Тип автомобиля:
|
Легковой среднего класса
|
Колесная формула:
|
4х2
|
Снаряженная масса, кг:
|
1400
|
Тип двигателя:
|
Поршневой бензиновый инжекторный
|
Тип трансмиссии:
|
Механическая ступенчатая
|
Максимальная скорость, км/ч
|
165
|
|
|
1.1.1. Фактор обтекаемости.
Аэродинамические свойства автомобиля зависят от фактора обтекаемости:
, где
cX-коэффициент лобового сопротивления, -плотность воздуха: , Ав-площадь
миделева сечения.
Численные значения cX выбираем по прототипу: сx=0,39
.
Ав=2,3м2
W=0,39·1,225 ·2,3/2=0,549 Нс2/м2.[6 с.89]
1.1.2. Коэффициент сопротивления дороги .
Принимаем с учетом условий движения автомобиля
=f0+Kf·V max^2;
Kf=0.7·10-5;
f0=0,02;
[8 c.19]
=0,0345
1.1.3.
Максимальный коэффициент
сопротивления дороги .
Где по прототипу выбирают
-максимальный
момент двигателя;
-передаточное
число трансмиссии;
-КПД
трансмиссии;
-динамический
радиус колеса;
максимальная
скорость .
1.1.4. Снаряженная масса автомобиля.
m0 =1400 кг принимаем по прототипу
Полная масса - ma=m0+mб·n +mп·n , где
mб-масса багажа,
mп-масса пассажира,
n-количество пассажиров.
ma=1400+10·5+68·5=1790кг
[1 c.9]
1.1.5. Распределение полной массы автомобиля по осям.
ma2=0,52
ma=0,52*1790=930,8 кг - полная масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось; [1 c.12]
1.1.6.
КПД трансмиссии.
=0,95*
0,95* 0,995=0,9 , где
0,95- КПД коробки передач,
0,95- КПД главной передачи,
0,995- КПД карданного шарнира.
[1 c.8]
1.1.7. Подбор шин.
Максимально допустимая нагрузка на одну шину:
Условие подбора:
[1 c.9]
Для автомобиля максимальная нагрузка на колесо будет 4561Н.
=165 км/ч
Выбираем шины 195/65R15 ГОСТ 4754-97,
=6100 Н
=210 км/ч
Категория скорости-Н
rст=0,29
м.
rk= 0,308м.
1.2. Определение максимальной мощности двигателя и построение его
скоростной характеристики.
Максимальная мощность двигателя исходя из заданной максимальной скорости
движения автомобиля
Pev=(Yv Ga Vmax+W V3max)/1000hТ
Pev
==89,6кВт.
Находим максимальную мощность двигателя по формуле
Реmax=;
где a,b,c-коэффициенты характеризующие тип двигателя;
=- для инжекторных двигателей с ограничителем.
По прототипу двигательЗМЗ-406.2.
Pemax=106,6кВт nep=5200мин-1
=544,3с-1
Temax=200,9Hм neт =4000мин-1 =418,7с-1
Находим коэффициенты KT,K
K= Tep=9550=195,7 Hм
KT
=
а=
b=
c=
Проверка:
a+b-c=1
0,737+0,751-0,488=1 -верно.
Реmax==97,8 кВт.
.
Максимальная
стендовая мощность
=97,8/0,96=102 кВт.
Кс=0,96 [1 c.12]
%<5%
Выбираем двигатель ЗМЗ-406.2
На основании рассчитанных данных построим внешнюю скоростную
характеристику двигателя.
Мощность двигателя:
Pe=Pemax(awe/wep+b(we/wep)2-c(we/wep)3),
где
Pe max - максимальная мощность двигателя;
ve - угловая скорость коленчатого вала
двигателя;
wep - угловая скорость коленчатого вала
двигателя при его максимальной мощности;
a,b,c - поправочные коэффициенты.
Крутящий момент на коленчатом валу двигателя:
По результатам расчетов построены графики зависимости мощности и
крутящего момента от угловой скорости коленчатого вала двигателя (Рис. 1.).
1.3. Определение передаточных чисел трансмиссии.
1.3.1. Определение максимального передаточного числа
трансмиссии.
Uтрmax=Ymax· Ga· rд /(Temax·hT), где
Ga -полный вес автомобиля, Н
rд -динамический радиус колеса, м ;
Tе max
- максимальный крутящий момент двигателя, Нм;
hТ - КПД трансмиссии;
ymax - максимальный коэффициент сопротивления
дороги.
Uтрmax=0,48· 1790· 9,81· 0,29/(192,8·0,9)=14,08-из
условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги.
По условию отсутствия буксования ведущих колес:
Umaxj=jх· mсц· ga· rд /( Temax ·hT),где
jх - коэффициент сцепления шин с дорогой; φх=0,8;[1
c.13]
mсц =mR2 ma2–сцепная масса
Uтр maxj=0,8· 1,3· 930,8· 9,81· 0,29/(192,8·0,9)=15,87-по условию отсутствия буксования ведущих
колес.
Условие отсутствия буксования ведущих колес:
Uтрmax Uтр maxj- условие выполняется
UтрV= 0,105*nemin*rк/Vmin =5.82-условие обеспечения минимальной
устойчивости скорости движения.
nemin -
минимальная устойчивая угловая скорость вращения вала двигателя. [1,c14 ]
Vmin=5 м/c минимальная скорость движения [1,c.14]
UтрV <Uтрmax-
условие выполняется
Принимаем Uтрmax=14,08
1.3.2. Определение передаточного числа главной передачи
и максимального передаточного числа коробки передач
Минимальное передаточное число трансмиссии Umin выбирается из условия обеспечения максимальной скорости движения
автомобиля.
Umin =wеv · rk/vmax
Где ωev=0.105λnep=0.105*5200*0.9=491.4 рад/с
Umin =491.4·0,3/45.8=3,11
- минимальное передаточное число трансмиссии ;
U0=Uтр min / Uk min=3,11/0,794=3.91
Максимальное
передаточное число коробки передач - UКmах=Umax / U0 , где:
Umax=14,08-максимальное передаточное число
трансмиссии;
UКmах=14.08/3.91=3.6,
1.1.9.4 Определение передаточных чисел промежуточных передач КПП.
Диапазон передаточных чисел трансмиссии:
Дт= Uтрmax / Umin =14,08/3,11=4,52
Полученные значения
не попадают в диапазон указанный в [1,c14 ] .
Для проектируемого автомобиля выбираем 5-ти ступенчатую трёхвальную,
мех.коробку передач, поскольку такого типа коробка передач устанавливается на
прототипе.
Число ступеней-5
UK min=0,794
Передаточные числа промежуточных передач
Ukm=Uk1n-m/(n-1)· Uknm-1/(n-1),
где:
Uk1=3.6-передаточное число первой передачи
n - количество передач в КПП: n=5;
m - номер передачи, для которой рассчитывается
передаточное число.
Ukm=, где:
=0,96+0,03
– коэффициент коррекции [1,c18 ]
=0,96
Uk2=
2.22
Uk3=
1.52
Uk4=1
Uk5=0,794
Так как расчётные передаточные числа не значительно отличаются от
прототипа то их берём по прототипу
Номер передачи
|
Передаточное число
|
1
|
3.618
|
2
|
2,188
|
3
|
1,304
|
4
|
1
|
5
|
0,794
|
главная
|
3,9
|
2. . Тягово-динамические характеристики автомобиля
2.1.. Данный проект представляет собой выбор и расчет основных
параметров двигателя и трансмиссии автомобиля. Расчет включает два этапа. На
первом этапе, задавшись определенными условиями движения, рассчитывают
конструктивные параметры двигателя и трансмиссии. На втором этапе с
использованием этих параметров строят ряд графиков, по которым затем определяют
показатели тягово-скоростных свойств автомобиля.
2.1.1 Мощностной баланс.
Pт=Pf+Pw+Pi+Pа, где
Pт-мощность на ведущих колесах автомобиля,
Pf-мощность, затрачиваемая на преодоление
сопротивления качению,
Pw- мощность, затрачиваемая на преодоление
сопротивления воздуха,
Pi- мощность, затрачиваемая на преодоление
сопротивления подъему,
Pа- мощность, затрачиваемая на преодоление
сопротивления разгону.
Pт=Pe· hT
Пересчёт угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя в
скорость автомобиля
V=rk· we /(Uik·U0 ) , где
Uк-передаточное число ступени КПП;
Uo-передаточное число главной передачи.
Pf=f·Ga ·V , где
f= f0+Kf·V ^2; -коэффициент сопротивления качению
Kf=0.7·10-5;
f0=0,02;
[8 c.19]
Pw=W· V3
2.1.2 Тяговый баланс
Fт=Ff+Fw+Fi+Fа, где
Fт-тяговая сила на ведущих колесах автомобиля,
Ff-сила сопротивления качению,
Fw- сила сопротивления воздуха,
Fi- сила сопротивления подъему,
Fа- сила сопротивления разгону.
Fт=Te·Uк· Uо· hT
/ rд,
Ff=f· Ga,
Fw=W·V2
По результатам расчетов построены графики тягового баланса(Рис.4).
2.1.3 Динамическая характеристика автомобиля
Динамический фактор
D=(Fт-Fw)/Ga
По результатам расчетов построены графики динамической характеристики(Рис.5).
2.1.4 Ускорение автомобиля
ускорение автомобиля (м/с2)
δ=1+σ1*uki2+
σ2- коэффициент
учёта влияния вращающихся масс;
σ1 =0,004…0,006 ; σ 2 =0,03…0,05
- меньшие значения относятся к автомобилям большей грузоподъемности [7,
стр.17];
принимаем:
σ1=0,005
σ2=0,04
По результатам расчетов построены графики ускорения автомобиля(Рис.6).
2.1.5 Определение времени разгона автомобиля.
Время разгона автомобиля на каждой передаче
,
где:
V1 - скорость в начале разгона;
V2 - скорость в конце разгона;
ax - ускорение автомобиля.
Наиболее выгодно переключать передачи в точках пересечения графиков
ускорений на разных передачах.
Интеграл удобно вычислить численным методом. Для этого разобьем
ускорение на каждой передаче на 3 интервала. Обозначим:
j - номер передачи;
i - номер интервала;
Vi - скорость в конце i-го
интервала;
Vi-1 - скорость в начале i-го интервала;
axi-1 - ускорение в начале i-го интервала;
axi - ускорение в конце i-го
интервала.
Тогда:
-
изменение времени на i-ом интервале;
DVi=Vi-Vi-1 - изменение скорости на i-ом интервале;
-
среднее ускорение на интервале.
Кроме того, необходимо учесть время переключения передач Dtпj,
которое примем равным tn=1 секунде [8 c.20].
Тогда время разгона
, где:
n - количество передач;
m- количество интервалов разбиения времени.
2.1.6 Определение
пути разгона автомобиля.
Путь разгона
автомобиля на каждой передаче
,
где
t1 - время в начале разгона;
t2 - время в конце разгона;
V - скорость автомобиля.
Интеграл удобно вычислить численным методом. Для этого разобьём путь
разгона на каждой передаче на 3 интервала. Обозначим:
j- номер передачи;
i- номер интервала;
Vi - скорость в конце i-го
интервала;
Vi-1 - скорость в начале i-го интервала;
Si-1 - путь в начале i-го интервала;
Si - путь в конце i-го интервала.
Тогда
где
Dti - изменение времени на I-ом
интервале;
Vcp - средняя арифметическая скорость
автомобиля на i–ом интервале;
.
Также необходимо учесть путь, пройденный автомобилем в период
переключения передачи SПj. Тогда путь разгона
где
,
где
- средняя арифметическая скорость автомобиля в период
переключения передачи.
По результатам расчетов построены графики времени и пути разгона
автомобиля (Рис.7,8)
Все результаты расчетов сведены в таблицы (см. приложение).
Литература.
1. Тяговый расчет автомобиля: Метод. разработка по специальным
дисциплинам для студентов спец. 150100 "Автомобиле- и
тракторостроение" всех форм обучения / НГТУ; Сост.: В.Н.Кравец.-
Н.Новгород, 2003.- 20с.
2. Расчет тягово-скоростных свойств автомобиля в электронных таблицах Microsoft Exel /
НГТУ; Сост.: Д.В.Соловьев, Н.Ю.Ломунова и др. Н.Новгород, 2000.- 18с.
3. Техническое обоснование выбора параметров и показателей
проектируемого автомобиля: Метод. разработка по специальным дисциплинам для
студентов специальности 15.02 - "Автомобиле- и тракторостроение" всех
форм обучения / ННПИ; Сост.: В.Н.Кравец, С.М.Кудрявцев. Н.Новгород, 1992.- 35с.
4. Формулы и алгоритмы для решения задач по теории автомобиля: Метод.
разработки для студентов специальностей 15.02 - "Автомобиле- и
тракторостроение" и 15.05 - "Автомобильное хозяйство" всех форм
обучения / ГПИ; Сост.: Л.В.Барахтанов, В.В.Беляков, А.М.Грошев и др. Горький,
1990.- 57с.
5. Автомобильный справочник. Б.С.Васильев, М.С.Высоцкий, Х.А.Гаврилов и
др. Под общей редакцией В.М.Приходько. М.: ОАО "Издательство"
Машиностроение",2003.-670с.
6. Курсовое и дипломное проектирование колесных и гусенечных
транспортных машин: Учебное пособие. /НГТУ; сост.: Л.В. Барахтанов, и др.,
-Н.Новгород, 2000 .
7. Тяговый расчет автомобиля. Методические указания к выполнению
курсовой работы / Сост. Н.Н. Шевченко, Г.Г. Петров. - Томск: Изд-во Томского
архитектурно-строительного университета, 2002 .
8. Машиностроение.
Энциклопедия в сорока томах. Том IV – 15. Колесные и гусеничные машины.- М.:
Машиностроение, 1997.-688с.