FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage / momenta na pogonski točak
TRANSMISIJA
PMOT, MMOT, nMOT
iTR, ηTR
parametri snage
PT, MT, nT
parametri snage
Transmisija ⇒ • transformacija M i n pri prenosu od motora do točka (iTR)
• energetski gubici (ηTR < 1)
NE BRKATI iTR I ηTR !!
Prenos snage i transformacija njenih parametara – ZADATAK TRANSMISIJE
Gubici snage pri prenosu – NEŽELJENA NEMINOVNOST
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage / momenta na pogonski točak
TRANSMISIJA
PMOT, MMOT, nMOT
PT, MT, nT
iTR, ηTR
PT = ηTR⋅PMOT
( PT = FO⋅v = MT⋅ωT
PMOT = MMOT⋅ωMOT )
MT⋅ωT = ηTR⋅ MMOT⋅ωMOT
ω = π⋅n/30
MT⋅nT = ηTR⋅ MMOT⋅nMOT
nMOT
= iTR
nT
MT = MMOT ⋅ iTR ⋅ ηTR
iTR ⇒TRANSFORMACIJA PARAMETARA SNAGE
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
Otpori transmisije – “unutrašnji” otpori kretanja
Šeme transmisije - primeri
POGON NAPRED
M
m+GP
POGON NAZAD
4X4
M
M
m
m
GP
R
KP
GP
Transmisija
= sistem
mehaničkih
prenosnika
KP
GP
M – motor, m – menjač, GP – glavni prenosnik, KP – kardanski prenosnik,
R – razvodnik snage
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
Gubici snage u transmisiji: opšti oblik bilansa snage mehaničkih prenosnika
PUL = PIZL,UK!!!
PIZL,UK = PIZL,KOR + PIZL,GUB
OZNAČAVANJE: PIZL,KOR → PIZL
PIZL < PUL
PIZL = η⋅ PUL, η < 1
ZAKON
ODRŽANJA
ENERGIJE!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
η=
PIZL
PUL
PUL
PIZL
η
PIZL = PUL – PGUB
PRENOSNIK
PGUB
Primer:
η = 0.95
PIZL = 95 kW
PUL = 100 kW
PGUB = 5 kW
Otpori kulonovog trenja, viskozni
otpori
Zupčanici, ležajevi, zaptivni
pstenovi...
Stepen korisnosti sistema sačinjenog od više komponenata:
PUL
η1
η2
...
Ukupni stepen korisnosti transmisije
ηTR = η1 · η2 · η3 ... · ηn
ηn
PIZL
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
PRIMERI
IZVOR: WWW.RRI.SE
AUDI A4 2.0 MULTITRONIC
AUDI A4 3.0 QUATTRO
BMW 320 D
BMW 530i Automatic
BMW X5 Automatic
CITROEN BERLINGO 1,8
FIAT GRANDE PUNTO 1,4
HONDA ACCORD (’06.)
NISSAN PRIMERA 2.0 CVT
PEUGEOT 307
RENAULT MEGANE SPORT (’05.)
GOLF V 1,6
0,87
0,87
0,90
0,83
0,83
0,93
0,88
0,93
0,77
0,90
0,95
0,91
Gubici transmisije rastu, odnosno
ηTR opada, kada:
• je transmisija kompleksnija
(sadrži veći broj komponenata
– npr. vozila 4x4)
• se koriste pojedinačne
komponente nižeg stepena
korisnosti (frikcioni i
hidrodinamički prenosnici,
pužni parovi itd.)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
Stepeni korisnosti pojedinih komponenata transmisije
·
menjač
ηm = 0,94 – 0,98
·
kardanski prenosnik:
ηKP = 0,98 – 1
·
glavni prenosnik:
ηGP = 0,94 – 0,98
·
razvodnik snage:
ηR = 0,96 – 0,98
Ukupni stepen
stepen korisnosti transmisije:
ηTR = η1 η2 ... ηn
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stepen korisnosti transmisije
M
m+GP
M
m
M
m
GP
R
POGON
NAPRED
POGON
NAZAD
KP
KP
4X4
GP
1. ηTR = ηm ηGP
~ 0,93
2. ηTR = ηm ηGP
ηKP
~ 0,9
GP
3. ηTR = ηm ηGP2 ηR ηKP
~ 0,87
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
i=
nUL
nIZL
→ PRENOSNI ODNOS
nIZL
nUL
=
i
PIZL = η⋅PUL ⇒ MIZL = η⋅i⋅MUL
nUL
MIZL
i=
=
nIZL η ⋅ MUL
i > 1 → REDUKCIJA
Veće i → “kraći” prenos
i < 1 → MULTIPLIKACIJA
Manje i → “duži” prenos
Odnosi se na broj obrtaja!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
nUL
MIZL
i=
=
nIZL η ⋅ MUL
Veći prenosni odnos (“kraći prenos”) → veći momenti, manji brojevi obrtaja
Manji prenosni odnos (“duži prenos”) → manji momenti, veći brojevi obrtaja
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
PRENOSNI ODNOS SERIJSKI VEZANIH PRENOSNIKA
MUL, nUL
MIZL, nIZL
...
i1, η1
nIZL
nUL
=
iUK
i2, η2
i3, η3
MIZL = ηUK⋅iUK⋅MUL
iUK = i1⋅i2⋅i3⋅...
...⋅⋅ik
ηUK = η1⋅η2⋅η3⋅...
...⋅η
⋅ηk
ik, ηk
PIZL = ηUK⋅PUL
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
MENJAČ
im = iI, iII, iIII, iIV, ... – ZA SVAKI STEPEN PRENOSA →
ODGOVARAJUĆI PRENOSNI ODNOS
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
ULAZNI I IZLAZNI ELEMENT PRI PRENOSU SNAGE KOD
MOTORNIH VOZILA
ULAZNI ELEMENT: MOTOR (P, M, n)
IZLAZNI ELEMENT: TOČAK (PT, MT, nT)
iTR
n
=
nT
→ UKUPNI P.O. TRANSMISIJE, PREMA DEFINICIJI!
nT =
n
iTR
MT = ηTR⋅iTR⋅M
PT = ηTR⋅P
MT tj. PT PREDSTAVLJA SUMU SVIH MOMENATA /
SNAGA DOVEDENIH NA SVE POGONSKE TOČKOVE!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
ODREĐIVANJE UKUPNOG PRENOSNOG ODNOSA TRANSMISIJE
Primer 1.
GLAVNI PRENOSNIK
iGP, ηGP
MOTOR
P, M, n
MENJAČ
im, ηm
TOČAK SUMARNO!
PT, MT, nT
PT = ηTR⋅P
MT = ηTR⋅iTR⋅M
nT =
n
iTR
iTR = im⋅iGP
ηTR = ηm⋅ηGP
im = iI, iII, iIII,...
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenosni odnos transmisije
ODREĐIVANJE UKUPNOG PRENOSNOG ODNOSA TRANSMISIJE
Primer 2.
RAZVODNIK
iR, ηR
BOČNI REDUKTOR
iBR, ηBR
MOTOR
P, M, n
MENJAČ
im, ηm
GLAVNI PRENOSNIK
iGP, ηGP
DOPUNSKI
MENJAČ
idm, ηdm
TOČAK
PT, MT, nT
PT = ηTR⋅P
MT = ηTR⋅iTR⋅M
nT =
n
iTR = im⋅idm⋅iR⋅iGP⋅iBR
iTR
ηTR = ηm⋅ηdm⋅ηR⋅ηGP⋅ηBR
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinska karakteristika motora
Zavisnost izlaznih parametara (P,
(P, M, gh...) od broja obrtaja motora n.
P = M⋅ω (W, Nm, rad/s)
2π rad = 360°
ω=
π ⋅n
30
M
P
P = M⋅
M⋅n / 9554 (kW)
Kada je: broj obrtaja motora n=n1 ⇒
tada je: obrtni moment koji motor može da proizvede: M=M1
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Radni režim motora – M ili P, n
Motor nema jednu vrednost za brzinu i snagu, nego se one menjaju u nekom intervalu!
Šta određuje snagu tj. moment i broj obrtaja motora?
M
NESTACIONARNO STANJE – menja se u vremenu!
RADNA TAČKA MOTORA
R=R(ω
ω) – BRZINSKA
KARAKTERISTIKA. OTPORA
STACIONARNA RADNA TAČKA
M=M(ω
ω) – BRZINSKA KAR. MOTORA
RADNA TAČKA OTPORA
ω
(=π⋅n/30)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Brzinska karakteristika motora
Spoljna karakteristika i parcijalne karakteristike
M (Nm)
MAX (100%)
80%
50%
30%
n (o/min)
v (km/h)
REGULACIJA BRZINE KRETANJA
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Stabilnost radnog režima
Jo⋅
NESTABILNO
M
STABILNO
dω
=ΣMi
dt
ΣMi > 0 ⇒
R2=f2(n)
dω
>0
dt
MOTOR UBRZAVA
R1=f1(n)
ΣMi = 0 ⇒
dω
=0
dt
STACIONARNO STANJE
Kriva M=M(n)
ΣMi < 0 ⇒
n
dω
<0
dt
MOTOR USPORAVA
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna pogonska karakteristika - hiperbola
HIPERBOLA: M = P
M
ω
STABILNO
R3=f3(n)
R2=f2(n)
R1=f1(n)
ω
P=const
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
PODSETNIK:
P = F⋅v = M⋅ω
PIZL = η⋅P
η⋅PUL
PARAMETRI SNAGE
PRENOŠENJE SNAGE OD MOTORA SUS DO POGONSKOG TOČKA
→
TRANSFORMACIJA PARAMETARA, UZ GUBITKE
Svrha: prilagođavanje parametara motora uslovima kretanja
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
ZA ZADATI REŽIM MOTORA (M,n)
TREBA ODREDITI FO I v
MOTOR:
M
TRANSMISIJA
MT
iTR, ηTR
n
PARAMETRI REŽIMA
RADA MOTORA
TOČAK:
MT → FO
nT → v
nT
PARAMETRI REŽIMA
KRETANJA VOZILA
Zavisnost (M,n)
Zavisnost (FO,v)
= Brzinska karakteristika motora
= Vučno-brzinska karakteristika vozila
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
TRANSFORMACIJA MOMENTA I BROJA OBRTAJA U VUČNU SILU I BRZINU
PT = ηTR⋅P
MT = ηTR⋅iTR⋅M
nT =
MT, nT
rD
n
v = rD⋅ωT
iTR
FO, v
PODSETNIK: Stvarna tangencijalna reakcija je RX = FO – Ff!
MT
FO =
rD
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Prenos snage na pogonske točkove
TRANSFORMACIJA MOMENTA I BROJA OBRTAJA U VUČNU SILU I BRZINU
MT, nT
rD
MT = iTR⋅M⋅ηTR
MT
FO =
rD
v → km/h !
FO, v
M⋅ iTR ⋅ ηTR
FO =
rD
nT =
n
iTR
v = rD⋅ωT
ωT =
π ⋅ nT
30
0,377 ⋅ rD ⋅ n
v=
iTR
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
“Preslikavanje” karakteristike sa motora na točak
M(n)
FO(v)
im = const
n
M⋅ iTR ⋅ ηTR
FO =
rD
v
0,377 ⋅ rD ⋅ n
v=
iTR
VUČNO-BRZINSKA KARAKTERISTIKA
Jedina nezavisno promenljiva → n! (M = M(n) ⇒ FO = FO(n)!)
n ⇒ M
⇓
v
⇓
FO
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
“Preslikavanje” karakteristike sa motora na točak
FO
VEĆE iTR
iTR↑ ⇒ FO ↑, v
↓
M
MANJE iTR
n
v
FO =
M⋅ iTR ⋅ ηTR
rD
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
iTR
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
“Preslikavanje” karakteristike sa motora na točak
Primer: i=3,42·1,38; rD=0,285m;
n→ v
M→ F O
160
140
2000
100
M⋅ im ⋅ iGP ⋅ η TR
F0 =
rD
80
60
40
Fo(N)
120
M(Nm)
2500
1500
INTERVAL BRZINE VOZILA
1000
ZA ODREĐEN PRENOSNI ODNOS
500
20
RADNI INTERVAL MOTORA
0
0
0
1000
2000
3000
4000
n(o/min)
5000
6000
7000
0
20
40
r ⋅ω
v= D
im ⋅ iGP
60
80
100 120 140 160 180 200 220
v (km/h)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna i stvarna pogonska karakteristika
≠
Dakle:
1) Nedovoljna širina radnog intervala motora SUS
2) Nepovoljan oblik karakteristike
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Karakteristika zajedničkog rada motora SUS i menjačkog prenosnika
FO
im ≠ const
im = iI
im = iII
M
im = iIII
im = iIV
n
v
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Karakteristika zajedničkog rada motora SUS i menjačkog prenosnika
FO(v)
FO(v)
≈
v
v
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Vučno-brzinska karakteristika
Raspoloživa vučna sila na točku u funkciji brzine kretanja vozila
im = iI
FO
im↑ ⇒ FO ↑, v
im = iII
M
im = iIII
↓
i1 > i2 > i3 > ...
im = iIV
n
v
VUČNO-BRZINSKA KARAKTERISTIKA – VUČNI DIJAGRAM
FO =
M⋅ iTR ⋅ ηTR
rD
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
iTR
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna hiperbola vuče
FO(v)
PT=FO⋅v
(W, N, m/s)
⇓
Idealna hiperbola:
hipotetička kriva obimne
sile za slučaj mogućnosti
iskorišćenja maksimalne
raspoložive snage motora
– Pmax u svim režimima
kretanja
P
P = PMAX = const
PT =
(kW, N, km/h)
⇓
FO =
v
PTMAX
Stvarna kriva P(v)
FOid
3600 ⋅ PMAX ⋅η TR
=
v
FO ⋅ v
3600
3600 ⋅ PT
v
v
PT = PTMAX
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Idealna hiperbola vuče
Vučno-brzinska karakteristika
10000
9000
Primer
8000
7000
F (N)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
v (km/h)
Važna osobina: idealna hiperbola tangira stvarne krive vuče u tačkama koje odgovaraju
broju obrtaja PMAX – tu je ispunjen uslov prema kom je idealna hiperbola definisana!
200
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Vučno-brzinska karakteristika
FO(N)
FO = (M(n)⋅im⋅iGP ⋅ηtr) / rD
FOid
im=iI
v = (0,377⋅rD⋅n) / im⋅iGP
300
Idealna hiperbola
100
90
250
FOI
80
70
200
60
150
50
40
100
30
20
50
10
0
0
FOII
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0
7000
im=iII
im=iIII
FOIII
FOIV
FO
V
im=iIV
im=iV
FOTP = Ff + FW
v (km/h)
VUČNI DIJAGRAM
FTN Novi Sad
Katedra za motore i vozila
Vučno-brzinska karakteristika
Vučno-dinamičke karakteristike vozila:
• Maksimalna brzina
• Mogućnost savlađivanja uspona
• Ubrzanje, vreme i put zaleta
Teorija kretanja drumskih vozila
Vučno-dinamičke performanse vozila
Download

Prenos snage i vučno-brzinska karakteristika