Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

автомобиль характеристика мощность экономичность

Целью курсовой работы является закрепление знаний по основным разделам курса «Автомобили», а также привитие навыков самостоятельного исследования эксплуатационных свойств автотранспортных средств. В процессе выполнения курсовой работы студенты знакомятся с характеристиками и параметрами автомобилей, анализируют характер изменения эксплуатационных качеств в зависимости от дорожных условий. Выполняем расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля. По данным расчета строят следующие графики:

График внешней скоростной характеристики двигателя автомобиля;

График тягового баланса автомобиля;

График динамического фактора автомобиля;

График характеристик ускорений;

График характеристик разгона автомобиля по времени и по пути;

График мощностного баланса автомобиля;

График топливно-экономической характеристики автомобиля.

Курсовая работа включает в себя расчетный материал и графики. Каждый график выполняется на отдельном листе миллиметровой бумаги размером 297*281 (формат А4). Необходимо стараться разместить графики во весь лист. При этом следует соблюдать удобный масштаб так, чтобы расчетным значениям величин 0,1; 1; 10; и т.д. соответствовало на графике расстояние 5; 10; 15 мм.

Расчетная и графическая части брошюруются вместе, причем графическая часть располагается за расчетной. Все графики строят карандашом по лекалам.

1 Техническая характеристика автомобиля

Основные данные

Модель автомобиля Subaru Legacy B4

Максимальная скорость, км/ч 285

Количество мест (полезная нагрузка) 5 и 400 кг.

Масса снаряжённого автомобиля M_o, кг 84,30

Полная масса автомобиля M_a, кг 6860

Габаритные размеры автомобиля, мм:

длина 4116

ширина, B_a 1611

высота, H 1425

Коэффициент аэродинамического сопротивления

автомобиля, C_x 0,93

Размер шин 205/55R16

Радиус колеса статический r_стат, м 0,4743

Момент инерций колес автомобиля J_к, кг*м² 0,716

Масса автомобиля, приходящаяся на его ведущие колеса в нагруженном

состоянии. m_сц, кг 6860

Площадь миделя S_к, м² 1,81

Коэффициент обтекаемости 0,275

Двигатель

Модель Subaru Legacy B4 без ограничителя числа оборотов коленчатого вала

Тип Карбюраторный, 4-ми цилиндровый

Максимальная мощность при частоте

вращения коленчатого вала

n_e=3200 мин^-1, N_e кВт 84,5

Максимальная мощность НЕТТО N'_e кВт 92,7

Максимальный крутящий момент при

частоте вращения коленчатого вала

n_e=3300 мин^-1, M_e Н*м 186

Максимальный момент НЕТТО M'_e Н*м 167,4

Момент инерции деталей двигателя J_м, кг*м² 0,127

Минимальный удельный расход топлива g_min, г/кВт*ч 313

Трансмиссия

Коробка передач Автомат, четырехступенчатая.

Передаточное число главной передачи U_r 5,95

Передаточное число коробки передач,

U₁=3,25 U₃=1,29 U₄=1,71

U₂=1,99

КПД=0.932

2 Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя

Внешняя скоростная характеристика. Она представляет собой зависимость эффективной мощности - N_e, кВт; эффективного крутящего момента - M_e, Нм; удельного расхода топлива - g_e, г/кВтч; часового расхода топлива - G_T, кг/ч, от частоты вращения коленчатого вала n_e, мин^-1, при установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.

Определение текущего значения эффективной мощности от частоты вращения коленчатого вала двигателя, производится по эмпирической зависимости, предложенной С.Р. Лейдерманом, кВт

(2.1)

где N_{e max} - максимальная эффективная мощность двигателя, кВт;

n_e - текущая частота вращения, мин^-1;

n_N - частота вращения при максимальной мощности, мин^-1.

Коэффициенты а и b, зависящие от типа и конструкции двигателя приведены в таблице 1.

Определяем значения наименьшей устойчивой - n_{e min}, и максимальной - n_{e max}, частот вращения коленчатого вала двигателя. Наименьшую, устойчивую частоту вращения коленчатого вала бензинового двигателя, следует принимаем равной - n_{e min} = 0,07 n_N мин^-1.

n_{e min}=0,07*3200=416 мин^-1.

Максимальную частоту вращения коленчатого вала бензинового двигателя следует принимаем равной - n_{e mах} = 1,2 n_N мин^-1.

n_{e mах} = 1,2*3200 =3840 мин^-1.

Таблица 1. - Коэффициенты а и b

Тип двигателя	Коэффициент
	А	B
Бензиновый	1	1

N_e416min = 84,5* (1*(416/3200)+1·(416/3200)² - (416/3200)³)= 12,23 кВт,

N_e3840max = 84,5* (1*(3840/3200)+1*(3840/3200)² - (3840/3200)³)= 77,06 кВт.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 2.

С целью облегчения расчетов, полученные значения n_{e min} и n_{e max} округляем до ближайшей сотни мин^-1.

n_{e min}=416 мин^-1.

n_{e mах}=3840 мин^-1.

Для определения мощности НЕТТО воспользуемся выражением, кВт

N_e = 0, 9 N_e (2.2)

N_e416min = 0, 9*12,23= 11,0 кВт,

N_e3840max = 0, 9*77,06= 69,36 кВт.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 2.

Еще одним неотъемлемым графиком внешней скоростной характеристики двигателя является график зависимости эффективного крутящего момента двигателя М_e = f(n_e). Для расчета графика эффективного крутящего момента используем выражение вида, Нм

(2.3)

M_e416min = 9530*(12,23/416) = 281 Нм,

M_e3840max = 9530*(77,06/3840) = 192Нм.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 2.

Аналогично с мощностью, часть эффективного крутящего момента двигателя - M_e затрачивается на привод навесного вспомогательного оборудования, и лишь оставшаяся его часть, так называемый крутящий момент НЕТТО - М_e , используется для движения автомобиля. Поскольку вышеназванные потери момента составляют примерно 10 - 15%, то для определения крутящего момента двигателя НЕТТО воспользуемся выражением, Нм

М_e = 0,9 М_e (2.4)

М_e416min = 0,9*281= 253 Нм,

М_e3840max = 0,9*192= 172 Нм.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 2. Еще одним графиком внешней скоростной характеристики двигателя является график зависимости удельного расхода топлива двигателя g_e = f(n_e). Для расчета удельного расхода топлива бензиновых двигателей используют эмпирическую зависимость вида, г / кВтч

(2.5)

где g_{e min} - минимальный удельный расход топлива, г / кВтч.

g_e416min = 313 *(1, 2-1, 2*(416/3200)+(416/3200)²)= 332 г. / кВтч,

g_e3840max = 313 *(1, 2-1, 2*(3840/3200)+(3840/3200)²)= 376 г. / кВтч.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 2.

Последним из графиков внешней скоростной характеристики двигателя является график часового расхода топлива. Для построения используют полученные значения удельного часового расхода топлива и выражение вида, кг/ч

(2.6)

G_T416min = (332*84,5)/600 = 28,06 кг/ч,

G_T3840max = (376*84,5)/600 = 31,74 кг/ч.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 2.

Далее, на основе результатов расчетов таблицы 2, строят графики внешней скоростной характеристики двигателя.

Таблица 2. - Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

Значения частот вращения ne, мин-1	Ne, кВт	Ne», кВт	Me, Нм	Me», Нм	Ge, г/кВтчас	Gt, кг/час
416	12,23	11,71	281	253	332	28,06
600	32,08	28,87	306	276	289	24,40
2000	65,19	58,67	311	280	263	22,23
3000	83,86	75,47	267	240	299	25,23
3840	77,06	69,36	192	172	376	31,74

Типовые графики внешней скоростной характеристики двигателя с ограничителем частоты вращения коленчатого вала представлены на рисунке 1.



РРис. 1 - Параметры внешней скоростной характеристики двигателя

3 Тяговый баланс автомобиля

Тяговый баланс автомобиля - это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах F_к, Н (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению F_f, Н и воздуха F_w, Н, от скорости движения автомобиля V_a, км/ ч.

Графики сил тяги на колесах автомобиля - F_к = f (V_a) строят для всех ступеней - в основной коробке передач.

Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи - F_к производится по формуле, Н

(3.1)

где _ТР - коэффициент полезного действия трансмиссии;

U_ТР - передаточное число трансмиссии;

r_к - радиус качения колеса, м.

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется как произведение

U_ТР = U_КПП U_ГП (3.2)

где U_КПП - передаточное число коробки перемены передач;

U_ГП - передаточное число главной передачи.

U_ТР1 = 6,56*10,1745 = 38,9664,

U_ТР2 = 3,09*10,1745 = 13,1325,

U_ТР3 = 1,71*10,1745 = 10,1745,

U_ТР4 = 1*10,1745 = 5,95.

При расчетах радиусов качения колес, в качестве исходных данных, используют статический радиус - r_СТАТ. При этом следует учитывать, что радиус качения r_к обычно несколько больше статического и определяется индивидуально для диагональных и радиальных шин.

Радиус качения колеса с радиальной шиной, м

r_к = 1,02 r_СТАТ (3.3)

r_к = 1,02*0,4743 = 0,4743 м.

КПД трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение

(3.4)

Часть мощности при этом затрачивается на преодоление сил трения в зацеплениях зубчатых шестерен коробки передач, главных передачах ведущих мостов, в карданных шарнирах и шлицах, подшипниках и сальниках, расходуется на взбалтывание масла и на его разбрызгивание. Поэтому мощность N_к - подводимая к ведущим колесам автомобиля, меньше мощности развиваемой двигателем - N_e' на величину вышеперечисленных потерь - N_ТP. Таким образом, величина N_ТP - учитывает два вида потерь мощности: потери, вызванные наличием трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах, подшипниках, а также гидравлические потери. Причем, потери мощности на преодоление трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах и подшипниках пропорциональны моменту, передаваемому трансмиссией.

Для упрощения расчетов определим КПД трансмиссии с учетом потерь на трение

_тр. = 0,99^К 0,98^L 0,515101^M (3.5)

где K - число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на -той передаче и число карданных шарниров;

L - число пар конических шестерен;

M - число пар гипоидных шестерен. Принимаем _тр. =0,88.

Расчеты зависимостей силы тяги на колесах автомобиля, от его скорости F_к = f(V_a), выполняют с использованием выражения (3.1). При этом, значения крутящего момента двигателя НЕТТО - М_e' берутся из таблицы 2 внешней скоростной характеристики двигателя для каждого значения частоты вращения n_e коленчатого вала.

На 1-ой передаче

F_k416= (253 *0,88*38,9664)/0,4743 = 18264 Н.

На 2-ой передаче

F_k416= (253*0,88*13,1325)/ 0,4743 = 6156 Н.

На 3-ей передаче

F_k416= (253*0,88*10,1745)/ 0,4743 = 4769 Н.

На 4-ой передаче

F_k416= (253*0,88*5,95)/ 0,4743 = 2789 Н.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 3.

Причем, для тех же значений частот вращения n_e, рассчитывают скорость движения автомобиля на всех передачах по формуле, км/ ч

(3.6)

На 1-ой передаче

V_a416min = 0,377*(0,474368*416/38,9664) = 7,31 км/ч.

На 2-ой передаче

V_a416min = 0,377*(0,474368*416/13,1325) = 5,66 км/ч.

На 3-ей передаче

V_a416min = 0,377*(0,474368*416/10,1745) = 7,31 км/ч.

На 4-ой передаче

V_a416min = 0,377*(0,474368*416/5,95) = 12,5 км/ч.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 3.

Далее, определяют силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию, используя выражение, Н

(3.7)

где m_a - для условий данной курсовой работы, это масса полностью загруженного автомобиля, кг.

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

f - коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса.

Величина коэффициента сопротивления качению колеса - f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем.

(3.8)

где f ₀ - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону, принимаем f ₀ = 0,018.

По асфальтобетону

f₀ = 0,018 (1+0²/20000) = 0,018,

f₃₀ = 0,018 (1+30²/20000) = 0,018019,

f₆₀ = 0,018 (1+60²/20000) = 0,018076,

f₉₀ = 0,018 (1+90²/20000) = 0,018171.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 4.

F_f0 = 0,018*6860*9,81 =1211 H,

F_f30 = 0,018019*6860*9,81 = 1266 H,

F_f60 = 0,018076*6860*9,81 =1429 H,

F_f90 = 0,018171*6860*9,81 =1702 H.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 4.

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида, Н

(3.9)

где К_в - коэффициент обтекаемости формы автомобиля;

V_a - скорость автомобиля, км/час;

S_x - площадь МИДЕЛЯ - площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, м².

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления Сх можно легко определить значение коэффициента обтекаемости Кв по выражению, кг/м³

Кв = 0,5 Сх в (3.10)

где в-плотность воздуха, кг/м³, принимаем в = 1,225.

Кв = 0,5*0,64*1,225 = 0,392 кг/м³.

Для нахождения площади миделя автомобиля S_x воспользуемся выражением

для легковых автомобилей, м²

S_x =0,78* В_а * Н (3.11)

где В_а - наибольшая ширина автомобиля, м;

Н - наибольшая высота автомобиля, м.

S_x = 0,78*1,94*2,952= 5,72688 м².

F_w0 = 0,275*1,9*(0/3,6)² = 0 Н,

F_w30 = = 0,275*1,9*(30/3,6)² = 156 Н,

F_w60 = = 0,275*1,9*(60/3,6)² = 624 Н,

F_w90 = = 0,275*1,9*(90/3,6)² = 1403 Н.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 4.

Графики суммарных сил сопротивления движению, строят для случаев разгона автомобиля с полной нагрузкой для 2-х типов дорог (таблица 4).

Массу человека принимают равной 70 кг.

Рассчитанные значения сил сопротивления движению заносят в таблицу 4.

Значение максимального значения скорости - V_{a max} выбирают таким, чтобы оно было примерно на 10% больше наибольшего значения скорости, определенного для высшей передачи и находящегося в таблице 3.

График тягового баланса строят на основе данных, таблиц 3 и 4. Значение коэффициента сцепления = 0,8 - сухой асфальтобетон.

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле, Н

F_сц = m_к g (3.12)

где m_k - масса автомобиля, приходящаяся на его ведущие колеса.

Таблица 3. - Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на . - й передаче

Значения частот вращения ne, мин-1	Me», Нм	Fk1, Н	Fk2, Н	Fk3, Н	Fk4, Н	Va1, км/ ч	Va2, км/ ч	Va3, км/ ч	Va4, км/ ч
416	253	18264	6156	4769	2789	7,31	5,66	7,31	12,50
1000	276	19934	6718	6718	3044	4,59	13,62	17,57	30,05
2000	280	20254	6826	6826	3093	9,18	27,23	35,15	60,10
3000	240	17370	5854	5854	2652	13,77	40,85	52,72	90,16
3840	172	12471	4203	4203	1904	17,62	52,29	67,49	115,40

Таблица 4. - Значения сил сопротивления движению автомобиля

Значения скорости, км/ч	fасф	Ffасф, Н	Fw, Н	Ffасф+Fw, Н
0	0,018	1211	0	1211
30	0,018019	1266	156	1422
60	0,018076	1429	624	2053
90	0,018171	1702	1403	3105
115	0,029903	2012	2291	4303

Рисунок 3. - Тяговый баланс

4 Динамический фактор автомобиля

Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля и графика контроля буксования его колес. Динамический фактор автомобиля дает представление о динамических свойствах автомобиля при заданных дорожных условиях и нагрузке автомобиля.

Динамическая характеристика - это зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения D = f(V_a). Графики динамического фактора строят для тех же условий движения, что и графики тягового баланса, т.е. для каждой передачи . При наличии на двигателе ограничителя (или регулятора) частоты вращения коленчатого вала, графики зависимостей D = f(V_a), строят с учетом их работы. Динамическим фактором D автомобиля называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля

(4.1)

На 1-ой передаче

D_416min= (18264 - 0,63)/6860*9,81 = 0,27

На 2-ой передаче

D_416min= (6156 - 5,56)/6860*9,81 = 0,04

На 3-ей передаче

D_416min= (4769 - 9,26)/ 6860*9,81 = 0,07

На 4-ой передаче

D_416min= (2789 - 27,07)/ 6860*9,81 = 0,04

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 5.

На графике динамической характеристики показывают также зависимость суммарного коэффициента сопротивления дороги = f(V_a), который в случае разгона автомобиля на ровной, горизонтальной поверхности дороги численно равен коэффициенту сопротивления качению

= f + tg (4.2)

где - угол подъема дороги, принимаем = 0.

По асфальтобетону

₄₁₆ = 0,018*(1+7,31²/20000) = 0,018003;

₁₀₀₀ = 0,018*(1+17,57²/20000) = 0,018019;

₂₀₀₀ = 0,018*(1+35,15²/20000)= 0,018076;

₃₀₀₀ = 0,018*(1+52,72²/20000)= 0,018171.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 6.

С изменением веса автомобиля динамический фактор изменяется, и его можно определить по формуле

(4.3)

Чтобы не пересчитывать при каждом изменении нагрузки автомобиля величину D, динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, которую строят следующим образом. Ось абсцисс динамической характеристики продолжают влево и на ней откладывают отрезок произвольной длины. На этом отрезке, наносят шкалу Н нагрузки автомобиля в или указывают число пассажиров. В начале этой шкалы помещают новую шкалу динамического фактора D_o, для автомобиля в снаряженном состоянии.

Масштаб для шкалы D_o определяют по формуле

(4.4)

где а_а - масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой;

m_o - собственная масса автомобиля в снаряженном состоянии, с учетом массы водителя.

Масса автомобиля в снаряженном состоянии 800 кг

a_{0 =} 40*(84,30/6860) = 28,81.

Равнозначные деления шкал D_o и D_a соединяют прямыми линиями.

На графике динамической характеристики должны быть определены и отмечены два значения максимальных скоростей движения автомобиля V_amax на дороге с асфальтобетонным покрытием для двух высших передач.

Таблица 5. - Значения параметров динамического фактора автомобиля на -той передаче

Значения частот вращения ne	Va1, км/ ч	Fk1, Н	Fw1, Н	D§ 1	Va2, км/ ч	Fk2, Н	Fw2, Н	D§ 2	Va3, км/ ч	Fk3, Н	Fw3, Н	D§ 3	Va4, км/ ч	Fk4, Н	Fw4, Н	D§ 4
416	1,91	18264	0,63	0,27	5,66	6156	5,56	0,09	7,31	4769	9,26	0,07	12,50	2789	27,07	0,04
1000	4,59	19934	3,65	0,30	13,62	6718	32,11	0,10	17,57	6718	53,50	0,10	30,05	3044	156,44	0,04
2000	9,18	20254	14,59	0,30	27,23	6826	128,46	0,10	35,15	6826	214,00	0,10	60,10	3093	625,77	0,04
3000	13,77	17370	32,83	0,26	40,85	5854	289,03	0,08	52,72	5854	481,51	0,08	90,16	2652	1407,98	0,02
3840	17,62	12471	53,79	0,18	52,29	4203	473,54	0,06	67,49	4203	788,90	0,05	115,40	1904	2306,84	-0,01
416	1,91	18264	0,63	0,27	5,66	6156	5,56	0,09	7,31	4769	9,26	0,07	12,50	2789	27,07	0,04
1000	4,59	19934	3,65	0,30	13,62	6718	32,11	0,10	17,57	6718	53,50	0,10	30,05	3044	156,44	0,04
2000	9,18	20254	14,59	0,30	27,23	6826	128,46	0,10	35,15	6826	214,00	0,10	60,10	3093	625,77	0,04

Рисунок 4 - Динамический паспорт автомобиля

5 Характеристика ускорений автомобиля

Указанные зависимости строят для случая разгона полностью загруженного автомобиля, на ровной горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием. При наличии на двигателе ограничителя (или регулятора) частоты вращения коленчатого вала, графики зависимостей j_a = f(V_a), строят с учетом их работы.

Величину ускорений при разгоне автомобилей рассчитывают из выражения, м/с²

(5.1)

где - коэффициент суммарного дорожного сопротивления ( = f);

_вр - коэффициент учитывающий инерцию вращающихся масс при разгоне автомобиля.

На 1-ой передаче

J_a416min= ((0,27-0,018003)/ 1,025738)*9,81 = 2,423378 м/с²

На 2-ой передаче

J_a416min= ((0,09-0,018029)/ 1,004376)*9,81 = 0,716495 м/с²

На 3-ей передаче

J_a416min= ((0,07-0,018048)/ 1,003282)*9,81 = 0,515101 м/с²

На 4-ой передаче

J_a416min=((0,04-0,018141)/ 1,002201)*9,81 = 0,224146 м/с².

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 7.

Коэффициент _вр рассчитывают по формуле

(5.2)

где J_м, - момент инерции маховика и разгоняющихся деталей двигателя, кг/м²;

J_к - момент инерции всех колес автомобиля, кг/м²;

n - общее число колес автомобиля, всего 4 колеса.

На 1-ой передаче

д_вр = 1+((0,118*38,9664^2)*0,88+0,716*4)/(6860*0,4743^2)= 1,025738

На 2-ой передаче

д_вр =1+((0,118*13,1325^2)*0,88+0,716*4)/(6860*0,4743^2)= 1,004376

На 3-ей передаче

д_вр =1+((0,118*10,1745^2)*0,88+0,716*4)/(6860*0,4743^2) = 1,003282

На 4-ой передаче

д_вр =1+((0,118*5,95^2)*0,88+0,716*4)/(6860*0,4743^2)= 1,002201

Таблица 6. - Значения ускорений, действующих при разгоне автомобиля на -той передаче

Значения частот вращения ne	?1	?2	?3	?4	D§ 1-?1	D§ 2-?2	D§ 3-?3	D§ 4-?4	ja1, м/с2	ja2, м/с2	ja3, м/с2	ja4, м/с2
416	0,018	0,018	0,018	0,018	0,25	0,07	0,05	0,02	2,42	0,72	0,52	0,22
1000	0,018	0,018	0,018	0,019	0,28	0,08	0,08	0,02	2,66	0,79	0,79	0,24
2000	0,018	0,019	0,019	0,021	0,28	0,08	0,08	0,02	2,70	0,79	0,77	0,15
3000	0,018	0,020	0,021	0,025	0,24	0,06	0,06	-0,01	2,29	0,62	0,58	-0,07
3840	0,018	0,020	0,022	0,030	0,17	0,03	0,03	-0,04	1,59	0,34	0,28	-0,35

Рисунок - 5. Характеристика ускорений автомобиля

6 Характеристика времени и пути разгона автомобиля

Характеристика разгона представляет собой зависимости времени t = f(V_a), c и пути S = f(V_a), м, разгона полностью загруженного автомобиля, на отрезке ровного, горизонтального шоссе с асфальтобетонным покрытием. Для определения времени разгона воспользуемся графиком зависимости j_a = f(V_a).

Зная, что

(6.1)

(6.2)

(6.3)

Следовательно, время разгона автомобиля от одного известного значения скорости V_{a 1}, до любого другого искомого значения - V_{a 2}, можно определить методом интегрирования величин обратных ускорений по скорости, c

(6.4)

Интегрирование этого выражения проводится графическим методом. Предполагается, что в очень малом интервале скоростей V_i = V_i - V_i-1 движение автомобиля является равноускоренным. Величину интервала скоростей V_i для легковых автомобилей и автобусов выбирают равной 5 км/час. При этом ускорение движения автомобиля на интервале скоростей интегрирования, равно полусумме ускорений в начале и конце интервала. Время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину V_i, определяется по закону равноускоренного движения, с

(6.5)

Дt₁= 2*5.46/3,6*(0+2,423378) = 1,27 c,

Дt₂= 2*4.54/3,6*(2,423378+2.54) = 0,51 c,

Дt₃= 2*5/3,6*(2.54+2.64) = 0,54 c

Дt₄= 2*5/3,6*(2.64+2.68) = 0,52 c.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 8.

Суммарное время разгона автомобиля на заданной передаче от минимальной скорости V_{a min} до максимальной скорости V_{a max} находят суммированием времени разгона на интервалах, c

(6.6)

где q - общее число интервалов.

t = Дt₁+ Дt₂+ Дt₃+ Дt₄+ … + Дt_n, (6.7)

t = 0.45+ 0.09 + 0.51 + 0.49 + … + Дt_n.= t c.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 7.

Время переключения передач у легковых автомобилей следует принять равным 2 секунде.

Во время переключения передач скорость движения автомобиля принимается постоянной.

При определении пути разгона автомобиля вспомним, что

(6.8)

(6.9)

поэтому путь разгона автомобиля находят интегрированием скорости автомобиля по времени, м

(6.10)

Интегрирование данного выражения тоже выполняют графическим методом, используя результаты расчетов времени разгона (таблица 6).

При равноускоренном движении в интервале скоростей V_i = V_i - V_i-1 путь, проходимый автомобилем, м

S_i = (V_срt) / 3,6 (6.11)

S_i = (0,5 (V_i-1 + V_i) t_i) / 3,6 (6.12)

S_i = (V_i-1 + V_i) t_i / 7,2 (6.13)

S₁ = 5,46*1,27 / 7,2 = 1,70 м,

S₂ = 15,46*0,51 / 7,2 = 2,13 м,

S₃ = 25*0,54 / 7,2 = 2,35 м,

S₄ = 35*0,52 / 7,2 = 4,83 м.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 7.

Путь, проходимый автомобилем при его разгоне, от минимальной скорости V_{a min} = 0 до максимальной - V_{a max}, находят суммированием расстояний S_i на интервалах, м

(6.14)

где q - общее число интервалов.

S = ДS₁+ ДS₂+ ДS₃+ ДS₄+ … + ДS_n, (6.15)

S = 0,26 + 0,11 + 1,06 + 1,7 + … + ДS_n=S м.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 7.

При выполнении расчетов следует помнить, что путь и время разгона автомобиля до максимальной скорости стремятся к бесконечности. Поэтому, расчеты следует выполнять до значений скорости, составляющих 0,95 V_{a max}.

Таблица 7. - Значения времени и пути разгона автомобиля

Значения частот вращения ne	ДV, км/ ч	ji-1, м/с2	ji1, м/с2	Дt, с	T, с	Дs, м	S, м
0-7,31	7,697	0,000	2,4233788	1,597	1,597	1,707	1,707
7,31-17,57	2,876	2,4233788	2,761	0,294	1,890	0,431	2,138
17,57-35,15	17,573	2,761	2,954	1,028	1,322	1,920	2,351
35,15-52,72	17,573	2,954	2,974	0,991	2,019	2,910	4,830
52,72-42,29	17,573	2,974	2,822	1,013	2,004	2,976	5,886
42,29-52,87	17,573	2,822	2,497	1,104	2,118	3,244	6,220
52,87-63,44	17,573	2,497	1,999	1,307	2,411	3,838	7,081
63,44-68,98	7,613	1,999	1,610	1,172	2,479	2,960	6,798
68,98-71,05	2,073	1,610	1,410	0,381	1,553	0,513	3,473
71,05-95,3	24,244	1,410	1,030	5,475	5,856	20,012	20,525
95,3-114,36	19,059	1,030	0,560	6,577	12,052	39,555	59,567
114,36-117,319	13,723	0,560	0,290	8,969	15,546	40,837	80,392
117,319-128	10,213	0,290	0,000	19,565	28,534	65,042	105,879

Рисунок 6. - Характеристика разгона по пути и времени

7 Мощностной баланс автомобиля

Мощностной баланс автомобиля представляет собой совокупность зависимостей мощностей на ведущих колесах автомобиля N_К = f(V_a), кВт, для всех передаточных чисел трансмиссии, мощностей сопротивления дороги N = f(V_a), кВт, и воздуха N_w=f(V_a), кВт, от скорости движения , км/ч.

Определим мощность, приведенную от двигателя к колесам автомобиля, на каждой - той передаче, с учетом потерь в трансмиссии, кВт

N_к = N_{е ТР} (7.1)

N_к416min = 11,00*0,88= 9,684104 кВт.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 8.

Определим мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха, кВт

(7.2)

N_w0 = (0*274)/3600 = 0 кВт,

N_w10 = (30*308)/3600 = 1,299153 кВт,

N_w20 = (60*411)/3600 = 10,39323 кВт,

N_w30 = (90*1702)/3600 = 35,07714 кВт.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 9.

Определим мощность суммарного сопротивления дороги из выражения

(7.3)

где F = F_f + F, причем F - сила, затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема.

Поскольку расчет мощностного баланса ведется для случая разгона полностью загруженного автомобиля на ровной горизонтальной опорной поверхности дороги (F = 0), выражение учитывает только силу сопротивления качению F_f.

По асфальтобетону

N_{Ff1 0}= (1211*0)/3600 = 0 кВт,

N_{Ff1 300}= (1266*10)/3600 = 0,705 кВт,

N_{Ff1 60}= (257,56*20)/3600 = 1,431 кВт,

N_{Ff1 90}= (1702*30)/3600 = 2,199 кВт.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 9.

При наличии на двигателе ограничителя (или регулятора) частоты вращения коленчатого вала, графики зависимостей N_К = f(V_a), строят с учетом их работы.

Таблица 8. - Значения мощности на колесах автомобиля на - й передаче

Значения частот вращения ne	Va1, км/ ч	Va2, км/ ч	Va3, км/ ч	Va4, км/ ч	Nk, кВт
416	1,91	5,66	7,31	12,50	11,00
1000	4,59	13,62	17,57	30,05	28,87
2000	9,18	27,23	35,15	60,10	58,67
3000	13,77	40,85	52,72	90,16	75,47
3840	17,62	52,29	67,49	115,40	69,36

Таблица 9. - Значения мощности, затрачиваемой автомобилем на сопротивление движению

Значения скорости	Ff, Н	Nw, кВт	Nf, кВт	Nw+Nf, кВт
0	274	0	0	0
30	308	1,2991536547	1,2991536547	8,553094
60	411	10,39323413	10,39323413	22,80825
90	1702	35,07714377	35,07714377	48,46753
200	821	45,6165	45,6165	91,233
230	1129	78,40336	78,40336	156,8067
285	1385	109,6663	109,6663	219,3327

Рисунок 7. - Мощностной баланс автомобиля

8 Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости автомобиля Q_s = f (V_a) Этот график характеризует топливную экономичность автомобиля при его движении с постоянной скоростью и позволяет определить расход топлива при известных значениях этой скорости V_a и суммарной мощности сопротивлений дороги N и воздуха N_w.

Расчет топливно-экономической характеристики ведется на основе тягового баланса автомобиля, функции зависимости удельного расхода топлива g_e= f(n_e)

Сначала рассчитывается часовой расход топлива по формуле, кг/ч

(8.1)

где g_e - функция зависимости удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя, г/кВтч;

N+ N_w - суммарная мощность сопротивления движению автомобиля, кВт;

K_u - коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива - g_e в зависимости от коэффициента использования мощности двигателя U.

Коэффициентом использования мощности двигателя U называется отношение мощности сопротивления движению автомобиля, приведенной к двигателю (N+ N_w)/_ТР, к мощности НЕТТО двигателя N_e' при максимальной подаче топлива и заданной частоте вращения n_e коленчатого вала двигателя. Для нахождения численных значений коэффициента использования мощности двигателя U, рассмотрим пример представленный на рисунке 8, поясняющий роль этого важного параметра в формировании путевого расхода топлива. Чтобы автомобиль мог двигаться с постоянной скоростью V_x, необходимо преодолевать мощность сопротивлений движению (N+ N_w)/_ТР. Графически она равна ординате АВ. Если включена четвертая передача, то для движения со скоростью V_x водитель вынужден ограничить подачу топлива до тех пор, когда частичная мощностная характеристика двигателя N_eIV будет равна мощности сопротивлений движению (N+ N_w)/_ТР. Графики N_eIV и (N+ N_w)/_ТР пересекутся в точке «В». При этом, коэффициент использования мощности двигателя U будет определен из отношения ординат АВ/АС

(8.2)

По асфальтобетону

На 3-ой передачи

U_416min= (1.04+0,034)/7,34*0,904 = 0,147,

U₆₀₃₆= (12,239+21,849)/49,36*0,904 = 0,816.

На 4-ой передачи

U_416min= (1,43+0,086)/7,34*0,922 = 0,048,

U₄₇₅₃= (18,36+26,836)/49,48*0,922 = 0,959.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 12.

Численные значения коэффициента K_u при известных величинах коэффициентов использования мощности двигателя U рассчитываются с помощью эмпирических формул

- для бензинового двигателя

(8.3)

По асфальтобетону

На 3-ой передачи

K_u416min= 4,4244*(0.147)²-7,0872*0.147+3,6817 = 2,733,

K_u6036= 4,4244*(0,816)²-7,0872*0,816+3,6817 = 0,624.

На 4-ой передачи

K_u416min= 4,4244*(0,048)²-7,0872*0,048+3,6817 = 2,399,

K_u4753= 4,4244*(0,959)²-7,0872*0,959+3,6817 = 0,955.

Остальные значения рассчитываем аналогично и заносим в таблицу 10.

По асфальтобетону

На 3-ой передачи

G_T416min=(325.8*2.733*(1.04+0.034))/600*0.904= 0,963 кг/ч,

G_T6036= (340.18*0.624*(12,239+21.849))/600*0,88 = 11,566 кг/ч.

На 4-ой передачи,

G_T416min=(325.8*2.399*(1.43+0.086))/600*0,88 = 1,193 кг/ч,

G_T4753=(281.98*0.955*(18.36+26.836))/600*0,88 = 12,777 кг/ч.

Значения путевого расхода топлива определяют по выражению, л/60 км

(8.4)

где _Т - плотность топлива, г/см³.

_Т = 0,73.

По асфальтобетону

На 3-ой передачи

Q_S416min= (60*0.963)/28,06*0,73 = 8.959 л/60 км,

Q_S6036= (60*11.566)/127*0,73 = 12.477 л/60 км.

На 4-ой передачи

Q_S416min= (60*1.193)/20.03*0,73 = 6.85987 л/60 км,

Q_S4753= (60*12.777)/313*0,73 = 12.87 л/60 км.

Рисунок 8. - Топливно-экономическая характеристика автомобиля

9 Расчет сцепления

Выбираем, коэффициент запаса сцепления исходя из типа автомобиля и условий работы, таблица 9

Таблица 9. - Зависимость коэффициента запаса сцепления от типа автомобиля и условий работы

Автомобиль	Условия работы	Коэффициент запаса сцепления
Легковой автомобиль	Норма	1,4ч1,7

Принимаем коэффициент запаса сцепления для автопогрузчика = 1,5.

Определяем необходимый момент трения сцепления

(9.1)

М_с = 1,5·219 = 329 Нм.

Определяем однодисковое или двухдисковое сцепление будем рассчитывать. Критерием выбора сцепления является передаваемый крутящий момент. Однодисковое сцепление, применяют, если передаваемый крутящий момент не превышает 800 Нм, при передаче крутящего момента большей величины используют двухдисковое сцепление.

По расчетам момент трения сцепления составляет 378 Нм, следовательно, рассчитываем однодисковое сцепление, т.е. число пар поверхностей трения = 2.

Определяем средний радиус фрикционной накладки, для этого выбираем наружный и внутренний диаметры фрикционного диска. Наружный диаметр фрикционной накладки определяем по эмпирической формуле, мм

(9.2)

где А - коэффициент режима включения сцепления.

Принимаем коэффициент режима включения сцепления А = 3,6.

= 216 мм.

Внутренний диаметр фрикционного диска сцепления ориентировочно выбирается из условия

= 0,5ч0,75 (9.3)

Ориентируясь на ассортимент выпускаемой промышленностью фрикционных накладок, выбираем из следующего размерного ряда, мм: 170/172; 186/128; 254/90; 225/90; 260/164; 300/164; 342/186; 352/185; 381/203.

Из данного ряда выбираем фрикционный диск сцепления 225/90, и определяем средний радиус, м

. (9.4)

= 93,75 мм = 0,938 м.

Определяем площадь поверхности трения диска сцепления с учетом площади необходимой для крепления фрикционной накладки с помощью заклепок, м²

(9.5)

= 0,021 м².

Определяем давление на фрикционные накладки, Па

(9.6)

где µ - коэффициент трения накладок.

Коэффициент трения фрикционной накладки о чугун находится в диапазоне от 0,25 до 0,4. Принимаем µ = 0,3.

= 277576 Па.

Определяем суммарное нажимное усилие создаваемое нажимными пружинами, Н

(9.7)

=0,021*277576=5445,97 Н.

Тогда усилие создаваемое нажимной пружиной, Н

(9.8)

=974,328 Н.

Определяем диаметр проволоки пружины, мм

, (9.9)

где - диаметр навитой пружины. Из конструктивных соображений принимаем =26 мм = 0,026 м;

- коэффициент, учитывающий влияние на прочность кривизны витка

пружины, = 1,2ч1,4. Принимаем=1,3.

- максимальная деформация пружины;

- ход пружины. Для обеспечения полного выключения сцепления,

при полном нажатии на педаль необходимо чтобы образовался зазор с обеих сторон ведомого диска от 0,8 до 1,4 мм. Принимаем ход пружины = 0,0025 м.

- коэффициент, учитывающий соотношение максимальной

деформации пружины к ходу пружины, 7ч10, Принимаем = 7;

- допускаемое касательное напряжение, для стали 65Г составляет 710⁸ ч 910⁸ Па. Принимаем = 710⁸ Па.

= 0,0057 м 5,7 мм.

Определяем число рабочих витков пружины

(9.10)

где - модуль упругости второго рода, для стали = 810⁴ МПа;

= 7,3105206 7,31.

Определяем предварительное сжатие пружины, мм

(9.11)

= 0,0123952 м 12,4 мм.

Максимальное усилие сжатия пружины, Н

(9.12)

= 1171 Н.

Определяем наибольшие напряжения в пружине при выключении сцепления

(9.13)

= 464677122 Па 465 МПа .

Свободная длина пружины

(9.14)

= (7,311+2)0,0057+0,0124+0,0025+0,003 = 0,0605 м 61 мм.

Размещено на Allbest.ru

Литература

1. Федотов А.И. Автомобили: учеб. пособие по курсовому проектированию / А.И. Федотов, А.В. Бойко; Иркут. гос. техн. ун-т. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, Б.г. 2010 - Ч. 2 Основы конструкций и расчета автотранспортных средств в примерах и задачах. - Б.м.: Б.и., 2010. - 44 с.

2. Федотов А.И. Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий: курс лекций для специальности 190603 «Сервис трансп. и технол. машин и оборудования (автомобил. трансп.)» / А.И. Федотов; Иркут. гос. техн. ун-т, Каф. автомобил. трансп. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007 - Ч. 1. - Б.м.: Б.и., 2007. - 147 с.

3. Федотов, А.И. Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей: учеб. пособие для вузов по специальности 190603 «Сервис трансп. и технол. машин и оборудования (автомобил. транп.)» / А.И. Федотов, А.М. Зарщиков; под общ. ред. А.И. Федотова; Иркут. гос. техн. ун-т, Каф. «Автомобил. трансп.». - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 335 с.

4. Федотов А.И. Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий (автомобильный транспорт): учеб. пособие для специальностей 190601 - «Автомобили и автомобил. хоз-во»… / А.И. Федотов, А.М. Зарщиков, И.М. Григорьев; Иркут. гос. техн. ун-т. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008-Ч. 1. - Б.м.: Б.и., 2008. - 108 с.

5. Вахламов, В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета: учеб. для вузов по специальности «Автомобили и автомобил. хоз-во»… / В.К. Вахламов. - М.: Академия, 2006. - 478 с.

6. Вахламов, В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета: учеб. для вузов по специальности «Автомобили и автомобил. хоз-во»… / В.К. Вахламов. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 478 с.

7. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е., Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение. 1989. - 238 с.

8. Лукин П.П. Гаспарянц Г.А. Родионов В.Ф. Конструирование и расчёт автомобиля. - М.: Машиностроение. 1984. - 376 с.