Тягово-скоростные свойства автомобиля ВАЗ-2170

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый университет ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА Кафедра «Сервис автомобилей и технологических машин (САТМ)»

Курсовой проект по дисциплине: «Теория автомобиля»

Тягово-скоростные свойства автомобиля ВАЗ-2170

Тюмень, 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАЗ — 2170

1. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

2. ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

2.1. Расчет сил тяги и сопротивления движению

2.2. Построение тяговой характеристики

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

3.1. Построение динамического паспорта автомобиля

3.2. Характеристика ускорений

3.3. Графики разгона с переключением передач

3.3.1. График разгона по времени

3.3.2. График разгона по пути

4. ПОКАЗАТЕЛИ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ

4.1. Максимальная скорость движения

4.2. Время разгона на участках пути 400 и 1000 м

4.3. Время разгона до заданной скорости

4.4. Скорость движения на затяжных подъёмах

4.5. Максимальный подъём, преодолеваемый автомобилем СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе приводится методика расчета и анализа тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ-2107 с пятиступенчатой механической трансмиссией. В работе содержатся параметры и технические характеристики данного автомобиля, которые необходимы для выполнения расчетов динамичности, указывается порядок расчета, построения и анализа основных характеристик, указанных эксплуатационных свойств, технических параметров, отражающих особенности конструкции различных автомобилей, режима и условий их движения.

Использование данных методических указаний дает возможность определить значения основных показателей динамичности и выявить зависимость от основных факторов конструкции автомобиля, его загрузки, дорожных условий и режима работы двигателя, т. е. решить те задачи, которые ставятся перед студентом в курсовой работе.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВАЗ 2170

Таблица 1

Основные характеристики

1. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя — режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей.

Построение кривых скоростных характеристик ведется в интервале:

— для бензиновых двигателей от

n_min = 600 — 1000 об/мин до n_max = (1,05 — 1,20)· n_N; (1.1)

где, n_N — частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим напряжением деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д.; минимальная — определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 1000 об/мин:

для для бензиновых двигателей:

; (1.2)

кВт, где — мощность в искомой точке скоростной характеристики двигателя, кВт;

— номинальная эффективная (максимальная) мощность двигателя, кВт;

— частота вращения коленчатого вала в искомой точке скоростной характеристики двигателя, об/мин;

Точки кривой эффективного крутящего момента (М_е) на коленчатом валу двигателя определяют по формуле:

(1.3)

Н•м, где — эффективный крутящий момент в искомой точке скоростной характеристики двигателя, Н•м.

Удельный эффективный расход топлива, g_e г/(кВт· ч), в искомой точке скоростной характеристики, находят по зависимости для бензиновых двигателей:

g_e = g_eN[1,2 — 1,2n_x/n_N+(n_x/n_N)²]; (1.4)

= 275[1,2 — 1,2· 700/5600+(700/5600)²] = 291,84 г/(кВт•ч),

где g_eN — удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт•ч).

Часовой расход топлива, кг/ч:

G_т = g_eN_e•10^-3. (1.5)

= 291,84· 8,25•10^-3 = 2,41 кг/ч.

Данные расчетов, проведенных для различных значений частоты вращения коленчатого вала, сведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Параметры внешней скоростной характеристики

По полученным данным строится график внешних скоростных характеристик. Результаты расчета и полученный график внешней скоростной характеристики необходимы для оценки тягово-скоростных свойств автомобиля

2. ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

2.1 Расчет сил тяги и сопротивления движению При расчете тяговой силы (Р_Т) пользуются значениями скоростной характеристики двигателя.

Для расчета эффективной тяговой силы необходимо знать значения радиуса колеса (r_к), передаточного числа трансмиссии и скорость движения автомобиля на различных передачах при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя.

Радиус колеса для различных типов шин может быть определен по ГОСТ, в котором регламентированы статические радиусы для ряда значений нагрузки и давления воздуха в шинах.

Кроме того, радиус колеса (в метрах), можно рассчитать по номинальным размерам шины, используя выражение:

r_к = 0,5d+?· л_ш·В_ш = 0,5· 0,4064+0,75·0,87·0,225=0,35, (2.1)

где d — диаметр обода колеса, м;

В_ш — ширина профиля шины, м;

?=Н/В — отношение высоты профиля к ширине в процентах;

л_ш — коэффициент смятия шины (для стандартных шин легковых автомобилей л_ш = 0,84…0,88)

Для определения скорости движения задается ряд значений частоты вращения коленчатого вала двигателя (n_e, об/мин): 500, 1000, 1500,…, n_емах. Значения скорости движения (V_а, м/с), соответствующие указанному ряду частот, рассчитывают по формуле:

(2.2)

где V_a — скорость автомобиля, м/с;

i_тр — передаточное отношение трансмиссии.

м/с, Передаточное отношение трансмиссии автомобиля определяется передаточным отношением основной коробки передач (i_к), делителя (i_д) и главной передачи (i_о):

i_тр = i_к i_д i_{о ,} (2.3)

где i_к — передаточное число основной коробки передач;

i_д — передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор);

i_г — передаточное число главной передачи.

i_I = 3,636· 3,9 = 14,18,

i_II = 1,95· 3,9 = 7,605,

i_III = 1,357· 3,9 = 5,29,

i_IV = 0,941· 3,9 = 3,67,

i_V = 0,784· 3,9 = 3,06,

Движение автотранспортного средства определяется действием сил тяги и сопротивления движению. Совокупность всех сил, действующих на автомобиль, выражает уравнения силового баланса:

Р_i = Р_д+ Р_о+ P_тр+ Р+ P_w + P_j ,(2.4)

где: P_i — индикаторная сила тяги, H;

Р_д, Р_о, P_тр, P, P_w, P_j — соответственно силы сопротивления двигателя, вспомогательного оборудования, трансмиссии, дороги, воздуха и инерции, H.

Значение индикаторной силы тяги можно представить в виде суммы двух сил:

Р_i = Р_д + Р_е, (2.5)

где P_е — эффективная сила тяги, H.

Значение P_е рассчитывается по формуле:

₌, (2.6)

где: M_е — эффективный крутящий момент двигателя, Нм;

r — радиус колес, м

iпередаточное число трансмиссии.

Если в задании на курсовую работу положение дроссельной заслонки не указывается, то зависимость эффективной силы тяги строят для случая работы двигателя при полной подаче топлива (100% открытии дросселя).

В этом случае, значение M_е принимают по внешней скоростной характеристике двигателя, которую можно найти в соответствующей технической литературе.

Значения силы сопротивления двигателя Р_д, приведенной к ведущим колесам автомобиля, определяются по формуле:

(2.7)

где: V_h — рабочий объём цилиндров двигателя (литраж), л;

S_п — ход поршня, м;

— число ходов поршня за один цикл (тактность ДВС);

p_до — среднее давление механических потерь при вращении вала с предельно низкой частотой (n_е? 0), МПа;

k_Д — коэффициент, учитывающий увеличение давления механических потерь при повышении скорости движения поршней в цилиндрах, МПа с/м.

Силу сопротивления вспомогательного оборудования автомобиля (P_о), приведенную к ведущим колесам, определяют по формуле:

(2.8)

где p_оо — среднее давление газов, обеспечивающее привод вспомогательного оборудования автомобиля при предельно низкой частоте вращения коленчатого вала (n_е 0), МПа;

k_o — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления вспомогательного оборудования при возрастании частоты вращения коленчатого вала, МПа с²_. Значения параметров p_оо и k_o, а также p_д и k_Д приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Значения параметров при расчете силы сопротивления двигателя

Н, Таким образом, тяговая сила может быть рассчитана по формуле:

P_Т =, (2.9)

где P_Т — сила тяги, Н.

P_Т = Н, Расчеты также производят для каждой передачи и заносят в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

Зависимость силы тяги от частоты вращения коленчатого вала двигателя

Численное значение коэффициента обтекаемости и площади лобовой проекции равно k = 0,38 Нс²/м⁴; F = 3,4 м^2;

Так как в задании на курсовую работу не указываются дорожные и атмосферные условия движения автомобиля, то силы сопротивления Р_тр, Рj, Р_w рассчитываются для случая равномерного движения автомобиля (j_а= 0 м/с) по горизонтальной (б = 0), ровной асфальтобетонной дороге (f_о = 0,015; f₁ =110 ^-5 с²/м²), при безветрии (V_в = 0 м/с), что соответствует условиям испытаний, предусмотренным ГОСТ 22 576–90.

2.2 Построение тяговой характеристики Тяговая характеристика автомобиля — это совокупность кривых, характеризующих зависимость индикаторной силы тяги автомобиля, а также сил сопротивления от скорости его движения на различных передачах.

Результаты расчетов P_i, Р_е, Р_д, P_о, Р_тр, Р, Р_w и V_а применительно к различным ступеням коробки передач.

Используя полученные значения сил, строят графики зависимости сил тяги и сопротивления от скорости движения автомобиля на разных передачах, т. е. тяговую характеристику.

Полученная тягово-скоростная характеристика автомобиля в дальнейшем будет применяться для оценки скоростных свойств.

Таблица 2.3.

Движущие силы и силы сопротивления движению автомобиля

тяга автомобиль разгон скорость

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

3.1 Построение динамического паспорта автомобиля Динамическая характеристика автомобиля — это совокупность кривых, описывающих значение динамического фактора при движении автомобиля на разных передачах с различными скоростями.

При построении графиков, связывающих динамический фактор (Д) и скорость движения (V_а), используют результаты ранее выполненных расчетов сил тяги и сопротивления движению (табл. 3.1).

Значения динамического фактора рассчитываются по формуле:

Д = [P_е — (P_о + P_тр + P_w)]/G. (3.1)

Таблица 3.1.

Результаты расчета динамического фактора от частоты вращения двигателя и выбранной передачи

Расчет Д производят применительно к той нагрузке, которая указана в задании на КР, но так как величина нагрузки в задании не указана, то расчет Д осуществляют применительно к полной (номинальной) загрузке автомобиля. Результаты расчетов Д, соответствующие разным передачам и скоростям движения, занесены в таблицу 3.1 и используются для построения графиков.

Динамический паспорт автомобиля, позволяет оценить тягово-скоростные свойства при различных нагрузках на автомобиль.

Динамическим паспортом автомобиля называется его динамическая характеристика с номограммой нагрузок и графиком контроля буксования.

Затем сплошными линиями соединяют одинаковые значения динамических факторов D₀ и D_a на осях ординат снаряженного и полностью груженого автомобилей.

График контроля буксования строят на номограмме нагрузок автомобиля. С помощью этого графика сопоставляют динамические факторы по тяге D и сцеплению D_cu с целью определения возможности буксования ведущих колес при различных нагрузках на автомобиль.

Для построения графика контроля буксования сначала рассчитывают динамические факторы по сцеплению при разных нагрузках на автомобиль.

При этом используют следующие выражения:

D_{0 сц} =; (3.2)

D_а сц =, (3.3)

Таблица 3.2.

Результаты расчета динамические факторы по сцеплению снаряженного автомобиля и автомобиля с полной нагрузкой

где: D_0сц и D_асц — динамические факторы по сцеплению соответственно снаряженного автомобиля и автомобиля с полной нагрузкой;

G_o и G_a — вес соответственно снаряженного и полностью груженого автомобилей;

G_o2 и G_a2 — вес, приходящийся на ведущие колеса соответственно снаряженного и полностью груженого автомобилей;

ц_х — коэффициент продольного сцепления (ц_х = 0,1…0,8)

Найденные значения динамических факторов по сцеплению (таб.3.2) откладывают на вертикалях D_o и D_a, номограммы нагрузок в том же масштабе, что и динамические факторы по тяге, и их одинаковые значения соединяют штриховыми линиями, над которыми указывают соответствующие значения ц_х.

3.2 Характеристика ускорений Характеристика ускорений — это совокупность кривых, характеризующих ускорения автомобиля (j, м/с²) при различных скоростях движения на разных передачах.

Значения ускорений определяют исходя из ранее построенной динамической характеристики. При этом величины ускорений рассчитывают по формуле:

(3.4)

где: g = 9,8 м/с² — ускорение свободного падения;

— коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при включении i-ой передачи.

Таблица 3.3

Результаты расчета ускорения от частоты вращения двигателя и выбранной передачи

Значения вычисляют по формуле:

(3.5)

где: J_д, J_к, J_тр — соответственно моменты инерции двигателя (а также связанных с ним деталей)_, колес и трансмиссии, кгм²;

М_н, М — соответственно полная масса автомобиля при номинальной и заданной загрузке, кг.

(3.6)

Полученные для различных передач значения ускорения сводят в таблицу 3.3.

Полученные графики ускорений дают наглядное представление о возможностях автомобиля увеличить скорость движения и могут быть использованы для построения графика разгона автомобиля с переключением передач.

3.3 Графики разгона с переключением передач Время и путь разгона определяют следующим образом. Кривые графика ускорений (см. рис. 3.2) разбивают на ряд отрезков, соответствующих определенным интервалам скоростей:

на низшей передаче — 0,5…0,8 м/с, на промежуточных — 1,4…2,8 м/с на высшей — 2,8…4,2 м/с.

Внутри каждого интервала скорости ДV ускорение автомобиля можно считать постоянной величиной, равной его среднему значению:

(3.7)

где j (V_k+1) и j (V_k) — ускорения соответственно в начале и в конце интервала скорости, м/с. Результаты расчетов в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Результаты расчета среднего ускорения на повышенной передаче

Расчет проводим для каждой передачи, при этом V_n^I = V₁^II, V_n^II = V₁^III и т. д. Результаты заносятся в таблицу (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Среднее значение ускорения в выбранном интервале скоростей на повышенной передаче

Среднее ускорение можно также рассчитать, зная значения скорости в начале и конце интервала. Так, например, при изменении скорости от V_k до V_k+1 среднее ускорение:

(3.8)

где Дф_k — время разгона в заданном интервале скоростей, с.

Из последнего выражения определяем время разгона в интервале скоростей от V_k до V_k+1:

. (3.9)

Таблица 3.6

Среднее значение ускорения в выбранном интервале скоростей на передаче

Вычислив значение времени разгона в каждом интервале скоростей, находим общее время разгона на (п-1)· т интервалах от минимальной V_min до скорости V_k по формуле:

ф_р = Дф₁ + Дф₂ +…+ Дф_{(п-1)· т} + (т-1)· ф_nп = 99,62 © (3.10)

где ф_пп — время переключения передач, с ;

т-1 — количество переключений при разгоне.

На некоторых автомобилях одни из передач не имеют синхронизаторов, это необходимо учитывать при расчете времени ф_р.

Таблица 3.7

Время, затрачиваемое на переключение передач

Уменьшение скорости, м/с, автомобиля при переключении передач, зависящее от дорожных условий, скорости движения и параметров обтекаемости, определяется по формуле:

ДV_пп = 9,43ф_ппш=9,43· 0,5·0,045=0,2122 (3.11)

Таким образом, рассчитав все параметры, строим кривую времени разгона (рис. 3.5).

Определяют среднее ускорение на определенном интервале по формуле:

(3.12)

где — ускорение определяемое по графику ускорений на j-ой передаче, м/с². Результаты приведены в таблице 3.8.

Значение ускорений в определенных точках определяют из графика ускорений. Затем зная начальную и конечную скорость в интервале и его среднее ускорение по формуле находят Дф_р по формуле:

(3.13)

Результаты расчета приведены в таблице 3.9

Таблица 3.8

Результаты расчета среднего ускорения на повышенной и пониженной передаче

Таблица 3.9

Результаты расчета среднего времени на повышенной и пониженной передаче

Для нахождения пути разгона используют те же интервалы скоростей, которые были выбраны при определении времени разгона. При этом считается, что в каждом интервале скоростей автомобиль движется равномерно со средней скоростью:

. (3.14)

При разгоне от скорости V_k до V_k+1 путь разгона в этом интервале скоростей:

ДS_k = V_cpk Дt_k, (3.15)

или с учетом предыдущей формулы:

. (3.16)

Расчет проводим для каждой передачи. Результаты расчета скорости и пути разгона приведены в таблицах 3.11.

Таблица 3.10

Результаты расчета скорости автомобиля

Таблица 3.11

Результаты расчета пути при разгоне автомобиля на повышенной передаче

Среднее ускорение, развиваемое автомобилем на отдельных передачах и в целом за весь разгон, определяют по формуле:

(3.17)

где и — конечная и начальная скорости движения автомобиля на j-ой передаче, м/с;

— время разгона автомобиля на j-ой передаче, с.

Рассмотренный метод определения времени и пути разгона автомобиля является приближенным. Поэтому полученные при расчете результаты могут несколько отличаться от действительных.

Таблица 3.12

Результаты расчета пути при разгоне автомобиля на повышенной передаче

4. ПОКАЗАТЕЛИ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ Построенные характеристики тягово-скоростных свойств автомобиля позволяют определить численные значения основных показателей динамичности. Номенклатура показателей и методика их определения приводятся ниже.

4.1 Максимальная скорость движения Данный показатель определяется по графикам силового баланса, соответствующим движению автомобиля на высшей передаче в заданных дорожных условиях, при заданной подаче топлива и нагрузке.

Максимальная скорость движения соответствует точке пересечения кривых (Р_i — Р_д — Р_о) и (Р_тр + Р_w + Р_f). Если они не пересекаются, то максимальная скорость определяется исходя из максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя по формуле:

(4.1)

Входящие в представленную формулу числовые значения берутся из ранее проведенных расчетов.

4.2 Время разгона на участках пути 400 и 1000 м Для определения указанных показателей приемистости автомобиля вначале по графику V=f (S) определяются значения скорости в момент прохождения автомобилем отметок 400 и 1000 м. После этого по графику V=f () определяется время разгона на пути 400 и 1000 м. Результат в таблице 4.2.

4.3 Время разгона до заданной скорости Данный показатель динамичности определяется по графику разгона V_а = f (). Заданная скорость движения указывается в задании на курсовую работу. При отсутствии указаний ее значение для различных типов автомобилей принимается из табл. 4.1.

Таблица 4.1

Конечная скорость движения различных типов транспортных средств

4.4 Скорость движения на затяжных подъемах Ее значение определяется по динамической характеристике автомобиля при коэффициенте сопротивления дороги = 0,045. Задавая указанное значение, по графикам динамической характеристики определяют наибольшую скорость автомобиля, при которой Д = 0,045.

4.5 Максимальный подъем, преодолеваемый автомобилем Его значение определяется для случая движения на 1-ой передаче основной коробки передач и пониженной передаче делителя (если он предусмотрен в конструкции автомобиля) по формуле:

i_мах = (Д_1мах— 0,012) 100% = (0,443- 0,012)· 100% = 43,09% (4.2)

Полученные значения показателей скоростных свойств, приемистости и тяги сводятся в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Оценочные показатели тягово-скоростных свойств автомобиля на повышенной передаче

Таблица 4.2

Оценочные показатели тягово-скоростных свойств автомобиля на пониженной передаче

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных расчетов по ходу курсовой работы были построены следующие графики: скоростная характеристика автомобиля, тяговая характеристика автомобиля, динамическая характеристика автомобиля, характеристика ускорений, график разгона автомобиля с переключением передач по пути и по времени.

1. Барахтанов, Л. В. Проходимость автомобиля / Л. В. Барахтанов, В. В. Беляков, В. Н. Кравец. — Н-Новгород, НГТУ, 1996. 198 с.

2. Безверхий, С. Ф. Основы технологии полигонных испытаний автомобилей и сертификация автомобилей: учебник/ С. Ф. Безверхий, Н. Н. Яценко. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. — 600 с.

3. Высоцкий, М. С. Грузовые автомобили / М. С. Высоцкий, Л. Х. Гилелес, С. Г. Херсонский. — М.: Машиностроение, 1995. — 256 с.

4. Кравец, В. Н. Проектирование автомобиля: учеб. пособие для студентов вузов / В. Н. Кравец. — ННовгород: Нижегород. политехн. ин-т, 1992. — 230 с.

5. Литвинов, А. С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: учебник/ А. С. Литвинов, Я. Е. Фаробин. — М.: Машиностроение, 1989. 240 с.

6. Машиностроение. Энциклопедия: учебник для технических вузов / В. Ф. Платонов. В. С. Азаев. Е. Б. Алекандров; под ред. В. Ф. Платонова. — М.: Машиностроение, 1997. — 688 с.

7. Нарбут, А. Н. Гидромеханические передачи автомобилей: учеб. пособие. Часть 1. Гидротрансформаторы. — М.: МАДИ. 1996. — 62 с.

8. Осепчугов, В. В. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчёта

: учебник/ В. В. Осепчугов, А. К. Фрумкин. — М.: Машиностроение, 1989. — 304 с.

9. Петров, М. А. Теория автомобиля: учеб. пособие для студентов вузов / В. А. Петров. — М.: МГОУ, 1996. — 180 с.

10. Селифонов, В. В. Устойчивость автомобиля против заноса и опрокидывания: учебник/ В. В. Селифонов, О. И. Гируцкий. — М.: МАМИ, 1991. — 55 с.

11. Смирнов, Г. А. Теория движения колесных машин: учеб. пособие для студентов вузов / Г. А. Смирнов. — М.: Машиностроение, 1990. — 352 с.

12. Юрчевский, А. А. Автоматизация агрегатов и систем автомобиля. Тормозное управление: / А. А. Юрчевский, Б. Ф. Еникеев, А. И. Попов. — М.: МАДИ, 1996. — 56 с.

13. Туревский, И. С. Теория автомобиля: учеб. пособие для студентов вузов / И. С. Туревский. — М.: Высш. шк., 250. — 240 с.: ил.

14. Копотилов, В. И. Автомобили: теоретические основы: учеб. пособие для студентов вузов / В. И. Копотилов. -Тюмень: ТюмГНГУ,

1999. — 403 с.

Скоростная характеристика двигателя

Тяговая характеристика

Динамический паспорт авто

Характеристика ускорений

Графики разгона с переключением передач

График разгона в зависимости от времени разгона

График разгона в зависимости от пути разгона