Расчет тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля ВАЗ-21120

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

кумертауский филиал

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Оренбургский государственный университет»

(КУМЕРТАУСКИЙ ФИЛИАЛ ОГУ)

Транспортно-энергетический факультет

Кафедра автомобилей и автомобильного хозяйства

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля ВАЗ-21120

по дисциплине: «Автомобили»

Кумертау 2014

1. Технические условия

Тип автомобиля: ВАЗ-21120

Тип двигателя: ВАЗ-2111

Рабочий объем двигателя, см³: 1500

Тип трансмиссии: переднеприводная

Масса снаряженная, кг: 1080

Масса максимально разрешенная, кг: 1555

Максимальная скорость, км/ч: 180

Максимальная мощность двигателя N_max, кВт: 57,5

Обороты коленвала на максимальной мощности, об/мин: 5400

Максимальный крутящий момент М_max и соответствующие ему обороты коленвала, об/мин.: 125 н*м при 3000

Дорожные условия соответствуют КУЭ-II

Аннотация

В предлагаемом курсовом проекте выполнен расчет тягово-экономических показателей автомобиля ВАЗ-21120 с двигателем ВАЗ-2111 рабочим объемом 1496 см³.

В первом разделе определена полная масса автомобиля, рассчитано её распределение по осям.

Во втором и третьем разделах выполнен расчет координат центра тяжести автомобиля, выбраны шины с учетом перераспределения нагрузки при разгоне и торможении.

В четвертом разделе построена внешняя скоростная характеристика двигателя.

В пятом разделе курсового проекта выполнен расчет передаточных чисел трансмиссии автомобиля.

В шестом и седьмом разделах выполнены расчеты для построения силового и мощностного баланса автомобиля.

В восьмом разделе рассчитан и построен динамический паспорт автомобиля.

В девятом разделе определены время, ускорение и путь разгона автомобиля на различных передачах.

В десятом разделе построен график топливной экономичности автомобиля.

Содержание

Введение

1. Расчет полной массы автомобиля и распределение её по осям

2. Расчет координат центра тяжести автомобиля

3. Выбор шин

4. Расчет скоростной характеристики двигателя

4.1 Определение максимальной мощности автомобиля

5. Определение передаточных чисел трансмиссии автомобиля

5.1 Расчет передаточного числа главной передачи

5.2 Расчет передаточных чисел коробки передач

6. расчет силового баланса автомобиля

7. Расчет мощностного баланса автомобиля

8. Расчет динамического паспорта автомобиля

8.1 Расчет динамических характеристик автомобиля

8.2 Расчет номограммы нагрузок

8.3 Расчет графика контроля буксования

9. Определение ускорений, времени и пути разгона автомобиля

9.1 Определение ускорений

9.2 Определение времени разгона автомобиля

9.3 Определение пути разгона автомобиля

10. Расчет топливной экономичности автомобиля

Выводы

Список литературы

Введение

Тяговая динамика и топливная экономичность автомобиля относятся эксплуатационным свойствам.

Эксплуатационными свойствами автомобиля называются свойства, характеризующие выполнение им транспортных и специальных работ. Эти свойства определяют приспособленность автомобиля к условиям эксплуатации, а так же эффективность и удобство его использования.

Автомобиль обладает целым рядом эксплуатационных свойств, которые составляют две группы, связанные и не связанные с движением автомобиля.

Тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная экономичность, управляемость, маневренность, поворачиваемость, устойчивость, проходимость, плавность хода, экологичность и безопасность обеспечивают движение автомобиля.

Вместимость, прочность, долговечность, приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту, погрузочно-разгрузочным работам, посадке и высадке пассажиров во многом определяют эффективность и удобство использования автомобиля.

Что же представляют собой эксплуатационные свойства?

Тягово-скоростными называют свойства автомобиля, определяющие диапазоны изменения скоростей движения и максимальные ускорения разгона в различных дорожных условиях при работе в тяговом режиме.

Тяговым называют режим движения автомобиля, при котором от двигателя к ведущим колесам через трансмиссию подводится мощность и крутящий момент, необходимые для движения.

Топливная экономичность - это свойство автомобиля, определяющее расходы топлива при выполнении транспортной работы.

В данном курсовом проекте представлены расчеты двух эксплуатационных свойств автомобиля ВАЗ-21120, а именно тяговой динамики и топливной экономичности.

автомобиль топливный разгон скоростной

1. Расчет полной массы автомобиля и распределение её по осям

Полная масса автомобиля ВАЗ-21120 определяется по следующей зависимости:

m = m_a + (75+m_б)*n + m_г (1)

где m_a - масса автомобиля без нагрузки, кг;

m_a = 1080кг;

m_б - масса багажа, приходящаяся на одного пассажира, кг;

m_б = (10-16) кг на одного пассажира;

m_г = 20кг - допустимая дополнительная нагрузка при полной пассажировместимости;

n - число пассажиров, включая водителя.

m = 1080+(75+16)*5+20 = 1555 кг

Распределение нагрузки по осям принимаем по 50%.

m₁ = m₂ = 1555/2 = 777,5 кг

2. Расчет координат центра тяжести автомобиля

Расчет координат центра тяжести производится по формулам:

а = m₂*(L/m), (2)

b = m₁*(L/m), (3)

где a, b - соответственно расстояние от передней и задней осей до центра тяжести автомобиля, м;

L = 2,460 м - база автомобиля;

m₁, m₂ - соответственно масса автомобиля, приходящаяся на переднюю и заднюю оси, кг.

Высота центра тяжести принимается в пределах:

h = 0,25L - для переднеприводных автомобилей;

h = 0,30L - для заднеприводных автомобилей.

3. Выбор шин

Максимальная нагрузка на одну шину m_ш, кг:

m_ш1 = m₁/i₁, (4)

m_ш2 = m₂/i₂, (5)

где i₁, i₂ - соответственно количество шин, установленных на передней и задней осях.

Максимальная нагрузка на шину должна учитывать перераспределение массы автомобиля при интенсивном разгоне и экстренном торможении, которое учитывается коэффициентом перераспределения m_p.

m_p1 = m_p2 = 1.35,

где m_p1 - коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на переднюю ось при торможении;

m_p2 - коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на заднюю ось при разгоне.

m_ш1 = m_ш2 = (m₁/i₁)* m_p1 = (777,5/2)*1,35 = 524,8 кг

По максимальной нагрузке на шину и максимальной скорости автомобиля выбираем модель Я-524 185/65R14.

Наружный диаметр шины:

d_н = 0.596 м.

Статический радиус:

r_ст = 0,273 м.

Ширина профиля:

В = 0,189 м.

Максимальная нагрузка 5300 Н

Определяем номинальный радиус колеса r_н, который в дальнейших расчетах принимаем за радиус качения r, м:

r_н r = 0.0127* (d+1.7*B), (6)

где d и В - соответственно диаметр обода и ширина профиля шины в дюймах.

r = 0.0127*(14+1.7*7,44) = 0.338 м.

4. Расчет скоростной характеристики двигателя

Скоростная характеристика двигателя - это зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала.

Максимальная мощность двигателя N_max известна, внешнюю скоростную характеристику рассчитаем по формуле Р.С. Лейдермана задаваясь значениями n_e:

N_e = N_max*[а*(n_e/n_N)+ b*(n_e/n_N)² - c*(n_e/n_N)³], (7)

где а, b, c - коэффициенты, учитывающие тип двигателя, форму камеры сгорания;

n_N - частота вращения коленвала при максимальной мощности, об/мин.;

n_e - текущее значение оборотов коленвала, для которого определяется мощность;

a=b=c=1 - для автомобилей с бензиновыми двигателями;

a=0,53; b=1,56; c=1,09 - для автомобилей с дизельными двигателями.

Определим значения мощности для следующих значений n_e:

n_min=1000 об/мин.;

n_e1= 2000 об/мин.;

n_e2= 3000 об/мин.;

n_e3= 4000 об/мин.;

n_e4= 5000 об/мин.;

n_N= 5400 об/мин.;

n_max=6000 об/мин.;

N_min=57.5*[1*(1000/5400)+1*(1000/5400)²-1*(1000/5400)³]=12.25 кВт;

N_e1=57.5*[1*(2000/5400)+1*(2000/5400)²-1*(2000/5400)³]=26.28 кВт;

N_e2=57.5*[1*(3000/5400)+1*(3000/5400)²-1*(3000/5400)³]=39.33 кВт;

N_e3=57.5*[1*(4000/5400)+1*(4000/5400)²-1*(4000/5400)³]=50.89 кВт;

N_e4=57.5*[1*(5000/5400)+1*(5000/5400)²-1*(5000/5400)³]=56.87 кВт;

N_max=57.5*[1*(5400/5400)+1*(5400/5400)²-1*(5400/5400)³]=57.5 кВт;

N_e5=57.5*[1*(6000/5400)+1*(6000/5400)²-1*(6000/5400)³]=56 кВт;

Для тех же частот вращения коленвала определяем крутящий момент М_е двигателя по формуле:

М_е=9555,3*(N_e/n_e), Н*м;

М_min=9555.3*(12.25/1000)=117.05 Н*м

М_е1=9555,3*(26,28/2000)=123,16 Н*м

М_е2=9555,3*(39,33/3000)=125,27 Н*м

М_е3=9555,3*(50,89/4000)=121,57 Н*м

М_е4=9555,3*(56,87/5000)=108,68 Н*м

М_е5=9555,3*(57,5/5400)=101,75 Н*м

М_е6=9555,3*(56/6000)=89,18 Н*м

Полученные значения текущих мощности и момента сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Значения мощности и крутящего момента

ne, об/мин.	1000	2000	3000	4000	5000	5400	6000
Ne, кВт	12,25	26,28	39,33	50,89	56,87	57,5	56,0
Me, Н*м	117,05	123,16	125,27	121,57	108,68	101,75	89,18

По табличным значениям строим график внешней скоростной характеристики.

Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика

5. Расчет передаточных чисел трансмиссии

5.1 Расчет передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи i₀ определяется исходя из обеспечения максимальной скорости движения автомобиля:

i₀=(0.377*n_max*r)/(i_к*i_рк*V_max), (8)

где r - радиус качения колеса, м;

n_max - максимальные обороты коленвала двигателя, об/мин.;

i_к - передаточное число коробки передач на прямой передаче;

i_рк - передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче;

V_max - максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче,км/час.

i₀=(0,377*6000*0,338)/(1*1*180)=4,27=4,3

5.2 Расчет передаточных чисел коробки передач

При определении передаточных чисел коробки передач вначале необходимо найти передаточное число первой ступени. Оно определяется из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги ?_max:

(M_max*з* i_к1* i₀* i_рк)/ rm*g* ?_max1, (9)

Отсюда:

i_к1( m*g* ?_max1*r)/M_max* з* i₀* i_рк , (10)

где ?_max1 - коэффициент суммарного сопротивления дороги, преодолеваемого автомобилем на первой передаче;

?_max1=(0,3-0,4).

Меньшие значения относятся к легковым автомобилям.

i_к1(1555*9.81*0,3*0,338)/125*0,98*4,3*1=2,9

Во избежание буксования ведущих колес должно быть соблюдено так же неравенство:

(M_max* з* i_к1* i₀* i_рк)/r m₁*g*ц*m_p1; (11)

iк1 (m1*g*ц*mp1* r)/( Mmax* з* i0* iрк), (12)

где ц - коэффициент сцепления,

ц = (0,6-0,8);

m₁ - масса автомобиля, приходящаяся на переднюю ведущую ось;

m_p1 = 0,8 - коэффициент перераспределения нормальных реакций дороги при разгоне переднеприводных автомобилей.

iк1 (777,5*9.81*0,7*0,8*0,338)/(125*0,98*4,3*1)= 3,49

Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач определяются из выражения:

(13)

где n - число ступеней коробки передач;

m - порядковый номер рассчитываемой передачи.

Повышающую передачу выбирают в пределах (0,78-0,82) от прямой.

i_к2 = = 2,55

i_к3 = = 1,87

i_к4 = = 1,04

i_к5 = 0,82

6. Расчет силового баланса

Силовой баланс автомобиля выражается зависимостью:

Р_т = Р_д+Р_в+Р_и, (14)

где Р_т - сила тяги на ведущих колесах;

Р_д - сила сопротивления дороги;

Р_в - сила сопротивления воздуха;

Р_и - сила инерции.

Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля на каждой передаче определяется из выражения:

Р_тm = (М_е*i_km*i_pk*i₀*з)/r, (15)

где m - порядковый номер передачи;

М_е - крутящий момент на валу двигателя при соответствующих оборотах, Н*м.

Р_т11 = (117,05*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 5093 Н;

Р_т12 = (123,16*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 5359 Н;

Р_т13 = (125,27*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 5451 Н;

Р_т14 = (121,57*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 5290 Н;

Р_т15 = (108,68*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 4729 Н;

Р_т16 = (101,75*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 4427 Н;

Р_т17 = (89,18*3,49*1*4.3*0,98)/0,338 = 3880 Н;

Р_т21 = (117,05*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 3721 Н;

Р_т22 = (123,6*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 3929 Н;

Р_т23 = (125,27*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 3983 Н;

Р_т24 = (121,57*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 3865 Н;

Р_т25 = (108,68*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 3455 Н;

Р_т26 = (101,75*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 3235 Н;

Р_т27 = (89,18*2,55*1*4.3*0,98)/0,338 = 2835 Н;

Р_т31 = (117,05*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2728 Н;

Р_т32 = (123,6*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2882 Н;

Р_т33 = (125,27*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2921 Н;

Р_т34 = (121,57*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2834 Н;

Р_т35 = (108,68*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2534 Н;

Р_т36 = (101,75*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2372 Н;

Р_т37 = (89,18*1,87*1*4.3*0,98)/0,338 = 2079 Н;

Р_т41 = (117,05*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1518 Н;

Р_т42 = (123,16*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1597 Н;

Р_т43 = (125,27*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1624 Н;

Р_т44 = (121,57*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1576 Н;

Р_т45 = (108,68*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1409 Н;

Р_т46 = (101,75*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1319 Н;

Р_т47 = (89,18*1,04*1*4.3*0,98/0,338 = 1156 Н;

Р_т51 = (117,05*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 1197 Н;

Р_т52 = (123,16*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 1259 Н;

Р_т53 = (125,27*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 1281 Н;

Р_т54 = (121,57*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 1243 Н;

Р_т55 = (108,68*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 1111 Н;

Р_т56 = (101,75*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 1040 Н;

Р_т57 = (89,18*0,82*1*4.3*0,98)/0,338 = 912 Н;

Скорость движения автомобиля, км/час., определяется по формуле:

V_m = (0.377*r*n_e)/(i_km*i_pk*i₀), (16)

где i_km - передаточное число соответствующей передачи;

n_e - обороты коленвала.

V₁₁ = (0.377*0.338*1000)/(3,49*1*4,3) = 8,49 км/час.;

V₁₂ = (0.377*0.338*2000)/(3,49*1*4,3) = 16,98 км/час.;

V₁₃ = (0.377*0.338*3000)/(3,49*1*4,3) = 25,47 км/час.;

V₁₄ = (0.377*0.338*4000)/(3,49*1*4,3) = 33,96 км/час.;

V₁₅ = (0.377*0.338*5000)/(3,49*1*4,3) = 42,45 км/час.;

V₁₆ = (0.377*0.338*5400)/(3,49*1*4,3) = 45,85 км/час.;

V₁₇ = (0.377*0.338*6000)/(3,49*1*4,3) = 50,94 км/час.

V₂₁ = (0.377*0.338*1000)/(2,55*1*4,3) = 11,62 км/час.;

V₂₂ = (0.377*0.338*2000)/(2,55*1*4,3) = 23,24 км/час.;

V₂₃ = (0.377*0.338*3000)/(2,55*1*4,3) = 34,86 км/час.;

V₂₄ = (0.377*0.338*4000)/(2,55*1*4,3) = 46,48 км/час.;

V₂₅ = (0.377*0.338*5000)/(2,55*1*4,3) = 58,1 км/час.;

V₂₆ = (0.377*0.338*5400)/(2,55*1*4,3) = 62,75 км/час.;

V₂₇ = (0.377*0.338*6000)/(2,55*1*4,3) = 69,72 км/час.

V₃₁ = (0.377*0.338*1000)/(1,87*1*4,3) = 18,19 км/час.;

V₃₂ = (0.377*0.338*2000)/(1,87*1*4,3) = 36,38 км/час.;

V₃₃ = (0.377*0.338*3000)/(1,87*1*4,3) = 54,57 км/час.;

V₃₄ = (0.377*0.338*4000)/(1,87*1*4,3) = 72,76 км/час.;

V₃₅ = (0.377*0.338*5000)/(1,87*1*4,3) = 90,95 км/час.;

V₃₆ = (0.377*0.338*5400)/(1,87*1*4,3) = 98,23 км/час.;

V₃₇ = (0.377*0.338*6000)/(1,87*1*4,3) = 109,14 км/час.;

V₄₁ = (0.377*0.338*1000)/(1,04*1*4,3) = 28,50 км/час.;

V₄₂ = (0.377*0.338*2000)/(1,04*1*4,3) = 57,0 км/час.;

V₄₃ = (0.377*0.338*3000)/(1,04*1*4,3) = 85,5 км/час.;

V₄₄ = (0.377*0.338*4000)/(1,04*1*4,3) = 114,0 км/час.;

V₄₅ = (0.377*0.338*5000)/(1,04*1*4,3) = 142,5 км/час.;

V₄₆ = (0.377*0.338*5400)/(1,04*1*4,3) = 153,9 км/час.;

V₄₇ = (0.377*0.338*6000)/(1,04*1*4,3) = 171,0 км/час.;

V₅₁ = (0.377*0.338*1000)/(0,82*1*4,3) = 36,14 км/час.;

V₅₂ = (0.377*0.338*2000)/(0,82*1*4,3) = 72,28 км/час.;

V₅₃ = (0.377*0.338*3000)/(0,82*1*4,3) = 108,42 км/час.;

V₅₄ = (0.377*0.338*4000)/(0,82*1*4,3) = 144,56 км/час.;

V₅₅ = (0.377*0.338*5000)/(0,82*1*4,3) = 180,7 км/час.;

V₅₆ = (0.377*0.338*5400)/(0,82*1*4,3) = 195,16 км/час.;

V₅₇ = (0.377*0.338*6000)/(0,82*1*4,3) = 216,84 км/час.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Значения силы тяги и скорости автомобиля

nе, об/мин	1000	2000	3000	4000	5000	5400	6000
Ме, Н*м	117,05	123,16	125,27	121,57	108,68	101,75	89,18
Рт1, Н	5093	5359	5451	5290	4729	4427	3880
V1, км/час	8,49	16,98	25,47	33,96	42,45	45,85	50,94
Рт2, Н	3721	3929	3983	3865	3455	3235	2835
V2, км/час	11,62	23,24	34,86	46,48	58,10	62,75	69,72
Pт3, Н	2728	2882	2921	2834	2534	2372	2079
V3, км/час	18,19	36,38	54,57	72,76	90,95	98,23	109,14
Рт4, Н	1518	1597	1624	1576	1409	1319	1156
V4, км/час	28,50	57,0	85,5	114,0	142,5	153,9	171,0
Рт5, Н	1197	1259	1281	1243	1111	1040	912
V5, км/час	36,14	72,28	108,42	144,56	180,7	195,16	216,84

Силу сопротивления дороги для различных скоростей движения определим по формуле:

Р_д = m*g*?, (17)

где ? - коэффициент суммарного сопротивления дороги.

? = f+i, (18)

где i = 0 - уклон дороги;

f - коэффициент сопротивления качению.

Отсюда:

? = f = 0.012[1+V²/20000].

Значения V, км/час, принимаем от 0 до V_max, результаты расчетов заносим в таблицу 3.

Сила сопротивления воздуха движению автомобиля определяется из выражения:

Р_в = (k*F*V²)/13, (19)

где k - коэффициент обтекаемости.

Для автомобиля ВАЗ-21120 k = 0,335

F = 0,78*В_а*Н_а - лобовая площадь автомобиля. (20)

В_а и Н_а - соответственно ширина и высота автомобиля.

F = 0,78*1,676*1,430 = 1,87 м².

Значения сопротивления воздуха для различных скоростей движения от 0 до V_max заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Значения Р_д и Р_в в зависимости от скорости

V, км/час	0	20	40	60	80	100	120	140	160	180
?	0	0,012	0,013	0,014	0,016	0,018	0,02	0,024	0,027	0,031
Рд, Н	0	183	198	214	244	275	305	366	412	473
Рв, Н	0	19	77	173	307	480	691	941	1229	1555

После заполнения таблиц 2 и 3 строим график силового баланса, рисунок 2.



Рисунок 2 - График силового баланса автомобиля

7. Расчет мощностного баланса автомобиля

Мощностной баланс автомобиля в общем виде можно представить как:

N_т = N_e*з = N_к + N_п + N_в + N_и, (21)

где N_т = мощность, подводимая к ведущим колесам, кВт;

N_e - мощность на коленчатом валу двигателя, кВт;

N_п - мощность, затрачиваемая на преодоление подъема, кВт;

N_в - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

N_к - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению, кВт;

N_и - мощность, затрачиваемая на ускорение автомобиля, кВт.

Слагаемые уравнения мощностного баланса прямой передаче при полностью открытом дросселе определим из выражений:

N_к = (Р_к*V)/1000 = (m*f*CosV)/3600; (22)

N_п = (Р_п*V)/1000 = (m*Sin*V)/3600; (23)

N_в = (Р_в*V)/1000 = (k*F*V³)/46656; (24)

N_и = (Р_и*V)/1000 = (m*д_вр*j*V)/3600, (25)

б - угол подъёма дороги; б = 0.

где д_вр - коэффициент учета вращающихся масс;

Определяется по упрощенной эмпирической формуле:

д_вр = 1+(д₁+ д₂*i_тр*m)/m_а, (26)

где д₁ д₂ (0,03-0,05);

m - полная масса автомобиля;

m_а - фактическая масса автомобиля;

j - ускорение автомобиля;

j = 2,31 м/сек².

I передача: д_вр = 1+(0,04+0,04*(3,49*4,3)*1*1555)/1555 = 1,6

II передача: д_вр = 1+(0,04+0,04*(2,55*4,3)*1*1555)/1555 = 1,44

III передача: д_вр = 1+ (0,04+0,04*(1,87*4,3)*1*1555)/1555 = 1,32

IV передача: д_вр = 1+ (0,04+0,04*(1,04*4,3)*1*1555)/1555 = 1,18

V передача: д_вр = 1+(0,04+0,04*(0,82*4,3)*1*1555)/1555= 1,14

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Значения мощностей автомобиля

mi	ne, об/мин	V, км/час	Ne, кВт	Nт, кВт	Nк, кВт	Nп, кВт	Nв, кВт	Nи, кВт	Запас мощн., кВт
1	1000	8,49	12,25	12,0	0,037	0	0,008	1,36	10,60
	2000	16,98	26,28	25,75	0,09	0	0,066	2,72	22,87
	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	3000	25,47	39,33	38,54	0,13	0	0,22	4,08	34,11
	4000	33,96	50,89	49,87	0,18	0	0,53	5,44	43,72
	5000	42,45	56,87	55,73	0,24	0	1,03	6,8	47,66
	5400	45,85	57,5	56,35	0,26	0	1,30	7,3	47,49
	6000	50,94	56,0	54,88	0,33	0	1,77	8,16	44,62
2	1000	11,62	12,25	12,0	0,06	0	0,02	1,6	10,32
	2000	23,24	26,28	25,75	0,13	0	0,17	3,25	22,2
	3000	34,86	39,33	38,54	0,19	0	0,57	4,9	32,88
	4000	46,48	50,89	49,87	0,26	0	1,35	5,1	43,16
	5000	58,1	56,87	55,73	0,34	0	2,63	5,5	47,26
	5400	62,75	57,5	56,35	0,38	0	3,32	7,0	45,65
	6000	69,72	56,0	54,88	0,42	0	4,55	8,1	41,81
3	1000	18,19	12,25	12,0	0,09	0	0,08	2,36	9,47
	2000	36,38	26,28	25,75	0,19	0	0,65	4,73	20,18
	3000	54,57	39,33	38,54	0,3	0	2,18	5,09	30,97
	4000	72,76	50,89	49,87	0,44	0	5,17	7,46	36,8
	5000	90,95	56,87	55,73	0,63	0	10,1	8,82	36,18
	5400	98,23	57,5	56,35	0,76	0	12,73	9,86	33,0
	6000	109,14	56,0	54,88	0,85	0	17,45	10,19	10,19
4	1000	28,50	12,25	12,0	0,15	0	0,31	3,42	8,12
	2000	57,0	26,28	25,75	0,34	0	2,49	5,7	17,22
	3000	85,5	39,33	38,54	0,59	0	8,39	8,55	21,01
	4000	114,0	50,89	49,87	0,88	0	19,89	10,4	18,7
	5000	142,5	56,87	55,73	1,47	0	28,85	11,2	14,21
	5400	153,9	57,5	56,35	1,59	0	34,94	12,4	7,42
	6000	171,0	56,0	54,88	1,98	0	38,13	13,1	1,67
5	1000	36,14	12,25	12,0	0,2	0	0,63	4,70	6,47
	2000	72,28	26,28	25,75	0,41	0	5,14	7,46	12,74
	3000	108,42	39,33	38,54	0,84	0	16,56	10,16	10,98
	4000	144,56	50,89	49,87	1,49	0	28,90	11,8	7,68
	5000	180,17	56,87	55,73	2,4	0	39,66	14,1	0
	5400	195,16	57,5	56,35	2,6	0	49,55	17,23	-
	6000	216,84	56	54,88	2,9	0	66,89	24,15	-

По данным таблицы 4 строим график мощностного баланса автомобиля, рисунок 3.

Рисунок 3 - График мощностного баланса автомобиля ВАЗ-21120

8. Расчет динамического паспорта автомобиля

8.1 Динамическая характеристика автомобиля

Графическое изображение зависимости динамического фактора D от скорости движения на различных передачах при полной нагрузке называется динамической характеристикой и определяется по формуле:

D_m = (Р_тm-Р_в)/m*g, (27)

m - полная масса автомобиля;

Р_тm - тяговая сила на ведущих колесах на m-передаче.

Результаты расчета заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Значения динамического фактора автомобиля

V1, км/час	8.49	16.98	25.47	33.96	42.45	45.85	50.94
D1, Н/Н	0,3	0,35	0,36	0,34	0,3	0,28	0,24
V2, км/час	11,62	23,24	34,86	46,48	58,1	62,75	69,72
D2, Н/Н	0,24	0,25	0,26	0,24	0,21	0,2	0,17
V3, км/час	18,19	36,38	54,57	72,76	90,95	98,23	109,14
D3, Н/Н	0,17	0,18	0,17	0,16	0,14	0,12	0,1
V4, км/час	28,50	57,0	85,5	114,0	142,5	153,9	171,0
D4, Н/Н	0,1	0,09	0,08	0,06	0,05	0,04	0,02
V5, км/час	36,14	72,28	108,42	144,56	180,17	195,16	216,84
D5, Н/Н	0,07	0,06	0,05	0,02	0,005

По результатам расчетов строим в D-V координатах кривые изменения динамического фактора на различных передачах. Рисунок 4.

8.2 Расчет номограммы нагрузок

Для определения динамического фактора в случае частичной загрузки автомобиля, динамическую характеристику следует дополнить номограммой нагрузок. Масштаб номограммы нагрузок определяется из выражения:

а₀ = аЧD₀/D, (28)

где D₀ - динамический фактор автомобиля при нулевой нагрузке;

а₀ - масштаб динамического фактора при нулевой загрузке;

а - масштаб динамического фактора при полной загрузке.

Динамический фактор при нулевой загрузке определяется по формуле:

D₀ = DЧm/m_a, (29)

где m - полная масса автомобиля;

m_a - снаряженная масса автомобиля.

а₀ = 1,43

Результаты расчетов сводим в таблицу 6.

Таблица 6 - Значения динамического фактора незагруженного автомобиля

V1, км/час	8.49	16.98	25.47	33.96	42.45	45.85	50.94
D01, Н/Н	0,43	0,5	0,52	0,49	0,43	0,4	0,35
V2, км/час	11,62	23,24	34,86	46,48	58,1	62,75	69,72
D02, Н/Н	0,35	0,36	0,37	0,35	0,3	0,29	0,24
V3, км/час	18,19	36,38	54,57	72,76	90,95	98,23	109,14
D03, Н/Н	0,24	0,26	0,24	0,23	0,20	0,17	0,14
V4, км/час	28,50	57,0	85,5	114,0	142,5	153,9	171,0
D04, Н/Н	0,14	0,13	0,12	0,08	0,07	0,06	0,03
V5, км/час	36,14	72,28	108,42	144,56	180,17	195,16	216,84
D05, Н/Н	0,1	0,09	0,07	0,03	0,007

8.3 Расчет графика контроля буксования

Значение динамического фактора автомобиля ограничено в следствии наличия сцепления колес с дорогой. Для безостановочного движения автомобиля без пробуксовки ведущих колес необходимо выполнение следующего условия:

D_сцD, (30)

где D_сц - динамический фактор по сцеплению.

Динамический фактор автомобиля по сцеплению при различных коэффициентах сцепления ц и загрузки m_x определим по формуле:

D_сцх = (ц*m_p1*m_1x)/m_x, (31)

где m_1x - часть массы m_x, приходящейся на передние ведущие колеса;

m_x - масса автомобиля при х (промежуточной нагрузке).

Коэффициент перераспределения масс найдем по формуле:

m_p1 = 1/[1+(h/L)], (32)

где h = 0.615м - высота центра тяжести;

L = 2,46м - база автомобиля.

m_p1 = 0,87

Определяем значения динамического фактора по сцеплению для автомобиля с полной нагрузкой D_сц и без нагрузки D_сца при различных значениях ц от 0,1 до 0,7 с шагом 0,1. Результаты расчетов заносим в таблицу 7.

Таблица 7 - Значения D_сц и D_сца

Значения D	Значения коэффициента сцепления ц
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Dсц	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35
Dсца	0,04	0,09	0,13	0,17	0,22	0,26	0,3



Рисунок 4 - Динамический паспорт автомобиля ВАЗ-21120

9. Определение ускорений, времени и пути разгона автомобиля

9.1 Определение ускорений

Для определения ускорений автомобиля используются расчетные данные динамической характеристики D и V.

Ускорение автомобиля j, м/с², определяется из выражения:

j_m = (D_m-?)*g/д_врm, (33)

где ? - коэффициент суммарного дорожного сопротивления при i = 0

? = 0.012(1+V²/20000);

д_вр - коэффициент учета вращающихся масс;

д_вр = 1+(д₁+ д₂*i_тр*m)/m_а,

где д₁ д₂ (0,03-0,05);

m - полная масса автомобиля;

m_а - фактическая масса автомобиля;

i_тр - передаточное число рансмиссии.

Результаты расчетов заносим в таблицу 8.

Таблица 8 - значения ускорений автомобиля

I	D1	0,3	0,35	0,36	0,34	0,3	0,28	0,24
	?	0,009	0,01	0,012	0,0123	0,013	0,0131	0,0134
	V1, км/ч	8.49	16.98	25.47	33.96	42.45	45.85	50.94
	j1, м/с2	1,78	2,08	2,13	2,0	1,76	1,63	1,39
II	D2	0,24	0,25	0,26	0,24	0,21	0,2	0,17
	?	0,009	0,012	0,0123	0,0132	0,014	0,014	0,015
	V2, км/ч	11,62	23,24	34,86	46,48	58,1	62,75	69,72
	J2, м/с2	1,62	1,67	1,74	1,59	1,37	1,3	1,08
III	D3	0,17	0,18	0,17	0,16	0,14	0,12	0,1
	?	0,011	0,0124	0,0135	0,015	0,0164	0,017	0,018
	V3, км/ч	18,19	36,38	54,57	72,76	90,95	98,23	109,14
	J3, м/с2	1,20	1,26	1,18	1,09	0,9	0,8	0,62
IV	D4	0,1	0,09	0,08	0,06	0,05	0,04	0,031
	?	0,012	0,014	0,016	0,018	0,024	0,026	0,029
	V4, км/ч	28,50	57,0	85,5	114,0	142,5	153,9	171,0
	J4, м/с2	0,73	0,67	0,57	0,37	0,23	0,12	0,09
V	D5	0,07	0,06	0,05	0,036	0,031
	?	0,0124	0,015	0,018	0,024	0,031
	V5, км/ч	36,14	72,28	108,42	144,56	180,17
	J5, м/с2	0,52	0,4	0,29	0,11	0

По данным таблицы строят график зависимости ускорений автомобиля на всех передачах от скорости. Рисунок 5.

Рисунок 5 - График ускорений автомобиля

9.2 Определение времени разгона автомобиля

При проведении расчетов полагаем, что разгон автомобиля на каждой передаче производится до достижения максимальных оборотов двигателя.

Для определения времени разгона на каждой передаче определяем среднее ускорение:

j_ср = (j_н+j_к)/2 (34)

При изменении скорости от V_н (начальная) до V_к (конечная) среднее ускорение можно определить из выражения:

j_ср = (V_к - V_н)/t. (35)

Отсюда находим время разгона на каждой передаче:

t = (V_к - V_н)/ j_ср (36)

Время на переключение передач принимаем по таблице 9.

Таблица 9 - Время переключения передач.

Тип коробки передач	Время переключения передач, с
	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
Без синхронизаторов	1,3-1,5	1,5-2
С синхронизаторами	0,2-0,5	1-1,5
АКП	0,2-0,3	0,2-0,3

Падение скорости за время переключения передач определяем по формуле:

V_п = 9,3*t_п*?. (37)

Расчет времени разгона на различных передачах производится с учетом уменьшения скорости во время переключения передач. Результаты расчетов сводим в таблицу 10 и строим график времени разгона автомобиля. Время разгона откладываем нарастающим итогом.

9.3 Определение пути разгона автомобиля

Путь разгона определяется в тех же интервалах изменения скорости:

S = V_ср*t, (38)

где V_ср - средняя скорость движения в интервале, м/с;

V_ср = (V_н + V_к)/2 (39)

Путь, проходимый автомобилем за время переключения передач, м, определим по формуле:

S_п = (V_нп-17*t_п*?)* t_п/3,6, (40)

где V_нп - скорость в момент начала переключения передач.

Результаты расчетов заносим в таблицу 10. По полученным данным строим график пути разгона автомобиля. Путь разгона наносим на график нарастающим итогом.

Таблица 10 - Значения времени и пути разгона автомобиля

Первая передача
n,об/мин.	Vн	Vк	Vср	Jн	Jк	Jср	t	S
1000-2000	8,49	16,98	12,65	1,78	2,08	1,93	0,2	0,7
2000-3000	16,98	25,47	21,22	2,08	2,13	2,1	0,2	1,2
3000-4000	25,47	33,96	29,72	2,13	2	2,06	0,2	1,65
4000-5000	33,96	42,45	38,2	2	1,76	1,88	0,2	2,12
5000-5400	42,45	45,85	44,15	1,76	1,63	1,69	0,1	1,22
5400-6000	45,85	50,94	48,4	1,63	1,39	1,51	0,15	2,02
Вторая передача
n,об/мин.	Vн	Vк	Vср	Jн	Jк	Jср	t	S
1000-2000	11,62	23,24	17,43	1,62	1,67	1,65	0,4	1,94
2000-3000	23,24	34,86	29,05	1,67	1,74	1,7	0,4	3,23
3000-4000	34,86	46,48	40,67	1,74	1,59	1,67	0,4	4,52
4000-5000	46,48	58,1	52,29	1,59	1,37	1,48	0,4	5,8
5000-5400	58,1	62,75	60,43	1,37	1,3	1,33	0,2	3,3
5400-6000	62,75	69,72	66,24	1,3	1,08	1,19	0,3	5,52
Третья передача
n,об/мин.	Vн	Vк	Vср	Jн	Jк	Jср	t	S
1000-2000	18,19	36,38	27,29	1,2	1,26	1,23	0,6	4,65
2000-3000	36,38	54,57	45,48	1,26	1,18	1,22	0,6	7,6
3000-4000	54,57	72,76	63,67	1,18	1,09	1,14	0,6	10,6
4000-5000	72,76	90,95	81,86	1,09	0,9	1	0,6	13,64
5000-5400	90,95	98,23	94,6	0,9	0,8	0,85	0,3	7,9
5400-6000	98,23	109,14	103,7	0,8	0,62	0,71	0,4	12,12
Четвертая передача
n,об/мин.	Vн	Vк	Vср	Jн	Jк	Jср	t	S
1000-2000	28,5	57,0	42,75	0,73	0,67	0,7	0,7	8,31
2000-3000	57,0	85,5	71,25	0,67	0,57	0,62	0,7	13,85
3000-4000	85,5	114,0	99,75	0,57	0,37	0,47	0,7	19,4
4000-5000	114,0	142,5	128,25	0,37	0,23	0,3	0,7	24,94
5000-5400	142,5	153,9	148,2	0,23	0,12	0,18	0,35	14,14
5400-6000	153,9	171,0	162,45	0,12	0,09	0,21	0,4	18,05
Пятая передача
n,об/мин.	Vн	Vк	Vср	Jн	Jк	Jср	t	S
1000-2000	36,14	72,28	54,21	0,54	0,4	0,47	0,7	14,05
2000-3000	72,28	108,42	90,35	0,4	0,29	0,36	0,7	17,56
3000-4000	108,42	144,56	126,49	0,29	0,11	0,2	0,7	28,1
4000-5000	144,56	180,17	162,36	0,11	0	0,06	0,4	18,04
5000-5400
5400-6000

Рисунок 6 - График времени и пути разгона автомобиля

10. Расчет топливной экономичности автомобиля

Экономическая характеристика представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости движения для различных дорожных условий.

Путевой расход топлива q_п, л/100 км определяется по формуле:

q_п = g_e*N_e/(36*V*_т), (41)

где g_e - удельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч;

N_e - мощьность двигателя, необходимая для равномерного движения с данной скоростью, кВт;

V - скорость движения автомобиля, м/с;

_т - плотность топлива, кг/л;

_т = 740 кг/м³ = 0,74 кг/л - для бензина.

Удельный эффективный расход топлива, зависящий от числа оборотов коленчатого вала и степени использования мощности двигателя (степени открытия дроссельной заслонки), определяется по формуле:

g_e = g_N*k_об*k_и, (42)

где g_N - удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г/кВт-ч;

g_N = 298,6 г/кВт-ч - для бензиновых двигателей;

k_об - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от оборотов коленчатого вала двигателя;

k_об = f(n_e/n_N); (43)

Значения k_об принимаем из таблицы 11.

Таблица 11 - значения коэффициента k_об.

ne/nN	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
kоб	1,13	1,09	1,04	1,02	1,01	1,0	1,01	1,02	1,04

k_и - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя

k_и = f(И) (44)

Степень использования мощности двигателя определяется из выражения:

И = (N_д + N_в)/N_е*з = (N_д + N_в)/N_т, (45)

где N_д + N_в - мощность автомобиля, необходимая для равномерного движения с заданной скоростью;

N_е*з = N_т - мощность автомобиля при полном открытии дросселя, соответствующая заданной скорости.

По ниже приведенной формуле определяем ряд значений скоростей на четвертой передаче:

V = (0.377*n_e*r)/(i_к*i₀*i_рк) (46)

Затем находим значения «И» для каждой скорости по формуле (45) и по таблице 12 выбираем значения k_и.

Таблица 12 - Значения коэффициента k_и

И	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
kп	2,11	1,67	1,33	1,22	1,11	1,06	1,0	1,06	1,11

Далее по формулам (41) и (42) определяем q_п и g_е соответственно.

Дорожно-экономическая характеристика строится для двух значений коэффициента суммарного дорожного сопротивления:

?₁ - принимается по расчету;

?₂ - принимается равным 0,03.

Все расчеты сводим в таблицу 13.

Таблица 13 - Значения путевого расхода автомобиля ВАЗ - 21120

Параметры	Коэффициент сопротивления дороги ?1 = 0,02
ne, об/мин.	1000	2000	3000	4000	5000	5400	6000
ne/nN	0,185	0,37	0,55	0,74	0,93	1,0	1,11
kоб	1,13	1,04	1,02	1,00	1,02	1,04	1,02
V, км/час	28,5	57,0	85,5	114,0	142,5	153,9	171,0
Nд+Nв, кВт	0,46	2,83	8,98	20,77	30,32	36,53	40,11
Nт, кВт	12	25,75	38,54	49,87	55,73	56,35	54,88
И=(Nд+Nв)/ Nт	0,04	0,12	0,23	0,42	0,54	0,65	0,73
Kи			2,0	1,33	1,22	1,11	1,06
gе, г/кВт-ч	337,4	310,5	609,1	397,1	371,6	344,7	322,8
qп, л/100 км	1,93	1,94	3,1	7,1	10,2	11,0	12,3
Параметры	Коэффициент сопротивления дороги ?2 = 0,03
ne, об/мин.	1000	2000	3000	4000	5000	5400	6000
ne/nN	0,185	0,37	0,55	0,74	0,93	1,0	1,11
kоб	1,13	1,04	1,02	1,00	1,02	1,04	1,02
V, км/час	28,5	57,0	85,5	114,0	142,5	153,9	171,0
Nд+Nв, кВт	0,68	3,23	9,5	21,39	30,7	36,94	40,35
Nт, кВт	12	25,75	38,54	49,87	55,73	56,35	54,88
И=Nд+Nв/ Nт	0,06	0,13	0,27	0,43	0,55	0,66	0,74
Kи			1,67	1,33	1,11	1,06	1,06
gе, г/кВт-ч	337,4	310,5	609,1	397,1	371,6	344,7	322,8
qп, л/100 км	2,1	2,2	3,7	7,9	10,9	12,1	13,2

По данным таблицы 13 строим график топливной экономичности автомобиля ВАЗ-21120, рисунок 7.



Рисунок 7 - График топливной экономичности автомобиля ВАЗ-21120

Литература

1. Исайчев В.Т. Теория и расчет автомобиля / В.Т. Исайчев, С.Е. Горлатов. Методические указания к курсовому проектированию. Часть I. Расчет характеристик, сцепления и коробки передач. Оренбург, 2004

2. Осепчугов В.В. Автомобиль (анализ конструкции и элементы расчета) / В.В. Осепчугов, А.К. Фрумкин. Учебник для ВУЗов; - М.: М

3.Проскурин, А.И. Теория автомобиля / А.И. Проскурин: Примеры и задачи. - Пенза.: Изд. ПГ АСА, 2002.

4. Вахламов В.К. Автомобили: Эксплуатационные свойства: учебник для высш. Учеб. заведений / В.К. Вахламов - 2-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2006. -240с.

Размещено на Allbest.ru