Stepen korisnosti transmisije

Transcript

1 Stepen korisnosti transmisije Otpori transmisije unutrašnji otpori kretanja Šeme transmisije POGON NAPRED POGON NAZAD 4X4 M m+gp M m M m GP R Transmisija = sistem mehaničkih prenosnika KP KP GP GP M motor, m menjač, GP glavni prenosnik, KP kardanski prenosnik, R razvodnik snage

2 Stepen korisnosti transmisije Gubici snage u transmisiji: opšti oblik bilansa snage mehaničkih prenosnika P UL = P IZL,UK!!! P IZL,UK = P IZL,KOR + P IZL,GUB OZNAČAVANJE: AVANJE: P IZL,KOR P IZL P IZL < P UL P IZL = η P UL, η < 1

3 Stepen korisnosti transmisije η = P IZL P UL P UL η P IZL PRENOSNIK P IZL = P UL P GUB Primer: η = 0.95 P UL = 100 kw P IZL = 95 kw P GUB = 5 kw P GUB Otpori kulonovog trenja, viskozni otpori Zupčanici, ležajevi, zaptivni pstenovi... Stepen korisnosti sistema sačinjenog od više komponenata: P UL η 1 η 2... η n P IZL Ukupni stepen korisnosti transmisije η TR = η 1 η 2 η 3... η n

4 Stepen korisnosti transmisije IZVOR: P UL P IZL M IZL M UL P IZL =P UL P GUB /n (P = M n / 9554) M IZL =M UL M GUB

5 Stepen korisnosti transmisije UTICAJNI FAKTORI: Opterećenje Brzina / broj obrtaja Temperatura Prenosni odnos Konstruktivne karakteristike Karakteristike materijala Karakteristike maziva Itd. η = P IZL P UL PRIMER (ZA III STEPEN PRENOSA, PUTNIČKO VOZILO) POJEDNOSTAVLJENJE PRI ANALIZI VUČNO-BRZINSKIH PERFORMANSI (VUČNI PRORAČUN): η = CONST

6 Stepen korisnosti transmisije PRIMERI IZVOR: AUDI A4 2.0 MULTITRONIC 0,87 AUDI A4 3.0 QUATTRO 0,87 BMW 320 D 0,90 BMW 530i Automatic 0,83 BMW X5 Automatic 0,83 CITROEN BERLINGO 1,8 0,93 FIAT GRANDE PUNTO 1,4 0,88 HONDA ACCORD ( 06.) 0,93 NISSAN PRIMERA 2.0 CVT 0,77 PEUGEOT 307 0,90 RENAULT MEGANE SPORT ( 05.) 0,95 GOLF V 1,6 0,91 Gubici transmisije rastu, odnosno η TR opada, kada: je transmisija kompleksnija (sadrži veći broj komponenata npr. vozila 4x4) se koriste pojedinačne komponente nižeg stepena korisnosti (frikcioni i hidrodinamički prenosnici, pužni parovi itd.)

7 Stepen korisnosti transmisije Stepeni korisnosti pojedinih komponenata transmisije menjač η m = 0,94 0,98 kardanski prenosnik: η KP = 0,98 1 glavni prenosnik: η GP = 0,94 0,98 razvodnik snage: η R = 0,96 0,98 Ukupni stepen s korisnosti transmisije: η TR = η 1 η 2... η n

8 Stepen korisnosti transmisije M m+gp POGON NAPRED M m POGON NAZAD KP M m GP R KP 4X4 GP GP 1. η TR = η m η GP 2. η TR = η m η GP η KP 3. η TR = η m η GP2 η R η KP ~ 0,93 ~ 0,9 ~ 0,87

9 Vrste pogonskih sistema Motor SUS + menjački prenosnik Elektromotor (eventualno sa menjačkim prenosnikom) Hibridni pogon: Motor SUS + elektromotor ili KERS (hidraulika, zamajac...) Itd. Neke od značajnih ajnih karakteristika: Snaga i obrtni moment: maksimalne vrednosti i brzinska karakteristika Potreba za transmisijom Dimenzije, masa Energetska efikasnost ( potrošnja goriva) i emisija Način skladištenja pogonske energije i vreme punjenja Karakteristike i raspoloživost pogonskog goriva, način dobijanja i skladištenja Gustina energije i snage Autonomija vožnje Predlog Pouzdanost, vek trajanja, pogodnost za održavanje teme za Udobnost, buka, vibracije BSc Itd.

10 Brzinska karakteristika motora Zavisnost izlaznih parametara (P,( M, g h...) od broja obrtaja motora n. M P = M ω (W, Nm, rad/s) n 2π rad = 360 ω = π 30 P P = M n M n / 9554 (kw) Kada je: broj obrtaja motora n=n 1 tada je: obrtni moment koji motor može da proizvede: M=M 1

11 Brzinska karakteristika motora Kako razlikovati krivu snage od krive momenta? P = M ω P M Moment mora imati maksimum na manjem broju obrtaja nego snaga! Pošto je P = M ω moment ne može da raste nakon što je snaga dostigla svoj maksimum!

12 Radni režim motora M ili P, n Motor nema jednu vrednost za brzinu i snagu, nego se one menjaju u nekom intervalu! Šta određuje snagu tj. moment i broj obrtaja motora? M NESTACIONARNO STANJE menja se u vremenu! RADNA TAČKA MOTORA RADNA TAČKA OTPORA R=R(ω) BRZINSKA KARAKTERISTIKA. OTPORA STACIONARNA RADNA TAČKA M=M(ω) BRZINSKA KAR. MOTORA ω (=π n/30)

13 Brzinska karakteristika motora Kako se snima brzinska karakteristika? 1. Način određivanja radne tačke motora Mora se znati karakteristika potrošača! Ne može se razmatrati odvojeno! 2. Način snimanja brzinske karakteristike KONSTANTAN POLOŽAJ!

14 Brzinska karakteristika motora Spoljna karakteristika i parcijalne karakteristike M (Nm) MAX (100%) 80% 50% 30% n (o/min) v (km/h) REGULACIJA BRZINE KRETANJA

15 Brzinska karakteristika motora Maksimalni broj obrtaja delimično opterećenje M (Nm) Spoljna karakteristika Linija koja spaja niz parcijalnih karakteristika pri maksimalnom broju obrtaja n MAX n (o/min)

16 Stabilnost radnog režima NESTABILNO STABILNO Jo dω dt =ΣM i M R 2 =f 2 (n) dω ΣM i > 0 > 0 dt MOTOR UBRZAVA R 1 =f 1 (n) dω ΣM i = 0 = 0 dt STACIONARNO STANJE Kriva M=M(n) n dω ΣM i < 0 < 0 dt MOTOR USPORAVA

17 Stabilnost radnog režima NESTABILNO STABILNO ΔM Δn < 0 STABILAN REŽIM M R 2 =f 2 (n) R 1 =f 1 (n) Koeficijent stabilnosti: ΔM Δn Strmija kriva Kriva M=M(n) n VEĆA STABILNOST Misli se na stabilnost broja obrtaja tj. u kojoj meri se menja broj obrtaja pri promeni spoljnog opterećenja!

18 Idealna pogonska karakteristika - hiperbola M HIPERBOLA: P M = ω P=const STABILNO R3=f3(n) R2=f2(n) R1=f1(n) ω

19 Brzinske karakteristike elektromotora Jednosmerni motor INFORMATIVNO Izvor: J. Larminie BLDC motori slična karakteristika (DC napajanje, elektronska regulacija promenljive frekvencije, AC princip)

20 Brzinske karakteristike elektromotora INFORMATIVNO Indukcioni motor Zahteva AC napajanje (baterija invertor) Izvor: J. Larminie

21 Prenos snage na pogonske točkove PODSETNIK: P = F v = M ω P IZL = η P UL PARAMETRI SNAGE PRENOŠENJE ENJE SNAGE OD MOTORA SUS DO POGONSKOG TOČKA TRANSFORMACIJA PARAMETARA, UZ GUBITKE Svrha: prilagođavanje parametara motora uslovima kretanja

22 Prenos snage na pogonske točkove ZA ZADATI REŽIM MOTORA (M,n) TREBA ODREDITI F O I v MOTOR: M n TRANSMISIJA i TR, η TR TOČAK: M T n T PARAMETRI REŽIMA RADA MOTORA M T F O n T v PARAMETRI REŽIMA KRETANJA VOZILA Zavisnost (M,n) = Brzinska karakteristika motora Zavisnost (F O,v) = Vučno-brzinska karakteristika vozila

23 Prenos snage na pogonske točkove 1. Parametri snage pogonskog motora - ULAZ POGONSKI MOTOR P M, n P M P M n

24 Prenos snage na pogonske točkove 2. Transformacija parametara snage u menjaču M MENJAČKI PRENOSNIK M m P m = P η m i = n n 1 2 PRENOSNI ODNOS M m = i m M η m n n m = i m i m = i 1, i 2, i 3, i 4,... ZA SVAKI STEPEN PRENOSA ODGOVARAJUĆI PRENOSNI ODNOS

25 Prenos snage na pogonske točkove 3. Transformacija parametara snage u glavnom prenosniku GLAVNI PRENOSNIK M m P GP = P m η GP i TR = i GP i m UKUPNI PRENOSNI ODNOS TRANSMISIJE (za posmatrani slučaj) MGP M GP = i GP M m η GP nm n GP = i GP M GP = i GP i m M η TR M GP = i TR M η TR n n GP = i TR Veći broj stepeni transformacije parametara snage i izvora gubitaka postoji kod: Kamiona, autobusa, traktora: dva ili tri menjačka prenosnika, bočni reduktor Vozila sa pogonom na više osovina: razvodnik snage i TR = i m1 i m2 i m3 i R i BR i GP Vozila sa hidrodinamičkim menjačem

26 Prenos snage na pogonske točkove Podsetnik: opšta koncepcija transmisije i TR, η TR Izvor: Fahrzeuggetriebe

27 Prenos snage na pogonske točkove 4. Transformacija momenta i broja obrtaja u vučnu silu i brzinu Bez Bez bočnog bočnog red.: red.: P T T = P GP GP M T T = M GP GP n T T = n GP GP r D M T, n T TOČAK P T = η TR P = M T n T = F O v M T = i TR η TR M n n T = i TR F O, v v = r D ω T F = O M r D T PODSETNIK: Stvarna rezultanta je R X = F O F f! NAPOMENA: v = r D ω T, dakle i M T n T = F O v, važi kada se zanemari klizanje pogonskog točka!

28 Prenos snage na pogonske točkove 4. Transformacija momenta i broja obrtaja u vučnu silu i brzinu r D F O, v M T, n T M T = i TR M η TR M F O = r D T v km/h! ω T n = T n = π 30 n i T TR v = r D ω T F O = M i m i r GP D η TR v = 0,377 r i i m GP D n i m i GP = i TR UKUPNI PRENOSNI ODNOS TRANSMISIJE

29 Prenos snage na pogonske točkove Testerasti dijagram kinematička relacija između broja obrtaja motora i brzine kretanja vozila u pojedinim stepenima prenosa v = r D ω T odnosno v = 0,377 r i i GP linearna relacija između n T i v m D n

30 Prenos snage na pogonske točkove Testerasti dijagram kinematička relacija između broja obrtaja motora i brzine kretanja vozila u pojedinim stepenima prenosa Testerasti dijagram v (km/h) ,377 r v = i i m GP D n n (o/mim) v = C n Viši stepeni prenosa: i m C

31 Preslikavanje karakteristike sa motora na točak M(n) F O (v) n i m = const v F O = M i m i r GP D η TR v = 0,377 r i i m GP D n n M v F O VUČNO-BRZINSKA KARAKTERISTIKA Jedina nezavisno promenljiva n! (M = M(n) F O = F O (n)!)

32 Preslikavanje karakteristike sa motora na točak M F O VEĆE i TR i TR F O,v MANJE i TR n v F O = M i m i r GP D η TR v = 0,377 r i i m GP D n

33 Širina radnog intervala motora SUS Izvor: Fahrzeuggetriebe Širina radnog intervala motora SUS: n MIN :n MAX 1:10 Oto motor n MIN :n MAX 1:6 Dizel motor Širina intervala brzina kretanja motornog vozila: v MIN :v MAX 1:30

34 Preslikavanje karakteristike sa motora na točak Primer: i=3,42 1,38; r D =0,285m; M(Nm) F n(o/min) 0 M i = m i r GP RADNI INTERVAL MOTORA D η TR n v M F O Fo(N) v = rd ω i i m INTERVAL BRZINE VOZILA ZA ODREĐEN PRENOSNI ODNOS GP v (km/h)

35 Idealna i stvarna pogonska karakteristika Dakle: 1) Nedovoljna širina radnog intervala motora SUS 2) Nepovoljan oblik karakteristike (dve interpretacije istog problema jedno proizilazi iz drugog)

36 Karakteristika zajedničkog rada motora SUS i menjačkog prenosnika F O i m = i I i m const M i m = i II i m = i III n i m = i IV v

37 Karakteristika zajedničkog rada motora SUS i menjačkog prenosnika F O (v) F O (v) v v

38 Vučno-brzinska karakteristika Raspoloživa vučna sila na točku u funkciji brzine kretanja vozila M F O i m = i I i m = i II i m F O,v i 1 > i 2 > i 3 >... i m = i III n i m = i IV VUČNO-BRZINSKA KARAKTERISTIKA VUČNI DIJAGRAM F O M i = m i r GP D η TR 0,377 r v = i i m GP D n v

39 Idealna hiperbola vuče P P = P MAX = const F O (v) Idealna hiperbola: hipotetička kriva obimne sile za slučaj mogućnosti iskorišćenja maksimalne raspoložive snage motora P max u svim režimima kretanja P T =F O v (W, N, m/s) FO v PT = 3600 (kw, N, km/h) F O 3600 P = v T Stvarna kriva P(v) v F Oid = 3600 P v P TMAX MAX η TR v P T = P TMAX

40 Idealna hiperbola vuče Vučno-brzinska karakteristika Primer F (N) v (km/h) Važna osobina: idealna hiperbola tangira stvarne krive vuče u tačkama koje odgovaraju broju obrtaja P MAX tu je ispunjen uslov prema kom je idealna hiperbola definisana!

41 Vučno-brzinska karakteristika F O (N) F Oid F O = (M(n) i m i GP η tr ) / r D v = (0,377 r D n) / i m i GP i m =i I Idealna hiperbola F OI i m =i II F OII i m =i III F OIII F OIV im =iiv i m =i V F OV F OTP = F f + F W v(km/h) VUČNI DIJAGRAM

42 Vučno-brzinska karakteristika Vučno-dinamičke karakteristike vozila: Maksimalna brzina Mogućnost savlađivanja uspona Ubrzanje, vreme i put zaleta