Характеристики автомобиля, проектирование сцепления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра «Автомобили и тракторы»

характеристики автомобиля, проектирование сцепления

Методические указания

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«Автомобили» для студентов специальности

190601

(дневной и заочной формы обучения)

Составитель: А.М. Зарщиков

Омск

Издательство - СибАДИ

2007

УДК 629.113

ББК 39.33

Рецензент канд. тех. наук, доц. И.В. Хамов

Работа одобрена научно-методическим советом специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» в качестве методических указаний к выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобили» для студентов специальности 190601 дневной и заочной формы обучения.

Характеристики автомобиля, проектирование сцепления: Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобили» для студентов специальности 190601 дневной и заочной формы обучения / Сост.: А.М. Зарщиков.- Омск: Изд-во СибАДИ, 2007.- 48 с.

Описан вариант расчета тягово-скоростных характеристик и характеристик топливной экономичности автомобиля. Рассмотрены основы подбора параметров и элементы расчета деталей сцепления.

Табл. 6. Ил. 24. Библиогр.: 2 назв.

© Составитель: А.М. Зарщиков,

2007 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Задание на проект

2. Определение тягово-скоростных свойств автомобиля

2.1 Внешне скоростные характеристики двигателя

2.2 Построение силового баланса

2.3 Построение мощностного баланса автомобиля

2.4 Построение динамической характеристики

2.5 Построение графика ускорения

2.6 Построение графиков времени и пути разгона

3. Определение топливной экономичности автомобиля

3.1 Построение графика потребной мощности

3.2 Линии связи

3.3 Построение графика загрузки двигателя

3.4 Построение графика часового расхода топлива

3.5 Определение часового расхода топлива графическим способом

4. Движение на маршруте

4.1 График скорости на маршруте

4.2 График часового расхода топлива на маршруте

5. Проектирование сцепления

5.1 Выбор основных параметров ведомого диска

5.2 Определение силы сжатия дисков

5.3 Расчет размеров нажимного диска

5.4 Расчет витых цилиндрических пружин

5.5 Расчет диафрагменной пружины

5.6 Расчет пружин демпфера крутильных колебаний

5.7 Расчет шлицевого соединения

5.8 Расчет деталей, передающих момент с маховика на нажимной диск

5.9 Выбор привода сцепления

6. Контрольные вопросы

Библиографический список

Введение

Цель проекта заключается в получении практических навыков по определению и анализу эксплуатационных свойств автомобиля, а также умению производить подбор и элементарные расчеты на прочность деталей узлов автомобиля.

В расчетной части курсового проекта по формулам из курса «Теория эксплуатационный свойств автомобиля» определяются характеристики автомобиля: внешние скоростные, силового и мощностного балансов, динамическая, ускорения, времени и пути разгона, топливной экономичности. Полученные данные сводятся в таблицы и строятся соответствующие графики. По курсу «Основы расчета автомобиля» проектируется сцепление автомобиля: подбираются и проверяются параметры сцепления; рассчитываются нажимные и демпферные пружины, детали передающие крутящий момент от маховика двигателя к нажимному диску, шлицевые соединения; подбирается привод и рассчитывается его кинематика.

Графики чертятся на миллиметровой бумаге формата А4 (210Ч297). Всего 16 графиков.

На ватмане формата А1(594Ч840) чертится в масштабе 1:1 продольный разрез сцепления в сборе, вид со стороны коробки передач и схема привода сцепления. На чертеже следует указать расчетные и габаритные размеры.

В пояснительной записке приводятся: формулы в общем виде с описанием каждой величины, входящей в формулу и их размерность; один вариант с конкретными значениями входящих величин и результат вычисления; таблица с результатами вычислений всех значений.

В конце пояснительной записки указывается список литературы, на которую производились ссылки в работе.

Студентам дневной формы обучения выдается задание на проект, где указывается: автомобиль-прототип, тип двигателя (дизельный или бензиновый), частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя (об/мин), максимальная скорость движения груженого автомобиля (Vmax, км/ч). Студенты самостоятельно рассчитывают максимальную мощность двигателя.

Студенты заочной формы обучения варианты задания для проекта берут из таблицы 2 в соответствии с номером зачетной книжки. Последняя цифра номера зачетной книжки указывает на номер строки (прототип автомобиля), предпоследняя цифра указывает на номер столбца с исходными данными.

Для студентов заочной формы обучения на ватмане формата А1 достаточно выполнить только продольный разрез сцепления в сборе.

Все основные расчеты производятся для груженого автомобиля (берется его вес при полной массе).

По прототипу принимаются весовые и геометрические параметры исследуемого автомобиля, принципиальная конструкция сцепления (размеры будут изменены на расчетные), передаточные числа в коробке передач.

Передаточное число главной передачи подбирается в ходе выполнения проекта.

1. Задание на проект

Перед началом расчетов необходимо заполнить таблицу 1 исходных данных. Рекомендации по выбору параметров представлены ниже на стр. 9 под теми же номерами, что и строки в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные для проекта

№	Наименование параметра	Обозначение	Единицы измерения	Численные значения
1	Тип двигателя (дизель, карбюратор)
2	Макс. скор. движения автомобиля	Vmax	км/ч
3	Полный вес автомобиля (гружен.)	Rz	Н
4	База одиночного трансп. средства	L	м
5	Макс. мощность двигателя	Ne max	кВт
6	Угловая скор. коленчатого вала при макс. мощности двигателя Ne max	щN	рад/с
7	Радиус качения колеса	rк	м
8	КПД трансмиссии	з
9	Фактор обтекаемости	кF	Н·с2/м2
10	Постоянная для определения д	d
11 12 13	Постоянные коэффициенты в формуле Лейдермана	a b c
14	Удельный расход топлива при Ne max	gN	г/кВт·ч
15	Плотность топлива	г	кг/л
16	Передаточное число главной передачи (расчетное значение)	i0
17	Передаточное число раздаточной коробки	iрк
18	Количество передач в коробке передач	m
19 20 21 22 23	Передаточные числа коробки передач (по прототипу)	i1 i2 i3 i4 i5
24 25 26 27	Время переключения передач	t1-2 t2-3 t3-4 t4-5	с
28 29 30 31 32	Угловые скорости коленчатого вала взятые для расчета характеристик двигателя и автомобиля	щ1 щ2 щ3 щ4 щ5	рад/с
33	Коэффициент сопротивления качению (асфальт - на первом и втором участке)	f0
34	Коэффициент сопротивления подъему (первый участок - в гору)	i

Таблица 2

Варианты задания для студентов заочной формы обучения

Посл. цифра зачет. книж.	Прототип автомобиля	Параметр	Размерность	Предпоследняя цифра зачетной книжки
				0	1	2	3	4
0	ПАЗ Автобус Бенз.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	75 380 75	80 360 80	85 370 85	90 320 90	95 300 85
1	ГАЗ Бортовой Бенз.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	70 240 70	75 260 75	80 280 80	85 300 80	90 320 85
2	ЗИЛ Бортовой Бенз.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	95 300 70	100 320 75	105 300 70	110 340 75	115 360 70
3	ЗИЛ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	110 180 80	120 190 85	130 200 80	165 210 90	180 220 100
4	МАЗ Бортовой Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	120 230 70	125 200 75	130 260 80	135 280 85	140 220 90
5	МАЗ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	150 180 80	160 190 85	170 200 90	120 210 70	130 220 75
6	КаМАЗ Бортовой Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	140 180 75	145 200 80	150 220 75	155 240 80	160 260 85
7	КаМАЗ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	140 260 75	145 180 75	150 210 80	155 200 85	160 220 80
8	КрАЗ Бортовой Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	150 180 70	160 190 75	165 200 70	170 210 75	180 220 70
9	КрАЗ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	170 180 75	180 190 70	200 200 85	190 210 80	200 220 85
0	ПАЗ Автобус Бенз.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	75 320 70	80 340 75	85 360 90	90 380 85	95 400 80
1	ГАЗ Бортовой Бенз.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	95 340 75	100 320 80	105 300 75	110 280 85	115 260 80
2	ЗИЛ Бортовой Бенз.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	120 380 80	125 400 85	130 380 80	135 360 85	140 340 80
3	ЗИЛ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	115 230 90	125 240 80	170 250 100	160 180 90	155 200 85
4	МАЗ Бортовой Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	145 250 80	140 220 85	135 240 80	130 200 85	135 250 70
5	МАЗ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	155 230 80	160 240 85	170 250 90	180 180 95	150 200 75
6	КаМАЗ Бортовой Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	165 180 90	170 210 95	160 220 100	150 260 90	140 240 80
7	КаМАЗ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	165 240 85	170 260 80	175 280 90	180 240 85	185 220 90
8	КрАЗ Бортовой Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	190 230 75	200 240 70	210 250 75	220 260 80	230 270 85
9	КрАЗ Самосвал Дизельн.	Ne max щN Vmax	кВт рад/с км/ч	220 230 75	180 240 70	220 250 85	230 180 80	240 200 90

1. Тип двигателя выдается в задании один из двух - бензиновый или дизельный.

2. Максимальная скорость движения груженого автомобиля Vmax задается преподавателем (заочники берут Vmax в своем варианте по таблице 2). Размерность скорости автомобиля - км/ч, т.к. автомобильные спидометры имеют именно такую размерность. Поскольку для расчета скорость в формулах должна быть в м/с, то в этих же формулах применен переводной коэффициент.

3. Rz - суммарная нормальная опорная реакция от веса груженого автомобиля, Н. Для перевода значений массы автомобиля (кг) в его силу тяжести (вес, Н) необходимо массу умножить на ускорение свободного падения ( g ? 9,81 м/с2).

4. L - база одиночного транспортного средства, м. Для автомобилей с колесной формулой 6Ч4 или 6Ч6 базой считается расстояние от передней оси до середины между задними осями.

5. Ne max - максимальная мощность двигателя, кВт. Студенты дневной формы обучения определяют необходимую максимальную мощность двигателя, как предлагается на стр. 12, 13.

6. щN - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности двигателя, рад/с. В задании для студентов дневной формы обучения дается частота вращения коленчатого вала n (об/мин) в размерности, как на автомобильном тахометре. Необходимо произвести перевод в угловую скорость по формуле: , рад/с.

7. rк - радиус качения колеса, м. Из таблицы «Автомобильные шины» в справочнике НИИАТ [1] выбирается статический радиус под нагрузкой и к нему приравнивается rк. Также приближенно радиус качения для грузовых шин можно определить и по формуле: , где d - посадочный диаметр обода, м; В - ширина профиля шины, м.

Значения ширины профиля шины и диаметра обода определяются по маркировке. Например: 240 - 508. Первое число - ширина шины, мм, второе - посадочный диаметр, мм. Если размеры указаны в дюймах, то необходимо перевести с учетом: 1 дюйм ? 25,4 мм.

8. з - КПД трансмиссии. Для автомобилей без раздаточной коробки и с одинарной главной передачей з ? 0,92, с двойной центральной или разнесенной главной передачей з ? 0,89, с раздаточной коробкой з ? 0,87, для автомобилей повышенной проходимости (полноприводные трехосные) - з ? 0,83.

9. к·F - фактор обтекаемости.

к - коэффициент сопротивления воздуха, Н·с2/м4. Для легковых автомобилей - к ? 0,25 Н·с2/м4, грузовых автомобилей - к ? 0,5…0,7 Н·с2/м4, автобусов - к ? 0,4 Н·с2/м4. F - лобовая площадь автомобиля, м2. Приближенно ее можно определить по формуле: , где В и Н - габаритные ширина и высота автомобиля, м.

10. d - постоянная величина в эмпирической формуле для определения коэффициента учета вращающихся масс д: .

- передаточное число в коробке передач.

Величину d следует выбирать в пределах от 0,06 - у легковых автомобилей до 0,03 - у тяжелых грузовых (КрАЗ).

11, 12, 13. - постоянные коэффициенты в формуле Лейдермана. Приближенно для бензиновых двигателей их можно принять:1, 1, 1; для дизельных - 0,5, 1,5, 1.

14. gN - удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г/(кВт·ч). Для бензиновых двигателей gN = 260…310 г/(кВт·ч), для дизельных -195…230 г/(кВт·ч).

15. г - плотность топлива, кг/л, для бензина можно принять г = 0,74 кг/л, для дизельного топлива г = 0,82 кг/л.

16. i0 - передаточное число главной передачи, как центральной, так и разнесенной (с учетом бортовых и колесных редукторов). В курсовом проекте необходимо подобрать передаточное число главной передачи в соответствии с новыми параметрами автомобиля по формуле: , где 3,6 - коэффициент, переводящий скорость автомобиля из км/ч в м/с; - максимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с. У грузовых автомобилей с бензиновым двигателем (из-за наличия ограничителя частоты вращения коленчатого вала) и у всех автомобилей с дизельным двигателем для упрощения можно принять . У бензиновых двигателей легковых автомобилей - . rк - радиус качения колеса, м; Vmax - максимальная скорость движения груженого автомобиля, км/ч; - «скоростное» передаточное число в коробке передач, на котором достигается максимальная скорость движения автомобиля. У многих автомобилей такой передачей является - прямая, с передаточным числом =1,0. Передача с передаточным числом меньшим 0,7 обычно спроектирована, как «экономичная», на которой максимальная скорость не достигается. - передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче.

17. - передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче.

18. m - количество передач в коробке передач при движении вперед. Если в коробке передач есть делитель или демультипликатор, то для расчетов принимается тот ряд передаточных чисел из двух, в котором присутствует =1,0.

19, 20, 21, 22, 23. Передаточные числа коробки передач. Принимаются, как у прототипа при выключенном делителе, если таковой имеется (см. п. 18). i1 - передаточное число первой (низшей) передачи. Если передач меньше пяти, то у отсутствующих ставятся прочерки.

24, 25, 26, 27. Время переключения с одной передачи на другую. У коробок передач автомобилей с дизельным двигателем передачи без синхронизаторов переключаются в среднем за 3 секунды, а с синхронизаторами - за 1,3 секунды. У коробок передач автомобилей с бензиновым двигателем передачи без синхронизаторов переключаются примерно за 1,2 секунды, а с синхронизаторами - за 0,8 секунды.

28, 29,30, 31, 32. щ1…щ5 - значения угловых скоростей коленчатого вала двигателя, при которых рассчитываются все параметры, рад/с. щ5 = - максимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с. У грузовых автомобилей и у всех автомобилей с дизельным двигателем - . У легковых бензиновых двигателей - , тогда для них - щ4 = щN. щ1 - минимальное значение угловой скорости коленчатого вала. Его можно принять: щ1 ? 0,2 щN. Оставшиеся значения угловых скоростей принимаются произвольно.

33. f0 - коэффициент сопротивления качению колес по асфальту. Этот коэффициент для упрощения принимается на всех этапах расчета = 0,015.

34. i - коэффициент сопротивления подъему. В расчетах, связанных с движением по маршруту на первом участке автомобиль движется в гору с величиной уклона i = 0,07 и длиной участка - 1000 метров.

2. Определение тягово-скоростных свойств автомобиля

2.1 Внешне скоростные характеристики двигателя

Внешними называются характеристики двигателя полученные при полной подаче топлива. Независимой переменной является угловая скорость коленчатого вала щe. В курсовом проекте строятся графики четырех внешних скоростных характеристик двигателя, примерный вид которых показан на Рис. 1…4.

Загрузка двигателя при работе его по внешней характеристике - полная (Ne = N100% во всем диапазоне угловой скорости коленчатого вала) и степень загрузки двигателя в таком случае равна единице - р = 1,0, поскольку:

(1)

В формуле (1): Ne - мощность двигателя в любом режиме движения, кВт, при текущем значении угловой скорости коленчатого вала щe; N100% - мощность двигателя при полной подаче топлива и том же значении угловой скорости коленчатого вала щe.

Первой строится внешняя характеристика мощности двигателя (Рис. 1), в зависимости от угловой скорости коленчатого вала по формуле Лейдермана:

, (2)

где Ne max - максимальная мощность двигателя, кВт; при скорости вращения коленчатого вала щN , рад/с (щN - в задании на проектирование); Ne - мощность двигателя, кВт, при текущем значении угловой скорости коленчатого вала щe, рад/с и полной подаче топлива; a, b, c - коэффициенты формулы (в исходных данных).

Ne max - определяется по мощностному балансу при максимальной скорости движения груженого автомобиля по горизонтальной асфальтированной дороге (студенты заочной формы обучения берут Ne max из задания на проект).

Двигатель легкового автомобиля в таком режиме тратит всю мощность на преодоление: сопротивления качению Nf , сопротивления воздуха Nw и на трение в трансмиссии Nз. Определив эти три составляющие можно найти мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля NVmax, кВт:

, (3)

где Vmax - максимальная скорость автомобиля, км/ч; 3,6 и 46,7 - коэффициенты, переводящие скорость из км/ч в м/с; 1000 - деление на тысячу переводит ватты в киловатты; - полный вес автомобиля, Н; - коэффициент сопротивления качению (в данном случае он равен коэффициенту сопротивления качению ), который находится по формуле (V, км/ч):

; (4)

- коэффициент сопротивления воздуха (см. п. 9 на стр. 10); - лобовая площадь автомобиля, принимается, как 80% от произведения ширины автомобиля (без учета выступающих малогабаритных деталей) на высоту; f0 = 0,015; - КПД трансмиссии (см. п. 8).

Далее, из формулы Лейдермана (2) для данного режима движения (движение с максимальной скоростью):

можно определить максимальную мощность Ne max бензинового двигателя легкового автомобиля. У такого двигателя частота вращения коленчатого вала: .

У двигателей грузовых автомобилей из-за срабатывания ограничителя оборотов и у всех дизельных двигателей кривая мощности непрерывно растет до максимального значения при максимальной частоте вращения коленчатого вала, т.е. (см. формулу (3)).

Кроме того, из-за срабатывания ограничителя оборотов у двигателя грузового автомобиля, в отличие от легкового, остается запас мощности . Поэтому, его максимальная мощность определяется по формуле:

, (5)

где Nf и Nw определяются так же, как в формуле (3).



Рис. 1. Мощность двигателя.

двигатель сцепление автомобиль скорость

Далее строится характеристика крутящего момента двигателя (Рис. 2). Известно, что при вращательном процессе мощность считается по формуле , где М - крутящий момент; щ - угловая скорость вращения под действием момента. Тогда крутящий момент двигателя Ме (Н·м) можно рассчитать по формуле:

, (6)

где Ne - мощность двигателя по графику Рис. 1, кВт; 1000 - коэффициент для перевода мощности из кВт в Вт.

Характеристика удельного расхода топлива (Рис. 3) строится по формуле:

, (7)

где gN - удельный расход топлива при Ne max , г/кВт·ч (берется в исходных данных, стр. 6); Кщ - коэффициент, учитывающий скоростной режим работы двигателя, определяется по эмпирической зависимости:

; (8)

КN - коэффициент, учитывающий степень загрузки двигателя. Для дизельного двигателя:

, (9)

для, бензинового:

; (10)

р - степень загрузки двигателя, определяется по формуле (1). Для внешней скоростной характеристики р = 1,0, поэтому - КN = 1,0 (при построении графика часового расхода топлива Рис. 17 будут также использоваться значения р отличные от единицы).



Рис. 2. Крутящий момент двигателя



Рис. 3. Удельный расход топлива

Часовой расход топлива (Рис. 4) определяется по формуле:

. (11)

В формуле (11) размерность Ne - кВт, часовой расход топлива Gt - кг/ч, а удельный расход топлива ge- г/кВт·ч. Коэффициент 1000 переводит граммы ge в килограммы Gt.

В дальнейшем на основании скоростных характеристик двигателя строятся характеристики автомобиля с учетом следующих зависимостей:

Скорость движения автомобиля, км/ч:

; (12)

Сила тяги на ведущих колесах, Н:

; (13)

Мощность на ведущих колесах, кВт:

, (14)

или, что то же самое:

. (15)

где Nз - мощность потерь на трение в трансмиссии, кВт.

Рис. 4. Часовой расход топлива

2.2 Построение силового баланса

На Рис. 5 стрелками показаны силы, действующие на автомобиль в общем случае движения (разгон в гору c углом подъема б).

Стрелки на рисунке обозначают следующие величины: V - скорость автомобиля, км/ч; j - ускорение автомобиля, м/с2; Pf - сила сопротивления качению, Н:

; (16)

Rz - полный вес автомобиля, Н, (см. п. 3, стр. 9).

В формуле (16) коэффициент сопротивления качению f зависит от скорости движения и определяется по формуле (4).

Сила сопротивления уклона (в данном случае подъема), Н:

. (17)

Здесь sin б ? tg б = i - величина уклона дороги (указана на дорожных знаках в процентах).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Движение автомобиля с ускорением на подъем

Сила сопротивления воздуха, Н:

, (18)

В формуле (18) к·F - фактор обтекаемости (см. п. 9 на стр. 9)

Сила сопротивления инерции (в данном случае при разгоне), Н:

. (19)

Здесь: М - масса автомобиля, кг, j - ускорение автомобиля, м/с2, д - коэффициент учета вращающихся масс (см. п. 10 на стр. 9).

Рк - сила тяги на ведущих колесах (см. формулу (13)) преодолевает сумму сил сопротивления движению, что отражено в формуле силового баланса:

(20)

График силового баланса (Рис. 6) в курсовом проекте строится для движения по горизонтальной асфальтированной дороге, поэтому сила сопротивления уклона на нем отсутствует. На график наносятся: характеристика силы тяги (13) при соответствующей скорости движения автомобиля (12); силы сопротивления качению (16) (откладываются от оси абсцисс); силы сопротивления воздуха (18) (откладываются вверх от характеристики силы сопротивления качению).

Скорости движения автомобиля при построении Pf и Pw рекомендуется брать те же, что и при построении силы тяги Pк.

Пример построения графика силового баланса показан на Рис. 6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Силовой баланс автомобиля

2.3 Построение мощностного баланса автомобиля

Мощность при линейном движении можно определить по формуле:

. (21)

Перемножив все силы в формуле (20) на скорость движения автомобиля получим мощностной баланс автомобиля, приведенный к ведущим колесам:

Nк = Nf + Ni + Nw + Nj. (22)

Однако, источником мощности (энергии) в автомобиле является двигатель и поэтому в левой части мощностного баланса должна располагаться его мощность. Тогда, заменив мощность на ведущих колесах Nк выражением (15) не сложно получить мощностной баланс автомобиля в виде:

Ne = Nf + Ni + Nw + Nj + Nз. (23)

Ne - мощность двигателя (кВт) отображенная на внешней скоростной характеристике (Рис. 1).

Nз - мощность расходуемая на трение в трансмиссии. Ее можно определить из системы двух уравнений (14) и (15). Тогда:

. (24)

Другие мощности сопротивлений определяются путем перемножения соответствующих сил (формулы с (16) по (19)) на скорость движения автомобиля:

, (25)

, (26)

, (27)

. (28)

В знаменателях формул стоят коэффициенты, переводящие скорость автомобиля из км/ч в м/с и мощность из Вт в кВт.

График мощностного баланса (Рис. 7) в курсовом проекте строится с учетом движения автомобиля по горизонтальной дороге, т.е.

Ni = 0. Скорость, как и в силовом балансе, находится по формуле (12).

Значения Nw - так же, как в силовом балансе откладываются вверх от уже построенной характеристики Nf так, чтобы их значения суммировались.

Значения Nз откладываются вниз от характеристики Ne.

Мощность Nj на графике строить не нужно. Она получается сама собой между кривыми и .

Чтобы определить численное значение мощностного баланса на любой скорости движения автомобиля (Рис. 7) и любой включенной передаче, надо:

1) провести вертикальную линию при этой скорости движения до пересечения с кривой Ne на данной передаче (отрезок от оси абсцисс до точки пересечения численно равен мощности двигателя Ne);

2) указанный отрезок Ne будет разбит на меньшие четыре отрезка кривыми Nf, Nw, Nз. Эти четыре отрезка и будут показывать численное значение четырех мощностей сопротивления движению: Nf, Nw, Nj, Nз.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Мощностной баланс автомобиля

2.4 Построение динамической характеристики

На динамической характеристике (Рис. 9) отображается зависимость динамического фактора груженого автомобиля от скорости его движения.

Динамический фактор:

, (29)

где Rz - полный вес автомобиля, Н.

Чтобы знать динамический фактор при любой частичной загрузке автомобиля, к графику динамической характеристики слева (на расстоянии 40…50 мм) достраивается шкала динамического фактора порожнего автомобиля D0, которая соединяется с основной шкалой D наклонными линиями равных значений.

Проградуировать шкалу D0 (Рис. 8) можно, используя отношение:

, (30)

где Rz0 - вес порожнего автомобиля (вес при собственной массе), Н.

Подставив в правую часть уравнения (30) значения параметров при любом D (например, при D = 0,1), получим величину D0у , которую нужно отложить на шкале D0 напротив принятого в формуле (30) значения D. Далее шкала D0 градуируется пропорционально отложенной на ней величине D0у, и соответствующие значения на обеих шкалах соединяются линиями равных значений (0,1; 0,2; 0,3 и т.д.).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Правила построения дополнительной шкалы.

Для определения динамического фактора при любой загрузке автомобиля достаточно провести вертикальную шкалу на этой загрузке Dx и новая шкала автоматически проградуируется линиями равных значений (0,1; 0,2; 0,3 и т.д.). Чтобы определить динамический фактор по шкале D0 или Dx надо любую точку с кривой динамического фактора перенести по горизонтали непосредственно на эти шкалы и посмотреть по шкале величину.

На график динамической характеристики (Рис. 9) автомобиля наносятся коэффициенты суммарного дорожного сопротивления: ш1 = f - при движении по горизонтальному асфальту и ш2 = f + i - при движении в гору с установленным уклоном (см. п. 34 стр. 11).

Рис. 9. Динамическая характеристика автомобиля

2.5 Построение графика ускорения

График ускорения (Рис. 10) строится на основе динамической характеристики по формуле:

, (31)

где D и ш берутся из динамической характеристики для груженого автомобиля и горизонтальной дороги; g - ускорение свободного падения, ? 9,81м/с2; д - см. п. 10 стр. 10.

2.6 Построение графиков времени и пути разгона

Для определения времени (Рис. 12) и пути (Рис. 13) разгона используется график ускорения (Рис.10). Пример обработки графика ускорения показан на Рис. 11.

Кривая ускорения на первой передаче j1 используется полностью от минимально устойчивой скорости до максимальной на этой передаче. Она разбивается примерно на три интервала (Рис. 11). В каждом интервале определяется (на примере первого интервала): скорость в начале интервала V1, скорость в конце интервала V2, приращение скорости в интервале ДV = V2 - V1, средняя скорость в интервале Vcp1 = (V1 + V2)/2, среднее ускорение при средней скорости jcp1.



Рис. 10. График ускорения автомобиля

Затем находится время прохождения интервала:

Дt = ДV / (3,6 · jcp) (32)

и путь, который проделал автомобиль за время прохождения интервала:

ДS = Vcp · Дt / 3,6 (33)

Скорость в формулы подставляется в км/ч, поэтому в знаменателях применяется переводной коэффициент - 3,6.

Таким же способом обрабатываются все кривые графика ускорения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Обработка графика ускорения

Далее строится график времени разгона (Рис. 12), для чего каждое значение Дt откладывается при скорости в конце обрабатываемого интервала. Дt откладывается вверх от времени предыдущего интервала. Таким образом, время от одного интервала к другому будет нарастать с ростом скорости автомобиля, что отражается на графике времени разгона (Рис. 12).

Разгон на каждой передаче происходит до максимальной скорости на данной передаче, после чего наступает процесс переключения передачи. При переключении скорость движения автомобиля падает (Рис. 11) на величину:

, (34)

где tп - время переключения передачи, с (см. п. 24…27, стр. 11); ш - коэффициент суммарного дорожного сопротивления (можно ш = 0,015); дв - коэффициент учета вращающихся масс при выбеге (принять дв = 1,03).

Разгон на следующей передаче начинается не сначала кривой ускорения на этой передаче, а со скорости соответствующей максимальной на предыдущей передаче за вычетом падения скорости при переключении (на примере Рис. 11 - со скорости V5). Участок кривой ускорения левее этой точки не обрабатывается, поскольку не участвует в разгоне.

Рис. 12. Время разгона автомобиля



Рис. 13. Путь разгона автомобиля

График пути разгона автомобиля (Рис. 13), строится аналогичным образом с той разницей, что в конце каждого интервала надо к предыдущему значению пути прибавлять ДS данного интервала. Путь, проходимый автомобилем за время переключения передач также определяется по формуле (33) (вместо Дt надо подставить tп).

Графики времени и пути разгона достаточно построить до скорости автомобиля равной 0,8 Vmax.

3. Определение топливной экономичности автомобиля

Чтобы обеспечить равномерное движение автомобиля при данной скорости, двигателю требуется развить мощность, которая называется потребной и определяется:

. (35)

Степень загрузки двигателя при этом может быть разной, в зависимости от выбранной передачи в коробке передач. Степень загрузки двигателя в свою очередь влияет на расход топлива.

Для определения расхода топлива требуется увязать между собой потребную мощность двигателя и его степень загрузки.

3.1 Построение графика потребной мощности

В курсовом проекте исследуются два участка дороги: сначала автомобиль движется в гору с уклоном i = 0,07, затем выходит на горизонтальный участок (i = 0). На графике (Рис. 14) соответственно отображаются две кривых потребной мощности Nе потр2 и Nе потр1.

При построении графика используются формулы: (35), (25), (26), (27).

3.2 Линии связи

Этот вспомогательный график (Рис. 15) необходим для перевода линейной скорости движения автомобиля V в угловую скорость коленчатого вала двигателя ще на выбранной передаче.

По оси абсцисс откладывается линейная скорость движения автомобиля. По оси ординат - угловая скорость коленчатого вала двигателя.

Суть построения графика заключается в том, что при максимальной скорости движения автомобиля на любой передаче коленчатый вал вращается с максимальной угловой скоростью.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14. Потребная мощность двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 15. Линии связи

Из максимальной угловой скорости двигателя (Рис. 15) проводится горизонтальная линия. На нее поднимаются перпендикуляры из максимальных значений линейных скоростей движения автомобиля на всех передачах. Точки пересечения соединяются с началом координат линиями связи. Теперь, зная любую скорость движения автомобиля через линии связи можно определить угловую скорость коленчатого вала на любой передаче, как показано стрелками.

3.3 Построение графика загрузки двигателя

Мощность полностью загруженного двигателя уже отображалась на графике (Рис. 1). Степень загрузки двигателя в таком случае по формуле (1) равнялась единице: = 1,0. При частичной подаче топлива мощность двигателя уменьшается и степень загрузки по формуле (1) будет меньше единицы.

Для построения графика загрузки двигателя (Рис. 16) берется график внешней скоростной характеристики (Рис. 1). Затем, по преобразованной формуле (1): на том же поле строятся кривые частичной загрузки двигателя при р = 0,8, 0,6, 0,4, 0,2.

3.4 Построение графика часового расхода топлива

Характеристики часового расхода топлива (Рис. 17) строятся с использованием формулы (11). В эту формулу значения мощности подставляются из графика (Рис. 16). Значения удельного расхода топлива ge рассчитываются по формуле (7) с учетом того, что степень загрузки двигателя р берется также из графика (Рис. 16) и поэтому коэффициенты КN (формула (9) или (10)) будут соответственно меняться.

3.5 Определение часового расхода топлива графическим способом

Графическим способом расход топлива по представленным четырем графикам определяется с некоторой погрешностью.

При равномерном движении задается скорость автомобиля. Потребная мощность двигателя определяется по Рис 14.

По линиям связи (рис. 15) находится угловая скорость двигателя.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 16. Загрузка двигателя

Рис. 17. Часовой расход топлива при различной загрузке двигателя

Отложив угловую скорость двигателя и его потребную мощность на графике (Рис. 16) ставится точка пересечения и определяется степень загрузки двигателя пропорционально по отношению к ближайшим кривым.

На графике (Рис. 17) при такой же угловой скорости и в такой же пропорции по расстоянию до соответствующих кривых (кривых с той же степенью загрузки) часового расхода топлива ставится точка, проекция которой на ось Y показывает часовой расход топлива.

Если автомобиль разгоняется с максимальными ускорениями (как на Рис. 10), степень загрузки двигателя - полная, т.е. р = 1,0. В таком режиме движения, определив по линиям связи угловую скорость двигателя можно сразу найти часовой расход топлива по графику Рис. 17, выбрав верхнюю кривую ( Gt при р = 1,0).

4. Движение на маршруте

Для расчета принимается маршрут, на котором вначале автомобиль движется в гору с уклоном i = 0,07 длиною 1000 метров, а затем, достигнув вершины подъема, разгоняется по горизонтальной части дороги длинной 2000 метров до 0,8Vmax.

4.1 График скорости автомобиля на маршруте

В гору автомобиль движется с максимально возможной скоростью, определить которую можно по графику динамической характеристики (Рис. 9). Максимальная скорость движения в гору находится по точке пересечения кривой коэффициента суммарного дорожного сопротивления ш2 с кривой динамического фактора (в примере - кривая динамического фактора D3 пересекается с кривой суммарного дорожного сопротивления ш2 = f + i на скорости V = 51км/ч). Если пересечения нет, то берется максимальная скорость движения по кривой динамического фактора на соответствующей передаче.

Через 1000 метров, достигнув вершины подъема, автомобиль разгоняется с предельным ускорением. Изменение скорости автомобиля при разгоне отражено на графике Рис. 13. Достаточно взять соответствующую часть этого графика (в примере - от 51км/ч до 80км/ч) и перенести его на график Рис. 18. По достижении скорости 0,8Vmax движение устанавливается равномерным до конца маршрута.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 18. Изменение скорости движения автомобиля на маршруте

4.2 График часового расхода топлива на маршруте

Часовой расход топлива на маршруте (Рис. 19) можно определить, используя соответствующие графики (Рис. 14, Рис. 15, Рис. 16, Рис. 17) и описание в п.3.5 (стр. 29).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Надо помнить, что при движении в гору (первые 1000 метров) и после достижения скорости движения 0,8Vmax - движение равномерное и необходимо использовать все четыре графика определения расхода топлива. В режиме разгона степень загрузки двигателя р = 1,0 и достаточно использовать только графики Рис. 15 и Рис. 17.

В процессе переключения передач расход топлива не определять.

Для определения дорожного расхода топлива Qs, литров на 100км, можно использовать формулу:

, (36)

где г - плотность топлива, кг/л (см. п. 15, стр. 10). В данном курсовом проекте дорожный расход не определяется.

5. Проектирование сцепления

Наиболее разнообразным по конструкции узлом автомобильных трансмиссий является сцепление.

Прототип сцепления можно взять из учебников по устройству или расчету автомобиля (например: [2]). После принятия варианта конструкции необходимо выполнить подбор основных параметров, провести проектный и проверочный расчеты основных деталей по предлагаемой ниже методике.

На ватмане формата А1 изображаются: продольный разрез сборочного чертежа; вид со стороны коробки передач (оба вида в масштабе 1:1); схема привода в произвольном масштабе с нанесенными размерами.

Вид со стороны коробки передач выполняют только студенты дневной формы обучения. Этот вид делается с местными вырезами по каждой четверти круга для того, чтобы показать на виде: ведомый диск; нажимной диск; кожух; выжимной подшипник с фрагментом вилки.

Все, не рассчитываемые детали сцепления, переносятся из прототипа (чертеж в учебнике) в определенной пропорции на ватман. Пропорция определяется путем деления рассчитанного значения наружного диаметра ведомого диска на размер наружного диаметра диска в учебнике.

5.1 Выбор основных параметров ведомого диска

Наружный диаметр ведомого диска принимается по рекомендациям ГОСТа с учетом максимального крутящего момента двигателя (Таблица 3).

Таблица 3

Выбор диаметра ведомого диска

Наружный диаметр ведомого диска Dд, мм.	Крутящий момент двигателя, не более, Н·м.	Угловая скорость вращения коленчатого вала, не более, рад/с.
	Однодисковое сцепление	Двухдисковое сцепление
180	88	-	800
200	142	-	800
215	186	-	800
240	201	-	700
250	235	-	500
280	255	-	450
300	353	-	450
325	372	-	450
340	402	465	400
350	441	800	400
380	490	930	350
400	685	1080	300
420	1080	1420	300

Таблица 4

Выбор накладок ведомого диска

Наружный диаметр накладок, Dн, мм.	Внутренний диаметр накладок, Dв, мм.	Толщина накладок, днакл, мм
180	100	120	125			2,5	3,0	3,5	4,0
200	120	130	140
215	140	150	160
240	160	180				4,5
250	155	180
280	165	180	200
300	165	175	200			3,5	4,0	4,5	6,0
325	185	200	220	230
340	185	195	210			4,0	4,5	4,7	5,0	6,0
350	195	200	210	240	290
380	200	230
400	220	240	280
420	220	240	280			4,0	4,5	5,0	6,0
450	200	240	290			5,0	5,5	6,0

Дополнительным фактором при выборе является максимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя. У проектируемого автомобиля она не должна превышать величину, указанную в таблице ГОСТа.

Наружный диаметр фрикционных накладок будет равен выбранному наружному диаметру ведомого диска.

Внутренний диаметр фрикционных накладок и их толщина принимается по таблице 4, взятой также из ГОСТа. Для уменьшения момента инерции ведомого диска вначале берутся больший внутренний диаметр и меньшая толщина накладок. Дальнейшие проверочные расчеты, возможно, приведут к коррекции принятых изначально размеров.

5.2 Определение силы сжатия дисков

Диски (маховик, ведомый, нажимной) должны быть сжаты силой Рн для создания между ними момента трения Мсц. Этот момент должен превышать максимальный момент двигателя, чтобы избежать пробуксовки дисков. В то же время величина момента трения Мсц должна быть ограничена с целью предотвращения перегрузки трансмиссии. При чрезмерном росте закручивающего момента в трансмиссии (например, экстренное торможение без отсоединения двигателя от трансмиссии) диски в сцеплении должны пробуксовать, предотвращая перегрузку.

Таким образом, момент трения между дисками Мсц превышает максимальный крутящий момент двигателя Мe max на величину определяемую коэффициентом запаса сцепления в = Мсц/ Мe max.

в = 1,2…1,25 - для легковых автомобилей;

в = 1,5…1,8 - для грузовых автомобилей и автобусов;

в = 2,0…2,5 - для автомобилей повышенной проходимости.

Сила нажатия пружин на диски (сила сжатия дисков) Рн рассчитывается по формуле:

, (37)

где Мe max - берется из тягового расчета курсового проекта, Н·м, м - коэффициент трения между накладками ведомого диска и ведущими дисками ? 0,3; z - число пар трения в сцеплении ( у однодискового - 2, у двухдискового - 4); Rср - средний радиус фрикционной накладки, м:

. (38)

Рассчитанная по формуле (37) сила Рн обеспечит необходимый момент трения между дисками, однако, эта же сила может при малой площади накладки создать высокое давление и выдавить из накладок смолу, которая склеит диски. Кроме того, малая площадь накладок во время трогания автомобиля с места приведет к высокой удельной работе буксования на поверхности накладок и вызовет в итоге их повышенный износ.

Чтобы избежать указанных выше недостатков, после расчета силы Рн производятся проверочные расчеты по давлению и удельной работе буксования.

Максимальное рабочее давление на поверхность накладки q определяется по формуле:

, (39)

где Sн - фактическая рабочая площадь одной накладки с учетом отверстий под заклепки, м2:

; (40)

[q] - предельно допускаемое давление, 0,2…0,25 МПа.

Если расчетное давление превышает допускаемое, необходимо увеличивать площадь накладки Sн, в первую очередь, уменьшая внутренний диаметр накладки.

Удельная работа буксования (МДж/м2):

(41)

где ?Sн - суммарная (с обеих сторон ведомых дисков) площадь рабочих поверхностей накладок, м2; [Ауд] - предельно допускаемая удельная работа буксования (см. Таблицу 5);

А - полная работа буксования сцепления при трогании автомобиля с места, МДж:

, (42)

где Me max - максимальный момент двигателя (см. тяговый расчет и Рис. 2), Нм; щн - угловая скорость коленчатого вала начала трогания с места, рад/с, определяется для бензиновых двигателей по формуле: , для дизельных - . В формулах щМ и щN - угловые скорости коленчатого вала при максимальном моменте двигателя, и максимальной мощности (см. тяговый расчет) соответственно, рад/с; в - коэффициент, равный: 1,23 - для бензиновых, 0,72 - дизельных двигателей; Jа - момент инерции автомобиля, приведенный к ведущему валу коробки передач, кг·м2 (определяется применительно к первой передаче для легковых автомобилей и ко второй - для грузовых):

, (43)

где mа - полная масса автомобиля, кг; rк - радиус качения колеса (см. п. 7, стр. 9), м; д - коэффициент учета вращающихся масс ? 1,05; iк, iрк, i0 - передаточные числа коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи соответственно; Mс - момент сопротивления движению при трогании автомобиля с места, приведенный к ведущему валу коробки передач, Нм:

, (44)

где g - ускорение свободного падения 9,81м/с2; f - коэффициент сопротивления качению по горизонтальному асфальту, 0,015; з - КПД трансмиссии (см. п. 8, стр. 9).

Таблица 5

Область применения сцепления

Область применения сцепления	[Ауд] МДж/м2
Легковые автомобили с рабочим объемом двигателя 1,2 л и мощностью менее 45 кВт	2,0
Легковые автомобили 1,2…2,0 л и мощностью до 65 кВт	3,0
Легковые автомобили, малые автобусы и грузовые автомобили с объемом двигателя 2,0…3,5 л и мощностью до 200 кВт	4,0
Прочие грузовые автомобили, самосвалы и автобусы с карбюраторным двигателем. Сцепление однодисковое	4,0
То же. Сцепление двухдисковое	2,0
Дизельные автомобили, самосвалы и автобусы. Сцепление однодисковое	2,0
То же. Сцепление двухдисковое	2,0

Если удельная работа буксования превышает допускаемую, необходимо ее снизить за счет: увеличения рабочей площади накладок путем уменьшения их внутреннего диаметра или перехода на двухдисковое сцепление.

5.3 Расчет размеров нажимного диска

Диаметры нажимного диска можно принять равными диаметрам накладок.

Толщина нажимного диска определяется исходя из теплонапряженности работы сцепления.

Тепловая энергия, выделяемая при буксовании дисков во время трогания автомобиля с места поглощается маховиком и нажимным диском сцепления (двумя нажимными дисками у двухдискового). Температура нажимного диска за одно трогание с места авт...