Мощность N_E двигателя, необходимую для движения нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью V_A.MAX в заданных дорожных условиях, определим по формуле:

, кВт

, кВт

где: V_A.MAX - максимальная скорость движения автомобиля (по заданию), км/ч;

G - сила тяжести автомобиля с грузом, Н;

Ш - приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

к - коэффициент сопротивления воздуха, кг/м³;

F - площадь лобового сопротивления автомобиля, м²;

з_ТР - механический КПД трансмиссии для режима максимальной скорости.

Площадь лобового сопротивления для автомобилей:

, м² (2)

где: В-колея задних колес, м;

Н - габаритная высота автомобиля, м.

Рассчитаем площадь лобового сопротивления автомобиля:

Значения коэффициента сопротивления воздуха к эмпирические и принимаются из характеристики прототипа. В случае отсутствия этого коэффициента (устаревшая модель, некоторые грузовые автомобили) он принимается в следующих пределах:

к=0,20…0,30 - легковые автомобили с закрытым кузовом;

к= 0,35…0,60 - легковые автомобили с необтекаемой формой кузова;

к= 0,60…0,70 - грузовые автомобили;

к= 0,30…0,50 - автобусы.

Примем k=0,5 как для легковых автомобилей с необтекаемой формой кузова

Сила тяжести автомобиля определяется как:

, Н (4)

где: т₀ - собственная (снаряженная) масса автомобиля (принимается по прототипу), кг;

т_Г - масса перевозимого груза (по заданию), кг;

g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с².

Исходя из расчетных значений рассчитаем мощность прототипа УАЗ-452:

При проектировании для обеспечения необходимого динамического фактора в области средних эксплуатационных скоростей движения определяют максимальную мощность двигателя по формуле:

(5)

Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности, определяется коэффициентом оборотности двигателя з_п, равным отношению частоты вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости движения автомобиля.

, отсюда (6)

r_k=0,0254*(0,5*15)+0,75*0,235=0,0254*7,5+0,176=0,36 м

Отсюда найдем передаточное число главной передачи автомобиля УаЗ-452:

I₀=0,377*4000*0,36/1,0*1,00*80=693,7/410=6,8

7. Подбор передаточных чисел коробки передач

Для определения передаточных чисел коробки передач, вначале определяют передаточное число на первой, самой низкой передаче.

Передаточное число первой передачи должно удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать преодоление повышенных дорожных сопротивлений движению;

- не вызывать буксование ведущих колес автомобиля при передаче максимального крутящего момента двигателя.

Для преодоления автомобилем повышенных дорожных сопротивлений и обеспечения максимальной силы тяги на ведущих колесах максимальная касательная силы будет определяться следующим равенством:

; (14)

Из данного равенства передаточное число коробки передач на первой передаче будет равно:

; (15)

где: G - сила тяжести автомобиля, Н (G=21778,2H);

М_{КР МАХ} - максимальный крутящий момент, определяемый внешней скоростной характеристикой двигателя, Н•м (следуя пункту 2 М_кр=80,35Н*м);

з_{ТР 1} - КПД трансмиссии на первой передаче. (з_{ТР 1}=0.88-0.92).

Определим передаточное число на первой передачи для УаЗ-452:

I_k1 ?21778,2*0,027*0,36/80,35*0,90*6,7=211,7/484,5=0,4

Найденное передаточное отношение первой ступени коробки передач должно исключать полное буксование ведущих колес, которое может возникнуть при максимальной касательной силе тяги автомобиля.

Для этого необходимо, чтобы максимальная касательная силы тяги, подводимая к ведущим колесам, была бы меньше или равна максимальной силе сцепления ведущих колес с дорогой, то есть:

; (16)

Выразим искомую величину:

; (17)

где: ц - коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой принимается в пределах 0,5…0,7.

Вычислим значение передаточного числа КПП на 1 передаче при помощи формулы (17):

I_kр=1*21778,*0.5*0.36/80,35*0,90*6,7=3920/484,5=8,1

Таким образом, передаточное число первой ступени коробки передач должно лежать в пределах, обуславливающих преодоление автомобилем максимального дорожного сопротивления и отсутствие буксования ведущих колес.

Зная передаточное число 1-й ступени коробки передач, переходят к определению передаточных чисел на промежуточных передачах.

Если исходить из условия сохранения постоянного интервала изменения чисел оборотов двигателя, при разгоне на различных передачах, что обуславливает наибольшую производительность и экономичность автомобиля, то получим ряд передаточных чисел, подчиняющихся закону геометрической прогрессии:

, (18)

откуда:

; ; (19)

где: z - число передач;

; (20)

Вычислим знаменатель прогрессии.

Вычислим значения передаточных чисел на остальных передачах:

I_k2=8,1/2=4

I_k3=4/2=2

I_k4=2/2=1

Зная передаточные числа коробки перемены передач и главной передачи, определяем передаточные числа трансмиссии:

;

Вычислим:

I_TP1=8,1*6,7=54,3

I_TP2=4*6,7=26,8

I_TP3=2*6,7=13,4

I_TP4=1*6,7=6,7

8 Построение универсальной динамической характеристики автомобиля

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

Универсальная динамическая характеристика автомобиля является его основным техническим документом.

Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы к силе тяжести автомобиля:

; (23)

Величина динамического фактора зависит от характера протекания кривой крутящего момента двигателя, передаточного числа трансмиссии, скорости движения автомобиля и его массы.

Вначале строят динамическую характеристику порожнего автомобиля без груза и без прицепа.

Масса порожнего автомобиля определяется следующим образом:

; (24)

где: т_ВОД - масса водителя (примем массу человека за 80 кг)

m₀-масса автомобиля (для УаЗ-452 масса автомобиля равна 1900 кг)

Рассчитаем массу порожнего УаЗ-452:

m_пор=1900+80=1980 кг

Расчет значения динамического фактора автомобиля ведется в следующей последовательности:

1. Зададимся рядом значений частот вращения коленчатого вала (20, 40, 60, 80,100, от п_МАХ).Для УаЗ-452 ранее было рассчитано:

2. Для выбранных частот подсчитывают величины скоростей автомобиля на каждой передаче по формуле:

; км/ч (25)

Рассчитываем скорости движения автомобиля на каждой передаче:

1 передача (передаточное число трансмиссии 54,3)

V=0,377*800*0,36/54,3=1,9 км/ч

V=0,377*1600*0,36/54,3=3,8 км/ч

V=0,377*2400*036/54,3=5,7 км/ч

V=0,377*3200*0,36/54,3=7,6 км/ч

V=0,377*4000*0,36/54,3=9,5 км/ч

2 передача (передаточное число трансмиссии 26,8)

V=0,377*800*0,36/26,8=4,1 км/ч

V=0,377*1600*0,36/26,8=8,2 км/ч

V=0,377*2400*036/26,8=12,3 км/ч

V=0,377*3200*0,36/26,8=16,4 км/ч

V=0,377*4000*0,36/26,8=20,5 км/ч

3 передача (передаточное число трансмиссии 13,4)

V=0,377*800*0,36/13,4=8,1 км/ч

V=0,377*1600*0,36/13,4=16,2 км/ч

V=0,377*2400*0,36/13,4=24,3 км/ч

V=0,377*3200*0,36/13,4=32,4 км/ч

V=0,377*4000*0,36/13,4=40,5 км/ч

4 передача (передаточное число трансмиссии 6,7):

V=0,377*800*0,36/6,7=16,2 км/ч

V=0,377*1600*0,36/6,7=32,4 км/ч

V=0,377*2400*036/6,7=48,6 км/ч

V=0,377*3200*0,36/6,7=64,8 км/ч

V=0,377*4000*0,36/6,7=80,0 км

3. Определяем величину касательной силы тяги Рк по передачам;

Касательная сила тяги Р_к вычисляется по формуле:

_,Н (25,5)

Где:

М_кр - крутящий момент двигателя. Для УаЗ-452 он приведен в таблице:

iⁱ_ТР - передаточное число трансмиссии на i-ой передаче (для 1,2,3,4 передач соответственно 54,3; 26,8; 13,4; 6,7)

Ю_ТР-КПД трансмиссии (для прототипа автомобиля КПД трансмиссии берется в пределах от 0,88 до 0,92)

r_к - радиус колеса (для УаЗ-452 радиус колеса равен 0,36 м)

Рассчитаем касательную силу тяги автомобиля УаЗ-542 по передачам

1 передача (передаточное число 54,3):

Р_к=80,37*54,3*0,9/0,36=10910,2 Н

Р_к=100,43*54,3*0,9/0,36=13633,4 Н

Р_к=97,77*54,3*0,9/0,36=13272,3Н

Р_к=92,41*54,3*0,9/0,36=12544,7 Н

Р_к=80,35*54,3*0,9/0,36=10907,5 Н

2 передача (передаточное число 26,8)

Р_к=80,37*26,8*0,9/0,36=5384,8Н

Р_к=100,43*26,8*0,9/0,36=6728,8Н

Р_к=97,77*26,8*0,9/0,36=6550,6Н

Р_к= 92,41*26,8*0,9/0,36=6191,5 Н

Р_к=80,35*26,8*0,9/0,36=5383,5Н

3 передача (передаточное число 13,4)

Р_к=80,37*13,4*0,9/0,36=2692,4 Н

Р_к=100,43*13,4*, 9/0,36=3364,4 Н

Р_к=97,77*13,4*0,9/0,36=3275,3 Н

Р_к= 92,41*13,4*0,9/0,36=3095,7 Н

Р_к=80,35*13,4*0,9/0,36=2692,7Н

4 передача (передаточное число 6,7)

Р_к=80,37*6,7*0,9/0,36=1347,5Н

Р_к=100,43*6,7*0,9/0,36=1637,6 Н

Р_к=97,77*6,7*0,9/0,36=1109,5 Н

Р_к= 92,41*6,7*0,9/0,36=1547,8Н

Р_к=80,35*6,7*0,9/0,36=1345,9 Н

4. Подсчитаем значение силы сопротивления воздуха Rw для V, соответствующим исходном значениям n на каждой передаче.

Сила сопротивления воздуха рассчитывается формулой:

Н (25,6)

где

Rw-сила сопротивления воздуха для скоростей соответствующим исходным значениям n на каждой передаче

k-коэффициент сопротивления воздуха (k=0,06 кг/м)

F-площадь лобового сопротивления (для УаЗ-452 F=2,58 м²⁾

V-скорость движения автомобиля (для разных передач рассчитано в п. 2)

1 передача

Rw=0,06*2,58*5,29/12,96=0,06H Rw=0,06*2,58*21,16/12,96=0,25H

Rw=0,06*2,58*47,67/12,96=0,55H Rw=0,06*2,58*84,64/12,96=0,98H

Rw=0,06*2,58*132,25/12,96=1,5H

2 передача.

Rw=0,06*2,58*19,36/12,96=0,22H Rw=0,06*2,58*77,44/12,96=0,89H

Rw=0,06*2,58*176,89/12,96=2,04H Rw=0,06*2,58*246,49/12,96=2,9H

Rw=0,06*2,58*404,1/12,96=4,7H

3 передача

Rw=0,06*2,58*70,56/12,96=0,81H Rw=0,06*2,58*282,4/12,96=3,3H

Rw=0,06*2,58*635,04/12,96=7,35H Rw=0,06*2,58*1128,9/12,96=13,06H

Rw=0,06*2,58*1764/12,96=20,4H

4 передача

Rw=0,06*2,58*2262,4/12,96=26,8H Rw=0,06*2,58*1049,7/12,96=12,2H

Rw=0,06*2,58*2361,9/12,96=27,3H Rw=0,06*2,58*4199,04/12,96=48,6H

Rw=0,06*2,58*6400/12,96=74,1H

5. Рассчитаем динамический фактор автомобиля исходя из полученных данных:

1 передача

D=6399,9-0,06/21778,2=0,3 D=7358,6-0,98/21778,2=0,3

D=7997,3-0,25/21778,2=0,4 D=6398, - 1,5/21778,2=0,2

D=7785,5-0,55/21778,2=0,4

2 передача

D=3365,05-0,22/21778,2=0,15 D=3869,2-2,9/21778,2=0,17

D=4204,9-0,89/21778,2=0,19 D=3364,2-4,7/21778,2=0,15

D=4093,6-2,04/21778,2=0,18

3 передача

D=1761-0,88/21778,2=0,08 D=2024,9-13,06/21778,2=0,09

D=2200,7-3,3/21778,2=0,1 D=1760,7-20,4/21778,2=0,07

D=2142,4-7,35/21778,2=0,09

4 передача

D=912-26,8/21778,2=0,04 D=1048,6-48,6/21778,2=0,04

D=1139,6-12,2/21778,2=0,05 D=910,2-74,1/21778,2=0,03

D=1109,5-27,3/21778,2=0,04

Занесем полученные расчетные значения динамики автомобиля УАЗ-452 в Таблицу 3.

Таблица3. Расчетные значения динамической характеристики автомобиля УАЗ-452

Для построения универсальной построенной динамической характеристики необходимо в верхней части графика (рис. 2) провести вторую горизонтальную координатную ось и на ней отметить значения коэффициента загрузки автомобиля:

; (26)

Г=2650/1980=1,4

Начало отсчета по оси Г начинается с 1, что соответствует массе порожнего автомобиля. Отношение полностью груженого автомобиля к порожнему даст максимальное значение Г и его нужно отложить в точке координаты, соответствующей V_MAX. Точки Г_МАХ и V_MAX соединяются вертикальной линией, которая будет служить ординатой динамического фактора полностью груженого автомобиля.

Умножив значения динамического фактора порожнего автомобиля на Г_МАХ, получают численные значения динамического фактора полностью груженого автомобиля и откладывают их на второй ординате:

; (27)

Соединяют соответствующие значения динамического фактора порожнего и полностью груженого автомобиля наклонными линиями. Ось Г разбивают на ряд равных отрезков и через их граничные точки проводят вертикальные линии до пересечения с нижней горизонтальной осью. Эти линии будут соответствовать промежуточным значениям Г.

Таким образом, построенная универсальная динамическая характеристика позволяет определять значение динамического фактора при любой степени загрузки автомобиля.

Литература

1. Чудаков Д.А. Основы теории трактора и автомобиля. М.: «Изд-во с/х литературы», 1962, 310 с.

2. Гуськов В.В., Велев Н.Н. и др. Тракторы. Теория. М.: «Машиностроение», 1988, 374 с.

3. Каптюшин Г.К., Баженов С.П. Конструкция, основы теории, расчет и испытание тракторов. М.: «Агропромиздат», 1990, 511 с.

4. Лихачев В.С. Испытания тракторов. М.: «Машиностроение», 1974, 287 с.

5. Иванов В.В., Иларионов В.А., Морин М.М. Основы теории автомобиля и трактора. М.: Агропромиздат», 1972.

6. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: «Агропромиздат», 1986.

7. Краткий автомобильный справочник НИИАТ. М.: «Транспорт», 1984.

8. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М.: «Машиностроение», 1989,240с

Размещено на Allbest.ru