Járműmechanikamechanika Dr Emőd István 3/1
Hosszdinamika Teljesítmény- és energiaigény a legyőzendő menetellenállások határozzák meg. Ezek: állandósult állapotban: a gördülési ellenállás a légellenállás az emelkedési ellenállás kanyarulati ellenállás instacioner üzemben: gyorsítási ellenállás egyenesvonalú gyorsulás és lassulás forgó alkatrészek gyorsulása és lassulása 3/2
A kerék k gördg rdülési ellenáll llása f R F G R R A gumiabroncs okozta ellenállás belső gumisúrlódás (hajtogatás) súrlódás az útfelületen légellenállás Az útfelület okozta ellenállás útegyenlőtlenségek útdeformáció nedvesség (víz) az úton A ferdénfutás okozta ellenállás 3/3
Belső gumisúrl rlódás (hajtogatás) A modul elemi csillapítóinak csillapítási munkái hővé alakulnak. Ebből: F Rbs csillapítási út munka Kb. 45 m/s sebesség felett a belső súrlódás gyorsan emelkedik. Ennek oka: a gumiabroncs benyomódás által gerjesztett hullámzása 3/4
Súrlódás s az útfelületenleten R- R A belapuló gumiabroncs sugara R-ről R- R-re csökken, majd újra R-re nő. Mivel a gumiabroncs szögsebessége állandó, kerületi sebessége változik. Az út és a gumiabroncs között relatív sebességkülönbség lép fel. Légellenállás A jármű légellenállásához szokás számítani 3/5
A gumiabroncs-ellen ellenállás A gumiabroncsellenállás összetevői N Belső ellenállás Útsúrlódás Légellenállás 150 100 50 Gumiabroncsellenállás 0 0 15 30 45 60 v, m/s 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 A gördülési ellenállás tényezője f diagonál radiál 0 15 30 45 60 v, m/s gördülési ellenállás Keréknyomás és- terhelés hatása 0,03 0,02 0,01 0 1000 3000 5000 kerékterhelés, N p1,5 bar p2 bar p2,5 bar p3 bar 3/6
Az útfelület let okozta ellenáll llás 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. W F út s 3/7
Útdeformáció FG oldalfalsúrlódás Fúd Két részből tevődik össze: A kerék mindig emelkedőre megy A gumiabroncs oldalfala súrlódik a talajhoz 3/8
Az útdeformáció okozta ellenállás kisebb gumiabroncsnyomásnál kisebb 3/9 Vizes szántóföld 0,2 0,1 0 1,5 0,5 bar talajnyomószilárdság, N/cm 2 gördülési ellenállás tényező, f Száraz, laza homok, víz, agyag Száraz szántóföld Földút 0,3 3,0 60 80 100 120
Vizes útpálya Vízzel borított úton a keréknek a vízrétegen áthatolva kell létrehoznia a kapcsolatot az útpályával. vízréteg közelítés érintkezés átmenet 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: F víz h b 1 2 ρ v 2 h vízréteg-magasság b abroncsszélesség v jáműsebesség ρ vízsűrűség 3/11
Vízréteg okozta menetellenáll llás-többlet többletellenállás f 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 h 2 mm 1 mm 0.2 mm 0 10 20 30 40 50 sebesség, km/h A 2 mm-es vízrétegnél az ellenállás-növekedés megszűnése a vízrefutás (aqua planing) kezdetére utal 3/12
A ferdénfut nfutás okozta ellenáll llás oldalerő δ haladási irány Ha ferdénfutás van, az F R görülési ellenállás F R cosδ ra csökken, de az oldalerőből F s sinδ többlet adódik. Ez a többlet a ferdefutási szög négyzetével arányos. F sinα + F s R cosα gördülési ellenállás ferdefutási többlet 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0 1 2 3 4 5 ferdefutási szög 3/13
Gördülési ellenáll llások jellemző alakulása (radiál l gumiabroncs) gördülési ellenállás, f 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 kerékösszetartás 1 mm-es vízréteg útegyenlőtlenség gumiabroncs 0 10 20 30 40 50 sebesség, km/h 3/14
Gördülési ellenáll llás értéke Jármű Kerékpár Motorkerékpár Személygépkocsi Haszonjármű Vasúti jármű f R 0,002 0,006 0,010 0,020 0,010 0,020 0,006 0,012 0,003 3/15
Gördülési ellenáll llás különböző utakon jóminőségű aszfalt, beton hengerelt kemény zúzalék, hullámos aszfalt, kockakő makadám jó földút közepes, rossz földút homok Útfelület, talaj f R 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 légellenl gellenállás a sebesség négyzetével arányos c w F L c w A ρ 2 v a légellenállási tényező 2 tárcsa félgömb áramvonalidom c w 1,1 c w 1,0 c w 0,05 3/17
A légellenl gellenállás 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 3/18
A légellenl gellenállás s csökken kkenése 3/19
A légellenl gellenállási tényezt nyező értékei tehergépkocsi 0,6 1,0 pl. konténerszállító nyerges 0,85 ugyanaz légterelővel 0,6 autóbusz 0,5 0,8 személygépkocsi, pl. Golf I. (1974) 0,42 Golf II. (1983) 0,34 Golf III. (1991) 0,32 Golf IV. (1997) 0,31 3/20
c w A C w A Korszerű személyg lygépkocsik légellen gellenállása Alfa Romeo 156 Audi A6 Audi TT Coupé AUDI TT Roadster BMW 318i (Sport) BMW 318i Mercedes S Mercedes A Mercedes SLK Opel Astra 4 ajtós Opel Astra Caravan Porsche Boxster Porsche 911 Carrera Porsche 959 (B) Forma 1 versenyautó 0,31 0,33 0,34 0,36 0,27 0,28 0,27 0,30 0,29 0,31 0,33 0,31 0,30 0,31 0,30 2,06 2,00 2,00 2,09 2,06 2,31 1,94 2,04 2,11 1,85 1,91 0,67 0,639 0,680 0,720 0,564 0,577 0,624 0,581 0,611 0,593 0,654 0,60 0,20 3/21
Emelkedési ellenáll llás Követelmények személygépkocsi 35 45 % tehergépkocsi 25 30 % terepjárók (összkerékhajtás) 50 60 % lánctalpas járművek 100 % 3/22
Állandó menetellenáll llások diagramja vonóerő, x1000 N emelkedési ellenállás 4 3 2 1 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % légellenállás gördülési ellenállás 0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h G Fα sinα g 3/23
A motor és és s a menetellenáll llások illesztése se motorteljesítmény, kw 40 30 20 10 menetellenállások teljesítményigénye, kw 40 30 20 10 0 % 0 1000 2000 3000 4000 5000 n, 1/min 0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h 3/24
A menetteljesít mény- diagram keletkezése 3/25
Vonóer erő- és menetellenáll llás-diagram vonóerő, x1000 N 4 3 I. II. 25 % 20 % 15 % 2 1 III. IV. 10 % 5 % 0 % IV. III. II. 0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h 3/26
Menetteljesítm tmény-diagram teljesítmény, kw 40 30 25 % 15 % 10 % I. II. III. 20 % 5 % 0 % IV. 20 10 IV. III. II. 0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h 3/27
ωm F G g G g G g F dv dt dv dt dv dt lin Θk + 2 r 1 + + F g G Gyorsítási si ellenáll llás s I. + F Θ r Θ + r + g G k Θ r η ωk k 2 [ 1+ σ + σ k ] m a δ 1 k dv dt k 2 2 mk m 2 ö 2 ö m 2 eá 2 ö kö dv dt η r eá F M F F lin m mk m m a G dv g dt dωm Θm ill. Fm mmred a dt Θm mmred 2 r dωm dωk am r r kö dt dt Θm dωk r kö 2 r dt Θm 2 dωk kö ηeá Fm kö ηeá r dt dv r dω F m a motorgyorsításhoz szükséges erő F mk a motorral együttforgó tömegek gyorsításhoz szükséges erő a kerék kerületén F k a kerékkel együttforgó tömegek gyorsításához szükséges erő a kerék kerületén 3/28 m
Gyorsítási si ellenáll llás s II. egyenes vonalú és a forgó részek gyorsításához szükséges erő F A m a δ (δ tehetetlenségi tényező) Fokozat I. II. III. IV. V. δ VW bogár BMW 2800 1,46 1,37 1,16 1,14 1,08 1,08 1,06 1,06 - - DB busz 1,61 1,18 1,08 1,06 1,03 3/29
Átlagos gyorsulások, sok, m/s 2 Járműkategória Sebességtartomány, km/h 0-60 60-100 100-120 120-140 140-160 110 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 - - 3/30
Útellenállás : fajlagosan : Összellenállás? A jármj rmű mozgásegyenlete F Hajtóerő : F + F + F + F F R L α A ψ ψ F F F ψ R + F F R + F + F G L α M α + f f G a δ g mot R k r R ö G cosα + G sinα G cosα + sinα η eá ( f cosα + sinα ) Dinamikai tényező: a légellenállással csökkentett fajlagos hajtóerő D A gyorsulás dv dt F F G L F g ( D ψ ) δ ψ + F G A δ dv ψ + g dt D y F L /G F/G v 3/31
Gyorsulásdiagram sdiagram gyorsulás, m/s2 4 3 2 1 I. III. II. IV. dv dt g ( D ψ ) δ 0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h 3/32