Тяговый расчёт автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Ульяновский государственный университет

Инженерно-физический факультет высоких технологий

Кафедра Физического материаловедения

Тяговый расчёт автомобиля

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине «Теория автомобиля»

Руководитель работы

проф. каф.

«Физическое материаловедение»

Хусаинов А.Ш.

Выполнил

студент гр. АиТ-41

Пылаев Д.А.

Ульяновск, 2010 г.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Ульяновский государственный университет

Инженерно-физический факультет высоких технологий

Кафедра Физического материаловедения

Задание на курсовую работу «Тяговый расчёт автомобиля»

по дисциплине «Теория автомобиля»

Выполнить тягово-динамический расчет:

легкового переднеприводного автомобиля. В качестве прототипа принять ВАЗ-1118 «Калина».

Для шин 185/60R14 82H определить статический радиус качения.

Рассчитать максимальную мощность двигателя автомобиля при:

Vmax = 170 км/ч; Da = 0,1 и построить его внешнюю скоростную характеристику.

Рассчитать передаточные числа в трансмиссии при:

Ш1 = 0,39.

Построить силовой и мощностной балансы, динамический паспорт автомобиля.

Построить разгонную характеристику автомобиля.

Рассчитать давление воздуха в шинах.

Построить топливно-экономическую характеристику автомобиля.

Дата выдачи задания «___»_____________2009г.

Руководитель Хусаинов А.Ш.

Студент гр. АиТ-41 Пылаев Д.А.

Срок защиты проекта «___»_____________2010г.

АННОТАЦИЯ

курсовой работы по дисциплине «Теория автомобиля» студента группы АиТ-41 Пылаева Д.А. на тему: «Тяговый расчёт автомобиля».

Пояснительная записка на 34 страницах.

В курсовой работе проведён тяговый расчёт автомобиля (прототип - автомобиль ВАЗ 1118 «Калина»). Выполнен расчёт мощности двигателя автомобиля, передаточных чисел трансмиссии, проведён расчёт динамики и топливной экономичности автомобиля.

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходная информация для выполнения расчета

1.1 Характеристика автомобиля-прототипа ВАЗ-1118 «Калина»

1.2 Анализ характеристики прототипа

2. Расчет мощности двигателя автомобиля

3. Расчет передаточных чисел в трансмиссии

4. Расчет динамики автомобиля

4.1 Силовой и мощностной балансы автомобиля

4.2 Построение динамического паспорта автомобиля

4.3 Разгон автомобиля. Время и путь разгона

5. Расчет топливной экономичности и построение экономической характеристики

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 1. Исходная информация для выполнения расчета

1.1 Характеристика автомобиля-прототипа ВАЗ-1118 «Калина»

Масса снаряженного (полностью заправленного и укомплектованного) автомобиля Мо = 1080 кг, при развесовке по осям: на переднюю
М01 = 650,0 кг, на заднюю М02 = 440,0 кг.

Полная масса автомобиля (полностью загруженного) Ма = 1555 кг, при развесовке по осям: на переднюю Ма1 = 730 кг, на заднюю
Ма2 = 825 кг.

Максимальная скорость полностью груженого автомобиля
Va max = 170 км/ч (47,22 м/с).

Коробка передач - механическая, двухвальная; число передач k = 5; передаточные числа 1 - 5 передач соответственно 3,636; 1,95; 1,357; 0,941; 0,784.

Колеса (колесные диски) и шины:

присоединительные размеры колес 4 PCD98 ET35 58,6
(4 отверстия на Ш98 мм (т.е. на Ш 3,86`); вылет диска 35 мм; центральное отверстие 58,6 мм).

Размерность шин и колес:

Шины	Колеса (диски колес)	Давление воздуха, кПа
		передние шины	задние шины
185/60R14 82H	5ЅJЧ14H2 (стальные)	200	200
175/65R14 82H	5JЧ14H2 (стальные)	200	200

Размеры автомобиля:

длина …………………………….. Lг =4,04 м;

ширина…………………………… Вг = 1,7 м;

высота……………………………. Нг = 1,5 м;

колея наибольшая……………….. Вк = 1,43 м;

база……………………………….. L = 2,47 м;

высота центра масс……………… hg=0,7м; м.

Коэффициент аэродинамического сопротивления сх = 0,378;

двигатель: ВАЗ-21114-50 (ВСХ см. рис. 1)

бензиновый, поперечный, рядный, четырехцилиндровый, с распределённым впрыском топлива;

мощность ………………………….Pmax = 80,9 л.с. (59500 Вт)

при np = 5100…5300 об/мин (щp = 545 c-1);

крутящий момент……………….Tmax = 12,23 кгс•м (120 Н•м)

при nT = 2800…3200 об/мин (щT = 314 c-1);

удельный часовой расход топлива ge = 250 г/кВт·ч;

коэффициент коррекции мощности Кр = 0,95.

Вся вышеприведенная информация принимается к сведению и частично будет использована в дальнейших расчетах.

1.2 Анализ характеристики прототипа

Площадь миделева сечения (площадь продольной проекции автомобиля на вертикальный экран) приближенно оценивают по габаритной высоте Нг и наибольшей колее автомобиля Вк:

А = Нг • Вк . А= 1,5 • 1,43 = 2,15 м2.

Определим КПД для режима полного нагружения трансмиссии:

,

где z, k, n - число соответственно цилиндрических и конических передач, карданных шарниров.

Автомобиль ВАЗ-1118 «Калина» имеет z = 2 на всех передачах; k = 0; n = 0. На режиме максимальной скорости на всех передачах

.

Для проектируемого автомобиля принимаем нагрузки на оси прототипа. Определим его коэффициенты развесовки:

Доля массы автомобиля, приходящаяся на оси

; ; ; ,

где q01, q02, qa1, qa2 - соответственно нагрузка на переднюю (1) и заднюю (2) оси снаряженного (0) и полностью груженого (а) автомобиля.

; ;

; .

Найдем положение центра масс:

L1 = L•qa1; L2 = L•qa2;

L1 = 2,47 • 0,47 = 1,16 м.

L2 = 2,47 • 0,53 = 1,31 м.

Согласно исходным данным максимальная осевая нагрузка приходится на заднюю ось груженого автомобиля (825 кг). Учитывая, что у прототипа нет спаренных колес, то максимальная масса приходится на каждое из задних колес при полной загрузке автомобиля

кг.

Вес, приходящийся на колесо

Gк = Mкa2 · g.

Gк =413 · 9,81 = 4052 Н.

Максимальная скорость проектируемого автомобиля (совпадает со скоростью прототипа) 170 км/ч. Назначаем индекс скорости - R (170 км/ч) [1, с. 11].

Назначаем индекс несущей способности шины - 77 (4120 Н).

Выбираем шины 185/60R14 R77.

Рассчитаем статический радиус качения шины:

rc = 0,5 · d + Вш • Д · лсм,

где d - посадочный диаметр шины, м; Вш - ширина профиля шины, м; Д - относительная высота профиля шины; лсм = 0,8…0,85 - смятие радиальной шины легкового автомобиля.

rc = 0,5 · 14 · 0,0254 + 0,185 · 0,60 ·0,825 = 0,269 м.

По справочным данным принимаем коэффициент сопротивления качению f0 = 0,015, коэффициент влияния скорости Af = 5,5 • 10-4 с2/м2 [1, с. 11].

По паспортным данным двигателя автомобиля-прототипа определяем его коэффициенты приспособляемости по скорости

Кщ = щp /щT.

Кщ = 545 / 314 = 1,73

и по его крутящему моменту

КТ = Тmax / Tp.

Tp = Pmax/щp.

Tp = 59500/545 = 109 Н•м.

КТ = 120 / 109 = 1,101,

где щp, щT - скорость двигателя соответственно при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте, с-1; Тmax, Tp - крутящий момент соответственно максимальный и при максимальной мощности, Н•м.

2. Расчет мощности двигателя автомобиля

Расчет мощности двигателя ведем, исходя из выполнения двух условий: во-первых, мощности должно хватить для разгона автомобиля до максимальной скорости, указанной в задании, во-вторых, на четвёртой передаче при скорости двигателя щТ, соответствующей максимальному крутящему моменту, динамический фактор Da должен быть не меньше указанного в задании на тяговый расчет.

Сначала расчет ведем по мощности, необходимой для поддержания максимальной скорости:

,

где fk - сопротивление качению шины при максимальной скорости автомобиля [1, 5]:

fk = f0 · (1 + Af · V2).

fk = 0,015 · (1 + 0,00055 · 47,222) = 0,033.

82452 Вт.

Таким образом, для поддержания максимальной скорости полностью груженого автомобиля необходим двигатель мощностью Ре = 83 кВт.

Проведем расчет необходимой мощности двигателя для обеспечения заданного динамического фактора.

Найдем скорость автомобиля, при которой динамический фактор должен быть близок к максимуму:

VD = Vmax/Kщ.

VD = 47,22/1,73 = 27,29 м/с (98 км/ч).

Рассчитаем динамичность автомобиля для скорости 80…100 км/ч.

По табл. 1 выбираем угловую скорость двигателя, которая бы соответствовала указанному выше диапазону

.

с-1; с-1.

Таблица 1

Расчет крутящего момента и мощности двигателя по характеристике прототипа

Двигатель прототипа	Новый двигатель
ne см. рис. 1	Mкр см. рис. 1	Кпе= ne/5200	Кме= Mкр/129	щe= ne/9,549	Te= Кме•174	Pe = Te• щe
мин-1	Н•м	-	-	с-1	Н•м	кВт
1000	13	0,192	0,1	105	17	2
1250	37	0,240	0,287	131	50	7
1500	83	0,288	0,643	157	112	18
1750	107	0,337	0,829	183	144	26
2000	120	0,385	0,930	209	162	34
2250	127	0,433	0,984	236	171	40
2500	127	0,481	0,984	261	171	45
2750	128	0,529	0,992	288	173	50
3000	129	0,577	1,000	314	174	55
3250	127	0,625	0,984	340	171	58
3500	125	0,673	0,969	367	169	62
3750	125	0,721	0,969	393	169	66
4000	125	0,769	0,969	419	169	71
4250	123	0,817	0,953	445	166	74
4500	120	0,865	0,930	471	162	76
4750	116	0,913	0,899	497	156	78
5000	113	0,961	0,876	524	152	83
5200	109	1,000	0,845	545	147	86
5250	107	1,010	0,829	550	144	87
5500	101	1,058	0,783	576	136	91
5750	93	1,106	0,721	602	125	95
6000	85	1,154	0,659	628	115	99

Указанному выше диапазону скоростей движения автомобиля соответствует диапазон угловых скоростей 256…321 с-1. По табл. 1 в найденный диапазон попадают три табулированных значения 261, 288 и 314 с-1. Выбираем большее значение, так как силы сопротивления на больших скоростях больше, а динамичность автомобиля может оказаться ниже указанного в задании Da = 0,1.

Найдем необходимую для обеспечения заданной динамичности автомобиля мощность его двигателя на скорости VD = 100 / 3,6 = 27,8 м/с

.

58006 Вт.

Таким образом, при скорости, соответствующей максимальному крутящему моменту, двигатель должен иметь мощность около 58 кВт. Максимальную же мощность двигателя найдем с помощью ВСХ прототипа (см. табл. 1, рис.1):

.

=85602 кВт.

Таким образом, для обеспечения динамического фактора Da = 0,1 на скорости 100 км/ч необходим двигатель максимальной мощностью около 86 кВт. Учитывая, что для обеспечения максимальной скорости достаточно мощности 83 кВт, окончательно принимаем Рmax = 86 кВт, так как этот двигатель обеспечит выполнение обоих указанных в третьем пункте задания параметров. При этом максимальная скорость автомобиля будет несколько выше заданной.

Определим паспортные характеристики нового двигателя:

Рmax = 86 кВт при 545 с-1 (5200 об/мин);

при щТ.

174 Н•м при щТ = 314 с-1.

Рис. 1. ВСХ двигателя ВАЗ - 21114-50

По графику Мкр (см. рис. 1) определяем значения крутящего момента для всех значений скорости двигателя в пределах его рабочего диапазона с шагом 250 мин-1. Затем эти данные представляем в безразмерном виде (каждое значение Mкр делим на пиковое значение данного параметра (т.е. на 129), а каждое значение скорости двигателя - на скорость при максимальной мощности (т.е. на 5200). Результаты сводим в табл. 1 (столбцы «двигатель прототипа»). Минимальную устойчивую частоту вращения коленвала бензинового двигателя принимаем 1000 мин-1. Максимальную частоту вращения коленвала задаем выше на (5…15) % частоты, при которой двигатель развивает максимальную мощность.

Для безразмерных значений из таблицы 1 строим диаграмму.

Рис. 2. Безразмерная зависимость крутящего момента то скорости двигателя:

1 - кривая, построенная по данным табл. А2;
2 - 4 - тренды полиномов соответственно 4, 5 и 6 степени

Наиболее близко повторяет исходную кривую тренд 6 степени:

.

Имея максимальное значение крутящего момента двигателя, вычисляем значения крутящего момента при различных значениях угловой скорости ще

,

где , Тmax = 174 Н•м.

По полученным значениям момента вычисляем соответствующие значения мощности (см. табл. 1, последний столбец)

Pe = Te • щe.

Результаты расчета по любой из вышеприведенных методик представляем в виде графика, методика построения которого приведена ниже.

Сначала строим график зависимости мощности Ре двигателя от угловой скорости ще (рис. 3).

Максимум оси ординат (Ре) получаем, округляя максимальное из значений мощности в большую сторону до ближайшего целого значения, делящегося без остатка на любое число от 4 до 10 (количество строк на графике). В нашем случае 99 округляем до YРmax = 100. Шаг шкалы назначаем таким образом, чтобы получилось четное число строк на графике. ДYP = 10 (10 строк). Шкала наносится по всему левому краю диаграммы.

Шкалу абсцисс (ще) назначаем от 100 до 550 (см. табл. 1) с шагом 50.

На диаграмме Ре(ще) строим график Те(ще).

Максимальное значение YTmax шкалы Те должно быть больше максимального момента двигателя Тmax = 174 Н•м, а минимум шкалы YTmin- меньше минимального Тmin = 17 Н•м. Разность между значениями шкалы YTmax - YTmin должна делиться без остатка на половинное число строк, принятое в п. 1.1. В нашем случае выбираем YTmax = 176; YTmin = 16. Тогда шаг шкалы ДYТ = (YTmax - YTmin) /5 = 32.

Вычислим «смещение» шкалы момента относительно середины шкалы мощности

ДYY = YPmax / 2.

ДYY = 100 / 2 = 50.

Вычислим коэффициент пропорциональности шкал мощности и момента

.

.

Вычисляем приведенные значения крутящего момента по зависимости

.

Результаты вычислений сводим в табл. 2.

Таблица 2

Приведение значений крутящего момента к шкале мощности ВСХ

Te, Н•м	Tприв
17	50
50	61
112	80
144	90
162	95
171	98
171	98
173	99
174	99
171	98
169	97
169	97
169	97
166	96
162	95
156	93
152	92
147	91
144	90
136	87
125	84
115	81

Таблица 3

Табулированные значения ВСХ двигателя

щe	Te	Pe
с-1	Н•м	кВт
105	17	2
131	50	7
157	112	18
183	144	26
209	162	34
236	171	40
261	171	45
288	173	50
314	174	55
340	171	58
367	169	62
393	169	66
419	169	71
445	166	74
471	162	76
497	156	78
524	152	83
545	147	86
550	144	87
576	136	91
602	125	95
628	115	99

3. Расчет передаточных чисел в трансмиссии

Расчет трансмиссии дорожного автомобиля начинаем с главной передачи. Общее передаточное отношение главной передачи определим из отношения угловых скоростей двигателя и ведущих колес на максимальной скорости, предполагая, что и двигатель будет работать на режиме максимальной мощности

,

где щр - угловая скорость ведущего вала главной передачи (она равна скорости двигателя;

i4 - передаточное число четвёртой передачи автомобиля-прототипа.

.

Передаточное число первой передачи КП рассчитываем из условия обеспечения необходимой тяги в нормальных дорожных условиях по преодолеваемому сопротивлению Ш1:

;

.

Четвертую передачу в КП примем как у прототипа, т.е. .

Передаточные числа второй, третьей и пятой передач найдём с помощью прогрессии (по гиперболическому ряду):

,

где k - номер рассчитываемой передачи; п - номер прямой передачи.

Получаем i2 = 1,813; i3 = 1,289; i5 = 0,583.

Максимальные скорости автомобиля на различных передачах:

V1max = 170/3,057 = 55,61 км/ч;

V2max = 170/1,813 = 93,77 км/ч; щmin = 545/3,057 • 1,813 = 323 c-1;

V3max = 170/1,289 = 131,89 км/ч; щmin = 545/1,813 • 1,289 = 387 c-1;

V4max = 170 км/ч; щmin = 545/1,289 • 0,941 = 398 c-1.

Рис. 4. Скоростная характеристика автомобиля

Второе значение передаточного числа пятой передачи можно получить, решая кубическое уравнение мощностного баланса для оптимальной загрузки двигателя по мощности и угловой скорости. Воспользуемся формулой Кардано ([6]).

;

k2 = 1555 • 9,81 • 0,015 • 0,00055 + 0,5 • 0,378 • 1,202 • 2,15 = 0,61428;

;

k1 = 1555 • 9,81 • 0,015 / 0,61428 = 372,50;

;

k0 = -(0,75 • 86000 • 0,96 • 0,95)/0,61428 = -95760,9;

;

D = (372,5/3)3 + (-95760,9/2)2 = 2 294 451 815;

;

= 43,04 м/с;

,

iэк = 0,75 • 545 • 0,269 / 43,04 / 3,299 = 0,774.

Таким образом, максимальная топливная экономичность автомобиля будет достигнута на скорости V эк = 43,04 м/с (155 км/ч) при передаточном числе пятой передачи в КП iэк = 0,836. Такой скоростной режим поддерживать в РФ нельзя, поэтому этот результат не приемлем. Четвертый вариант передаточного числа пятой передачи рассчитаем, подбирая по минимальному расходу топлива на скорости 90 км/ч: i5 = 0,583 (см. раздел 5).

4. Расчет динамики автомобиля

4.1 Силовой и мощностной балансы автомобиля

В силовой баланс автомобиля при равномерном движении (Fи = 0) по горизонтальной дороге (Fп = 0) входят только две силы

FT = Fk + Fв.

Составляющие баланса вычисляем по зависимостям

;

;

.

Мощностной баланс получим, почленно умножив силовой баланс на скорость автомобиля:

PT = FT V;

Pk = Fk V;

Pв = Fв V.

Расчет ведем для всех передач в КП.

Текущую скорость вычисляем по формуле

.

Результаты расчета сведем в табл. 4 и покажем на рис. 3 и 4.

Таблица 4

Силовой и мощностной балансы автомобиля

КП	щ	T	V	fk	Ft	Fk	Fв	Fk+Fв	Pt	Pk	Pв	Pk+Pв
1	105	17	2,8	0,01506	581	229,7	3,8	233,5	2	0,64	0,01	0,65
	157	112	4,2	0,01514	3829	230,9	8,6	239,5	16	0,97	0,04	1,01
	209	162	5,6	0,01526	5539	232,8	15,3	248,1	31	1,30	0,09	1,39
	261	171	7,0	0,01540	5847	234,9	23,9	258,8	41	1,64	0,17	1,81
	314	174	8,4	0,01558	5949	237,7	34,5	272,2	50	2,00	0,29	2,29
	367	169	9,8	0,01579	5778	240,9	46,9	287,8	57	2,36	0,46	2,82
	419	169	11,2	0,01603	5778	244,5	61,3	305,8	65	2,74	0,69	3,42
	471	162	12,6	0,01631	5539	248,8	77,5	326,3	70	3,13	0,98	4,11
	524	152	14,0	0,01662	5197	253,5	95,7	349,2	73	3,55	1,34	4,89
	545	147	14,5	0,01673	5026	255,2	102,7	357,9	73	3,70	1,49	5,19
	576	136	15,4	0,01696	4650	258,7	115,9	374,6	72	3,98	1,78	5,77
	628	115	16,7	0,01730	3932	263,9	136,2	400,1	66	4,41	2,27	6,68
2	105	17	4,7	0,01518	345	231,6	10,9	242,5	2	1,09	0,05	1,15
	157	112	7,1	0,01541	2271	235,1	24,4	259,4	16	1,66	0,17	1,83
	209	162	9,4	0,01573	3285	239,9	43,2	283,1	31	2,26	0,41	2,66
	261	171	11,7	0,01614	3468	246,2	67,3	313,5	41	2,89	0,79	3,68
	314	174	14,1	0,01665	3528	253,9	97,4	351,3	50	3,59	1,38	4,96
	367	169	16,5	0,01725	3427	263,1	133,1	396,2	57	4,34	2,20	6,54
	419	169	18,8	0,01793	3427	273,5	173,5	447,0	65	5,15	3,27	8,42
	471	162	21,2	0,0187	3285	285,3	219,2	504,5	70	6,04	4,64	10,69
	524	152	23,6	0,01958	3082	298,7	271,3	570,0	73	7,04	6,39	13,43
	545	147	24,5	0,01996	2981	304,4	293,5	597,9	73	7,46	7,19	14,66
	576	136	25,9	0,02054	2758	313,3	327,8	641,1	71	8,12	8,49	16,61
	628	115	28,2	0,02158	2332	329,2	389,6	718,9	66	9,30	11,01	20,30
3	105	17	6,6	0,01536	245	234,4	21,5	255,9	2	1,56	0,14	1,70
	157	112	9,9	0,01581	1615	241,2	48,2	289,4	16	2,40	0,48	2,87
	209	162	13,2	0,01644	2336	250,8	85,4	336,2	31	3,32	1,13	4,44
	261	171	16,5	0,01725	2465	263,1	133,1	396,3	41	4,34	2,20	6,54
	314	174	19,9	0,01825	2509	278,5	192,7	471,2	50	5,53	3,83	9,36
	367	169	23,2	0,01945	2436	296,6	263,3	559,9	57	6,89	6,11	13,00
	419	169	26,5	0,0208	2436	317,2	343,1	660,4	65	8,41	9,09	17,50
	471	162	29,8	0,02232	2336	340,5	433,6	774,1	70	10,15	12,92	23,06
	524	152	33,1	0,02406	2191	367,1	536,7	903,8	73	12,17	17,79	29,96
	545	147	34,5	0,02481	2119	378,4	580,5	958,9	73	13,05	20,01	33,06
	576	136	36,4	0,02595	1961	395,9	648,5	1044,4	71	14,43	23,63	38,05
	628	115	39,7	0,02802	1658	427,4	770,8	1198,3	66	16,98	30,62	47,60
4	105	17	9,1	0,01568	179	239,2	40,4	279,7	2	2,18	0,37	2,54
	157	112	13,6	0,01653	1179	252,1	90,4	342,5	16	3,43	1,23	4,66
	209	162	18,1	0,01771	1705	270,1	160,2	430,3	31	4,89	2,90	7,79
	261	171	22,6	0,01922	1800	293,2	249,8	543,0	41	6,63	5,65	12,28
	314	174	27,2	0,02111	1831	322,0	361,6	683,6	50	8,76	9,84	18,60
	367	169	31,8	0,02334	1779	356,1	494,0	850,1	57	11,32	15,71	27,03
	419	169	36,3	0,02588	1779	394,7	643,9	1038,6	65	14,33	23,38	37,71
	471	162	40,8	0,02874	1705	438,4	813,6	1252,0	70	17,89	33,21	51,10
	524	152	45,4	0,03201	1600	488,3	1007,0	1495,3	73	22,17	45,72	67,89
	545	147	47,2	0,03340	1547	509,5	1089,3	1598,8	73	24,06	51,44	75,51
	576	136	49,9	0,03555	1431	542,3	1216,8	1759,1	71	27,07	60,73	87,80
	628	115	54,4	0,03943	1210	601,5	1446,4	2047,9	66	32,73	78,71	111,44
5	105	17	14,7	0,01678	111	256,0	105,3	361,3	2	3,76	1,55	5,31
	157	112	22,0	0,01898	730	289,5	235,5	525,0	16	6,36	5,17	11,53
	209	162	29,2	0,02205	1056	336,4	417,3	753,7	31	9,83	12,20	22,03
	261	171	36,5	0,02599	1115	396,5	650,9	1047,4	41	14,47	23,76	38,23
	314	174	43,9	0,03091	1135	471,5	942,0	1413,6	50	20,71	41,37	62,08
	367	169	51,3	0,03674	1102	560,4	1286,9	1847,3	57	28,76	66,06	94,82
	419	169	58,6	0,04333	1102	661,0	1677,4	2338,4	65	38,74	98,30	137,04
	471	162	65,9	0,0508	1056	775,0	2119,6	2894,5	70	51,05	139,63	190,68
	524	152	73,3	0,05931	991	904,8	2623,4	3528,2	73	66,31	192,27	258,58
	545	147	76,2	0,06293	959	960,0	2837,9	3798,0	73	73,18	216,32	289,50
	576	136	80,6	0,06854	887	1045,6	3170,0	4215,5	71	84,23	255,37	339,61
	628	115	87,8	0,07865	750	1199,7	3768,1	4967,9	66	105,38	330,97	436,35



Рис. 5. Силовой баланс автомобиля

1 - 5 - сила тяги на ведущих колесах; 6 - суммарная сила сопротивления движению (Fk+Fв); 1 - 5 - соответственно 1 - 5 передачи в КП

Рис. 6. Мощностной баланс автомобиля:

1 - 5 - мощность тяги на ведущих колесах; 6, 7, 8 - мощности сопротивления движению соответственно качению Рк , аэродинамическая Рв и суммарная (Рk+Рв); 1 - 5 - соответственно 1 - 5 передачи в КП

4.2 Построение динамического паспорта автомобиля

Для построения динамического паспорта автомобиля необходимо вычислить для каждой передачи в КП динамический фактор

.

Кроме того, на график выносится зависимость коэффициента сопротивления качению fk (V).

Для построения номограммы необходимо найти верхний предел шкалы

,

где - верхний предел шкалы Da.

На шкале Da получилось = 0,4, тогда

.

Результаты расчета сведены в табл. 5.

Таблица 5

Динамическая характеристика автомобиля Da в зависимости от скорости двигателя ще

ще	Передача в КП
	1	2	3	4	5
105	0,038	0,022	0,015	0,009	0,000
157	0,250	0,147	0,103	0,071	0,032
209	0,362	0,213	0,148	0,101	0,042
261	0,382	0,223	0,153	0,102	0,030
314	0,388	0,225	0,152	0,096	0,013
367	0,376	0,216	0,142	0,084	-0,012
419	0,375	0,213	0,137	0,074	-0,038
471	0,358	0,201	0,125	0,058	-0,070
524	0,334	0,184	0,108	0,039	-0,107
545	0,323	0,176	0,101	0,030	-0,123
576	0,297	0,159	0,086	0,014	-0,150
628	0,249	0,127	0,058	-0,015	-0,198

Рис. 7. Динамический паспорт автомобиля:

1 - 5 - динамический фактор; 6 - коэффициент сопротивления качению (fk); 1 - 5 - соответственно 1 - 5 передачи в КП; Н - полезная загрузка автомобиля.

4.3 Разгон автомобиля. Время и путь разгона

Разгонную характеристику определяют по ГОСТ 22576-90 для частичной загрузки автомобиля 160 кг (1570 Н). Из-за неполной загрузки изменяется динамический фактор и коэффициент учета вращающихся масс.

Для расчета ускорений автомобиля необходимо сначала найти коэффициент учета вращающихся масс ([1], п. 2.3)

; ,

где Jд - момент инерции двигателя, кг•м2. Jд= 0,13; Jk1, - момент инерции пары ведомых колес с тормозами, кг•м2. Jk1=1,1; Jk2 - момент инерции пары ведущих колес с тормозами и полуосями , кг•м2. Jk2= 1,42; rk0 - кинематический радиус колеса, примем равным статическому.

; .

Результаты расчета сведены в табл. 6.

Таблица 6

Коэффициент учета вращающихся масс дкп на различных передачах в КП

КП	дкп
1	1,18
2	1,08
3	1,05
4	1,04
5	1,03

Ускорения рассчитаем по динамическому фактору, скорректированному по массе автомобиля, для всех передач в КП

.

Результаты сведем в табл. 7 и рис. 8.

Таблица 7

Зависимость ускорений а автомобиля на разных передачах от скорости двигателя ще

ще	Передача в КП
	1	2	3	4	5
105	0,27	0,11	0,03	-0,04	-0,15
157	2,49	1,54	1,06	0,69	0,20
209	3,65	2,28	1,57	1,03	0,29
261	3,85	2,39	1,63	1,02	0,11
314	3,91	2,41	1,61	0,94	-0,14
367	3,79	2,30	1,49	0,78	-0,49
419	3,77	2,27	1,41	0,64	-0,85
471	3,60	2,12	1,25	0,42	-1,30
524	3,35	1,92	1,05	0,16	-1,83
545	3,23	1,83	0,95	0,04	-2,05
576	2,96	1,63	0,77	-0,17	-2,42
628	2,45	1,25	0,42	-0,55	-3,08

Рис. 8. Зависимость ускорений автомобиля от его скорости:

1 - 5 - соответственно 1 - 5 передачи в КП

Разгонную характеристику (зависимости времени и пути разгона по скорости) строим только на 1 - 4 передачах в КП. Расчет ведем до тех пор, пока не будут получены время разгона до 100 км/ч и пройден путь 1000 м по следующим формулам ([2] п. 3.6):

ДVi= Vi -Vi-1;

Дti= ДVi/ai;

ti= ti-1+ Дti;

ДSi= Vi· Дti;

Si= Si-1+ ДSi.

Разгон на каждой передаче осуществляют до щр или щmax. Затем следует переключение передачи. Длительность переключения зададим 0,5 с, потерей скорости в процессе переключения передач пренебрежем. Ускорения при переключении нет.

Для отображения двух кривых разгона по пути и по времени на одном графике необходимо выполнить приведение кривой разгона по пути к шкале кривой разгона по времени

.

Результаты расчета сводим в табл. 8 и рис. 9.

Таблица 8

i	КП	Vi	ДVi	ai	Дti	ti	ДSi	Si	Si пр
0	1	0	--	--	--	--	--	--	--
1		2,8	2,8	1,50	1,867	1,867	5,227	5,227	0,172
2		4,2	1,4	2,49	0,563	2,430	2,366	7,593	0,250
3		5,6	1,4	3,65	0,384	2,814	2,149	9,742	0,321
4		7,0	1,4	3,85	0,363	3,177	2,544	12,286	0,405
5		8,4	1,4	3,91	0,358	3,535	3,006	15,292	0,504
6		9,8	1,4	3,79	0,370	3,905	3,624	18,916	0,623
7		11,2	1,4	3,77	0,371	4,276	4,155	23,071	0,760
8		12,6	1,4	3,60	0,389	4,665	4,904	27,975	0,921
9		14,0	1,4	3,35	0,418	5,083	5,854	33,829	1,114
10		14,5	0,5	3,23	0,155	5,238	2,248	36,077	1,188
11		15,4	0,9	2,96	0,304	5,543	4,686	40,763	1,342
12		16,7	1,3	2,45	0,531	6,073	8,860	49,623	1,634
13	2	16,7	0,0	2,30	0,500	6,573	8,350	57,973	1,909
14		18,8	2,1	2,27	0,946	7,519	17,830	75,803	2,496
15		21,2	2,3	2,12	1,103	8,623	23,375	99,178	3,266
16		23,6	2,4	1,92	1,241	9,863	29,241	128,419	4,229
17		24,5	0,9	1,83	0,517	10,381	12,682	141,101	4,647
18		25,9	1,4	1,63	0,856	11,237	22,186	163,287	5,377
19		28,2	2,3	1,25	1,865	13,102	52,662	215,949	7,112
20	3	28,2	0,0	1,32	0,500	13,602	14,122	230,071	7,577
21		29,8	1,6	1,25	1,238	14,840	36,885	266,957	8,792
22		33,1	3,4	1,05	3,205	18,045	106,237	373,193	12,290
23		34,5	1,3	0,95	1,398	19,443	48,204	421,397	13,878
24		36,4	2,0	0,77	2,562	22,005	93,352	514,749	16,952
25		39,7	3,3	0,42	7,840	29,845	311,446	826,196	27,209
26	4	39,7	0,0	0,48	0,500	30,345	19,863	846,059	27,863
27		40,8	1,1	0,42	2,588	32,932	105,605	951,664	31,341
29		45,4	4,6	0,16	29,117	62,049	1322,085	2273,749	74,880
30		47,2	1,8	0,04	45,536	107,585	2150,457	4424,206	145,699

Рис. 9. Разгонная характеристика автомобиля:

t - время разгона; S - путь разгона

По рис. 9 находим, что автомобиль разгоняется до 100 км/ч (27,7 м/с) за 12,5 с, при этом проходит путь около 180 м. Отметку S = 400 м автомобиль проходит за 21 с, разогнавшись до 36 м/с (около 130 км/ч), а путь S = 1000 м проходит за 39 с, при этом скорость составит 42 м/с (151 км/ч).

5. Расчет топливной экономичности и построение экономической характеристики

Расчет топливно-экономической характеристики автомобиля проводим для четвёртой передачи в КП при разных уровнях дорожного сопротивления от минимального, равного сопротивлению качению по асфальту, до максимального, которое автомобиль может преодолеть лишь в узком диапазоне угловых скоростей двигателя, близких к угловой скорости двигателя при максимальном крутящем моменте.

Вычисления производятся по формуле

, [л/100км],

где Кп, КN - коэффициенты, учитывающие влияние загрузки двигателя соответственно по оборотам и мощности на удельный часовой расход топлива; ge - удельный часовой расход топлива, г/кВт•ч; ст - плотность топлива, кг/л; FШ, Fв - сила сопротивления соответственно дорожного и аэродинамического, Н.

От коэффициентов Кп, КN во многом зависит точность расчета, однако найти адекватные их зависимости от загрузки двигателя соответственно по скорости и мощности весьма затруднительно. Поэтому используем общие для карбюраторных двигателей зависимости

;

,

где FШ - сила дорожного сопротивления, Н.

Силу FШ при расчете топливной экономичности на прямой передаче в учебных целях задаем на трех уровнях:

- на низшем уровне сопротивлений принимаем

FШ min = Fк = Ga • f0 •(1 + Af• Va2);

- на высшем уровне

FШmax = Ga •D4max;

- на среднем уровне

FШср = (FШmax + FШ min) / 2,

где D4max - максимальное значение динамического фактора на прямой передаче (см. табл. 5). D4max = 0,102 при ще = 261 с-1, что соответствует V = 22,6 м/с. Результаты расчета сопротивлений сведем в табл. 9

Таблица 9

Силы сопротивления движению и сила тяги

Va, м/с	FШmin	FШcp	FШmax	Fв	FШmin+ Fв	FШcp +Fв	FШmax +Fв	FT
9,1	239	898	1556	40	280	938	1596	179
13,6	252	904	1556	90	343	994	1646	1179
18,1	270	913	1556	160	430	1073	1716	1705
22,6	293	925	1556	250	543	1174	1806	1806
27,2	322	939	1556	362	684	1301	1918	1831
31,8	356	956	1556	494	850	1450	2050	1779
36,3	395	975	1556	644	1039	1619	2200	1779
40,8	438	997	1556	814	1252	1811	2370	1705
45,4	488	1022	1556	1007	1495	2029	2563	1600
47,2	509	1033	1556	1089	1599	2122	2645	1547
49,9	542	1049	1556	1217	1759	2266	2773	1431
54,4	601	1079	1556	1446	2048	2525	3002	1210

Результаты расчета коэффициентов учета влияния загрузки двигателя по скорости и по мощности сведем в табл. 10, а расхода топлива в табл. 11.

Таблица 10

Коэффициенты Кп КN

Va	щe	Kn	KN при загрузке двигателя*
			минимальной	средней	максимальной
9,1	105	1,094
13,6	157	1,040	1,574	0,924
18,1	209	1,001	1,726	0,920
22,6	261	0,974	1,537	0,911	1,000
27,2	314	0,959	1,308	0,898
31,8	367	0,954	1,080	0,914
36,3	419	0,959	0,950	0,954
40,8	471	0,971	0,898
45,4	524	0,991	0,966
47,2	545	1,000
49,9	576	1,015
54,4	628	1,043

* - при перегрузке двигателя (FT < FШ +Fв, см. табл. 9) расчет не ведетcя

Таблица 11

Топливно-экономическая характеристика (рис. 10)

Va	Qsmin	Qscp	Qsmax
9,1
13,6	5,9	10,0
18,1	7,8	10,3
22,6	8,5	10,9	18,4
27,2	8,9	11,7
31,8	9,1	13,2
36,3	9,9	15,5
40,8	11,4
45,4	14,9

Рис. 10. Топливно-экономическая характеристика автомобиля на четвёртой передаче в КП:

1, 2, 3 - суммарное сопротивление движению соответственно низкое, среднее, максимальное (см. табл. 11)

Далее выполним расчет топливно-экономической характеристики автомобиля для экономической (пятой) передачи на скорости 90 км/ч (25 м/с), необходимой для определения оптимального передаточного числа пятой передачи.

Строим полином для участка ВСХ в пределах 100…350 с-1 (рис. 11).



Рис. 11. Фрагмент зависимости крутящего момента Те от угловой скорости ще двигателя (1) и ее кривая полинома 4ой степени (2)

Для скорости автомобиля 25 м/с находим передаточные числа пятой передачи при указанных выше значениях скорости двигателя

,

где i5 - передаточное число пятой передачи, варьируемое в пределах 0,4…0,9 с шагом 0,1. Результаты заносим в таблицу 12 (первый блок).

Таблица 12

Определение оптимального передаточного числа экономической передачи

i5	ще	ще / щр	Kn	Те	FТ	(Fш+Fв)/FT	KN	Qs
0,4	123	0,23	1,074	48	215	2,85	-19,734	-135,49
0,5	153	0,28	1,044	97	542	1,13	1,051	7,01183
0,6	184	0,34	1,018	138	926	0,66	0,907	5,90374
0,7	215	0,39	0,997	158	1237	0,50	1,052	6,70674
0,8	245	0,45	0,981	172	1539	0,40	1,244	7,79957
0,9	276	0,51	0,969	173	1741	0,35	1,369	8,48062
0,55	169	0,31	1,030	116	714	0,86	0,930	6,12633
0,56	172	0,32	1,028	122	764	0,80	0,910	5,97622
0,57	175	0,32	1,025	127	810	0,76	0,900	5,89829
0,58	178	0,33	1,023	130	843	0,73	0,898	5,86955
0,59	181	0,33	1,021	135	891	0,69	0,901	5,8758
0,6	184	0,34	1,018	138	926	0,66	0,907	5,90374
0,61	187	0,34	1,016	140	955	0,64	0,915	5,93921
0,58	178	0,33	1,023	130	843	0,73	0,898	5,86955
0,581	178	0,33	1,023	131	851	0,72	0,898	5,86834
0,582	178	0,33	1,022	131	853	0,72	0,898	5,86714
0,583	179	0,33	1,022	131	854	0,72	0,898	5,86599
0,584	179	0,33	1,022	132	862	0,71	0,898	5,8666
0,585	179	0,33	1,022	133	870	0,70	0,899	5,86851
0,586	180	0,33	1,022	133	872	0,70	0,899	5,86789

Как видим, при i5 = 0,6 расход топлива минимален Qs=5,90374 л/100км. Теперь диапазон 0,5…0,7 разбиваем с шагом 0,01. Результат заносим во второй блок таблицы 12: Qs = 5,86955 при i5 = 0,58, затем с шагом 0,001 (0,570…0,590): Qs = 5,86599 при i5 = 0,583.

Как видно из табл. 12 минимальный расход топлива Qs = 5,87 л/100км достигается при i5 = 0,583 и при скорости движения 90 км/ч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе был проведён тяговый расчёт автомобиля, в качестве прототипа которого был принят автомобиль ВАЗ 1118 «Калина», и получены следующие его характеристики:

Максимальная мощность, л.с./кВт/об/мин - 117/86/5200.

Максимальный крутящий момент Нм/об/мин - 174/3000.

Передаточные числа коробки передач:

I - 3,057;

II - 1,813;

III - 1,289;

IV - 0,941;

V - 0,583;главная передача - 3,299.

Шины 185/60R14 82H; диски 5ЅJЧ14H2.

Максимальная скорость, км/ч - 170.

Время разгона 0-100 км/ч, с - 12,5.

Минимальный расход топлива при движении на пятой передаче на скорости 90 км/ч, л/100км - 5,87.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Хусаинов А. Ш. Теория автомобиля: конспект лекций. / А. Ш. Хусаинов, В. В. Селифонов. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 121 с.

1. Размещено на www.allbest.ru