Тяговый расчет автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ПЕМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Д.Н. ПРЯНИШНИКОВА.

Кафедра Технического сервиса и ремонта машин.

Курсовая работа

По дисциплине «Эксплуатационные и потребительские свойства автомобилей»

Выполнил:

Багодин Д. А.

Проверил:

Силкин С. П.

Пермь 2015

1. Определение собственной и полной массы автомобиля

Исходным параметром для определения собственной и полной массы автомобиля является заданная грузоподъемность или пассажиро-вместимость. Отношение грузоподъемности автомобиля Мг к его собственной массе Мо называется коэффициентом грузоподъемности

.

Тогда из выражения (2) имеем:

.

Коэффициент грузоподъемности существенно влияет на динамические и экономические показатели автомобиля: чем он больше, тем лучше эти показатели. При проектировании автомобиля его значения определяются из технических возможностей и экономической целесообразности.

Значения коэффициента грузоподъемности зависят от типа и конструктивных особенностей автомобиля. Для легковых автомобилей г=0,25...0,40, причем большему литражу автомобиля соответствует меньший коэффициент грузоподъемности. У грузовых автомобилей особо малой и малой грузоподъемности г = 0,4...0,6. Для грузовых автомобилей типа 42, 64 средней и большой грузоподъемности г = 0,9...1,4. С повышением грузоподъемности значения коэффициента растут. Для специальных автомобилей высокой проходимости коэффициент грузоподъемности ниже, чем для автомобилей общего назначения. Рекомендуется для автомобилей типа 44, 66 г = 0,5...0,8.

,

где n - число пассажиров, включая водителя; 75 кг - масса одного человека.

кг.

H

H

2. Расчет номинальной мощности двигателя автомобиля

Мощность двигателя автомобиля должна быть достаточной для движения полностью нагруженного автомобиля с заданной максимальной скоростью в заданных дорожных условиях.

Мощность, необходимая для установившегося движения в заданных условиях определяется из выражения

,

где Vmax - максимальная скорость движения автомобиля, км/ч;

ТР - механический КПД трансмиссии, принимаемый для режима максимальной скорости ТР = 0,85...0,90 или рассчитываемый исходя из предполагаемой кинематической схемы трансмиссии;

Gа - сила тяжести (вес) автомобиля с полной нагрузкой, , Н;

- приведенный коэффициент дорожного сопротивления, ; при движении по горизонтальному участку =0, = f;

k - коэффициент обтекаемости автомобиля (см. приложение);

F - площадь лобового сопротивления автомобиля, которая принимается исходя из данных прототипа или автомобиля подобного класса по грузоподъемности и габаритам (Приложение табл. 2 ).

кВт

Для обеспечения лучших тяговых и динамических качеств автомобиля номинальную (максимальную) мощность двигателя определяют по формуле

.

кВт

Угловая скорость коленчатого вала двигателя на номинальном режиме определяется через коэффициент оборотности двигателя

, с-1

, принимаем с-1

или принимается с учетом данных прототипа. Значения коэффициента оборотности двигателя принимают в пределах 3...4.

3. Расчет и построение скоростной (внешней) характеристики карбюраторного двигателя

Скоростная характеристика двигателя показывает изменение эффективной мощности, крутящего момента, удельного и часового расходов топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Текущие значения мощности Nei и крутящего момента Mki определяют по следующим формулам:

,

,

где i, н - текущее и номинальное значения угловой скорости коленчатого вала двигателя.

значения коэффициентов С1 и С2 для карбюраторного двигателя равны:

С1=С2=1.

кВт

При расчете скоростной характеристики карбюраторного двигателя необходимо задаться угловой скоростью, соответствующей 120, 100, 80, 60, 50, 40 и 20% от номинального значения, и определить текущие значения Nei и Mki , соответствующие этим угловым скоростям.

Данные расчетов заносим в табл. 1.

Для определения значений по расходу топлива следует, исходя из анализа расхода топлива существующих двигателей и перспектив развития, принять удельный расход топлива при 100%, а затем взять соответствующий процент (указанный в табл. 1) для остальных режимов. Для большинства современных карбюраторных двигателей удельный расход топлива 305...325 г/кВт ч.

Таблица 1 Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

е, %	20	40	50	60	80	100	120
е, с-1	60	120	150	180	240	300	360
Nе, кВт	23,912	51,123	64,419	76,684	95,649	103,07	94
Мк, кНм	0,39853	0,4260	0,42946	0,42602	0,39854	0,34356	0,26111
gе, %	110	100	97	95	95	100	115
gе, г/кВт ч	352	320	310,4	304	304	320	368
Gт, кг/ч	8,417	11,610	19,996	23,312	29,078	32,983	34,592

Часовой расход топлива рассчитывают по формуле

, кг/ч

Данные по gе и Nе берут из соответствующих колонок табл. 1.

По данным табл. 1 строится график скоростной характеристики двигателя (рис. 1).

Расчет передаточных чисел трансмиссии автомобиля

Расчет передаточных чисел трансмиссии начинают с расчета передаточного числа на первой и высшей передачах. Номер высшей передачи зависит от того, сколько ступеней предполагается у коробки передач проектируемого автомобиля (три, четыре, пять...). Передаточное число первой передачи должно обеспечивать преодоление наибольшего дорожного сопротивления движению автомобиля.

В этом случае значения касательного усилия, исходя из подведенного крутящего момента двигателя при Мk max, желательно иметь равным максимальному касательному усилию по сцеплению, т.е.

,

где iтр1, тр1 - соответственно передаточное число и КПД на первой передаче;

к - коэффициент нагрузки ведущих колес; для 4х2 к = 0,70...0,75; для 4х4 к = 1,0;

rк - динамический радиус ведущих колес, м;

Ма - полная масса автомобиля;

g - ускорение свободного падения;

- максимальное значение коэффициента сцепления (принимается в пределах 0,7...0,8).

Для большинства автомобильных коробок передач при переходе с высшей передачи на первую включаются в работу дополнительно две пары цилиндрических шестерен, тогда

,

где тр - КПД трансмиссии на высшей передаче (значения его принимались при расчете мощности двигателя соответствующей максимальной скорости);

ц - КПД одной цилиндрической пары шестерен принимают равным 0,985.

Значения динамического радиуса ведущих колес принимают равными значению их расчетного радиуса качения. Величина расчетного радиуса качения принимается (после подбора размера шин, исходя из максимальной нагрузки и максимальной скорости движения) по справочной литературе или рассчитывается по следующей формуле:

,

м

где d - диаметр обода колеса, м;

b - высота профиля шины, м;

у - коэффициент усадки, принимается в пределах 0,92...0,95.

Из выражения (10) имеем

.

При определении передаточного числа трансмиссии на высшей передаче iтр z исходим из того, что на этой передаче будет получена максимальная скорость движения при работе двигателя на режиме Vmax, тогда

,

откуда

.



В выражении (14) следующие размерности параметров:

км/ч.

В выражении (14) угловая скорость v max соответствует максимальной заданной скорости движения. При этой угловой скорости двигатель развивает мощность Nev max, требуемую для движения с максимальной скоростью.

Не следует путать v max с н или же с = 1,2 н.

Значение v max может быть определено с достаточной точностью из графика внешней скоростной характеристики двигателя или рассчитано по формуле (7) методом последовательного приближения.

Передаточные числа трансмиссии на остальных передачах определяются исходя из того, что наиболее рациональным является изменение передаточных чисел трансмиссии по закону геометрической прогрессии (это обеспечивает постоянный интервал изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя, при разгоне на различных передачах - наибольшую производительность и экономичность), тогда

и т.д. ,

где z - принятое число передач коробки;

q - знаменатель геометрической прогрессии.

Знаменатель определяют по формуле



При необходимости определения передаточного числа коробки передач обычно принимают, что высшая передача прямая. Тогда iтр z представляет собой передаточное число главной передачи и бортовых редукторов (если они предусмотрены конструкцией трансмиссии). В этом случае передаточные числа коробки передач можно определить по следующим выражениям:

;

и т.д.

Если высшая передача будет ускоряющей, т.е. iкz<1, прямой передачей является передача (z-1). Тогда

 и т.д.

.

5. Расчет и построение универсальной динамической характеристики автомобиля

Для сравнительной оценки тягово-динамических качеств автомобилей, имеющих различный вес и мощность, служит удельный показатель - динамический фактор. скоростной карбюраторный двигатель трансмиссия

Динамический фактор определяется по формуле

,

где Рк - касательная сила тяги автомобиля, Н;

Рw - сила сопротивления воздуха, Н;

G - вес автомобиля, Н.

Касательная сила тяги автомобиля и сила сопротивления воздуха определяется по формулам

, Н

, Н

Динамической характеристикой автомобиля называют графически выраженную зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Для расчета динамической характеристики используется скоростная (внешняя) характеристика двигателя.

Расчеты выполняют для режимов работы двигателя, соответствующих угловой скорости вращения коленчатого вала - 20, 40, 50, 60, 80, 100 и 120% от н в такой последовательности:

1. По формуле

, км/ч

рассчитывают для всех режимов работы двигателя на каждой передаче скорости движения.

Для этих же режимов работы двигателя определяют величины касательной силы тяги и силы сопротивления воздуха по формулам (20) и (21).

Величина динамического фактора зависит от веса автомобиля. Поэтому расчет и построение характеристики ведут сначала для порожнего автомобиля, а потом путем дополнительных построений преобразуют ее в универсальную характеристику, позволяющую находить динамический фактор для любого веса автомобиля или автомобиля с прицепом (автопоезда). Порожний вес автомобиля равен собственному весу автомобиля Gо плюс вес водителя

Gпор=Go + Gв.

Результаты расчетов универсальной характеристики автомобиля заносятся в таблицу.

Коэффициент нагрузки автомобиля Г = 1 соответствует порожнему автомобилю, а Г = 2 - автомобилю, имеющему вес, равный удвоенному весу порожнего автомобиля

,

По результатам расчета, соответственно числу передач, в зависимости от скоростного режима движения автомобиля строится график динамической характеристики D=f(v) для коэффициента нагрузки Г=1 (порожний автомобиль)

Таблица 2 Параметры универсальной динамической характеристики

					D
Передача					Г=1	Г=2	f
62,52	60	1,79	57244,0	0,589	0,961	0,480	0,01770
	120	3,58	61194,1	2,358	1,027	0,513	0,01771
	150	4,48	61695,9	3,684	1,035	0,518	0,01771
	180	5,37	61168,4	5,305	1,026	0,513	0,01772
	240	7,17	57244,0	9,431	0,960	0,480	0,01774
	300	8,96	49369,6	14,735	0,828	0,414	0,01776
	360	10,76	37506,5	21,219	0,629	0,314	0,01778
37,75	60	2,97	32916,9	1,783	0,552	0,276	0,01771
	120	5,94	35188,3	7,130	0,590	0,295	0,01773
	150	7,42	35476,8	11,141	0,595	0,298	0,01774
	180	8,9	35173,5	16,043	0,590	0,295	0,01776
	240	11,88	32916,9	28,521	0,552	0,276	0,01781
	300	14,85	28388,8	44,564	0,476	0,238	0,01787
	360	17,82	21567,2	64,173	0,361	0,180	0,01795
22,8	60	4,92	18926,6	5,392	0,317	0,159	0,01772
	120	9,83	20232,6	21,568	0,339	0,170	0,01778
	150	12,29	20398,5	33,699	0,342	0,171	0,01783
	180	14,75	20224,1	48,527	0,339	0,169	0,01789
	240	19,67	18926,6	86,270	0,316	0,158	0,01803
	300	24,58	16323,1	134,797	0,272	0,136	0,01822
	360	29,5	12400,8	194,108	0,205	0,102	0,01844
13,77	60	8,14	10880,6	16,315	0,182	0,091	0,01776
	120	16,28	11631,5	65,258	0,194	0,097	0,01795
	150	20,35	11726,8	101,966	0,195	0,098	0,01809
	180	24,42	11626,6	146,831	0,193	0,096	0,01826
	240	32,56	10880,6	261,033	0,178	0,089	0,01870
	300	40,68	9383,9	407,864	0,151	0,075	0,01926
	360	48,85	7129,0	587,324	0,110	0,055	0,01995
8,35	60	13,47	6255,9	49,352	0,104	0,052	0,01789
	120	26,95	6687,6	197,407	0,108	0,054	0,01846
	150	33,68	6742,4	308,449	0,109	0,054	0,01888
	180	40,42	6684,8	444,166	0,105	0,052	0,01940
	240	53,9	6255,9	789,629	0,092	0,046	0,02073
	300	67,37	5395,4	1233,795	0,070	0,035	0,02243
	362	81	4098,9	1628,317	0,041	0,021	0,02394

На построенной характеристике наносят сверху вторую ось абсцисс, на которой откладывается значение коэффициента нагрузки Г = 2 и Г = 3.

На крайней слева точке верхней оси абсцисс коэффициент Г = 1, что соответствует порожнему автомобилю; на крайней точке справа откладываем максимальное значение Г = 3. Затем наносим на верхней оси абсцисс ряд промежуточных значений коэффициента нагрузки и проводим из них вниз вертикали до пересечения с нижней осью абсцисс.

Поскольку динамический фактор при Г = 2 вдвое меньше, чем у порожнего автомобиля (при Г = 3 - втрое меньше), то масштаб динамического фактора на второй оси ординат должен быть в два раза больше, чем на первой оси, проходящей через точку Г = 1. Однозначные деления динамического фактора на обеих ординатах соединяют наклонными прямыми линиями. Точки пересечения этих прямых с остальными вертикалями образуют на каждой вертикали масштабную шкалу для соответствующего значения коэффициента нагрузки автомобиля.

На построенной характеристике нужно указать стрелками, как определить, с какими скоростями возможно равномерное движение автомобиля по какой-либо выбранной дороге при двух разных значениях коэффициента нагрузки автомобиля. По универсальной динамической характеристике необходимо определить максимальные скорости движения и максимальные углы подъема по передачам при заданных дорожных условиях при коэффициентах нагрузки, соответствующих порожнему автомобилю и автомобилю с полной нагрузкой согласно заданной грузоподъемности.

При известном значении динамического фактора максимальный угол подъема определяется из следующего выражения

.

Движение на подъем с максимальным углом происходит при условии работы двигателя с максимальным крутящим моментом Мk max. При этом значения динамического фактора Dmax не должны превышать значения динамического фактора по сцеплению D

.

Коэффициент сопротивления качению f является функцией скорости движения

,

где - значение коэффициента сопротивления качению при скорости V<30 км/ч.

Т.к. по заданию дано значение при движении с заданной скоростью на горизонтальном участке дороги, то

.

Результаты расчетов максимальных скоростей движения и максимальных углов подъема автомобиля по передачам с различной нагрузкой заносятся в таблицу.

Таблица 3 Максимальные скорости движения и максимальные углы подъема

ПАРАМЕТРЫ	ПЕРЕДАЧА
	1	2	3	4	5
	10,76	17,82	29,5	48,85	81
	33	30	20	11	5
	32	17	9	5	3

6. Расчет и построение экономической характеристики автомобиля

Топливная экономичность автомобиля обычно оценивается расходом топлива на 100 км пути при равномерном движении на разных скоростях в разных дорожных условиях. Расход топлива автомобилем зависит от его конструкции и технического состояния, а также от дорожных условий, квалификации водителя и организации транспортных перевозок.

Зависимость расхода топлива на 100 км пути от скорости движения называется экономической характеристикой автомобиля. На оси абсцисс характеристики откладываются скорости движения V в км/ч, на оси ординат - расход топлива Qs в л/100 км.

На характеристике наносится ряд кривых, каждая из которых соответствует определенным дорожным условиям.

При выполнении курсовой работы должно быть рассмотрено движение автомобиля на дорогах с тремя разными значениями коэффициента сопротивления движению :

в соответствии с заданием, при =0, ;

= 0,05 сухая грунтовая дорога, = 0;

= 0,10 грунтовая дорога после дождя, = 0.

Экономическая характеристика в курсовой работе строится только для движения автомобиля с полной нагрузкой в соответствии с грузоподъемностью на высшей (прямой) передаче.

Расчет экономической характеристики выполняют в следующей последовательности:

Задаются 6...8 значениями скоростей движения от Vmin до Vmax, например: 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 км/ч.

Определяют угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя и коэффициент сопротивления качению, соответствующие заданным скоростям движения.

Определяют мощность двигателя, требуемую для движения автомобиля с принятыми значениями скоростей движения

, кВт

Определяются значения удельного расхода топлива для разных скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя из следующего выражения

, г/кВт ч

где kn, kN - коэффициенты, учитывающие изменение удельного расхода топлива от угловой скорости вращения коленчатого вала и эффективной мощности двигателя;

gен - удельный номинальный расход топлива по внешней скоростной характеристике, г/кВт ч.

Значения коэффициентов kn, kN определяют по графикам рис. 3а и рис. 3б.

,

Значение Nе вн принимается по внешней скоростной характеристике для соответствующей угловой скорости вращения коленчатого вала

, с-1

Согласно полученным значениям Nei и gei для различных скоростей движения на прямой (высшей) передаче автомобиля определяем расход топлива на 100 км пути по формуле

, л/100 км

где gei, Nei - удельный расход топлива (г/кВт ч) и мощность двигателя (кВт), соответствующие движению автомобиля в заданных дорожных условиях со скоростью Vi (км/ч);

Т - плотность топлива, кг/л; для бензина Т=0,725 кг/л.

Аналогично производится расчет расхода топлива на 100 км пробега автомобиля для других сопротивлений дорог.

На основании расчетных данных (табл. 4) производится построение экономической характеристики автомобиля.

По графику экономической характеристики производится анализ работы автомобиля - определяется наиболее экономичная скорость движения автомобиля в различных дорожных условиях. Также необходимо отметить скорости движения с повышенными расходами топлива и объяснить причины таких расходов.

Рис. 3. Значение коэффициентов Кn и КN

1 - карбюраторного двигателя; 2 - дизельного двигателя

По результатам выполненной работы следует сделать следующие выводы: наиболее экономично двигаться на пятой передаче по гравийно - щебеночной дороге со скоростью 60 км/ч; на четвертой передаче по сухой грунтовой дороге со скоростью 35 км/ч; на третьей передаче по грунтовой дороге после дождя лучше двигаться со скоростью 20 км/ч.

Размещено на Allbest.ru

...