Центр масс автомобиля как найти

Характеристика
УАЗ – Patriot

Характеристика
двигателя ЗМЗ-409.10

Определение
центра масс автомобиля.

Для начала определяем координаты центра масс
порожнего автомобиля:

Ординату h₀
принимаем равной , где r_k
— статический радиус колеса. Получем .

Абсциссу определим из уравнения моментов относительно
точки А:

,

Отсюда =1340 (мм)

Далее определим массу пассажиров:

на переднем ряду:  кг;

на заднем ряду:  кг;

Из этого следует, что допустимая масса груза:  кг;

Массив
исходных данных для расчета координат центра масс

Составим уравнение моментов относительно точки В для
определения абсциссы центра масс груженого автомобиля:

Для определения ординаты, так же составляем
уравнение моментов:

Составим уравнение моментов относительно точки А для
нахождения R_z2
груженного автомобиля:

Для нахождения R_z1 составим
уравнение суммы сил параллельных оси у:

Определим
реакции, действующие на порожний автомобиль:

Найдем
распределение массы по осям груженого автомобиля:

Блок
производных исходных данных

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ АВТОМОБИЛЯ

При расчете автомобиля необходимо учитывать важные этапы компоновки и конструирования автомобиля. Сегодня мы с вами будем определять центр тяжести автомобиля и распределения его массы по осям.

Определение центра тяжести автомобиля и распределение массы автомобиля по осям

Для расчета весовых характеристик автомобиля в расчет обычно принимается масса взрослого человека (около 70кг), а для детей 35 кг. Центр массы взрослого человека принимается на обоснованном расстоянии от нижней крайней точки спинки сиденья и составляет 200 мм. Чтобы определить массу, приходящуюся на одну ось необходимо использовать уравнение моментов.

Сейчас мы рассмотрим расчет распределения нагрузки задней оси:

Расчетная схема определения нагрузки, центр тяжести автомобиля который приходится на заднюю ось автомобиля:

Gt — это сила тяжести рулевой колонки автомобиля; G1 — сила тяжести рулевого управления автомобиля; G2— сила тяжести кардана автомобиля; G3— сила тяжести силового агрегата автомобиля; G4 — сила тяжести передних сидений автомобиля; G5 — сила тяжести аккумулятора автомобиля; G6 — сила тяжести кузова; G7— сила тяжести задних сидений; G8 — сила тяжести задней подвески автомобиля и моста; С9 — сила тяжести задних колес; G 10 — сила тяжести глушителя выпускной системы автомобиля; G11- сила тяжести запасного колеса; l1,l2…l12  — расстояние от выбранного агрегата до передней оси автомобиля.

Проектирование автомобиля осуществляется с использованием следующих параметров: масса отдельных частей автомобиля, сухая масса автомобиля, реальные массы агрегатов. Сила тяжести определяется в Ньютонах для этого необходимо получить произведение массы автомобиля, умноженной на коэффициент 9,8. Еще необходимо найти в справочнике массу всех агрегатов и узнать расстояние агрегатов и механизмов до осей автомобиля. Для определения силы тяжести, которая приходится на задний мост необходимо сложить произведения сил тяжести умноженных на расстояния между осями до центра масс агрегата или механизма и разделить на расстояние между принятыми осями автомобиля. Во время расчета принимаем знаки соответствующие математическим выражениям.

Во время рассмотрения оси, справа от нее существует момент силы, произведение сил тяжести на расстояние, тогда принимается знак «+», а моменты сил слева от оси принимаются со знаком «-».

Среднестатистические значения центров масс отдельных узлов и агрегатов автомобилей, выраженные в кг.

Для определения силы тяжести, которая приходиться на другую ось можно воспользоваться таким же методом.

Во время проектирования автомобиля не достаточно построить изображение и дизайн на бумаге. Если проектируется пространство и посадочное место для водителя, необходимо изготовить специальный макет, который создается в натуральную величину , то же самое применяем и к внешнему облику автомобиля, необходимо построить макет, который будет полностью соответствовать параметрам кузова автомобиля. С этого момента можно поговорить и о дизайне кузова автомобиля и его компоновке.

Каждый конструктор ставит перед собой задачу создать, что-то такое чего раньше еще не было, так и в автомобильной отрасли автомобиль должен быть единственным в своем роде, оригинальным.

Требования к проектируемым автомобилям должны соответствовать определенной направленности и динамичности. Важно создать свой оригинальный характер и построение формы автомобиля со спортивной нотой, вид капли, что очень популярно и использовалось кампанией Porshe, форма должна быть изящной и аэродинамической, что уменьшает сопротивления воздуха. Форма капли сама по себе говорит об улучшении аэродинамики и уменьшении воздушного сопротивления, динамичность у нее в крови.

Когда автомобиль движется в пространстве, его внешние детали испытывают сопротивления воздуха. Сопротивление воздуха оказывает огромное влияние на расход мощности автомобиля. Конструкторы ставят задачу уменьшить повышенное сопротивление воздуха. И скорость движения равно пропорциональна потери мощности на воздушное сопротивление.

Для того чтобы разобраться в вопросах потери мощности, необходимо разобраться в вопросах аэродинамики.

Аэродинамическое сопротивление при перемещении автомобиля в пространстве состоит из нескольких составляющих:

1)      Аэродинамическое сопротивление формы автомобиля в движении;

2)      Индуктивное сопротивление;

3)      Сопротивление внутренних потоков.

Аэродинамическое сопротивление. В большей части сопротивление воздуха зависит от формы и поверхности автомобиля. Поверхность кузова автомобиля влияет на обтекание воздухом и плавность хода. Идеальной в этом смысле является капельная форма кузова. Для создания идеального автомобиля следует избегать остро выраженных углов, и создавать легкие гладкие поверхности кузова автомобиля.

Индуктивное сопротивление зависит от подъемной силы автомобиля, которая возникает при понижении давления в верхней части автомобиля и повышения давления в нижней части в районе днища. Такой принцип сопротивления очень подобает движению самолетного крыла. Такой вид сопротивления воздуху можно отметить на высоких скоростях движения автомобиля. Чтобы уменьшить индуктивное сопротивление используют вспомогательные устройства, такие как спойлеры, антикрылья, подвесы.

Поверхностное сопротивление возникает вследствие трения мелких частиц воздуха, которые следуют по касательной, направляясь к поверхности кузова автомобиля. Поэтому покрытия кузова имеет тоже очень важную роль.

Интерференционное сопротивление это сопротивление, создаваемое различными частями деталей автомобиля, которые выступает за его пределы. Эти элементы могут создавать собственные сопротивления. Способы уменьшения интерференционного сопротивления могут крыться в установке специальных ручек, обода фар, форменных наружных зеркал, ветровых стекол.

Зоны сопротивления, создаваемые потоком воздуха.

Чтобы уменьшить сопротивление воздуха каналы входа потока воздуха должны быть размещены внутри кузова, где создается наибольшее давление (передняя часть кузова, зона, находящаяся в районе переднего бампера, и у бокового стекла). Каналы, которые будут выпускать воздух из кузова выполнять пропорционально и в зоне разряжения (задняя часть кузова, передние крылья, район кузова вблизи заднего стекла).

Компоновка необходима для решения стратегического направления при создании конструкции кузова. В процессе создания компоновки отдельные элементы приходится изменять, править, экспериментировать, рассчитывать.

Компоновка автомобиля выполняется в трех видах. Компоновочные чертежи включают: вид сбоку, спереди и сверху. Для точности выполнения компоновки автомобиля строится специальная сетка с установленными расстояниями между линиями в 200 мм. Пример компоновочного чертежа вы можете увидеть на рисунке.

При создании спортивного автомобиля нередко изменяется подвеска, узлы и агрегаты меняют своё положение, также изменяется положение пилота, добавляются новые механизмы или снимаются ненужные для спорта. Всё это может потребовать расчёта координат центра тяжести (далее ЦТ).

Зная координаты ЦТ можно прогнозировать будущую развесовку и углы опрокидывания, расчитать подвеску в популярных калькуляторах, оценить поведение автомобиля при разгоне и торможении.

От общих слов хочу перейти ближе к телу.

На базе Жужи Синей Масти (это Pajero II) строю трофи-мобиль с множеством изменений, все узлы меняют своё положение, а подвеска меняет геометрию. Сначала меня очень интересовала развесовка по осям, хотелось добиться идеального соотношения 50/50 %. Сейчас, зная кординаты ЦТ, расчитываю заднюю подвеску на четырёх продольных рычагах, впереди расчёт передней подвески на двойных поперечных рычагах.

Для себя создал калькулятор расчёта развесовки и ЦТ. На данном этапе уже могу поделиться и калькулятором в Excel, и некоторым алгоритмом расчёта на основе своего опыта.

1. Для точного расчёта нужно знать массу (вес) каждого агрегата (элемента) и чем больше элементов в расчёте, тем точнее будет результат. В моём случае я считал массу агрегатов по всем комплектующим на основе данных из каталогов в Интернете. Для своей комплектации все основные узлы я просчитал, но, наверное, не успокоюсь и добью абсолютно все детали.

2. В графическом редакторе, поддерживающим слои, открываем фотографию (боковою проекцию) своего автомобиля. Фотография должна быть с минимумом искажений по перспективе. Чертёж автомобиля (внешний вид) на основе заводского – идеальный вариант. Зная основные геометрически параметры (база, длина и т.п.) добавляем слой с сеткой, подгоняем масштаб сетки под масштаб фото. Сетку подгоняем под шаг 100 мм (можно и точнее, но это менее удобно).

3. Вносим виртуальные изменения во внешний вид (все отдельными новыми слоями), если стоит задача просчитать изменения, подвигать элементы и найти их оптимальное положение. Я менял диаметр колёс, боди-лифт и прочее.

4. Вносим в проект чертежи агрегатов новыми слоями, подгоняем их масштаб по сетке и играем их прозрачностью в редакторе. Для этой операции можно взять разрез агрегата из руководства по ремонту, замерить несколько линейных размеров для подгонки под масштаб. Отмечаем примерные ЦТ каждого агрегата. Для перфекционистов: зная массу каждой детали в агрегате (например в коробке передач) и расположение на чертеже, можно вычислить очень точно ЦТ каждого агрегата. Но для примерного расчёта достаточно принять геометрический центр агрегата с некоторой поправкой за его ЦТ.

5. Рисуем в редакторе сами недостающие элементы в масштабе. Я рисовал водителя с креслом, бак и радиатор. Отмечаем их ЦТ.

6. По получившейся картинке определяем координаты ЦТ каждого элемента, заносим в таблицу. Дальше работа формул и мы видим результат расчёта центра тяжести и его производные – развесовку по осям и углы опрокидывания.

7. Начинаем доводку проекта, двигая агрегаты, поворачивая их.

Калькулятором готов поделиться: бета-версия — пока по почте, итоговую версию — после некоторой шлифовки выложу ссылку на какое-нибудь облако.

автомобиль
груз двигатель транспортный

Центр масс ТС рассчитывается для анализа
устойчивости и проходимости. Нормальные
реакции дороги – для расчета сцепного
веса на ведущие колеса в тяговом и
тормозном режимах движения.

Применительно к
автопоезду в составе седельного тягача
и полуприцепа центры масс определяются
сначала в системе координат полуприцепа
(рисунок 4.1), а затем автопоезда (рисунок
4.2)

Ордината центра
тяжести ТС в снаряженном состоянии

h_О

1,5 r_к, (4.1)

где h_О
– ордината центра масс ТС в снаряженном
состоянии, м; r_к
– радиус качения колеса, r_к=0,46
м

Х_ОП
=

, (4.2)

где Х_ОП
– абсцисса центра масс порожнего
полуприцепа (ЦМПО), м; G_ОП2
– часть веса порожнего полуприцепа,
приходящаяся на тележку, т; L_П
– база полуприцепа, м; G_ОП
– вес полуприцепа в снаряженном
состоянии, т

Х_П
=

, (4.3)

где Х_П
— абсцисса центра масс груженого
полуприцепа (ЦМП), м; G_г
– вес груза, т

ЦМО
ЦМА ЦМГ

h_о

Х

Х_О

Х_А

Х_ГХ

Масштаб: 1:100

L

L

Рисунок 4.1 –
Расчетная схема одиночного транспортного
средства

Значения абсцисс
центров масс ТС и груза (рисунок 4.1)
определяются по формулам

Х_О
=

=2,04 (4.1)

где Х_О
– абсцисса центра масс ТС (ЦМО) в
снаряженном состоянии, м; G_О
– вес ТС в снаряженном состоянии, т; G_О2
– часть веса ТС в снаряженном состоянии,
приходящаяся на заднюю ось (тележку),
т; L
– база ТС, м.

Х_А
=

=3,56
(4.2)

где Х_А
– абсцисса центра масс (ЦМА) груженого
автомобиля, м; Х_Г
– абсцисса центра масс груза (ЦМГ), м;
G_Г
– вес груза в кузове автомобиля, т.

G_Г
определяется с учетом рода груза, веса
единицы грузового места, вместимости
и грузоподъемности кузова и ограничений
габаритных размеров ТС по высоте. Это
позволяет привести фронтальный вид
груза к прямоугольной форме, точка
пересечения диагоналей которой даст
искомое положение центра масс груза
(см. рисунок 4.1).

Ординату центра
масс ТС в снаряженном состоянии можно
рассчитать из соотношения h_О
≈ 1,5 r_к,
где r_к
– радиус качения колеса, м.

r_к
=0,52
м;

H_О
≈ 1,5*0,52=0,78
м;

Нормальные реакции
дороги на заднюю ось (тележку)

R₂
=

=4,833 (4.4)

Где
G_А
– вес груженого автомобиля, т.

Нормальные реакции
дороги на переднюю ось

R₁
= G_А
– R₂.
(4.5)

R₁
=15,305–
4,833= 10,472.

Таблица 4 –
Результаты расчета центров масс ТС,
груза и нормальных реакций дороги

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #