FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa menjača
• Potrebno je izabrati broj prenosnih odnosa i njihove vrednosti
• Uskladiti karakteristike motora i menjača! (“Powertrain Matching”)
Ciljevi:
• Performanse vozila:
• Što bolje ubrzanje
• Što manja potrošnja goriva
• Mogućnost polaska na uzbrdici i drugim otežanim uslovima
• Mogućnost dostizanja maksimalne brzine
• Ostali zahtevi: buka, vibracije,...
Protivrečnost zahteva – potreba za usklađivanjem
Ograničenja: konstrukcija, dimenzije, masa, pouzdanost, način upravljanja, vek...
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa menjača
Neiskorišćena područja treba da budu što manja
FO (N)
Neiskorišćena
područja
v (km/h)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Osnovne karakteristike transformacije
parametara snage
• PRENOSNI ODNOSI U PRVOM I POSLEDNJEM STEPENU
PRENOSA – iMIN, iMAX
• OPSEG – odnos iMAX / iMIN
• UKUPAN BROJ STEPENI PRENOSA
• ZAKONITOST RASPODELE VREDNOSTI PRENOSNIH
ODNOSA U MEĐUSTEPENIMA – ik, k = 2,3,4...
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Postupak izbora prenosnih odnosa
1. Izračunavanje prema osnovnim kriterijumima
2. Usklađivanje stvarnih vrednosti sa konstruktivnim
ograničenjima; optimizacija prema zadatim
kriterijumima (potrošnja goriva, ubrzanje...) –
simulacije, laboratorijska i eksploataciona ispitivanja
Izračunavanje prema osnovnim kriterijumima, koraci:
1. prenosni odnos glavnog prenosnika
2. prenosni odnos prvog stepena menjača (FOMAX)
3. prenosni odnos (pret)poslednjeg stepena menjača (vMAX)
4. Prenosni odnosi međustepena
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa glavnog prenosnika – iGP
• Slobodan izbor; prilagođavanje stepeni menjača
• Jedan mogući kriterijum: dostizanje vMAX pri im = 1
v MAX = 0,377 ⋅ rD ⋅
nv MAX
iGP ⋅ im
im = 1 ⇒
iGP = 0,377 ⋅ rD ⋅
n v MAX
v MAX
• Treba poznavati vMAX
nVmax < nPmax
• Treba izabrati nVmax
nVmax = nPmax
nVmax > nPmax
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa glavnog prenosnika – iGP
iGP = 0,377 ⋅ rD ⋅
nv MAX
v MAX
Promena vrednosti iGP: modifikacija performansi vozila
iGP ↑ ⇒ “kraći” prenosni odnos ⇒ veća vučna sila, bolje savlađivanje
uzbrdice, bolja ubrzanja
iGP ↓ ⇒ “duži” prenosni odnos ⇒ potencijalno veća maksimalna
brzina, manji broj obrtaja motora → manja buka, povoljnije
opterećenje motora → manja potrošnja goriva
PRIMER: KAMION
UPOTREBA U RAVNIČARSKOM PREDELU: iGP
↓
UPOTREBA U PLANINSKOM PREDELU: iGP ↑
UPOTREBA NA GRADILIŠTU: iGP ↑ (“Puzeće brzine”)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
Kriterijum: zadata obimna sila na točku
Npr: savlađivanje maksimalnog uspona pri polasku sa potpuno
opterećenim vozilom
Ograničenje: uslovi prijanjanja – mogućnost realizacije vučne
sile
Napomena: kod određenih vrsta vozila može postojati potreba za “puzećim” brzinama
→ manevrisanje na malom prostoru, savlađivanje izraženih neravnina i sl.
FOMAX
MMAX ⋅ iI ⋅ iGP ⋅ ηTR
=
rD
⇒
rD ⋅ FOMAX
iI =
iGP ⋅ ηTR ⋅ MMAX
Koliko je FOMAX?
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
Kriterijum za definisanje vrednosti FOMAX:
savlađivanje maksimalnog uspona pri potpuno opterećenom vozilu
→ Želimo što veće αMAX za GMAX
FW ≈ 0
FIN = 0
FO
Fα
FfP
G
FfZ
FOMAX = Ff + FαMAX = GMAX⋅(f⋅cosαMAX + sinα MAX)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
FOMAX =
iI
MMAX ⋅ iI ⋅ iGP ⋅ηTR
rD
iI =
rD ⋅ FOMAX
iGP ⋅ ηTR ⋅ MMAX
FOMAX = GMAX⋅(f⋅cosαMAX + sinα MAX)
8
7
6
5
iI =
4
3
rD ⋅ GMAX ⋅ (f ⋅ cos αMAX + sin αMAX )
iGP ⋅ ηTR ⋅ MMAX
2
POTREBNO ZA SAVLAĐIVANJE αMAX
1
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
α(°)
Da bi se povećala maksimalna obimna sila raspoloživa sa stanovišta MMAX, a
time i αMAX, treba povećati prenosni odnos.
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
Da bi se povećala maksimalna obimna sila raspoloživa sa stanovišta MMAX, a
time i αMAX, treba povećati prenosni odnos.
ALI...
Maksimalna obimna sila koja se može realizovati ograničena je uslovima
kontakta između pogonskog točka i podloge.
(Detaljnije u poglavlju “Klizanje i prijanjanje”)
Prijanjanje ograničava obimnu silu, a time i maksimalni ugao nagiba.
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
Prijanjanje – mera mogućnosti za prenošenje horizontalne sile između
točka i podloge
MTMAX
Gϕ - vertikalno opterećenje pogonske osovine
ϕ - koeficijent adhezije (prijanjanja)
FOMAX,ϕ = Gϕ⋅ϕMAX →
OBIMNA SILA KOJU JE
MOGUĆE REALIZOVATI SA
STANOVIŠTA PRIJANJANJA
FOMAX
Gϕ
MT = FO⋅rD
MTMAX,ϕ = FOMAX,ϕ⋅rD → DALJE POVEĆANJE NIJE MOGUĆE!
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
Gϕ - vertikalno opterećenje pogonske osovine
GP =
lZ
h
⋅ G⋅ cosα− T ⋅ G⋅ sinα
l
l
GZ =
lP
h
⋅ G⋅ cosα+ T ⋅ G⋅ sinα
l
l
Gϕ(N)
4 X 4 Gϕ=GP+GZ
POGON NAZAD Gϕ=GZ
POGON NAPRED Gϕ=GP
0
10
20
30
40
α(°)
50
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
FOMAX =
iI
MMAX ⋅ iI ⋅ iGP ⋅ηTR
rD
iI =
9
FOMAX = Gϕ(α)⋅ϕMAX
rD ⋅ G ϕ (α ) ⋅ ϕMAX
iGP ⋅ ηTR ⋅ MMAX
8
7
6
5
Prenosni odnos koji omogućava
maksimalnu obimnu silu sa stanovišta
prijanjanja (primer: prednji pogon)
α ↑ ⇒ Gφ↓
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
α(°)
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa prvog
stepena menjača – iI
iI
9
8
Kriterijum proklizavanja
pogonskog točka:
iI ≤
rD ⋅ Gϕ ⋅ ϕMAX
iGP ⋅ ηTR ⋅ MMAX
7
iI
6
5
4
3
2
Kriterijum raspoložive
obimne sile:
iI ≥
αMAX
1
0
0
5
rD ⋅ GMAX ⋅ (f ⋅ cos αMAX + sin αMAX )
iGP ⋅ ηTR ⋅ MMAX
10
15
20
25
30
35
α(°)
40
45
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa stepena u
kome se dostiže vMAX – iVmax
vMAX → poslednji / pretposlednji stepen
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
im ⋅ iGP
Za iskorišćenje maksimalne snage motora:
iGP ⋅ v MAX
80
Pt(kW)
iv MAX =
100
0,377 ⋅ rD ⋅ nPMAX
PTMAX
60
PT
40
20
ZA KONAČNO IZABRANU
VREDNOST IGP
OTPORI
0
0
30
60
90
120
v(km/h)
150
180
210
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa stepena u
kome se dostiže vMAX – iVmax
ivMAX =
ivMAX >
ivMAX <
0,377 ⋅ rD ⋅ nPMAX
iGP ⋅ v MAX
0,377 ⋅ rD ⋅ nPMAX
iGP ⋅ v MAX
0,377 ⋅ rD ⋅ nPMAX
iGP ⋅ v MAX
⇒ nVmax = nPmax – korišćenje maksimalne
snage motora za ostvarivanje maksimalne
moguće brzine
⇒ nVmax > nPmax – maksimalna moguća brzina nije
realizovana, bolje performanse pri ubrzavanju i na
uzbrdici
⇒ nVmax < nPmax – maksimalna moguća brzina nije
realizovana, manja potrošnja goriva, manja buka
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa stepena u
kome se dostiže vMAX – iVmax A: nVmax = nPmax
B: nVmax > nPmax
C: nVmax < nPmax
A i B → uobičajeno: pretposlednji stepen; vozila visokih performansi:
poslednji (ubrzanje!)
C → uobičajeno: poslednji stepen (“štedni”)
Teretna vozila → B: nVmax = nMAX (zakonska ograničenja)
Izvor: Fahrzeuggetriebe
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Izbor prenosnog odnosa stepena u
Izvor: Fahrzeuggetriebe
kome se dostiže vMAX – iVmax
“Višak snage” pri 170 km/h
za tri slučaja
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
Suprotni zahtevi: ubrzanje ↔ potrošnja goriva
Povećanje broja stepeni prenosa: manuelni menjači →
pogoršanje komfora, opterećenje vozača
Usložnjavanje menjača, veća masa, veći gubici
Broj stepeni prenosa menjača
Putnička vozila:
∼6
Kamioni, autobusi:
∼ 12 ÷ 16
Ekonomski kriterijum:
Traktori:
∼ 20 ÷ 30 (48)
iskorišćenje resursa motora
OPŠTI ZAHTEV: STVARNU KRIVU VUČE ŠTO VIŠE
PRIBLIŽITI IDEALNOJ HIPERBOLI
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
DVA OSNOVNA PRISTUPA:
Komercijalna vozila: ∆n = const
Putnička vozila:
∆v ≈ const
Broj obrtaja pri promeni stepena naviše
n
n
Broj obrtaja
neposredno
nakon promene
v
v
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
Teretna vozila:
• mala snaga po jedinici mase → izražena
potreba za korišćenjem maksimalnih
resursa motora
• teži se podjednakoj raspodeli neiskorićenih
područja ispod idealne hiperbole
Ovakav uslov se ostvaruje kada je:
∆n = const
∆n = const
Izvor: Fahrzeuggetriebe
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
nMAX
∆n = nmax – npr = const v = 0,377 ⋅ rD ⋅ n = const⋅ n
im ⋅ iGP
im
npr – nakon
promene naviše
v MAX,k −1 = const⋅
Izvor: Fahrzeuggetriebe
nMAX
ik −1
vMAX u (k-1) – tom stepenu
v MAX,k −1 = v pr,k ⇒
nmax
i
( = const) = k −1
npr
ik
nmax i npr imaju
uvek iste vrednsti
v pr,k = const⋅
npr
ik
v u k – tom stepenu,
neposredno nakon
promene stepena
naviše
ik −1
= const = q
ik
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
ik −1
= q = const
ik
i2 =
i1
q
i3 =
i1
ik = k −1
q
q=
Izvor: Fahrzeuggetriebe
z −1
i1
iz
i2
i
= 12
q q
i4 =
i3
i
= 13
q q
GEOMETRIJSKI NIZ
z – broj stepeni prenosa
itd.
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
Primer: Vučni dijagram kamiona Mercedes-Benz 1835
(16 stepeni prenosa – 4x4)
Izvor: Nutzfahrzeugtechnik
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
Putnička vozila:
Potreba za korišćenjem maksimalnih resursa
motora često nije izražena u znatnoj meri
(maksimalne performanse se u praksi ređe
koriste)!
Manji je broj potrebnih stepeni prenosa
Koristi se kriterijum:
∆v ∼ const
∆v ≈ const
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
im ⋅ iGP
Neiskorićena područja ispod
idealne hiperbole su manja za
više stepene prenosa
Izvor: Fahrzeuggetriebe
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
∆v ≈ const
∆v = const ⇒ vMAX,i - vMAX,i-1 = const
v=
0,377 ⋅ rD ⋅ n
im ⋅ iGP
0,377 ⋅ rD ⋅ nMAX 0,377 ⋅ rD ⋅ nMAX
−
= const
iGP ⋅ ik
iGP ⋅ ik −1
Izvor: Fahrzeuggetriebe
1 1
−
= const
ik ik −1
HARMONIJSKI NIZ
FTN Novi Sad
Teorija kretanja drumskih vozila
Katedra za motore i vozila
Izbor prenosnih odnosa
Kriterijumi za izbor prenosnih odnosa međustepena
∆v ≈ const
→ Uslov je približno ispunjen i kada
se koristi sledeći pristup:
konstante
ik −1
= q = q1⋅ qn2 ≠ const
ik
q2 > 1 – slobodan izbor;
q1 se računa iz uslova:
i1
1
i1
−1)(z − 2)
= q1z −1⋅ q0.5(z
⇒
q
=
⋅
z
−
1
2
1
0,5⋅(z −1)⋅(z − 2)
iz
iz
q2
n – zavisi od stepena prenosa (kmax→n=0 kmax-1→n=1; kmax-2 →n=2; itd.)
ix
− x)(z − x −1)
= q1z − x ⋅ q0.5(z
2
iz
→ PROGRESIVNI NIZ
Download

Izbor prenosnih odnosa - Teorija kretanja drumskih vozila