Меню

Паразитная циркуляция мощности это

Циркуляция мощности в трансмиссии автомобиля

date image2020-08-05
views image109

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Отсутствие дифференциалов между колесами и между мостами или их блокирование положительно влияет на проходимость автомобиля на скользких дорогах, но на дорогах с высокими сцепными свойствами трансмиссия нагружается дополнительными моментами. Происходит это из-за того, что на повороте левые и правые колеса должны проходить пути различной длины: колеса, расположенные ближе к центру поворота движутся по дуге меньшего радиуса и проходят меньший путь, а расположенные дальше от центра – больший. Следовательно, вращаться они должны с различными угловыми скоростями, что невозможно, если дифференциал не заблокирован.

Радиусы качения колес автомобиля практически всегда различны из-за различного давленияе в шинах, различной нагрузки на колеса, различного износа шин и т.п. При одинаковых оборотах проходимые колесами пути должны отличаться, что невозможно.

При отсутствии дифференциала или его блокировании колеса с меньшим радиусом будут тормозящими, а колеса с большим радиусом — тянущими. Движение в этом случае возможно только с проскальзыванием колес, причем скользить будут колеса с меньшей осевой нагрузкой. Торможение колес с меньшим радиусом или буксование колес с большим радиусом, но меньшей осевой нагрузкой, приведет к появлению в трансмиссии автомобиля ц и р к у л и —

р у ю щ е й (“паразитной”) мощности.

Подведенная к мосту с колесами большого радиуса мощность Nк распределяется в этом случае следующим образом (рис. 126):

где Ny — мощность, расходуемая на преодоление сопротивления качению колес и подъема при движении автомобиля; Nв — мощность, расходуемая на преодоление сопротивления воздуха; Nj — мощность, расходуемая на разгон автомобиля; Nц — мощность, циркулирующая в трансмиссии автомобиля; Nск — мощность, расходуемая на проскальзывание колес.

Рис. 126. Циркуляция мощности в трансмиссии полноприводного автомобиля при заблокированном межосевом дифференциале

Циркулирующая мощность в трансмиссии автомобиля определяется

где Gк‘ — весовая нагрузка, приходяшаяся на менее нагруженный мост полноприводного двухосного автомобиля; j — коэффициент сцепления колеса с дорогой; rм — радиус колеса более нагруженного моста; wк — угловая скорость колеса.

Мощность, расходуемая на скольжение колес менее нагруженного моста:

где rб — радиус колеса менее нагруженного моста.

Определение других составляющих Nк было рассмотрено ранее.

При движении автомобиля в дифференциале повышенного трения совершается работа трения, приводящая к потери мощности двигателя, увеличенному износу шин и расходу топлива, что сдерживает распространение таких дифференциалов.

С целью упрощения конструкции полноприводных автомобилей, а также для исключения появления мощностей Nц и Nск привод к управляемым мостам нередко делается отключаемым. Дифференциал в раздаточной коробке в этом случае не требуется. В полноприводных легковых автомобилях ставится автоматическая межосевая муфта, включающая привод заднего ведущего моста только при буксовании колес переднего постоянно включено моста.

В трехосных автомобилях, если расстояние между вторым и третьим мостами минимальное, дифференциал между этими мостами не ставится. На повороте колеса этих мостов идут почти по одной колее, разница в пройденных путях незначительная, дифференциал практически не нужен. Отсюда незначительны и отрицательные последствия, которые сравнимы со стоимостью изготовления и ремонта сложного и дорогого дифференциала и механизма его блокирования.

Читайте также:  Мощность аккумулятора мерседес спринтер

Источник

Паразитная мощность в заблокированном мосте

Для оценки величины «паразитных мощностей» рассмотрим силовые условия качения внутреннего и внешнего (по отношению к центру поворота) колес.

Найдем кинематическое рассогласование колес в повороте со средним радиусом R при заблокированном дифференциале неуправляемого моста (число оборотов n колес одинаково, но разные радиусы колес, катящихся без скольжения).

Путь, пройденный наружным и внутренним колесами:

Учитывая, что lн=π·(R+B/2) и lвн=π·(R–B/2), где B – колея, получим

С другой стороны rкср можно выразить через силовую зависимость:

где Fк2 – суммарная сила тяги на колесах моста; λх – коэффициент тангенциальной эластичности шины, мм/Н.

Рассмотрим движение с относительно небольшой скоростью. В этом случае необходимую силу тяги на колесах определим без учета аэродинамической составляющей:

где fR – коэффициент сопротивления качению колеса в повороте.

Очевидно, что при движении на повороте колесо испытывает, кроме нормальных, еще и боковые деформации. Следовательно, общие гистерезисные потери в шине при качении в условии воздействия на колесо боковой силы, будут больше, чем при прямолинейном качении. Соответственно, увеличится и величина коэффициента сопротивления качению. В первом приближении коэффициент сопротивления качению можно считать линейной функцией величины бокового ускорения, с которым движется автомобиль на повороте. Отсюда коэффициент сопротивления качению при движении на повороте можно определять по эмпирической формуле:

Крутящие моменты на колесах ведущего моста изменяют значения радиусов колес:

Суммы реакций на ведущих колесах должно хватить для преодоления внешнего сопротивления .

Решая два последних уравнения совместно, получим:

Крутящий момент на колесах будет равен:

Как видим, существенно отличаются по величине и даже по знаку (при больших рассогласованиях δr2).

В контуре «колеса – полуоси – полуосевые шестерни – чашка дифференциала» циркулирует мощность, значительно превышающая по величине мощность внешнего сопротивления.

Циркуляция паразитных мощностей приводит к значительной перегрузке элементов трансмиссии, растет износ шин.

Пример:

Ma = 10000 кг; R = 8 м; В = 1,7 м; rкc = 0,5 м; λх = 0,005 мм/Н; fR = 0,02.

60 % нагрузки на заднюю ось: Gк2 = 29400 Н; Gк1 = 19600 Н.

Fк2 = Ga * fR = 10000 · 9,8 · 0,02 = 1960 Н.

Кинематическое рассогласование качения колес:

Тогда сила тяги будет равна:

При скорости 9 км/ч (2,5 м/с) скорость колеса ω = 5 рад/с, тогда паразитная мощность:

Рпар = Т2 н · ω = –4718,5 · 5 = 23592,5 Вт.

При распределении мощности между ведущими мостами возможны следующие варианты:

— Дифференциальный привод ведущих мостов;

— принудительно включаемый привод одного из мостов.

Оба этих варианты могут работать как с ручным управлением (при дифференциальном приводе мостов речь идет о ручном управлении блокировкой межосевого дифференциала), так и с автоматическим. Автоматическое управление блокировкой межосевого дифференциала или механизма включения дополнительного ведущего моста может осуществляться различными механизмами, включая вязкостные муфты.

Читайте также:  Мощность электродвигателя то есть то нет причина

В любом случае при ручной или автоматической блокировке привода ведущих мостов возможно возникновение циркуляции паразитной мощности в контуре привода ведущих мостов.

Источник



Дифференциал. Устройство и виды.

Дифференциал.

Дифференциа́л (от лат. differentia – разность, различие) — механизм в составе трансмиссий транспортных и (реже) технологических машин по передаче мощности посредством вращения с одновременным делением единого потока мощности

Дифференциа́л — в общем случае есть механизм по передаче мощности вращением, позволяющий без каких-либо пробуксовок и потерь КПД складывать два независимых по своим угловым скоростям входящих потока мощности в один исходящий, раскладывать один входящий поток мощности на два взаимозависимых по своим угловым скоростям исходящих, а также работать в первом и втором вариантах попеременно. Основное назначение дифференциала в технике — трансмиссии транспортных машин, в которых дифференциал разветвляет поток мощности от двигателя на два между колёсами, осями, гусеницами, воздушными и водными винтами. Прочее использование дифференциалов в технике вообще и в транспортной технике в частности является вторичным и нечастым. Механической основой дифференциала по умолчанию является планетарная передача, как единственная из всех передач вращательного движения, имеющая две степени свободы.

Назначение

Применение дифференциалов в трансмиссиях автомобилей обусловлено необходимостью обеспечить вращение ведущих колёс одной оси с разной частотой. В первую очередь это необходимо в поворотах, но также и при разном диаметре ведущих колёс, что возможно при вынужденной установке шин двух разных типоразмеров или при разности давления в шинах. В случае, если оба колеса имеют жёсткую кинематическую связь, любое рассогласование частот вращения по вышеупомянутым причинам приводит к возникновению так называемой паразитной циркуляции мощности. Это безусловно вредное явление вызывает проскальзывание колеса с меньшей силой сцепления относительно поверхности дороги, дестабилизирует движение автомобиля по дуге, нагружает трансмиссию и двигатель, повышает расход топлива и проявляется тем сильнее, чем меньше радиус поворота и выше силы сцепления, действующие на колёса. Дифференциал, установленный в разрез валов привода колёс одной оси, позволяет разорвать жёсткую кинематическую связь между колёсами и устранить паразитную циркуляцию мощности, не потеряв при этом возможностей по передаче мощности на каждое колесо с КПД близким к 100%. Подобный дифференциал называется «межколёсным», а данная область применения является основной для дифференциалов вообще, так как межколёсный дифференциал присутствует в приводе ведущих колёс всех легковых, грузовых и абсолютно подавляющей части внедорожных, спортивных и гоночных автомобилей.

Помимо привода ведущих колёс автомобиля дифференциалы также применяются:

  • В приводе двух и более постоянно ведущих осей от одного двигателя (так называемый «межосевой» дифференциал).
  • В приводе соосных воздушных и водных винтов противоположного вращения (в качестве дифференциала и редуктора одновременно).
  • В дифференциальных механизмах поворота гусеничных машин (в связке из одного-двух-трёх дифференциалов с разными принципами совместной работы).
  • При сложении передаваемой вращением мощности от двух двигателей с произвольными частотами вращения на один общий вал.
Читайте также:  Срезка растительного слоя бульдозерами мощностью

При повороте автомобиля, все его колеса проходят разный по длине путь, и если между двумя ведущими колесами существует жесткая связь, они начнут проскальзывать. Скольжение колес при повороте приводит к повышенному расходу топлива, износу шин, нарушению устойчивости и т. п.

Дифференциал позволяет ведомым валам вращаться с разными угловыми скоростями и выполняет функции распределения подводимого к нему крутящего момента между колесами или ведущими мостами. Дифференциалы бывают межколесными и межосевыми (в случае установки между несколькими ведущими мостами).

Впервые дифференциал был применен в 1897г. на паровом автомобиле. В настоящее время все автомобили имеют межколесные дифференциалы на ведущих мостах. Наиболее распространенным является конический симметричный дифференциал, включающий в себя: корпус, сателлиты, ось сателлитов (или крестовину) и полуосевые шестерни. Обычно число сателлитов в дифференциалах легковых автомобилей — два, грузовых и внедорожных — четыре.

Симметричный дифференциал получил свое название за способность распределять подводимый момент поровну при любом соотношении угловых скоростей, соединенных с ним валов. Применение такого дифференциала в качестве межколесного, обеспечивает устойчивость при прямолинейном движении, а также при торможении двигателем на скользкой дороге.

Существенным недостатком обычного дифференциала является снижение проходимости автомобиля, если одно из его колес попадает в условия малого сцепления с опорной поверхностью. При этом на колесо, находящееся в нормальных сцепных условиях, нельзя подвести крутящий момент, превышающий тот, который может быть реализован на колесе, находящемся в условиях малого сцепления (это приводит к пробуксовке колеса). Для преодоления этого недостатка в некоторых конструкциях используются Дифференциалы полноприводных автомобилей различных конструкций.

Самоблокирующиеся дифференциалы могут выполняться следующим образом:

1) с электронной блокировкой;

2) с дисковым дифференциалом;

3) с вязкостной муфтой.

Управление системой осуществляется как механически водителем, так и с помощью специальных блоков управления, которые учитывают угловые скорости колес и разность крутящего момента на переднем и заднем приводе. Полностью автоматические системы позволяют экономить топливо, обеспечивают улучшение проходимости автомобиля, облегчая его управление на высокой скорости и лучше реализуют мощность мотора.

Сегодня подобные системы самоблокирующихся дифференциалов зарекомендовали себя с наилучшей стороны, они отличаются прочностью, надежностью и долговечностью, не требуя в процессе эксплуатации какого-либо сложного обслуживания и ремонта.

Дифференциал Торсена

Червячный дифференциал Торсена — это конструкция, которая отличается чувствительностью к показателям крутящего момента. По сути, это планетарный редуктор, внутри которого располагаются многочисленным ведомые и ведущие червячные шестерни. Отличительной особенностью такой конструкции является свойство червяных шестерён вращать другие валы, при этом оставаясь полностью неподвижными.

Такие конструкции получились надежными, долговечными, функциональными и способными выдерживать существенные нагрузки в процессе эксплуатации автомобиля. Сегодня эти системы устанавливаются на полноприводные седаны и универсалы, лёгкие кроссоверы и тяжёлые внедорожники. Рассматривать дифференциал Торсена как полноценную блокировку дифференциала всё же не следует, однако такая система существенно улучшает управляемость, позволяя эффективно перебрасывать крутящий момент между осями и отдельными колёсами на автомобиле.

Источник