Тягово-динамический расчет автомобиля ГАЗ 3110

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования РФ

Ярославский Государственный Технический Университет

Работа защищена

с оценкой:______

Проверил профессор, д.т.н.

Блаженнов Е. И. _________

Расчетно-графическая работа

По курсу: «Теория колесных машин»

Тягово-динамический расчет автомобиля ГАЗ 3110

Работу выполнил

студент группы АД-32

Матвеев А.И.

2004

1. Определение исходных данных

1.1 Уточнение задания на тягово-динамический расчет

Тип автомобиля: ГАЗ-3110 предназначен для эксплуатации по дорогам с твердым покрытием. Выпускается с мая 1997г. Пасажировместимость составляет 5 человек, масса снаряженного автомобиля 1400 кг. Полная масса автомобиля 1790 кг. Допустимая масса груза в багажнике (при нагрузке 5 человек) 50 кг.

Максимальная скорость движения на высшей передаче 190 км/ч.

Двигатель: ЗМЗ - 4062, рядный 4-х цилиндровый, с впрыском топлива - бензин.

Колесная формула: 42.

Трансмиссия: сцепление - однодисковое, сухое, с гидравлическим приводом выключения.

Коробка передач: механическая, 1-3.5; 2-2.26; 3-1.45; 4-1; 5-0.794; задний ход - 3.28, пятиступенчатая с синхронизаторами на всех передачах.

Карданная передача: двухвальная, с промежуточной опорой.

Задний мост: с неразъемным картером.

Главная передача: коническая гипоидная.

Расположение двигателя: переднее.

Максимальная частота вращения двигателя по внешней скоростной характеристике принимаю 1200 мин^-1.

Максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем на первой передаче:

Коэффициент деформации шин:

Коэффициент сопротивления качению колес выбирается для сухого ровного асфальта

Подъем, преодолеваемый автомобилем при движении на высшей передаче (при максимальной скорости движения): 0,025.

Коэффициент учета вращающихся масс, определяем по формуле:

Максимальная частота вращения двигателя по внешней скоростной характеристике равна номинальной частоте вращения.

Коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой

1.2 Определение массы автомобиля, выбор размера шин

Для определения массы (собственной) автомобиля применяют коэффициент использования массы автомобиля:

;

где - М_Г - масса полезной нагрузки, М_О - собственная масса автомобиля. Для данного принимаем . Таким образом, полная масса автомобиля определяется по формуле:

Для выбора шин необходимо определить нагрузку приходящуюся на одно колесо автомобиля: G1=7.9 кН (50%); G2=7,9 (%50).

Т.К. оси нагружаются равномерно, то по таблице 1 ГОСТ5513-86 выбираем шины с допустимой нагрузкой 7,9 кН - 255/60 R16.

1.3 Вычисление радиуса качения колес

При приближенных расчетах пользуются формулой: где - коэффициент, зависящий от типа шины автомобиля; z₀ - свободный радиус шины, после маркировки. Для шины 255/60 R16 d=406,4 мм; В=255мм; Н=0,8В=204 мм;

2. Определение параметров двигателя

2.1 Вычисление мощности двигателя при максимальной скорости

Мощность двигателя при движении с максимальной скоростью вычисляется по уравнению мощностного баланса:

где 0,9 - множитель, учитывающий потери мощности.

N_H - мощность двигателя по В.С.Х. по номинальной частоте вращения; - КПД трансмиссии на высшей передаче; N_f - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению колес автомобиля; N_i - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления движению автомобиля; N_W - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления встречного потока воздуха; N_j - мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля. Преобразовав уравнение мощностного баланса, получаем следующую формулу:

(4)

Где Nmax - мощность в кВт; Ga - вес автомобиля в снаряженном состоянии 1400 (кг). - суммарный коэффициент сопротивления: ; к - коэффициент аэродинамического сопротивления; F - лобовая площадь автомобиля; Vmax - максимальная скорость автомобиля; - КПД трансмиссии.

Рассчитываем мощность двигателя автомобиля ГАЗ-3110. Из пункта 1.1 находим коэффициент сопротивления качению f=0,02 и максимальный подъем, преодолеваемый на высшей передаче i=0,025. Из таблицы 2[1] и таблицы 3[1] находим

Из формулы 4 получаем:

Максимальная мощность двигателя ЗМЗ-4062, установленного на этом автомобиле 85,32 кВт (120л.с.) Эту величину подставляем для расчетов.

2.2 Построение ВСХ двигателя

Для расчета и построения ВСХ поршневого ДВС используем метод относительных ВСХ. Чтобы построить ВСХ двигателя в реальных координатах нужно выбрать частоту вращения по максимальной мощности. По таблице 5[1] выбираем данную величину. Двигатель автомобиля ГАЗ-3110 развивает максимальную мощность при:

Таблица№1.

Частота вращения.	Мощность.	Крутящий момент.
%		%	кВт.	%	Н*м
20	1200	18	15,3	88	17,6
40	2400	43	36,5	107	21,4
75	4500	68	57,8	113	22,6
80	4800	88	74,8	110	22
100	6000	100	85	100	20

2.3 Определение рабочего объема двигателя

Рабочий объем определяется по формуле:

i - число цилиндров двигателя; Vh - рабочий объем; Mmax - максимальный крутящий момент ДВС по ВСХ; Pemax - максимальное среднее эффективное давление, характерное для данного класса двигателей; - тактность двигателя. Для данного автомобиля величина Mmax из таблицы 1 равна 22.9 Н*м, величину Pemax принимаем равной 1.1 МПа. Следовательно, рабочий объем равен: Это соответствует рабочему объему двигателя ЗМЗ-4062 (2,445л).

Двигатель.	iVh (см3).	Nmax(кВт).	Mmax(Н*м).	Pe (МПа).
ЗМЗ-4062	2445,3	85,3	23,9	1,1	9,5

Внешняя скоростная характеристика расчетного двигателя

По экспериментальным данным строим ВСХ расчетного двигателя.

Вычислим литровую мощность Nл кВт/л.

Эффективный КПД двигателя:

Где, - минимальный удельный расход топлива, U - теплота сгорания топлива.

3. Определение параметров трансмиссии

двигатель автомобиль трансмиссия

3.1 Вычисление передаточного числа главной передачи

Путь S катящегося колеса равен: , где r_к - радиус качения (м); n_к - число оборотов колеса (мин^-1). , где n_g - частота вращения двигателя (6000 мин^-1); i_T - передаточное число трансмиссии;

(7)

передаточное число передач в коробке передач; передаточное число в раздаточной коробке; передаточное число главной передачи.

Высшей передачей является 5-я передача: .

Передаточное число главной передачи:

Этот путь проходит машина за промежуток времени равный 1 минуте.

3.2 Расчет передаточного числа 1 передачи КП

Определение i₁ производится из условий:

1) Обеспечение максимальной тяговой силы для преодоления заданного дорожного сопротивления.

2) Отсутствие буксования ведущих колес автомобиля.

Выполнение 1 условия приводит к неравенству:

<

Откуда:

Второе уравнение требует выполнения другого неравенства:

< Откуда можно получить максимальную границу величины

i₁:

где m2 - коэффициент перераспределения нагрузки (1.1-1.3); ц - коэффициент сцепления; G2 - вес на задний мост.

Окончательный выбор величины i₁ принимаем, сопоставляя ее с i₁ сходной конструкции

3.3 Расчет передаточных чисел промежуточных передач КП

Передаточное число промежуточных передач КП выбирают таким, чтобы максимальная скорость автомобиля на предыдущей передаче была равна минимальной скорости на последующей передаче. Отсюда передаточные числа КП составляют геометрическую прогрессию

Зная передаточное отношение 1 передачи КП, рассчитаем передаточное отношение остальных передач:

На основании полученных данных можно вычислить передаточные числа трансмиссии на всех передачах:

Таблица №3.

Передача.	1	2	3	4	5
Передаточное число	20,3	14,5	10,44	7,88	5,8

Проверка перекрытия скоростей движения автомобиля на смежных скоростях производится из условия, что диапазон рабочих частот вращения двигателя располагается в зоне с верхней границей несколько меньше . Для выбранного двигателя 2200-6000мин^-1. Вычисления выполняются по формуле:

Результаты расчета приведены в таблице:

Км/ч	Передача.
Скорость	1	2	3	4	5
Vmin (2200мин-1)	15,9	22,3	30,9	41	55,77
Vmax (6000мин-1)	43,4	60,84	84,5	111,9	152,1

Полученные значения используются для получения диаграммы диапазонов скоростей движения автомобиля. Проверка Vmax производится при частоте вращения соответствующей Nemax, т.е. 6000 мин^-1, Vmax=190км/ч.

4. Тяговый баланс автомобиля

4.1 Скоростная характеристика тяговой силы на колесах

Вычисление тяговой силы на ведущих колесах автомобиля производится по формуле:

В таблице 5 показаны результаты расчета скоростной характеристики тяговой силы с использованием ВСХ двигателя, приведенной на рис.№1 и трансмиссии, параметры которой приведены в таблице №3.

Таблица №5.

Передача.	Тяговая сила кН. Скорость км/ч.	Частота вращения мин-1
		2000	3000	4000	5000	6000
		Крутящий момент Н*м
		19,5	21	22,5	22	20
1	Pk	822.15	885.3	948.6	927.5	843.2
	V	14.4	21.7	28.9	36.2	43.4
2	Pk	593.7	639.4	685.1	669.9	609
	V	20.28	30.42	40.56	50.7	60.84
3	Pk	432.2	465.4	498	487.6	443.2
	V	28.1	42.2	56.3	70.4	84.5
4	Pk	329.7	355.1	380.5	372.05	338
	V	37.3	55.9	74.6	93.2	111.9
5	Pk	242.7	261.4	280	273.8	248.9
	V	50.7	76.05	101.4	126.7	152.1

На рис.4 предоставлены скоростные характеристики тяговой силы автомобиля построенной по таблице №5.

4.2 Силы сопротивления качению колес

определяются по формуле:

где f - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля; б - угол подъема дороги. Т.к. б не может быть больше 10є, то примем cosб=1.

Сила сопротивления подъему определяется как составляющая веса автомобиля, параллельная дороге.

Где i - коэффициент подъема преодолеваемого автомобилем.

Расчет силы сопротивления воздуха проводится по формуле: где к - коэффициент обтекаемости; F - лобовая площадь.

4.3. Диаграмма тягового баланса автомобиля.

Уравнение тягового баланса автомобиля имеет вид:

Где где P_j - сила инерции автомобиля; - коэффициент учета вращающихся масс; j - ускорение автомобиля.

Для автомобиля ГАЗ-3110 тяговые характеристики приведены на рисунке №4. Откуда получили следующие силы сопротивления движению. Сила аэродинамического сопротивления: . Данные приведены в таблице №6.

Таблица №6.

V км/ч.	40	80	120	145	155
Pw H.	49,2	196,9	443	646,9	739

Сила сопротивления качению колес: P_f=638H

Сила сопротивления подъему: P_i=159.4H

На рисунке №6 покажем диаграмму тягового баланса автомобиля.

5. Мощностной баланс автомобиля

5.1 Расчет составляющих мощностного баланса

В соответствии с уравнением мощностного баланса:

Nk - мощность передаваемая на ведущие колеса.

Nf - мощность сопротивления качению; Ni - мощность сопротивления подъему; Nw - мощность сопротивления воздуху. Мощность сопротивлений целесообразно определить по обобщенной формуле:

Где Pc - соответствующая сила сопротивления движению автомобиля.

Определим Nk для данного автомобиля. Величины Ne определим по ВСХ (рис.1). Скорость автомобиля на соответствующих передачах для указанных частот вращения двигателя приведена в таблице №5. Данные расчета приведены в таблице №9.

Вычисление Nf и Ni достаточно выполнить для одного скоростного режима, например для V=190 км/ч, так как характеристики Nf и Ni - прямые, проходящие через начало координат. Для расчета возьмем величины Pf и Pi вычисленные ранее.

кВт.

Результаты расчета приведены в таблице №8.

Таблица №7.

V км/ч.	40	80	120	145	160	180
Nw кВт.	0,54	4,37	14,7	26	34,9	49,8

Таблица №8.

Передача.	КПД	Частота вращения мин-1
		2000	3000	4000	5000	6000
		Мощность Ne по ВСХ кВт.
		25	38	50	74	85
1	0,90	20,25	30,78	40,5	59,9	68,85
2	0,91	20,47	31,1	40,9	60,6	69,6
3	0,92	20,7	31,4	41,4	61,2	70,3
4	0,93	20,9	31,8	41,8	61,9	71,1
5	0,93	20,9	31,8	41,8	61,9	71,1

6. Время и путь разгона автомобиля

6.1 Динамическая характеристика автомобиля

Универсальным измерителем динамических качеств автомобиля является динамический фактор D, представляющий собой:

Таблица №9.

Передача.	Частота вращения, мин-1.
	2000	3000	4000	5000	6000
Первая.	0,25	0,26	0,28	0,27	0,24
Вторая.	0,17	0,18	0,19	0,18	0,15
Третья.	0,125	0,126	0,123	0,1	0,07
Четвертая.	0,1	0,08	0,06	0,08	0,079
Пятая.	0,15	0,08	0,077	0,06	0,03

На основании уравнения тягового баланса можно записать:

Или

Выражение в левой части является динамическим фактором автомобиля, поэтому:



6.2 Ускорение автомобиля

Формулу для расчета ускорений автомобиля можно получить из выражения: , где ш=0,03 из рис.7.

Таблица №10.

Параметр.	Передача/ передаточное число.
	1/3,5	2/2,18	3/1,304	4/1	5/0,7
д g/д	1,855 5,25	1,33 7,38	1,7 5,76	1,07 9,17	1,044 9,35

Величины ускорений автомобиля.

Таблица №11.

Передача.	Частота вращения, мин-1.
	2000	3000	4000	5000	6000
Первая.	1,1	1,2	1,3	1,26	1,1
Вторая.	1,03	1,1	1,18	1,107	0,88
Третья.	0,84	0,95	0,83	0,8	0,63
Четвертая.	0,52	0,65	0,52	0,48	0,25
Пятая.	0,33	0,33	0,22	0,1	-

На основании этих данных строим графики зависимости ускорения автомобиля от его скорости.

6.3 Определение времени разгона автомобиля.

Т.к. ускорение есть производная от скорости по времени, то, разделяя переменные, получим выражение

переход к интегральной части позволяет получить:

На основании этой формулы вычислим время разгона автомобиля.

Таблица №12.

Время, с	Скорость, км/ч.
	0-20	20-40	40-60	60-80	80-100	100-120	120-140
	5,05	4,3	5,6	8,7	12,1	21,5	50,6
t	5,05	10,06	16,3	24,7	34,9	56,7	105,8

6.4 Определение пути разгона автомобиля

Нарастание скорости автомобиля в зависимости от пройденного пути S можно определить с помощью метода аналогичного последнему: .

7. Расчетная характеристика топливной экономичности автомобиля

7.1 Упрощенный метод расчета топливной экономичности

Топливная экономичность автомобиля оценивается различными параметрами:

Расход топлива при движении автомобиля с постоянной скоростью на ровном горизонтальном шоссе, измеряемый в литрах на 100 км пути.

Средний эксплуатационный расход топлива при движении автомобиля в различных дорожных условиях.

Удельный расход топлива в литрах на 100 т. км транспортной работы.

Зависимость Qs=f(V) называется топливной характеристикой установившегося движения (ГОСТ 20306-90).

Таблица №13.

	Скорость автомобиля, км/ч.
	40	60	80	100	120	140
Nf, кВт .	7,08	10,63	14,17	17,72	21,2	24,8
Nw, кВт.	12,0	18,5	24,6	30,83	37	43,16
Nc, кВт.	19,8	29,13	38,77	48,55	58,2	67,96
ge, г/кВт*ч.	400	310	260	270	300	350
Qs л/100 км.	2,61	1,99	1,6	2,3	2,92	3,24



Размещено на Allbest.ru

...