Автомобиль ВАЗ-21093

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автомобиль ВАЗ-21093

Исходные данные.

Автомобиль ВАЗ-21093.

Номер варианта: 06;

Модель автомобиля: ВАЗ-21093;

Полная масса,(кг): 1325;

Модель двигателя: ВАЗ-21083;

Колея В,(мм): 1390;

Высота габарит. Без нагрузки Н, (мм): 1335;

Коэффициент аэродин. сопротивления, Сх: 0.39;

Передаточное число коробки передач: - 3.636;

- 1.950;

- 1.357;

- 0.941;

-0,784

Передаточное число главной передачи: -3.94;

Размер шин: 6.15х 13;

Передаточное число главной передачи: -3.94;

Размер шин: 6.15х 13;

Статический радиус: 0.275;



Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя

Наиболее полные сведения о параметрах двигателя дает его внешняя скоростная характеристика. Она представляющая собой зависимость эффективной мощности - Ne, [кВт]; эффективного крутящего момента - Me, [Нм]; удельного расхода топлива - ge, [г/кВтч]; часового расхода топлива - GT, [кг/ч], от частоты вращения коленчатого вала ne, [об/мин], при установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.

, [кВт] (1.1)

где: Ne max - максимальная эффективная мощность двигателя, [кВт];

ne - текущая частота вращения, [об/мин];

nN - частота вращения при максимальной мощности, [об/мин].

Коэффициенты а, b, с зависящие от типа и конструкции двигателя приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1

Тип двигателя	Коэффициент
	а	b	с
Бензиновый	1	1	1

Чтобы воспользоваться формулой Лейдермана, необходимо определить значения наименьшей устойчивой - ne min, и максимальной - ne max, частот вращения коленчатого вала двигателя. Наименьшую, устойчивую частоту вращения коленчатого вала бензинового двигателя следует принять равной - ne min = 0,13 nN, а у дизеля - ne min = 0,2 nN, [об/мин].

Максимальную частоту вращения коленчатого вала бензинового двигателя следует принять равной - ne max = 1,2 nN, а для дизеля - ne max = 1,05 nN, [об/мин].

Для получения зависимости Ne = f(ne), весь диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя от ne min до ne max следует разбить примерно на 10 значений (обычно через 200, 300, 400 или 500 об/мин). Для каждого значения ne, с использованием уравнения Лейдермана, необходимо определить значения эффективной мощности двигателя Ne по формуле (1.1) и занести результаты расчетов в первую строку таблицы 1.2. Исходные данные для расчета внешней скоростной характеристики двигателей приведены в таблице 8.1.

Ne - мощность нетто, используется для движения автомобиля. Поскольку вышеназванные потери мощности обычно составляют 10 - 15%, для определения мощности нетто воспользуемся выражением:

Ne = 0,9Ne, [кВт]. (1.2)

Для расчета графика эффективного крутящего момента используем выражение вида:

, [Нм]. (1.3)

Для определения момента нетто воспользуемся выражением:

Мe = 0,9 Мe, [Нм] (1.4)

Для расчета удельного расхода топлива бензиновых двигателей используют эмпирическую зависимость вида:

, [г / кВтч] (1.5)

где: ge min - минимальный удельный расход топлива [г / кВтч].

Последним из графиков внешней скоростной характеристики двигателя является график часового расхода топлива. Для его построения используют полученные значения удельного часового расхода топлива и выражение вида: автомобильный двигатель скоростной

, [кг/ч] (1.7)

На графике внешней скоростной характеристики отмечены:

Максимальная мощность нетто - Ne, [кВт];

Максимальный крутящий момент нетто - Me, [Нм];

Минимальный удельный расход топлива - ge min, [г / кВтч];

Частоты ne вращения коленчатого вала двигателя, соответствующие:

- максимальной мощности двигателя nN, [об/мин];

- максимальному крутящему моменту nM, [об/мин];

- минимальному удельному расходу топлива ng, [об/мин].

Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля - это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах Fк, [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению Ff, [Н] и воздуха Fw, [Н], от скорости движения автомобиля Va, [км/ ч].

Uтр

U тр	1	14,33
	2	7,68
	3	5,35
	4	3,71
	5	3,09

з тр	0,92255641

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи - Fк i производится по формуле:

, [Н] (2.1)

где: ТР - коэффициент полезного действия трансмиссии;

UТР - передаточное число трансмиссии;

rк - радиус качения колеса, [м].

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется как произведение:

UТР = UКПП UРК UГП (2.2)

где: UКПП - передаточное число коробки перемены передач;

UРК - передаточное число раздаточной коробки или делителя;

UГП - передаточное число главной передачи.

КПД трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение:

, (2.3)

Часть мощности при этом затрачивается на преодоление сил трения в зацеплениях зубчатых шестерен коробки передач, главных передачах ведущих мостов, в карданных шарнирах и шлицах, подшипниках и сальниках, расходуется на взбалтывание масла и на его разбрызгивание. Поэтому мощность Nк - подводимая к ведущим колесам автомобиля, меньше мощности развиваемой двигателем - Ne' на величину вышеперечисленных потерь - NТP. Таким образом, величина NТP - учитывает два вида потерь мощности: потери, вызванные наличием трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах, подшипниках, а также гидравлические потери. Причем, потери мощности на преодоление трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах и подшипниках пропорциональны моменту, передаваемому трансмиссией.

Для упрощения расчетов определим КПД трансмиссии с учетом потерь на трение:

тр = 0,98К 0,97L 0,99M (2.4)

где: K =2- число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на i-той передаче;

L =1- число пар конических или гипоидных шестерен;

M =2- число карданных шарниров.

Мe' берутся из таблицы 1 внешней скоростной характеристики двигателя для каждого значения частоты вращения ne коленчатого вала. Причем, для тех же значений частот вращения ne, рассчитывают скорость движения автомобиля на всех передачах по формуле:

, [км/ ч] (2.5)

Определяют силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию используя выражение:

, [Н] (2.6)

где: ma - для условий данной курсовой работы, это масса полностью загруженного автомобиля, [кг] (выбирается в соответствии с выданным заданием из таблицы 8.4);

g = 9,81 - ускорение свободного падения, [м/с 2];

f - коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса.

Величина коэффициента сопротивления качению колеса - f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем:

, (2.7)

где: f 0 = 0,018- коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

f 0 = 0,03 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида:

, [Н] (2.8)

где: Кв - коэффициент обтекаемости формы автомобиля,

Sx - площадь Миделя - площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м 2].

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления Сх можно легко определить значение коэффициента обтекаемости Кв по выражению, предложенному академиком Е.А. Чудаковым:

Кв = 0,5 Сх в, [кг/м 3] (2.9)

где: в = 1,225, [кг/м 3] - плотность воздуха.

Для нахождения площади Миделя автомобиля Sx воспользуемся выражениями:

- для легковых автомобилей - Sx = 0,78 Ва Н, [м 2];

-для автобусов - Sx = Ва Н, [м 2];

- для грузовых автомобилей - Sx = В Н, [м 2];

где: Ва и Н - соответственно наибольшие ширина и высота автомобиля, [м];

В - колея передних колес автомобиля, [м].

График тягового баланса строят на основе данных, таблиц. На графике тягового баланса должны быть нанесены линии, показывающие предельные величины сил сцепления ведущих колес, полностью загруженного автомобиля с дорогой, при следующих значениях коэффициента сцепления:

- = 0,8 - сухой асфальтобетон;

- = 0,6 - сухая грунтовая дорога;

- = 0,4 - мокрый асфальтобетон;

- = 0,2 - укатанная снежная дорога.

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле:

Fсц = mк g , [Н] (2.10)

где: mк - масса автомобиля, приходящаяся на его ведущие колеса.

	Fсц
0,8	5493,6
0,6	4120,2
0,4	2746,8
0,2	1373,4

Динамический фактор автомобиля

Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля и графика контроля буксования его колес. Динамический фактор автомобиля дает представление о динамических свойствах автомобиля при заданных дорожных условиях и нагрузке автомобиля.

Динамическая характеристика - это зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения Di = f(Va). Графики динамического фактора строят для тех же условий движения, что и графики тягового баланса, т.е. для каждой передачи i. При наличии на двигателе ограничителя (или регулятора) частоты вращения коленчатого вала, графики зависимостей Di = f(Va), строят с учетом их работы. Динамическим фактором D автомобиля называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

, (3.1)

Зависимость суммарного коэффициента сопротивления дороги = f(Va), который в случае разгона автомобиля на ровной, горизонтальной поверхности дороги численно равен коэффициенту сопротивления качению:

= f + tg. (3.2)

где: - угол подъема дороги.

С изменением веса автомобиля динамический фактор изменяется, и его можно определить по формуле:

, (3.3)

Масштаб для шкалы Do определяют по формуле:

, (3.4)

где: аа - масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой;

mo- собственная масса автомобиля в снаряженном состоянии, с учетом массы водителя (масса водителя 70 кг.).

Сначала по формулам, приведенным ниже, определяют предельные значения динамического фактора по сцеплению для автомобиля с полной нагрузкой - Da сц и в снаряженном состоянии - Dо сц для реальных коэффициентов сцепления колес автомобиля с дорогой - х, в диапазоне от х = 0,1 0,7

, (3.5)

, (3.6)

где: mо сц - масса, приходящаяся на ведущие колеса автомобиля без нагрузки, [кг].

Характеристика ускорений автомобиля

Характеристика ускорений - это зависимость ускорений автомобиля от скорости

ja i = f(Va), [м/с 2],

при его разгоне на каждой передаче.

Указанные зависимости строят для случая разгона полностью загруженного автомобиля, на ровной горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием. Если автомобиль снабжен раздаточной коробкой или делителем, то характеристика ускорений строится лишь для ряда передаточных чисел основной коробки передач. При наличии на двигателе ограничителя (или регулятора) частоты вращения коленчатого вала, графики зависимостей ja i = f(Va), строят с учетом их работы.

Величину ускорений при разгоне автомобилей рассчитывают из выражения:

, [м/с 2] (4.1)

где: - коэффициент суммарного дорожного сопротивления ( = f);

вр - коэффициент учитывающий инерцию вращающихся масс при разгоне автомобиля.

Коэффициент вр рассчитывают по формуле:

, (4.2)

где: Jм, - момент инерции маховика и разгоняющихся деталей двигателя, [кг/м 2], (выбирается в соответствии с выданным заданием из таблицы 8.2);

Jк - момент инерции всех колес автомобиля, [кг/м 2] (выбирается из таблицы 8.3);

n - общее число колес автомобиля.

Характеристика времени и пути разгона автомобиля

Характеристика разгона представляет собой зависимости времени t = f(Va), [c] и пути S = f(Va), [м], разгона полностью загруженного автомобиля, на отрезке ровного, горизонтального шоссе с асфальтобетонным покрытием. Для определения времени разгона воспользуемся графиком зависимости ja i = f(Va).

Время разгона автомобиля от одного известного значения скорости Va1, до любого другого искомого значения - Va2, можно определить методом интегрирования величин обратных ускорений по скорости:

, [c] (5.1)

Интегрирование этого выражения проводится графическим методом. Предполагается, что в очень малом интервале скоростей

Vi = Vi - Vi-1

движение автомобиля является равноускоренным. Величину интервала скоростей Vi для легковых автомобилей и автобусов выбирают равной 5 км/час, а для грузовых автомобилей - 3 км/час. При этом ускорение движения автомобиля на интервале скоростей интегрирования, равно полусумме ускорений в начале и конце интервала. Время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину Vi определяется по закону равноускоренного движения:

, [c] (5.2)

Суммарное время разгона автомобиля на заданной передаче от минимальной скорости Va min до максимальной скорости Va max находят суммированием времени разгона на интервалах:

, [c] (5.3)

где: q - общее число интервалов.

Время переключения передач у легковых автомобилей и автобусов следует принять равным 2 секунды. Время переключения передач у грузовых автомобилей следует принять равным 3 секунды.

Во время переключения передач скорость движения автомобиля принимается постоянной.

Путь разгона автомобиля находят интегрированием скорости автомобиля по времени:

, (5.4)

Интегрирование данного выражения тоже выполняют графическим методом, используя результаты расчетов времени разгона (таблица 5.1).

При равноускоренном движении в интервале скоростей

Vi = Vi - Vi-1 путь, проходимый автомобилем:

Si = (Vсрt) / 3,6 Si = (0,5(Vi-1 + Vi) ti) / 3,6

Si = (Vi-1 + Vi) ti / 7,2 (5.5)

Путь, проходимый автомобилем при его разгоне, от минимальной скорости Va min = 0 до максимальной - Va max, находят суммированием расстояний Si на интервалах:

(5.6)

где: q - общее число интервалов.

Путь, пройденный автомобилем за время tп переключения передачи с индексом i на передачу с индексом i+1 составляет:

SП = Vi max tП (5.7)

Мощностной баланс автомобиля

Мощностной баланс автомобиля представляет собой совокупность зависимостей мощностей на ведущих колесах автомобиля

NКi = f(Va), [кВт],

для всех передаточных чисел трансмиссии, мощностей сопротивления дороги N = f(Va), [кВт], и воздуха

Nw=f(Va), [кВт], от скорости движения Va, [км/ч].

Развиваемая на коленчатом валу двигателя мощность нетто - Nе:

Nе = 0,9 Nе

Определим мощность приведенную от двигателя к колесам автомобиля, на каждой i - той передаче, с учетом потерь в трансмиссии:

Nк i = Nе ТР (6.1)

Определим мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха:

, (6.2)

Определим мощность суммарного сопротивления дороги из выражения:

, (6.3)

где: F = Ff + F,

причем F - сила, затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема.

Поскольку расчет мощностного баланса ведется для случая разгона полностью загруженного автомобиля на ровной горизонтальной опорной поверхности дороги (F = 0), выражение (6.3) учитывает только силу сопротивления качению Ff .

При наличии на двигателе ограничителя (или регулятора) частоты вращения коленчатого вала, графики зависимостей NКi = f(Va), строят с учетом их работы.

На графике мощностного баланса должны быть определены и отмечены:

- два значения максимальных скоростей движения автомобиля Va max на дороге с асфальтобетонным покрытием для двух высших передач;

- графики мощности, подведенной от двигателя к колесам автомобиля - NК;

- графики мощности двигателя нетто на коленчатом валу Nе.

Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости автомобиля Qs = f(V a). Этот график характеризует топливную экономичность автомобиля при его движении с постоянной скоростью и позволяет определить расход топлива при известных значениях этой скорости Va и суммарной мощности сопротивлений дороги N и воздуха Nw.

Расчет топливно-экономической характеристики ведется на основе тягового баланса автомобиля, функции зависимости удельного расхода топлива ge= f(ne)

Сначала рассчитывается часовой расход топлива по формуле:

, [кг/ч] (7.1)

где: ge - функция зависимости удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя, [г/кВтч];

N+ Nw - суммарная мощность сопротивления движению автомобиля, [кВт];

Ku - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива - ge в зависимости от коэффициента использования мощности двигателя U.

, (7.2)

Чтобы автомобиль двигался с постоянной скоростью Vx на третей передаче, необходимо ограничить подачу топлива до тех пор, когда частичная мощностная характеристика двигателя NeIII пересечется с графиком мощности сопротивлений движению в той же точке "В". Однако в данном случае, численное значение коэффициента использования мощности двигателя U будет значительно меньше, поскольку он будет равен отношению ординат АВ/АD. При этом частота вращения коленчатого вала двигателя будет больше. Больше будут и значения удельного расхода топлива ge. Следовательно, увеличится и путевой расход топлива Qs.

Численные значения коэффициента Ku при известных величинах коэффициентов использования мощности двигателя U рассчитываются с помощью эмпирических формул:

- для бензинового двигателя:

(7.3)

- для дизельного двигателя:

(7.4)

Значения путевого расхода топлива определяют по выражению:

, (7.5)

где: Т - плотность топлива, [г/см 3];

Т = 0,73, [г/см 3] - плотность бензина;

Т = 0,86, [г/см 3] - плотность дизельного топлива.

Графики топливно-экономической характеристики автомобиля строят для его движения на двух высших передачах, с полной нагрузкой, для двух типов дорог. Для каждого случая движения автомобиля заполняют таблицу (всего четыре таблицы).

На каждом графике Qs = f (V a) необходимо определить и отметить значения минимальных расходов топлива Qs min для каждого указанного выше случая, а также соответствующие им скорости движения автомобиля.

Используемая литература

1. Методическое указание к работе. Издательство ВСГТУ 2005г.

2. Пособие по ремонту автомобиля ВАЗ-21093.

Размещено на Allbest.ru

...