Тягово-динамический расчет автомобиля УАЗ-31512

Тягово-динамический расчет автомобиля УАЗ-31512

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Автомобили»

Тягово-динамический расчет автомобиля УАЗ-31512

Выполнил студент группы:

Курочкин А.А.

Проверил: Уланов А.Г.

Челябинск - 2011

Аннотация

Тяговый расчет автомобиля с механической трансмиссией: Курсовая работа по теории автомобиля. - Челябинск: ЮУрГУ, 2011 г. - 33 стр., библиография 2 наименования.

В работе изложены методы расчетов параметров автомобиля, обеспечивающие заданные тягово-скоростные свойства, и методика расчета оценочных характеристик.

В расчетах показан метод нахождения оптимального варианта конструктивной схемы автомобиля: тип двигателя, его расположение, схему и тип трансмиссии, развесовку и колесную формулу, определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства, автомобиля в заданных условиях эксплуатации. В работе проведен анализ тяговых и динамических качеств будущего автомобиля.

Содержание

Введение

. Исходные данные

. Расчетные параметры

.1 Определение полной массы автомобиля

.2 Подбор шин

. Выбор двигателя и построение его внешней скоростной характеристики

. Определение передаточного числа главной передачи

. Выбор числа передач и определение передаточных чисел коробки передач

. Тяговая и динамическая характеристика автомобиля

. Ускорение автомобиля

. Определение времени и пути разгона

. Мощностной баланс

. Топливная экономичность автомобиля

Литература

Введение

Тягово-скоростные свойства автомобиля - это совокупность свойств, определяющих выходные характеристики его прямолинейного движения в различных условиях, при работе двигателя на внешней скоростной характеристике.

Тяговый режим характеризуется передачей мощности от двигателя к ведущим колесам достаточной для преодоления сопротивления движению. Скорость движения автомобиля выбирают, исходя из эксплуатационных условий.

К показателям выходных характеристик, оценивающих тягово-скоростные свойства автомобиля, относятся: для заданных дорожных условий максимальная скорость движения, максимальное ускорение, максимальные преодолеваемые подъемы и минимальное время разгона до определенной скорости.

Тягово-скоростные свойства имеют важное значение при эксплуатации автомобиля. Они во многом определяют его среднюю скорость и производительность, которые являются важнейшими его показателями.

. Исходные данные

Техническое задание:

Легковой автомобиль с приводом на переднюю и заднюю ось;

Пассажировместмость - 7 человек;

Используется на дорогах общей сети, грунтовым дорогам и пересеченной местности

Выбираемые параметры:

прототип - УАЗ-31512

- масса снаряженного автомобиля  = 1600 кг

максимальная скорость  = 110 км/ч

максимальный угол подъема, преодолеваемый автомобилем  = 31º

- фактор обтекаемости = 1,0 Нс²/м²

- коэффициент полезного действия трансмиссии  = 0,82

обороты двигателя при максимальной мощности  = 4000 об/мин

распределение веса по осям автомобиля П/З = 41/59

2. Расчетные параметры

.1 Определение полной массы автомобиля

Полную массу автомобиля рассчитывают по формуле:

где = 1600 кг - масса снаряженного автомобиля;

 - масса водителя или пассажира, кг;

 - число мест для сиденья;

 - масса багажа на одного человека, кг.

.2 Подбор шин

Так как проектируемый автомобиль предназначен как для движения по дорогам общей сети, так и для движения по грунтовым дорогам и пересеченной местности, то принимаем колесную формулу 4х4.

Для определения нагрузки на заднюю ось воспользуемся развесовкой автомобиля-прототипа при полной нагрузке.

где  - масса приходящая на заднюю ось автомобиля

 - полная масса автомобиля

Выбор шин осуществляется по максимальной скорости и нагрузке на колесо.

Выбираем следующий размер шин: 215/90R15

где 215 - ширина профиля шин в мм;

- отношение высоты профиля к ширине в процентах

R - радиальная шина

- посадочный диаметр, соответствующий диаметру обода колеса в дюймах

Рассчитываем радиус качения колеса с выбранной шиной:

где  - статический радиус колеса, определяемый по формуле:

где  - диаметр обода колеса, м;

= 0,88…0,9 - коэффициент, учитывающий вертикальную деформацию шин;

Н - высота профиля шины, м.

3. Выбор двигателя и построение его внешней скоростной характеристики

В настоящее время на автомобилях наиболее широкое распространение получили двигатели внутреннего сгорания. На легковых автомобилях применяют бензиновые двигатели.

Определим максимальную мощность двигателя . Для этого сначала найдем мощность двигателя при выбранной максимальной скорости автомобиля при движении на горизонтальной асфальтобетонной дороге. Мощность двигателя при  рассчитаем по формуле:

где и - коэффициенты сопротивлению дороги и КПД трансмиссии при максимальной скорости;

= 0,012...0,015 - коэффициент сопротивления качения для асфальто-бетона, относящийся к малым скоростям;

 - вес автомобиля

А мощность двигателя при выбранной максимальной скорости:

На транспортных автомобилях, устанавливается двигатель несколько завышенной мощности для того, чтобы создать собственную приспосабливаемость его к внешним перегрузкам и уменьшить количество вынужденных переключений передач.

Для бензиновых двигателей без ограничителя числа оборотов степень использования равна:

Максимальная мощность двигателя определим по формуле:

где a, b и c - коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания (a = b = c = 1),

Определим стендовую мощность:

,

где  =1,1….1,2 .

Величину  двигателя проектируемого автомобиля используют лишь для сравнения ее с данными существующих двигателей и установления возможности применения выпускаемых промышленностью двигателей.

Внешняя скоростная характеристика может быть получена из решения следующей формулы:

где  и  - текущие значения мощности и числа оборотов вала двигателя в минуту;

а, b и с - коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1

об/мин;об/мин; об/мин

Зададим в интервале от  до  еще ряд значений , находим соответствующие значения  и строим кривую зависимости , а затем и , имея ввиду, что:

 Н∙м,

 Н∙м,

где  - угловая частота вращения коленчатого вала, 1/с.

Результаты расчета занесем в табл. 1.

Таблица 1

Внешняя скоростная характеристика двигателя

График зависимости  и  представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Определим рабочий объем (литраж) двигателя по формуле:

где  (кВт) и  (об/мин) - выбираются по внешней скоростной характеристике;

 - тактность двигателя, =4 - для четырехтактного;

 - среднее эффективное давление при максимальной мощности, МПа. Для современных автомобильных двигателей = 0,6...1,6 МПа.

По полученному рабочему объему двигателя можно установить класс и некоторые характеристики проектируемого легкового автомобиля. Автомобиль - среднего класса, первой группы.

4. Определение передаточного числа главной передачи

Так как в техническом задании определена максимальная скорость движения автомобиля, то передаточное число главной передачи определяется, исходя из соотношения:

где  - обороты коленчатого вала, соответствующие максимальной скорости

автомобиля, об/мин;

= 1,0 - передаточное число коробки передач на высшей передаче;

= 1,0 - передаточное число высшей передачи в раздаточной коробке.

5. Выбор числа передач и определение передаточных чисел коробки передач

При выборе числа передач в коробке передач обычно учитывают два фактора:

-  чем выше число передач, тем выше динамические качества автомобиля и меньше расход топлива;

-       с увеличением числа передач растут габариты, металлоемкость и стоимость коробки передач.

Исходя из этого обычно выбирают для легковых автомобилей при механической трансмиссии 4...5 передач.

Передаточное число первой передачи выбирают из условия преодоления максимального сопротивления дороги  и отсутствия буксования ведущих колес при заданном значении :

где ;  - для полноприводных автомобилей на низшей передаче в раздаточной коробке.

;

, если все колеса ведущие.

Передаточное число первой передачи должно удовлетворять условию обеспечения минимально устойчивой скорости движения :

где  = 700 об/мин - минимальная частота вращения коленчатого вала,  км/ч.

При трехвальной коробке передач высшую передачу или предшествующую ей обычно выбирают прямой, промежуточные по геометрической прогрессии по формуле:

где  - передаточное число промежуточной передачи;

m - номер произвольной промежуточной передачи;

n - номер расчетной высшей передачи.

Тогда:    .

Для улучшения разгона автомобиля учитывают возрастающее сопротивление воздуха при движении на более высоких скоростях. Практически это осуществляют, уменьшая на 5...15% передаточные числа промежуточных передач, вычисленных по формулам геометрической прогрессии, до получения соотношения:

>>…>

Тогда получаем:    .

Передаточное число‚ низшей передачи дополнительной коробки рассчитывают, исходя из условия получения минимальной скорости:

где  - минимальное число оборотов коленчатого вала в минуту,

=2…3 км/ч;

6. Тяговая и динамическая характеристика автомобиля

Тяговая и динамическая характеристика представляют собой графики зависимостей  и  на всех передачах, а также    на горизонтальной дороге, и рассчитываются на основании следующих зависимостей: сила тяги на колесе

скорость движения

сопротивление дороги

 при α = 0

сопротивление воздуха

динамический фактор

где  - передаточное число трансмиссии при наличии коробки передач, дополнительной коробки и главной передачи;

 при движении без пробуксовывания;

П = 0 - количество прицепов или полуприцепов;

 - коэффициент, учитывающий влияние прицепа или полуприцепа на сопротивление воздуха,

 - табличное значение коэффициента сопротивления дороги

для сухого асфальтобетона

Угол подъема, который преодолевает автомобиль на каждой передаче при разных значениях равномерной скорости и заданном коэффициенте сопротивления качению определяется по уравнению:

Вычисленные значения запишем в табл. 2.

Таблица 2

Строим графики зависимостей   и  (рис. 2);  и  (рис. 3).

Рисунок 2. Тяговый баланс автомобиля

Рисунок 3. Динамический баланс автомобиля

автомобиль двигатель передача скорость

7. Ускорение автомобиля

Время равномерного движения автомобиля обычно мало по сравнению с общим временем его работы. Например, в городах оно составляет 15...25% времени движения, от 30 до 45% - ускоренное движение и 30...40% - движение накатом и торможение.

Показателями динамических свойств автомобиля при неравномерном движении служат величины ускорений, а также путь и время, необходимые для движения в определенном интервале изменения скорости.

Ускорение движения, которое может развивать автомобиль при заданных условиях, характеризует приемистость автомобиля: чем больше ускорение, тем выше при прочих равных условиях средняя скорость движения, а следовательно, и производительность автомобиля.

Ускорение автомобиля найдем по формуле:

В этом уравнении величина, стоящая в скобках, определяется по динамическому балансу автомобиля отрезком, заключенным между кривой динамической характеристики и линией, соответствующей коэффициенту сопротивления дороги.

Коэффициент учета вращающихся масс автомобиля (коэффициент условного увеличения поступательно движущейся массы автомобиля):

где - моменты инерции для легкового автомобиля

Найденные значения ускорений запишем в табл. 3

Таблица 3

Строим кривые зависимости ускорений автомобиля от скорости движения (рис. 4) и (рис. 5).

Рисунок 4. График ускорений

Рисунок 5. График обратных ускорений

8. Определение времени и пути разгона

Ускорение, полностью характеризуя способность автомобиля к быстрому разгону, не дает достаточно наглядного представления о приемистости автомобиля. Поэтому определяют время и путь разгона, которые позволяют выявить приемистость автомобиля в более наглядной форме и сравнить автомобили по этим показателям.

Так как отсутствует аналитическая связь между обратным ускорением 1/j и скоростью V, то время разгона обычно определяют графоаналитически.

Для построения зависимости времени разгона от скорости всю площадь под кривой 1/j = f(V) разбивают вертикальными линиями на участки с интервалом скоростей 10 км/ч.

Для упрощения подсчета площадь каждого участка заменяют площадью равновеликого участка с высотой

,

где  и  - обратные ускорения в начале и в конце интервала скорости. Тогда для участка, например, при изменении скорости от  до  время разгона:

,

где V - скорость, км/ч;

j - ускорение, м/с².

Аналогично определяются  по остальным участкам.

Путь разгона определяют из соотношения

Этот интеграл решают также графоаналитически, используя график t= f(V).

Для построения графика S= f(V) эту площадь разбивают горизонтальными линиями на несколько участков. Для упрощения подсчета площадь каждого участка заменяют площадью равновеликого участка с тем же основанием и высотой

Здесь  и  - скорости соответственно в начале и в конце участка.

При изменении скорости от  до

.

Аналогично определяются  по остальным участкам.

Запишем найденные значения точек в табл. 4

Таблица 4

По найденным значениям построим график  и (рис. 6).

Рисунок 6. Время и путь разгона автомобиля

9. Мощностной баланс

Для оценки тягово-скоростных свойств и тяговой экономичности используют уравнение мощностного баланса, которое иллюстрирует распределение мощности по видам сопротивления:

Разность мощности подводимая к ведущим колесам есть:

Определим значения мощности, найденные значения запишем в табл. 5 и в табл. 6.

Таблица 5

Таблица 6

По найденным значениям построим график мощностного баланса (рис. 7).

Рисунок 7. Мощностной баланс

. Топливная экономичность автомобиля

Топливная экономичность характеризует способность автомобиля выполнять перевозки с минимальным расходом топлива.

Топливная экономичность зависит от:

совершенства конструкции двигателя и всего автомобиля;

квалификации водителя;

организации транспортного потока;

дорожно-климатических условий.

Для построения графика зависимости расхода топлива от скорости движения воспользуемся следующей формулой:

Топливную экономичность необходимо рассчитывать при установившемся и неустановившемся движении. При установившемся движении расчет ведется на высшей передаче, здесь же необходимо рассчитать расход топлива при некотором значении ускорения. При неустановившемся движении, с максимальной интенсивностью разгона строится на каждой передаче.

При установившемся движении скорость постоянна и ускорение рано нулю:

.

При неустановившемся движении скорость не постоянна и ускорение не равно нулю:

.

Удельный эффективный расход топлива определяется по следующей формуле:

где - удельный расход топлива при максимальной мощности

- коэффициент использования мощности двигателя

 - коэффициент использования частоты вращения коленчатого вала

где U - степень использования мощности

Е - степень использования оборотов двигателя

Найденные значения расхода топлива при установившемся движении представлены в табл. 7

Зададим ускорение j = 0,153 м/с². Найденные значения расхода топлива при движения автомобиля на высшей передаче при определенном ускорении представлены в таблице 8.

Таблица 7

Таблица 8

По данным табл. 7 и табл. 8 строим экономическую характеристику (рис. 8).

Рисунок 8. Экономическая характеристика

Определим расход топлива при движении на каждой передаче. Найденные значения запишем в табл. 9 и построим график (рис. 9).

Таблица 9

Рисунок 9. Общая экономическая характеристика

Литература

1. Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и эксплуатационные свойства: учебное пособие - М.: Издательский центр «Академия», 2009.

. Галимзянов Р.К. Теория автомобиля: учебное пособие - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007.