Координаты центра тяжести автомобилей

Онлайн обучение безопасному вождению

Навигация по подшивке

Сейчас на сайте

Расположение центра тяжести автомобиля и его влияние на устойчивость

Под центром тяжести автомобиля понимается условная точка, в которой как бы сосредоточен весь вес автомобиля. Распределение веса по осям характеризуется расположением центра тяжести автомобиля. Чем ближе к одной из осей расположен центр тяжести, тем больше будет нагрузка на эту ось. На ненагруженных грузовых автомобилях нагрузка на переднюю ось составляет примерно 40%; а на заднюю — 60%, на груженых соответственно — 30 и 70%. На легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется примерно поровну. Положение центра тяжести оказывает большое влияние на устойчивость и управляемость автомобиля, поэтому водитель должен это всегда учитывать.

Рис.1 Центр тяжести автомобиля и его расчет.

Положение центра тяжести автомобиля зависит от его компоновки, а также от величины, расположения и объемного веса груза и, следовательно, существенно изменяется при эксплуатации автомобиля. Если автомобиль нагружен железобетонными плитами, то центр тяжести будет расположен значительно ниже, чем при перевозке железнодорожных контейнеров. Однако независимо от характера груза центр тяжести груженого автомобиля всегда выше нежели у негруженого. Поэтому мнение, бытуемое у многих водителей, о том, что нагруженный автомобиль более устойчив, — ошибочно.

Чем выше расположен центр тяжести, тем хуже устойчивость автомобиля против опрокидывания. Это наиболее характерно для автобусов при наличии стоящих пассажиров, автомобилей (автопоездов), перевозящих высокогабаритные грузы, автомобилей — фургонов и специальных автомобилей (автокраны, автовышки и др.).

Рис.2 Высота центра тяжести автомобиля.

Силой тяжести автомобиля называется вес автомобиля (в килограммах), сосредоточенный в его центре тяжести. Она направлена по линии от центра тяжести к центру Земли.

При прямолинейном движении автомобиля обеспечивается поперечная и продольная устойчивость, если линия действия силы тяжести не выходит за пределы периметра точек опоры автомобиля. Если линия действия силы тяжести автомобиля пересекается с поверхностью дороги (местности) за пределами площади, ограниченной точками опоры колес, то автомобиль может потерять устойчивость и опрокинуться.

Нередко имеют место случаи опрокидывания автомобилей не только при движении на поворотах, спусках, подъемах и косогорах, но и на ровных прямых участках дорог. Как правило, это происходит при резком торможении и резких поворотах на высоких скоростях движения.

Источник статьи: http://avtookay.ru/physics/tsentr-tyazhesti-avtomobilya

Проектирование и расчет автомобиля

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ АВТОМОБИЛЯ

П ри расчете автомобиля необходимо учитывать важные этапы компоновки и конструирования автомобиля. Сегодня мы с вами будем определять центр тяжести автомобиля и распределения его массы по осям.

О пределение центра тяжести автомобиля и распределение массы автомобиля по осям

Д ля расчета весовых характеристик автомобиля в расчет обычно принимается масса взрослого человека (около 70кг), а для детей 35 кг. Центр массы взрослого человека принимается на обоснованном расстоянии от нижней крайней точки спинки сиденья и составляет 200 мм. Чтобы определить массу, приходящуюся на одну ось необходимо использовать уравнение моментов.

С ейчас мы рассмотрим расчет распределения нагрузки задней оси:

Расчетная схема определения нагрузки, центр тяжести автомобиля который приходится на заднюю ось автомобиля:

Gt — это сила тяжести рулевой колонки автомобиля; G1 — сила тяжести рулевого управления автомобиля; G2— сила тяжести кардана автомобиля; G3— сила тяжести силового агрегата автомобиля; G4 — сила тяжести передних сидений автомобиля; G5 — сила тяжести аккумулятора автомобиля; G6 — сила тяжести кузова; G7— сила тяжести задних сидений; G8 — сила тяжести задней подвески автомобиля и моста; С9 — сила тяжести задних колес; G 10 — сила тяжести глушителя выпускной системы автомобиля; G11- сила тяжести запасного колеса; l1,l2. l12 — расстояние от выбранного агрегата до передней оси автомобиля.

П роектирование автомобиля осуществляется с использованием следующих параметров: масса отдельных частей автомобиля, сухая масса автомобиля, реальные массы агрегатов. С ила тяжести определяется в Ньютонах для этого необходимо получить произведение массы автомобиля, умноженной на коэффициент 9,8. Еще необходимо найти в справочнике массу всех агрегатов и узнать расстояние агрегатов и механизмов до осей автомобиля. Для определения силы тяжести, которая приходится на задний мост необходимо сложить произведения сил тяжести умноженных на расстояния между осями до центра масс агрегата или механизма и разделить на расстояние между принятыми осями автомобиля. Во время расчета принимаем знаки соответствующие математическим выражениям.

В о время рассмотрения оси, справа от нее существует момент силы, произведение сил тяжести на расстояние, тогда принимается знак «+», а моменты сил слева от оси принимаются со знаком «-».

Среднестатистические значения центров масс отдельных узлов и агрегатов автомобилей, выраженные в кг.

Д ля определения силы тяжести, которая приходиться на другую ось можно воспользоваться таким же методом.

В о время проектирования автомобиля не достаточно построить изображение и дизайн на бумаге. Если проектируется пространство и посадочное место для водителя, необходимо изготовить специальный макет, который создается в натуральную величину , то же самое применяем и к внешнему облику автомобиля, необходимо построить макет, который будет полностью соответствовать параметрам кузова автомобиля. С этого момента можно поговорить и о дизайне кузова автомобиля и его компоновке.

К аждый конструктор ставит перед собой задачу создать, что-то такое чего раньше еще не было, так и в автомобильной отрасли автомобиль должен быть единственным в своем роде, оригинальным.

Т ребования к проектируемым автомобилям должны соответствовать определенной направленности и динамичности. Важно создать свой оригинальный характер и построение формы автомобиля со спортивной нотой, вид капли, что очень популярно и использовалось кампанией Porshe, форма должна быть изящной и аэродинамической, что уменьшает сопротивления воздуха. Ф орма капли сама по себе говорит об улучшении аэродинамики и уменьшении воздушного сопротивления, динамичность у нее в крови.

К огда автомобиль движется в пространстве, его внешние детали испытывают сопротивления воздуха. Сопротивление воздуха оказывает огромное влияние на расход мощности автомобиля. Конструкторы ставят задачу уменьшить повышенное сопротивление воздуха. И скорость движения равно пропорциональна потери мощности на воздушное сопротивление.

Д ля того чтобы разобраться в вопросах потери мощности, необходимо разобраться в вопросах аэродинамики.

А эродинамическое сопротивление при перемещении автомобиля в пространстве состоит из нескольких составляющих:

1) Аэродинамическое сопротивление формы автомобиля в движении;

2) Индуктивное сопротивление;

3) Сопротивление внутренних потоков.

А эродинамическое сопротивление. В большей части сопротивление воздуха зависит от формы и поверхности автомобиля. Поверхность кузова автомобиля влияет на обтекание воздухом и плавность хода. Идеальной в этом смысле является капельная форма кузова. Для создания идеального автомобиля следует избегать остро выраженных углов, и создавать легкие гладкие поверхности кузова автомобиля.

И ндуктивное сопротивление зависит от подъемной силы автомобиля, которая возникает при понижении давления в верхней части автомобиля и повышения давления в нижней части в районе днища. Такой принцип сопротивления очень подобает движению самолетного крыла. Такой вид сопротивления воздуху можно отметить на высоких скоростях движения автомобиля. Ч тобы уменьшить индуктивное сопротивление используют вспомогательные устройства, такие как спойлеры, антикрылья, подвесы.

П оверхностное сопротивление возникает вследствие трения мелких частиц воздуха, которые следуют по касательной, направляясь к поверхности кузова автомобиля. Поэтому покрытия кузова имеет тоже очень важную роль.

И нтерференционное сопротивление это сопротивление, создаваемое различными частями деталей автомобиля, которые выступает за его пределы. Эти элементы могут создавать собственные сопротивления. Способы уменьшения интерференционного сопротивления могут крыться в установке специальных ручек, обода фар, форменных наружных зеркал, ветровых стекол.

Зоны сопротивления, создаваемые потоком воздуха.

Ч тобы уменьшить сопротивление воздуха каналы входа потока воздуха должны быть размещены внутри кузова, где создается наибольшее давление (передняя часть кузова, зона, находящаяся в районе переднего бампера, и у бокового стекла). Каналы, которые будут выпускать воздух из кузова выполнять пропорционально и в зоне разряжения (задняя часть кузова, передние крылья, район кузова вблизи заднего стекла).

К омпоновка необходима для решения стратегического направления при создании конструкции кузова. В процессе создания компоновки отдельные элементы приходится изменять, править, экспериментировать, рассчитывать.

К омпоновка автомобиля выполняется в трех видах. Компоновочные чертежи включают: вид сбоку, спереди и сверху. Для точности выполнения компоновки автомобиля строится специальная сетка с установленными расстояниями между линиями в 200 мм. Пример компоновочного чертежа вы можете увидеть на рисунке.

Источник статьи: http://www.autoezda.com/studentsauto/810-centrtiag.html

Определение координат центра тяжести

1.1.4 Определение координат центра тяжести.

Базу автомобиля L выбирают, ориентируясь на существующие конструкции – аналоги; координаты центра масс определяют по выражениям:

Рис.2 : a — расстояние от передней оси до ц.м.

b — расстояние от задней оси до ц.м.

L — база автомобиля.

— для двухосного автомобиля: a = G₂ * L/G_a , м

h_д = (0,7…0,8), м (для легковых автомобилей)

За аналог принимаем следующий автомобиль изображённый на рис.3.

L = 2160 см = 2,16 м

а= 4582,251*2160/8485,65=1166,4 см

b = 2160-1166,4=993,6 см

Шины для автомобилей выбираются, исходя из нагрузки, приходящейся на опорные колёса наиболее нагруженной оси автомобиля и несущей способности шины (допустимой нагрузки), которая указана в технической характеристике автомобильных шин всех типоразмеров. По конструктивным признакам шины делят на диагональные и радиальные. Размер диагональных шин обозначается двумя числам – в виде сочетания размеров B – d (B – ширина профиля шин; d– посадочный диаметр обода шины). Размер радиальных шин обозначается тремя числами и буквой R. В этом обозначении первая буква В – ширина профиля шины; вторая – отношение высоты профиля шины Н к её ширине В, %, R – шина радиальная; третья буква d – посадочный диаметр обода шины. Размеры В и d (в дюймах и миллиметрах).

Мы задаём (выбираем) размеры шин по справочнику:

— посадочный диаметр обода колеса d (дюймы) = 13

— ширина профиля шин В, мм = 165

1.1.6 Механический КПД трансмиссии

Механический КПД трансмиссии зависит от количества и свойств кинематических пар, которые передают механическую энергию от коленчатого вала на ведущие колёса автомобиля. Его значение можно выбрать по таблице:

Принимаем КПД трансмиссии :

= 0,92

1.1.7 Фактор обтекаемости автомобиля kF

Фактор обтекаемости kF характеризует удельное (на единицу квадрата скорости) аэродинамическое сопротивление автомобиля. Чем оно меньше , тем меньше потери мощности автомобиля на преодоление сопротивления воздуха. Фактор обтекаемости проектируемого автомобиля выбирают, ориентируясь на литературные данные. Его можно выбирать ориентировочно по таблице:

Принимаем фактор обтекаемости kF = 0,55

1.2 Тяговый расчёт автомобиля

1.2.1 Определение эффективной мощности двигателя и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для определения необходимой эффективной мощности двигателя используют уравнение мощностного баланса. Поскольку в исходных данных на курсовую работу задана максимальная скорость движения автомобиля и его грузоподъёмность, реализации этих исходных параметров проектируемого автомобиля определяют эффективную мощность двигателя при реализации его максимальной скорости при номинальной грузоподъёмности. Эта мощность может быть определена по формуле:

P_ev = (1)

где Р_v – мощность двигателя при максимальной скорости движения, кВт;

f_v – коэффициент сопротивления качению колёс автомобиля при его

максимальной скорости движения;

V_max – максимальная (проектная) скорость автомобиля;

kF – фактор обтекаемости автомобиля, Нс 2 /м 2 .

При скоростях свыше 20…22 м/с, коэффициент сопротивления качению можно определить по зависимости:

f_v = f₀(1+13*V_a 2 /20000) , f₀ – коэффициент сопротивления качению при

движении автомобиля со скоростью меньше

f_v = 0,014*(1+13*35 2 /20000)=0,02514

V_a – текущее значение скорости движения автомобиля.

P_ev = кВт

Мощность определяется по зависимости (1), соответствует частоте оборотов коленчатого вала двигателя , при которой скорость движения автомобиля будет максимальной.

Для бензиновых двигателей легковых автомобилей и автобусов:

430…550 с -1 , =(1,15…1,20)

принимаем 430 с -1 , = 1,15*430= 494,5 = 495 с -1

= 70…80 с -1 (принимаем 75)

Типа двигателя выбираем, исходя из определённой максимальной мощности, назначения автомобиля, условий его эксплуатации, установленных в задании на курсовую работу.

Принимаем за аналог двигатель автомобиля изображённого на рис.3.

Внешняя скоростная характеристика двигателя – это совокупность графиков, устанавливающих зависимость эффективной мощности P_e от крутящего момента М_е, от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке или полной подаче рейки топливного насоса. Эти параметры могут быть определены по зависимостям:

P_{e_max} = ,кВт (2)

a,b,c – эмпирические коэффициенты, которые могут быть найдены по таблице:

Коэфф. a b c Бензиновый(выбранный нами) 1 1 1 Дизельный 0,87 1,13 1

P_{e_max} = = 35,47 кВт

Текущее значение эффективной мощности определяем по зависимости:

Р_е = Р_{е_max}= 33,746кВт

Для бензиновых двигателей легковых автомобилей и автобусов выбирают 7…8 значений от =75 с -1 до = 495 с -1 :

y =

1. = 75 6. 355+70 = 425

2. 75+70 = 145 7. 425+70 = 495

3. 145+70 = 215Исходные данные для расчёта внешней скоростной

4. 215+70 = 285характеристики ДВС заносим в ПРИЛОЖЕНИЕ 4

5. 285+70 = 355для дальнейшего подсчёта на ЭВМ.

1.2.2 Расчёт передаточных чисел трансмиссии

Для определения передаточных чисел необходимо выполнить ПРИЛОЖЕНИЕ 5 на ЭВМ используя следующие данные:

1. Посадочный диаметр обода колеса, дюймы d = 13

(выбираем по справочнику)

2. Ширина профиля шины, мм B = 165

(выбираем по справочнику)

3. Максимальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с w_max= 495

4. Максимальная скорость автомобиля, м/сV_max= 35

5. Минимальное передаточное число коробки U_kmin= 1

6. Максимальный крутящий момент, Н*м М_max= 103

7. КПД трансмиссии = 0,92

8. Сцепной вес автомобиля, Н:

G_сц = 0,9*3903,933 = 3513,0591 Н

9. Коэффициент сцепления = 0,7

10. Полный вес автомобиля, Н G_a = 8484,651

11. Коэффициент сопротивления дороги = 0,33

12. Минимальная угловая скорость коленчатого вала, рад/сw_min = 75

Источник статьи: http://www.kazedu.kz/referat/182566/1