Расчет тягово-скоростных свойств автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Расчет тягово-скоростных свойств автомобиля

1.1 Выбор и анализ необходимых исходных данных

1.2 Построение тяговой характеристики автомобиля

1.3 Построение динамической характеристики автомобиля

Список использованной литературы



1. Расчет тягово-скоростных свойств автомобиля

1.1 Выбор и анализ необходимых исходных данных

В соответствии с заданием принимаем автомобиль ВАЗ-2105.

Из технической характеристики автомобиля выбираем параметры необходимые для расчета

Таблица 1 - Исходные данные

Полная масса автомобиля ma, (кг )	1395
Ширина автомобиля В, (мм)	1620
Высота автомобиля H,( мм)	1446
Максимальная мощность Nmax ,(кВт)	47,8
Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности nN (мин-1)	5600
Максимальный крутящий момент Мкmax ,( Нм)	94
Частота вращения кол.вала двигателя при nM (мин-1)	3400
Размерность шин	165/70R13
Передаточные числа КПП
1-передача	3,667
2-передача	2,1
3-передача	1,361
4-передача	1
5-передача	0,818
Передаточное число гл. передачи	4,1

При отсутствии внешней скоростной характеристики проводим ее расчет по эмпирической зависимости.

, кВт (1)

где N_еi - мощность двигателя в определяемых точках (при заданных значения частоты вращения коленчатого вала двигателя);

N_max - максимальная мощность двигателя, кВт;

n_i-частотах вращения коленчатого вала двигателя в определяемых точках;

n_N - частота вращения коленчатого вала двигателя при N_max , мин^-1;

a,b,c - эмпирические коэффициенты, зависящие
от приспособляемости двигателя по крутящему моменту и оборотам, а также от объёма и типа двигателя.

значения коэффициентов a,b и c для конкретного типа двигателя с учётом его приёмистости по крутящему моменту и частоте вращения:

;;

Для бензинового двигателя принимаем a=1, b=1, c=1.

Принимаем:

n₁ =850мин^-1

n₂ =2000мин^-1

n₃ =3000мин^-1

n₄ =4000мин^-1

n₅ =5500мин^-1

Определяем мощность двигателя в заданных точках.

=8,35 кВт

Аналогично проводим расчет для остальных значений n_i . Данные расчета заносим в таблицу 2.



Таблица 2 - Значения скорости движения автомобиля v на различных передачах в зависимости от частоты вращения вала двигателя nе

ni ,мин-1	Nе, кВт	Мк, Нм
n1=850	8,35	93,84
n2=2000	21,40	102,20
n3=3000	32,54	103,58
n4=4000	41,66	99,46
n5=5500	47,80	83,00

Определяем значение крутящего момента при заданных значениях частоты вращения по формуле:

, Нм (2)

,

Аналогично проводим расчет для остальных значений М_кi .

Данные расчета заносим в таблицу 2.

По результатам расчета строим графики внешней скоростной характеристики.

Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика

1.2 Построение тяговой характеристики автомобиля

Определяем радиус качения колеса для автомобиля ВАЗ-2105 зная размерность шин 165/70R13 по формуле:

(3)

По формуле:

, м/с (4)

рассчитываем значение скоростей на различных передачах и частотах вращения коленчатого вала.

где n_i- частота вращения коленчатого вала

- скорость движения при i-ой частоте вращения коленчатого вала

Подобным образом рассчитаем скорость автомобиля при частоте вращения коленчатого вала 850 мин^-1:

;

Аналогично проводим расчет для остальных значений V_i . Данные расчета заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Результаты расчета скорости движения автомобиля на различных передачах

№п	nмин-1	V, (м/с),(км/ч)
		1	2	3	4	5
1	850	1,53	5,50	2,67	9,60	4,11	14,81	5,60	20,15	6,84	24,64
2	2000	3,59	12,93	6,27	22,58	9,68	34,84	13,17	47,42	16,10	57,97
3	3000	5,39	19,40	9,41	33,87	14,52	52,26	19,76	71,13	24,16	86,96
4	4000	7,18	25,86	12,55	45,16	19,36	69,69	26,35	94,84	32,21	115,95
5	5500	9,88	35,56	17,25	62,10	26,62	95,82	36,22	130,41	44,28	159,42
uкп	3,667	2,1	1,361	1	0,818

Для различных значений n_{i ,} М_к, u_kп рассчитывает величину тяговой силы Р_к по формуле:

, (Н) (5)

где М_ki- крутящий момент двигателя, Нм;

u_кпi - передаточное число коробки передач (КП) на i -той передаче;

u_гп - передаточное число главной передачи;

r_k - радиус качения колеса, м;

з_тр - КПД трансмиссии;

Для ВАЗ-2105 можно принять з_m = 0,92

,

Аналогично проводим расчет для остальных значений

Данные расчета заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Значения тяговых усилий Рк на ведущих колесах автомобиля v на различных передачах в зависимости от частоты вращения вала двигателя nе

№п	nмин-1	Мк, Нм	Pk ,Н
			1	2	3	4	5
1	850	93,84	5031,11	2881,19	1867,29	1372,00	1122,29
2	2000	102,20	5479,39	3137,91	2033,67	1494,24	1222,29
3	3000	103,58	5552,94	3180,03	2060,96	1514,30	1238,70
4	4000	99,46	5332,29	3053,67	1979,07	1454,13	1189,48
5	5500	83,00	4449,71	2548,24	1651,50	1213,45	992,60
uкп	3,667	2,1	1,361	1	0,818

Далее при помощи графика силового (тягового) баланса определяем основные показатели движения автомобиля при равномерном движении по горизонтальной дороге. Для этого на полученной характеристике дополнительно строим кривые, характеризующие изменение силы сопротивления качения в зависимости от скорости движения автомобиля Р_f = f(v), и силы воздушного сопротивления Р_w = f(v). Затем сложением ординат строим суммарную силу сопротивления движению: Р_f +Р_w как функцию от скорости движения автомобиля (таблица 5).

f = f₀ (1+6,5·10^-4· v²), (6)

где f₀ =0,015 -коэф. сопротивления качения в начале движения автомобиля

f = 0,015 (1+6,5·10^-4·5,5²)=0,015

Аналогично проводим расчет для остальных значений f. Данные расчета заносим в таблицу 5.

Р_f = G_а ·f, Н ( кН) (7)

где - силы сопротивления качения, Н

- вес автомобиля, Н

,

Р_f = 13671?0,015=209,1 Н

Аналогично проводим расчет для остальных значений Р_f. Данные расчета заносим в таблицу 5.

Р_w = к_w ·F·v², Н (кН) (8)

где - силы воздушного сопротивления, Н

к_w = 0,24 -коэф. обтекаемости автомобиля

F= 2,34 - лобовая площадь автомобиля, м²

Р_w = 0,24·2,34·5,5 ²=17,01 Н (кН)

Аналогично проводим расчет для остальных значений Р_w.

Данные расчета заносим в таблицу 5.

Р_к =Р_f +Р_w, Н (кН) (9)

где - силы сопротивления качения, Н

силы воздушного сопротивления, Н

Р_к= 209,1+17,01 =226,1 Н (кН)

Аналогично проводим расчет для остальных значений Р_к. Данные расчета заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Изменение сил сопротивления качению и воздуха в зависимости от скорости движения автомобиля

v, км/ч	20	40	60	80	100	120	140	160	185
v, м/с	5,5	11,1	16,7	22,2	27,8	33,3	38,9	44,4	51,4
f = f0 (1+6,5·10-4· v2)	0,015	0,016	0,018	0,020	0,023	0,026	0,030	0,034	0,041
Рf = Gа ·f, Н (кН)	209,10	221,49	242,24	270,76	308,08	352,87	406,76	467,83	557,22
Рw = кw ·F·v2, Н (кН)	17,007	69,27	156,79	277,08	434,49	623,42	850,73	1108,31	1485,32
Рf +Рw, Н (кН)	226,11	290,76	399,03	547,83	742,57	976,29	1257,50	1576,14	2042,54

По полученной характеристике можно определить показатели движения автомобиля. Максимальную скорость v_max определяем по абсциссе точки пересечения кривых Р_f +Р_w = Р_к. Значение максимальной скорости, достигаемой автомобилем на высшей передачи. Заметим, что в этом случае, когда автомобиль движется по горизонтальной дороге (без подъемов) и без ускорения, запасы силы тяги на подъем и ускорение равны нулю. То есть данный автомобиль с такой скоростью не может преодолевать подъемы и двигаться с ускорением (разгоняться). Кроме того, если кривая Р_к проходит ниже суммарной кривой Р_f +Р_w, то автомобиль по такой дороге может двигаться только замедленно.

По данным таблицы 5 строим тяговую характеристику автомобиля.

Рисунок 2 - Тяговая характеристика автомобиля

1.3 Построение динамической характеристики автомобиля

Исходные данные:

М_А = 1395 кг - полная масса автомобиля;

з_тр = 0,92 - КПД трансмиссии автомобиля;

k_w = 0,24 - коэффициент обтекаемости автомобиля;

F = 2,34252 м2 - лобовая площадь автомобиля;

Шины модель 165/70R13 радиус качения r_к = 0,258 м .

Параметры трансмиссии (u_кп, u_гп) автомобиля приведены в таблице 1.

Динамическая характеристика автомобиля - это зависимость динамического фактора D от скорости v движения автомобиля.

Из раздела 1.2 Построение тяговой характеристики автомобиля заимствуем значения тяговых усилий Р_к на ведущих колесах и скорости v движения автомобиля на различных передачах в зависимости от частоты вращения вала двигателя n_е (таблица 4).

Используя эти данные, значения динамического фактора для каждой скорости и передачи подсчитываются по формуле:

(10)

= 0,368

Аналогично проводим расчет для остальных значений динамического фактора D. Результаты расчета заносим в таблицу 6.

Таблица 6 - Значения динамического фактора для различных скоростей движения автомобиля и передач

Таблица 6.1 - 1-ая передача

№	nе, мин-1	v, м/с	Рк, Н	Рw, Н	D
1	850	1,53	5031,11	1,31	0,368
2	2000	3,59	5479,39	7,25	0,400
3	3000	5,39	5552,94	16,32	0,405
4	4000	7,18	5332,29	29,02	0,388
5	5500	9,88	4449,71	54,86	0,321

Таблица 6.2 - 2-ая передача

№	nе, мин-1	v, м/с	Рк, Н	Рw, Н	D
1	850	2,67	2881,19	4,00	0,210
2	2000	6,27	3137,91	22,12	0,228
3	3000	9,41	3180,03	49,77	0,229
4	4000	12,55	3053,67	88,48	0,217
5	5500	17,25	2548,24	167,29	0,174

Таблица 6.3 - 3-ая передача

№	nе, мин-1	v, м/с	Рк, Н	Рw, Н	D
1	850	4,11	1867,29	9,51	0,136
2	2000	9,68	2033,67	52,67	0,145
3	3000	14,52	2060,96	118,50	0,142
4	4000	19,36	1979,07	210,66	0,129
5	5500	26,62	1651,50	398,28	0,092

Таблица 6.4 - 4-ая передача

№	nе, мин-1	v, м/с	Рк, Н	Рw, Н	D
1	850	5,60	1372,00	17,62	0,099
2	2000	13,17	1494,24	97,55	0,102
3	3000	19,76	1514,30	219,50	0,095
4	4000	26,35	1454,13	390,21	0,078
5	5500	36,22	1213,45	737,75	0,035

Таблица 6.5 - 5-ая передача

№	nе, мин-1	v, м/с	Рк, Н	Рw, Н	D
1	850	6,84	1122,29	26,33	0,080
2	2000	16,10	1222,29	145,79	0,079
3	3000	24,16	1238,70	328,03	0,067
4	4000	32,21	1189,48	583,17	0,044
5	5600	44,28	992,60	1102,56	-0,008

По данным таблицы 6 строим характеристику D = f(v) (рисунок 3).

На построенную характеристику нанести кривую изменения коэффициента сопротивления качению для асфальтовой (f₀ = 0,015) горизонтальной дороге, которую предварительно рассчитать (таблица 7) по формуле:

(11)

Таблица 7 - Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от скорости

v,км/ч	0	40	60	80	100	120	140	160
Асфальт: f0	0,015	0,015	0,015	0,015	0,016	0,016	0,016	0,016

Рисунок 3 - Динамическая характеристика автомобиля

По характеристике, приведенной на рисунке 3 можно заключить, что максимальное значение динамического фактора на 1-ой передаче D_тах1 = 0,44 при скорости движения автомобиля v₁ = 19,4 км/ч. На 5-ой передаче он снижается до D_тах5 = 0,087 при скорости v₅ = 24,6 км/ч.

Общий анализ тягово-скоростных свойств по динамической характеристике. скоростной тяговой автомобиль

Важным условием нормальной работы машины является перекрытие характеристики, то есть выполнение условия

V_ki ? V_H(i+1)

где i - индекс (номер) передачи;

V_ki - конечная скорость на i-ой передаче

V_hi - начальная скорость на i-ой передаче;

V_H(i+1) - начальная скорость на (i+1)-ой передаче;

Если это условие не соблюдается, то не может быть обеспечена устойчивая работа двигателя. В этом случае равномерное движение на скоростях, не имеющих перекрытие, невозможно.

Рассмотрим соблюдение этого условия на примере (рисунок 3):

на первой передаче (V_h1=5,5 км/ч;V_k1=35,56 км/ч);

на второй передаче (V_H2=9,6 км/ч;V_k2=62,1 км/ч).

Очевидно, что V_k1> V_H2.

Условие перекрытия соблюдается на всех передачах.



Список использованной литературы

1. Вахламов В.К. Автомобили: основы конструкции: учеб. пособие - М.: Академия, 2010.

2. Вахламов В.К. Автомобили: эксплуатационные свойства: учебник - М.: Академия, 2012.

3. Иванов А.М. Основы конструкции современного автомобиля: учеб. пособие / А.М. Иванов, А.Н. Солнцев, В.В. Гаевский и др. - М.: изд. «За рулем», 2012.

4. Шатров М.Г. Автомобильные двигатели: учебник / М.Г. Шатров, К.А. Морозов, И.В. Алексеев и др. - М.: Академия, 2011.

5. Фаробин Я.Е., Литвинов А.С. .Учебник. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989.

6. Степанов Ю.А. и др. Военная автомобильная техника. Оценка и совершенствование тягово-скоростных свойств. Учебное пособие. - СПб.: ВАТТ, 2007.

7. Интернет ресурсы.

Размещено на Allbest.ru