (1.5.)

Σ M_o    G₁ a = G₂ b ,

Inlocuind G₁ respectiv G₂ din relatia 1.5 rezulta:

G₁ a = (G_a - G₁)b     G₁ a + G₁b = G_ab ( )

(G_a - G₂) a = G₂ b G₂ a + G₂b = G_aa ( )

Pentru imbunatatirea calitatilor de tractiune se recomanda ca puntea (puntile) motoare sa fie mai incarcate.

Pentru a asigura o maniabilitate si stabilitate in curbe mai bune, este necesar ca puntea (puntile) directoare sa fie mai incarcate.

In vederea asigurarii unei uzuri uniforme a anvelopelor ar trebui ca incarcarea rotilor sa fie aceiasi.

Repartizarea greutatii pe puntile autovehiculelor se face inca din faza de proiectare in functie de destinatia acestora.

Fig. 1.16. Determinarea experimentala a coordonatelor centrului de greutate.

Determinarea pozitiei centrului de greutate

Pozitia centrului de greutate C in plan longitudinal este definita de dimensiunile a si b, iar in plan vertical de inaltimea centrului de greutate h_g . Aceste coordonate ale centrului de greutate pot fi determinate experimental conform schitei prezentate in figura

Daca se determina greutatea totala a autovehiculului G_a si repartitia acesteia pe puntile din fata G₁, respectiv spate G₂ prin cantarire_, se calculeaza dimensiunile a si b din relatiile 1..:

. ( )

Pentru determinarea inaltimii centrului de greutate h_g conform figurii 1.16, se masoara prin cantarirea autovehiculului in pozitie orizontala greutatile G_a , G₁ si G₂ .

Se blocheaza suspensia puntii din spate, se ridica puntea din fata a autovehiculului la un unghi a de 10.15^o si se masoara greutatile ce revin puntilor din fata si din spate in aceasta pozitie. Pentru a compensa deformarile anvelopelor se fac aceleasi determinari, se ridica si puntea din spate si se masoara greutatile ce revin puntilor din fata si din spate .

Cunoscand aceste marimi si coordonatele longitudinale ale centrului de masa, se poate scrie:

, ( )

de unde:

, (

Daca se scrie ecuatia de momente in raport cu axa rotilor din fata (punctul O) se obtine:

. (

Din aceasta relatie prin inlocuirea valorilor date de relatia , se obtine expresia inaltimii centrului de masa h_{g :}

, ( )

sau:

, ( )

unde: r este raza rotii autovehiculului.

Orientativ, in tabelul 1.3 sunt date valorile medii ale coordonatelor centrului de greutate pentru diferite tipuri de autovehicule.

Tabelul 1.3. Coordonatele centrului de masa

Repartizarea greutatii pe rotile aceleiasi punti se face prin impartirea greutatii ce revine puntii, la numarul de roti al acesteia.

Parametrii dinamici

Calitatile dinamice ale autovehiculelor sunt date de parametrii dinamici, cu ajutorul carora pot fi comparate performantele dinamice ale acestora.

Acesti parametri se determina la deplasarea autovehiculului pe drum orizontal de calitate foarte buna, incarcat cu sarcina nominala.

Viteza autovehiculului v_a reprezinta spatiul parcurs de acesta in unitatea de timp:

,

in care: S este spatiul parcurs de autovehicul;

t reprezinta timpul in care se parcurge spatiul S.

Viteza minima este definita ca valoarea cea mai mica a vitezei autovehiculului in treapta intai de viteze, cu motorul functionand fara intreruperi.

Viteza minima pe trepte de viteze reprezinta valoarea cea mai mica a vitezei autovehiculului determinata pentru fiecare treapta de viteze, cu motorul functionand fara intreruperi.

Viteza maxima este viteza cea mai mare cu care se poate deplasa autovehiculul pe un drum orizontal, de calitate foarte buna, cu treapta superioara din cutia de viteze, incarcat cu sarcina nominala.

Viteza medie tehnica este viteza rezultata prin impartirea parcursului efectuat de autovehicul la timpul de mers efectiv.

Viteza de exploatare (comerciala) este viteza rezultata prin impartirea parcursului efectuat de autovehicul la timpul total in care s-a efectuat cursa (timpul de mers efectiv, timpii de incarcare-descarcare, timpii pentru urcarea sau coborarea pasagerilor, etc.).

Viteza economica este viteza de deplasare la care consumul de combustibil al autovehiculului este minim.

Viteza teoretica este cea care se determina cu relatia:

,

in care: r este raza de rulare a rotii motoare, respectiv raza de angrenare a rotii motoare in cazul autovehiculelor pe senile;

w este viteza unghiulara a rotii motoare;

w_e este viteza unghiulara a motorului;

i_tr este raportul total de transmitere al transmisiei autovehiculului.

Acceleratia autovehiculului a_a reprezinta variatia vitezei in unitatea de timp:

,

Timpul de demarare t_d este timpul necesar ca autovehiculul sa atinga 0,9 din viteza maxima, pornind de pe loc, cu schimbarea succesiva a tuturor treptelor de viteze, pe un drum orizontal de calitate foarte buna, incarcat cu sarcina nominala.

Spatiul de demarare S_d este spatiul parcurs de autovehicul pana la 0,9 din viteza maxima in conditiile descrise la definirea timpului de demarare.

Spatiul de franare S_f , este distanta parcursa de un autovehicul franat din momentul intrarii in actiune a sistemului de franare, pana la oprirea sa completa, cu motorul decuplat.

Spatiul de oprire S_o este distanta parcursa de un autovehicul franat, incepand din momentul sesizarii de catre conducatorul auto a necesitatii franarii si pana la oprirea completa, cu motorul decuplat.

Spatiul de rulare libera S_rl este distanta parcursa de autovehicul din momentul decuplarii motorului de transmisie pana la oprirea completa, fara actionarea sistemului de franare.

Factorul dinamic D este un parametru adimensional folosit pentru aprecierea si compararea performantelor dinamice ale autovehiculelor si este determinat de raportul dintre forta dinamica excedentara F_e si greutatea totala G_a :

, (1.13)

unde: F_R este forta la roata;

F_a este forta de rezistenta a aerului;

G_a este greutatea totala a autovehiculului.

Forta de tractiune la carlig F_c este forta disponibila la dispozitivul de remorcare al autovehiculului care este folosita la tractarea remorcilor, semiremorcilor, sau masinilor agricole tractate.

Rampa maxima a_max este valoarea maxima a rampei exprimata in grade sau in procente, pe care o poate urca autovehiculul, incarcat cu sarcina nominala.

Calitatile tehnice si de exploatare ale autovehiculului

Calitatile tehnice si de exploatare caracterizeaza posibilitatea utilizarii autovehiculului la o productivitate maxima, in conditiile unei securitati de circulatie ridicate. Cele mai importante calitati tehnice de exploatare ale autovehiculelor sunt:

calitatile de tractiune sunt determinate de performantele autovehiculului: viteza maxima, acceleratia, timpul si spatiul de demarare, deceleratia maxima si spatiul de franare, care depind de performantele motorului, de parametrii transmisiei si de rezistentele care se opun deplasarii autovehiculului.

Economicitatea reprezinta posibilitatea autovehiculului de a efectua transporturi cu consumuri de combustibil cat mai reduse. Aceasta depinde de parametrii motorului, ai transmisiei si sistemului de rulare, de greutatea transportata, de valorile rezistentelor la inaintare, este influentata de caracteristicile si calitatea drumului.

durabilitatea, este data de calitatea autovehiculului de a functiona timp indelungat fara defectiuni, in limita uzurilor admise. Ea este determinata de factori constructivi: calitatea materialelor folosite la fabricarea pieselor, tehnologia de fabricare a pieselor, tehnologia de montaj, felul ungerii si de factori de exploatare: calitatea si starea drumului, conditiile meteorologice, calitatea combustibilului si lubrifiantului, calitatea si ritmicitatea reviziilor tehnice periodice, calificarea conducatorului auto, etc.

Maniabilitatea este determinata de calitatea autovehiculului de a efectua cu usurinta schimbari de directie si de a mentine directia de deplasare dorita. Depinde de constructia autovehiculului, de parametrii sistemului de directie, de elasticitatea transversala a pneurilor si de pozitia centrului de masa.

Confortabilitatea este calitatea autovehiculului de a circula cu viteze mari pe drumuri de calitate buna, fara socuri sau oscilatii mari care sa provoace obosirea excesiva a pasagerilor, deteriorarea marfurilor transportate, sau avarierea organelor si agregatelor proprii.

Stabilitatea autovehiculului reprezinta capacitatea acestuia de a se deplasa rectiliniu sau in curbe, pe rampe si pante, pe drumuri inclinate transversal, fara a se rasturna, a patina, aluneca, sau derapa.

Cheltuielile de intretinere si reparatii sunt determinate de simplitatea si usurinta cu care acestea se pot efectua. De asemenea ele depind de accesibilitatea la punctele de ungere si reglare, de simplitatea montarii si demontarii agregatelor, de gradul de unificare si interschimbabilitate a pieselor si agregatelor autovehiculului.

Calitatile tehnice ale unui autovehicul nu se pot aprecia in afara legaturii care exista intre acestea si conditiile de exploatare. Deci, gradul de concordanta dintre calitatile tehnice ale autovehiculului si conditiile de exploatare constituie indicele principal de apreciere a unei constructii sau a alteia.

Parametrii energetici

Parametrii energetici cuprind date ce caracterizeaza motoarele cu care sunt echipate autovehiculele. Motorul este elementul esential ce imprima parametrii dinamici si calitatile de exploatare ale autovehiculelor. Sursa de energie cea mai utilizata pentru propulsia autovehiculelor este motorul cu ardere interna. In motorul cu ardere interna are loc transformarea energiei chimice a combustibilului in energie mecanica. Motoarele cu ardere interna sunt:

motor cu aprindere prin scanteie in care aprinderea amestecului carburant este initiata de o scanteie electrica data de bujie;

motor cu aprindere prin comprimare in care amestecul carburant se autoaprinde.

Influenta motorului asupra dinamicii si calitatilor de exploatare ale autovehiculului este determinata de caracteristica lui exterioara.

Caracteristica exterioara a motoarelor reprezinta dependenta dintre puterea efectiva, momentul efectiv, consumul orar, consumul specific de combustibil si turatia arborelui cotit la admisie plina (maxima) de combustibil.

Pentru motorul cu aprindere prin scanteie si cel cu aprindere prin comprimare in figurile .. sunt prezentate caracteristicile lor exterioare.

In afara acestor motoare larg raspandite s-a incercat si utilizarea altor tipuri de motoare cum sunt: motoarele cu ardere externa, cu aburi; turbinele cu gaze si cu aburi; motoare cu pistoane rotative; motoare electrice. In ceea ce priveste utilizarea motoarelor electrice la autoturisme se intreprind cercetari pentru realizarea de baterii de acumulatori cu capacitate mare de incarcare, timp de incarcare mic, greutate mica si pret de cost redus care sa asigure o autonomie suficienta in conditii de eficienta dinamica si economica.

La alegerea motorului care echipeaza un anumit autovehicul trebuie sa se tina seama de conditiile de exploatare specifice acestuia

Determinarea experimentala a caracteristicii exterioare de turatie se face pe standuri de incercari. Incarcarea motorului se realizeaza cu o frana care permite obtinerea unui moment rezistent variabil, prin aceasta modificandu-se turatia.

modificarea momentului de franare.

Fig. 2.1 Caracteristica exterioara de turatie.

In figura 2.1 sunt prezentate exemple de caracteristici de turatie exterioare pentru motoarele cu aprindere prin

La motoarele cu aprindere prin comprimare (M.A.C.) sau la motoarele cu aprindere prin scanteie cu injectie (M.A.S.I.) admisia maxima de combustibil se realizeaza la pozitia de debit maxim a pompei de injectie, iar la motoare cu aprindere prin scanteie cu carburator (M.A.S.) la deschiderea completa a clapetei de acceleratie.

Parametrii care descriu performantele maxime ale motoarelor si care permit compararea acestora, sunt cei reprezentati in caracteristica exterioara:

P_e - putere efectiva a motorului;

P_m - puterea maxima (nominala);

n_m - turatia corespunzatoare puterii maxime;

M_e - momentul efectiv;

M_M - momentul maxim;

n_M - turatia corespunzatoare momentului maxim;

C - consumul orar de combustibil;

c - consumul specific de combustibil;

n_max - turatia maxima;

n_min - turatia minima stabila de functionare in sarcina maxima (pe caracteristica exterioara).

Unele motoare cu aprindere prin scanteie si toate motoarele cu aprindere prin comprimare sunt prevazute cu regulator limitator de turatie (figura 2.1,b), care are rolul sa limiteze turatia maxima a motorului la o anumita valoare, pentru a proteja motorul de suprasarcini, si pentru a evita functionarea acestuia in regim neeconomic si poluant.

turatia nominala n_m si turatia maxima n_max , este denumita caracteristica de regulator, iar variatia momentului motor M, puterii P si consumului orar C in aceasta zona este liniara.

Intervalul cuprins intre turatia de moment maxim n_M si turatia de putere maxima n_max este considerata zona de functionare stabila a motorului. Daca se urmareste evolutia graficelor puterii si momentului pe caracteristica exterioara se poate constata ca in aceasta zona, la scaderea turatiei (cand rezistentele la inaintarea autovehiculului cresc), scade puterea, dar aceasta micsorare a puterii este compensata de cresterea de moment. Tot in aceasta zona se afla si consumul specific minim. Marimea zonei de functionare stabila este caracterizata de coeficientul de elasticitate al motorului, definit ca raportul dintre turatia de moment maxim si turatia de putere maxima (nominala):

. ( )

Valorile uzuale ale coeficientilor de elasticitate ai motoarelor cu ardere interna sunt cuprinse in intervalele: 0,35 0,55 pentru motoarele cu aprindere prin scanteie si pentru motoarele cu aprindere prin comprimare.

Se defineste coeficientul de adaptabilitate al motorului ca raportul dintre momentul maxim si momentul corespunzator puterii maxime:

. ( )

Valorile uzuale ale coeficientilor de adaptabilitate ai motoarelor cu ardere interna sunt cuprinse in intervalele: 1,10 1,25 pentru motoarele cu aprindere prin comprimare si pentru motoarele cu aprindere prin scanteie.

Caracteristica exterioara a motoarelor cu ardere interna poate fi determinata:

experimental - pe standuri de incercari motoare;

teoretic - cu ajutorul unui model matematic (relatii analitice).

Determinarea analitica a caracteristicii exterioare a motoarelor cu ardere interna

Caracteristica exterioara a motoarelor cu ardere interna descrie performantele maxime ale acestora. Ea este folosita pentru determinarea performantelor de dinamicitate si economicitate ale autovehiculelor.

Descrierea analitica a evolutiei puterii in functie de turatie se face cu relatia:

, ( )

respectiv, pentru moment:

, ( )

unde a a a sunt coeficienti care depind de coeficientul de elasticitate al motorului c_e. Acestia se calculeaza cu relatiile:

. ( )

Pentru calcului curbei consumului specific se utilizeaza relatia:

, (2.16)

unde c_min este consumul specific minim de combustibil.

Consumul orar de combustibil se calculeaza cu relatia:

( )

Reprezentarea grafica a acestor relatii analitice este cea din figura

Randamentul transmisiei

Puterea dezvoltata de motor este transmisa la rotile motoare prin intermediul transmisiei. Transmiterea puterii la rotile motoare ale autovehiculelor este insotita de pierderi de putere datorita frecarilor din lagare, din zona sistemelor de etansare, frecarile din angrenajele care participa la transmiterea puterii si datorita barbotarii uleiului. Aceste pierderi sunt exprimate prin intermediul randamentului transmisiei.

Randamentul transmisiei se defineste ca raport intre puterea la roata P_R si puterea efectiva a motorului P_e si se noteaza cu h_tr

, ( )

de unde puterea pierduta in transmisie P_tr este:

( )

Pornind de la relatia de definitie 3.5, randamentul transmisiei poate fi exprimat si functie de momente si raportul de transmitere:

, ( )

unde: - M_R - este momentul la roata;

M_e - este momentul efectiv al motorului;

ω_R - viteza unghiulara a rotii;

ω_m - viteza unghiulara a motorului

Pierderea totala de putere in transmisie reprezinta suma pierderilor partiale in fiecare subansamblu al transmisiei, iar randamentul transmisiei se poate calcula cu relatia:

, (

unde: - h_cv este randamentul cutiei de viteze;

h_cd este randamentul cutiei de distributie;

h_c este randamentul transmisiei longitudinale (cardanice);

h_o este randamentul reductorului central;

h_r este randamentul transmisiei finale (reductor in roata).

In cazul autovehiculelor pe senile cu mecanism planetar de directie trebuie luat in considerare si randamentul acestui mecanism.

Determinarea randamentului transmisiei pe cale experimentala se face global pentru intreaga transmisie, sau pentru fiecare subansamblu in parte si apoi se calculeaza cu relatia 3.7.

Pe baza determinarilor experimentale efectuate pentru diverse tipuri de autovehicule, s-au stabilit valorile medii ale randamentelor principalelor componente ale transmisiei, asa cum sunt prezentate in tabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Valorile medii ale randamentelor
pentru principalele subansambluri ale transmisiei.

Pierderile de putere in transmisiile cu roti dintate pot fi grupate in: pierderi care depind de valoarea momentului transmis: pierderi care nu depind de momentul transmis. Din prima grupa fac parte pierderile datorate frecarii dintre dintii rotilor dintate si intr-o masura mai mica pierderile datorate frecarilor din lagare. Din cea de a doua grupa fac parte pierderile datorate barbotarii uleiului, care depind in special de turatia pieselor din transmisie. La un regim de turatie si temperatura constant, indiferent de momentul transmis, aceste pierderi raman constante.

Momentul la roata si forta de tractiune ale autovehiculelor

Momentul de torsiune dezvoltat de motorul cu ardere interna este transmis prin intermediul transmisiei la rotile motoare ale autovehiculelor. Momentul transmis rotii motoare se numeste moment motor sau moment la roata M_R.

Pentru calculul momentului M_R transmis la rotile motoare ale autovehiculului se foloseste relatia:

, ( )

in care: - M_e - este momentul efectiv al motorului;

h_tr este randamentul transmisiei;

- i_tr - este raportul de transmitere al transmisiei autovehiculului definit ca raportul dintre viteza unghiulara a arborelui cotit al motorului w_m si viteza unghiulara a rotilor motoare w_R, sau raportul dintre turatia arborelui cotit al motorului n_m si turatia rotilor motoare n_R:

. ( )

La realizarea raportului total de transmitere participa mai multe ansambluri ale transmisiei. Raportul total de transmitere al transmisiei va fi dat de produsul dintre rapoartele de transmitere ale componentelor transmisiei:

,

in care: - i_cv - este raportul de transmitere al cutiei de viteze;

- i_cd - este raportul de transmitere al cutiei de distributie;

- i_o - este raportul de transmitere al reductorului central;

- i_r - este raportul de transmitere al transmisiei finale.

Asupra rotii motoare actioneaza momentul la roata M_R care poate fi reprezentat ca un cuplu de forte T , sau un cuplu de forte F_R (fig. 3.4)

rezistenta la inaintarea autovehiculului.

Fig. 3.4. Schema fortelor care actioneaza asupra rotii motoare nedeformabile la deplasarea pe drum nedeformabil.

Echilibrul de forte care actioneaza asupra rotii motoare este dat de relatia:

M_R = 2Tr = F_Rr

Expresia fortei la roata F_R sub actiunea careia autovehiculul se deplaseaza este:

, ( )

sau tinand seama de relatia 3.15, cu relatia:

. ( )

Aceste relatii sunt utilizabile pentru cazul deplasarii uniforme a autovehiculului (a=0, v=ct.).

In cazul miscarii accelerate (a> ) o parte din energia furnizata de motor este utilizata pentru accelerarea pieselor in miscare de rotatie ale motorului, a pieselor in miscare de rotatie din transmisie si a rotilor motoare. In timpul demarajului momentul la roata M_R va fi diminuat cu momentul consumat pentru accelerarea pieselor in miscare de rotatie ΔM:

, ( )

unde: - DM₁ - este momentul folosit la accelerarea pieselor in miscare de rotatie ale motorului, redus la rotile motoare;

DM₂ este momentul folosit la accelerarea rotilor motoare.

Pentru calculul momentelor DM₁ si DM₂ se folosesc relatiile:

, ( )

unde: - J_m - este momentul de inertie motorului;

- J_R - momentul de inertie al unei roti motoare;

w_m - este viteza unghiulara a motorului;

w_R - este viteza unghiulara a rotilor motoare.

In cazul miscarii accelerate rezulta urmatoarea relatie de calcul pentru momentul la roata:

, ( )

iar pentru forta la roata se obtine:

. ( )

Daca se presupune ca toata aceasta forta de care dispune autovehiculul ar fi aplicata din afara lui, atunci puterea la roata ar fi:

P_R = F_tv_a = F_trω_R ,

de unde:

,

deci:

.

Aceasta forta se considera aplicata in centrul de greutate al autovehiculului. Forta la roata nu este aceeasi cu forta tangentiala la roata. In calculele facute s-a considerat ca roata este rigida, insa in realitate roata este elastica. Deformarile rotilor elastice determina frecari interioare in materialul pneului cu degajare de caldura, rezultand pierderi de energie la rulare. Manifestarea exterioara a acestora este luata in considerare prin forta de rezistenta la rulare F_r .