Analizując własności ruchowe sa- mochodu przyjmowaliśmy dotych- czas, że znamy wszystkie para- metry charakteryzujące pojazd, takie jak charakterystyki silnika, przełożenia mechanizmów napędowych, ciężar, współczynnik oporów powietrza. W praktyce jednak obliczenia ruchowe samochodu wykonuje się najczęściej jako wstępny etap prac konstrukcyjnych, mający za zadanie określenie podstawowych parametrów układu napędo­wego dla nowo konstruowanego pojazdu. W takim przypadku pewne para­metry ruchowe — jak maksymalna prędkość, maksymalne przyspieszenie itp. — przyjmuje się wstępnie jako założenia konstrukcyjne pojazdu, za­leżne od jego przeznaczenia. Dopiero na podstawie tych wielkości określa się podstawowe parametry układu napędowego, a więc dobiera się silnik i odpowiednio do charakterystyki dobiera się optymalne przełożenia poszcze­gólnych przekładni. Dobierając silnik do projektowanego pojazdu należy uwzględnić wiele różnych czynników, jak maksymalną moc, zakres prędkości obrotowej, elastyczność, zużycie paliwa. Pełna analiza wszystkich istotnych czynników jest bardzo złożona, tym bardziej że niektóre z nich są przeciwstawne sobie. Dlatego ograniczymy się do zagadnienia doboru maksymalnej mocy silnika, niezbędnej do tego, aby samochód mógł rozwijać założoną prędkość maksy­malną. Moc taką najłatwiej wyznaczyć na podstawie równania bilansu mocy (7.17), przy założeniu, że pojazd porusza się z maksymalną prędkością, po poziomej drodze o dobrej nawierzchni. A więc v — vmax, a = 0, a = 0, /= 0,015. Podstawiając ciężar samochodu G, pole powierzchni czołowej S, współczynnik oporów powietrza Cx i sprawność mechaniczną vm , można łatwo obliczyć maksymalną moc NN, konieczną do tego, by pojazd poruszał się z założoną prędkością maksymalną. Znajomość niezbędnej dla przyjętych założeń mocy maksymalnej ŃN umożliwia dobranie odpowiedniego silnika. Znając jego charakterystyki, należy przeanalizować, jakie powinny być przełożenia mechanizmów napędowych, by umożliwiały optymalne wyko­rzystanie mocy silnika. Dobór przełożeń obejmuje: dobór przełożenia całkowitego na biegu najszybszym i okre­ślenie przełożenia przekładni głównej, dobór przełożenia na biegu najwolniejszym, dobór przełożeń pośrednich. Przełożenie całkowite na biegu najszybszym określa się na podstawie bilansu mocy, wychodząc z założenia, że przełożenie po­winno być tak dobrane, by przy określonej charakterystyce silnika samochód mógł osiągnąć możliwie największą prędkość maksymalną oraz miał przy tym jak największy zapas mocy na pokonywanie wzniesień i przyspieszanie. Na rys. 7.12 przedstawiono krzywą mocy oporów ruchu N0 = = Nt + Np samochodu poruszającego się ruchem jednostajnym po płaskiej drodze o dobrej nawierzchni oraz krzywe a, b i c mocy Nk na kołach dla trzech różnych wartości przełożenia. Zależnie od przełożenia punkt przecięcia się krzywej mocy na kołach i krzywej mocy oporów znajduje się za maksimum krzywej mocy (przypadek a), pokrywa się z maksimum mocy (przypadek b) lub znajduje się przed maksimum mocy (przypadek c). Punkty C„, Cb i Ce wyznaczają odpowiadające tym przypadkom wartości maksymalnych pręd­kości jazdy. Jak widać z wykresu, największą prędkość maksymalną osiągnie samochód o przełożeniu odpowiadającym przypadkowi b, tzn. taki, którego prędkość maksymlna będzie odpowiadała prędkości obrotowej nN maksy­malnej mocy silnika. W przypadku a przełożenie zostało tak dobrane, że punkt przecięcia Ca odpowiada maksymalnej prędkości obrotowej silnika nmax. Samochód taki będzie miał nieco mniejszą prędkość maksymalną niż w przy­padku b, ale jego zdolność pokonywania wzniesień i przyspieszania będzie większa, ponieważ pole zapasu mocy w przypadku a jest znacznie większe niż w przypadku b i c. Samochód o przełożeniach dobranych tak jak w przypadku c będzie miał zarówno mniejszą prędkość maksymalną, jak i mniejszy zapas mocy. Jeżeli proje­ktowany pojazd prze­znaczony jest do jazdy w warunkach ruchu miejskiego lub w gó­rach, wówczas uzyska­nie większego zapasu mocy jest istotniejsze niż uzyskanie większej prędkości maksymal­nej. W takim przy­padku przy określeniu przełożenia najszyb­szego biegu zakłada się, że samochód ma osiągnąć prędkość maksymalną przy prędkości obrotowej silnika bliskiej Jeżeli projektując samochód zależy nam przede wszystkim na maksymalnej prędkości, wówczas należy tak dobrać przełożenie, by maksy­malnej prędkości jazdy odpowiadała prędkość obrotowa maksymalnej mocy silnika nN. W praktyce w większości samochodów dobiera się przełożenie w sposób pośredni, tzn. tak, żeby prędkość obrotowa silnika odpowiadająca maksymalnej prędkości jazdy nv była zawarta między nN i n^. Prędkość jazdy samochodu v = coA • r [m/s] a wiedząc, że przełożenie całkowite układu napędowego można wzór na prędkość samochodu doprowadzić do następującej postaci Aby prędkość samochodu wyrazić w km/h, prawą stronę wypro­wadzonego wzoru należy pomnożyć przez 3,6 (1 m/s = 3,6 km/h). Ostatecz­nie więc Przełożenie najszybszego biegu wyznaczamy zakładając, że prędkości maksymalnej samochodu odpowiada prędkość obrotowa silnika nv3 przyjęta zgodnie z przeprowadzonymi poprzednio rozważania­mi. Ponieważ przełożenie najszybszego biegu jest najmniejsze spośród wszyst­kich przełożeń samochodu, oznaczymy je przez ic min stąd przełożenie najszybszego biegu Przełożenie przekładni głównej określa się na podsta­wie wyznaczonej już wartości przełożenia najszybszego biegu ic min. Po­nieważ przełożenie całkowite układu napędowego ie jest iloczynem stałego przełożenia przekładni głównej ig i przełożenia ib przekładni w skrzynce biegów, więc dla biegu najszybszego Dla większości samochodów jako bieg najszybszy przyjmuje się tzw. bieg bezpośredni, to znaczy taki, przy którym ib min = 1. Wówczas przeło­żenie przekładni głównej ig = ic min. W przypadkach gdy z jakichkolwiek względów ib min 4= 1, należy przyjąć żądaną wartość tego przełożenia i na­stępnie określić wartość przełożenia przekładni głównej ig z zależności 7.20. Przełożenie najwolniejszego biegu — pierwszego — dobiera się, biorąc pod uwagę zdolność samochodu do pokonywania wznie­sień i przyspieszania oraz pełne wykorzystanie przyczepności. Zdolność samochodu do pokonywania wzniesień i przyspieszania charakteryzuje wartość maksymalnego wskaźnika dynamicznego Dlmax. Zgodnie z tym, co omówione zostało w rozdziale 7 — wzór 7.5 dynamiczny wskaźnik Ponieważ na pierwszym biegu prędkość samochodu jest bardzo mała, można przyjąć z wystarczającym przybliżeniem, że FpI » 0, a więc Zakładając wartość maksymalnego wskaźnika dynamicznego dla projektowanego samochodu, wyznacza się przełożenie całkowite na pierwszym biegu MA1 jest to maksymalna wartość momentu silnika, której odpo­wiada maksymalny wskaźnik dynamiczny. Ponieważ całkowite przełożenie równe jest iloczynowi przełoże­nia skrzynki biegów i przełożenia przekładni głównej więc przełożenie skrzynki biegów na biegu pierwszym, przy zapewnieniu możliwie największej zdolności samochodu do przyspieszania i pokonywa­nia wzniesień, wynosi Wartość maksymalnej siły napędowej na kołach ograniczona jest przyczepnością kół do jezdni. Zgodnie z wzorem 6.34 musi być ona mniejsza od iloczynu współczynnika przyczepności [i i nacisku GN, przypadającego na napędzaną oś samochodu Korzystając z tego warunku można określić taką wartość przeło­żenia pierwszego biegu, żeby przyczepność kół była w pełni wykorzystana, a więc Przełożenie całkowite na pierwszym biegu wynosi zatem . Przełożenie skrzynki biegów na pierwszym biegu wynosi u'GN'rd Wartości przełożeń określone na podstawie kryterium maksy­malnego wskaźnika dynamicznego (7.21) i kryterium maksymalnego wyko­rzystania przyczepności (7.22) są różne. Do dalszych obliczeń przyjmuje się zawsze mniejszą z dwóch uzyskanych wartości. Jeżeli bowiem wartość prze­łożenia uzyskana z kryterium maksymalnego wskaźnika dynamicznego jest mniejsza niż wartość przełożenia uzyskana przy założeniu pełnego wykorzy­stania przyczepności, oznacza to, że założona wartość nadmiaru siły napędo­wej, potrzebnej do przyspieszania i pokonywania wzniesień, będzie osiągnięta, mimo że nie doj­dzie do pełne­go wykorzystania przyczepności. Nie ma więc po­trzeby przyjmo­wania większego przełożenia. Je­żeli natomiast wartość przeło­żenia uzyskana z kryterium Dmax jest większa niż wartość przeło­żenia odpowia­dająca granicznej przyczepności, wówczas należy przyjąć tę drugą wartość, ponieważ zwiększenie przełożenia powyżej wartości określonej graniczną przyczepnością i tak nie prowadzi do zwiększania siły / napędowej na kołach. Może to jedynie doprowadzić do poślizgu kół. Przełożenia biegów pośrednich określa się na podstawie wyznaczonych poprzednio wartości przełożeń na biegu najszybszym i na biegu pierwszym. Korzystając ze wzoru 7.18 można w układzie współrzęd­nych n—v (rys. 7.13) wykreślić dwie proste, odpowiadające wartościom obliczonych przełożeń. Proste te określone są zależnościami Nanosząc na wykres dwie poziome linie wx = const i nt = const, ograniczające wykorzystywany zakres prędkości obrotowej silnika, otrzymuje­my na osi odciętych zakresy prędkości samochodu, odpowiadające pierw­szemu i najszybszemu biegowi. Lukę pomiędzy tymi zakresami należy za­pełnić, dobierając przełożenia pośrednie. Przyjmując, że prędkość minimalna na biegu drugim ma być równa prędkości maksymalnej na pierwszym biegu, otrzymujemy punkt A o współrzędnych vImaxi nl9 przez który można po­prowadzić prostą przechodzącą przez początek układu współrzędnych. Prosta ta odpowiada przełożeniu II biegu. Przecinając się w punkcie B z linią «a = const wyznacza ona maksymalną wartość prędkości na II biegu, równą prędkości minimalnej na biegu III. Prostą charakteryzującą III bieg należy więc poprowadzić przez punkt C i początek układu współrzędnych. Postępu­jąc analogicznie wyznacza się kolejno następne przełożenia. Liczba przełożeń pośrednich zależy od obliczonych poprzednio wartości przełożeń pierwszego i najszybszego biegu oraz od rozpiętości między liniami nx i n2 (rys. 7.14). Wartościom nx i n2 odpowiadają zwykle w przybliżeniu wartości nM i nN, a więc prędkości obrotowe maksymalnego momentu i maksymalnej mocy. Jak widać z wykresu, im większa jest roz­piętość wartości nx i n2, tym mniejsza liczba biegów wystarcza do uzyskania ciągłej zmiany prędkości samochodu. W praktyce najczęściej dobiera się przełożenia poszczególnych biegów w ten sposób, by odpowiadające im zakresy prędkości częściowo się pokrywały. Wówczas warunek vl Inax = vn mi„ zostaje zastąpiony warun­kiem vJmax > vIImin. Wykres takiego doboru przełożeń przedstawiony jest na rys. 7.15. Rozpatrując zależności geometryczne na przedstawionych wy­kresach łatwo stwierdzić, że zachodzi proporcja Przy założeniu, że vImax = vIImin> vIImax = vlUmin itd., zachodzi również proporqa Zależność 7.24 można więc zapisać w postaci in Wartość q, stalą dla danej skrzynki biegów, nazywamy rozpię­tością pomiędzy biegami. Z zależności 7.25 wynika, że Wartości przełożeń rosną więc w postępie geometrycznym, któ­rego iloraz q wynosi gdzie z jest liczbą przełożeń, a iz — przełożeniem najszybsze­go biegu, oznaczonym poprzed­nio ibmin. Logarytmując stronami równanie 7.27 otrzymujemy log q = _L_ bg -JL- skąd Posługując się równaniem 7.28 można więc, po wyznaczeniu wartości ij i 4 inm oraz przyjęciu granicznych wartości prędkości obrotowej silnika n2 i ;z„ wyznaczyć analitycznie liczbę przełożeń skrzynki biegów z, a następnie, posługując się wzorami 7.26, wyznaczyć wartości przełożeń biegów pośrednich. Ćwiczenie 7.1. Wykonanie wykresu trakcyjnego. Przyjmując samochód, dla którego przeprowadzono obliczenia w ćw. 6.4, wykonać wykres wskaźnika dynamicznego na poszczególnych biegach w funkcji prędkości jazdy. Sposób postępowania: Określić orientacyjnie, na podstawie charakterystyki technicznej przyjętego do obliczeń samochodu, pole jego powierzchni czołowej 6' oraz dobrać z tabl. 6.1 średni współczynnik oporów powietrza C*. Wykonać wykres siły oporów powietrza w funkcji prędkości jazdy i nanieść go na wykonany w ćwiczeniu 6.4 wykres siły napędowej na obwodzie kół. Wykonać wykres zapasu siły napędowej Fz = f(v), analogiczny do przedstawio­nego na rys. 7.4. Posługując się wzorem 7.5a i wykresem Fg — /(i>) wykonać wykres wskaźnika dynamicznego w procentach w funkcji prędkości jazdy. Ćwiczenie 7.2. Określanie maksymalnej prędkości, maksymalnego przyspieszenia oraz maksymalnego wzniesienia, jakie może pokonać pojazd. Na wykonany w ćw. 7.1 wykres charakterystyki trakcyjnej D = f(v) nanieść po­ziomą linię procentowej wartości współczynnika oporów toczenia /%==/• 100%, odpowiadającej jeździe po betonie (rys. 6.10). Wyznaczyć maksymalną prędkość samochodu jako odciętą punktu przecięcia wykresu wskaźnika dynamicznego na najwyższym biegu z Unią oporów toczenia po betonie. Posługując się wzorami 7.7 i 7.8 obliczyć aTO