Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Тяговый расчёт автомобиля

ДипломнаяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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

Fk+Fв

Pt

Pk

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

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

(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.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой