动力性检测与台架试验 - 图文(7)

传动系阻力的差异源于相对运动产生的摩擦。传动系存在两种不同类型的摩擦，机械摩擦和液力摩擦。因此，传动系阻力就由机械摩擦引起的机械阻力和液力摩擦引起的液力阻力两部分组成。机械阻力是由齿轮传动副、轴承、油封等配合副相对运动引起的摩擦。显然，机械阻力的大小与配合副的状况密切相关。液力阻力是由齿轮等旋转件搅动润滑油，以及润滑油与旋转表面间的摩擦引起，液力阻力的大小取决于润滑油的品质、温度、箱体内油面高度和旋转件的转速。故传动系阻力由与传动系速度无关的机械阻力和与传动系速度有关的液力阻力构成。汽车在台架反拖测定行驶阻力时，传动系不传递动力，变速器一般都是置于空档，汽车相对地面是静止的，测试环境稳定。而汽车行驶时，变速器要适应道路阻力的变化，不断更换档位，调节传动系传递的转矩，传动系润滑油温度也随运行工况和环境条件等产生较大的变化。这些因素都使运行中传动系的阻力值不同于台架检测，比台架测试数值大，但传动系阻力构成机理基本不变，和前所述～样，同样也随运行速度增加而增加。汽车运行中传动系阻力的大小与传动系润滑油温密切相关，随润滑油温升高而降低。行驶中受迎面气流的影响，驱动桥的润滑油温度可能低于标准值，有试验指出，若稍微提高８×８汽车轮边减速器的油温２０Ｋ，就使液力阻力减少一半。在台架上汽车处于静止状态，润滑油温度一般比道路行驶时高。汽车在道路上行驶时，还存在轮毂轴承摩擦阻力和车轮定位前束阻力，在台架上只有驱动轮的轮毂轴承摩擦阻力，不存在车轮定位前束阻力。因此，在台架与道路上的传动系阻力是不同的。２．滚动阻力的差异性分析车轮在道路和滚筒上滚动时，轮胎与道路和滚筒接触的区域产生法向、切向的相互作用，以及相应的轮胎变形力。此时由于轮胎有内摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎对它所做的功不能全部回收。如图３—６所示，ＯＣＡ、ＡＤＥ分别为加载变形曲线和卸载变形曲线，显然，两图３－６轮胎弹性迟滞曲线曲线并不重合，面积之差ＯＣＡＤＥＯ则为加载与卸载过程之能量损失。此能量消耗在轮胎各组成部分相互之问的摩擦以及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化为热能而消失在大气中。这种损失即为弹性物质的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶，也就是汽车的滚动阻力。１、汽车在台架上的滚动阻力分析在台架上当车轮不滚动时，滚筒对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的，但当车轮滚动时，在线Ｏ。Ｏ。前后相对应点ｄ和ｄ。变形虽然相同，但由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部点ｄ的法向反力就大于处于恢复过程的后部点ｄ’的法向反力，如图３—７所示。这也可以从图３－６中看出，设同一变形６，压缩时的受力为ＣＦ，恢复时的受力为ＤＦ，而ＣＦ大于ＤＦ。这样使得滚筒对轮胎法向反作用力的分布前后并不对称，反作用力的合力Ｆ。以滚筒中心为原点向前偏斜了一定角度。设前滚筒偏斜了Ｙ角，后滚筒里譬！专箩在滚筒上滚动时接触面上压力分布图３—８驱动轮与滚筒的受力图“………………“…偏斜了ｐ角，其偏斜角度的大小与轮胎结构、材料、气压、载荷、轮胎磨损程度和运转车速有关。当轮胎变形增大时偏斜角也随着轮胎弹性迟滞损失的增大而变大。由于偏斜角的存在使接触面上的合力ｎ。和Ｆ。：的作用点相对于Ｏ。０：和０，Ｏ。连线向前分别移动距离１１＝Ｙ?ｒ和ｌ：＝ｅ?ｒ。为分析方便将研究对象取分离体，见图３—８，将合力ｈ．和Ｆ．。分别分解成平行于Ｏ，Ｏ：和Ｏｊ０。连线的支反力Ｆ：。和Ｆ。以及垂直于Ｏ：Ｏ。和ＯｉＯ。连线的滚动阻力Ｆ，。和Ｆ。为使车轮能在滚筒上匀速滚动，必须在车轮上施加驱动力矩Ｔ，以克服上述的滚动阻力和支反力对车轮造成的阻力矩。由平衡条件得：对Ｏ。取矩：ＴＴ＝ＦｆｌＲ＋Ｆ：。１．十Ｆ“Ｒ＋Ｆ：。１２（３—１）对０２取矩：Ｒｌ１１＝Ｆｆ－ｒｒ（３－２）（３－３）（３—４）对０，取矩：Ｆ。ｚ１产Ｆｎ又Ｆ。＝一Ｆ，。’，Ｆ，。＝一Ｆ，：’，Ｆ：。＝一Ｆ。。’，Ｆ。：＝一Ｆ。’对上述方程联立求解得：Ｔ，＝（Ｆ，。＋Ｆ，：）（Ｒ＋ｒ）（３～５）令（Ｆ。＋Ｆ，：）＝Ｆ，‘为车轮滚动的总阻力。根据汽车理论受到的滚动阻力为：Ｆｆ‘＝（Ｆｚｌ＋Ｆｚ２）ｆ‘汽车在滚筒上（３—６）支反力与轴重有如下关系：ＦｚＦＦｚ产Ｗ／Ｚｏｏｓｅ（３－７）。一ｓ，ｅ：ａｒ…“√卜ｃ采毒２，则式中耻ｗｗ一一轴重，Ｎ：ｆ‘７ＩｏＬ鬲）２）（３—９）Ｌ一一滚筒中心距，１１１１ｌｌＩ｛一一轮胎静力半径，ｍｍ；ｒ一一滚筒半径，ｍｉｌｌ：ｏ一～滚筒中心距与滚筒径向载荷作用方向之间的夹角，即安置角，“。”：ｆ‘一一台架滚动阻力系数。２）汽车在道路的滚动阻力分析图３—９示为车轮在道路上滚动时的受力分析，由汽车理论得滚动阻力Ｆ，＝Ｗｆ，又道路的曲率半径很大，可以近似看成平面，因此，汽车在道路上受到的滚动阻力不受到安置角的影响。由于路面材料和滚筒材料不同，因此，同一轮胎在相同轴载的情况下在道路和图３－９车轮在硬路面的受方隋况滚筒上的滚动阻力系数不同。因此，下面对造成两者滚动阻力产生差异的主要因素即安置角和滚动阻力系数进行分析。①安置角由式（３—８）中可以看出来，安置角对滚动阻力的影响，也就是台架结构参数即滚筒中心距和滚筒半径对滚动阻力的影响。它们对滚动阻力的影响主要表现在轮胎变形曲率的大小。在道路上，道路的曲率半径越大，轮胎变形越小，因而产生的滚动阻力就越小；在台架上，轮胎接触面弹性体变形的曲率和滚筒表面的曲率基本上是一致的，因为滚筒的曲率半径小，轮胎在滚筒上的接触面积小，比压增大，其变形要大予轮胎在路面上的变形，故滚动阻力大于良好路面的滚动阻力。此外，由于滚筒中心距和半径的变化，不同汽车在不同滚筒的滚动阻力不同，下面内容进行ｔ『详细的说明。在轮胎半径不变的情况下，滚筒直径不变，增大滚筒间距，安置角增大，支反力增大，轮胎与滚筒接触区域的应力将增大，接触区域的应变增大，滚动阻力增大；滚筒直径增大，滚筒间距不变，安置角减小，支反力减少，滚动阻力减少。也就是说同一种型号的轮胎在不同台架有不同的安霄角，如表３一１７所示。所以同一辆汽车在不同台架上测得的滚动阻力不同。表３—１７同一辆车（金龙车）在不同台架的安置角（单位：。）ｌ滚筒规格中３６９２ｘｏ２１８ｘ９５０巾３０８×２７００中３１８×１０００ｌＩＯＯＬ６００４４５５１５５４０ｏ４３．０６３３．４６３８，９２４０．８５当滚筒直径和间距都不变的情况下，轮胎半径增大，安置角减小，从而支反力减小，滚动阻力减小，因此不同的车辆由于轮胎规格不同，受到的滚动阻力也不同。即使是同一辆车，前后检测使用的轮胎规格不同，得到的滚动阻力也不同，因此，实验时应保证轮胎的规格一致。表３～１８为不同车辆在大台架的安置角，可见解放的轮胎半径大，安置角最小；金龙次之；桑塔纳的轮胎半径最小，安置角最大。②滚动阻力系数滚动阻力系数与接触面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。对同一辆车来说，相同车速下滚动阻力系数的差异主要是接触面的种类的不同。接触面的种类的不同可以分为表面材质、表面粗糙度的不同。表面材质的不同主要影响表现在轮胎在两种接触面上运行时两者与轮胎的热交换不同，两者的滚动阻力系数就不一样，进而导致轮胎滚动阻力不相等。轮胎和外界热交换主要通过三种方式：接触导热、对流换热、辐射换热。滚筒为钢质材料，道路一般为沥青或混凝土，从下表３—１９可以看出三者的导热系数不一样：表３－Ｉ９路面与滚筒表面材料的导热系数混凝土１．０８ｉ表面材料Ｉ导热系数粘土１．２８１沥青１．２５６钢板４８．９８４钢板导热比较快，又由于在台架上汽车是静止的，因此对流换热比道路的少，故台架与道路的滚动阻力不同。又由于材质的不同，轮胎在滚筒上运转，因滚筒表面的硬度远远大于轮胎弹性体的硬度，所以滚筒几乎没有变形，变形全由轮胎负担。因道路的硬度远远小于钢质滚筒的硬度，轮胎在路面上行驶时，轮胎与道路都产生变形，因此导致台架与道路滚动阻力不同。汽车行驶过程中，路面粗糙度不仅影响到轮胎滚动过程中的变形所引起迟滞损失，而且也影响到轮胎振动所产生的迟滞损失，路面越粗糙，因轮胎振动造成的迟滞损失也越大，滚动阻力增大。此外，由于汽车在台架和道路上运行时的环境条件不同，将导致轮胎热平衡温度不同，因此对轮胎的滚动阻力系数存在影响。环境条件主要包括两个方面：一是环境温度，二是空气流动状态。环境温度的不同，直接影响到轮胎散热的快慢，即影响轮胎温升的速度，轮胎长时间运行时还影响轮胎的平衡温度，最终影响滚动阻力。研究表明，环境温度每上升ｉ０℃，滚动阻力约降低４％。汽车在台架上检测时是在室内进行的，风速几乎为Ｏｍ／ｓ，空气紊流完全由轮胎的运转产生。而汽车在道路上行驶时，空气对流和紊流不仅由轮胎、车体运动产生，而且受到空气本身的流动状态的影响，风速越大，空气与轮胎的热交换速度越快，轮胎稳态时的平衡温度降低，因此空气流动状态对滚动阻力产生影响。综上所述，台架和道路滚动阻力差异性的主要影响因素可以如下图３～１０所示：