Járműmechanika Dr Emőd István
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/1
Hosszdinamika Teljesítmény- és energiaigény a legyőzendő menetellenállások határozzák meg. Ezek:
¾állandósult
állapotban:
a gördülési ellenállás a légellenállás az emelkedési ellenállás kanyarulati ellenállás ¾instacioner
üzemben: gyorsítási ellenállás
egyenesvonalú gyorsulás és lassulás forgó alkatrészek gyorsulása és lassulása
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/2
A kerék gördülési ellenállása
A gumiabroncs okozta ellenállás belső
FR fR = GR
gumisúrlódás (hajtogatás) súrlódás az útfelületen légellenállás
Az útfelület okozta ellenállás útegyenlőtlenségek útdeformáció nedvesség
2003.03.13.
(víz) az úton
A ferdénfutás okozta ellenállás Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/3
Belső gumisúrlódás (hajtogatás)
A modul elemi csillapítóinak csillapítási munkái hővé alakulnak. Ebből: FRbs
csillapítási munka = út
Kb. 45 m/s sebesség felett a belső súrlódás gyorsan emelkedik. Ennek oka: a gumiabroncs benyomódás által gerjesztett hullámzása 2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/4
Súrlódás az útfelületen
A belapuló gumiabroncs sugara R-ről R-∆R-re csökken, majd újra R-re nő. Mivel a gumiabroncs
R-∆R
szögsebessége állandó, kerületi sebessége változik. Az út és a gumiabroncs között relatív sebességkülönbség lép fel.
Légellenállás A jármű légellenállásához szokás számítani
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/5
A gumiabroncs-ellenállás Gumiabroncsellenállás
A gumiabroncsellenállás összetevői
150 N
100 Belső ellenállás Útsúrlódás Légellenállás
50
A gördülési ellenállás tényezője
f
2003.03.13.
diagonál radiál
0
15
30 45 v, m/s
0
15 30 45 60 v, m/s
Keréknyomás és- terhelés hatása
60
gördülési ellenállás
0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0
0
0,03
p=1,5 bar p=2 bar p=2,5 bar p=3 bar
0,02 0,01 0
1000
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3000
5000
kerékterhelés, N 3/6
Az útfelület okozta ellenállás Útegyenlőtlenségek Útegyenlőtlenségeken való áthajtáskor a kerék ki-be rugózik, a lengéscsillapító által elnyelt ∆W munka a megtett úton járulékos menetellenállást okoz. A belső gumisúrlódás is megnő egyidejűleg.
Fút 2003.03.13.
∆W ∑ = s
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/7
Útdeformáció FG oldalfalsúrlódás
F úd
Két részből tevődik össze: A kerék mindig „emelkedőre” megy A gumiabroncs oldalfala súrlódik a talajhoz
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/8
2003.03.13.
Földút
1,5
Száraz szántóföld
0,2
3,0
Vizes szántóföld
0,3
Száraz, laza homok, víz, agyag
Az útdeformáció okozta ellenállás kisebb gumiabroncsnyomásnál kisebb
gördülési ellenállás tényező, f
0,5 bar
0,1 0
60
80
100
120
talajnyomószilárdság, N/cm 2
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/9
Vizes útpálya Vízzel borított úton a keréknek a vízrétegen áthatolva kell létrehoznia a kapcsolatot az útpályával.
vízréteg
közelítés
érintkezés
átmenet 2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/10
Vízkiszorítás A víz kiszorítása torlónyomást okoz (Bernoulli), mely egyrészt növeli a menetellenállást, másrészt emeli a kocsit (aqua planing). A víz okozta menet-ellenállás-többlet:
1 2 Fvíz = h ⋅ b ⋅ ⋅ ρ ⋅ v 2
2003.03.13.
h = vízréteg-magasság
v = jáműsebesség
b = abroncsszélesség
ρ = vízsűrűség
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/11
többletellenállás ∆f
Vízréteg okozta menetellenállás-többlet 0.05
h=
0.04
2 mm
0.03 0.02
1 mm
0.01
0.2 mm
0
10
20 40 30 sebesség, km/h
50
A 2 mm-es vízrétegnél az ellenállás-növekedés megszűnése a vízrefutás (aqua planing) kezdetére utal
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/12
A ferdénfutás okozta ellenállás
ha
l ad
ás
i ir án
y
δ
Ha ferdénfutás van, az FR görülési ellenállás FR·cosδ− ra csökken, de az oldalerőből Fs·sinδ többlet adódik. Ez a többlet a ferdefutási szög négyzetével arányos.
oldalerő
Fs ⋅ sin α +
gördülési ellenállás
ferdefutási többlet
FR ⋅ cos α 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0
1
2
3
4
5
ferdefutási szög °
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/13
Gördülési ellenállások jellemző alakulása (radiál gumiabroncs) 1 mm-es vízréteg
0,05
kerékösszetartás
útegyenlőtlenség
gördülési ellenállás, f
0,04
0,03
0,02
gumiabroncs
0,01
0 10
2003.03.13.
20
30 sebesség, km/h
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
40
50
3/14
Gördülési ellenállás értéke Jármű
2003.03.13.
fR
Kerékpár
0,002…0,006
Motorkerékpár
0,010…0,020
Személygépkocsi
0,010…0,020
Haszonjármű
0,006…0,012
Vasúti jármű
0,003 Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/15
Gördülési ellenállás különböző utakon Útfelület, talaj jóminőségű aszfalt, beton hengerelt kemény zúzalék, hullámos aszfalt, kockakő makadám jó földút közepes, rossz földút homok
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
fR 0,01…0,02 0,02…0,03 0,03…0,04 0,045 0,005…0,15 0,15…0,3
3/16
A légellenállás a sebesség négyzetével arányos
FL = cw ⋅ A ⋅
ρ 2
⋅ v2
cw a légellenállási tényező
tárcsa cw=1,1 2003.03.13.
félgömb cw=1,0 Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
áramvonalidom cw=0,05 3/17
A légellenállás összetevői
torlónyomásból származó légellenállás a felületre ható normálerők eredője
indukált ellenállás a menetirányra merőleges áramlások okozzák
felületsurlódási ellenállás 3…30 % a felületminőségétől függ
belső ellenállás
2…11 %
motorhűtés, utastérszellőzés 2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/18
A légellenállás csökkenése
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/19
A légellenállási tényező értékei
tehergépkocsi pl. konténerszállító nyerges ugyanaz légterelővel
autóbusz személygépkocsi, pl. Golf
I. Golf II. Golf III. Golf IV.
2003.03.13.
(1974) (1983) (1991) (1997) Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
0,6…1,0 0,85 0,6
0,5…0,8 0,42 0,34 0,32 0,31
3/20
Korszerű személygépkocsik légellenállása 2003.03.13.
cw
A
Cw·A
Alfa Romeo 156
0,31
2,06
0,639
Audi A6
0,33
Audi TT Coupé
0,34
2,00
0,680
AUDI TT Roadster
0,36
2,00
0,720
BMW 318i (Sport)
0,27
2,09
0,564
BMW 318i
0,28
2,06
0,577
Mercedes S
0,27
2,31
0,624
Mercedes A
0,30
1,94
0,581
Mercedes SLK
0,29
2,04
0,611
Opel Astra 4 ajtós
0,31
2,11
0,593
Opel Astra Caravan
0,33
1,85
0,654
Porsche Boxster
0,31
Porsche 911 Carrera
0,30
Porsche 959 (B)
0,31
1,91
0,60
Forma 1 versenyautó
0,30
0,67
0,20
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/21
Emelkedési ellenállás Követelmények
2003.03.13.
személygépkocsi 35…45 % tehergépkocsi 25…30 % terepjárók (összkerékhajtás) 50…60 % lánctalpas járművek 100 %
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/22
Állandó menetellenállások diagramja emelkedési ellenállás
v o n ó e rő , x 1 0 0 0 N
légellenállás
25 %
4
20 %
3
15 %
gördülési ellenállás
10 %
2
5 % 0 %
1 0
20
40
60
80
100
120
140
v , k m /h
G Fα = ⋅ sin α g 2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/23
A motor és és a menetellenállások illesztése menetellenállások teljesítményigénye, kW
motorteljesítmény, kW
0%
40
40
30
30
20
20
10
10
0
1000
2003.03.13.
2000 3000 4000 5000 n, 1/min
0
20
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
40
60
80 100 120 140
v, km/h
3/24
A menetteljesít ménydiagram keletkezése
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/25
Vonóerő- és menetellenállás-diagram vonóerő, x1000 N
4
25 %
I.
3
20 %
II.
15 % 10 %
2
III.
IV.
1 0
20
40
60
5% 0%
80 100 120 140
v, km/h
IV. III. II.
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/26
Menetteljesítmény-diagram teljesítmény, kW 25 %
40
15 %
I.
II.
10 %
5%
0%
III.
20 %
IV.
30 20 10 0
20
40
60
80 100 120 140
v, km/h
IV. III. II.
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/27
Gyorsítási ellenállás I. Flin = m ⋅ a =
kö r
ωk ωm ∑ F = Flin + Fk + Fmk =
=
G dv Θ k dv Θ m 2 dv ⋅ + 2 ⋅ + 2 ⋅ kö ⋅ηeá ⋅ = g dt r dt r dt
G dv g Θ g Θ = ⋅ 1 + ⋅ 2k + ⋅ 2m ⋅ kö2 ⋅ηeá = g dt G r G r G dv = ⋅ 1 + σ 1 + σ 2 ⋅ kö2 = m ⋅ a ⋅ δ g dt
[
2003.03.13.
]
G dv ⋅ g dt
dω m ill. Fm = mmred ⋅ am dt Θ mmred = 2m r dω dω am = r ⋅ m = r ⋅ k ö ⋅ k dt dt Θ dω Fm = 2m ⋅ r ⋅ kö ⋅ k r dt Θ dω Fmk = kö ⋅ηeá ⋅ Fm = m ⋅ kö2 ⋅ηeá ⋅ k r dt dv = r ⋅ dω
M m = Θm ⋅
Fm=a motorgyorsításhoz szükséges erő Fmk= a motorral együttforgó tömegek gyorsításhoz szükséges erő a kerék kerületén Fk= a kerékkel együttforgó tömegek gyorsításához szükséges erő a kerék kerületén
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/28
Gyorsítási ellenállás II.
egyenes vonalú és a forgó részek gyorsításához szükséges erő
FA = m ⋅ a ⋅ δ (δ = tehetetlenségi tényező)
δ 2003.03.13.
Fokozat VW bogár BMW 2800 DB busz
I. 1,46 1,37 1,61
II. III. 1,16 1,08 1,14 1,08 1,18 1,08
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
IV. 1,06 1,06 1,06
V. 1,03 3/29
Átlagos gyorsulások, m/s2 Sebességtartomány, km/h 0-60
60100
110 kW, 1430 kg
3,7
2,2
1,4
1,1
0,7
75 kW, 1270 kg
3,3
1,6
1,1
0,7
0,4
55 kW, 1040 kg
3,2
1,5
0,9
0,5
-
33 kW, 930 kg
2,0
0,8
0,3
-
-
Járműkategória
2003.03.13.
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
100- 120- 140120 140 160
3/30
A jármű mozgásegyenlete F + F + Fα + F = F R L A
Útellenállás : Fψ = FR + Fα = f R ⋅ G ⋅ cos α + G ⋅ sin α = G ⋅ ( f ⋅ cos α + sin α ) FR + Fα = f R ⋅ cos α + sin α G G Összellenállás ? Fψ + FL + ⋅ a ⋅ δ g M ⋅ k ⋅η Hajtóerő : F = mot ö eá r fajlagosan : ψ =
Dinamikai tényező: a légellenállással csökkentett fajlagos hajtóerő
δ dv F − FL Fψ + FA =ψ + ⋅ = D= G G g dt A gyorsulás g dv = (D − ψ ) ⋅ dt δ 2003.03.13.
D
Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
F/G FL/G
y
v
3/31
Gyorsulásdiagram gyorsulás, m/s2
4 3
I.
2
III.
1 0 2003.03.13.
dv g = (D − ψ ) ⋅ δ dt
II.
20 40
IV.
60
80 100 120 140 v, km/h Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék
3/32
