Динамика автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

21

Динамика автомобиля

ЗАДАНИЕ

Технические характеристики автомобиля Volvo V60 2,0 л. (13г.)

№ п/п	Параметр,размерность	Значение
1	Колесная формула
2	Номинальная вместимость(Z) ,чел	5
3	Максимальная скорость(Vmax),км/ч	205
4	Тип двигателя	Дизельный
5	Габаритные размеры ,м: ширина высота	1,825 1,484
6	Рабочий объем двигателя,л	1,984
7	Ширина шины,м	0,215
8	Посадочный диаметр обода,м	0,4318
9	Частота вращения коленчатого вала при макс. мощности, об/мин	6375
10	Число ступеней коробки предач	8
11	Передаточное число высшей ступени коробки передач	-

ВВЕДЕНИЕ

Многообразны требования к конструкции подвижного состава автомо- бильного транспорта в зависимости от вида груза, объема и расстояния перево- зок, других факторов, определяющих транспортные условия эксплуатации ав- томобилей. Основной задачей автомобильного транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках при наименьших материальных и трудовых затратах при обеспе- чении высокого уровня безопасности дорожного движения и экологичности. Современный автомобильный транспорт играет важную роль в системе народ- ного хозяйства страны. Автомобилизация многих отраслей экономики - отли- чительная черта нашего времени. Практически ни одна отрасль народного хо- зяйства не может обходиться без автотранспортного обслуживания. В добы- вающих отраслях промышленности, строительстве, сельском хозяйстве авто- мобиль стал неотъемлемой частью средств механизации производства. Хорошо налаженные транспортные связи во многом определяют ритм общественного производства, темпы социально-экономических преобразований. Автомобиль- ным транспортом перевозиться более 85% народнохозяйственных грузов, 90% пассажиров.

1 Эффективность работы автомобильного транспорта, затраты на осущест- вление транспортной работы, влияние на окружающую среду во многом опре- деляются тем, насколько совершенен, пригоден к выполнению заданных функ- ций в конкретных условиях эксплуатации его подвижной состав. Основопо- ложник науки об автомобиле академик Е.А. Чудаков отмечал, что конструкция автомобиля в своем развитии должна подчиняться эксплуатационным требова- ниям. Вот почему конструкторам необходимо знание особенностей эксплуата- ции автомобилей в разнообразных дорожных и природно-климатических усло- виях, вытекающих отсюда требований к его конструкции. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АТС

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

Определение полной массы АТС

Полную массу легкового АТС и городского автобуса М_а, кг, считывают по формуле:

М_а = М_о + М_п · (Z + 1)+ H_б · (Z + 1)= 1450+75(4+1)+10*5=1875

Снаряженную массу легкового АТС и автобуса М_о, кг, определяют по формуле

М_о = ?_м · Z

M 0= nМ * Z .

M ₀ =290*5=1450

Распределение полной массы по мостам

Распределение полной массы по мостам необходимо знать для выбора шин и определения по их размерам радиусов колес, а также для определения максимально возможной по сцеплению тяговой силы, величина которой ис- пользуется при выборе передаточного числа низшей передачи трансмиссии.У легковых автомобилей распределение полной массы по мостам зависит в основном от компоновки.

У автомобилей переднеприводной компоновки:

М 2 = (0,43 / 0,47) * Ма

Задний мост: М 2 = 0,45*1875 =843,8 кг.

Передний мост: М₁ = 1875 -843,8 =1031,2 кг.

Нагрузка на задний (обычно ведущий) мост тем больше, чем чаще при- дется двигаться автомобилю по дорогам низших категорий. Увеличение на- грузки, приходящейся на ведущий мост автомобиля, улучшает его проходи- мость, а ее уменьшение - повышает грузоподъемность (пассажировмести- мость). Последнее объясняется тем, что масса, приходящаяся на ведущий мост, ограничена законодательствами всех стран.

Определение фактора обтекаемости

Фактор обтекаемости W, кг/м, рассчитывают по формуле:

W = K * F = 0,275 * 2,16 = 0,594, кг/м,

где К - коэффициент обтекаемости, кг/м³ (Н с²/м⁴); F - площадь Миделя, м².

Площадь Миделя - лобовую площадь, равную площади проекции авто- мобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси F, м², для грузо- вых и легковых АТС соответственно, приближенно можно определить по формуле:

F =a* Bг

Н =0,8*1,8*1,5=2,16,м²; Выбор КПД трансмиссии

КПД механической трансмиссии з_тр принимают в зависимости от типа АТС и типа главной передачи.

з_тр=0,95

Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя необхо- димо также задать частоту вращения коленчатого вала двигателя при макси- мальной мощности n_N, об/мин

n_N =4050 об/мин.

Выбор шин и определение радиуса колеса

Размер шин и радиус колеса выбирают по соответствующему стандарту в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости дви- жения автомобиля.

Нагрузку на одно колесо моста Pk , кг, рассчитываем по формуле:

Р_к2=421,9;

Р_к1=515,6.

Размер шины : 205/60R16

2. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называют графическую зависимость эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала.

Различают внешнюю (при полной подаче топлива) и частичные скоростные характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основой для оценки тягово-скоростных и ряда других эксплуатационных свойств.

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

Определение мощности двигателя, необходимой для движения АТС с максимальной скоростью

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

N_V = + кВт

где g - ускорение свободного падения, м/с²;

f - коэффициент сопротивления качению;

V_max - максимальная скорость движения АТС, м/с.

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

Коэффициент сопротивления качению f, при движении с максимальной скоростью (V_a > 15 м/с) определяем по формуле:

f = f_o · (1 + )

где f_o - коэффициент сопротивления качению для скоростей движения V_a <15 м/с.

Коэффициент сопротивления качению для скоростей движения V_a <15 м/с:

- для легковых АТС и автобусов f_o = 0,015.

f = 0,015 · (1 + ) = 0,04

N_V = + = 166,8 кВт

Определение максимальной эффективной мощности двигателя

Максимальную эффективную мощность двигателя N_emax , кВт, рассчитываем по формуле:

N_emax = кВт

где a, b, c - коэффициенты Лейдермана, зависящие от типа и конструкции двигателя;

- отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности.

Для двигателей с ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала (все дизели и высокофорсированные бензиновые двигатели грузовых автомобилей и автобусов) коэффициенты Лейдермана a, b, c рассчитываются по формулам:

а = 1 - ;

b = ;

с = ;

где М_з - запас крутящего момента, %.

Запас крутящего момента определяют по формуле:

М_з = · 100 = (K_M - 1) · 100

где К_M - коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту рассчитывается по формуле:

K_n = ;

где n_N - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, об / мин; n_M - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте, об / мин.

Поскольку для двигателей проектируемых АТС значения этих параметров отсутствуют, предлагается воспользоваться имеющимися данными:

- у дизелей К_м = 1,125, K_n = 1,725.

М_з = (1,125 - 1) · 100 = 12,5

а = 1 - = 0,89

b = = 0,82

с = = 0,71

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

a + b - c = 1

0,89 + 0,82 - 0,71 = 1

Условие выполняется

Отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности:

- у дизелей = 1

N_emax = = 166,8 кВт

Определение текущих значений мощности

Текущее значение мощности N_e, кВт, определяется по формуле:

N_e = N_emax · ( a · + b · - c · ), кВт

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

N_e = 166,8 · ( 0,89 · + 0,82 · - 0,71 ·) = 157,7 кВт

Определение текущих значений крутящего момента

Текущее значение крутящего момента M_e , H·м, определяют по формуле:

М_е = 9550 · , Н·м

М_е = 9550 · = 262 Н·м

Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Таблица 2.1Внешняя скоростная характеристика двигателя

Параметр, размерность	ne, об/мин
	0,1 · nN	0,2 · nN	0,3 · nN	0,4 · nN	0,5 · nN	0,6 · nN	0,7 · nN	0,8 · nN	0,9 · nN
Ne, кВт	14,2	30,1	47,3	65,1	83,1	100,7	117,5	133	146,5
Me, Н·м	236,3	250,1	262,4	270,9	276,3	279,4	279,4	276,7	270,1
	nN	1,1 · nN	1,2 · nN
Ne, кВт	157	166	171
Me, Н·м	262	251	237

Рис 2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Определение передаточных чисел трансмиссии

Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи i₀ определяется из условия обеспе- чения движения АТС с максимальной скоростью при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и высших передачах в коробке передач и раздаточной коробки по формуле:

Выбор числа ступеней и определение передаточных чисел коробки передач

Основной тенденцией в выполненных конструкциях является увеличение числа ступеней и диапазона коробки передач при возрастании массы АТС.

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

1) возможности преодоления автомобилем заданного максимального до- рожного сопротивления;

2) возможности реализации максимальной силы тяги по условиям сцеп- ления колес с дорогой;

3) возможности движения с минимальной устойчивой скоростью. Передаточное число первой ступени из условия обеспечения возможно-

сти движения по дороге с заданным максимальным коэффициентом общего до- рожного сопротивления рассчитывается по формуле:

Полученное передаточное число необходимо проверить по условию от- сутствия буксования, получаемое из уравнения возможности движения АТС.

Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач выбира- ют из условий обеспечения оптимальных показателей как тягово-скоростных, так и топливно-экономических свойств.

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

При этом передаточные числа промежуточных ступеней определяют по формуле:

Расчет тяговой диаграммы АТС

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

Определение скорости движения АТС на k-й ступени коробки передач Скорость движения АТС на k-й ступени коробки передач определяется поформуле:

Определение силы, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха

Силу, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха, рассчиты- вают по формуле:

P = W V 2= 0,594*70,5=2952,3 Н

Определение силы тяги на k-й ступени коробки передач

Силу тяги на k-й ступени коробки передач рассчитывают по формуле:

Построение тяговой диаграммы

Результаты расчетов по сводят в таблицу.

По данным таблицы строят тяговую диаграмму АТС.

На рисунке показывают максимальную силу тяги на низшей ступени коробки передач с указанием ее числового значения и размерности. Кривые силы тяги после срабатывания ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (при его наличии) показывают штриховой линией.

Тяговая диаграмма

Рис 2.2 Тяговая диаграмма

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПАСПОРТА АТС

Определение динамического фактора на k-й ступени коробки передач

Динамический фактор на k-й ступени коробки передач определяется по формуле:

Построение динамического паспорта

Результаты расчета по формуле (3.1) сводя т в таблицу 3.1

Таблица 3.1Динамическая характеристика

На этом же листе строят номограмму нагрузок и характеристику маршру-та. Таким образом, рисунок 3.1 представляет собой динамический паспорт

.Среднюю скорость на маршруте можно определить графоаналитическим методом Г.В. Зимелева, который заключается в следующем. Строят график, в первом квадранте которого наносят динамическую характеристику, во втором -диаграмму, состоящую из прямоугольников с основаниями, равными длинам участков маршрута, и высотами, равными коэффициентам общего дорожного сопротивления каждого участка

Рис.3.1.Динамическая характеристика

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИЕМИСТОСТИ АТС

Приемистость - это способность АТС быстро увеличивать скорость движения. Приемистость оценивают величинами максимального ускорения на твердой горизонтальной дороге, времени и пути разгона в заданном интервале изменения скорости движения. Ускорение, которое может развивать автомобиль в определенных дорожных и нагрузочных условиях, определяет, в конечном счете, величину средней скорости движения и, следовательно, эффективность транспортного процесса. Чем больше ускорение, тем, при прочих равных условиях, тем выше средняя скорость движения.

Определение ускорения АТС на k-й ступени коробки передач

Ускорение АТС при разгоне на k-й ступени коробки передач

Где -коэффициент учета вращающихся масс на k-й ступени коробки передач.

Коэффициент учета вращающихся масс на k-й ступени коробки передач рассчитывают по формуле:

Построение графика ускорений

Результаты расчета по формуле сводят в таблицу 4.1.

Таблица 4.1График ускорений

Рис 4.1 График ускорений

Определение времени и пути разгона АТС

Суть графоаналитического метода определения времени и пути разгона в заданном интервале скоростей, предложенного Е.А. Чудаковым и Н.А. Яковлевым, заключается в следующем.

Для определения времени и пути разгона расчетный интервал скоростей от минимальной устойчивой до нормируемой заданной скорости разбивают на элементарные участки (числом не менее десяти).

Нормируемая заданная скорость:

- для легковых АТС V_анорм =100км/ч.

Ускорение АТС на элементарном участке jсрa , м/с2, можно считать величиной постоянной и определять по формуле:

Скорость АТС на элементарном участке с V_аср , м/с, также считают постоянной и рассчитывают по формуле

Для каждого элементарного участка можно записать V_ac =V_av,+j_acp где t - время изменения скорости от V_av до V _ac.

Тогда время разгона t , с, на элементарном участке можно определить по формуле

Тогда разгона S, на элементарном участке можно определить по формуле

Определение полного времени разгона Время разгона Т60(100), с, без учета переключения передач, рассчитывают по формуле

Определение полного пути разгона

Путь разгона S_60(100), м, в заданном интервале скоростей рассчитывают по формуле

Путь разгона до заданной скорости также увеличивают на величину, соответствующую времени переключения передач. При этом путь, пройденный АТС за время переключения с k-й на (k+1) ступень, , определяют по формуле

Время и путь разгона

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных расчетов определены числовые значения показателей эксплуатационных свойств и построены графики тягового баланса, скоростной характеристики, мощностной характеристики, динамической характеристики.

Анализируя прототип и проектируемый автомобиль можно сделать следующие выводы мощность двигателя уменьшилась, следовательно уменьшилась средняя скорость движения автомобиля. Тягово-скоростные показатели существенно увеличились. Исходя из рассчитанных скоростных и тяговых показателей расход топлива на 100 км. пути уменьшился. Это говорит об экономичности проектируемого автомобиля с улучшенными передаточными числами коробки передач.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основная литература

1. Злобина, Н.И. Динамика автомобиля [Текст] : методические указания к выполнению расчетно-графической работы для студентов по направлению подготовки 23.03.01 - Технология транспортных процессов / Н.И. Злобина, В.А. Зеликов, Г.А. Денисов, Р.А. Кораблев; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». - Воронеж, 2018. - 36 с.

2. Карпов, А.С. Динамика автомобиля [Текст]: текст лекций / А.С. Карпов; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2010. - 239 с.

Размещено на Allbest.ru

...