Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
М. Д. АРТАМОНОВ В. А. ИЛАРИОНОВ М. М. МОРИН
ОСНОВЫ ТЕОРИИ И КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ
Допущено Управлением учебных заведений Министерства автомобильного транспорта РСФСР в качестве учебника для учащихся автотранспортных техникумов
И з д а н и е 2-е, п е р е р а б о т а н н о е
М о с к в а
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1974
А 86 УДК 629.113 (075.3)
Артамонов М. Д., Пларпонов В. А., Морпн М. М. Основы теорпн и конструкции автомобиля. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб., М., «Машиностроение», 1974, 288 с.
В учебнике рассмотрены основные положеппя теорий ав томобильного двигателя и автомобиля. Опис'дны теоретиче ские и действительные циклы карбюраторных двигателей и дизелей, приведены параметры, характеризующие работу двигателей внутреннего сгорания. Изложены основные экс плуатационные свойства автомобиля п описаны методы экспериментального и расчетного определения их показате лей. Теоретические выводы иллюстрируются числовыми при мерами.
Учебник предназначен для учащихся автотраиспортиых техникумов. Табл. 13, ил. 125.
Р е ц е н з е н т : предметная комиссия «Автомобили» Ленин градского автотранспортного техникума Редактор пнж. Н. М. Сергеев
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
ВВЕДЕНИЕ
Директивами XXIV съезда КПСС предусмотрен значительный рост выпуска автомобилей и улучшение их использования. Решение этих серьезных задач невозможно без научного обоснования и ана лиза основных свойств подвижного состава.
Теория автомобиля — это наука об эксплуатационных свой ствах автомобиля. Эксплуатационные свойства изучают с целью повышения 'производительности автомобиля и снижения себестои мости перевозок. Для достижения этой цели необходимо увели чить среднюю скорость движения на автомобильном транспорте
иуменьшить расход топлива при одновременном сохранении безо пасности движения и обеспечении удобств для водителя и пасса жиров. Знание теории автомобиля необходимо при проектирова нии и доводке новых моделей, а также при выборе типов автомо билей в соответствии с требованиями эксплуатации. Выводы теории служат основой для определения производительности подвиж ного состава и себестоимости перевозок. На этих выводах основан также расчет деталей автомобиля на прочность и долговечность.
Эксплуатационные свойства характеризуют возможность эф фективного использования автомобиля в определенных условиях
ипозволяют оценить, в какой мере конструкция автомобиля соот ветствует им.
Втеории автомобиля рассматривают эксплуатационные свой ства, непосредственно связанные с движением автомобиля. К ним относят динамичность, топливную экономичиость, управляемость, устойчивость, проходимость и плавность хода автомобиля. Осталь ные эксплуатационные свойства (вместимость, прочность, приспо собленность автомобиля к техническому обслуживанию и ремонту
ит. д.) рассматривают в других курсах.
Под динамичностью или быстроходностью автомобиля пони мают его свойство перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью. Чем лучше динамичность автомо биля, тем меньше время, затрачиваемое на перевозку, и выше производительность автомобиля.
Динамичность автомобиля зависит от его тяговых и тормозных свойств. Поэтому ее изучают в двух разделах, один из которых посвящен тяговой, а другой — тормозной динамике автомобиля.
3
Топливной экономичностью автомобиля называют его свой ство рационально использовать энергию топлива. Затраты на топливо составляют значительную часть стоимости перевозок. Поэтому чем меньше расход топлива, тем дешевле эксплуатация автомобиля.
Управляемость автомобиля — это его свойство изменять на правление движения при изменении положения управляемых колес. От управляемости в большой степени зависит безопас ность движения автомобиля.
Под устойчивостью автомобиля понимают его свойство сохра нять направление движения, противостоять действию сил, стре мящихся вызвать занос и опрокидывание автомобиля. Устойчи вость автомобиля, так же как и его управляемость и тормозная динамичность, обеспечивает безопасность движения. Особенно хорошей должна быть устойчивость автомобиля при его работе па скользких дорогах и при движении с большими скоростями.
Проходимость автомобиля — это свойство автомобиля рабо тать в тяжелых дорожных условиях (снежная целина, болоти стая местность, броды) без буксования ведущих колес и задевания за неровности дороги и окружающие предметы. Проходимость имеет большое значение для автомобилей, работающих в сельском хозяйстве, лесной промышленности, на строительстве, в карьерах.
Плавностью хода автомобиля называют его свойство двигаться по неровным дорогам без сильных сотрясений кузова. От плавности хода в большой степени зависят средняя скорость движения и рас ход топлива, а также сохранность грузов при перевозке и комфорта бельность езды в автомобиле.
Каждое из эксплуатационных свойств автомобиля обычно рассматривают отдельно, однако на самом деле все эксплуатаци онные свойства связаны между собой. Изменения конструкции автомобиля, предпринятые для улучшения одного из них, неиз бежно отражаются па остальных свойствах. Так, для улучшения устойчивости автомобиля центр тяжести стремятся расположить как можно ниже, однако при этом может ухудшиться проходи мость автомобиля. Скорость автомобиля зависит прежде всего от его динамичности, но на скользских дорогах ее ограничивают для сохранения устойчивости, а на неровных — для обеспечения плавности хода. Увеличение средней скорости, свидетельствую щее об улучшении динамичности, часто сопровождается ухудше нием топливной экономичности.
Противоречивость требований, предъявляемых к автомобилю, заставляет конструкторов принимать компромиссные решения, улучшая существенные для данного автомобиля свойства за счет некоторого ухудшения свойств, имеющих меньшее значение. По этому оценивать автомобиль следует не по одному из эксплуата ционных свойств, а по всему их комплексу.
Современное состояппе науки и техники позволяет создать автомобиль, способный работать в любых эксплуатационных
4
условиях. Однако этому, с одной стороны, препятствует массо вость производства автомобилей, для которого характерны огра ниченное число выпускаемых разнотипных моделей и унификация агрегатов и узлов, устанавливаемых на автомобили различного назначения. С другой стороны, каждый автомобиль работает в разнообразных условиях и должен иметь определенную универ сальность. Этим объясняется, например, выпуск большого коли чества грузовых автомобилей с бортовой платформой, пригодной для перевозки грузов различных видов. Однако по мере развития народного хозяйства возникает потребность в специализирован ных автомобилях, приспособленных к работе в определенных усло виях и предназначенных для перевозки однотипных грузов. Эффек тивность использования специализированных автомобилей в 'тех условиях, для которых они предназначены, значительно выше, чем универсальных автомобилей.
Показатели эксплуатационных свойств можно определить экспериментальным путем или расчетным методом. Для получения экспериментальных данных автомобиль испытывают на специаль ных стендах или непосредственно на дороге, в условиях, прибли женных к эксплуатационным. Проведение испытаний сопряжено с затратой значительных средств и труда большого количества квалифицированных работников. Кроме того, воспроизвести при этом все условия эксплуатации очень сложно. Поэтому испытания автомобиля сочетают с теоретическим анализом эксплуатацион ных свойств и расчетом их показателей. Такой анализ особенно важен для работников автотранспорта, получающих от автомо бильной промышленности подвижной состав, основные параметры которого изменить практически невозможно. Чтобы установить степень соответствия конструкции автомобиля требованиям эк сплуатации, необходимо определить хотя бы приближенные зна чения отдельных показателей. Это легче и быстрее всего выпол нить расчетным методом.
Автомобиль является сложной машиной, созданной трудом большого количества работников различных отраслей науки и тех ники многих стран. Первые автомобили с паровой силовой уста новкой, появившиеся в XVIII в., были тяжелыми и громоздкими. В 1860 г. Ленуар изобрел первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе. В 1870 г. Ланген и Отто постро или четырехтактные газовые двигатели с принудительным вос пламенением смеси, а в 1897 г. Р. Дизель создал первый бескомпрессорный двигатель. В 1883 г. появился автомобиль с двига телем внутреннего сгорания, построенный К. Бенцем, в 1888 г. — первый мотоцикл Даймлера.
Развитие автомобильной техники сопровождалось совершен ствованием научных дисциплин, связанных с изучением эксплуата ционных свойств автомобиля. В 1906 г. В. И. Гриневецкий разра ботал метод теплового расчета двигателя. В дальнейшем этот метод был дополнен Е. К. Мазингом, Б. G. Стечкиным, Н. В. Инозем
5
цевым. Много сделано в области усовершенствования автомобиль ных дизелей Н. Р. Брилингом, Г. Г. Калишем, М. С. Ховахом и др.
Основоположником советской автомобильной школы является Е. А. Чудаков, которому принадлежат более двухсот работ по различным отраслям автомобильной науки. Г. В. Зимелев иссле довал тяговую динамичность автомобиля и предложил аналити ческий метод расчета ее показателей. Я. М. Певзнер, А. С. Литви нов и Я. Е. Фаробин разработали теорию движения автомобиля на повороте. В области тормозной динамики успешно работают Н. А. Бухарин и А. Б. Гредескул, а вопросы плавности хода обобщены в трудах Р. В. Ротенберга. И. А. Яковлевым и Я. X. За киным проделана большая работа по исследованию эксплуатаци онных свойств автомобильного поезда.
Решающим условием успешного развития любой теории явля ется ее неразрывная связь с практикой. Над конкретизацией основ ных положений теории и приложением их к решению реальных задач эксплуатации автомобиля работают Г. В. Крамаренко, Л. Л. Афанасьев и Д. П. Великанов.
Эксплуатационные свойства автомобиля изучают также ино странные ученые В. Камм, Е. Марквард, Р. Эберан и А. Янте.
В паучио-исследовательских институтах автомобильного тран спорта обобщают опыт передовых автотранспортных и авторемонт ных предприятий, изучают наиболее характерные условия работы автомобилей в нашей стране. Это дает возможность предъявить научно обоснованные требования ко вновь создаваемым или модер низируемым моделям автомобилей.
Ч ас ть п е рв ая
ТЕОРИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
Глава I
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
ДВИГАТЕЛЕЙ в н у т р е н н его с г о р а н и я
В двигателе внутреннего сгорания преобразование теплоты в меха ническую работу происходит в результате непрерывных измене ний состояния рабочего тела, т. е. газов, находящихся в его ци линдрах.
Совокупность этих изменений или процессов называют дейст вительным циклом двигателя.
Действительный цикл состоит из реальных процессов, проис ходящих в цилиндре двигателя при переменных значениях теплоем костей воздуха и продуктов сгорания. В результате сгорания топ лива химический состав, а следовательно, и физические свойства газов, находящихся в цилиндре, значительно изменяются. Строго говоря, количество газов во время сжатия и расширения тоже не остается постоянным, так как открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, как правило, не совпадают с шодходом поршня к в. м. т. и н. м. т. Кроме того, в цилиндре происходит интенсивный теплообмен между газами и стенками цилиндра и поршнем, а также возникают гидравлические и механические потери.
Сложность протекания реальных процессов в цилиндре двига теля затрудняет их анализ при помощи обычных термодинамиче ских формул. Поэтому для выявления и анализа основных факто ров, определяющих главнейшие качественные показатели работы двигателя, пользуются теоретическими (термодинамическими) циклами.
В теоретических циклах в отличие от действительных отсут ствуют какие-либо потери за исключением неизбежного отвода теплоты в холодный источник, так как согласно второму закону термодинамики без такого отвода теплоты невозможно ее преобра зование в механическую работу.
7
При рассмотрении теоретических циклов принимают следую щие допущения:
1.Циклы считают замкнутыми, происходящими при постоянном количестве идеального газа, т. е. не учитывают процессы впуска
ивыпуска и вызванные ими насосные потери.
2.Теплоемкость газа в течение всего цикла принимают равной постоянной величине, не зависящей от температуры.
3.Сгорание топлива в цилиндре двигателя заменяют мгно венным фиктивным подводом теплоты извне, а выпуск отработавших
газов — мгновенным фиктивным отводом ее в холодный источник. 4. Процессы сжатия и расширения газа считают происходящими
адиабатически, т. е. без теплообмена с внешней средой.
Из этих допущений следует, что значения к. п. д. теоретических циклов выше, чем значения к. п. д. у соответствующих реальных двигателей. Однако при помощи теоретических циклов можно выяснить влияние основных термодинамических факторов на про цесс преобразования теплоты в механическую работу, а также произвести сравнения различных циклов с точки зрения их эф фективности и экономичности.
Для поршневых двигателей внутреннего сгорания можно использовать три теоретических цикла, которые отличаются спо собами подвода теплоты к рабочему телу:
1.Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме. При таком способе подвода теплоты процесс сгорания близок к про цессу сгорания в двигателях с принудительным воспламенением смеси электрической искрой.
2.Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении. В этом случае процесс сгорания близок к процессу сгорания, происходя щему в двигателях с распиливанием топлива сжатым воздухом (для
современных двигателей его це используют).
3.Цикл с подводом теплоты как при постоянном объеме, так
ипри постоянном давлении (смешанный цикл). При данном способе подвода теплоты процесс сгорания аналогичен процессу сгорания
вдвигателях с бескомпрессорным распыливанием топлива и вос пламенением от сжатия.
Отвод теплоты в холодный источник согласно второму закону термодинамики во всех.циклах происходит при постоянном объеме.
§ I. ЦИКЛ С ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ
Теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме, изображенный в виде графика на рис. 1, состоит из следующих процессов.
При сжатии рабочего тела (газа) давление в цилиндре изменя ется по линии ас без теплообмена с внешней средой, т. е. адиабати чески. Затем на участке cz при постоянном объеме, т. е. по изохоре, извне подводят теплоту-^!, вследствие чего температура и давление газа повышаются. После этого по линии zb происходит адпабатиче-
8