Проект легкового автотранспортного средства для перевозки пассажиров. Тяговые и скоростные характеристики

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по курсу

Введение

1. Назначение и область применения АТС

2. Определение основных параметров АТС

2.1 Определение полной массы АТС

2.2 Распределение полной массы по мостам

2.3 Определение фактора обтекаемости

2.4 Выбор КПД трансмиссии

2.5 Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности

2.6 Выбор размера шин и определение радиуса колеса

3. Тяговый расчет

3.1 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

3.2 Определение передаточных чисел трансмиссии

3.3 Расчет тяговой диаграммы АТС

4. Определение средней скорости движения АТС на маршруте

4.1 Определение динамического фактора на к-й ступени коробки передач

4.2 Построение динамического паспорта

4.3 Определение времени прохождения участков маршрута

4.4 Определение средней скорости ездки по маршруту

4.5 Определение средней скорости транспортного процесса

4.6 Определение среднего коэффициента использования пассажировместимости

5. Определение расхода топлива на маршруте

5.1 Определение путевого расхода топлива

5.2 Определение расхода топлива за транспортный цикл

5.3 Определение удельного расхода топлива АТС

6. Определение параметров приемистости АТС

6.1 Определение ускорения АТС на к-й ступени коробки передач

6.2 Построение графика ускорений

6.3 Определение времени и пути разгона АТС

Заключение

Литература

Введение

Эффективность перевозок автомобильным транспортом является очень важным показателем, так как более 60% всех перевозок в мире осуществляется именно автомобильным транспортом.

Чем больше возрастает скорость жизни человека, тем больше возникает потребность в сжатые сроки доставить, например, товар в магазин или пассажиров в пункт назначения. Всё это требует от автомобилей повышение их максимальной скорости движения. Скорость автомобиля является обобщённым параметром тягово-скоростных свойств.

С каждым днем в мире становится всё больше автомобилей, и с каждым днём все больше и больше увеличивается пагубное воздействие на окружающую среду. Это вредные газы, появляющиеся в результате сгорания топлива, слив моторных масел и других технических жидкостей, отработавшие автомобильные покрышки и другие отходы автомобильного транспорта. Поэтому основным направлением по защите окружающей среды является уменьшение потребления автомобильным транспортом нефтехимических материалов, в частности уменьшение потребление топлива.

1. Назначение и область применения АТС

Значительный рост всех отраслей промышленности, сельского хозяйства и культурно-бытовых потребностей населения требует перемещения большого количества грузов и пассажиров.

Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делают автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Данное АТС предназначено для перевозки пассажиров по дорогам города и за его пределами с максимальной скоростью и комфортом. Данные критерии обусловлены повышенным спросом на легковые автомобили соответствующие мировым стандартам безопасности и позволяющие эксплуатировать их с минимальными затратами средств и времени. Характеристики проектируемого легкового АТС должны обеспечивать не только ожидаемые тяговые и скоростные свойства, но и топливную экономичность.

Автомобилю предложено совершать движение по маршруту общей протяжённостью 84,4 км, в дорожных условиях, где на разных участках пути водителю следует варьировать скорости движения, вследствие изменения коэффициентов дорожного сопротивления от 0,021 до 0,064. Кроме того, степень использования вместимости не является величиной постоянной, что достаточно характерно для легкового АТС.

Таблица 1.1

Основные параметры технической характеристики прототипов

2. Определение основных параметров АТС

Для проведения тяговых, экономических и других расчетов необходимо выбрать и обосновать ряд конструктивных параметров автомобиля, к которым в первую очередь относятся полная масса и ее распределение по осям.

2.1 Определение полной массы АТС

Полную массу легкового АТС , кг, рассчитывают по формуле:

(2.1)

где снаряженная масса, кг;

масса пассажира, кг;

пассажировместимость (без водителя), чел.;

норма багажа, кг.

Снаряженную массу легкового АТС , кг, определяют по формуле:

, (2.2)

где коэффициент снаряженной массы, кг/чел.

Принимаем з_м = 260кг/чел.

При выборе коэффициента снаряженной массы легковых автомобилей следует иметь в виду, что сухая масса автомобилей переднеприводной и заднемоторной компоновки на 610% меньше, чем автомобилей классической компоновки.

Массу пассажира принимают 2 = 75 кг.

Норму багажа принимают 3 для легковых АТС = 10 кг/чел.

М_о = 260*5 = 1300 кг.

М_а = 1300+75(4+1)+10(4+1) = 1725 кг.

2.2 Распределение полной массы по мостам

Распределение полной массы по мостам необходимо знать для выбора шин и определения по их размерам радиусов колес, а также для определения максимально возможной по сцеплению тяговой силы, величина которой используется при выборе передаточного числа низшей передачи трансмиссии.

У легковых автомобилей распределение полной массы по мостам зависит в основном от компоновки.

Для легковых автомобилей классической компоновки массу, приходящуюся на задний мост , кг, можно определить по формуле:

(2.3)

М₂ = 0,53*1725 = 914,25кг

Нагрузку, приходящуюся на передний мост , кг, рассчитывают по формуле:

. (2.4)

М₁ = 1725-914,25 = 810,75 кг

2.3 Определение фактора обтекаемости

Фактор обтекаемости , кг/м, рассчитывают по формуле:

, (2.5)

где коэффициент обтекаемости, кг/м³ (Нс²/м⁴); площадь Миделя, м².

Коэффициент обтекаемости для легкового автомобиля К=0,200,35 кг/м³ 2. Принимаем К=0,25 кг/м³.

Площадь Миделя лобовую площадь, равную площади проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси , м², для грузовых и легковых АТС соответственно, приближенно можно определить по формулам:

, (2.6)

, (2.7)

где колея АТС, м;

габаритная высота АТС, м;

габаритная ширина АТС, м;

коэффициент заполнения площади.

Н_г = 1,435 м;

В_г = 1,620 м.

Коэффициент заполнения площади = 0,8 3.

W =1,86*0,25 = 0,46 кг/м.

2.4 Выбор КПД трансмиссии

КПД механической трансмиссии для легкового автомобиля классической компоновки=0,92 1.

2.5 Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя необходимо задать частоту вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности.

Принимаем =4600 об/мин 2.

2.6 Выбор размера шин и определение радиуса колеса

Размер шин и радиус колеса выбирают по соответствующему ГОСТ в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости движения автомобиля. Наибольшую нагрузку на одно колесо , кг, рассчитывают по формуле:

, (2.9)

где нагрузка на мост, кг;

число колес на мосту.

Р₁ = 810,75/2 = 405,375 кг,

Р₂ = 914,25/2 = 228,56кг.

Затем, исходя из рассчитанной нагрузки и заданной максимальной скорости движения АТС, по ГОСТ 4754-97 выбирают шины и их параметры: обозначение шин, максимально допустимую нагрузку, статический радиус и максимально допустимую скорость.

Шины: 175/80R13, P_доп = 500, r_ст = 0,284м, V_доп = 180км/ч.

В дальнейших расчетах динамический радиус колеса и радиус качения принимают равными статическому радиусу.

3. Тяговый расчет

3.1 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Если мощность двигателя не определена техническим заданием, то ее находят по максимальной скорости или по удельной мощности, сопоставляя характеристики проектируемого АТС и существующих аналогов-прототипов.

Определение мощности двигателя, необходимой для движения АТС с максимальной скоростью

Мощность двигателя, необходимую для движения АТС с максимальной скоростью , кВт, определяют по формуле:

, (3.1)

где ускорение свободного падения, м/с²;

- коэффициент сопротивления качению;

максимальная скорость движения АТС, м/с.

Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с² 2.

Коэффициент сопротивления качению при движении с максимальной скоростью ( >15 м/с) определяют по формуле:

, (3.2)

где - коэффициент сопротивления качению для скоростей движения, для легкового автомобиля = 0,015 2.

Nv = 63,56кВт.

Определение максимальной эффективной мощности

Максимальную эффективную мощность двигателя , кВт, рассчитывают по формуле:

, (3.3)

где а, b, c коэффициенты Лейдермана, зависящие от типа и конструкции двигателя; - отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности.

Запас крутящего момента определяют по формуле:

, (3.4)

где коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту.

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту рассчитывают по формуле:

, (3.5)

где максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

крутящий момент двигателя при максимальной мощности, Нм.

Так как для двигателя проектируемого АТС значения этих параметров неизвестны, предлагается воспользоваться имеющимися данными для бензиновых двигателей = 1,10 1,35 1. Принимаем К_м = 1,15 1.

Мз = (1,15-1)^.100 = 15%

Коэффициенты Лейдермана а, b, с для двигателей без ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала (малофорсированные бензиновые двигатели) определяют по формулам

; (3.6)

; (3.7)

, (3.8)

а = 2-25/15 = 0,55

b = 50/15 - 1 = 1,8

с = 25/15 = 1,35

После определения коэффициентов Лейдермана полученные значения необходимо проверить на соответствие условию:

a + b - c = 1 (*)

0,55 + 1,8 - 1,35 = 1

Условие (*) выполняется

кВт

Определение текущих значений мощности

Текущее значение мощности , кВт, определяют по формуле

, (3.9)

где текущее значение частоты вращения коленчатого вала, об/мин.

Определение текущих значений крутящего момента

Текущее значение крутящего момента , Нм, определяют по формуле:

, (3.10)

Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Результаты расчетов по формулам (3.9), (3.10) сводят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Внешняя скоростная характеристика

По данным таблицы 3.1 строят внешнюю скоростную характеристику (рисунок 3.1).

Минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала для современных двигателей = 400 1000 об/мин 3, поэтому при расчете и построении внешней скоростной характеристики двигателя заданного АТС > 400 об/мин.

На рисунке 3.1 показывают следующие характерные точки:

· максимальную эффективную мощность двигателя и соответствующую ей частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;

· максимальный крутящий момент двигателя и соответствующую ему частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;

· минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала.

Ветви внешней скоростной характеристики после срабатывания ограничителя показывают штриховой линией.

3.2 Определение передаточных чисел трансмиссии

Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи определяется из условия обеспечения движения АТС с максимальной скоростью при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и высших передачах в коробке передач и раздаточной коробки по формуле:

, (3.11)

где - радиус качения колеса, м;

- передаточное число высшей ступени коробки передач.

Передаточное число высшей ступени коробки передач для легковых АТС классической компоновки =0,95 (трехвальной коробки передач) 3.

Выбор числа ступеней и определение передаточных чисел коробки передач

Основной тенденцией в выполненных конструкциях является увеличение числа ступеней и диапазона коробки передач при возрастании массы АТС. Увеличение числа ступеней и диапазона позволяет более эффективно использовать мощность двигателя при работе автомобиля с различной степенью загрузки и в различных дорожных условиях, однако при этом увеличиваются масса и стоимость коробки передач, и усложняется управление автомобилем.

Передаточное число первой (низшей) ступени коробки передач, если не установлен диапазон, определяется из необходимости соблюдения трех условий:

возможности преодоления автомобилем заданного максимального дорожного сопротивления;

возможности реализации максимальной силы тяги по условиям сцепления колес с дорогой;

возможности движения с минимальной устойчивой скоростью.

Передаточное число первой ступени из условия обеспечения возможности движения по дороге с заданным максимальным коэффициентом общего дорожного сопротивления рассчитывают по формуле:

, (3.12)

где максимальный коэффициент общего дорожного сопротивления.

Полученное передаточное число необходимо проверить по условиям отсутствия буксования. Буксования не будет, если выполняется условие:

, ( )

где - передаточное число первой ступени коробки передач по условиям сцепления.

Передаточное число первой ступени коробки передач по условиям сцепления определяют по формуле:

, (3.13)

где - масса, приходящаяся на ведущие колеса, кг; - максимальный коэффициент сцепления; - коэффициент динамического изменения нормальных реакций на ведущих колесах.

Максимальный коэффициент сцепления = 0,7 0,8 3.

Коэффициент динамического изменения нормальных реакций в тяговом режиме движения на передних ведущих колесах = 1,1 1,2 2.

Условие (* *) выполняется.

Если условие () не выполняется, то следует проверить возможность увеличения нагрузки на ведущие колеса. При этом следует учитывать, что изменение распределения нагрузки может повлечь за собой необходимость применения шин другого размера. В том случае, если увеличение нагрузки, приходящейся на ведущие колеса, невозможно, принимают меньшее из рассчитанных передаточных чисел.

Передаточные числа промежуточных ступеней выбирают из условий обеспечения оптимальных показателей как тягово-скоростных, так и топливно-экономических свойств. Существуют различные методики выбора: одни предусматривают наилучшее использование разгонных свойств, другие - оптимальной топливной экономичности, третьи - наибольшей средней скорости в некоторых заданных условиях движения.

В большинстве случаев передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач рассчитывают по геометрической прогрессии, что обеспечивает возможность работы двигателя при разгоне АТС в одинаковом режиме на всех передачах с наилучшим использованием мощности. При этом передаточные числа промежуточных ступеней определяют по формуле:

, (3.14)

где к - номер промежуточной ступени коробки передач; n - число ступеней в коробке передач.

Число ступеней коробки передач зависит от типа, удельной мощности и предполагаемых условий эксплуатации АТС. Как правило, в выполненных конструкциях для легковых АТС n = 4 3.

Передаточное число ускоряющей передачи i = 0,60,8 3. Это передаточное число иногда не входит в геометрический ряд, и поэтому в формуле (3.15) высшей передачей следует считать прямую.

;

;

;

;

Окончательно передаточные числа коробки передач уточняют при выборе параметров зубчатого зацепления в процессе проектирования коробки передач

3.3 Расчет тяговой диаграммы АТС

Тяговой характеристикой АТС называется графическая зависимость силы тяги на ведущих колесах от скорости движения. Если на этом же графике нанести кривые сил сопротивления движению, получим тяговую диаграмму.

Определение скорости движения АТС на к-й ступени коробки передач

Скорость движения АТС на к-й ступени коробки передач , м/с, определяют по формуле:

, (3.15)

м/с.

Определение силы, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха

Силу, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха , Н, рассчитывают по формуле: