АВТОМОБИЛЬ-СВОИМИ РУКАМИС татьятретьяНЕСЛОЖНЫЕ РАСЧЕТЫИзвестны случаи, когда автомобилисты-любители строили автомобиль, о пираясьтолько на своюинтуицию , б езкакихбы то ни былорасчетов . О д ­ нако чаще всего эксплуатационные качества такогоавтомобиляоказывалисьнетеми , к акихотнегоожидали , а отд ельныеузлыбыстроизнашивались или выходилиизстроя . Ч тобы свести кми ­ нимуму несоответствие построенной маш иныеезамыслу , н ужнырасчеты . Сам ыенеобходимыеиз них несложны , они под силу каждому автолюбителю. Расчеты, о тносящиесякотдельным ответственным деталям, будут приведены при описании соответствующих механизмов. Здесь же речь пойдет о расчетах, с вязанныхсобщейхарактеристикой автомобиля. Как обеспечить наиболее полное использование мощности и крутящего мо ­ м ента двигателя? Д ляэтогонадопра ­ вильно выбрать передаточные числа трансмиссии. К оробка передач, как правило, и спользуется готовая, вместе с двигателем; ее передаточные числа предопределены. Не всегда удается приобрести шины желаемого размера; н о во всякомслучаеразмеры их также известны. Таким образом , дело сводится красчетупередаточного числа глав ­ н ойпередачи '. Его начинаютсопределения ' м акси ­ мальной скорости движения, которую способен развить проектируемый автомобиль с данным двигателем. При этом возможны два варианта расчета. П ер ­ вый ( у словноназовемего «а») — п ре ­ дусматривает достижение возможно большейскоростиивторой «б» — п олу ­ чение возможно лучшего разгона, более легкого преодоления подъемов и плохих дорог . С ледуетотметить , ч топривтором варианте максимальная скорость получается ненамного меньше, чем при первом. В первомвариантепринимают , что максимальной скорости автомобиль достигает в тот момент , к огда двигатель развивает наибольшую мощность; во втором — к огда двигатель работает с максимально допустимым числом обор отовколенчатого вала. У большинствадвигателей это число на 10—12 проц . превышает число оборотов при макси ­ мальной мощности , а последняя сниж ается на 10—15 проц . п осравнениюс наибольшей. В озьмем для примера двигатель СЗА , р азвивающиймощность 8,3 л;1 с. п ри 3400 об / м ин (рис.* 1). П редположим , ч тоегонамечено установить на двухмест ­ ный четырехколесный автомобиль с легким открытым кузовом. Проектный полн ый вес Ge автомобиля с нагрузкой (150 кг ) составляет 450 кг . К оэффициентКсопротивлениявоздуха для негосо ­ ставляет около 0,05, л обоваяплощадь — о коло 1,5 м2 . В используемых на нем8B.W •гSУ 4\об///VXч//Г\£ц\¥к 1. * - >s// /:/• "1000 2000 3000 4000 число оборотов коленчатого бала В минуту Рис. 1, Внешняя характеристика двигателя СЗА (или ИЖ-56 о вентилятором).ш инах 4,00—10 (с мотороллера ) в нутрен ­ н еедавлениедолжно быть всреднемоколо 1,2 кг / с м2 ( р асчетдавлениявши ­ нах производитсяниже ) . К оэффициент /£ п олезногодействия ( к пд ) т рансмис ­ сии сучетомвозможногоприменениядополнительногоредуктора или цепно ­ г оприводапримемравным 0,85. Построим график расхода мощности на сопротивлениекачениюN4и на со ­ противление воздуха Ny / в зависимости от скоростиVaдвижения автомобиля ( р ис . 2). М ощность подсчитываем по формулам:wгде f — переменный коэффициент соп ротивлениякачению . Его можноопре ­ делить с достаточной точностью по гра ­ ф ику , п редставленному на рис . 3. К аквидноизрис . 2, п рирасчетеповарианту «а», т. е., если мощность на ведущихколесахравна 8,3 X 0,85 = 7 л . с , м ожноожидать , что автомобильбудетразвиватьскоростьоколо 60 км / ч ас . П рирасчетеповарианту «б» м ощностьсоставитоколо 6,5 л . с , а скорость — 58 км / ч ас . П олучив эти данные , м ожноустано ­ вить передаточноечисло io главнойпе ­ редачи по формуле:,3 0,028ас? _%*Т*<? 'Ч/ // //у/0,02У 'V41 tf| opts^ч.е|го 30 АО 50 60 70 80 90 100 ПО скорость в км/часCa-f. КРис. 3. Примерная зависимость коэффициента сопротивления качению от скорости движения и давления в шинах.где гк — р адиус качения колеса равн ый ( д ляколеса 4,00—10) 0,23. п — ч ислооборотовколенчатого вала двигателявминуту (3400 длявариан ­ та «а» и 3800 дляварианта «б»). Передаточное число для варианта «а» р авно — 4,9, д ляварианта «б» — 5,7. М ыпроизводим расчет, имея в виду, что двигатель используется со стандартной коробкой передач, у которой передаточное число IV (высшей) передачи составляет единицу. П рирасчете для автомобилейскузо ­ в омзакрытого типа коэффициент К рав еноколо 0,04, д ляхорошообтекаемых микролитражных автомобилей — около 0,03. К пдтрансмиссии , в случаеотсутст ­ вия двойногоредуктора или цепного привода , с ледует считать 0,9. Теперь проверим результаты нашего расчета . Н аложим на график расхода мощности (см.. р ис . 2) г рафиквнешней характеристики двигателя СЗА, взятый изрис . 1. Д ляэтогопостроимподшка ­ лой скорости шкалу оборотов коленчат ого вала двигателя . В зависимости от принятого варианта расчетасовместимотметку 3400 на шкалеоборотовс отм еткой 60 на шкалескорости или от ­ м етку 3800 сотметкой 58, а затемподе ­ л имполучившийсяотрезок0 — 3 400 илиw35007 65о «?4О1о3 о21020 30 40 50 скорость й км/час I00O 2000 зооо шкалы оборотов(000_|—i—i—1—1 * ' * < •58 6020003000Расчет приводится в несколько упрощенном виде.1Рис. 2. Расход мощности на сопротивление качению и сопротивление воздуха. Пунктиром показана внешняя характеристика двигателя.22 О—3800 соответственно на 17 и 19 частей (отметки по 200 оборотов). Восстановив из отметок на новой шкале вертикали для диаграммы внешней характеристики двигателя, отложим на них значения мощности, уменьшенные на 15 процентов ( 1 = 0 , 8 5 ) по сравнению со значениями, приведенными на рис. 1. Мы видим, что автомобиль, рассчитанный по варианту «б», должен иметь большой запас мощности и поэтому сравнительно хорошо преодолевать разгон и подъемы. Достаточна ли тяговая сила Рц для движения проектируемого автомобиля в различных условиях? Она подсчитывается по формуле:Таблица 2 Основные размеры в мм радиус качения (в движении) Обозначение шин £?'Я Допустимое внутреннее давление 2в кг/смАДопустимая нагрузка в кг при давленииА ЯАЧ3 | с о Я3 0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 Тогда:§ яоfflOб.а4.00—10 4.50-9 5.00—10 140 X 570 5.20—13 515 470 540 570 620 105 120 140" 140 145о s3 100 120 170 205 190о яЗ 175 215 280 345 315230 225 245 270 285* я 1.8 1.8 2.0 2,0 2,0£3где Мв —наибольший крутящий момент двигателя равный 3 кгм; '1^—передаточное число в коробке передач. , Подставляя значения 1в (4,9 или 5,7) и Ц (см. «За рулем», № 3), получаем значения тягояой силы. Они приведены в табл. 1. Таблица 1 Тяговая сила в кг Передача£*4,32 2,24 1,40 1,00при С, = = 4,9 235 120 75 55при 1» = == 5,7 275 140 . 87 63I И III IVОчень важен правильный выбор шин и внутреннего давления в них. И для этой цели существуют несложные расчеты. Как указывалось в наших предыдущих статьях, строители самодельных автомобилей могут рассчитывать на использование шин 4.00—10 (с мотороллеров), 4,50—9 (с трехколесной мотоколяски), 5.00—10 (с четырехколесной мотоколяски) и 140X570 (что соответствует по дюймовой системе обозначения примерно размеру 5,50—12). К этому перечню на будущее следует добавить шину -5,20—13, предусмотренную для микролитражного автомобиля, который будет выпускаться'запорожским автозаводом. Основные размеры шин, рекомендуемые нагрузки и внутреннее давление в них приведены в табл. 2. Величина необходимого внутреннего давления рс данной нагрузкой или значение допустимой нагрузки GK при желательном внутреннем давлении можно подсчитать по формулам:Практически иногда давление устанав2 ливают на 0,2—0,3 кг/см выше, чем предусматривается расчетом. Делают это для того, чтобы уменьшить сопротивление качению и продлить срок службы шин'. Вместе с тем для плавности хода маленького автомобиля очень важно, чтобы давление в шинах было как можно ниже, в особенности на колесах, близко к которым расположено сиденье (например, при выносе сиденья водителя вперед). Определенное отношение между величинами давления в шинах передних и задних колес имеет существенное значение и для устойчивости автомобиля. Одним из характерных показателей последней является так называемая критическая скорость Vty,, вычисляемая приближенно по уравнению:Для движения автомобиля необходимо, чтобы, тяговая сила Р« на ведущих колесах была меньше силы сцепления колес с грунтом (иначе колеса будут скользить, буксовать) и не меньше силы сопротивления движению. Сила сцепления равна произведению веса автомобиля, приходящегося на ведущие колеса, и коэффициенту сцепления (0,7 на сухом асфальте; 0,15 — на мокром). На задние ведущие колеса приходится вес, составляющий около 60 проц. полного веса, т. е. 450 X 0,6 • = = 270 кг. Таким образом, сила сцепления на сухом асфальте равна 190 кг, на мокром — 40 кг. Сила же сопротивления движению Р+ определяется произведением веса автомобиля и коэффициента сопротивления качению f, который на асфальте (см. рис. 3) составляет около 0,02, на проселочной дороге — 0,035, на песке — около 0,2. Отсюда Р«£ равно соответственно 9, 16, 90 кг. Итак, проектируемый автомобиль будет хорошо работать на сухом асфальте. Но трогаться с места на I передаче надо, не давая «полного газа». На скользкой дороге нужно также уменьшить нажим на педаль управления дросселем, чтобы не допускать буксования колес. На проселочных дорогах автомобиль будет двигаться на всех передачах, но на песке придется переходить на III передачу (вариант «б») или даже на II передачу (вариант «а»). В целом же можно сделать вывод, что первый вариант («б») выгоднее второго («а»), так как разница в максимальной скорости невелика, а возможность автомобиля преодолевать трудные участки дороги (а также подъемы) при увеличенном передаточном числе значительно большая.где D — диаметр обода иЬ — ширина профиля, выраженные в дюймах (рис. 4). Эти простые формулы основаны на том положении, что на единицу сжатого воздуха, находящегося в шине, должно приходиться всегда одинаковое количество килограммов нагрузки. Подставив вместо букв известные или выбранные значения размеров шины и давления, можно подсчитать значения нагрузки (и наоборот). Например, автолюбитель имеет шины 4.00—10. Вес его автомобиля с нагрузкой составляет 450 кг, из которых 60 проц. (270 кг) приходится на задние колеса, т. е. Gv равно 270:2 = 135 кг.где L — база автомобиля в м, G 3и G,rнагрузка, приходящаяся соответственно на задние и передние колеса, в кг; К. и Kft—коэффициенты сопротивления уводу шин (двух для каждой оси). Коэффициенты KjиK ft подсчитываются по уравнению; K = 5b(D + 2b)(p + 1). Коэффициент К показывает, какая боковая сила (в кг) необходима, чтобы повернуть колесо на угол равный 1 радиану (53^). Возьмем для примера тот же автомобиль с давлением в шинах передних колес 0,8 кг/см 2 , задних —1,3 кг/см 2и базой 2 м. Коэффициенты сопротивления уводу шин составят: К» = 5 . 4 (10+8) (1,3+1)=830; К п = 5 . 4 (10+8) (0,8+1)=650. Тогда:Рис.4.Основные размеры шины.колесаит. е. больше скорости, развиваемой автомобилем. Это и требуется для его устойчивости. Если бы критическая скорость оказалась меньше максимальной, то пришлось бы (в зависимости от возможности) снижать давление в шинах передних колес или повышать в шинах задних колес. Таковы самые необходимые расчеты, которые требуется произвести для получения удовлетворительной общей характеристики самодельного автомобиля. Инж. Ю. ДОЛМАТОВСКИЙ.23