dr emőd istván - bmegjt.bme.hu/sites/default/files/kj13.pdf3/9 az útdeformáció okozta...

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/1

JJáármrműűmechanikamechanikaDr Emőd István

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/2

HosszdinamikaHosszdinamikaTeljesítmény- és energiaigény

a legyőzendő menetellenállásokhatározzák meg. Ezek:állandósult állapotban:

a gördülési ellenállása légellenállásaz emelkedési ellenálláskanyarulati ellenállás

instacioner üzemben: gyorsítási ellenállásegyenesvonalú gyorsulás és lassulásforgó alkatrészek gyorsulása és lassulása

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/3

A kerA keréék gk göördrdüülléési si ellenellenáálllláásasa

A gumiabroncs okozta ellenállásbelső gumisúrlódás (hajtogatás) súrlódás az útfelületenlégellenállás

Az útfelület okozta ellenállásútegyenlőtlenségekútdeformációnedvesség (víz) az úton

A ferdénfutás okozta ellenállás

R

RR G

Ff =

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/4

BelsBelsőő gumisgumisúúrlrlóóddáás s (hajtogat(hajtogatáás)s)

A modul elemi csillapítóinak csillapítási munkái hővé alakulnak. Ebből:

útmunkasicsillapítáFRbs =

Kb. 45 m/s sebesség felett a belső súrlódás gyorsan emelkedik. Ennek oka: a gumiabroncs benyomódás által gerjesztett hullámzása

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/5

SSúúrlrlóóddáás az s az úútfeltfelüületenletenA belapuló gumiabroncs sugara R-ről R-∆R-re csökken, majd újra R-re nő. Mivel a gumiabroncs szögsebessége állandó, kerületi sebessége változik. Az út és a gumiabroncs között relatív sebességkülönbség lép fel.

R-∆

R

LégellenállásLégellenállásA jármű légellenállásához

szokás számítani

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/6

A gumiabroncsA gumiabroncs--ellenellenáálllláássGumiabroncsellenállás

0

50

100

150

0 15 30 45 60v, m/s

N

Belső ellenállásÚtsúrlódásLégellenállás

A gumiabroncsellenállásösszetevői

A gördülési ellenállás tényezője

00,010,020,030,040,05

0 15 30 45 60v, m/s

f diagonál

radiál

Keréknyomás és- terhelés hatása

0

0,01

0,02

0,03

1000 3000 5000

kerékterhelés, N

görd

ülés

i el

lená

llás p=1,5 bar

p=2 barp=2,5 barp=3 bar

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/7

Az Az úútfeltfelüület okozta ellenlet okozta ellenáállllááss

ÚtegyenlőtlenségekÚtegyenlőtlenségeken való áthajtáskor a

kerék ki-be rugózik, a lengéscsillapító által elnyelt ∆W munka a megtett úton járulékos menetellenállást okoz.

A belső gumisúrlódás is megnő egyidejűleg.

sW

Fút∑∆

=

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/8

ÚÚtdeformtdeformáácicióó

Fúd

FG

oldalfalsúrlódás

Két részből tevődik össze:A kerék mindig „emelkedőre” megyA gumiabroncs oldalfala súrlódik a

talajhoz

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/9

Az útdeformáció okozta ellenállás kisebb gumiabroncsnyomásnál kisebb

Viz

es s

zánt

óföl

dtalajnyomószilárdság, N/cm2gö

rdül

ési e

llená

llás

tény

ező,

f

0

0,1

0,2 0,5 bar

1,5

Szá

raz,

laza

ho

mok

, víz

, ag

yag

0,3 3,0

Föld

út

Szá

raz

szán

tófö

ld

10060 80 120

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/10

Vizes Vizes úútptpáályalyaVízzel borított úton a keréknek a

vízrétegen áthatolva kell létrehoznia a kapcsolatot az útpályával.

átmenet

vízréteg

közelítés érintkezés

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/11

VVíízkiszorzkiszorííttáássA víz kiszorítása torlónyomást okoz

(Bernoulli), mely egyrészt növeli a menetellenállást, másrészt emeli a kocsit (aqua planing). A víz okozta menet-ellenállás-többlet:

⋅⋅⋅⋅= 2

21 vbhFvíz ρ

v = jáműsebesség

ρ = vízsűrűség

h = vízréteg-magasság

b = abroncsszélesség

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/12

VVíízrzrééteg okozta menetellenteg okozta menetellenáállllááss--ttööbbletbblet

20 30 40 50100sebesség, km/h

0.02

0.03

0.04

0.05

0.01

több

lete

llená

llás∆f

0.2 mm

1 mm

2 mm

h=

A 2 mm-es vízrétegnél az ellenállás-növekedés megszűnése a vízrefutás (aqua planing) kezdetére utal

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/13

A A ferdferdéénfutnfutááss okozta ellenokozta ellenáállllááss

halad

ási ir

ány

gördülési ellenállás

oldalerő

αα

cossin⋅

+⋅

R

s

FF

δHa ferdénfutás van, az FRgörülési ellenállás FR·cosδ−ra csökken, de az oldalerő-ből Fs·sinδ többlet adódik.

Ez a többlet a ferdefutási szög négyzetével arányos.

00,010,020,030,040,050,06

0 1 2 3 4 5

ferdefutási szög °

ferd

efut

ási

több

let

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/14

GGöördrdüülléési ellensi ellenáálllláások jellemzsok jellemzőőalakulalakuláása sa (radi(radiáál gumiabroncs)l gumiabroncs)

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

10 20 30 40 50sebesség, km/h

görd

ülés

i elle

nállá

s, f útegyenlőtlenség

gumiabroncs

kerék-összetartás

1 mm-es vízréteg

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/15

GGöördrdüülléési ellensi ellenáálllláás s éértrtéékeke

0,003Vasúti jármű

0,006…0,012Haszonjármű

0,010…0,020Személygépkocsi

0,010…0,020Motorkerékpár

0,002…0,006Kerékpár

fRJármű

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/16

GGöördrdüülléési ellensi ellenáálllláás s kküüllöönbnböözzőő utakonutakon

0,01…0,020,02…0,03

0,03…0,040,045

0,005…0,150,15…0,3

jóminőségű aszfalt, betonhengerelt kemény zúzalék, hullámos aszfalt, kockakőmakadámjó földútközepes, rossz földúthomok

fRÚtfelület, talaj

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/17

A lA léégellengellenáálllláássa sebesség négyzetével arányos

2

2vAcF wL ⋅⋅⋅=

ρ

cw a légellenállási tényező

tárcsa félgömb áramvonalidomcw=1,1 cw=1,0 cw=0,05

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/18

A lA léégellengellenáálllláás s öösszetevsszetevőőiitorlónyomásból származó légellenállása felületre ható normálerők eredőjeindukált ellenállása menetirányra merőleges áramlások okozzákfelületsurlódási ellenállás 3…30 %a felületminőségétől függbelső ellenállás 2…11 %motorhűtés, utastérszellőzés

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/19

A lA léégellengellenáálllláás css csöökkenkkenéésese

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/20

A lA léégellengellenáálllláási tsi téényeznyezőő éértrtéékeikei

tehergépkocsi 0,6…1,0pl. konténerszállító nyerges 0,85ugyanaz légterelővel 0,6autóbusz 0,5…0,8személygépkocsi, pl.

Golf I. (1974) 0,42Golf II. (1983) 0,34

Golf III. (1991) 0,32Golf IV. (1997) 0,31

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/21

Kors

zer

Kors

zer űű

szem

szem

éé lyglyg

éé pko

csik

pkoc

sik

ll éé gell

enge

llen áá

llll áásasa

0,200,670,30Forma 1 versenyautó0,601,910,31Porsche 959 (B)

0,30Porsche 911 Carrera0,31Porsche Boxster

0,6541,850,33Opel Astra Caravan0,5932,110,31Opel Astra 4 ajtós0,6112,040,29Mercedes SLK0,5811,940,30Mercedes A0,6242,310,27Mercedes S0,5772,060,28BMW 318i0,5642,090,27BMW 318i (Sport)0,7202,000,36AUDI TT Roadster0,6802,000,34Audi TT Coupé

0,33Audi A60,6392,060,31Alfa Romeo 156Cw·AAcw

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/22

EmelkedEmelkedéési ellensi ellenáállllááss

Követelményekszemélygépkocsi 35…45 %tehergépkocsi 25…30 %terepjárók

(összkerékhajtás) 50…60 %lánctalpas járművek 100 %

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/23

ÁÁllandllandóó menetellenmenetellenáálllláások sok diagramjadiagramja

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 v , k m /h

1

2

3

4

0 %5 %

1 0 %

1 5 %

2 0 %

2 5 %

v o n ó e rő , x 1 0 0 0 N

gördülésiellenállás

légellenállás

emelkedési ellenállás

αα sin⋅=gGF

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/24

A motor A motor éés s éés a s a menetellenmenetellenáálllláások illesztsok illesztéése se

0 1000 2000 3000 4000 5000 n, 1/min

10

20

30

40

motorteljesítmény, kW

0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h

menetellenállások teljesítményigénye, kW

20

30

40

10

0 %

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/25

A A menetteljesmenetteljesííttmméényny--diagramdiagramkeletkezkeletkezéésese

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/26

VonVonóóererőő-- éés s menetellenmenetellenáállllááss--diagramdiagram

0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h

1

2

3

4

0 %5 %

10 %

15 %

20 %

25 %

II.

I.

III. IV.

vonóerő, x1000 N

II.III.IV.

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/27

MenetteljesMenetteljesíítmtméényny--diagramdiagram

0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h

10

20

30

400 %5 %10 %15 %

20 %

25 %

II.I. III.IV.

teljesítmény, kW

II.III.IV.

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/28

GyorsGyorsííttáási ellensi ellenáálllláás I.s I.

rkö

ωm

ωk

ω

ωηη

ω

ωω

ω

drdvdtdk

rFkF

dtdkr

rF

dtdkr

dtdra

rm

amFilldtdM

dtdv

gGamF

keáö

mmeáömk

kö

mm

kö

mm

mmred

mmredmm

mm

lin

⋅=

⋅⋅⋅Θ

=⋅⋅=

⋅⋅⋅Θ

=

⋅⋅=⋅=

Θ=

⋅=⋅Θ=

⋅=⋅=

2

2

2

.

[ ] δσσ

η

η

⋅⋅=⋅++⋅=

=

⋅⋅

Θ⋅+

Θ⋅+⋅=

=⋅⋅⋅Θ

+⋅Θ

+⋅=

=++=∑

amkdtdv

gG

krG

grG

gdtdv

gG

dtdvk

rdtdv

rdtdv

gG

FFFF

ö

eáömk

eáömk

mkklin

221

222

222

1

1Fm=a motorgyorsításhoz szükséges erő

Fmk= a motorral együttforgó tömegek gyorsításhoz szükséges erő a kerék kerületén

Fk= a kerékkel együttforgó tömegek gyorsításához szükséges erő a kerék kerületén

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/29

GyorsGyorsííttáási ellensi ellenáálllláás II.s II.egyenes vonalú és a forgó részek gyorsításához szükséges erő

δ⋅⋅= amFA(δ = tehetetlenségi tényező)

δ --

1,03

1,061,061,06

1,081,081,08

1,161,141,18

1,461,371,61

VW bogárBMW 2800DB busz

V.IV.III.II.I.Fokozat

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/30

ÁÁtlagos gyorsultlagos gyorsuláások, m/ssok, m/s22

Sebességtartomány, km/h

Járműkategória

--0,30,82,033 kW, 930 kg

-0,50,91,53,255 kW, 1040 kg

0,40,71,11,63,375 kW, 1270 kg

0,71,11,42,23,7110 kW, 1430 kg

140-160

120-140

100-120

60-1000-60

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/31

A jA jáármrműű mozgmozgáásegyenletesegyenlete

( )

rkMFHajtóerő

agGFFllásÖsszellená

fGFFfajlagosan

fGGGfFFFásÚtellenáll

eáömot

L

RR

RR

FAFFLFRF

η

δ

ααψ

αααα

ψ

α

αψ

α

⋅⋅=

⋅⋅++

+⋅=+

=

+⋅⋅=⋅+⋅⋅=+=

=+++

:

?

sincos:

sincossincos:

Dinamikai tényező: a légellenállással csökkentett fajlagos hajtóerő

D

v

FL/G

y

F/G

( )δ

ψ

δψψ

gDdtdvgyorsulásA

dtdv

gGFF

GFFD AL

⋅−=

⋅+=+

=−

=

2003.03.13. Dr. Emőd István BME Gépjárművek tanszék 3/32

GyorsulGyorsuláásdiagramsdiagram

0 20 40 60 80 100 120 140 v, km/h

1

2

3

4

II.I.

III. IV.

gyorsulás, m/s2

( )δ

ψ gDdtdv

⋅−=