Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

Кафедра Автомобиле- и тракторостроения

Тяговый расчёт автомобиля Volkswagen Passat B5

по дисциплине

"Проектирование автомобилей"

Выполнил ст. гр. ТМ-71б

Дыга В.В.

Проверил

проф. Артюшенко А.Д.

Харьков 2014 г.

Содержание

• 1. Определение полной массы и нагрузок на оси автомобиля
• 2. Выбор шин
• 3. Выбор двигателя и построение его внешней характеристики
• 4. Определение передаточных чисел силовой передачи
• 5. Выбор динамической характеристики автомобиля
• 6. Построение графика придельных ускорений
• 7. Определение разгонных характеристик автомобиля
• 7.1 Определение времени разгона автомобиля
• 7.2 Определение пути разгона
• 8.Определение топливной экономичности автомобиля
• Список источников информации
• Приложение 1 - Технические характеристики автомобиля VWPassatB5
• Приложение 2 - Внешняя характеристика дизельного двигателя TDI 1,9 л мощностью 96 кВт/130 л. с. с насос - форсунками

1. Определение полной массы и нагрузок на оси автомобиля

Полная масса автомобиля, кг

).

Сила веса автомобиля, приходящаяся на переднюю ось

на заднюю

2. Выбор шин

Для расчёта выбираем шины из технической характеристики автомобиля - 195/65/R15. Данные шины имеют следующие параметры:

t = 195 мм - ширина профиля шины;

d = 15 дюймов - диаметр обода;

HB = 65% - отношение высоты профиля к ширине шины.

Расчётный диаметр колеса r_kс достаточной степенью точности определяется в метрах по формуле

где с - коэффициент деформации шины, для легкового автомобиля с = 0,13.

тяговый расчет автомобиль разгон

3. Выбор двигателя и построение его внешней характеристики

На прототипе установлен двигатель со следующими параметрами [пр.1]:

- максимальный крутящий момент двигателя;

- максимальная мощность двигателя;

- частота вращения коленчатого вала при максимальном моменте;

- частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности.

Эффективная мощность автомобиля при максимальной скорости определяется в ваттах, согласно уравнению мощностного баланса

где G - сила веса автомобиля, Н

- коэффициент сопротивления качению, соответствующий максимальной скорости;

- максимальная скорость движения автомобиля;

- коэффициент сопротивления воздуха, . Для легковых автомобилей . Принимаем .;

F - площадь лобового сопротивления, м²;

- КПД трансмиссии.

Коэффициент сопротивления качению определяется эмпирической зависимостью

Площадь лобового сопротивления определяется по формуле

где - коэффициент заполнения площади. Для легковых автомобилей . Принимаем ;

- высота автомобиля;

- ширина автомобиля.

Следовательно

.

Коэффициент полезного действия трансмиссии определяется как произведение коэффициента полезного действия каждой пары шестерен, находящихся в зацеплении, и карданных шарниров, передающих момент

,

где - КПД цилиндрической пары шестерен, равный = 0,97.0,98;

- КПД конической пары шестерен, равный = 0,96.0,97;

- КПД карданного шарнира, равный = 0,995;

- число пар цилиндрических шестерен;

- число пар конический шестерен;

- число карданных шарниров.

Угловая скорость коленчатого вала при максимальной скорости движения автомобиля , отличается от угловой скорости при максимальной мощности .

Для легковых автомобилей с дизельным двигателемзначение отношения находится в диапазоне 0,95.1,00. Принимаем .

Максимальная мощность двигателя определяется эмпирической зависимостью

где a, b, c - коэффициенты, зависящие от типа двигателя и конструкции камеры сгорания.

В случае, когда реальной внешней характеристики двигателя нет, коэффициенты a, b, cопределяются коэффициентами характерных точек, которые приведены в технической характеристике автомобиля. Коэффициенты a, b, cнаходятся по следующим формулам

В этих формулах - запас крутящего момента

где

- крутящий момент двигателя при максимальной мощности

Коэффициент приспосабливаемости по частоте - определяется по формуле

Следовательно

Проверяем полученные значения по формуле

Тогда текущее значение мощности двигателя кВт, при различных значениях текущих угловых скоростей будут равны

Аналогично рассчитываем текущие значения мощности двигателя для различных значений текущих угловых скоростей . Расчетные значения для принятых значений заносим в таблицу

Значения крутящего моментаопределяются из зависимости [4, ф 1.13]

Расчетные значения для принятых значений заносим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Параметры внешней скоростной характеристики двигателя автомобиля

Характерные точки
	0,225	0,358	0,475	0,717	0,836	1	1,075	1,246
, рад/с	94,2	150	198,86	300	350	418,67	450	528
, кВт	27.497	45.935	61.692	87.934	95.202	96.033	92.107	68.078
, Н·м	291.895	306.233	310.23	293.113	272.004	229.375	204.683	128.936

По результатам таблицы строим график внешней скоростной характеристики двигателя (рис. 3.1)

Настоящая внешняя характеристика двигателя прототипа представлена в приложении 2.

Рисунок 3.1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя автомобиля

4. Определение передаточных чисел силовой передачи

Передаточное число главной передачи определяется из условия обеспечения максимальной скорости движения автомобиля на высшей передачи, выражение [5, ф.5.1]

,

где = 528,357 рад/с - максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя;

- передаточное число КПП на высшей передачи.

Передаточное число первой передачи определяется из условия, что вся тяговая сила тратиться на преодоление сопротивления дороги, выражением [5, ф.5.2]

где - суммарный коэффициент сопротивления движению, для легковых автомобилей [2, c.74] Принимаем

Следовательно:

Полученные значения передаточного числа первой передачи следует проверить по условию отсутствия буксования [5, ф.5.5]

где - коэффициент сцепления [2, с.74]. Принимаем

- перераспределение нагрузки [5, с.18]. Принимаем

Результат проверки позитивный - , cледовательно принимаем значение первой передачи .

Число ступеней в коробке переменных передач находиться в прямой зависимости от диапазона КПП, который определяется уравнением [5, с.18]:

где - передаточное число высшей передачи. Так как высшая передача ускоряющая -

Так как последняя передача в коробке перемены передач ускоряющая, то передаточные числа промежуточных ступеней определяются выражением [5, ф.5.7]

где k=5 - число ступеней в коробке передач;

m = 1.5 - порядковый номер передачи.

Следовательно:

Передаточное число передачи заднего хода определяется в соответствии с выражением [5, с. 20]

5. Выбор динамической характеристики автомобиля

Для построение динамической характеристики необходимо найти зависимость динамического фактора от скорости движения на разных передачах при полной нагрузке.

Динамический фактор прямой передаче определяется выражением [5, ф.6.1]

где - тяговая сила на колесах на k-ой передаче, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н.

Динамический фактор на k-ой передаче определяется выражением [5, ф.6.3]

Тяговая сила определяется выражением [5, с.21]

где

М - момент двигателя, Н·м;

- передаточное число коробки передач на k-ой передаче.

Момент двигателя можно найти по формуле

Где N - текущая мощность определяется по формуле:

Угловая скорость при этом равняется:

Сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле [5, с.21]

Где - площадь лобового сопротивления для легкового автомобиля среднего класса;

- коэффициент сопротивления воздуха для легкового автомобиля;

- скорость автомобиля на k-ой передаче, определяется по формуле [5, ф.6.2]

Результаты расчетов динамической характеристики приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Результаты расчетов динамической характеристики

n	N	M	1-я передача
			V			D
Об/мин	кВт	Н·м	м/с	Н	Н	-
900	27.497	291.751	2.077	12576.043	1.3442	0.6853
1500	48.246	307.145	3.462	13239.576	3.7338	0.7214
1900	61.695	310.077	4.385	13365.964	5.9907	0.7281
2500	79.451	303.48	5.77	13081.592	10.3717	0.7124
3000	90.447	287.903	6.924	12410.16	14.9352	0.6756
3500	95.986	263.164	8.078	11343.767	20.3285	0.6171
4000	96.033	229.262	9.232	9882.413	26.5516	0.5372
4500	87.743	186.197	10.386	8026.099	33.6043	0.4356
5048	67.915	128.474	11.65	5537.925	42.2872	0.2995

n	2-я передача	3-я передача
			D2			D3
Об/мин	-	м/с	-	-	м/с	-
900	1,944	3.691	0.3855	1, 206	5.949	0.2387
1500		6.151	0.4055		9.915	0.2503
1900		7.791	0.409		12.559	0.2517
2500		10.251	0.3995		16.525	0.2443
3000		12.302	0.3781		19.83	0.2295
3500		14.352	0.3445		23.135	0.2068
4000		16.402	0.2986		26.44	0.1762
4500		18.453	0.2404		29.745	0.1377
5048		20.7	0.1626		33.367	0.0865

n	4-я передача	5-я передача
			D4			D5
Об/мин	-	м/с	-	-	м/с	-
900	0,882	8.134	0.1739	0,711	10.091	0.1394
1500		13.557	0.1811		16.818	0.1437
1900		17.172	0.181		21.302	0.1422
2500		22.595	0.1734		28.029	0.1334
3000		27.114	0.1602		33.635	0.12
3500		31.633	0.1409		39.241	0.1011
4000		36.152	0.1153		44.847	0.0767
4500		40.671	0.0836		50.453	0.0468
5048		45.624	0.0417		56.597	0.0077

Рисунок 5.1 - График динамической характеристики автомобиля

6. Построение графика придельных ускорений

Где - значение динамического фактора для скорости, на которой определяется ускорение;

- коэффициент сопротивления дороги (принимаем 0,013);

- коэффициент приведенных масс, рассчитывается по уравнению: .

Результаты расчета граничных ускорений заносим в таблицу 6.1

График граничных ускорений в зависимости от скорости движения автомобиля приведен на рисунке 6.1

Таблица 6.1 - Расчет граничных ускорений

I передача	II передача	III передача	IV передача	V передача
V	dV/dt	V	dV/dt	V	dV/dt	V	dV/dt	V	dV/dt
м/с	м/с2	м/с	м/с2	м/с	м/с2	м/с	м/с2	м/с	м/с2
2.077	4.377	3.691	3.0947	5.949	2.0353	8.134	1.4878	10.091	1.1809
3.462	4.6116	6.151	3.2604	9.915	2.1395	13.557	1.5548	16.818	1.2211
4.385	4.6556	7.791	3.2893	12.559	2.1521	17.172	1.5536	21.302	1.2071
5.77	4.5532	10.251	3.2106	16.525	2.0857	22.595	1.4831	28.029	1.1249
6.924	4.3133	12.302	3.033	19.83	1.952	27.114	1.3614	33.635	0.9997
8.078	3.933	14.352	2.7536	23.135	1.7473	31.633	1.1825	39.241	0.8231
9.232	3.4123	16.402	2.3723	26.44	1.4715	36.152	0.9464	44.847	0.5951
10.386	2.7512	18.453	1.8892	29.745	1.1245	40.671	0.653	50.453	0.3158
11.65	1.8653	20.7	1.2427	33.367	0.6626	45.624	0.2656	56.597	-0.049

Рисунок 6.1 - График граничных ускорений

7. Определение разгонных характеристик автомобиля

7.1 Определение времени разгона автомобиля

Полное время разгона автомобиля с механической коробкой передач определяется суммированием времени разгона на каждой передаче.

При использовании в трансмиссии автомобиля механической КПП расчет разгонных характеристик производиться по численному методу с учетом времени переключения передач.

Время движения автомобиля в элементарном интервале изменения скорости , определяется по закону равноускоренного движения [5, ф.8,6]

Потери в процессе переключения передач [5, ф.8,7]

где - время переключения передачи;

- коэффициент учета вращающихся масс при переключении передач.

Следовательно:

Результаты расчета времени разгона представлены в таблице 7.1.

График времени разгона автомобиля рассчитанный числинным методом представлен на рисунке 7.1

Таблица 7.1 - Результаты расчета времени разгона автомобиля

1 передача	2 передача	3 передача	4 передача	5 передача
Vk	t	Vk	t	Vk	t	Vk	t	Vk	t
м/с	с	м/с	с	м/с	с	м/с	с	м/с	с
2.077	0.0000	11,55	3.3848	20,6	8.7474	33,267	19.6321	45,524	38.3251
3.462	0.3081	12.302	4.0416	23.135	10.1786	36.152	21.0906	50.453	49.5583
4.385	0.5073	14.352	4.7502	26.44	12.2321	40.671	26.7417	56.597	95.6058
5.77	0.8081	16.402	5.5502	29.745	14.7783	45.624	37.5251
6.924	1.0684	18.453	6.5124	33.367	18.8321
8.078	1.3483	20.7	7.9474
9.232	1.6625
10.386	2.0369
11.65	2.5848

Рисунок 7.1 - График времени разгона автомобиля

7.2 Определение пути разгона

Для определения пути разгона в элементарном интервале i изменения скорости можно воспользоваться следующей формулой [5, ф.8.9]

Путь пройденный автомобилем за время переключения передачи с предыдущей на последующую определяется выражением [5. ф.8.11]

Результаты расчета пути разгона представлены в таблице 7.2

Таблица 7.2 - Результаты расчета пути разгона автомобиля

1 передача	2 передача	3 передача	4 передача	5 передача
Vk	S	Vk	S	Vk	S	Vk	S	Vk	S
м/с	м	м/с	м	м/с	м	м/с	м	м/с	м
2.077	0.0000	11,52	28.6228	20,6	129.706	33,267	437.7	45,524	1207.1293
3.462	0.8533	12.302	36.4459	23.135	161.002	36.152	488.325	50.453	1746.1937
4.385	1.635	14.352	45.8899	26.44	211.903	40.671	705.395	56.597	4210.8834
5.77	3.162	16.402	58.1915	29.745	283.431	45.624	1170.67
6.924	4.8141	18.453	74.9611	33.367	411.350
8.078	6.9133	20.7	103.0527
9.232	9.6326
10.386	13.3055
11.65	19.3425

Рисунок 7.2 - График пути разгона автомобиля

8.Определение топливной экономичности автомобиля

Топливно-экономическая характеристика - это зависимость путевого расхода топлива на различных передачах в зависимости от скорости движения автомобиля.

Путевой расход топлива л/100 км - это количество топлива в литрах, использованного на 100 км пути, пройденного автомобилем.

Уравнение для определения расхода топлива

где - плотность дизельного топлива, ;

- удельная эффективность расхода топлива, г/кВт·час;

- скорость движения автомобиля, м/с;

Если принять , тогда:

Удельная эффективность расхода топлива определяется по формуле:

где

- удельный расход топлива при , г/кВт·час;

- коэффициент, который учитывает зависимость от коэффициента использования мощности;

- коэффициент, который учитывает зависимость от частоты вращения коленчатого вала двигателя n.

Коэффициент использования мощности определяется по формуле

где - коэффициент коррекции внешней характеристики двигателя.

Величины , кВт, определяются по формулам [6 ф.1.1, ф.1.2] при соответствующих скоростях движения V

где

G - сила веса автомобиля, Н

- коэффициент сопротивления качению на соответствующий скорости;

Коэффициент сопротивления качению определяется эмпирической зависимостью

- коэффициент сопротивления воздуха, . Для легковых автомобилей . Принимаем .

F=2,01 - площадь лобового сопротивления, м².

Результаты расчетов заносим в таблицу 8.1

По результатам расчета строим график топливо-экономической характеристики автомобиля (рис. 8.1) и 3Dмодель (рис. 8.2) зависимости расхода топлива, угловой скорости коленчатого вала двигателя и силы веса автомобиля. Диапазон изменения угловой скорости: от минимально возможной для устойчивой роботы двигателя на холостом ходу, до максимально разрешенной электронным блоком управления двигателем. Для построения объемного графика принимаем 5 значений силы веса автомобиля в зависимости от количества пассажиров (1-5).

Таблица 8.1 - Результаты расчета для графика топливной экономичности

	94,2	150	198,86	300	350	418,67	450	528
	2.076	3.306	4.383	6.612	7.714	9.227	9.918	11.637
	0.4	0.637	0.844	1.274	1.486	1.778	1.911	2.242
	0.003	0.011	0.026	0.09	0.143	0.245	0.304	0.491
	27.497	45.935	61.692	87.934	95.202	96.033	92.107	68.078
	0.0162	0.0156	0.0156	0.0172	0.019	0.0233	0.0266	0.0444
	2.756	2.756	2.756	2.756	2.756	2.756	2.756	2.756
	1.205	1.004	0.884	0.801	0.843	0.99	1.091	1.437
	797.451	664.306	584.775	530.08	557.8	654.921	721.933	950.56
	5.516	4.644	4.142	3.899	4.201	5.119	5.748	7.96

Рисунок 8.1 - График топливно-экономической характеристики автомобиля

Рисунок 8.2 - 3D модель зависимости параметров,,

Список источников информации

1. Программа самообучения 251. Автомобиль Passat. - 2001. - 61 с.

2. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов, - Ми; Высш. шк., 1986. - 206 с.

3. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. Учебник для вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство". - М.: Машиностроение, 1989ю - 240 с.

4. Методичні вказівки до виконання дипломного проекту освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр для студентів спеціальності 6.070106

5. "Автомобілі та автомобільне господарство" / уклад В.Б. Самородов, А.Д. Артюшенко. - Харків.: НТУ "ХПІ", 2009. - 68 с.

6. Методичні вказівки до дипломного та курсового проектування з курсу "Теорія автомобіля" для студентів спеціальності "Автомобілі і автомобільне господарство" і "Колісні та гусенечні транспортні засоби" всіх форм навчання / уклад.: В.М. Велекодній, Н.В. Павлій, А.Г. Мамонтов. - Х.: НТУ "ХПІ", 2009. - 40 с.

Приложение 1 - Технические характеристики автомобиля VWPassatB5

Характеристики кузова
Тип кузова	Седан
Количество дверей	4
Количество мест	5
Длина	4703 мм
Ширина	1746мм
Высота	1462 мм
Колесная база	2703 мм
Колея передняя	1515 мм
Колея задняя	1515 мм
Объем багажника максимальный	800 л
Объем багажника минимальный	475 л
Характеристики двигателя
Тип двигателя	Дизельный
Модель двигателя	AVF
Объем двигателя	1896 см3
Мощность	130 л. с. (96 кВт)
При оборотах	4000 об. /мин
Крутящий момент	310/1900 Нм / (Об/мин)
Система питания	Насос-форсунки
Наличие турбонаддува	Турбонаддув c интеркулером
Газораспределительный механизм	OHC (OverHead Camshaft)
Расположение цилиндров	Рядный
Количество цилиндров	4
Диаметр цилиндра	79,5 мм
Ход поршня	95,5 мм
Степень сжатия	19
Количество клапанов на цилиндр	2
Топливо	Дизельное топливо
Соответствует нормам токсичности	EU3
Выхлоп CO2	149 г/км
Порядок работы цилиндров	1-3-4-2
Катализатор	есть
Рециркуляция ОГ (EGR)	есть
Трансмиссия
Привод	Передний
Кол-во передач (мех коробка)	5
Главная передача	3,941
1-ая передача	3,454
2-ая передача	1,944
3-ая передача	1, 206
4-ая передача	0,882
5-ая передача	0,711
Передача заднего хода	3,600
Управление сцеплением	Гидравлическое
Диаметр диска сцепления	219 мм (DSH)
Диаметр фланца карданного вала	100 мм
Подвеска
Тип передней подвески	Независимая многорычажная со стабилизатором поперечной устойчивости
Тип задней подвески	Полунезависимая пружинная со стабилизатором поперечной устойчивости
Технические характеристики тормозной системы
Передние тормоза	Дисковые вентилируемые, 288 мм
Задние тормоза	Дисковые
АБС (Антиблокировочная система торможения)	есть
EBD (Система распределения тормозных сил)	есть
Характеристики рулевого управления
Тип рулевого управления	Шестерня-рейка
Усилитель руля	Гидроусилитель
Эксплуатационные показатели
Максимальная скорость	204 км/час
Время разгона (0-100 км/ч)	9,9 с
Расход топлива в городе	7,5 л/100 км
Расход топлива на шоссе	4,6 л/100 км
Расход топлива Смешанный цикл	5,6 л/100 км
Объем топливного бака	62 л
Снаряженная масса автомобиля	1395 кг
Допустимая полная масса	1950 кг
Размер шин	195/65 R15

Приложение 2 - Внешняя характеристика дизельного двигателя TDI 1,9 л мощностью 96 кВт/130 л. с. с насос - форсунками

Размещено на Allbest.ru