Техника: Наука и техника: Lenta.ru

Фото: Bloodhound SSC

В Европе началось изготовление алюминиевых дисков для сверхзвуковой машины Bloodhound, которая 2015 году собирается побить мировой рекорд скорости при перемещении по суше (1228 километров в час). Это будут самые скоростные колеса в истории автомобилизма, сообщает BBC News.

Девяностосантиметровые диски являются важнейшим компонентом машины: на них падет основная нагрузка. Крутясь со скоростью, превышающей 170 оборотов в секунду, они будут испытывать радиальное ускорение в 50 тысяч g (g — ускорение свободного падения Земли): иными словами, килограммовый пакет с сахаром на ободе колеса будет во время движения весить столько же, сколько тягач в обычной жизни, поясняет Конор Ля Грю (Conor La Grue), отвечающий за конструкцию деталей в проекте Bloodhound .

Чтобы преодолеть скорость звука, Bloodhound оснастят реактивным двигателем Eurofighter. Главная цель проекта – разогнать машину до 1610 километров в час. Все гонки пройдут на специально подготовленном дне высохшего озера в Южной Африке.

Скорость вращения колес достигнет 10500 оборотов в минуту (у автомобилей Формулы-1 эта величина составляет примерно 2500). Однако точная скорость вращения колес Bloodhound пока остается тайной даже для конструкторов. В определенный момент машина поедет так быстро, что диски за ней не поспеют, и начнут просто скользить по поверхности.

Дискам придется выдерживать не только сверхбыстрое вращение, но и бомбардировку частицами пыли и грязи. Хотя с трассы убрали все камешки, по размеру превышающие горошину, верхний слой песка все равно поднимется в воздух. Частицы, поднятые передними колесами, будут ударять по задним со скоростью пули – и тогда даже мельчайшие трещины и царапины приведут к катастрофическим последствиям.

Подготовкой колес занимается несколько корпораций. Общее руководство осуществляет шотландская инженерная фирма Castle Engineering. Разработчики рассматривали самые разные материалы, в том числе титан и углепластики, но в итоге сошлись на сплаве алюминия под номером 7037. Этот сплав содержит цинк, медь и марганец, и используется в аэрокосмической промышленности.

Немецкие металлургические предприятия Trimet и Otto Fuchs представили шесть тонн металла, отлили его и отштамповали.

Сейчас заготовки находятся в цехах Castle, где им придают правильную форму. Компания занимается точным машиностроением, диски создаются с погрешностью в несколько микрон. Даже небольшое отклонение от заданной формы приведет к потенциально опасным вибрациям.

Затем инженеры Castle отправят диски на фирму WDB – для балансировки. В отличие от обычных автомобильных колес, этот процесс не требует добавления свинцовых грузов на колесный диск. Вместо этого точные измерения установят любые оставшиеся неровности, после чего инженеры срежут ненужные остатки металла.

После этого предстоит окончательная шлифовка поверхности: дробеструйная обработка (благодаря «обстрелу» колес крошечными стальными шариками, те обретут более прочную «кожу»). Наконец, диски окунут в серную кислоту и подвергнут анодизации (для защиты от коррозии).

9.5: Проект зубчатой передачи

Зубчатая передача представляет собой элемент ходовой части, отвечающий за передачу мощность от электромотора к колесам.

Скорость колеса:

Первой концепцией, с которой необходимо познакомиться, это метод расчета скорости, с которой робот перемещается через поле, на базе скорости вращения колес. Каждый раз, когда колесо производит полный оборот, оно перемещается вперед на расстояние, равное длине своей окружности. Таким образом, расстояние, которое преодолевает робот за один оборот колеса, можно рассчитать, узнав длину окружности последнего.

Длина окружности колеса равна его диаметру, умноженному на Pi (математическая постоянная, равная приблизительно 3,14).

Как только стала известна длина окружности колеса, можно рассчитать скорость перемещения робота на базе частоты вращения колеса. Из примера, представленного выше, видно, что диаметр колеса составляет 101,6 мм (4 дюйма), при этом колесо вращается со скоростью 100 об/мин (оборотов в минуту). На основании этого можно рассчитать скорость перемещения робота в мм/сек:

Окружность = Диаметр х Pi

Окружность = 101,6 мм х 3,14

Окружность = 319,024 мм

За 1 оборот колеса робот перемещается на 319,024 мм. Колесо катится со скоростью 100 оборотов в минуту, или 100 оборотов за 60 секунд.

Исходя из этого, можно рассчитать линейную скорость робота:

Таким образом, робот движется со скоростью, приблизительно равной 532 мм/сек, или 0,532 м/сек.

Используя этот метод, а также зная технические характеристики электромоторов VEX, учащиеся могут определить передаточное отношение робота VEX, необходимое для достижения желаемой максимальной скорости.

ПРИМЕР расчета передаточного числа для получения желаемой максимальной скорости:

Предположим, диаметр колеса робота составляет 69,85 мм (2,75 дюйма), при этом электромотор вращается со скоростью 100 об/мин. Для данного случая проектировщик указал, что желаемая скорость робота должна составлять 900 мм/с. Каково при этом должно быть передаточное число? (Для выполнения расчетов необходимо применить знания о передаточном отношении, речь о котором велась в Блоке 8).

В первую очередь, необходимо рассчитать количество оборотов в минуту, необходимое для того, чтобы заставить колесо вращаться с желаемой скоростью, равной 900 мм/сек.

Окружность = Диаметр х Pi

Окружность = 69,85 мм х 3,14

Окружность = 219,329 мм

Таким образом, за 1 оборот колеса робот перемещается на 219,329 мм. Преобразование целевой скорость в обороты в минуту на базе длины окружности: 

Зная, что колесо должно вращаться со скоростью 246,18 об/мин, а электромотор вращается со скоростью 100 об/мин, можно рассчитать требуемое передаточное число с помощью уравнения из Блока 8:

Требуемое передаточное число = Входная скорость / Выходная скорость

Требуемое передаточное число = 100 об/мин / 246,18 об/мин

Требуемое передаточное число = 0,4062

Таким образом, для получения желаемой максимальной скорости свыше 900 мм/сек, проектировщик должен использовать в передаточное число, не превышающее значение 0,4062.

Нагружение и зубчатый механизм электромотора:

Второй концепцией, которую проектировщики должны учитывать при проектировании ходовых частей, это зависимость конструкции силовой передачи от нагружения электромотора. В частности, очень важно учесть максимальную нагрузку, прилагаемую ходовой частью к электромотору. Эта нагрузка может возникнуть в ситуациях, когда робот будет толкать неподвижный (не способный к движению) объект, влетев в него на полном ходу. В этой ситуации колеса начнут скользить по поверхности пола, при этом трение, возникшее между колесами и поверхностью пола, будет действовать на электромотор как тормоз.

Первый этап заключается в определении количества колес, выполняющих функцию тормоза для коробки передач. Только колеса, подключенные напрямую через привод или цепь, будут прикладывать нагрузку к коробке передач и электромотору.

Второй этап заключается в определении массы робота, размещенной на каждом из этих колес. Как уже обсуждалось ранее, тяга между колесами и поверхностью пола зависит от нормальной силы, прижимающей их друг к другу.

В качестве примера рассмотрим робота на следующем рисунке:

В данном случае, масса робота равномерно распределена между четырьмя колесами, при этом каждая пара (правая и левая стороны) колес подключена напрямую к электромотору через зубчатый механизм. Это означает, что каждый на каждый электромотор приходится 1/2 тягового усилия робота, выполняющего роль тормоза.

Как показано на рисунке выше, трение, создаваемое каждым колесом, принимает участие в создании крутящего момента, противодействующего движению электромотора. Каждый из двух крутящий моментов способствует увеличению нагрузки на электромотор.

Если в силовую передачу входят несколько соединенных электромоторов (например, два электромотора задействованы в управлении движением одного набора ведущих колес), крутящий момент равномерно распределяется между ними.

При проектировании важно, чтобы конструкция зубчатого механизма позволяла достичь нагрузки на каждый электромотор, не превышающей установленного для данного электромотора ограничения (как уже обсуждалось в Блоке 8). Чтобы обеспечить соблюдение установленных ограничений, проектировщики должны использовать знания о передаточных числах.

Используя две концепции, рассмотренные выше, а также информацию из блоков 7 и 8, проектировщики должны создать такой зубчатый механизм, который позволит роботу перемещаться с желаемой скоростью. Необходимо исключить возникновение чрезмерной нагрузки на электромоторы.

Как рассчитать скорость колеса и автомобиля по частоте вращения двигателя – x-engineer.org

Скорость автомобиля и колеса можно рассчитать как функцию частоты вращения двигателя, если известны параметры и состояние трансмиссии. В этом уроке мы собираемся рассчитать скорость автомобиля и колеса для заданного:

• оборотов двигателя
• передаточное число (включенной передачи)
• передаточное число главной передачи (на дифференциале)
• (свободное статическое) колесо радиус

Кроме того, мы предполагаем, что сцепление или гидротрансформатор не проскальзывают, поскольку двигатель механически связан с колесами.

Этот метод можно применить к любой архитектуре трансмиссии (переднеприводной или заднеприводной), но для облегчения понимания компонентов мы будем использовать трансмиссию с полным приводом (RWD).

Изображение: Схема продольной передачи автомобиля – расчет скорости

где:
ω _e [рад/с] – частота вращения двигателя
ω _g [рад/с] – частота вращения выходного вала коробки передач
ω _d [рад/с] – частота вращения венца дифференциала
900 22 ω _wr [рад/с] – частота вращения правого колеса
ω _wl [рад/с] – частота вращения левого колеса
v _wl [м/с] 900 25 – линейный скорость левого колеса
v _wr [м/с] – линейная скорость правого колеса
i _x [-] – передаточное число включенной передачи
i ₀ [-] – передаточное число дифференциала
r _w [м] – статический радиус колеса

Для простоты расчета предположим, что автомобиль движется прямолинейно, а также что оба колеса имеют одинаковый радиус. Это означает, что:

\[\omega_{wr}=\omega_{wl}=\omega_{w} \tag{1}\]

где ω _w [рад/с] — скорость вращения общего колеса.

Поскольку транспортное средство и колесо движутся вместе в линейном направлении, скорость транспортного средства (линейная) равна линейной скорости колеса. Так что, если мы посчитаем линейную скорость колеса, мы также получим скорость автомобиля.

\[v_{wr}=v_{wl}=v_{w}=v_{v} \tag{2}\]

Где v _w [м/с] — линейная скорость общего колеса и v _v [м/с] — скорость автомобиля.

Так как коробка передач связана с двигателем через сцепление (на МКПП) или гидротрансформатор (на АКПП), мы считаем, что проскальзывание ни в муфте (полностью замкнутой), ни в гидротрансформаторе абсолютно отсутствует ( блокировочная муфта замкнута). В этом случае скорость сцепления ω _c [рад/с] равна частоте вращения двигателя ω _e [рад/с] .

\[\omega_{c} = \omega_{e} \tag{3}\]

Изображение: Схема продольной передачи автомобиля – расчет скорости

В отличие от расчета крутящего момента колеса, передаточное число будет уменьшать скорость вращения колеса. Скорость выходного вала коробки передач равна скорости сцепления, деленной на передаточное число:

\[\omega_{g} = \frac{\omega_{c}}{i_{x}} \tag{4}\ ]

Скорость вращения венца дифференциала также уменьшается, будучи равной частоте вращения выходного вала редуктора, деленной на передаточное число дифференциала:

\[\omega_{d} = \frac{\omega_{g}}{i_{ 0}} \tag{5}\]

Скорости левого и правого колеса равны с дифференциальной скоростью:

\[\omega_{wr}=\omega_{wl}=\omega_{d} \tag{6}\]

Объединение всех приведенных выше уравнений дает формулу для зависимости скорости вращения колеса от частоты вращения двигателя:

\[ \omega_{w} = \frac{\omega_{e}}{i_{x} \cdot i_{0}} \tag{7}\]

Для частоты вращения двигателя преобразование из об/мин в рад/ s выполняется следующим образом:

\[\omega_{e} = \frac{N_{e} \cdot \pi}{30} \tag{8}\]

Где N _e — частота вращения двигателя в [об/мин] .

Если нам нужна скорость колеса N _w in [об/мин] , из [рад/с] , нам нужно применить обратное преобразование:

\[N_{w} = \frac{ \omega_{w} \cdot 30}{\pi} \tag{9}\]

Кроме того, линейная скорость колеса рассчитывается как функция скорости вращения и радиуса как:

\[v_{w} = \omega_{ w} \cdot r_{w} \tag{10}\]

Объединение уравнений (7), (8) и (10) дает выражение функции скорости автомобиля и колеса от частоты вращения двигателя и коробки передач и передаточных чисел дифференциала :

\[v_{v} \text{ [м/с]} = v_{w} \text{ [м/с]} = \frac{N_{e} \cdot \pi \cdot r_{w}} {30 \cdot i_{x} \cdot i_{0}} \tag{11}\]

Если мы хотим получить скорость в [км/ч] , формула принимает вид:

\[\bbox[# FFFF9D]{V_{v} \text{ [км/ч]} = V_{w} \text{ [км/ч]} = \frac{3. 6 \cdot N_{e} \cdot \pi \cdot r_{w}}{30 \cdot i_{x} \cdot i_{0}}} \tag{12}\]

Пример 1 . Рассчитайте скорость автомобиля в [км/ч] для автомобиля со следующими параметрами:

• Частота вращения двигателя, N _e = 2300 об/мин 0006
• Передаточное число главной передачи, i ₀ = 3,460
• Маркировка размера шин 225/55R17

Шаг 1 . Рассчитайте (свободный статический) радиус колеса по маркировке размера шины. Способ расчета радиуса колеса описан в статье Как рассчитать радиус колеса. Расчетный радиус колеса равен r _w = 0,33965 м .

Шаг 2 . Рассчитайте крутящий момент колеса, используя уравнение (12).

\[V_{v} = \frac{3,6 \cdot 2300 \cdot \pi \cdot 0,33965}{30 \cdot 4,171 \cdot 3,460} = 20,4068 \text{ км/ч} \]

Можно применить тот же метод для электромобиля скорость двигателя заменяется скоростью двигателя.

Вы также можете проверить свои результаты, используя калькулятор ниже.

Для получения дополнительных руководств щелкните ссылки ниже.

Что такое рейтинг скорости шин и таблица рейтингов скорости шин

Простое объяснение номинальной скорости шины

Что такое номинальной скорости шины?

Рейтинг скорости шины указывает на оптимальную скорость, которую шина может безопасно поддерживать с течением времени. Короче говоря, это самая высокая скорость, с которой может справиться шина, прежде чем она перестанет работать так, как было задумано. Чем выше рейтинг скорости, тем лучше контроль и управляемость на более высоких скоростях.

Система рейтинга скорости была разработана для контроля безопасной работы шин на стандартных скоростях. Сертифицированный рейтинг скорости шины обозначается буквой от A до Z в диапазоне от 5 км/ч (3 мили в час) до более 300 км/ч (186 миль в час).

Эта рейтинговая система (см. ниже) показывает максимальную скорость, для которой сертифицирована шина. Он не указывает на общую производительность шины.

Для чего были разработаны рейтинги скорости шин?

Используемая сегодня система оценки скорости была разработана в Европе в связи с необходимостью контролировать безопасные характеристики шин на стандартных скоростях. Когда рейтинговая система была первоначально разработана, категория «Безлимитный V» со скоростью более 210 км / ч (130 миль / ч) была максимально возможной оценкой скорости.

По мере того, как производители разрабатывали более крупные и качественные шины, возникла необходимость в регулировании характеристик на стандартных скоростях для обеспечения безопасности. Затем была создана категория «Ограниченная V» со скоростью 250 км / ч (149 миль / ч), и в конечном итоге рейтинг скорости «Z» был добавлен в качестве рейтинга максимальной скорости. (Всегда консультируйтесь с производителем по поводу максимальной скорости шин Unlimited Z.)

Где я могу узнать рейтинг скорости шины?

Рейтинг скорости шины можно найти в нескольких местах, как правило, в руководстве по эксплуатации, на дверном косяке со стороны водителя, на двери перчаточного ящика и на люке бензобака. Недавняя стандартизация изменилась, поэтому все рейтинги, кроме «Unlimited ZR», включают символ скорости и индекс нагрузки как часть описания обслуживания каждой шины на боковине шины. Если вы читаете боковину своей шины, рейтинг скорости будет последним элементом в последовательности символов в коде размера шины. Ниже приведен пример надписи на боковине шины: 2015/60R15 91В. Здесь шина будет иметь рейтинг скорости V. Шины с рейтингом V могут двигаться со скоростью 149 миль в час.

ОПИСАНИЕ ШИН

Обозначение ZR

Шины с максимальной скоростью более 149 миль в час могут иметь «ZR» в обозначении размера. Шины с максимальной скоростью более 186 миль в час должны включать «ZR» в обозначение. Ниже приведены примеры размеров шин с индексом скорости «ZR».

ZR ОБОЗНАЧЕНИЕ

Таблица скоростных характеристик шин

Для шин с максимальной скоростью выше 240 км/ч (149 миль/ч) в обозначении размера может стоять буква «ZR». Для шин с максимальной скоростью выше 300 км/ч (186 миль/ч) в обозначении размера требуется буква «ZR». Проконсультируйтесь с производителем шин относительно максимальной скорости, если нет описания обслуживания.

СКОРОСТНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ШИН

Обратитесь за помощью в Tyres Plus

Нужна помощь в понимании рейтинга скорости на шинах? Наши технические специалисты помогут вам.