Тяговая динамика автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Определение полного веса автомобиля

2. Подбор шин автомобиля

3. Определение основных параметров двигателя автомобиля

3.1 Расчет номинальной мощности двигателя

3.2 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

4. Определение передаточных чисел трансмиссии

4.1 Расчет передаточного числа главной передачи

4.2 Определение передаточных чисел коробки передач

5. Тяговая динамика автомобиля

5.1 Силовой (тяговый) баланс автомобиля. Расчет и построение графика силового баланса

5.2 Мощностной баланс автомобиля. Расчет и построение графика мощностного баланса

5.3 Расчет и построение динамической характеристики автомобиля

6. Расчет и построение экономической характеристики автомобиля

Заключение

Литература

Введение

УАЗ - это аббревиатура от «Ульяновский автомобильный завод». Завод находится в городе Ульяновске и был основан 1942-ом году во время Великой Отечественной Войны на базе эвакуированной части оборудования Московского автомобильного Завода имени Лихачева (ЗИЛ). В разное время завод выпускал грузовики, военные и военизированные автомобили. В настоящие время УАЗ принадлежит ОАО «Северсталь-авто» и продолжает выпускать легковые автомобили, грузовики и микроавтобусы для специальных служб.

C 1985-го года им на смену пришли УАЗ 3151 (военный) и УАЗ 31512 (гражданский). В настоящее время эти машины производятся только для Российской армии. Для гражданских же лиц доступны новые модели, удовлетворяющие современным российским требованиям для подобных автомобилей.

Легковой полноприводный автомобиль с мягким верхом (тент) и задним откидным бортом. Данная модель УАЗ - Недорогая модель для перевозки людей и грузов по любым дорогам и по бездорожью. Успешно эксплуатируется в армии, в сельской местности и др. 92-сильный "движок", прочный 4-дверный кузов и практически вечное шасси 31512 не подведут. Грузопассажирский автомобиль повышенной проходимости с открытым цельнометаллическим кузовом, имеющим съемный мягкий тентовый верх и задний откидной борт. Модификация автомобиля УАЗ-31512-10 с пружинной передней подвеской и задними малолистовыми рессорами обеспечивает более комфортные условия при движении по дорогам с твердым покрытием.

Установка на автомобиль ведущих мостов с бортовой передачей увеличивает дорожный просвет до 300 мм. Конструкция переднего моста допускает отключение ступиц передних колес. В качестве дополнительного оборудования предусмотрена установка пускового подогревателя, обеспечивающего надежный запуск двигателя в зимних условиях. УАЗ 31512 - полноприводной открытый легковой автомобиль, для защиты от непогоды предусмотрен тент, задний борт откидной. Основное назначение этого автомобиля - движение по бездорожью. Плюсы: низкая стоимость. Минусы: практически полное отсутствие комфорта. Выпускались варианты как с пружинной подвеской, так и с мелколистовыми рессорами, обычные мосты и мосты оснащенные колесными редукторами, так называемые "военные мосты". Кроме различных модификаций за годы производства менялись многие технические характеристики.

При выполнении курсового проекта будем пользоваться тремя группами параметров автомобиля:

1) Параметры задаваемые техническими условиями. Эти параметры отражены в задании. К указанным параметрам относятся:

- тип и марка автомобиля, являющегося базовым для выполнения курсового проекта;

- максимальная скорость движения автомобиля на высшейц передаче;

- масса багажа;

- тип двигателя по используемому топливу;

- частота вращения коленчатого вала;

- удельный расход топлива при максимальноцй (номинальной) мощности двигателя;

- тип трансмиссии.

2) Выбираемые параметры. Значение указанной группы параметров выбираются по техническим характеристикам автомобилей-прототипов. К выбираемым параметрам относятся:

- масса автомобиля в снаряженном состоянии

- коэффициент сопротивления воздуха;

- распределение нагрузки по осям снаряженного и полностью груженного автомобиля.

3) Расчетные параметры. К данной группе параметров относятся:

- максимальная мощность двигателя

- частота вращения коленчатого вала при максимальной (номинальной) мощностьи двигателя.

- передаточное число главной передачи

- передаточное число коробки передач.

Теоретический анализ основных показателей работы автомобиля позволяет выявить его предельные возможности и реализовать в эксплуатационных условиях те основные свойства, которыми обладает рассматриваемая конструкция автомобиля.



1. Определение полного веса автомобиля

Полный вес (Ga,Н) автомобиля определяется в соответствии с его типажом и назначением. На основании того, что в качестве проектного расчета был выбран легковой автомобиль, полный вес может быть определен по формуле:

(Н) (1)

где m_c - масса автомобиля в снаряженном состоянии (принимается из технической характеристики автомобиля-прототипа -1600 кг)

n_пасс - число пассажиров, включая водителя (принимается из технической характеристики автомобиля-прототипа - 7)

75- усредненная масса одного пассажира.

m_б - масса багажа (принимается по заданию - 235 кг.

g - ускорение свободного падения, м/с²



2. Подбор шин автомобиля

При подборе шин сначала необходимо определить нагрузку (G_к, Н) приходящуюся на одно колесо полностью груженого автомобиля.

Принимая во внимание допущение, что у полностью груженого легкового автомобиля нагрузка на передние и задние колеса распределяется примерно одинаков, параметр G_к можно определить по формуле

(Н) (2)

где m - число ведущих колес. m=4

Ga - полный вес автомобиля

Подставляя данные в формулу, получаем:

По значению нагрузки G_к для проектируемого автомобиля принимаем шины марки 215/90 R15 и радиус качения (r_к, м) r_к=0,355 м



3. Определение основных параметров двигателя автомобиля

3.1 Расчет номинальной мощности двигателя

Важнейший параметр двигателя - мощность. При повышенной мощности двигателя улучшаются динамические свойства автомобиля, а следовательно увеличивается его средняя скорость движения. Но при этом повышаются масса и размеры двигателя, его стоимость, снижается экономичность. В тоже время, при недостаточной мощности двигателя автомобиль, обладая низкими тягово-скоростными свойствами, будет иметь низкую производительность, а следовательно - будет создавать помехи для более скоростных транспортных средств, движущихся в общем транспортном потоке.

Мощность двигателя (Ne, кВт) необходимая для движения полностью нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью (х_max, км/ч) в заданных дорожных условиях, определяется по формуле:

(3)

где ш_х - суммарный коэффициент дорожного сопротивления, которое может преодолеть автомобиль, двигаясь с максимальной скоростью;

W_B - фактор обтекаемости, Нс²/м²;

з _тр - механический КПД трансмиссии.

Величину суммарного коэффициента дорожных сопротивлений (ш_х), для легковых автомобилей принимают равным коэффициенту сопротивления качению (f), считая, что максимальную скорость легковой автомобиль может развить только на горизонтальном участке ровной дороги с твердым покрытием. В этом случае коэффициент ш_х можно определить следующим образом:

(4)

где f₀ - коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью менее 54 км/ч (принимаем f_o=0,018).

Величина W_B в формуле определяется из выражения:

(5)

где к_в - коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества поверхности автомобиля (принимается: для легковых автомобилей 0,2-0,35 Нс²/м⁴ );

F_л - площадь лобового сопротивления автомобиля, м². Величина - F_л может быть определена по формулам:

для легковых автомобилей:

(6)

где В,Н - соответственно наибольшая ширина и высота автомобиля, м.

В - 1,785 м; Н - 2,050 м.

Отсюда

Механический КПД трансмиссии (з_тр) в формуле на этапе расчетов, можно определить из выражения:

(7)

где з_к - КПД коробки перемены передач (для коробок с высшей прямой передачей з_к =0,98 - 0,99);

з_р - КПД раздаточной коробки, з_р =0,93 - 0,97;

з_кар- КПД карданной передачи, з_кар =0,97 - 0,98;

з_г - КПД главной передачи (для автомобилей с одинарной главной передачей л_г=0,96 - 0,97).

Полученные расчетом значения показателей ш_х, W_B и з_тр, подставляются в формулу и определяется мощность двигателя - N_e.

При известной величине N_e, максимальную (номинальную) мощность двигателя (N_eн, кВт) рассчитываем по формуле:

(8)

где л - коэффициент, характеризующий отношение частоты вращения (n_х max, мин^-1) коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля к частоте вращения (n_х мин^-1) при номинальном режиме работы двигателя.

Коэффициент л для автомобилей, имеющих двигатели с искровым воспламенением (карбюраторные и инжекторные) составляет для легковых автомобилей л=1,2).

Частота вращения (n_н мин'¹) коленчатого вала при максимальной мощности двигателя (т.е. при номинальном режиме его работы) вычисляется:

- для двигателей с искровым воспламенением (карбюраторных и инжекторных)

(9)

где n_umax - частота вращения коленчатого вала при максимальной скорости движения автомобиля мин^-1 (принимается по заданию).

3.2 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для четырехтактных двигателей с искровым воспламенением скоростная характеристика определяется как зависимость между частотой вращения коленчатого вала и мощностью двигателя, а также другими параметрами, указанными в таблице 1.

Таблица 1

Зависимость эффективности мощности двигателя от частоты вращения коленчатого вала

	20	40	60	80	100	120
	733	1467	2200	2934	3667	4400
	20	50	73	92	100	92
	7,45	18,62	27,18	34,25	37,23	34,25

На график так же наносится кривая крутящегося момента. Значения крутящего момента двигателя (М_кр, Нм) для каждого из шести значений n_i, приведенных в таблице 1, определяются по выражению:

(10)

Значения часового расхода топлива (G_T, кг/ч) для каждого из шестизначений n_i определяются по формуле

(11)

Таблица 2

Зависимость удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала

	20	40	60	80	100	120
	733	1467	2200	2934	3667	4400
	110	100	97	95	100	115
	322	293	284	278	293	337

Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя



4. Определение передаточных чисел трансмиссии

4.1 Расчет передаточного числа главной передачи

Тягово-скоростные показатели автомобиля существенно зависят от передаточного числа (i₀) главной передачи, которое определяется исходя из условия достижения автомобилем максимальной скорости (v_max, м/с) на высшей передаче:

(12)

где n_umax - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля (см. таблицу 1), мин'¹;

г_к - радиус качения ведущих колес (принимается как и у автомобиля - прототипа г_к =0,355), м;

i_KZ - передаточное число коробки передач на высшей передаче, для легковых автомобилей i_KZ=1,0 (для прямой передачи)

хmax - максимальная скорость движения автомобиля на высшей передаче (хmax= 27,7 м/с по заданию), м/с

4.2 Определение передаточных чисел коробки передач

При определении передаточных чисел коробки передач необходимо помнить о том, что I передача коробки предназначена для преодоления максимального сопротивления дороги. Промежуточные передачи коробки передач используются при: а) разгоне автомобиля; б) преодолении повышенного сопротивления движению; в) работе автомобиля в условиях, не позволяющих двигаться с высокой скоростью (гололед, выбитая дорога и т.д.); г) торможении двигателем на затяжных пологих спусках.

Передаточное число коробки передач на первой передаче (i_ki) определяют исходя из двух основных условий:

1. Возможность преодоления максимального сопротивления дороги. Согласно данному условию величина i_ki определяется из выражения:

(13)

где Ga - вес автомобиля с полной нагрузкой, Н;

ш_max - максимальное значение суммарного коэффициента сопротивления дороги;

г_к - радиус качения ведущих колес (принимается как и у автомобиля-прототипа г_к =0,355 ), м;

М_крmax - максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

з _тр - механический КПД трансмиссии.

На этапе расчетов значение коэффициента ш_max для полноприводных автомобилей принимается ш_max =0,6-0,7.

2. Обеспечение требуемого сцепления ведущих колес с дорогой

Данное условие необходимо выполнять для того, чтобы исключить полное буксование ведущих колес. Согласно отмеченному условию, передаточное число (i_kiц) на первой передаче коробки может быть определено по формуле:

(14)



где Gц - сцепной вес автомобиля, Н; для полноприводного автомобиля Gц= Ga

ц_сц.max - коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой (на этапе предварительных расчетов принимается ц_сц.max =0,6- 0,8). Принимаем ц_сц.max = 0,7

Рассчитанное по формулам передаточное число первой ступени должно удовлетворять неравенству:

Только в случае соблюдения условия будет обеспечено преодоление автомобилем максимального дорожного сопротивления и предотвращено полное буксование ведущих колес автомобиля.

Для сохранения постоянного интервала изменения числа оборотов коленчатого вала двигателя при разгоне автомобиля на различных передачах необходимо, чтобы передаточные числа коробки передач подчинялись закону геометрической прогрессии, который можно математически записать следующим образом

где i_k2,i_k3 и i_kz- передаточные числа коробки соответственно на второй, третьей и высшей передачах;

z - число передач в коробке (принимается по заданию z=4);

q - знаменатель геометрической прогрессии, определяемый по формуле

(15)

Передаточные числа на промежуточных ступенях коробки передач определяются по формулам:

Передаточные числа трансмиссии (i_Tp) рассчитываются на каждой передаче коробки следующим образом:

Максимальная скорость автомобиля (х_imax, м/с) при различных значениях передаточных чисел трансмиссии вычисляется по формуле:

(16)

Результаты расчетов заносятся в таблицу 3.

Таблица 3

Передаточные числа трансмиссии и скорости автомобиля

передача	передаточные числа	максимальная скорость автомобиля, хimax, м/с
	коробки передач, iк	главной передачи, i0	трансмиссии, iтр
I	8,3	5,6	46,48	3,5
II	4,12		23,07	7,09
III	2,05		11,48	14,2
IV	1		5,6	29,19



5. Тяговая динамика автомобиля

Дифференциальное уравнение движения автомобиля в общем виде можно записать следующим образом:

где Р_kц - касательная сила тяги по условию сцепления колес с дорогой, Н;

Р_ш - сила сопротивления дороги, Н;

P_w - сила сопротивления воздуха, Н;

у_вр - коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

g - ускорение свободного падения, g =9,81м/с²;

G_a - вес автомобиля с полной нагрузкой, Н.

Аналитическое решение уравнения затруднительно, т.к. неизвестны точные функциональные зависимости, связывающие основные силы со скоростью движения автомобиля. Поэтому уравнение движения автомобиля решают приближенно, используя графоаналитические методы:

Метод силового (тягового) баланса;

Метод мощностного баланса,

Метод динамической характеристики.

Указанные методы позволяют также решать практические задачи, связанные с изучением тягово-скоростных свойств автомобиля (например, определение максимальной скорости движения автомобиля; определение максимального дорожного сопротивления, преодолеваемого автомобилем; определение максимального подъема, который сможет преодолеть автомобиль в конкретных условиях эксплуатации и т.д.).



5.1 Силовой (тяговый баланс автомобиля). Расчет и построение графика силового баланса

Последовательность расчета и построения графика силового (тягового) баланса следующая:

1) Строится тяговая характеристика автомобиля, т.е. зависимость касательной силы тяги (Р_к, Н) от скорости (х_i м/с) движения автомобиля. При построении тяговой характеристики делается допущение, что автомобиль движется равномерно по горизонтальному участку дороги.

Касательная сила тяги для каждой передачи автомобиля определяется по формуле:

(17)

где Мкр - крутящий момент двигателя (принимается из таблицы 1),Нм;

i_тр - соответственно передаточное число и КПД трансмиссии (берутся из таблицы 3);

г_к - радиус качения ведущих колес (принимается как и у автомобиля -прототипа г_к =0,355), м;

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:

Для принятых частот вращения для двигателя с искровым зажиганием n_i|=(0,2-1,2)n_н (см. таблицу 1) скорость движения автомобиля на каждой передаче (х_i м/с) может быть определена по формуле:

(17)

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:

Результаты расчета величин Р_к и х_i сводим в таблицу 4 и для каждой передачи строим график Р_к =f (х_i), называемый тяговой характеристикой (см. рисунок 3).

2) Рассчитываем силу сопротивления дороги (P_ш, Н) при различных скоростях движения автомобиля определенных по формуле (17). Для определения силы Р_ш принимаем во внимание формулу (4):

- для легковых автомобилей

(18)

где f₀ - коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью менее 54 км/ч (принимаем f_o=0,018);

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:



Рассчитываем силу сопротивления воздуха (Pw, Н) для различных скоростей движения автомобиля (х_i, м/с), по формуле:

(19)

W_B - фактор обтекаемости автомобиля, Нс²/м².

Для первой передачи

Для второй передачи

Для третьей передачи

Для четвертой передачи

Результаты расчета величин P_ш и P_w для каждой скорости движения автомобиля заносим в таблицу 4.

На тяговую характеристику автомобиля наносим зависимость силы сопротивления дороги (P_ш) от скорости (х_i) движения автомобиля. Началом построения графика P_ш=f (х_i) является точка, определяемая при скорости х_i=0 Значение силы P_ш в данной точке составит:

для легковых автомобилей:

(20)

После построения зависимости P_ш=f (х_i), от полученного графика откладываем вверх значения силы сопротивления воздуха (Pw, Н) при различных скоростях (х_i, м/с) движения автомобиля и получаем график

P_ш+ P_w= f (х_i)

Таблица 4

Данные для построения графика силового (тягового) баланса автомобиля

Номер передачи	Расчетные точки		Мкр, Нм	iтр	зтр	хi м/с	Pk H	Pш H	Pw H
I	1	0.2nн	97,06	46,48	0,87	0,59	11056	416,4	0,197
	2	0.4nн	121,21			1,17	13807	416,68	0,774
	3	0.6nн	117,99			1,76	13440	417,16	1,753
	4	0.8nн	111,48			2,34	12698	417,82	3,099
	5	nн	96,96			2,93	11044	418,68	4,85
	6	1.2nн	74,33			3,5	8467	419,70	6,93
II	1	0.2nн	97,06	23,07	0,87	1,18	5487	416,69	0,789
	2	0.4nн	121,21			2,36	6853	417,85	3,159
	3	0.6nн	117,99			3,54	6671	419,78	7,106
	4	0.8nн	111,48			4,73	6303	422,5	12,64
	5	nн	96,96			5,91	5481	425,98	19,74
	6	1.2nн	74,33			7,09	4202	430,24	28,42
III	1	0.2nн	97,06	11,48	0,87	2,37	2730	417,86	3,185
	2	0.4nн	121,21			4,75	3410	422,56	12,76
	3	0.6nн	117,99			7,12	3319	430,376	28,69
	4	0.8nн	111,48			9,5	3136	441,33	51,04
	5	nн	96,96			11,87	2727	455,39	79,73
	6	1.2nн	74,33			14,24	2091	472,59	114,79
IV	1	0.2nн	97,06	5,6	0,87	4,86	1332	422,86	13,39
	2	0.4nн	121,21			9,73	1663	442,59	53,62
	3	0.6nн	117,99			14,60	1619	475,44	120,6
	4	0.8nн	111,48			19,47	1529	521,48	214,5
	5	nн	96,96			24,33	1330	580,6	335,07
	6	1.2nн	74,33			29,19	1020	652,85	482,41

силовой мощностной скоростной автомобиль

Рисунок 2 - График силового (тягового) баланса автомобиля

Кривая P_ш+ P_w= f (х_i), изображенная на рисунке 3, определяет касательную силу тяги Р_к, необходимую для движения автомобиля с постоянной скоростью. При любой скорости движения отрезок Р₃, заключенный между кривыми P_k=f(х_i) и P_ш+ P_w= f (х_i), характеризует запас касательной силы тяги. Этот запас может быть использован при данной скорости: а) для разгона автомобиля; б) для преодоления автомобилем дополнительного дорожного сопротивления (например, подъема); в) для перевозки дополнительного груза (например, при буксировке прицепа). Как видно из рисунка 3, при одной и той же скорости движения запас касательной силы тяги на низших передачах больше, чем на высших. Следовательно, при увеличении передаточного числа трансмиссии запас касательной силы тяги возрастает. Именно поэтому движение автомобиля в тяжелых дорожных условиях рекомендуется осуществлять на низших передачах.

5.2 Мощностной баланс автомобиля. Расчет и построение графика мощностного баланса

Мощностной баланс автомобиля - это уравнение, показывающее как расходуется мощность, развиваемая автомобильным двигателем, на преодоление различных сопротивлений движению автомобиля. По аналогии с силовым (тяговым) балансом, уравнение мощностного баланса автомобиля можно записать в виде:



(21)

где N_k - тяговая мощность, развиваемая на ведущих колесах автомобиля, кВт;

N_ш- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги,

кВт;

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

N_j - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону автомобиля, кВт.

Последовательность расчета и построения графика мощностного баланса следующая:

Рассчитывается значение тяговой мощности (N_K, кВт) на ведущих колесах автомобиля в зависимости от скорости его движения на различных передачах по формуле:

(22)

Значения величин Р_к и х_i берутся из таблицы 4. Результаты расчета мощности N_K сводятся в таблицу 5. Кроме того, в таблицу 5 заносятся значения эффективной мощности N_ei двигателя, взятые из таблицы 1.

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:

На график мощностного баланса наносятся кривые тяговой N_k мощности, в зависимости от скорости движения автомобиля на различных передачах. Дополнительно, для высшей передачи на график мощностного баланса следует нанести кривую эффективной мощности - N_ei

Рассчитывается мощность Nш, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги при движении автомобиля с различной скоростью, по формуле:

(23)

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:

Значения величин Рш и х_i берутся из таблицы 4. Результаты расчета мощности Nш сводим в таблицу 5 и наносим на график мощностного баланса кривую мощности Nш (см. рисунок 4), теряемой на преодоление сопротивления дороги при различных скоростях движения автомобиля. Кривая Nш =f(х_i) выходит из начала координат, т.к. при Ui=0, мощность Nш =0.

3. Рассчитывается значение мощности (N_w, кВт), затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха, при движении автомобиля с различной скоростью, по формуле:

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:

Значения величин P_w и х_i; берутся из таблицы 4. Результаты расчета мощности N_w заносим в таблицу 5. Далее, от кривой мощности Nш (см. рисунок 4) откладываем вверх значения мощности N_w, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха, при различных значениях скорости движения автомобиля. Полученная кривая суммарной мощности определяет тяговую мощность, необходимую для равномерного движения автомобиля. График N_ш+N_w=f(х_i) откладывается от начала координат, т.к. при х_i=0, мощности N_ш и N_w тоже будут равны 0.

Таблица 5

Данные для построения графика мощностного баланса автомобиля

Номер передачи	Расчетные точки		Ne, кВт	Mкр, Нм	хi м/с	Nk кВт	Nш кВт	Nw кВт
I	1	0.2nн	7,45	97,06	0,59	6,52	0,24	0,00016
	2	0.4nн	18,62	121,21	1,17	16,15	0,48	0,00091
	3	0.6nн	27,18	117,99	1,76	23,65	0,73	0,0030
	4	0.8nн	34,25	111,48	2,34	29,71	0,98	0,0072
	5	nн	37,23	96,96	2,93	32,36	1,23	0,014
	6	1.2nн	34,25	74,33	3,5	29,63	1,46	0,0242
II	1	0.2nн	7,45	97,06	1,18	6,47	0,49	0,000931
	2	0.4nн	18,62	121,21	2,36	16,19	0,98	0,0074
	3	0.6nн	27,18	117,99	3,54	23,63	1,48	0,025
	4	0.8nн	34,25	111,48	4,73	29,78	1,99	0,059
	5	nн	37,23	96,96	5,91	32,37	2,51	0,116
	6	1.2nн	34,25	74,33	7,09	29,78	3,04	0,201
III	1	0.2nн	7,45	97,06	2,37	6,47	0,99	0,007
	2	0.4nн	18,62	121,21	4,75	16,19	2,01	0,06
	3	0.6nн	27,18	117,99	7,12	23,63	3,064	0,204
	4	0.8nн	34,25	111,48	9,50	29,78	4,19	0,484
	5	nн	37,23	96,96	11,87	32,37	5,4	0,946
	6	1.2nн	34,25	74,33	14,24	29,78	6,7	1,634
IV	1	0.2nн	7,45	97,06	4,85	6,47	2,056	0,065
	2	0.4nн	18,62	121,21	9,73	16,19	4,308	0,52
	3	0.6nн	27,18	117,99	14,60	23,63	6,94	1,76
	4	0.8nн	34,25	111,48	19,47	29,78	10,15	4,17
	5	nн	37,23	96,96	24,33	32,37	14,13	8,15
	6	1.2nн	34,25	74,33	29,19	29,78	19,059	14,08

Рисунок 3 - График баланса мощности автомобиля

Анализируя рисунок 4 видно, что при любой скорости движения вертикальный отрезок N₃, заключенный между кривыми N_k и N_ш+N_w=f(х_i), характеризует запас мощности который может быть израсходован на разгон автомобиля, преодоление автомобилем дополнительного дорожного сопротивления (например, подъема) или увеличение грузоподъемности путем буксировки прицепа. При одной и той же скорости движения запас мощности на низших передачах больше, чем на высших. Следовательно, при увеличении передаточного числа трансмиссии запас мощности возрастает. Поэтому повышенные дорожные сопротивления преодолеваются автомобилем, как правило, на низших передачах.

Отрезок, заключенный между кривыми N_e и N_K, характеризует механические и гидравлические потери мощности в трансмиссии на трение, которые учитываются коэффициентом полезного действия трансмиссии.

5.3 Расчет и построение динамической характеристики автомобиля

Динамической характеристикой автомобиля называют графически выраженную зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Измерителем динамических качеств автомобиля, т.е. его способности преодолевать сопротивление дороги на различных передачах с максимальной скоростью, является динамический фактор по тяге (D). Это отношение силы тяги (Р_к, Н), требуемой для преодоления всех внешних сопротивлений кроме воздуха, к полному весу (G_a) автомобиля (т.е. запас силы тяги, приходящийся на единицу веса автомобиля).

Динамический фактор по тяге рассчитывается по формуле

Для первой передачи:

Для второй передачи:

Для третьей передачи:

Для четвертой передачи:

Результаты заносим в Таблицу 6.

Таблица 6

Параметры динамической характеристики автомобиля

Номер передачи	Расчетные точки		хi м/с	Рk Н	Рw Н	D	Dц
I	1	0.2nн	0,59	11056	0,197	0,478	0,7
	2	0.4nн	1,17	13807	0,774	0,596
	3	0.6nн	1,76	13440	1,753	0,581
	4	0.8nн	2,34	12698	3,099	0,548
	5	nн	2,93	11044	4,85	0,477
	6	1.2nн	3,5	8467	6,93	0,366
II	1	0.2nн	1,18	5487	0,789	0,237
	2	0.4nн	2,36	6853	3,159	0,296
	3	0.6nн	3,54	6671	7,106	0,288
	4	0.8nн	4,73	6303	12,64	0,271
	5	nн	5,91	5481	19,74	0,236
	6	1.2nн	7,09	4202	28,42	0,180
III	1	0.2nн	2,37	2730	3,185	0,118
	2	0.4nн	4,75	3410	12,76	0,146
	3	0.6nн	7,12	3319	28,69	0,142
	4	0.8nн	9,50	3136	51,04	0,133
	5	nн	11,87	2727	79,73	0,114
	6	1.2nн	14,24	2091	114,79	0,085
IV	1	0.2nн	4,85	1332	13,39	0,057
	2	0.4nн	9,73	1663	53,62	0,069
	3	0.6nн	14,60	1619	120,6	0,065
	4	0.8nн	19,47	1529	214,5	0,057
	5	nн	24,33	1330	335,07	0,043
	6	1.2nн	29,19	1020	482,41	0,023

По имеющимся в таблице 6 данным строим динамическую характеристику проектируемого автомобиля.

Рисунок 4 - Динамическая характеристика автомобиля

Точки перегиба динамической характеристики (графики D=f(х) определяют, какие наибольшие дорожные сопротивления сможет автомобиль преодолеть на данной передаче. При этом условия сцепления колес с дорогой не учитываются.

Для наиболее полного представления о динамических качествах проектируемого автомобиля расчетные значения динамического фактора по тяге (D) необходимо проверить с точки зрения возможности их реализации в конкретных условиях эксплуатации. Для этих целей используется измеритель называемый динамическим фактором по сцеплению (D_ц), который получается при реализации максимально возможной касательной силы тяги (Р_kц, Н) по условию сцепления ведущих колес с дорогой в конкретных дорожных условиях. На основании показателя D_ц формируется условие, при соблюдении которого возможно движение автомобиля без буксования ведущих колес:

Максимальное значение динамического фактора (D_ц), ограничиваемое сцеплением ведущих колес с дорогой, определяется по формуле:

(24)

На основании того, что буксование ведущих колес обычно происходит при малой скорости движения и большом значении касательной силы тяги по сцеплению (Р_ц, Н), влиянием силы сопротивления воздуха (P_w, Н) можно пренебречь. В этом случае для определения сцепного веса автомобиля, получим следующие зависимости, позволяющие определить динамический фактор по сцеплению (D_ц) проектируемого автомобиля:

для полноприводного автомобиля

(25)

Результаты расчетов показателя D_ц заносим в таблицу 6. Кроме того, на графике динамической характеристики автомобиля необходимо отложить на оси ординат полученное значение D_ц и провести горизонтальную прямую, параллельную оси абсцисс.



6. Расчет и построение экономической характеристики автомобиля

Основным показателем топливной экономичности автомобиля является расход топлива в литрах на 100 км пройденного пути (Q_s, л/100км).

Экономическая характеристика автомобиля представляет собой графическую зависимость расхода топлива (Q_s, л/100км) от скорости (и, м/с) движения автомобиля в различных дорожных условиях. При этом принимаются допущения, что автомобиль с полной нагрузкой движется равномерно на высшей передаче по дороге с суммарным коэффициентом сопротивления ш. Расход топлива в этом случае определяется по формуле:

(26)

где время (ч), требуемое для прохождения 100км пути при скорости х_i;, м/с;

с_Т - плотность топлива, кг/л (для бензина р_х=0,75кг/л);

N_ei - мощность, затрачиваемая двигателем на преодоление дорожных сопротивлений при различной скорости (х_i м/с) движения автомобиля, кВт;

gei - удельный расход топлива при мощности N_ei, г/кВт'ч;

х_i- скорость движения автомобиля на высшей передаче при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя (берется из таблицы 6).

Сначала рассчитываются значения мощностей N_ei, потребных для развития скоростей х_i на высшей передаче при ш_min=0,018 для различных частот вращения коленчатого вала. Результаты расчета заносятся в графу N_ei таблицы 7. По отношениям n_i/n_н и N_eш/N_e(вн) определяются коэффициенты k_n и k_N. Далее рассчитываются значения g_ej и Q_s.

Величина N_ei в формуле может быть определена следующим образом:

(27)

Значение силы сопротивления дороги - Р_ш, определяется по формуле:

(28)

где G_a - вес автомобиля с полной нагрузкой ;

ш - суммарный коэффициент сопротивления дороги.

Расчет силы P_ш, а следовательно и мощности двигателя N_ei должен быть выполнен отдельно по каждому из четырех значений коэффициента ш:

1. Ш_min=0,018 (это значение коэффициента ш соответствует горизонтальному участку асфальтобетонного шоссе);

Ш_х =0,027;

Ш_ср=0,059 (это среднее значение коэффициента ш между ш _min и ш _max);

Ш_max=0,1 (это значение коэффициента ш соответствует тяжелым дорожным условиям, в частности движению автомобиля по песчаному грунту).

Значения силы сопротивления воздуха - P_w, берутся в соответствии с принятыми скоростями движения автомобиля ( х_i м/с) на высшей передаче.

Расчитываем при различных ш:

Рассчитываем значение мощностей N_ei на высшей передаче при ш_min=0.018



Рассчитываем значение мощностей N_ei на высшей передаче при ш_х=0.027

Рассчитываем значение мощностей N_ei на высшей передаче при ш_ср=0.059

Рассчитываем значение мощностей N_ei на высшей передаче при ш_max=0.1

Удельный расход топлива (gei, г/кВт'ч) рассчитывается из выражения:

(29)

где g_eн - удельный расход топлива при номинальной мощности двигателя (принимается по заданию g_eн=293), г/кВт'ч;

k_n - коэффициент, учитывающий скоростной режим двигателя (находится из графика , в зависимости от n_i/n_н);

k_N - коэффициент, учитывающий нагрузочный режим двигателя (находится из графика , в зависимости от N_e/ N_e(_BH). Значение N_e(BH) берется из строки N_e в таблице 1).



k_n0.2=1.08

k_n0.4=1

k_n0.6=0.96

k_n0.8=0.95

k_n1=1

k_n1.2=1.12

Рассчитываем коэффициент k_N при ш_min=0.018

K_N0.2=1,5

K_N0.4=1.62

K_N0.6=1.5

K_N0.8=1.3

K_N1=1

K_N1.2=0,9

Рассчитываем коэффициент k_N при ш_min=0.059

K_N0.4=0,9

K_N0.6=0,9

K_N0.8=0,86

При условии, что N_ei> N_e(вн) т.е мощности двигателя при движении на прямой передаче недостаточно для преодоления сопротивления дороги с коэффициентом ш , то расходы топлива gei и Q_s не определяются.

Рассчитываем коэффициент g_ei при ш_min=0.018

Рассчитываем коэффициент g_ei при ш_ср=0.059

Рассчитываем коэффициент Qs при ш_min=0.018

Рассчитываем коэффициент Qs при ш_ср=0.059

Результаты расчета заносим в таблицу 7.

Таблица 7

ш	хi м/с			kn	Nei кВт	Ne(вн) кВт		kN	gei г/кВтч	Qs л/100км
Шmin	4,85	0.2nн	0.2	1,08	2.4	7.45	0.32	1.5	474.66	5.72
	9,73	0.4nн	0.4	1	5.25	18.62	0.28	1.6	474.66	9.5
	14,60	0.6nн	0.6	0,96	9.0	27.18	0.3	1.5	421.92	9.6
	19,47	0.8nн	0.8	0,95	14.11	34.25	0.4	1.3	361.85	9.72
	24,33	nн	1	1	21.01	37.23	0.6	1	293	9.3
	29,19	1.2nн	1.2	1,12	30.15	34.25	0.88	0.9	295.34	11.3
Шх	4,85	0.2nн	0.2	1,08	10.93	7.45	-	-	-	-
	9,73	0.4nн	0.4	1	25.58	18.62	-	-	-	-
	14,60	0.6nн	0.6	0,96	37.63	27.18	-	-	-	-
	19,47	0.8nн	0.8	0,95	48.19	34.25	-	-	-	-
	24,33	nн	1	1	54.68	37.23	-	-	-	-
	29,19	1.2nн	1.2	1,12	55.18	34.25	-	-	-	-
Шср	4,85	0.2nн	0.2	1,08	7.63	7.45	-	-	-	-
	9,73	0.4nн	0.4	1	15.3	18.62	0.82	0.9	284.79	16.6
	14,60	0.6nн	0.6	0,96	23.00	27.18	0.8	0.9	263.7	15.4
	19,47	0.8nн	0.8	0,95	30.75	34.25	0.89	0.86	250.5	14.7
	24,33	nн	1	1	38.55	37.23	-			-
	29,19	1.2nн	1.2	1,12	46.42	34.25	-	-	-	-
Шmax	4,85	0.2nн	0.2	1,08	12.9	7.45	-	-	-	-
	9,73	0.4nн	0.4	1	25.86	18.62	-	-	-	-
	14,60	0.6nн	0.6	0,96	38.78	27.18	-	-	-	-
	19,47	0.8nн	0.8	0,95	51.73	34.25	-	-	-	-

По представленным в таблице 7 данным строится экономическая характеристика автомобиля.

Заключение

В результате выполненных расчетов определены числовые значения показателей эксплуатационных свойств и построены графики тягового баланса, скоростной характеристики, мощностной характеристики, динамической характеристики и экономической характеристики. Полученные результаты были сравнены с автомобилями современного автопарка.

Параметры	Автомобиль
	прототип	проектируемый
Максимальная скорость движения на горизонтальном участке асфальтобетонного шоссе хmax, м/с	30,5	29,19
Полный вес автомобиля Ga, Н	23324	23128
Мощность двигателя номинальная Neн, кВт	55,9	37,23
Максимальный крутящий момент Мкрmax , Н'м	159,8	96,96
Передаточное число главной передачи i0	5,125	5,6
Передаточные числа коробки передач - на первой передаче ik1 - на второй передаче ik2 - на третьей передаче ik3 - на четвертой передаче iк4	3,78 2,60 1,55 1,00	8,3 4,12 2,05 1,00
Расход топлива на 100км пути на горизонтальном участке асфальтобетонного шоссе Qsхmax, л/ 100км	16,2	11,3

Анализируя прототип и проектируемый автомобиль можно сделать следующие выводы мощность двигателя уменьшилась, следовательно уменьшилась средняя скорость движения автомобиля. Тягово-скоростные показатели существенно увеличились. Исходя из рассчитанных скоростных и тяговых показателей расход топлива на 100 км. пути уменьшился. Это говорит об экономичности проектируемого автомобиля с улучшенными передаточными числами коробки передач.



Литература

1. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов заочного факультета, обучающихся по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство»

2. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя / Вахламов В.К., М.Г. Шатров, А.А. Юрчевский; Под ред. А.А. Юрчевскиого.- М6 Академия, 2003,-816 с.

3. Вахламов В.К. Автомобили: Эксплуатационные свойства / В.К. Вахламов.- М6» Академия», 2005.-240 с (Учебник для студентов высших учебных заведений)

Размещено на Allbest.ru