Тяговый расчёт автомобиля
Расчет мощности двигателя автомобиля Расчет мощности двигателя ведем, исходя из выполнения двух условий: во-первых, мощности должно хватить для разгона автомобиля до максимальной скорости, указанной в задании, во-вторых, на четвёртой передаче при скорости двигателя щТ, соответствующей максимальному крутящему моменту, динамический фактор Da должен быть не меньше указанного в задании на тяговый… Читать ещё >
Тяговый расчёт автомобиля (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Ульяновский государственный университет Инженерно-физический факультет высоких технологий Кафедра Физического материаловедения Тяговый расчёт автомобиля Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Теория автомобиля»
Руководитель работы проф. каф.
«Физическое материаловедение»
Хусаинов А.Ш.
Выполнил студент гр. АиТ-41
Пылаев Д.А.
Ульяновск, 2010 г.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Ульяновский государственный университет Инженерно-физический факультет высоких технологий Кафедра Физического материаловедения Задание на курсовую работу «Тяговый расчёт автомобиля»
по дисциплине «Теория автомобиля»
Выполнить тягово-динамический расчет:
легкового переднеприводного автомобиля. В качестве прототипа принять ВАЗ-1118 «Калина».
Для шин 185/60R14 82H определить статический радиус качения.
Рассчитать максимальную мощность двигателя автомобиля при:
Vmax = 170 км/ч; Da = 0,1 и построить его внешнюю скоростную характеристику.
Рассчитать передаточные числа в трансмиссии при:
Ш1 = 0,39.
Построить силовой и мощностной балансы, динамический паспорт автомобиля.
Построить разгонную характеристику автомобиля.
Рассчитать давление воздуха в шинах.
Построить топливно-экономическую характеристику автомобиля.
Дата выдачи задания «___"_____________2009г.
Руководитель Хусаинов А.Ш.
Студент гр. АиТ-41 Пылаев Д.А.
Срок защиты проекта «___"_____________2010г.
АННОТАЦИЯ курсовой работы по дисциплине «Теория автомобиля» студента группы АиТ-41 Пылаева Д. А. на тему: «Тяговый расчёт автомобиля».
Пояснительная записка на 34 страницах.
В курсовой работе проведён тяговый расчёт автомобиля (прототип — автомобиль ВАЗ 1118 «Калина»). Выполнен расчёт мощности двигателя автомобиля, передаточных чисел трансмиссии, проведён расчёт динамики и топливной экономичности автомобиля.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Исходная информация для выполнения расчета
1.1 Характеристика автомобиля-прототипа ВАЗ-1118 «Калина»
1.2 Анализ характеристики прототипа
2. Расчет мощности двигателя автомобиля
3. Расчет передаточных чисел в трансмиссии
4. Расчет динамики автомобиля
4.1 Силовой и мощностной балансы автомобиля
4.2 Построение динамического паспорта автомобиля
4.3 Разгон автомобиля. Время и путь разгона
5. Расчет топливной экономичности и построение экономической характеристики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Исходная информация для выполнения расчета
1.1 Характеристика автомобиля-прототипа ВАЗ-1118 «Калина»
Масса снаряженного (полностью заправленного и укомплектованного) автомобиля Мо = 1080 кг, при развесовке по осям: на переднюю
М01 = 650,0 кг, на заднюю М02 = 440,0 кг.
Полная масса автомобиля (полностью загруженного) Ма = 1555 кг, при развесовке по осям: на переднюю Ма1 = 730 кг, на заднюю
Ма2 = 825 кг.
Максимальная скорость полностью груженого автомобиля
Va max = 170 км/ч (47,22 м/с).
Коробка передач — механическая, двухвальная; число передач k = 5; передаточные числа 1 — 5 передач соответственно 3,636; 1,95; 1,357; 0,941; 0,784.
Колеса (колесные диски) и шины:
присоединительные размеры колес 4 PCD98 ET35 58,6
(4 отверстия на Ш98 мм (т.е. на Ш 3,86`); вылет диска 35 мм; центральное отверстие 58,6 мм).
Размерность шин и колес:
Шины | Колеса (диски колес) | Давление воздуха, кПа | ||
передние шины | задние шины | |||
185/60R14 82H | 5ЅJЧ14H2 (стальные) | |||
175/65R14 82H | 5JЧ14H2 (стальные) | |||
Размеры автомобиля:
длина … Lг =4,04 м;
ширина… Вг = 1,7 м;
высота… Нг = 1,5 м;
колея наибольшая… Вк = 1,43 м;
база… L = 2,47 м;
высота центра масс… hg=0,7 м; м.
Коэффициент аэродинамического сопротивления сх = 0,378;
двигатель: ВАЗ-21 114−50 (ВСХ см. рис. 1)
бензиновый, поперечный, рядный, четырехцилиндровый, с распределённым впрыском топлива;
мощность …Pmax = 80,9 л.с. (59 500 Вт)
при np = 5100…5300 об/мин (щp = 545 c-1);
крутящий момент… Tmax = 12,23 кгс•м (120 Н•м) при nT = 2800…3200 об/мин (щT = 314 c-1);
удельный часовой расход топлива ge = 250 г/кВт· ч;
коэффициент коррекции мощности Кр = 0,95.
Вся вышеприведенная информация принимается к сведению и частично будет использована в дальнейших расчетах.
1.2 Анализ характеристики прототипа Площадь миделева сечения (площадь продольной проекции автомобиля на вертикальный экран) приближенно оценивают по габаритной высоте Нг и наибольшей колее автомобиля Вк:
А = Нг • Вк. А= 1,5 • 1,43 = 2,15 м².
Определим КПД для режима полного нагружения трансмиссии:
где z, k, n — число соответственно цилиндрических и конических передач, карданных шарниров.
Автомобиль ВАЗ-1118 «Калина» имеет z = 2 на всех передачах; k = 0; n = 0. На режиме максимальной скорости на всех передачах
.
Для проектируемого автомобиля принимаем нагрузки на оси прототипа. Определим его коэффициенты развесовки:
Доля массы автомобиля, приходящаяся на оси
;;; ,
где q01, q02, qa1, qa2 — соответственно нагрузка на переднюю (1) и заднюю (2) оси снаряженного (0) и полностью груженого (а) автомобиля.
; ;
; .
Найдем положение центра масс:
L1 = L•qa1; L2 = L•qa2;
L1 = 2,47 • 0,47 = 1,16 м.
L2 = 2,47 • 0,53 = 1,31 м.
Согласно исходным данным максимальная осевая нагрузка приходится на заднюю ось груженого автомобиля (825 кг). Учитывая, что у прототипа нет спаренных колес, то максимальная масса приходится на каждое из задних колес при полной загрузке автомобиля
кг.
Вес, приходящийся на колесо
Gк = Mкa2 · g.
Gк =413 · 9,81 = 4052 Н.
Максимальная скорость проектируемого автомобиля (совпадает со скоростью прототипа) 170 км/ч. Назначаем индекс скорости — R (170 км/ч) [1, с. 11].
Назначаем индекс несущей способности шины — 77 (4120 Н).
Выбираем шины 185/60R14 R77.
Рассчитаем статический радиус качения шины:
rc = 0,5 · d + Вш • Д · лсм, где d — посадочный диаметр шины, м; Вш — ширина профиля шины, м; Д — относительная высота профиля шины; лсм = 0,8…0,85 — смятие радиальной шины легкового автомобиля.
rc = 0,5 · 14 · 0,0254 + 0,185 · 0,60 · 0,825 = 0,269 м.
По справочным данным принимаем коэффициент сопротивления качению f0 = 0,015, коэффициент влияния скорости Af = 5,5 • 10−4 с2/м2 [1, с. 11].
По паспортным данным двигателя автомобиля-прототипа определяем его коэффициенты приспособляемости по скорости Кщ = щp /щT.
Кщ = 545 / 314 = 1,73
и по его крутящему моменту КТ = Тmax / Tp.
Tp = Pmax/щp.
Tp = 59 500/545 = 109 Н•м.
КТ = 120 / 109 = 1,101,
где щp, щT — скорость двигателя соответственно при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте, с-1; Тmax, Tp — крутящий момент соответственно максимальный и при максимальной мощности, Н•м.
2. Расчет мощности двигателя автомобиля Расчет мощности двигателя ведем, исходя из выполнения двух условий: во-первых, мощности должно хватить для разгона автомобиля до максимальной скорости, указанной в задании, во-вторых, на четвёртой передаче при скорости двигателя щТ, соответствующей максимальному крутящему моменту, динамический фактор Da должен быть не меньше указанного в задании на тяговый расчет.
Сначала расчет ведем по мощности, необходимой для поддержания максимальной скорости:
где fk — сопротивление качению шины при максимальной скорости автомобиля [1, 5]:
fk = f0 · (1 + Af · V2).
fk = 0,015 · (1 + 0,55 · 47,222) = 0,033.
82 452 Вт.
Таким образом, для поддержания максимальной скорости полностью груженого автомобиля необходим двигатель мощностью Ре = 83 кВт.
Проведем расчет необходимой мощности двигателя для обеспечения заданного динамического фактора.
Найдем скорость автомобиля, при которой динамический фактор должен быть близок к максимуму:
VD = Vmax/Kщ.
VD = 47,22/1,73 = 27,29 м/с (98 км/ч).
Рассчитаем динамичность автомобиля для скорости 80…100 км/ч.
По табл. 1 выбираем угловую скорость двигателя, которая бы соответствовала указанному выше диапазону
.
с-1; с-1.
Таблица 1
Расчет крутящего момента и мощности двигателя по характеристике прототипа
Двигатель прототипа | Новый двигатель | ||||||
ne см. рис. 1 | Mкр см. рис. 1 | Кпе= ne/5200 | Кме= Mкр/129 | щe= ne/9,549 | Te= Кме•174 | Pe = Te• щe | |
мин-1 | Н•м | ; | ; | с-1 | Н•м | кВт | |
0,192 | 0,1 | ||||||
0,240 | 0,287 | ||||||
0,288 | 0,643 | ||||||
0,337 | 0,829 | ||||||
0,385 | 0,930 | ||||||
0,433 | 0,984 | ||||||
0,481 | 0,984 | ||||||
0,529 | 0,992 | ||||||
0,577 | 1,000 | ||||||
0,625 | 0,984 | ||||||
0,673 | 0,969 | ||||||
0,721 | 0,969 | ||||||
0,769 | 0,969 | ||||||
0,817 | 0,953 | ||||||
0,865 | 0,930 | ||||||
0,913 | 0,899 | ||||||
0,961 | 0,876 | ||||||
1,000 | 0,845 | ||||||
1,010 | 0,829 | ||||||
1,058 | 0,783 | ||||||
1,106 | 0,721 | ||||||
1,154 | 0,659 | ||||||
Указанному выше диапазону скоростей движения автомобиля соответствует диапазон угловых скоростей 256…321 с-1. По табл. 1 в найденный диапазон попадают три табулированных значения 261, 288 и 314 с-1. Выбираем большее значение, так как силы сопротивления на больших скоростях больше, а динамичность автомобиля может оказаться ниже указанного в задании Da = 0,1.
Найдем необходимую для обеспечения заданной динамичности автомобиля мощность его двигателя на скорости VD = 100 / 3,6 = 27,8 м/с
.
58 006 Вт.
Таким образом, при скорости, соответствующей максимальному крутящему моменту, двигатель должен иметь мощность около 58 кВт. Максимальную же мощность двигателя найдем с помощью ВСХ прототипа (см. табл. 1, рис.1):
.
=85 602 кВт.
Таким образом, для обеспечения динамического фактора Da = 0,1 на скорости 100 км/ч необходим двигатель максимальной мощностью около 86 кВт. Учитывая, что для обеспечения максимальной скорости достаточно мощности 83 кВт, окончательно принимаем Рmax = 86 кВт, так как этот двигатель обеспечит выполнение обоих указанных в третьем пункте задания параметров. При этом максимальная скорость автомобиля будет несколько выше заданной.
Определим паспортные характеристики нового двигателя:
Рmax = 86 кВт при 545 с-1 (5200 об/мин);
при щТ.
174 Н•м при щТ = 314 с-1.
Рис. 1. ВСХ двигателя ВАЗ — 21 114−50
По графику Мкр (см. рис. 1) определяем значения крутящего момента для всех значений скорости двигателя в пределах его рабочего диапазона с шагом 250 мин-1. Затем эти данные представляем в безразмерном виде (каждое значение Mкр делим на пиковое значение данного параметра (т.е. на 129), а каждое значение скорости двигателя — на скорость при максимальной мощности (т.е. на 5200). Результаты сводим в табл. 1 (столбцы «двигатель прототипа»). Минимальную устойчивую частоту вращения коленвала бензинового двигателя принимаем 1000 мин-1. Максимальную частоту вращения коленвала задаем выше на (5…15) % частоты, при которой двигатель развивает максимальную мощность.
Для безразмерных значений из таблицы 1 строим диаграмму.
Рис. 2. Безразмерная зависимость крутящего момента то скорости двигателя:
1 — кривая, построенная по данным табл. А2;
2 — 4 — тренды полиномов соответственно 4, 5 и 6 степени Наиболее близко повторяет исходную кривую тренд 6 степени:
.
Имея максимальное значение крутящего момента двигателя, вычисляем значения крутящего момента при различных значениях угловой скорости ще
где, Тmax = 174 Н•м.
По полученным значениям момента вычисляем соответствующие значения мощности (см. табл. 1, последний столбец)
Pe = Te • щe.
Результаты расчета по любой из вышеприведенных методик представляем в виде графика, методика построения которого приведена ниже.
Сначала строим график зависимости мощности Ре двигателя от угловой скорости ще (рис. 3).
Максимум оси ординат (Ре) получаем, округляя максимальное из значений мощности в большую сторону до ближайшего целого значения, делящегося без остатка на любое число от 4 до 10 (количество строк на графике). В нашем случае 99 округляем до YРmax = 100. Шаг шкалы назначаем таким образом, чтобы получилось четное число строк на графике. ДYP = 10 (10 строк). Шкала наносится по всему левому краю диаграммы.
Шкалу абсцисс (ще) назначаем от 100 до 550 (см. табл. 1) с шагом 50.
На диаграмме Ре (ще) строим график Те (ще).
Максимальное значение YTmax шкалы Те должно быть больше максимального момента двигателя Тmax = 174 Н•м, а минимум шкалы YTminменьше минимального Тmin = 17 Н•м. Разность между значениями шкалы YTmax — YTmin должна делиться без остатка на половинное число строк, принятое в п. 1.1. В нашем случае выбираем YTmax = 176; YTmin = 16. Тогда шаг шкалы ДYТ = (YTmax — YTmin) /5 = 32.
Вычислим «смещение» шкалы момента относительно середины шкалы мощности
ДYY = YPmax / 2.
ДYY = 100 / 2 = 50.
Вычислим коэффициент пропорциональности шкал мощности и момента
.
.
Вычисляем приведенные значения крутящего момента по зависимости
.
Результаты вычислений сводим в табл. 2.
Таблица 2
Приведение значений крутящего момента к шкале мощности ВСХ
Te, Н•м | Tприв | |
Таблица 3
Табулированные значения ВСХ двигателя
щe | Te | Pe | |
с-1 | Н•м | кВт | |
3. Расчет передаточных чисел в трансмиссии Расчет трансмиссии дорожного автомобиля начинаем с главной передачи. Общее передаточное отношение главной передачи определим из отношения угловых скоростей двигателя и ведущих колес на максимальной скорости, предполагая, что и двигатель будет работать на режиме максимальной мощности
где щр — угловая скорость ведущего вала главной передачи (она равна скорости двигателя;
i4 — передаточное число четвёртой передачи автомобиля-прототипа.
.
Передаточное число первой передачи КП рассчитываем из условия обеспечения необходимой тяги в нормальных дорожных условиях по преодолеваемому сопротивлению Ш1:
;
.
Четвертую передачу в КП примем как у прототипа, т. е. .
Передаточные числа второй, третьей и пятой передач найдём с помощью прогрессии (по гиперболическому ряду):
где k — номер рассчитываемой передачи; п — номер прямой передачи.
Получаем i2 = 1,813; i3 = 1,289; i5 = 0,583.
Максимальные скорости автомобиля на различных передачах:
V1max = 170/3,057 = 55,61 км/ч;
V2max = 170/1,813 = 93,77 км/ч; щmin = 545/3,057 • 1,813 = 323 c-1;
V3max = 170/1,289 = 131,89 км/ч; щmin = 545/1,813 • 1,289 = 387 c-1;
V4max = 170 км/ч; щmin = 545/1,289 • 0,941 = 398 c-1.
Рис. 4. Скоростная характеристика автомобиля Второе значение передаточного числа пятой передачи можно получить, решая кубическое уравнение мощностного баланса для оптимальной загрузки двигателя по мощности и угловой скорости. Воспользуемся формулой Кардано ([6]).
;
k2 = 1555 • 9,81 • 0,015 • 0,55 + 0,5 • 0,378 • 1,202 • 2,15 = 0,61 428;
;
k1 = 1555 • 9,81 • 0,015 / 0,61 428 = 372,50;
;
k0 = -(0,75 • 86 000 • 0,96 • 0,95)/0,61 428 = -95 760,9;
;
D = (372,5/3)3 + (-95 760,9/2)2 = 2 294 451 815;
;
= 43,04 м/с;
iэк = 0,75 • 545 • 0,269 / 43,04 / 3,299 = 0,774.
Таким образом, максимальная топливная экономичность автомобиля будет достигнута на скорости V эк = 43,04 м/с (155 км/ч) при передаточном числе пятой передачи в КП iэк = 0,836. Такой скоростной режим поддерживать в РФ нельзя, поэтому этот результат не приемлем. Четвертый вариант передаточного числа пятой передачи рассчитаем, подбирая по минимальному расходу топлива на скорости 90 км/ч: i5 = 0,583 (см. раздел 5).
4. Расчет динамики автомобиля
4.1 Силовой и мощностной балансы автомобиля В силовой баланс автомобиля при равномерном движении (Fи = 0) по горизонтальной дороге (Fп = 0) входят только две силы
FT = Fk + Fв.
Составляющие баланса вычисляем по зависимостям
;
;
.
Мощностной баланс получим, почленно умножив силовой баланс на скорость автомобиля:
PT = FT V;
Pk = Fk V;
Pв = Fв V.
Расчет ведем для всех передач в КП.
Текущую скорость вычисляем по формуле
.
Результаты расчета сведем в табл. 4 и покажем на рис. 3 и 4.
Таблица 4
Силовой и мощностной балансы автомобиля
КП | щ | T | V | fk | Ft | Fk | Fв | Fk+Fв | Pt | Pk | Pв | Pk+Pв | |
2,8 | 0,1 506 | 229,7 | 3,8 | 233,5 | 0,64 | 0,01 | 0,65 | ||||||
4,2 | 0,1 514 | 230,9 | 8,6 | 239,5 | 0,97 | 0,04 | 1,01 | ||||||
5,6 | 0,1 526 | 232,8 | 15,3 | 248,1 | 1,30 | 0,09 | 1,39 | ||||||
7,0 | 0,1 540 | 234,9 | 23,9 | 258,8 | 1,64 | 0,17 | 1,81 | ||||||
8,4 | 0,1 558 | 237,7 | 34,5 | 272,2 | 2,00 | 0,29 | 2,29 | ||||||
9,8 | 0,1 579 | 240,9 | 46,9 | 287,8 | 2,36 | 0,46 | 2,82 | ||||||
11,2 | 0,1 603 | 244,5 | 61,3 | 305,8 | 2,74 | 0,69 | 3,42 | ||||||
12,6 | 0,1 631 | 248,8 | 77,5 | 326,3 | 3,13 | 0,98 | 4,11 | ||||||
14,0 | 0,1 662 | 253,5 | 95,7 | 349,2 | 3,55 | 1,34 | 4,89 | ||||||
14,5 | 0,1 673 | 255,2 | 102,7 | 357,9 | 3,70 | 1,49 | 5,19 | ||||||
15,4 | 0,1 696 | 258,7 | 115,9 | 374,6 | 3,98 | 1,78 | 5,77 | ||||||
16,7 | 0,1 730 | 263,9 | 136,2 | 400,1 | 4,41 | 2,27 | 6,68 | ||||||
4,7 | 0,1 518 | 231,6 | 10,9 | 242,5 | 1,09 | 0,05 | 1,15 | ||||||
7,1 | 0,1 541 | 235,1 | 24,4 | 259,4 | 1,66 | 0,17 | 1,83 | ||||||
9,4 | 0,1 573 | 239,9 | 43,2 | 283,1 | 2,26 | 0,41 | 2,66 | ||||||
11,7 | 0,1 614 | 246,2 | 67,3 | 313,5 | 2,89 | 0,79 | 3,68 | ||||||
14,1 | 0,1 665 | 253,9 | 97,4 | 351,3 | 3,59 | 1,38 | 4,96 | ||||||
16,5 | 0,1 725 | 263,1 | 133,1 | 396,2 | 4,34 | 2,20 | 6,54 | ||||||
18,8 | 0,1 793 | 273,5 | 173,5 | 447,0 | 5,15 | 3,27 | 8,42 | ||||||
21,2 | 0,0187 | 285,3 | 219,2 | 504,5 | 6,04 | 4,64 | 10,69 | ||||||
23,6 | 0,1 958 | 298,7 | 271,3 | 570,0 | 7,04 | 6,39 | 13,43 | ||||||
24,5 | 0,1 996 | 304,4 | 293,5 | 597,9 | 7,46 | 7,19 | 14,66 | ||||||
25,9 | 0,2 054 | 313,3 | 327,8 | 641,1 | 8,12 | 8,49 | 16,61 | ||||||
28,2 | 0,2 158 | 329,2 | 389,6 | 718,9 | 9,30 | 11,01 | 20,30 | ||||||
6,6 | 0,1 536 | 234,4 | 21,5 | 255,9 | 1,56 | 0,14 | 1,70 | ||||||
9,9 | 0,1 581 | 241,2 | 48,2 | 289,4 | 2,40 | 0,48 | 2,87 | ||||||
13,2 | 0,1 644 | 250,8 | 85,4 | 336,2 | 3,32 | 1,13 | 4,44 | ||||||
16,5 | 0,1 725 | 263,1 | 133,1 | 396,3 | 4,34 | 2,20 | 6,54 | ||||||
19,9 | 0,1 825 | 278,5 | 192,7 | 471,2 | 5,53 | 3,83 | 9,36 | ||||||
23,2 | 0,1 945 | 296,6 | 263,3 | 559,9 | 6,89 | 6,11 | 13,00 | ||||||
26,5 | 0,0208 | 317,2 | 343,1 | 660,4 | 8,41 | 9,09 | 17,50 | ||||||
29,8 | 0,2 232 | 340,5 | 433,6 | 774,1 | 10,15 | 12,92 | 23,06 | ||||||
33,1 | 0,2 406 | 367,1 | 536,7 | 903,8 | 12,17 | 17,79 | 29,96 | ||||||
34,5 | 0,2 481 | 378,4 | 580,5 | 958,9 | 13,05 | 20,01 | 33,06 | ||||||
36,4 | 0,2 595 | 395,9 | 648,5 | 1044,4 | 14,43 | 23,63 | 38,05 | ||||||
39,7 | 0,2 802 | 427,4 | 770,8 | 1198,3 | 16,98 | 30,62 | 47,60 | ||||||
9,1 | 0,1 568 | 239,2 | 40,4 | 279,7 | 2,18 | 0,37 | 2,54 | ||||||
13,6 | 0,1 653 | 252,1 | 90,4 | 342,5 | 3,43 | 1,23 | 4,66 | ||||||
18,1 | 0,1 771 | 270,1 | 160,2 | 430,3 | 4,89 | 2,90 | 7,79 | ||||||
22,6 | 0,1 922 | 293,2 | 249,8 | 543,0 | 6,63 | 5,65 | 12,28 | ||||||
27,2 | 0,2 111 | 322,0 | 361,6 | 683,6 | 8,76 | 9,84 | 18,60 | ||||||
31,8 | 0,2 334 | 356,1 | 494,0 | 850,1 | 11,32 | 15,71 | 27,03 | ||||||
36,3 | 0,2 588 | 394,7 | 643,9 | 1038,6 | 14,33 | 23,38 | 37,71 | ||||||
40,8 | 0,2 874 | 438,4 | 813,6 | 1252,0 | 17,89 | 33,21 | 51,10 | ||||||
45,4 | 0,3 201 | 488,3 | 1007,0 | 1495,3 | 22,17 | 45,72 | 67,89 | ||||||
47,2 | 0,3 340 | 509,5 | 1089,3 | 1598,8 | 24,06 | 51,44 | 75,51 | ||||||
49,9 | 0,3 555 | 542,3 | 1216,8 | 1759,1 | 27,07 | 60,73 | 87,80 | ||||||
54,4 | 0,3 943 | 601,5 | 1446,4 | 2047,9 | 32,73 | 78,71 | 111,44 | ||||||
14,7 | 0,1 678 | 256,0 | 105,3 | 361,3 | 3,76 | 1,55 | 5,31 | ||||||
22,0 | 0,1 898 | 289,5 | 235,5 | 525,0 | 6,36 | 5,17 | 11,53 | ||||||
29,2 | 0,2 205 | 336,4 | 417,3 | 753,7 | 9,83 | 12,20 | 22,03 | ||||||
36,5 | 0,2 599 | 396,5 | 650,9 | 1047,4 | 14,47 | 23,76 | 38,23 | ||||||
43,9 | 0,3 091 | 471,5 | 942,0 | 1413,6 | 20,71 | 41,37 | 62,08 | ||||||
51,3 | 0,3 674 | 560,4 | 1286,9 | 1847,3 | 28,76 | 66,06 | 94,82 | ||||||
58,6 | 0,4 333 | 661,0 | 1677,4 | 2338,4 | 38,74 | 98,30 | 137,04 | ||||||
65,9 | 0,0508 | 775,0 | 2119,6 | 2894,5 | 51,05 | 139,63 | 190,68 | ||||||
73,3 | 0,5 931 | 904,8 | 2623,4 | 3528,2 | 66,31 | 192,27 | 258,58 | ||||||
76,2 | 0,6 293 | 960,0 | 2837,9 | 3798,0 | 73,18 | 216,32 | 289,50 | ||||||
80,6 | 0,6 854 | 1045,6 | 3170,0 | 4215,5 | 84,23 | 255,37 | 339,61 | ||||||
87,8 | 0,7 865 | 1199,7 | 3768,1 | 4967,9 | 105,38 | 330,97 | 436,35 | ||||||
Рис. 5. Силовой баланс автомобиля
1 — 5 — сила тяги на ведущих колесах; 6 — суммарная сила сопротивления движению (Fk+Fв); 1 — 5 — соответственно 1 — 5 передачи в КП Рис. 6. Мощностной баланс автомобиля:
1 — 5 — мощность тяги на ведущих колесах; 6, 7, 8 — мощности сопротивления движению соответственно качению Рк, аэродинамическая Рв и суммарная (Рk+Рв); 1 — 5 — соответственно 1 — 5 передачи в КП
4.2 Построение динамического паспорта автомобиля Для построения динамического паспорта автомобиля необходимо вычислить для каждой передачи в КП динамический фактор
.
Кроме того, на график выносится зависимость коэффициента сопротивления качению fk (V).
Для построения номограммы необходимо найти верхний предел шкалы
где — верхний предел шкалы Da.
На шкале Da получилось = 0,4, тогда
.
Результаты расчета сведены в табл. 5.
Таблица 5
Динамическая характеристика автомобиля Da в зависимости от скорости двигателя ще
ще | Передача в КП | |||||
0,038 | 0,022 | 0,015 | 0,009 | 0,000 | ||
0,250 | 0,147 | 0,103 | 0,071 | 0,032 | ||
0,362 | 0,213 | 0,148 | 0,101 | 0,042 | ||
0,382 | 0,223 | 0,153 | 0,102 | 0,030 | ||
0,388 | 0,225 | 0,152 | 0,096 | 0,013 | ||
0,376 | 0,216 | 0,142 | 0,084 | — 0,012 | ||
0,375 | 0,213 | 0,137 | 0,074 | — 0,038 | ||
0,358 | 0,201 | 0,125 | 0,058 | — 0,070 | ||
0,334 | 0,184 | 0,108 | 0,039 | — 0,107 | ||
0,323 | 0,176 | 0,101 | 0,030 | — 0,123 | ||
0,297 | 0,159 | 0,086 | 0,014 | — 0,150 | ||
0,249 | 0,127 | 0,058 | — 0,015 | — 0,198 | ||
Рис. 7. Динамический паспорт автомобиля:
1 — 5 — динамический фактор; 6 — коэффициент сопротивления качению (fk); 1 — 5 — соответственно 1 — 5 передачи в КП; Н — полезная загрузка автомобиля.
4.3 Разгон автомобиля. Время и путь разгона Разгонную характеристику определяют по ГОСТ 22 576–90 для частичной загрузки автомобиля 160 кг (1570 Н). Из-за неполной загрузки изменяется динамический фактор и коэффициент учета вращающихся масс.
Для расчета ускорений автомобиля необходимо сначала найти коэффициент учета вращающихся масс ([1], п. 2.3)
; ,
где Jд — момент инерции двигателя, кг•м2. Jд= 0,13; Jk1, — момент инерции пары ведомых колес с тормозами, кг•м2. Jk1=1,1; Jk2 — момент инерции пары ведущих колес с тормозами и полуосями, кг•м2. Jk2= 1,42; rk0 — кинематический радиус колеса, примем равным статическому.
; .
Результаты расчета сведены в табл. 6.
Таблица 6
Коэффициент учета вращающихся масс дкп на различных передачах в КП
КП | дкп | |
1,18 | ||
1,08 | ||
1,05 | ||
1,04 | ||
1,03 | ||
Ускорения рассчитаем по динамическому фактору, скорректированному по массе автомобиля, для всех передач в КП
.
Результаты сведем в табл. 7 и рис. 8.
Таблица 7
Зависимость ускорений, а автомобиля на разных передачах от скорости двигателя ще
ще | Передача в КП | |||||
0,27 | 0,11 | 0,03 | — 0,04 | — 0,15 | ||
2,49 | 1,54 | 1,06 | 0,69 | 0,20 | ||
3,65 | 2,28 | 1,57 | 1,03 | 0,29 | ||
3,85 | 2,39 | 1,63 | 1,02 | 0,11 | ||
3,91 | 2,41 | 1,61 | 0,94 | — 0,14 | ||
3,79 | 2,30 | 1,49 | 0,78 | — 0,49 | ||
3,77 | 2,27 | 1,41 | 0,64 | — 0,85 | ||
3,60 | 2,12 | 1,25 | 0,42 | — 1,30 | ||
3,35 | 1,92 | 1,05 | 0,16 | — 1,83 | ||
3,23 | 1,83 | 0,95 | 0,04 | — 2,05 | ||
2,96 | 1,63 | 0,77 | — 0,17 | — 2,42 | ||
2,45 | 1,25 | 0,42 | — 0,55 | — 3,08 | ||
Рис. 8. Зависимость ускорений автомобиля от его скорости:
1 — 5 — соответственно 1 — 5 передачи в КП Разгонную характеристику (зависимости времени и пути разгона по скорости) строим только на 1 — 4 передачах в КП. Расчет ведем до тех пор, пока не будут получены время разгона до 100 км/ч и пройден путь 1000 м по следующим формулам ([2] п. 3.6):
ДVi= ViVi-1;
Дti= ДVi/ai;
ti= ti-1+ Дti;
ДSi= Vi· Дti;
Si= Si-1+ ДSi.
Разгон на каждой передаче осуществляют до щр или щmax. Затем следует переключение передачи. Длительность переключения зададим 0,5 с, потерей скорости в процессе переключения передач пренебрежем. Ускорения при переключении нет.
Для отображения двух кривых разгона по пути и по времени на одном графике необходимо выполнить приведение кривой разгона по пути к шкале кривой разгона по времени
.
Результаты расчета сводим в табл. 8 и рис. 9.
Таблица 8
i | КП | Vi | ДVi | ai | Дti | ti | ДSi | Si | Si пр | |
-; | -; | -; | -; | -; | -; | -; | ||||
2,8 | 2,8 | 1,50 | 1,867 | 1,867 | 5,227 | 5,227 | 0,172 | |||
4,2 | 1,4 | 2,49 | 0,563 | 2,430 | 2,366 | 7,593 | 0,250 | |||
5,6 | 1,4 | 3,65 | 0,384 | 2,814 | 2,149 | 9,742 | 0,321 | |||
7,0 | 1,4 | 3,85 | 0,363 | 3,177 | 2,544 | 12,286 | 0,405 | |||
8,4 | 1,4 | 3,91 | 0,358 | 3,535 | 3,006 | 15,292 | 0,504 | |||
9,8 | 1,4 | 3,79 | 0,370 | 3,905 | 3,624 | 18,916 | 0,623 | |||
11,2 | 1,4 | 3,77 | 0,371 | 4,276 | 4,155 | 23,071 | 0,760 | |||
12,6 | 1,4 | 3,60 | 0,389 | 4,665 | 4,904 | 27,975 | 0,921 | |||
14,0 | 1,4 | 3,35 | 0,418 | 5,083 | 5,854 | 33,829 | 1,114 | |||
14,5 | 0,5 | 3,23 | 0,155 | 5,238 | 2,248 | 36,077 | 1,188 | |||
15,4 | 0,9 | 2,96 | 0,304 | 5,543 | 4,686 | 40,763 | 1,342 | |||
16,7 | 1,3 | 2,45 | 0,531 | 6,073 | 8,860 | 49,623 | 1,634 | |||
16,7 | 0,0 | 2,30 | 0,500 | 6,573 | 8,350 | 57,973 | 1,909 | |||
18,8 | 2,1 | 2,27 | 0,946 | 7,519 | 17,830 | 75,803 | 2,496 | |||
21,2 | 2,3 | 2,12 | 1,103 | 8,623 | 23,375 | 99,178 | 3,266 | |||
23,6 | 2,4 | 1,92 | 1,241 | 9,863 | 29,241 | 128,419 | 4,229 | |||
24,5 | 0,9 | 1,83 | 0,517 | 10,381 | 12,682 | 141,101 | 4,647 | |||
25,9 | 1,4 | 1,63 | 0,856 | 11,237 | 22,186 | 163,287 | 5,377 | |||
28,2 | 2,3 | 1,25 | 1,865 | 13,102 | 52,662 | 215,949 | 7,112 | |||
28,2 | 0,0 | 1,32 | 0,500 | 13,602 | 14,122 | 230,071 | 7,577 | |||
29,8 | 1,6 | 1,25 | 1,238 | 14,840 | 36,885 | 266,957 | 8,792 | |||
33,1 | 3,4 | 1,05 | 3,205 | 18,045 | 106,237 | 373,193 | 12,290 | |||
34,5 | 1,3 | 0,95 | 1,398 | 19,443 | 48,204 | 421,397 | 13,878 | |||
36,4 | 2,0 | 0,77 | 2,562 | 22,005 | 93,352 | 514,749 | 16,952 | |||
39,7 | 3,3 | 0,42 | 7,840 | 29,845 | 311,446 | 826,196 | 27,209 | |||
39,7 | 0,0 | 0,48 | 0,500 | 30,345 | 19,863 | 846,059 | 27,863 | |||
40,8 | 1,1 | 0,42 | 2,588 | 32,932 | 105,605 | 951,664 | 31,341 | |||
45,4 | 4,6 | 0,16 | 29,117 | 62,049 | 1322,085 | 2273,749 | 74,880 | |||
47,2 | 1,8 | 0,04 | 45,536 | 107,585 | 2150,457 | 4424,206 | 145,699 | |||
Рис. 9. Разгонная характеристика автомобиля:
t — время разгона; S — путь разгона По рис. 9 находим, что автомобиль разгоняется до 100 км/ч (27,7 м/с) за 12,5 с, при этом проходит путь около 180 м. Отметку S = 400 м автомобиль проходит за 21 с, разогнавшись до 36 м/с (около 130 км/ч), а путь S = 1000 м проходит за 39 с, при этом скорость составит 42 м/с (151 км/ч).
5. Расчет топливной экономичности и построение экономической характеристики Расчет топливно-экономической характеристики автомобиля проводим для четвёртой передачи в КП при разных уровнях дорожного сопротивления от минимального, равного сопротивлению качению по асфальту, до максимального, которое автомобиль может преодолеть лишь в узком диапазоне угловых скоростей двигателя, близких к угловой скорости двигателя при максимальном крутящем моменте.
Вычисления производятся по формуле
[л/100км],
где Кп, КN — коэффициенты, учитывающие влияние загрузки двигателя соответственно по оборотам и мощности на удельный часовой расход топлива; ge — удельный часовой расход топлива, г/кВт•ч; ст — плотность топлива, кг/л; FШ, Fв — сила сопротивления соответственно дорожного и аэродинамического, Н.
От коэффициентов Кп, КN во многом зависит точность расчета, однако найти адекватные их зависимости от загрузки двигателя соответственно по скорости и мощности весьма затруднительно. Поэтому используем общие для карбюраторных двигателей зависимости
;
где FШ — сила дорожного сопротивления, Н.
Силу FШ при расчете топливной экономичности на прямой передаче в учебных целях задаем на трех уровнях:
— на низшем уровне сопротивлений принимаем
FШ min = Fк = Ga • f0 •(1 + Af• Va2);
— на высшем уровне
FШmax = Ga •D4max;
— на среднем уровне
FШср = (FШmax + FШ min) / 2,
где D4max — максимальное значение динамического фактора на прямой передаче (см. табл. 5). D4max = 0,102 при ще = 261 с-1, что соответствует V = 22,6 м/с. Результаты расчета сопротивлений сведем в табл. 9
Таблица 9
Силы сопротивления движению и сила тяги
Va, м/с | FШmin | FШcp | FШmax | Fв | FШmin+ Fв | FШcp +Fв | FШmax +Fв | FT | |
9,1 | |||||||||
13,6 | |||||||||
18,1 | |||||||||
22,6 | |||||||||
27,2 | |||||||||
31,8 | |||||||||
36,3 | |||||||||
40,8 | |||||||||
45,4 | |||||||||
47,2 | |||||||||
49,9 | |||||||||
54,4 | |||||||||
Результаты расчета коэффициентов учета влияния загрузки двигателя по скорости и по мощности сведем в табл. 10, а расхода топлива в табл. 11.
Таблица 10
Коэффициенты Кп КN
Va | щe | Kn | KN при загрузке двигателя* | |||
минимальной | средней | максимальной | ||||
9,1 | 1,094 | |||||
13,6 | 1,040 | 1,574 | 0,924 | |||
18,1 | 1,001 | 1,726 | 0,920 | |||
22,6 | 0,974 | 1,537 | 0,911 | 1,000 | ||
27,2 | 0,959 | 1,308 | 0,898 | |||
31,8 | 0,954 | 1,080 | 0,914 | |||
36,3 | 0,959 | 0,950 | 0,954 | |||
40,8 | 0,971 | 0,898 | ||||
45,4 | 0,991 | 0,966 | ||||
47,2 | 1,000 | |||||
49,9 | 1,015 | |||||
54,4 | 1,043 | |||||
* - при перегрузке двигателя (FT < FШ +Fв, см. табл. 9) расчет не ведетcя Таблица 11
Топливно-экономическая характеристика (рис. 10)
Va | Qsmin | Qscp | Qsmax | |
9,1 | ||||
13,6 | 5,9 | 10,0 | ||
18,1 | 7,8 | 10,3 | ||
22,6 | 8,5 | 10,9 | 18,4 | |
27,2 | 8,9 | 11,7 | ||
31,8 | 9,1 | 13,2 | ||
36,3 | 9,9 | 15,5 | ||
40,8 | 11,4 | |||
45,4 | 14,9 | |||
Рис. 10. Топливно-экономическая характеристика автомобиля на четвёртой передаче в КП:
1, 2, 3 — суммарное сопротивление движению соответственно низкое, среднее, максимальное (см. табл. 11)
Далее выполним расчет топливно-экономической характеристики автомобиля для экономической (пятой) передачи на скорости 90 км/ч (25 м/с), необходимой для определения оптимального передаточного числа пятой передачи.
Строим полином для участка ВСХ в пределах 100…350 с-1 (рис. 11).
Рис. 11. Фрагмент зависимости крутящего момента Те от угловой скорости ще двигателя (1) и ее кривая полинома 4ой степени (2)
Для скорости автомобиля 25 м/с находим передаточные числа пятой передачи при указанных выше значениях скорости двигателя
где i5 — передаточное число пятой передачи, варьируемое в пределах 0,4…0,9 с шагом 0,1. Результаты заносим в таблицу 12 (первый блок).
Таблица 12
Определение оптимального передаточного числа экономической передачи
i5 | ще | ще / щр | Kn | Те | FТ | (Fш+Fв)/FT | KN | Qs | |
0,4 | 0,23 | 1,074 | 2,85 | — 19,734 | — 135,49 | ||||
0,5 | 0,28 | 1,044 | 1,13 | 1,051 | 7,1 183 | ||||
0,6 | 0,34 | 1,018 | 0,66 | 0,907 | 5,90 374 | ||||
0,7 | 0,39 | 0,997 | 0,50 | 1,052 | 6,70 674 | ||||
0,8 | 0,45 | 0,981 | 0,40 | 1,244 | 7,79 957 | ||||
0,9 | 0,51 | 0,969 | 0,35 | 1,369 | 8,48 062 | ||||
0,55 | 0,31 | 1,030 | 0,86 | 0,930 | 6,12 633 | ||||
0,56 | 0,32 | 1,028 | 0,80 | 0,910 | 5,97 622 | ||||
0,57 | 0,32 | 1,025 | 0,76 | 0,900 | 5,89 829 | ||||
0,58 | 0,33 | 1,023 | 0,73 | 0,898 | 5,86 955 | ||||
0,59 | 0,33 | 1,021 | 0,69 | 0,901 | 5,8758 | ||||
0,6 | 0,34 | 1,018 | 0,66 | 0,907 | 5,90 374 | ||||
0,61 | 0,34 | 1,016 | 0,64 | 0,915 | 5,93 921 | ||||
0,58 | 0,33 | 1,023 | 0,73 | 0,898 | 5,86 955 | ||||
0,581 | 0,33 | 1,023 | 0,72 | 0,898 | 5,86 834 | ||||
0,582 | 0,33 | 1,022 | 0,72 | 0,898 | 5,86 714 | ||||
0,583 | 0,33 | 1,022 | 0,72 | 0,898 | 5,86 599 | ||||
0,584 | 0,33 | 1,022 | 0,71 | 0,898 | 5,8666 | ||||
0,585 | 0,33 | 1,022 | 0,70 | 0,899 | 5,86 851 | ||||
0,586 | 0,33 | 1,022 | 0,70 | 0,899 | 5,86 789 | ||||
Как видим, при i5 = 0,6 расход топлива минимален Qs=5,90 374 л/100км. Теперь диапазон 0,5…0,7 разбиваем с шагом 0,01. Результат заносим во второй блок таблицы 12: Qs = 5,86 955 при i5 = 0,58, затем с шагом 0,001 (0,570…0,590): Qs = 5,86 599 при i5 = 0,583.
Как видно из табл. 12 минимальный расход топлива Qs = 5,87 л/100км достигается при i5 = 0,583 и при скорости движения 90 км/ч.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе был проведён тяговый расчёт автомобиля, в качестве прототипа которого был принят автомобиль ВАЗ 1118 «Калина», и получены следующие его характеристики:
Максимальная мощность, л.с./кВт/об/мин — 117/86/5200.
Максимальный крутящий момент Нм/об/мин — 174/3000.
Передаточные числа коробки передач:
I — 3,057;
II — 1,813;
III — 1,289;
IV — 0,941;
V — 0,583;главная передача — 3,299.
Шины 185/60R14 82H; диски 5ЅJЧ14H2.
Максимальная скорость, км/ч — 170.
Время разгона 0−100 км/ч, с — 12,5.
Минимальный расход топлива при движении на пятой передаче на скорости 90 км/ч, л/100км — 5,87.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Хусаинов А. Ш. Теория автомобиля: конспект лекций. / А. Ш. Хусаинов, В. В. Селифонов. — Ульяновск: УлГТУ, 2008. — 121 с.