Расчет автомобиля ВАЗ - 2121

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Политехнический институт

Кафедра Автомобильный транспорт

Курсовой проект по учебной дисциплине

Расчет автомобиля ВАЗ - 2121

Конструкция и эксплуатационные свойства транспортно-технологических машин и оборудования

Пояснительная записка к курсовому проекту по направление 23.03.03 - Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (профиль «Автомобильный транспорт»)

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные

1. Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля

1.1 Методика расчета показателей тягово-скоростных свойств

автомобиля

1.1.1 График внешней, скоростной характеристики двигателя

1.1.2 График силового баланса

1.1.3 Мощностной баланс автомобиля

1.1.4 Динамическая характеристика автомобиля

1.1.5 Динамический паспорт автомобиля

1.1.6 График времени и пути разгона

2. Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля

2.1 Методика расчета показателей эксплуатационных свойств автомобиля

2.1.1 Топливная экономичность автомобиля

2.1.2 Тормозные свойства автомобиля

2.1.3 Устойчивость автомобиля

2.1.4 Управляемость автомобиля

2.1.5 Маневренность

2.1.6 Проходимость

2.1.7 Плавность хода

3. Проверочный расчет подвески

3.1 Подвеска автомобиля ваз 2121 «Нива»

3.2 Расчет нагрузки на упругий элемент и расчет прогиба

Список литературы

Исходные данные

Марка автомобиля ВАЗ-2121

Номинальная мощность двигателя,кВт;

Угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая номинальной мощности,1/сек;

Максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

Угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту, 1/сек;

Радиус качения колеса, 0,332 м;

Передаточные отношение передач коробки переменных передач,

, , , , ;

Передаточное число главной передачи, ;

Полный вес автомобиля, ;

Вес, приходящийся на переднюю ось,;

Вес, приходящийся на заднюю ось, ;

Снаряженный (собственный) вес автомобиля, ;

Вес, приходящийся на переднюю ось, ;

Вес, приходящийся на заднюю ось, ;

Габаритная ширина автомобиля, м;

Дорожный просвет, Н= 0,217 м;

Ширина колеи колес передней оси, В= 1,43 м;

Ширина колеи колес задней оси, В= 1,4 м;

Габаритная высота автомобиля, м;

База (расстояние межу осями) автомобиля, м;

Высота центра тяжести автомобиля, 0,769 м;

Плотность топлива кг/л;

Минимальный радиус поворота автомобиля, R=5,5 м;

Суммарная жесткость шин переднего моста, ;

Суммарная жесткость шин заднего моста, ;

Суммарная жесткость передней подвески, ;

Суммарная жесткость задней подвески, ;

1. Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля

1.1 Построение графика внешней, скоростной характеристики двигателя

На графике внешней характеристики наносятся кривые мощности, крутящего момента двигателя и удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Кривая мощности строится по эмпирическому уравнению

, (1.1)

где N_e и ?_e - текущее значение мощности в (кВт) и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя (1/с).

a, b, c - коэффициенты, значение которых зависят от типа и конструкции двигателя. скорость тяговый автомобиль разгон

Значения коэффициентов a,b и c определяются по формулам:

a = 2-b; b = 2·щ_M /щ_N , (1.2)

где щ_M - угловая скорость коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, 1/с.

Для карбюраторных автомобилей допустимо принять:

b = 1; a = 2-1 =1; с = 1.

Кривая крутящего момента строиться с использованием уравнения

, (1.3)

где M_e - текущее значение крутящего момента, .

Кривая удельного расхода топлива двигателем строиться на основании зависимости:

q= qk, (1.7)

где q_eN - удельный расход топлива двигателем при N_emax , который может быть принят равным 300-340 г/кВт·ч для карбюраторных и 220-240 г/кВтч - для дизельных двигателей (точные расходы для отечественных двигателей выпуска до 1994 года указаны на стр.561-563 );

k_щ - коэффициент влияния ?_e на q_e , значение которого приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1

ще /щN	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
kщ	1,12	1,00	0,96	0,96	1,00	1,15

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.2*.

Пример расчета:

кВт

Нм

q= qk=300*1,12=336 г/кВт·ч

Таблица 1.2 Результаты расчета.

Параметры	Размерность	Значения параметров
		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
	1/с	108	216	324	432	540	648
	кВт	13,9	29,3	43,9	54,7	59	53,8
	нм	128,7	135,2	135,5	126,6	109,3	83
	г/(кВтч)	336	300	288	288	300	345

Графики N_e , M_e и q_e от ?_е приведены на рисунке 1.

Рис.1.1 -Внешняя скоростная характеристика двигателя.

1.1.2 График силового баланса

Построение графика силового баланса начинается с определения всех сил, действующих на автомобиль, записанных в виде уравнения тягового баланса

, (1.9)

где - сила тяги или окружная сила на ведущих колесах, Н;

- сила сопротивления качению, Н;

- сила сопротивления подъему, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н;

- сила сопротивления разгону, Н;

Полная окружная сила P_k на ведущих колёсах определяется по формуле:

, (1.10)

где: М_е' - текущее значение крутящего момента двигателя, соответствующее угловой скорости щ_е и рассматриваемой скорости движения автомобиля, умноженное на коэффициент коррекции К, учитывающий реальные условия эксплуатации (для легковых автомобилей принимают 0,9;

Текущее значение крутящего момента двигателя М_е' определяется по формуле:

М_е' = М_е ·К_р , (1.11)

и_тр - передаточное отношение трансмиссии. Определяется по формуле:

и_тр = и_кп ·и_гп ^, (1.12)

где и_кп - передаточное отношение КПП (для каждой передачи, из исходных данных);

и_гп - передаточное отношение главной передачи (из исходных данных).

з_тр - КПД трансмиссии.

Скорость движения автомобиля при частоте вращения коленчатого вала ?_e и соответствующей передаче определяется по формуле:

V_a = щ_e ·r_k /и_тр , (1.15)

Сила сопротивления дороги равна, Н:

Р_ш = Р_f +P_i ; (1.16)

Р_f = f ·G_a ·cos , (1.17)

где: f - коэффициент сопротивления качения;

G_а - вес автомобиля, Н;

- угол уклона дороги, град.

Р_i = G_a ·sin; (1.18)

С учетом того, что ·sintq= i - характеристика подъема:

Р_ш = G_a ·(f + i) ? G_a · ш. (1.19)

где: ш - коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

Значения Р_ш рассчитываются для горизонтального дороги с асфальтобетонным покрытием, следовательно ш = f.

Величина коэффициента сопротивления качения для малой скорости, до 50 км/ч, принимается равной f_o = 0,015.

Для скоростей движения, больших 50 км/ч, коэффициент сопротивления качения определяется по формуле:

f = f_o ·[1+(0,020·V_a) ² ], (1.20)

где V_a - скорость автомобиля, м/с.

Сила сопротивления воздуха Р_В определяется по формуле:

Р_В = k_В ·F ·V_a², (1.21)

где k_В - коэффициент сопротивления воздуха, Н·с² ·м ^-4;

F - площадь лобового сопротивления, м ²;

V_a - скорость автомобиля, м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха принимается равным:

- для легковых автомобилей k_В = 0,17- 0,3 Н·с² ·м ^-4

Площадь лобового сопротивления приближенно может быть определена по выражению:

F = ·В_г ·Н_г , (1.22)

где: - коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей = 0,78-0,8;);

В_г и Н_г - габаритная ширина и высота автомобиля соответственно, м.

Сила сопротивления разгону автомобиля Р- это сила его инерции:

Р= mdv/dt, (1.23)

где: - коэффициент учета вращающихся масс. Приближенно определяется по эмпирической формуле:

= + u_кп+ 1 (1.24)

где: u_кп - передаточное число коробки перемены передач на каждой передаче (из исходных данных);

Для одиночных автомобилей принимают: = 0,03 - 0,05; = 0,04 - 0,06.

m- масса автомобиля, кг;

dv/dt - ускорение автомобиля, м/с.

Сила сопротивления разгону рассчитывается из уравнения силового баланса или определяется графически из тяговой характеристики.

Результаты расчёта параметров для построения графиков тяговой характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты расчета*

Параметры	Размерность	Значения параметров
	1/с	108	216	324	432	540	648
	Нм	115,8	121,7	122	113,9	98,4	74,7
1-я 15,05		м/с	2,4	4,8	7,2	9,6	11,8	14,2
		Н	4619	4854	4867	4543	3925	2980
2-я 8		м/с	4,5	9	13,5	18	22,5	27
		Н	2455	2580	2597	2420	2086	1584
3-я 5,6		м/с	6,4	12,8	19,2	25,8	32,2	38,6
		Н	1718	1825	1856	1684	1456	1109
4-я (прямая) 4,1		м/с	8,7	17,4	26,1	34,8	43,5	52,2
		Н	1258	1321	1345	1237	1069	685
5-я 3,36		м/с	10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
		Н	1031	1083	1102	1014	877	562
		-	0,015	0,015	0,015	0,015	0,0161	0,0173
		Н	281	281	281	281	297	321
		Н	51	201	453	806	1273	1813
		Н	332	482	734	1087	1570	2134



Рис. 2 - Тяговая характеристика автомобиля.

1.1.3 Мощностной баланс автомобиля

Для получения графического изображения мощностного баланса автомобиля, воспользуемся следующим уравнением:

(1.25)

или

N_k = N_f +N_i +N_B +N_и , (1.26)

где N_k - мощность, подводимая к ведущим колёсам, кВт;

N_f - мощность, затрачиваемая на сопротивление качению, кВт;

N_i - мощность, сопротивлению подъёму, кВт;

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

N_и - мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 4

Таблица 4 - Результаты расчета

Параметры	Размерность	Значения параметров
1-я		м/с	2,4	4,8	7,2	9,6	11,8	14,2
		кВт	11	23,1	35	43,6	46,1	42,2
2-я		м/с	4,5	9	13,5	18	22,5	27
		кВт	11,1	23,2	35,1	43,7	46,2	42,2
3-я		м/с	6,4	12,8	19,2	25,8	32,2	38,6
		кВт	10,9	23,3	35,1	43,6	46,2	42,1
4-я		м/с	8,7	17,4	26,1	34,8	43,5	52,2
		кВт	11	23,1	35	43,6	46,1	42,2
5-я		м/с	10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
		кВт	11,1	23,2	35,1	43,7	46,2	42,2
		кВт	3,1	6,2	9,3	12,4	15,9	20,6
		кВт	0,6	4,7	14,5	34,5	67,9	116,2
		кВт	3,7	10,9	23,8	46,9	85,8	136,8

На основании данных таблицы 4 стоим график мощностного баланса автомобиля.

На графике (рис. 3) изображена зависимость мощности, подводимой к ведущим колёсам, а также суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления дороги и воздуха, от скорости движения на различных передачах.

Разность этих двух мощностей даёт мощность, которую можно реализовать для разгона автомобиля.



Рис. 3 -График мощностного баланса автомобиля

1.1.4 Динамическая характеристика автомобиля

Показателем, позволяющим не только оценить тягово-скоростные качества данного автомобиля, но и сравнить автомобили различных конструкций является динамический фактор, представляющий собой удельную силу тяги. Динамический фактор определяется по уравнению:

D = (Р_k - P_B)/G_a , (1.27)

где Р_k и Р_В - окружная сила на ведущих колесах и сила сопротивления воздуха, Н;

G_а - вес автомобиля, Н.

Динамический фактор - величина безразмерная. При определенных преобразованиях уравнение тягового баланса можно записать в виде:

, (1.28)

где f - коэффициент сопротивления качению;

i - коэффициент сопротивления подъему;

д - коэффициент учета вращающихся масс;

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

dV/dt - ускорение автомобиля, м/с².

Результаты расчётов приведены в таблице 5.

Таблица 1.5 - Результаты расчета

Параметры	Размерность	Значения параметров
	1/с	108	216	324	432	540	648
	Нм	115,8	121,7	122	113,9	98,4	74,7
1-я		м/с	2,4	4,8	7,2	9,6	11,8	14,2
		Н	4619	4854	4867	4543	3925	2980
		Н	2,5	10	23	41	63	91
		-	0,25	0,253	0,254	0,24	0,212	0,161
2-я		м/с	4,5	9	13,5	18	22,5	27
		Н	2455	2580	2597	2420	2086	1584
		Н	9	36	81	144	225	324
		-	0,13	0,135	0,134	0,122	0,1	0,07
3-я		м/с	6,4	12,8	19,2	25,8	32,2	38,6
		Н	1718	1825	1856	1684	1456	1109
		Н	18	72	162	288	450	648
		-	0,091	0,092	0,085	0,075	0,053	0,026
4-я		м/с	8,7	17,4	26,1	34,8	43,5	52,2
		Н	1258	1321	1345	1237	1069	685
		Н	33	132	297	528	825	1188
		-	0,065	0,066	0,056	0,037	0,013
5-я		м/с	10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
		Н	1031	1083	1102	1014	877	562
		Н	51	201	453	806	1273	1836
		-	0,052	0,047	0,029	0,017

По данным таблицы 5 строится динамическая характеристика автомобиля с полной массой (рис. 4).

Рис. 4 - Динамическая характеристика автомобиля

1.1.5. Динамический паспорт автомобиля

При изменении нагрузки автомобиля изменяется и динамическая характеристика автомобиля. Для сравнения тягово-скоростных свойств автомобилей при различной массе, динамическая характеристика дополняется номограммой нагрузок (рис. 5).

Строится номограмма нагрузок следующим образом. На продолжении оси абцисс динамической характеристики (60-80 мм от начала координат) откладывается шкала нагрузок таким образом, чтобы нагрузка 100% совпадала с началом координат, а нагрузка 0% стала крайней левой точкой шкалы. Из этой точки восстанавливается перпендикуляр к оси абцисс, на котором в определенным масштабе откладываются значения динамического фактора при нагрузке - 0%.

Масштаб шкалы динамического фактора - а_о при нагрузке 0 % определяется по формуле:

, (1.29)

где a₁₀₀ - масштаб шкалы D 100%;

G_a, G_o - вес автомобиля, соответственно при полной нагрузке (100%) и без нагрузки.

Точки на ординатах, соответствующие одинаковым значениям динамического фактора, соединяются прямыми сплошными линиями.

Максимальные значения окружных сил обычно ограничены по условиям сцепления, поэтому на динамической характеристике показывают также динамический фактор по сцеплению D_{ц ,} определяемый по формуле:

D_ц = ц ·G₂ /G_a , (1.30)

где ц - коэффициент сцепления;

G₂ - вес автомобиля, приходящийся на ведущую ось, Н.

Расчет производится для значений коэффициента сцепления, в пределах от 0,1 до 0,7 для порожнего и полностью груженного состояний автомобиля.

Рис. 5 Динамический паспорт автомобиля

Полученные значения D_ц откладываются на соответствующих ординатах номограммы нагрузок (см. рис. 5) и соединяются пунктирными линиями для одинаковых значений ц.

1.1.6 График времени и пути разгона

Оценку приёмистости автомобиля определяют по максимально возможным ускорениям, используя динамическую характеристику:

, (1.31)

где j_a - ускорение автомобиля, м/с²;

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

д - коэффициент учёта вращающихся масс, определяется по формуле (1.24);

ш - суммарный коэффициент сопротивления дороги ( принимается ш = f).

Результаты расчётов заносим в таблицу 6.

Таблица 6 - Результаты расчета

Параметры	Размерность	Значения параметров
1-я		м/с	2,4	4,8	7,2	9,6	11,8	14,2
		-	0,25	0,253	0,254	0,24	0,212	0,161
		-	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015
			1,49	1,51	1,52	1,47	1,24	0,92
2-я		м/с	4,5	9	13,5	18	22,5	27
		-	0,13	0,135	0,134	0,122	0,1	0,07
		-	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015
			0,96	1,01	0,991	0,892	0,694	0,458
3-я		м/с	6,4	12,8	19,2	25,8	32,2	38,6
		-	0,091	0,092	0,085	0,075	0,053	0,026
		-	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015
			0,684	0,701	0,625	0,54	0,31	0,1
4-я		м/с	8,7	17,4	26,1	34,8	43,5	52,2
		-	0,065	0,066	0,056	0,037	0,015
		-	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,0159
			0,462	0,473	0,38	0,205	0
5-я		м/с	10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
		-	0,052	0,047	0,029	0,017
		-	0,015	0,015	0,015	0,015	0,0161	0,0173
			0,349	0,301	0,132	0,02

Используя полученные значения j_a из таблицы 6, строится график зависимости ускорений автомобиля на разных передачах от скорости при заданных дорожных условиях (рис. 6).

Графики времени t = f(V) и пути разгона S = f(V) автомобиля строятся на основании графика ускорений автомобиля графоаналитическим методом.

Рис. 6 - График ускорений автомобиля

На графике ускорений автомобиля выделяются участки скорости движения автомобиля, соответствующие его разгону на первой, второй и последующих передачах. Затем каждый из этих участков разбиваются на 4-6 интервалов. Границы интервалов и участков скорости обознаются последовательно V₁ ,V₂ ,V₃ и т.д., соответствующие им значения ускорений обозначаются j₁ , j₂ , j₃ и т.д.

Время разгона автомобиля определяется для каждого интервала скоростей:

; ; и т.д., (1.32)

где V - скорость в начале или в конце интервала, м/с;

j - ускорение в начале или в конце интервала, м/с²;

t - время разгона в данном интервале скоростей, с.

Затем для каждого интервала скоростей определяется путь разгона автомобиля:

; ; и т.д., (1.33)

где S - путь разгона на интервале скоростей, м.

Суммарное время и суммарный путь разгона автомобиля до скорости V_i для i-го интервала определяют суммированием времени и пути разгона на всех предыдущих интервалах скорости:

, (1.34)

. (1.35)

Для обеспечения наибольшей интенсивности разгона скорость, при которой необходимо переключаться на следующую передачу, должна соответствовать максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, если ускорение на более низкой передаче (например, на первой) меньше ускорения на более высокой передаче (например, на второй), или соответствовать скорости, при которой кривые ускорений на более низкой и более высокой передачах пересекаются (как на рис. 6).

Потеря скорости за время переключения передачи:

ДV_n ? g ·ш ·t_n / д_n , (1.36)

где ?_n - коэффициент учёта вращающихся масс при переключении передач (при расчетах принимают ?_n = 1,03);

t_n - время переключения передач (при расчетах принимают t_n = 0,5-1,5 с, в зависимости от способа переключения передач).

Путь, пройденный автомобилем за время переключения t_n с к-ой передачи на (к+1)-ю передачу:

ДS_n = (V_{k max} - 0,5 ·ДV_n)·t_n . (1.37)

Расчётные значения величин для построения времени и пути разгона автомобиля сводятся в таблицу 7.

Таблица 7 - Результаты расчета

Параметры	Размерность	Значения параметров
1-я	Va	м/с	13,9
	Уt	с	9,6
	УS	м	65
2-я	Va	м/с	25,8
	Уt	с	20,2
	УS	м	240
3-я	Va	м/с	36,7
	Уt	с	38
	УS	м	864
4-я	Va	м/с	43,2
	Уt	с	52
	УS	м	1850

По данным таблицы 7 строится график времени и пути разгона (Рис. 7).

Расчеты осуществляются при разгоне автомобиля на отрезке длиною 2000 метров.

Рис. 7 - Примерный график времени и пути разгона автомобиля

2. Расчет показателей эксплуатационных свойств автомобиля

2.1 Методика расчета показателей эксплуатационных свойств автомобиля

2.1.1 Топливная экономичность автомобиля

Оценочным показателем топливной экономичности в России является путевой расход топлива, расход топлива Qs на 100 км пройденного пути (в США например, расход определяется количеством пройденных миль на одном галлоне (3,8 л) топлива).

Зависимость расхода топлива в литрах на 100 км от скорости движения автомобиля и коэффициента сопротивления дороги при установившемся движении называют топливно-экономической характеристикой автомобиля, которую можно построить, пользуясь методикой, разработанной И.С.Шлиппе .

Согласно этой методике, расход топлива Qs (л/100 км) определяют по уравнению:

, (2.1)

где q_eN - удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт?ч;

k_щ - коэффициент учитывающий влияния ?_e на q_e , значение которого приведены в таблице 1.1

K_u - коэффициент, учитывающий изменение q_e в зависимости от степени использования мощности двигателя и;

?_тр - КПД трансмиссии автомобиля;

?_т - плотность топлива, кг/л;

P_? ,P_В - силы сопротивления дороги и воздуха, при соответствующей скорости, Н.

Степень использования мощности двигателя и при движении автомобиля на j-ой передаче определяют как отношение мощности N_е', фактически снимаемой с коленчатого вала двигателя при частоте ?_ei , к мощности N_ei по внешней скоростной характеристике, при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей данной скорости:

. (2.2)

Коэффициент K_u принимается по таблице 2.1.

Таблица 2.1

и	Тип двигателя	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Ки	Карбюраторный	2,50	1,90	1,25	1,00	0,90	1,00
Ки	Дизельный	1,40	1,25	1,00	0,70	0,60	1,00

Топливную характеристику автомобиля строят по уравнению расхода топлива в литрах на 100 км пробега по дороге с ?₁ = f₀ и ? ₂ = 0,4?D_max на высшей передаче следующим образом. Сначала задаются скоростью автомобиля, чтобы получить не менее 4-6 значений в интервале от V до V (для случая ?₁ = f₀ значения могут быть взяты из таблицы 1.5). Скорость V, соответствующая миниамально устойчивой частоте вращения коленчатого вала двигателя, условно считается одинаковой при всех значениях . Максимальные скорости при различных определяют по динамической характеристике (рис. 1.4). Затем по формуле (1.15) определяют значения на высшей передаче, соответствующее скорости V в диапазоне от V до V и по внешней скоростной характеристике определяют мощность N для каждого значения (V). Используя табл. 1.1, табл. 2.1 и формулу 2.2 определяют значения k_щ и K_u . Зная все необходимые параметры, по формуле 2.1 расчитывают путевой расход топлива Qs.

Результаты расчёта топливно-экономической характеристики при ?₁ = f₀ сводятся в табл. 2.2, а при ? ₂ = 0,4?D_max в табл.2.3.

Таблица 2.2 - Результаты расчёта

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
P? +PВ	Н	332	482	734	1087	1570	2134
	м/с	10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
и	-	0,56	0,55	0,42	0,39	0,35	0,32
Ки	-	1,1	1,09	1,21	1,3	1,4	1,46
Qs	л/100 км	7,6	7,5	8,6	10,1	11,6	13,8
Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Py +PВ	Н	356	493	785	1137	1670	2235
	м/с	10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
и	-	0,56	0,55	0,42	0,39	0,35	0,32
Ки	-	1,1	1,09	1,21	1,3	1,4	1,46
Qs	л/100 км	7,8	9,8	10,4	11,3	12,9	14,2

Таблица 2.3 - Результаты расчёта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

По данным табл. 2.2 и 2.3 строим топливную характеристику автомобиля (рисунок 2.1).

Рис. 2.1 - Топливная характеристика автомобиля

2.1.2 Тормозные свойства автомобиля

Оценочными показателями эффективности торможения автомобиля на дороге согласно ГОСТ Р 41.13-1999, являются замедление jз и тормозной путь S_Т , которые определяют из выражений:

j₃ = (ц ·cos б + f ± sin б)·g ; (2.3)

S_T = V_a ²/(2 ·g · (ц ·cos б+f ± sin б)), (2.4)

где ц - коэффициент сцепления;

б - продольный уклон полотна дороги;

f - коэффициент сопротивления качению;

g - ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²;

V_a - скорость автомобиля, с которой производится торможение, м/с.

Расчёт замедления и тормозного пути проводится для значений коэффициента сцепления и продольного уклона, заданный в табл. 2.4. При выборе начальной скорости торможения рекомендуется разбить диапазон возможных скоростей движения от V= 0 до V= V на шесть равных интервалов.

Таблица 2.4 - Результаты расчёта

Параметры	Размер-ность	Начальные скорости торможения автомобиля
		10,7	21,4	32,1	42,8	53,5	64,2
ц = 0,7 б = 0о	j3	м/с2	7,15	7,15	7,15	7,15	7,16	7,28
	ST	м	8	32,1	72,1	128	200,9	288,2
ц = 0,4 б = -10о	j3	м/с2	2,42	2,42	2,42	2,42	2,43	2,55
	ST	м	23,6	94,8	213	378,2	594	852
ц = 0,1 б = 0о	j3	м/с2	1,15	1,15	1,15	1,15	1,16	1,28
	ST	м	49,7	200	448	796	1249	1790

По данным табл. 2.4 строится график зависимости величин S_Т и jз от скорости автомобиля (рис. 2.2).

Рис. 2.2 - Показатели тормозной эффективности автомобиля

2.1.3 Устойчивость автомобиля

В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости автомобиля при движении принимают критическую скорость по боковому скольжению V_з (заносу) и критическую скорость по боковому опрокидыванию V_оп, определяемые соответственно по выражениям:

,

(2.5)

где g - ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²;

R - радиус кривой полотна дороги в плане, м;

B - колея автомобиля, м;

h_g - высота центра масс автомобиля, м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

? - коэффициент сцепления (в данном разделе принимают ? = 0,6).

Задавая несколько значений радиуса кривой полотна дороги от 20 до 100 м, определяют критические скорости движения автомобиля, по которым строят график поперечной устойчивости.

Результаты расчётов сводятся в табл. 2.5

Таблица 2.5 - Результаты расчёта

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
R	м	20	40	60	80	100
Vоп	м/с	13,4	19,1	23,4	27	30,2
VЗ	м/с	10,9	15,5	19	21,9	24,5

По данным табл. 2.5 строится график зависимости критических скоростей движения от радиуса поворота (рис. 2.3).



Рис. 2.3 График зависимости критических скоростей движения от радиуса поворота

2.1.4 Управляемость автомобиля

Управляемость автомобиля определяется степенью соответствия траектории его движения положению управляемых колёс.

Если управляемые колёса повёрнуты на угол ? (средний угол поворота обоих управляемых колёс), то точка, лежащая на середине оси неуправляемых колёс, должна двигаться по дуге радиуса R (при отсутствии увода колес):

, (2.6)

где L - база автомобиля, м.

При нейтральном положении управляемых колёс ? = 0, а R = ?, т.е. траектория движения прямая линия. Однако это требование управляемости автомобиля может быть нарушено из-за бокового увода или бокового скольжения управляемых колёс.

Зависимость критической скорости по управляемости V_упр от угла поворота управляемых колёс выражается уравнением:

, (2.7)

где ?_y - коэффициент сцепления шин с дорогой в поперечном направлении (?_y = 0,6);

f - коэффициент сопротивления качению (f = 0,02);

L - база автомобиля, м;

? - средний угол поворота управляемых колёс автомобиля, принимаемый в пределах от 0 до 0,7 рад.

Пользуясь уравнением (2.7) проводится расчет критической скорости при различных углах поворота управляемых колес для заданных ?_y и f . Результаты расчета сводятся в табл. 2.6 и по этим результатам строится график зависимости V_упр от ? (рис.2.4).

Таблица 2.6 - Результаты расчёта

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
?	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Vупр	м/с	11,3	8,6	6,5	5,3	4,4	3,9	3,5
R	м	21,9	10,9	7,1	5,2	4	3,2	2,6

Одним из показателей управляемости является характеристика статической траекторной управляемости, представляющая собой зависимость радиуса поворота от скорости движения автомобиля с учетом эластичности шин.

Радиус поворота автомобиля при наличии увода определяют по выражению:

, (2.8)

где ?₁ ,?₂ - углы увода колёс соответственно передней и задней осей, рад.

; , (2.9)

где P_{y 1} и P_{y 2} - боковые силы, действующие на колёса соответственно передней и задней осей;

K_{? 1} и K_{? 2} - коэффициенты сопротивления уводу одного колеса соответственно передней и задней осей, кН/рад.

Рис. 2.4 - График зависимости критической скорости по управляемости от угла поворота управляемых колес

Средние значения для одного колеса легковых автомобилей составляют от 30 до 60 кН/рад, грузовых - 50- 200 кН/рад (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1). Принимая значения для одного колеса передней и задней осей, следует учитывать давление воздуха в шинах. Если давление воздуха одинаково для колес передней и задней оси, то можно принимать значения K_{? 1} и K_{? 2} одинаковыми, если давление воздуха разное, то следует принимать большие значения K_? для шин имеющих большее давление, соответственно меньшие (на 2-4 кН/рад) - для шин с меньшим давлением.

Значения боковых сил зависят от скорости автомобиля, радиуса поворота, массы и расположения центра тяжести. При расчетах удобно пользоваться постоянным радиусом поворота равным 50 метров. Изменяя скорость движения в диапазоне от 0 до 15 м/с определяются действующие боковые силы , а затем величина бокового увода передней и задней осей .

По формуле 2.8 определяются значения эквивалентного радиуса и строится график зависимости от скорости движения автомобиля.

По результатам расчетов проводят сопоставление радиусов R и R, с целью выявления типа поворачиваемости автомобиля. При R = R автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью, при R R - недостаточной, при R R - избыточной.

Для автомобиля с избыточной поворачиваемостью существует понятие критической скорости по условию увода колес осей, которая определяется по формуле:

, (2.10)

где: - масса приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю оси.

Рис.2.5 График зависимости от скорости движения автомобиля для различных типов поворачиваемости автомобиля

У автомобилей с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью понятие критической скорости отсутствует.

2.1.5 Маневренность

Одним из основных показателей маневренности является габаритная полоса движения - полоса, занимаемая автомобилем при движении. Наибольшую полосу будет занимать автомобиль при выполнении поворота с минимально возможным радиусом R, измеряемым по следу внешнего управляемого колеса (исходные данные), рис. 2.6.

На криволинейных участках дорог:

ГПД = R_н - R_вн, (2.11)

где R_н - наружный, габаритный радиус, либо принимается по исходным данным, либо рассчитывается по формуле (6.2):

, м (2.12)

где L - база автомобиля, м (из исходных данных); L₁ - передний свес, м (из исходных данных); _п - максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса, град. _п определяется из формулы (6.3) для минимально возможного радиуса поворота R:

, м (2.13)



Рис. 2.6. Показатели маневренности автопоездов при круговом движении.

R_вн - внутренний, габаритный радиус, определяется по формуле (6.4), м:

, м. (2.14)

Задаваясь значениями угла поворота внешнего управляемого колеса от 0,1 до _п провести расчет ГПД и результаты занести в таблицу 6.1.

Таблица 2.6 - Показатели расчета

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
?	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
ГПД	м	1,65	1,79	1,95	2,15	2,31	2,42	2,53

2.1.6 Проходимость

В данном разделе, пользуясь известными геометрическими характеристиками автомобиля (из исходных данных) необходимо рассчитать продольный R и поперечный R радиусы проходимости (см. рис. 2.6), а также определить передний и задний углы свеса , передний L и задний L свесы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.6 Схема, иллюстрирующая понятие радиусов проходимости и способ их определения

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников ОАС и АВС . При этом следует учитывать, что АС L/2, АВ Н (дорожный просвет), а R = ОС.

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников ОАС и АВС.

При этом следует учитывать, что АС В/2, АВ Н (дорожный просвет), а

R =ОС.

2.1.7 Плавность хода

Основной оценочный показатель плавности хода - частота свободных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также вынужденных колебаний.

Частоты свободных колебаний, Гц подрессоренных масс определяют по зависимости:

, (2.15)

где ?_z - частота свободных колебаний, Гц;

f_ст - статический прогиб подвески, м.

f_ст = G /C, (2.16)

где G - статическая весовая нагрузка на подвеску данной оси, Н;

C - суммарная жёсткость подвески данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1).

Плавность хода легковых автомобилей считается удовлетворительной при

?_z = 0,8-1,2 Гц, грузовых при ?_z = 1,2-1,8 Гц.

Частота свободных колебаний неподрессоренных масс (мостов автомобиля), совершающих высокочастотные колебания, обусловлена жёсткостью шин, Гц.

, (2.17)

где - суммарная жёсткость шин данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

- суммарная жесткость упругих элементов подвески оси;

m_м - масса моста, кг.

Принимают: m_м1 = 0,1? m_a ; m_{м 2} = 0,15? m_a ,

где m_м1 и m_м2 - масса соответственно переднего и заднего мостов;

m_a - собственная масса автомобиля.

Помимо свободных, автомобиль совершает и вынужденные колебания, вызываемые неровностями дороги. Частота этих колебаний, Гц, определяется из выражения:

щ_вын = V_a /S , (2.18)

где V_a - скорость автомобиля, м/с;

S - длина волн неровностей, м. На дорогах с твёрдым покрытием S = 0,5ч5 м.

Рис.2.7 - Зависимость резонансных скоростей от длины неровностей.

Используя зависимость V_a = ?? S, строится зависимость резонансных скоростей автомобиля от длины неровностей V = f(S) для частот собственных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс (рис. 2.7).

3. Проверочный расчет подвески автомобиля

3.1 Подвеска автомобиля ваз 2121 «Нива»

Передняя подвеска

Передняя подвеска автомобиля независимая, рычажно-пружинная, с гидравлическими амортизаторами и стабилизатором поперечной устойчивости.

Передние колеса автомобиля подвешены независимо одно от другого, не имеют между собой непосредственной связи, перемещаются в поперечной плоскости, и перемещение одного колеса не вызывает перемещения другого колеса.

Рис. 3.1 Передняя подвеска:

1 - нижний рычаг; 2 - кронштейн поперечины; 3 - нижняя опорная чашка пружины; 4 - пружина; 5 - буфер сжатия; 6 - опора буфера сжатия; 7 - упор; 8 - нижний кронштейн амортизатора; 9 - амортизатору 10 - обойма опоры стабилизатора; 11 - резиновая опора стабилизатора; 12 - стержень ста бил к затора; 13 - нижний шаровой шарнир; 14 - тормозной щит; 15 - тормозной диск; 16 - ступица колеса; 17 - шпилька крепления колеса и тормозного диска; 18 - конусная втулка; 19 - декоративный колпак; 20 - хвостовик наружного шарнира привода колес; 21 - подшипники ступицы колеса; 22 - сальник; 23 - поворотный кулак; 24 - палец шарового шарнира; 25 - защитный чехол; 26 - подшипник; 27 - обойма; 28 - корпус; 29 - растяжка; 30 - верхний шаровой шарнир; 31 - резиновая подушка амортизатора; 32 - чашка подушки; 33 - верхний кронштейн амортизатора; 34 - кронштейн буфера отдачи; 35 - буфер отдачи; 36 - верхний рычаг; 37 - резинометаллический шарнир верхнего рычага; 38 - ось верхнего рычага: 39, 44 - регулировочные шайбы: 40 - верхняя опора пружины; 41 - верхняя опорная чашка пружины; 42 - прокладка пружины; 43 - поперечина передней подвески; 45 - резинометаллический шарнир нижнего рычага; 46 - ось нижнего рычага; 47, 51 - упорные шайбы; 48 - наружная втулка; 49 - внутренняя втулка: 50 - резиновая втулка.

Направляющим устройством передней подвески (рис. 37) являются рычаги 1 и 36, упругим устройством -- витые цилиндрические пружины 4, гасящим -- телескопические гидравлические амортизаторы 9, а стабилизатором поперечной устойчивости -- упругий стержень 12. Передняя подвеска смонтирована на поперечине 43, прикрепленной К кузову автомобиля. Между поперечиной и кузовом установлены растяжки 29, которые при движении автомобиля воспринимают продольные силы и их моменты, передаваемые от передних колес па поперечину. Верхние 36 и нижние 1 рычаги подвески установлены поперек автомобиля и имеют продольные оси качения. Ось 46 нижнего рычага прикреплена к трубчатой поперечине 43, а ось 38 верхнего рычага -- к кронштейну 2 поперечины. Внутренние концы верхних и нижних рычагов соединены с осями резинометаллическими шарнирами. Верхние 37 и нижние 45 резинометаллические шарниры имеют одинаковое устройство и отличаются только своими размерами. Применение резинометаллических шарниров обеспечивает бесшумную работу подвески и исключает необходимость смазки шарниров. Наружные концы верхних и нижних рычагов подвески соединены с поворотным кулаком 23 шаровыми шарнирами 30 и 13. Шаровые шарниры выполнены неразборными, имеют одинаковое устройство, взаимозаменяемы и в процессе эксплуатации не требуют смазки. Пружина 4 подвески -установлена между нижней опорной чашкой 3, прикрепленной к нижнему рычагу, и верхней опорной чашкой 41, соединенной с опорой 40, которая соединена с поперечиной подвески. Между концами пружины и опорными чашками установлены вибро-шумоизолирующие прокладки 42. Амортизатор 9 нижним концом прикреплен к кронштейну 8 опорной чашки 3 с помощью резинометаллического шарнира. Верхний конец амортизатора крепится к кронштейну 33 через резиновые подушки 31. Ход колеса вверх ограничивается буфером сжатия 5% когорый закреплен на опоре 6, установленной внутри пружины подвески. При статической нагрузке буфер 5 касается нижней опорной чашки 3 пружины, что обеспечивает его постоянную работу. Упор 7 ограничивает сжатие буфера 5. Ход колеса вниз ограничивается буфером отдачи 35, который установлен в кронштейне 34, соединенным о поперечиной 43 и опорой 40. При ходе колеса вниз буфер 35 упирается в специальную опорную площадку верхнего рычага 36. Стабилизатор поперечной устойчивости представляет собой упругое устройство торсионного типа, установленное поперек автомобиля. Стержень 12 стабилизатора имеет П-образную форму, круглое сечение. Он изготовлен из рессорно-пружинной стали. Средняя часть стержня стабилизатора и его концы крепятся в резиновых опорах 11 обоймами 10 соответственно к кузову автомобиля и кронштейнам опорных чашек 3 нижних рычагов подвески. При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы стержня стабилизатора перемещаются в разные стороны: один конец опускается, а другой поднимается. В результате средняя часть стержня стабилизатора закручивается, уменьшая тем самым крен и поперечное раскачивание кузова автомобиля. Создавая сопротивление крену и поперечным колебаниям кузова, стабилизатор в то же время не препятствует его вертикальным и продольным угловым колебаниям.

Задняя подвеска

Задняя подвеска зависимая, пружинная, с гидравлическими амортизаторами. Задние колеса автомобиля связаны между собой балкой заднего моста, вследствие чего перемещение одного из колес в поперечной плоскости передается другому колесу. Направляющим устройством задней подвески (рис. 38) являются продольные 3, 17 и поперечная 24 штанги, упругим устройством -- витые цилиндрические пружины 9, а гасящим устройством -- телескопические гидравлические амортизаторы 25.

Рис. 3.2 Задняя подвеска:

1 - распорная втулка; 2 - резиновая втулка; 3, 17 - нижняя и верхняя продольные штанги; 4, 11 - прокладки пружины; 5 - нижняя опорная чашка пружины; 6 - буфер сжатия; 7 - палец верхней продольной штанги; 8 - кронштейн верхней продольной штанги; 9 - пружина; 10 - чашка пружины; 12 - верхняя опорная чашка пружины; 13 - тяга рычага регулятора давления тормозов; 14 - палец амортизатора; 15 - поперечина кузова; 16 - дополнительный буфер; 18 - кронштейн нижней продольной штанги; 19 - кронштейн поперечной штанги; 20 - регулятор давления тормозов; 20 - рычаг регулятора; 22 - обойма; 23 - втулка; 24 - поперечная штанга; 25 - амортизатор.

Задний мост соединен с кузовом автомобиля с помощью четырех продольных 3 и 17 и одной поперечной 24 штанг. Штанги 3 и 24 стальные, трубчатые, а штанги 17 сплошные. Концы всех штанг, кроме передних концов верхних продольных штанг 17, закреплены в кронштейнах на кузове автомобиля и балке заднего моста. Передние концы штанг 17 закреплены консольно на пальцах 7. Для крепления всех штанг применены резинометаллические шарниры. Резинометаллические шарниры обеспечивают бесшумную работу задней подвески и не требуют смазки. Пружины 9 подвески установлены между нижними опорными чашками 5, приваренными к балке заднего моста, и верхними опорными чашками 12, связанными, с кузовом автомобиля. Между концами пружин и опорными чашками установлены вибро-, шумоизолирующие прокладки 4 и 11. Амортизаторы 25 верхними концами крепятся консольно на пальцах 14 к кузову автомобиля, а нижними концами -- к балке заднего моста. Для крепления амортизаторов применены резинометаллические шарниры.

3.2 Расчет нагрузки на упругий элемент и расчет прогиба

Зависимая подвеска (рис. 3.3,а)

Нагрузка на упругий элемент

, (3.1)

где: Rz - нормальная реакция; q- нагрузка от массы колеса и моста.

Rz1 = 0,5Gk и Rz2 =0,5Gk,

где: G , G - вес приходящийся на переднюю и заднюю ось соответственно; k- к-т динамичности, учитывающий срабатывание подвески (принимаем равным 1,75). Прогиб упругого элемента равен перемещению колес относительно кузова .

Двухрычажная подвеска (рис. 3.3,б)

Нагрузка на упругий элемент

, (3.2)

где: qк - нагрузка от массы колеса и массы направляющего устройства.

Прогиб упругого элемента

. (3.3)

Однорычажная подвеска (рис. 11.1,в)

(3.4)

Прогиб упругого элемента

. (3.5)



Рис. 3.3. Схема сил, действующих на подвеску

Список литературы

1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е.: Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». - М.:, 1989. - 240 с.

2. Гришкевич А.И. Автомобили: Учебник для вузов, Минск. Высш. шк.. 1986.-208 с.

3. Петрушов В.А. и др. Мощностной баланс автомобиля. - М.: Машиностроение. 1984. - 160 с.

4. Краткий автомобильный справочник / Понизовкин А.Н. и др. - АО «Трансконсалтинг», НИИАТ, 1994. - 779 с.

5. Фаробин Я.Е., Щупляков В.С. Оценка эксплуатационных свойств автопоездов для междугородных перевозок. - М.: Транспорт, 1983. - 200 с.

Размещено на Allbest.ru