道路规划与几何设计1

4 汽车的构造
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传动系,行驶系,转向系, 传动系,行驶系,转向系,制动系
发动机,离合器,变速箱,万向传动轴,差速器,车辆,驱动 轮,制动器等.
传动系 机械式传动系一般组成及布置示意图
1-离合器 2-变速器 3-万向节 4-驱动桥 5-差速器 6-半轴 7-主减速器 8-传动轴
1 KAV 2 Rw = K × A × ρ × u 2 = 2 21 .15
(2)滚动阻力(Rf) 滚动阻力(R 汽车在道路上行驶时的滚动阻力来源于轮胎表面于路面之间 的摩阻滑移,轮胎橡胶在接触表面处的弯曲变形,车轮滚过 路表面突出的石子或不平整的破碎路面,车辆从道路的低洼 处爬出,推动车轮通过砂,雪或泥地,在轮,轴和组合器轴 承处以及变速齿轮中的内部摩阻等.
R f = G × f × cos α ≈ G × f
(3)坡度阻力(Ri) 坡度阻力(R 汽车在坡道上行驶时,车辆受到其重量平行于坡面的分力的 作用. R = G × sin α ≈ G × i
i
以上均与道路状况有关,且与总重力成正比,表示为道路阻力: 以上均与道路状况有关,且与总重力成正比,表示为道路阻力:
传动系:万向传动:作用:柔和接触,传动 传动系:
1-万向节 2-传动轴 3-前传动轴 4-中间支承
传动系:主传动器,减速器:作用:①减速,增扭,②动力转90° 传动系:主传动器,减速器:作用:①减速,增扭,②动力转90° 方向.
1-轴承;2-左外壳;3-垫片;4-半轴齿轮;5-垫圈;6-行星齿轮; 轴承;2 左外壳;3 垫片;4 半轴齿轮;5 垫圈;6 7-从动齿轮;8-右外壳;9-十字轴;10-螺栓 从动齿轮;8 右外壳;9 十字轴;10-
R = Rw + RR + RI
式中,Rm为车辆总行驶阻力,kg.在车辆下坡或减速行驶时, 式中的坡度阻力或惯性阻力为负值. 由上述各项阻力的关系式可以看出,除空气阻力外,其它各项 阻力均与车辆的总质量成正比;而除了坡度阻力和惯性阻力外, 其它各项阻力还与车辆的行驶速度或速度平方成正比.因此,车 辆总质量和行驶速度是影响行驶阻力大小的两项最主要的因素.
图为传统的发动机纵向安装在汽车前部,后桥驱动的4 图为传统的发动机纵向安装在汽车前部,后桥驱动的4×2汽车布 置示意图.发动机发出的动力经离合器,变速器,万向传动装置 传到驱动桥.在驱动桥处,动力经过主减速器,差速器和半轴传 给驱动车轮.
1-发动机 2-离合器 3-变速器 4-变速器输入轴 5-变速器输 出轴 6-差速器 7-车速表驱动齿轮 8-主减速器从动齿轮 发动机前置,纵置,前桥驱动,使得变速器和主减速器连在 一起,省掉了它们之间的万向传动装置.
2 车辆尺寸及设计车辆 前面已讲过. 3 车辆的重量 车辆的重量通过车轴和车轮传递给道路和桥梁结构物.汽车前轴 的轴型都为单轴,后轴的轴型可采用单轴,双联轴或三联轴.前 轴两侧的车轮都由单轮胎组成,而后轴两侧的轮胎可由单轮胎或 双轮胎组成. 车辆重量大小,主要影响到对道路和桥梁的结构承载能力的要求 .重量特性主要由车辆总重和轴重以及轴型和轮型表征.车辆总 重或轴重越大,对道路和桥梁结构承载能力的要求越高,同时, 在使用过程中对道路和桥梁的损坏越严重,因而,所建工程的造 价(投资)和工程的运营(维护)费用便越高.为了兼顾道路建 设和运营部门及道路使用者双方的利益和便利,对道路上行驶车 辆的总重和轴重的最高值进行定量限制.
各国对道路上行驶车辆的最大轴重和总重有不同的限定.单轴最 大 允 许 轴 重 变 动 于 80~130kN ; 双 联 轴 最 大 允 许 轴 重 变 动 于 140~210kN;三联轴最大允许轴重变动于180~270 kN.卡车的最 大允许总重变动于240~400kN;半挂式和全挂式货车的最大允许总 重变动于360~500kN.我国公路部门规定的单轴最大允许轴重为 60kN(每侧单轮胎)或100kN(每侧双轮胎),双联轴最大允许轴 重为100kN (每侧单轮胎)或180kN(每侧双轮胎),三联轴最大 允许轴重为120kN(每侧单轮胎)或220kN(每侧双轮胎);卡车 和单拖挂货车的最大允许总重为400kN,双拖挂或三拖挂货车的最 大允许总重为460kN. 我国公路标准规定路面设计标准轴载为双轮组单轴100KN. 具体内容应在路基路面课程中讲述.
(4)卡车 ) 卡车系指载货区和动力设备装在共同的车架上不能分开的货车 (图2-1(a)).卡车包括二轴四轮(轻型卡车),二轴六轮,三 轴(双后轴)和四轴(三后轴)卡车四种.轻型卡车的总重量 —般小于45kN,二轴六轮卡车的总重量大都在45～180kN范围 内,而三轴和四轴卡车的总重量可高达260～300kN. (5) 组合式货车 ) 组合式货车由牵引车或卡车同一个或多个挂车组合而成,可总 称为拖挂车 拖挂车.牵引车和挂车通过铰接方式联结时,彼此可相对 拖挂车 转动,因而也可称为铰接车 铰接车.组合式货车的总重量一般可达到 铰接车 400～500 kN,通常用于长途运输.挂车有两种:后端有一个轴 或多个轴但前端无轴的半挂式,其前端放在牵引车的后端上, 并把一部分重量传给前面牵引车;前后各有一个轴或多个轴的 全挂式,由卡车或带半挂车的牵引车拖带,但不把重量转给前 面.
道路运输的载运工具主要为利用燃油(汽油,柴油),电或其它能源作动力,通 过轮胎在各种道路上行驶的车辆,如汽车(客车和货车等),无轨电车,各种装 卸载运车辆,摩托车等.道路运输工程设施的规划和设计,要考虑并满足这些设 施的使用对象——载运工具的运行特性要求.例如,工程设施的几何设计要能容 纳车辆在体积尺寸和通行能力方面的使用要求,而工程设施的结构设计则要能经 受住车辆质量的重复作用等.因此,道路工程的规划和设计人员,虽然不需要了 解和掌握运载工具的设计,制造和使用知识,但必须了解它们的运行特性,以便 规划和设计出能满足其使用要求的各项工程设施.本章首先介绍车辆(主要是汽 车)的类型,尺寸和质量方面的知识,而后进一步介绍同工程设施规划和设计有 关的一些运行特性,如行驶阻力,功率,加速和减速性能以及车辆运行费.
道路规划与几何设计
同济大学交通运输学院
第二章汽车行驶理论
本章主要内容( 本章主要内容(共3次): 次 车辆类型,尺寸,重量和构造( 一,车辆类型,尺寸,重量和构造(1) 二,汽车的驱动力(1)及行驶阻力(2) 汽车的驱动力( )及行驶阻力( ) 汽车的动力特性及加,减速性能( ) 三,汽车的动力特性及加,减速性能(2) 汽车的安全稳定性及制动性能( ) 四,汽车的安全稳定性及制动性能(3) 车辆运行费( ) 五,车辆运行费(3)
汽车驱动力图
车速, V
2,汽车的行驶阻力 , 汽车在道路上行驶时须克服各种阻力,如滚动阻力,空气阻力, 坡度阻力,弯道阻力和惯性阻力等.这些阻力一方面与道路的 特性有关,如路面平整程度,坡度,弯道曲率半径等,另一方 面则随车辆的运行特性而变,如车辆总重,行驶速度,速度变 化速率,车身迎风面积和外廓线形等. (1)空气阻力(Rw) 空气阻力(R 汽车行驶时的空气阻力包括车辆迎风面处的空气直接作用, 空气越过车辆表面(包括车底)的摩阻力以及车后的局部真 空.
F × S W = ( 单位换算 2π n 2π n
× 60 × 1000
= 9549
(2)r和V的关系(公式 ) 和 的关系 公式2-5) 的关系(
60 n 60 nr V = 2π × r × n k × = 2π × r × × = 0 .377 × 1000 λ 1000 λ
λ
0 .377 × n = r V
二,汽车的驱动力及行驶阻力
1,汽车的驱动力 , 燃料→热能→活塞→机械能→[产生有效功率N] →曲轴→ [产生每分钟n的转速旋转] →[产生发动机曲轴扭矩M] → 离合器→变速器→传动轴→主传动器→差速器等→驱动轮 → [产生驱动轮扭矩MK] 功率(N),发动机功率,单位千瓦(Kw)/马力(hp), 1hp = 0.7457 kW. 扭矩(M),表征汽车牵引力的大小,单位牛顿.米/千克.米,1 千克.米=9.8牛顿.米 燃油消耗(ge),发动机每小时产生每千瓦功率消耗的燃油 量,单位(克/千瓦/小时) 转速(n),单位 转/分钟 有一个简单的公式可以表明功率,牵引力和速度的关系: 功率 (N)=(牵引力)扭矩(M)×速度(V)
3,汽车的平衡方程式和行驶条件 , 平衡方程式 (1)平衡方程式
(3)T和V的关系(公式 和 的关系 公式2-6,2-7) 的关系( )
T=
M k MληT nMληT = = 0.377 × r r V
nMλη T N nη T N T = 0.377 × = 0.377 × 9549 × × = 3600 × ×ηT V n v V
T
驱动力
T1
T2
ຫໍສະໝຸດ BaiduT3
T4
车辆类型,尺寸, 一 ,车辆类型,尺寸,重量和构造
1 车辆类型 汽车可分为客车和货车两大类.客车包括小客车(轿车), 面包车,公共汽车(小型,中型和铰接式)等.货车可进一 步分为卡车(轻型,中型和重型)和组合式货车(各种拖挂 式货车)两类.
(1) 小客车 ) 小客车为二轴-四轮车辆,可坐2～6人,主要作为个人交 通工具.按重量和尺寸大小,可分为小型,中型和重型三种 .其重量变动于6.8～18kN 范围内;车身长度在3.5~5.6m 之间,前后轴的中心距变动于2.3~3.1m之间,车身后缘到 后轴的 长度(后悬 距离) 为0.6~1.5m之间;车身 宽度为 1.6~2.0m,高度为1.15~1.65m之间. (2) 面包车 ) 面包车通常由小客车或轻型卡车的底盘改装而成,可乘坐 6～15人. (3) 公共汽车 ) 小型公共汽车通常有15～25个座位,供短途运输用,其车 身长约为5.5～7.6m,宽为2.0～2.5m.中型公共汽车可为 二轴或三轴,车身长9～12m,宽2.4～2.6m,约有45个座 位.把半挂车固定地联结在二轴中型公共汽车上,便组成铰 接式公共汽车.其长度约为16～18m,宽度为2.6m,包括 站立乘客在内约可容纳100人以上.
Mk用力偶T和Ta表示,Ta平衡路面反作用力 ,T平衡汽车阻力 平衡汽车阻力R 用力偶 和 表示, 平衡路面反作用力F, 平衡汽车阻力
有关计算的汇总: 有关计算的汇总:
(1)M和N的关系(公式 ) 和 的关系 公式2-1) 的关系(
M = = F × r ( 力臂 ) = F × C ( 周长 2π ) = ) N 2π n = F × S ( 总长 n ) × 1 2π × N n
(1)发动机外特性曲线 ) 上述四种关系曲线,构成了发动机转速特性曲线(发动机转速特 性曲线),油门全开时称发动机外特性曲线,否则称发动机部分负 荷特性曲线. N max 功率曲线
M max
扭矩曲线
最小转速
最大转速
nmin nM
nN
nmax
汽油发动机外特性
(2)驱动轮扭矩 ) 功率 (N)=(牵引力)扭矩(M)×速度(V) (3)汽车的牵引力(T) )汽车的牵引力( )
传动系: 传动系:发动机 外特性曲线 燃料→热能 →活塞,曲 轴→机械能 →作功
传动系:离合器:作用: (1)保证起步时工作平稳.(2) 传动系:离合器: 行进中换挡. (3)传动系不至于过载.
1-飞轮 2-从动盘 3-压盘 4-膜片弹簧
传动系:变速箱: 传动系:变速箱:作用:减速增扭
1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环 5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴常啮合齿轮 此变速器有五个前进档和一个倒档,由壳体,第一轴(输入 轴),中间轴,第二轴(输出轴),倒档轴,各轴上齿轮, 操纵机构等几部分组成.
RR = G × ( f + i )
(5)惯性阻力(RI) 惯性阻力(R
G RI = σ × × a g
汽车行驶速度变化(加速或减速)时,车辆受到运动惯性阻 力的作用.此惯性阻力是车辆重量及加速或减速速率的函数.
δ =1+ δ 1+ δ i ≈ 1
2 2 k
综合上述各项阻力,车辆在路上的总行驶阻力为: