Расчет эксплуатационных свойств автомобиля ВАЗ-2103

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовой работе

на тему «Расчет эксплуатационных свойств автомобиля ВАЗ-2103»

Введение

В дисциплине «Техника транспорта, обслуживание и ремонт» изучаются эксплуатационные свойства автомобиля, определяющие его движение. Дисциплина является базовой, она необходима для изучения других дисциплин специальности «Организация и безопасность движения» (ОиБД). Для освоения дисциплины студент должен знать основы конструкции автотранспортных средств (АТС).

Знание эксплуатационных свойств АТС необходимо инженеру по специальности ОиБД для оптимизации дорожного движения, для организации контроля технического состояния АТС, для расследования и экспертизы дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Инженер должен владеть: методами расчета процесса разгона, торможения, движения АТС на повороте и при выполнении различных маневров, а также методами расчета устойчивости автомобиля.

Теория эксплуатационных свойств автомобиля создавалась известными Российскими учеными: Чудаковым Е.А, Зимелевым Г.В., Литвиновым А.С, Фалькевичем Б.С. и др.

В дисциплине рассматриваются следующие эксплуатационные свойства:

- тяговые свойства, отражающие способность автомобиля двигаться с высокой средней скоростью в различных дорожных условиях;

- тормозные свойства, отражающие способность автомобиля к снижению скорости с остановкой на кратчайшем пути и удержанию его на месте;

- топливная экономичность, характеризующая способность автомобиля рационально расходовать топливо для совершения транспортной работы;

- управляемость, характеризующая способность автомобиля к изменению и сохранению траектории, заданной водителем;

- устойчивость, характеризующая способность автомобиля двигаться без бокового скольжения и опрокидывания;

- проходимость, характеризующая способность автомобиля двигаться в плохих дорожных условиях и преодолевать различные препятствия.

- плавность хода, характеризующая способность автомобиля двигаться с высокой скоростью по неровной дороге с минимальными колебаниями кузова.

В настоящем курсе используется система единиц измерения СИ, что соответствует требованиям ГОСТов.

1. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Построим внешнюю скоростную характеристику для режима полной подачи топлива.

Мощность двигателя вычислим по формуле Лейдермана:

N_e= К_{в *} N_{max *} [a _* + b _* ² - c _* ³],

где a=b=c=1 - коэффициенты для карбюраторного двигателя;

- относительная угловая скорость вращения коленчатого вала;

К_в - коэффициент потерь мощности на привод вспомогательных агрегатов.

N_max - максимальная мощность двигателя (N_max = 56,6 кВт);

Относительную угловую скорость вращения коленчатого вала вычислим по формуле:

= _e/_N, где:

_e - некоторые выбранные значения частоты вращения коленчатого вала двигателя в секунду;

_N - максимальное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя (_N =588 рад/с)

₁ = 75/588 = 0,12

₂ = 260/588 = 0,44

₃ = 390/588 = 0,67

₄ = 526/588 = 0,9

₅ = 674/588 = 1,14

Для карбюраторного двигателя _max превышает _N = 588 рад/с:

_max = 1,1…1,2 _{* N}

Примем значение коэффициента равным 1,146, тогда _max = 1,146 _* 588 = 674 рад/с.

Минимальная угловая скорость вращения _min коленчатого вала для всех двигателей задается по частоте его вращения на холостом ходе:

_min = 50…100 рад/с

Примем значение _min равным 75 рад/с.

Крутящий момент M_e в Н_*м двигателя вычислим по формуле:

M_e = 1000 _* (N_e/)

Разделим диапазон изменения скорости от _min до _n на три, примерно равные части и возьмем всего пять значений :₁ = _min, ₂, ₃, ₄ = _N, ₅ = _max.

Произведём вычисления мощности двигателя при выбранных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя в секунду, приняв значение К_в равным 0,9:

N_e1= 0,9 _* 56,6 _* [1_* 0,12+ 1_* (0,12)² - 1_* (0,12)³] = 6,8 кВт

N_e2= 0,9 _* 56,6 _* [1_* 0,44+ 1_* (0,44)² - 1_* (0,44)³] =27,9 кВт

N_e3= 0,9 _* 56,6 _* [1_* 0,67+ 1_* (0,67)² - 1_* (0,67)³] = 41,7 кВт

N_e4= 0,9 _* 56,6 _* [1_* 0,9+ 1_* (0,9)² - 1_* (0,9)³] = 49,9 кВт

N_e5= 0,9 _* 56,6 _* [1_* 1,14+ 1_* (1,14)² - 1_* (1,14)³] = 48,8 кВт

Пользуясь полученными значениями мощности, рассчитаем крутящий момент двигателя:

M_e1 = 1000 _* (6,8/75) = 90,7 Н_*м

M_e2 = 1000 _* (27,9/260) = 107,3 Н_*м

M_e3 = 1000 _* (41,7/390) = 106,9 Н_*м

M_e4 = 1000 _* (49,9/526) = 94,8 Н_*м

M_e5 = 1000 _* (48,8/674) = 72,4 Н_*м

Полученные данные занесем в таблицу 1:



, рад/с	75	260	390	526	674
	0,12	0,44	0,67	0,9	1,14
Ne, кВт	6,8	27,9	41,7	49,9	48,8
Me, Н*м	90,7	107,3	106,9	94,8	72,4

2. Расчет сил сопротивления движению

тяговый автомобиль ускорение тормозной

Для расчета сил нам понадобится полная масса автомобиля M_П, которую мы вычислим по формуле:

M_П = M_C + 75 n + M_Б,

где: n - число пассажиров, включая водителя;

75 - масса одного пассажира в кг;

M_Б - масса груза в багажнике в кг.

Подставив в данную формулу значения величин, приведенные в задании

(M_C = 1030 кг), найдем полную массу автомобиля:

M_П = 1030 + 75 5 + 50 = 1455 кг.

Вес автомобиля в Н вычислим по его массе:

G_C = g M_С; G_П = g M_П, где g = 9,8 м/с².

G_C = 9,8 1030 =10094 Н = 10,09 кН;

G_П = 9,8 1455 = 14259 Н = 14,26 кН.

Вычислим силу сопротивления подъему по формуле:

P_i = i G_П.

В задании указано значение коэффициента сопротивления уклону, равное i = 0,015.

Для автомобиля ВАЗ-2103 имеем:

P_i = 0,015 14259 = 213,89 Н

Сила сопротивления качению зависит от скорости V в м/с автомобиля:

P_f = G_П f₀ (1 + k V²),

где k = 0,000144 Н/(м²/с²) - коэффициент влияния скорости.

Для расчета силы найдем по справочнику максимальную скорость автомобиля, равную V_N = 150 км/ч = 41,7 м/с и возьмем значение на 15% большее:

V_max = 41,7 1,15 = 47,9 м/с

Разобьем интервал скорости (от 0 до максимальной) на пять значений (V₁= 0 м/с,

V₂= 13 м/с, V₃= 24 м/с, V₄= 36 м/с, V₅= 48 м/с) и посчитаем значения P_f для каждого значения скорости на первом и на втором участке:

На I участке:

P_f1 = 14259 0,015 (1+ 0,000144 0²) = 213,89 Н;

P_f2 = 14259 0,015 (1+ 0,000144 13²) = 219,09 Н;

P_f3 = 14259 0,015 (1+ 0,000144 24²) = 231,63 Н;

P_f4 = 14259 0,015 (1+ 0,000144 36²) = 253,8 Н;

P_f5 = 14259 0,015 (1+ 0,000144 48²) = 284,85 Н.

На II участке:

P_f1 = 14259 0,012 (1+ 0,000144 0²) = 171,1 Н;

P_f2 = 14259 0,012 (1+ 0,000144 13²) = 175,28 Н;

P_f3 = 14259 0,012 (1+ 0,000144 24²) = 185,3 Н;

P_f4 = 14259 0,012 (1+ 0,000144 36²) = 203,05 Н;

P_f5 = 14259 0,012 (1+ 0,000144 48²) = 227,88 Н.

Вычислим силу сопротивления воздуха по параметрам автомобиля-прототипа. Используя данные из справочника НИИАТ, примем значение коэффициента k обтекаемости равным 0,3 и найдем лобовую площадь автомобиля по следующей формуле:

F = 0,78 В Н,

где В, Н - высота и ширина автомобиля в м.

F = 0,78 1,611 1,446 = 1,82 м².

Вычислим силу сопротивления воздуха для выбранных выше значений скорости по формуле:

P_W = k F V².

P_W1 = 0,3 1,82 0² = 0 Н;

P_W2 = 0,3 1,82 13² = 92,3 Н;

P_W3 = 0,3 1,82 24² = 314,5 Н;

P_W4 = 0,3 1,82 36² = 707,7 Н;

P_W5 = 0,3 1,82 48² = 1258 Н.

Для облегчения построения графиков найдем значение P_c = P_i + P_f + P_W на I и II участках:

На I участке: Pc = 213,89+ 213,89 = 427,78 Н; Pc = 213,89+ 219,09 + 92,3 = 525,28 Н; Pc = 213,89+ 231,63 + 314,5 = 760,02 Н; Pc = 213,89+ 253,8 + 707,7 = 1175,39 Н; Pc = 213,89+ 284,85 + 1258 = 1756,74 Н.	На II участке: Pc = 213,89+ 171,1 = 384,99 Н; Pc = 213,89+ 175,28 + 92,3 = 481,47 Н; Pc = 213,89+ 185,3 + 314,5 = 713,69 Н; Pc = 213,89+ 203,05 + 707,7 = 1124,64 Н; Pc = 213,89+ 227,88 + 1258 = 1699,77 Н.

Запишем результаты расчета в таблицу 2:

I участок

V, м/с	0	13	24	36	48
Pi, Н	213,89	213,89	213,89	213,89	213,89
Pf, Н	213,89	219,09	231,63	253,8	284,85
PW, Н	0	92,3	314,5	707,7	1258
Pc, Н	427,78	525,28	760,02	1175,39	1756,74

II участок:

V, м/с	0	13	24	36	48
Pi, Н	213,89	213,89	213,89	213,89	213,89
Pf, Н	171,1	175,28	185,3	203,05	227,88
PW, Н	0	92,3	314,5	707,7	1258
Pc, Н	384,99	481,47	713,69	1124,64	1699,77

3. Расчет тяговой силы

Перед расчетом тяговых сил найдем значение радиуса r_ко качения колес в ведомом режиме:

r_к0 = d/2+ 0,85Н,

где: d - посадочный диаметр шины в м;

H - высота профиля шины в м.

Также нам понадобится В-ширина профиля шины.

Для автомобиля ВАЗ-2105 применяются шины 175/70R13.

Расшифровав маркировку мы можем сказать, что B = 175 мм, H = 70% (высота профиля процентах к ширине покрышки) и d = 13 дюймов.

Для удобства расчета переведем эти значения в систему СИ:

B = 175/ 1000 = 0,175 м;

d = 25,4 13/ 1000 = 0,33 м;

H = 70 0,2/ 100 = 0,14 м.

Найдем радиус качения:

r_к0 = 0,33/ 2 + 0,85 0,14 = 0,28.

Тяговую силу рассчитаем по формуле:

,

где: _тр - КПД трансмиссии; M_e - крутящий момент двигателя Н_*м;

i_тр - передаточное число трансмиссии; r_к0 - радиус качения в м.

Для этого сначала найдем передаточные числа трансмиссии:

i_{тр =} i_кп i_рк i₀ i_кр.

i_тр1 = 3,75 1 4,1 1 = 15,38;

i_тр2 = 2,3 1 4,1 1 = 9,43;

i_тр3 = 1,49 4,1 1 = 6,11;

i_тр4 = 1 4,1 1 = 4,1.

Теперь можно найти P_к:

На I передаче:

P_к1 = 0,88 90,7 15,38/ 0,28 = 4384,2;

P_к2 = 0,88 107,3 15,38/ 0,28 = 5186,6;

P_к3 = 0,88 106,9 15,38/ 0,28 = 5167,2;

P_к4 = 0,88 94,8 15,38/ 0,28 = 4582,4;

P_к5 = 0,88 72,4 15,38/ 0,28 = 3499,6.

На II передаче:

P_к1 = 0,88 90,7 9,43/ 0,28 = 2688,1;

P_к2 = 0,88 107,3 9,43/ 0,28 = 3180,1;

P_к3 = 0,88 106,9 9,43/ 0,28 = 3168,2;

P_к4 = 0,88 94,8 9,43/ 0,28 = 2809,6;

P_к5 = 0,88 72,4 9,43/ 0,28 = 2145,7.

На III передаче:

P_к1 = 0,88 90,7 6,11/ 0,28 = 1741,7;

P_к2 = 0,88 107,3 6,11/ 0,28 = 2060,4;

P_к3 = 0,88 106,9 6,11/ 0,28 = 2052,8;

P_к4 = 0,88 94,8 6,11/ 0,28 = 1820,4;

P_к5 = 0,88 72,4 6,11/ 0,28 = 1390,3.

На IV передаче:

P_к1 = 0,88 90,7 4,1/ 0,28 = 1168,8;

P_к2 = 0,88 107,3 4,1/ 0,28 = 1382,6;

P_к3 = 0,88 106,9 4,1/ 0,28 = 1377,5;

P_к4 = 0,88 94,8 4,1/ 0,28 = 1221,6;

P_к5 = 0,88 72,4 4,1/ 0,28 = 932,9.

Занесем полученные данные в таблицу 3:

Передача	iтр	= 75	= 260	= 390	= 526	= 674
I	15,38	4384,2	5186,2	5167,2	4582,4	3499,6
II	9,43	2688,1	3180,01	3168,2	2809,6	2145,7
III	6,11	1741,7	2060,4	2052,8	1820,4	1390,3
IV	4,1	1168,8	1382,6	1377,5	1221,6	932,9

V = r_к0/ i_тр

На I передаче:

V₁ = 75 0,28/ 15,38 = 1,3

V₂ = 260 0,28/ 15,38 = 4,7

V₃ = 390 0,28/ 15,38 = 7,1

V₄ = 526 0,28/ 15,38 = 9,6

V₅ = 674 0,28/ 15,38 = 12,3

На II передаче:

V₁ = 75 0,28/ 9,43 = 2,2

V₂ = 260 0,28/ 9,43 = 7,7

V₃ = 390 0,28/ 9,43 = 11,6

V₄ = 526 0,28/ 9,43 = 15,6

V₅ = 674 0,28/ 9,43 = 20

На III передаче:

V₁ = 75 0,28/ 6,11 = 3,4

V₂ = 260 0,28/ 6,11 = 11,9

V₃ = 390 0,28/ 6,11 = 17,9

V₄ = 526 0,28/ 6,11 = 24,1

V₅ = 674 0,28/ 6,11 = 30,9

На IV передаче:

V₁ = 75 0,28/ 4,1 = 5,1

V₂ = 260 0,28/ 4,1 = 17,7

V₃ = 390 0,28/ 4,1 = 26,6

V₄ = 526 0,28/ 4,1 = 35,9

V₅ = 674 0,28/ 4,1 = 46

Запишем полученные данные скоростей в таблицу 4:

Передача	iтр	= 75	= 260	= 390	= 526	= 674
I	15,38	1,3	4,7	7,1	9,6	12,3
II	9,43	2,2	7,7	11,6	15,6	20
III	6,11	3,4	11,9	17,9	24,1	30,9
IV	4,1	5,1	17,7	26,6	35,9	46

Рис. 2. График силового баланса автомобиля ВАЗ-2103

4. Расчет ускорений автомобиля

Ускорение автомобиля полной массы будем рассчитывать по формуле:

j = (P_к - P_f - P_i - P_w)/ M_П/ ,

где - коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент вычислим по приближенной формуле:

= 1,03 + б i_кп²

где б для легковых автомобилей принимает значения 0,05…0,07.

₁ = 1,03 + 0,06 3,75² = 1,88

₂ = 1,03 + 0,06 2,3² = 1,3

₃ = 1,03 + 0,06 1,49² = 1,16

₄ = 1,03 + 0,06 1² = 1,09

Используя значения тяговых сил из таблицы 3 рассчитаем ускорения для каждой передачи груженого автомобиля. Также рассичаем снова силы P_f и P_W для скоростей, взятых из таблицы 4.

На I передаче:

*Здесь и далее все вычисления выполняются только для I участка:

Pf₁= 14259 0,015 (1+ 0,000144 (1,3)²) = 213,9

Pf₂= 14259 0,015 (1+ 0,000144 (4,7)²) = 214,6

Pf₃= 14259 0,015 (1+ 0,000144 (7,1)²) = 215,4

Pf₄= 14259 0,015 (1+ 0,000144 (9,6)²) = 216,7

Pf₅= 14259 0,015 (1+ 0,000144 (12,3)²) = 218,5

На II передаче:

Pf₁ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (2,2)²) = 214

Pf₂ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (7,7)²) = 215,7

Pf₃ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (11,6)²) = 218

Pf₄ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (15,6)²) = 221,4

Pf₅ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (20)²) = 226,2

На III передаче:

Pf₁ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (3,4)²) = 214,2

Pf₂ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (11,9)²) = 218,2

Pf₃ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (17,9)²) = 223,7

Pf₄ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (24,1)²) = 231,8

Pf₅ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (30,9)²) = 243,3

На IV передаче:

Pf₁ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (5,1)²) = 214,7

Pf₂ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (17,7)²) = 223,5

Pf₃ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (26,6)²) = 235,7

Pf₄ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (35,9)²) = 253,6

Pf₅ = 14259 0,015 (1+ 0,000144 (46)²) = 279

Теперь найдем значения силы сопротивления воздуха на каждой передаче:

На I передаче:

P_W1 = 0,3 1,82 (1,3)² = 0,92

P_W2 = 0,3 1,82 (4,7)² = 12,06

P_W3 = 0,3 1,82 (7,1)² = 27,52

P_W4 = 0,3 1,82 (9,6)² = 50,32

P_W5 = 0,3 1,82 (12,3)² = 82,6

На II передаче:

P_W1 = 0,3 1,82 (2,2)² = 2,64

P_W2 = 0,3 1,82 (7,7)² = 32,37

P_W3 = 0,3 1,82 (11,6)² = 73,47

P_W4 = 0,3 1,82 (15,6)² = 132,88

P_W5 = 0,3 1,82 (20)² = 218,4

На III передаче:

P_W1 = 0,3 1,82 (3,4)² = 6,31

P_W2 = 0,3 1,82 (11,9)² = 77,32

P_W3 = 0,3 1,82 (17,9)² = 174,94

P_W4 = 0,3 1,82 (24,1)² = 317,12

P_W5 = 0,3 1,82 (30,9)² = 521,33

На IV передаче:

P_W1 = 0,3 1,82 (5,1)² = 14,2

P_W2 = 0,3 1,82 (17,7)² = 171,06

P_W3 = 0,3 1,82 (26,6)² = 386,33

P_W4 = 0,3 1,82 (35,9)² = 703,7

P_W5 = 0,3 1,82 (46)² = 1155,34

Используя полученные величины сил можем найти значения ускорения на каждой передаче:

На I передаче: j = (P_к - P_f - P_i - P_w)/ M_П/ ,

j₁ = (4384,2 - 213,9 - 213,89 - 0,92)/ 1455/ 1,88= 1,45

j₂ = (5186,6 - 214,6 - 213,89 - 10,32)/ 1455/ 1,88 = 1,74

j₃ = (5167,2 - 215,4 - 213,89 - 29,61)/ 1455/ 1,88 = 1,72

j₄ = (4582,4 - 216,7 - 213,89 - 59,03)/ 1455/ 1,88 = 1,5

j₅ = (3499,6 - 218,5 - 213,89 - 77,63)/ 1455/ 1,88 = 1,1

На II передаче:

j₁ = (2688,1 - 214 - 213,89 - 2,64)/ 1455/ 1,3= 1,20

j₂ = (3180,1 - 215,7 - 213,89 - 32,37)/ 1455/ 1,3 = 1,44

j₃ = (3168,2 - 218 - 213,89 - 73,47)/ 1455/ 1,3 = 1,4

j₄ = (2809,6 - 221,4 - 213,89 - 132,88)/ 1455/ 1,3 = 1,2

j₅ = (2145,7 - 226,2 - 213,89 - 218,4)/ 1455/ 1,3 = 0,79

На III передаче:

j₁ = (1741,7 - 214,2 - 213,89 - 6,31)/ 1455/ 1,16 = 0,78

j₂ = (2060,4 - 218,2 - 213,89 - 77,32)/ 1455/ 1,16 = 0,92

j₃ = (2052,8 - 223,7 - 213,89 - 174,94)/ 1455/ 1,16 = 0,85

j₄ = (1820,4 - 231,8 - 213,89 - 317,12)/ 1455/ 1,16 = 0,63

j₅ = (1390.3 - 243,3 - 213,89 - 521,33/ 1455/ 1,16 = 0,24

На IV передаче:

j₁ = (1168,8 - 214,7 - 213,89 - 14,2)/ 1455/ 1,09 = 0,46

j₂ = (1382,6 - 223,5 - 213,89 - 171,06)/ 1455/ 1,09 = 0,49

j₃ = (1377,5 - 235,7 - 213,89 - 386,33)/ 1455/ 1,09 = 0,34

j₄ = (1221,6 - 253,6 - 213,89 - 703,7)/1455/ 1,09 = 0,03

j₅ = (932,9 - 279 - 213,89 - 1155,34)/ 1455/ 1,09 = -0,45

Запишем полученные данные в таблицу 5:

Ускорения на I передаче

V, м/с	1,3	4,7	7,1	9,6	12,3
Pf, Н	213,9	214,6	215,4	216,7	218,5
PW, Н	0,92	10,32	29,61	59,03	77,63
j, м/с	1,45	1,74	1,72	1,5	1,1

Ускорения на II передаче

V, м/с	2,2	7,7	11,6	15,6	20
Pf, Н	214	215,7	218	221,4	226,2
PW, Н	2,64	32,37	73,47	132,88	218,4
j, м/с	1,2	1,44	1,4	1,2	0,79

Ускорения на III передаче

V, м/с	3,4	11,9	17,9	24,1	30,9
Pf, Н	214,2	218,2	223,7	231,8	243,3
PW, Н	6,31	77,32	174,94	317,12	521,33
j, м/с	0,78	0,92	0,85	0,63	0,24

Ускорения на IV передаче

V, м/с	5,1	17,7	26,6	35,9	46
Pf, Н	214,7	223,5	235,7	253,6	279
PW, Н	14,2	171,06	386,33	703,7	1155,34
j, м/с	0,46	0,49	0,34	0,03	-0,45

5. Построение динамического паспорта

Результатом динамического расчёта является динамический паспорт - основной технический документ автомобиля.

Динамическим паспортом автомобиля называют графически выраженную зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы, необходимой для преодоления сопротивления дороги, к силе тяжести автомобиля:

D = (P_к - P_W)/ G_П

на 1 передаче	на 2 передаче	на 3 передаче	на 4 передаче
0,31	0,19	0,12	0,08
0,37	0,22	0,14	0,08
0,36	0,21	0,13	0,07
0,32	0,18	0,11	0,04
0,24	0,13	0,06	-0,01

Занесем полученные значения в таблицу 6:

Динамический фактор на I передаче

V, м/с	1,3	4,7	7,1	9,6	12,3
Pк, Н	4384,2	5186,6	5167,2	4582,4	3499,6
PW, Н	0,92	10,32	29,61	59,03	77,63
D	0,31	0,37	0,36	0,32	0,24

Динамический фактор на II передаче

V, м/с	2,2	7,7	11,6	15,6	20
Pк, Н	2688,1	3180,1	3168,2	2809,6	2145,7
PW, Н	2,64	32,37	73,47	132,88	218,4
D	0,19	0,22	0,21	0,18	0,13

Динамический фактор на III передаче

V, м/с	3,4	11,9	17,9	24,1	30,9
Pк, Н	1741,7	2060,4	2052,8	1820,4	1390,3
PW, Н	6,31	77,32	174,94	317,2	521,33
D	0,12	0,14	0,13	0,11	0,06

Динамический фактор на IV передаче

V, м/с	5,1	17,7	26,6	35,9	46
Pк, Н	1168,8	1382,6	1377,5	1221,6	932,9
PW, Н	14,2	171,06	386,33	703,7	1155,34
D	0,08	0,08	0,07	0,04	-0,01

Рис. 3. График, отражающий зависимость динамического фактора автомобиля ВАЗ-2103 от скорости

Динамический фактор ограничен сцеплением шин с дорогой и это определяется следующей формулой:

D = ( G_B - P_W)/G_П,

где - коэффициент сцепления.

Рассчитаем значения динамического фактора для значений коэффициента сцепления равных = 0,2, 0,4, 0,6, приняв значение G_B (нагрузка на заднюю ось) равным 7448 Н:

Для = 0,2:

D₁ = (0,2 7448 - 0)/ 14259 = 0,10

D₂ = (0,2 7448 - 92,3)/ 14259 = 0,09

D₃ = (0,2 7448 - 314,5)/ 14259 = 0,08

D₄ = (0,2 7448 - 707,7)/ 14259 = 0,05

D₅ = (0,2 7448 - 1258)/ 14259 = 0,02

Для = 0,4:

D₁ = (0,4 7448 - 0)/ 14259 = 0,21

D₂ = (0,4 7448 - 92,3)/ 14259 = 0,2

D₃ = (0,4 7448 - 314,5)/ 14259 = 0,19

D₄ = (0,4 7448 - 707,7)/ 14259 = 0,16

D₅ = (0,4 7448 - 1258)/ 14259 = 0,12

Для = 0,6:

D₁ = (0,6 7448 - 0)/ 14259 = 0,31

D₂ = (0,6 7448 - 92,3)/ 14259 = 0,3

D₃ = (0,6 7448 - 314,5)/ 14259 = 0,29

D₄ = (0,6 7448 - 707,7)/ 14259 = 0,26

D₅ = (0,6 7448 - 1258)/ 14259 = 0,22

Запишем результаты в таблицу 7:

V, м/с	0	13	24	36	48
PW, Н	0	92,3	314,5	707,7	1258
D, = 0,2	0,10	0,09	0,08	0,05	0,02
D, = 0,4	0,21	0,2	0,19	0,16	0,12
D, = 0,6	0,31	0,3	0,29	0,26	0,22

По данным таблицы построим график:

Рис. 4. Ограничение динамического фактора по сцеплению

6. Расчет топливной экономичности

Расчет топливной экономичности будем выполнять для движения автомобиля на третьей и четвертой передачах для груженого автомобиля.

В расчете будем использовать скорости движения автомобиля, найденные выше на указанных передачах, постоянную силу P_i сопротивления подъему, силу сопротивления качению P_f и силу сопротивления воздуха P_W.

Для начала вычислим мощность N_П в кВт, требуемую для движения автомобиля с постоянной скоростью:

N_П = (P_i + P_f + P_W)_*V/_тр/1000,

где _тр - коэффициент полезного действия трансмиссии.

На III передаче:

N_П = (213,89 + 214,2+ 6,31)_*3,4/ 0,88/ 1000 = 1,68

N_П = (213,89 + 218,2+ 77,32)_*11,9/ 0,88/ 1000 = 6,89

N_П = (213,89 + 223,7+ 174,94)_*17,9/ 0,88/ 1000 = 12,46

N_П = (213,89 + 231,8+ 317,12)_*24,1/ 0,88/ 1000 = 20,89

N_П = (213,89 + 243,3+ 521,33)_*30,9/ 0,88/ 1000 = 34,36

На IV передаче:

N_П = (213,89+ 214,7+ 14,2)_*5,1/ 0,88/ 1000 = 2,57

N_П = (213,89+ 223,5+ 171,06)_*17,7/ 0,88/ 1000 = 12,24

N_П = (213,89+ 235,7+ 386,33)_*26,6/ 0,88/ 1000 = 25,27

N_П = (213,89+ 253,6+ 703,7)_*35,9/ 0,88/ 1000 = 47,78

N_П = (213,89+ 279 + 1155,34)_*46/ 0,88/ 1000 = 86,16

Возьмем из таблицы 1 значение относительной угловой скорости вращения коленчатого вала = k_w выражает коэффициент загрузки двигателя по скорости вращения коленчатого вала.

Вычисляем коэффициент k_N загрузки двигателя по мощности:

k_N = N_П/(N_max*K_в).

На III передаче:

k_N = 1,68/ (56,6 _* 0,9) = 0,03

k_N = 6,89/ (56,6 _* 0,9) = 0,14

k_N = 12,46/ (56,6 _* 0,9) = 0,25

k_N = 20,89/ (56,6 _* 0,9) = 0,4

k_N = 34,36/ (56,6 _* 0,9) = 0,67

На IV передаче:

k_N = 2,57/ (56,6 _* 0,9) = 0,05

k_N = 12,24/ (56,6 _* 0,9) = 0,24

k_N = 25,27/ (56,6 _* 0,9) = 0,5

k_N = 47,78/ (56,6 _* 0,9) = 0,94

k_N = 86,16/ (56,6 _* 0,9) = 1,7

По графикам находим значения K_w = f(k_w) и K_N = f(k_N) и записываем их в таблицу 8.

Затем находим дорожный расход топлива:

Q_S = q_{e *} N_П*K_N*K_W/ (36 _{* *} V)

Так как в автомобиле ВАЗ 2103 установлен карбюраторный двигатель, то принимаем

q_{e =} 330 г./(кВт_*ч), = 0,74 г./см³.

Таблица 8. Расчет дорожного расхода топлива автомобиля ВАЗ 2103

На III передаче

V, м/с	3,4	11,9	17,9	24,1	30,9
Pi, Н	213,89	213,89	213,89	213,89	213,89
Pf, Н	214,2	218,2	223,7	231,8	243,3
PW, Н	6,31	77,32	174,94	317,12	521,33
NП, кВт	1,68	6,89	12,46	20,89	34,46
?	0,12	0,44	0,67	1	1,14
Kw	1,25	0,98	0,96	1	1,1
kN	0,03	0,14	0,25	0,4	0,67
KN	2,2	1,8	1,3	0,9	0,8
QS, л/100 км	16,83	12,65	10,76	9,66	12,15

На IV передаче

V, м/с	5,1	17,7	26,6	35,9	46
Pi, Н	213,89	213,89	213,89	213,89	213,89
Pf, Н	214,7	223,5	235,7	253,6	279
PW, Н	14,2	171,06	386,33	703,7	1155,34
NП, кВт	2,57	12,24	25,27	-	-
?	0,12	0,44	0,67	-	-
Kw	1,25	0,98	0,96	-	-
kN	0,05	0,24	0,5	-	-
KN	2,2	2	0,85	-	-
QS, л/100 км	17,17	16,79	9,6	-	-

Рис. 5. График топливной экономичности

7. Расчет процесса разгона автомобиля

Расчет процесса разгона выполнялся на компьютере по программе.

Полученные в процессе расчета значения j, V, S и t отображены в таблице 9.

Таблица 9. Данные, полученные при расчете процесса разгона

t	j	v	s
0,000	2,934	0,000	0,000
1,000	2,931	2,930	1,470
2,000	2,921	5,860	5,860
2,210	2,918	6,470	7,150
2,210	1,751	6,470	7,150
3,210	1,657	8,180	14,480
4,210	1,501	9,760	23,470
5,210	1,306	11,170	33,950
6,120	1,115	12,280	44,680
6,120	-0,249	12,280	44,680
7,120	-0,247	12,030	56,840
7,120	1,424	12,030	56,840
12,120	1,019	18,230	133,350
14,050	0,835	20,010	170,210
14,050	-0,347	20,010	170,210
15,050	-0,342	19,670	190,070
15,050	0,856	19,670	190,070
20,050	0,712	23,600	298,540
25,050	0,557	26,770	424,790
30,050	0,416	29,190	564,990
34,780	0,306	30,890	707,390
34,780	-0,564	30,890	707,390
35,780	-0,550	30,330	738,030
35,780	0,300	30,330	738,030
40,780	0,255	31,710	893,230
45,780	0,215	32,890	1054,820
50,780	0,179	33,870	1221,790
55,780	0,149	34,690	1393,240
60,780	0,122	35,360	1568,420
65,780	0,100	35,920	1746,660
66,620	0,097	36,000	1776,800



Рис. 6. Ускорение автомобиля

Рис. 7. Время и путь разгона

8. Расчет тормозных свойств автомобиля

Тормозные свойства автомобиля его способность снижать скорость движения по желанию водителя, при необходимости быстро останавливаться, а также удерживать на уклоне во время стоянки.

Для расчета мы взяли данные из справочника НИИАТ. Нашли по прототипу значения масс, приходящиеся на переднюю и заднюю оси автомобиля в снаряженном (M_1C = 556 кг, M_2C =474 кг) и груженом (M_1П = 656 кг, M_2П = 774 кг) состояниях, и базу (L = 2,424 м) автомобиля.

Вычисляем расстояния от центра масс до передней a и задней b оси автомобиля:

Для автомобиля с полной массой М_П:

b_П = L _* М_1П/ (М_1П + М_2П) = L_* М_1П/М_П;

а_П = L _* М_2П/М_П.

b_П = 2,424_* 656/1430 = 1,12 м;

а_П = 2,424 _* 774/1430 = 1,32 м.

Для снаряженного автомобиля с собственной массой М_С:

b_С = L _* М_1С/ (М_1С + М_2С) = L _* М_1С/М_С;

а_С = L _* М_2С/М_С.

b_С = 2,424 _* 556/1030 = 1,31 м;

а_С = 2,424 _* 474/1030 = 1,12 м.

Принимаем высоту расположения центра масс для груженого (h_П = 0,6 м) и для снаряженного (h_C = 0,54 кг) автомобиля.

Рассчитаем нормальные нагрузки на переднюю R_Z1C, R_Z1П и заднюю R_Z2C, R_Z2П автомобиля с полной массой при различных интенсивностях торможения автомобиля:

R_Z1П = (b_П + _* h_П) _* g _* М_П/L; R_Z2П = (a_П - _* h_П) _* g _* М_П/L.

1. R_Z1П = (1,12 + 0 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 6430 Н = 6,43 кН

2. R_Z1П = (1,12 + 0,1 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 6776 Н = 6,78 кН

3. R_Z1П = (1,12 + 0,2 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 7123 Н = 7,12 кН

4. R_Z1П = (1,12 + 0,3 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 7469,5 Н = 7,47 кН

5. R_Z1П = (1,12 + 0,4 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 7816,4 Н = 7,82 кН

6. R_Z1П = (1,12 + 0,5 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 =8163,2 Н = 8,17 кН

7. R_Z1П = (1,12 + 0,6 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 8510 Н = 8,51 кН

8. R_Z1П = (1,12 + 0,7 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 8857 Н = 8,9 кН

9. R_Z1П = (1,12 + 0,8 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 9204 Н = 9,2 кН

1. R_Z2П = (1,32 - 0 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 7590 Н = 7,59 кН

2. R_Z2П = (1,32 - 0,1 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 7239 Н = 7,24 кН

3. R_Z2П = (1,32 - 0,2 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 6892 Н = 6,9 кН

4. R_Z2П = (1,32 - 0,3 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 6545 Н = 6,55 кН

5. R_Z2П = (1,32 - 0,4 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 6198 Н = 6,2 кН

6. R_Z2П = (1,32 - 0,5 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 5851 Н = 5,86 кН

7. R_Z2П = (1,32 - 0,6 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 5504 Н = 5,5 кН

8. R_Z2П = (1,32 - 0,7 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 5158 Н = 5,16 кН

9. R_Z2П = (1,32 - 0,8 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 4811 Н = 4,82 кН

Вычислим значения тормозных сил Р_ТП1^И и Р_ТП2^И, идеально соответствующих нормальным нагрузкам для полной массы автомобиля:

Р_ТП1^И = R_{Z1П *} ; Р_ТП2^И = R_{Z2П *} .

1. РТП1И = 6,43 * 0 = 0 кН 2. РТП1И = 6,78 * 0,1 = 0,678 кН 3. РТП1И = 7,12 * 0,2 = 1,43 кН 4. РТП1И = 7,47 * 0,3 =2,24 кН 5. РТП1И = 7,82 * 0,4 = 3,13 кН 6. РТП1И = 8,17 * 0,5 = 4,09 кН 7. РТП1И = 8,51 * 0,6 = 5,1 кН 8. РТП1И = 8,9 * 0,7 = 6,23 кН 9. РТП1И = 9,2 * 0,8 = 7,36 кН	1. РТП2И = 7,59 * 0 = 0 кН 2. РТП2И = 7,24 * 0,1 = 0,724 кН 3. РТП2И = 6,9 * 0,2 = 1,38 кН 4. РТП2И = 6,55 * 0,3 = 1,97 кН 5. РТП2И = 6,2 * 0,4 = 2,48 кН 6. РТП2И = 5,86 * 0,5 = 2,93 кН 7. РТП2И = 5,5 * 0,6 = 3,3 кН 8. РТП2И = 5,16 * 0,7 = 3,6 кН РТП2И = 4,82 * 0,8 = 3,86 кН

Выберем значение интенсивности торможения, при которой для автомобиля с полной массой тормозные силы РТ1 и РТ2, создаваемые тормозными механизмами, идеально соответствуют нормальным нагрузкам на оси, и обозначим это значение ₀.

Полагаем, что при увеличении интенсивности тормозные силы линейно возрастают:

Р_Т1 = R^*_{Z1П *} ; Р_Т2 = R^*_{Z2П *}

Значения R^*_Z1П и R^*_Z2П равны значениям R_Z1П и R_Z2П при = 0,5:

R^*_Z1П = (1,12 + 0,5 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 =8163,2 Н = 8,17 кН

R^*_Z2П = (1,32 - 0,5 _* 0,6) _* 9,8 _* 1430/2,424 = 5851 Н = 5,86 кН

1. РТ1 = 8,17 * 0 = 0 кН 2. РТ1 = 8,17 * 0,1 = 0,817 кН 3. РТ1 = 8,17 * 0,2 = 1,63 кН 4. РТ1 = 8,17 * 0,3 = 2,45 кН 5. РТ1 = 8,17 * 0,4 = 3,27 кН 6. РТ1 = 8,17 * 0,5 = 4,08 кН 7. РТ1 = 8,17 * 0,6 = 4,9 кН 8. РТ1 = 8,17 * 0,7 = 5,72 кН 9. РТ1 = 8,17 * 0,8 = 6,54 кН	1. РТ2 = 5,86 * 0 = 0 кН 2. РТ2 = 5,86 * 0,1 = 0,586 кН 3. РТ2 = 5,86 * 0,2 = 1,17 кН 4. РТ2 = 5,86 * 0,3 = 1,76 кН 5. РТ2 = 5,86 * 0,4 = 2,34 кН 6. РТ2 = 5,86 * 0,5 = 2,93 кН 7. РТ2 = 5,86 * 0,6 = 3,51 кН 8. РТ2 = 5,86 * 0,7 = 4,1 кН 9. РТ2 = 5,86 * 0,8 = 4,69 кН

Таблица 10.1. Расчет тормозных свойств автомобиля ВАЗ 2103 с полной массой

	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
RZ1П, кН	6,43	6,78	7,12	7,47	7,82	8,17	8,51	8,9	9,2
RZ2П, кН	7,59	7,24	6,90	6,55	6,2	5,86	5,5	5,16	4,82
PTП1И, кН	0	0,678	1,43	2,24	3,13	4,09	5,1	6,23	7,36
PTП2И, кН	0	0,724	1,38	1,97	2,48	2,93	3,3	3,6	3,86
PT1, кН	0	0,817	1,63	2,45	3,27	4,08	4,9	5,72	6,54
PT2, кН	0	0,586	1,17	1,76	2,34	2,93	3,51	4,1	4,69

Рассчитаем нормальные нагрузки на оси автомобиля с собственной массой:

R_Z1С = (b_С + _* h_С) _* g _* М_С/L; R_Z2С = (a_С - _* h_С) _* g _* М_С/L

1. R_Z1С = (1,31 + 0 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 5448,8 Н = 5,45 кН

2. R_Z1С = (1,31 + 0,1 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 5673,7 Н = 5,68 кН

3. R_Z1С = (1,31 + 0,2 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 5898,5 Н = 5,9 кН

4. R_Z1С = (1,31 + 0,3 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 6123,4 Н = 6,13 кН

5. R_Z1С = (1,31 + 0,4 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 6348,3 Н = 6,35 кН

6. R_Z1С = (1,31 + 0,5 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 6573,2 Н = 6,58 кН

7. R_Z1С = (1,31 + 0,6 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 6797,9 Н = 6,8 кН

8. R_Z1С = (1,31 + 0,7 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 7022,9 Н = 7,03 кН

9. R_Z1С = (1,31 + 0,8 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 7247,8 Н = 7,25 кН

1. R_Z2С = (1,12 - 0 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 4,65 кН

2. R_Z2С = (1,12 - 0,1 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 4,43 кН

3. R_Z2С = (1,12 - 0,2 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 4,2 кН

4. R_Z2С = (1,12 - 0,3 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 3,98 кН

5. R_Z2С = (1,12 - 0,4 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 3,75 кН

6. R_Z2С = (1,12 - 0,5 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 3,53 кН

7. R_Z2С = (1,12 - 0,6 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 3,3 кН

8. R_Z2С = (1,12 - 0,7 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 3,08 кН

9. R_Z2С = (1,12 - 0,8 _* 0,54) _* 9,8 _* 1030/2,424 = 2,85 кН

Вычислим значения тормозных сил Р_ТС1^И и Р_ТС2^И, идеально соответствующих нормальным нагрузкам для полной массы автомобиля:

Р_ТС1^И = R_{Z1С *} ; Р_ТС2^И = R_{Z2С *} .

1. РТС1И = 5,45 * 0 = 0 кН 2. РТС1И = 5,68 * 0,1 = 0,568 кН 3. РТС1И = 5,9 * 0,2 =1,18 кН 4. РТС1И = 6,13 * 0,3 = 1,84 кН 5. РТС1И = 6,35 * 0,4 = 2,54 кН 6. РТС1И = 6,58 * 0,5 = 3,29 кН 7. РТС1И = 6,8 * 0,6 = 4,08 кН 8. РТС1И = 7,03 * 0,7 = 4,92 кН 9. РТС1И = 7,25 * 0,8 = 5,8 кН	1. РТС2И = 4,65 * 0 = 0 кН 2. РТС2И = 4,43 * 0,1 = 0,443 кН 3. РТС2И = 4,2 * 0,2 = 0,84 кН 4. РТС2И = 3,98 * 0,3 = 1,19 кН 5. РТС2И = 3,75 * 0,4 = 1,5 кН 6. РТС2И = 3,53 * 0,5 = 1,76 кН 7. РТС2И = 3,3 * 0,6 = 1,98 кН 8. РТС2И = 3,08 * 0,7 = 2,15 кН 9. РТС2И = 2,85 * 0,8 = 2,28 кН

Полагаем, что при увеличении интенсивности тормозные силы линейно возрастают:

Р_Т1 = R^*_{Z1С *} ; Р_Т2 = R^*_{Z2С *}

Значения R^*_Z1С и R^*_Z2С равны значениям R_Z1С и R_Z2С при = 0,5:

R^*_Z1С = (1,31 + 0,5 _* 0,6) _* 9,8 _* 1030/2,424 =6573,2 Н = 6,58 кН