动力参数匹配(工大培训)XXXX613

1车辆工程系第二讲汽车动力装置参数的选定2010年04月2车辆工程系z（一）驱动条件zfF—滚动阻力—空气阻力—坡度阻力—加速阻力wFiFjF驱动力产生示意图jiwftFFFFF+++≥一、预备知识3车辆工程系z（二）附着条件z同时汽车的驱动力又受到轮胎与地面之间附着作用的限制，如果驱动力大于轮胎与地面之间的最大静摩擦力时，车轮与路面之间就会发生滑转。ϕϕ⋅=≤NFFt因此，汽车正常行驶的充分必要条件：ϕFFFFFFtjiwf≤≤+++一、预备知识（续）4车辆工程系汽车动力装置参数发动机的功率传动系的传动比动力性燃油经济性驾驶性二、汽车的动力装置参数5车辆工程系发动机最大功率和传动系传动比的确定，首先应考虑满足新设计汽车的动力性要求，如最高车速、最大爬坡度、加速能力等，同时还要兼顾汽车燃油经济性的要求和驾驶性的要求。在确定发动机最大功率和传动系传动比之前，先要参照同类型汽车和有关资料初步确定如下参数：(1)汽车的质量；(2)迎风面积和空气阻力系数；(3)轮胎的型号和尺寸；(4)传动系的机械效率。二、汽车的动力装置参数（续）6车辆工程系三、发动机功率的选择aDaTgtqudtdumGiACGfuriiT⎟⎠⎞⎜⎝⎛+++=δη2a0u15.21jiwftFFFFF+++=dtdumGiACGfriiTDtgtqδη+++=2a0u15.21⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+++=dtdumuACGiuGfupaDaaTe360076140u3600360013aδη7车辆工程系三、发动机功率的选择（续）设计中常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。最高车速虽然仅是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力与爬坡能力。若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和，即：⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=3maxmax7614036001aDaTeuACuGfPη8车辆工程系在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为kW/t，可由下式求得汽车比功率为3maxmax14.766.31000aTDaTeumACufgmPηη+=我国有关货车的标准明确规定了最高车速和比功率的数值，可以作为初步确定发动机功率的数值，一般货车最高车速100Km/h左右。各种货车的总质量变化很大，但其它参数基本差不多。因此比功率变化较大。三、发动机功率的选择（续）9车辆工程系三、发动机功率的选择（续）国内外不同重型货车的比功率10车辆工程系四、最小传动比的选择11车辆工程系1.最高车速uamaxi0=i01时，阻力功率曲线正好与发动机功率曲线2交在其最大功率点上。若相当发动机最大功率时的车速称为up2，则有uamax2=up2，而uamax1≠up1、uamax3≠up3，且uamax1、uamax3＜uamax2。所以，i0选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率时的车速时，最高车速是最大的。四、最小传动比的选择（续）12车辆工程系2.再分析后备功率i0i02，后备功率差，但经济性好i0i02，后备功率好，但经济性差不强调燃油经济性，则i0应使uamax＝up或up稍小于uamax；强调燃油经济性，则i0应使up稍大于uamax，出现减小i0的趋势。()wftePPP+η1－四、最小传动比的选择（续）13车辆工程系五、最大传动比的选择14车辆工程系五、最大传动比的选择（续）1、最大爬坡度（忽略Fw）maxmax01maxsincosααηGGfriiTtgtq+=()ttqgiTrfGiηαα0maxmaxmax1sincos+≥即最大爬坡度——确定ig1一般汽车的最大爬坡度约为30%，即α≈16.7°15车辆工程系五、最大传动比的选择（续）2、最大附着率minminmax377.0arturni=求出ig1后，验算附着条件3、最低稳定车速当附着力较差时，最大传动比应满足ϕηϕϕztgtqtFFriiTF=≤=01maxmax16车辆工程系六、传动系挡数和各挡传动比的选择1、传动系挡位数的选择17车辆工程系六、传动系挡数和各挡传动比的选择（续）挡数选择（功能——决定——结构）不同类型的汽车具有不同的传动系挡位数。其原因在于它们的使用条件不同，对整车性能要求不同，汽车本身的功率不同。而传动系的挡位数与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的关系。就动力性而言，挡位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗。所以增加挡位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。18车辆工程系六、传动系挡数和各挡传动比的选择（续）轿车的行驶车速高，比功率大，最高档的后备功率也大，过去常用操纵方便的3挡或4挡。近年来，为了进一步节油，普通采用5挡或6挡。轻型和中型车比功率小，一般采用5挡或6挡变速器。重型货车的比功率更小，行驶道路变化很大，增加挡位数不会过多地增加汽车的制造成本，所以一般采用6挡至十几个挡的变速器，以适应复杂的使用条件，并具有足够的动力性与良好的燃油经济性。越野汽车遇到的使用条件最复杂，还要经常牵引火炮或挂车，所以很大，其传动系的挡位数较货车常多一倍。19车辆工程系六、传动系挡数和各挡传动比的选择（续）2、各挡传动比的选择20车辆工程系七、按等比级数分配挡数的优点无冲击接合或档）（档）间变化，则在工作范围设发动机转速⇒=====21121221210212012121(377.0,377.0~ggggaagagaiinnininIIuIuiirnuiirnunnn1、换挡平顺、操作方便21车辆工程系七、按等比级数分配挡数的优点（续）2、充分发挥发动机最大功率，提高动力性能使发动机经常在接近外特性最大功率处的大功率范围内运转，从而增加了汽车的后备功率．提高了汽车的加速或上坡能力。22车辆工程系i1=4;i2=2;i3=1i1=4;i2=3;i3=1i1=4;i2=1.5;i3=10.377rnm/i1i00.377rn1/i2i00.377rnm/i2i00.377rn1/i3i00.377rnm/i2i00.377rn1,,/i3i00.377rnm/i1i00.377rn1,/i2i0111121132121102101,3422377.0377.0nnnnnniinniiiiiinniirniirnmmmmm′′==′==⇒=即因此：时同理，当七、按等比级数分配挡数的优点（续）23车辆工程系七、按等比级数分配挡数的优点（续）3、便于和副变速器结合构成更多档位具有5挡位的主变速器，各挡间的公比为q2，其传动比序列为l、q2、q4、q6、q8。若结合一后置两挡副(减速)变速器，其传动比为1、q，便可构成一具有10挡位的变速器，各挡间的公比为q，其传动比序列为l、q、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9。24车辆工程系一、单排行星齿轮机行星轮太阳轮齿圈行星架行星架F3r3F2F1r1r2八、行星齿轮机构的特点25车辆工程系1.作用于太阳轮上的力矩M1=F1r12.作用于齿圈上的力矩：M2=F2r23.作用于行星架上的力矩：M3=F3r3行星轮太阳轮齿圈行星架行星架F3r3F2F1r1r22、单排行星齿轮机构的工作原理八、行星齿轮机构的特点（续）26车辆工程系由行星轮的力平衡条件可得：F1=F2、F3=−2F2太阳轮、齿圈和行星架上的力矩分别为：M1=F1r1、M2=αF2r1、M3=−（α+1）F1r1r3r1r2F2F1F3八、行星齿轮机构的特点（续）27车辆工程系根据能量守恒定律：M1ω1+M2ω2+M3ω3=0ω1+αω2−（α+1）ω3=0或n1+αn2−（α+1）n3=0单排行星齿轮机构一般运动规律特性方程式:r3r1r2F2F1F3设齿圈与太阳轮的齿数比为α：α=Z2/Z1=r2/r1r3=(r1+r2)/2=(1+α)r1/2八、行星齿轮机构的特点（续）28车辆工程系固定件主动件从动件传动比工作状态挡位应用太阳轮行星架减速一挡行星架太阳轮超速较少用内齿圈行星架减速二挡行星架内齿圈超速超速挡太阳轮内齿圈反减速倒挡内齿圈太阳轮反超速不用行星架（n3）太阳轮（n1）内齿圈（n2）α+=131nnα+=1113nnαα+=132nnαα+=123nnα−=21nnα112−=nn八、行星齿轮机构的特点（续）29车辆工程系九、轮边减速器设计1、轮边减速器类型国内已采用了将行星齿轮传动按其啮合方式不同来进行分类。行星齿轮传动所具有啮合方式，可以把行星齿轮传动类型分为：NGW——具有内啮合和外啮合，同时还具有一个公共齿轮行星齿轮传动NW——具有一个内啮合和一个外啮合行星齿轮传动；WW——具有两个外啮合行星齿轮传动；NN——具有两个内啮合行星齿轮传动；NGWN——具有两个内啮合和一个外啮合，同时还具有一个公共齿轮行星齿轮传动；N—内啮合齿轮副；W—外齿合齿轮副；G—同时与两个中心轮相啮合公共齿轮。30车辆工程系九、轮边减速器设计2、NGW—Z型轮边减速器方案及传动比固定件主动件从动件传动比内齿圈太阳轮行星架太阳轮内齿圈行星架行星架太阳轮内齿圈13311zznn+=31311zznn+=1331zznn−=31车辆工程系九、轮边减速器设计（续）其主动件太阳轮与半轴相连，被动件行星轮架与车轮相连，齿圈与桥壳相接。从发动机经变速器把动力传递到后桥的主减速器，再从主减速器的输出端传递到轮边减速器及车轮，以驱动车辆前进或后退。32车辆工程系九、轮边减速器设计（续）3、设计条件：除了保证实现给定的传动比外，齿轮的齿数已经行星轮数还应该满足下述条件：1、同心条件：保证中心轮和行星架轴线重合条件下的正确啮合3122zzz−=33车辆工程系九、轮边减速器设计（续）2、装配条件：保证各行星齿轮能均布地安装与两中心齿轮之间13zzN+=整数3、相邻条件：保证两相邻行星齿轮的齿顶不相碰34车辆工程系谢谢！