Расчет эксплуатационных показателей автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Переднеприводный пятидверный хэтчбек с бензиновым двигателем объемом 1,5 литра и 5-скоростной механической коробкой передач. Стабильность ходовых качеств и надежная управляемость переднеприводных автомобилей семейства "Самара" сочетается в этой модели с высокой практичностью пятидверного кузова хэтчбек, при сложенном заднем сидении автомобиль трансформируется в грузопассажирский вариант, подобный универсалу. Салон автомобиля может быть строго практичен и с претензий на комфорт. В первом варианте - лаконичная «низкая» приборная панель, которая, тем не менее достаточно удобно. Передние кресла оборудованы подголовниками. Для передних сидений верхние точки крепления ремней безопасности регулируются по высоте. Во втором варианте - более информативная «высокая» приборная панель обеспечивает чёткий контроль за состоянием бортовых систем автомобиля. Установка улучшенного интерьера (тканевые обивки сидений, обивки дверей со вставками) позволяет автомобилю приобрести элементы престижности.

Исходные данные

АвтомобильВАЗ-21093

Максимальная скорость автомобиля154 км/ч

Коэффициент качения0.03

Максимальное сопротивление дороги0.29

Полная масса автомобиля1800 кг

Масса, приходящаяся на основную ось950 кг

Лобовая площадь сопротивления 2.1 м

Продольная база автомобиля 2.7 м

Число оборотов коленчатого вала при максимальной мощности 5600об/мин

Техническая характеристика автомобиля ваз-21093

Тип кузова Хетчбэк

Количество дверей 5

Количество мест 5

Объем двигателя 1499см

Мощность двигателя 68/5600 л.с./ об/мин

Тип привода Передний

Марка топлива АИ-92

Максимальная скорость 154 км/ч

Разгон до 100 км/час 22с

Крутящий момент 100/3400 Нм/ об/мин

Клапанов на цилиндр 2

Система питания карбюратор

Механическая КПП 5

Подвеска передняя Мак-Ферсон

Подвеска задняя полунезависимая с поперечной балкой

Тормоза передние дисковые

Тормоза задние барабанные

Длина 4006 мм

Ширина 1650 мм

Высота 1402 мм

Колесная база 2460 мм

Колея колес спереди 1400 мм

Колея колес сзади 1370 мм

Клиренс 170 мм

Размер шин 175/70/R13

Снаряженная масса 945 кг

Полная масса 1370 кг

Объем багажника 330/600 кг

1. Тяговый расчет автомобиля

Тяговый расчет проводят при проектировании нового автомобиля или модернизации существующей конструкции. Он сводится к определению параметров внешней скоростной характеристики двигателя и кинематических параметров трансмиссии - передаточных чисел главной передачи и коробки передач. Выполняют проверочные расчеты: для двигателя - по числу оборотов коленчатого вала и для первой передачи коробки передач - по сцеплению ведущих колес с дорогой.

1.1 Расчет параметров внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя представляет собой зависимость мощности N и крутящего момента М от частоты n вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива.

Мощность Nv при максимальной скорости Vмax автомобиля определяется по формуле:

где fmax - коэффициент качения при максимальной скорости;

G - сила веса автомобиля, Н;

к - коэффициент сопротивления воздуха;

- к.п.д. трансмиссии, =0,85…0,95.

Для легковых автомобилей к=0,15…0,3 Нс2/М4.

Коэффициент качения

fmax =f(1+AV)2max

где А=510-5

fmax =0,03 (1+510-51402/3,62)=0,032

Максимальная мощность двигателя:

Для карбюраторных двигателей а=в=с=1.

Для дизелей а=0,5; в=1,5; с=1.

Мощность двигателя для любой точки скоростной характеристики

N=K1Nmax

N=0,10950,6=5,5(кВт)

Значения коэффициента К1 в зависимости от отношения n/nN приведены в таблице 1.1.

Крутящий момент двигателя

М=9740N/n (5)

M=9740*5,5/550=97,2(Нм)

Таблица 1.1 - Результаты расчета сводятся в таблицу

n/nN	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
к1	0,109	0,232	0,363	0,496	0,625	0,744	0,847	0,928	0,981	1,0	0,979	0,912
n,мин-1	550	1100	1650	2200	2750	3300	3850	4400	4950	5500	6050	6600
N,квт	6,06	12,64	21,17	29,86	32,23	34,79	41,07	47,58	51,84	55,37	54,68	50.8
М,Н*м	107,13	114,04	119,19	122,47	123,9	122,28	119,2	114,1	107,13	98,32	87,56	74,15

По данным таблицы 1.1 строится внешняя скоростная характеристика двигателя.

Двигатель проверяется на оборотность по числу оборотов коленчатого вала на 1 км пути:

0=60хnN/VN

0=605500/116,5=2840(об/км)

где 0- коэффициент оборотности.

Для легковых автомобилей 0=1800…2600 об/км.

1.2 Определение передаточного числа главной передачи

Правильный выбор передаточного числа главной передачи iгп определяет необходимую величину динамического фактора автомобиля и пределы принятого коэффициента оборотности двигателя.

Передаточное число

гдеrк - кинематический радиус колеса;

iк - передаточное число коробки передач (iк = 1).

1.3 Определение передаточных чисел коробки передач

При выборе передаточных чисел коробки передач iк следует учитывать, что промежуточные передачи используют при преодолении повышенных сопротивлений движению, разгоне автомобиля, в условиях скользкой дороги и на крутых спусках.

Первая передача должна обеспечить преодоление максимальных дорожных сопротивлений, т.е.

Рт махмахG

где Рт мах - максимальная тяговая сила.

Тогда передаточное число первой передачи

Полученное значение i1 проверяется по сцеплению ведущих колес с дорогой (буксованию), т.е.

Рт махGсц



где Gсц - сцепной вес автомобиля.

В случае невыполнения условия по буксированию передаточное число уменьшают.

Для пятиступенчатой коробки передач с пятой прямой передачей (iV=1) передаточной число второй передачи:

передаточное число третьей передачи:

передаточное число четвёртой передачи:

Для анализа использования мощности двигателя при разгоне автомобиля учитывают, что:



где n0 - частота вращения коленчатого вала при включении передач,

Максимальные скорости автомобиля при включении передач определяются по формуле: двигатель передача автомобиль торможение

с подстановкой последовательно iк=iI, iII, iIII, iIV.

Полученные данные используют для построения графика мощности двигателя к расчету коробки передач.

2. Расчет и построение графиков основных характеристик автомобиля, определяющих его динамические и топливно-экономические свойства

Расчеты данного раздела проекта позволяют построить так называемый динамический паспорт автомобиля, параметры которого дают возможность выбирать оптимальные режимы эксплуатации автомобиля.

2.1 Расчет и построение графика тягового баланса автомобиля

График тягового баланса используют для определения максимальной скорости автомобиля. Он служит основой для построения его динамической характеристики. Уравнение тягового баланса:

Рт=РкРn+Рв+Ри

где Рт - тяговая сила автомобиля;

Рк - сила сопротивления качению;

Рв - сила сопротивления воздуха;

Ри - сила инерции.

Тяговая сила для передач автомобиля определяется по формуле:

.

Величины моментов М на коленчатом валу выбираются из таблицы 1.1.

Скорость автомобиля на каждой из передач определяется по формуле:



где n - ряд чисел из таблицы 1.1.

По данным расчета составляют таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Расчет сил Рк и Рв выполняется по формулам из раздела 1.1

n,мин-1	1100	1650	2200	2750	3300	3850	4400	4950	5500
М, нм	114,04	119,19	122,47	123,9	122,47	119,2	114,1	107,3	98,32
VI, км•ч-1	10,61	16,92	21,23	27,54	32,85	38,15	43,46	49,77	54,08
РТI,Н	3903,17	4071,74	4172,03	4206,54	4172,03	4071,74	3909,7	3668,47	3334,03
VII,км•ч-1	14,03	21,05	28,06	35,08	44,09	49,11	63,13	70,14	77,16
РТII,Н	3415,89	3563,88	3652,46	3682,06	3652,46	3564,08	3417,13	3214,3	2945,64
VIII,км•ч-1	22,12	33,18	44,24	55,3	66,36	77,42	88,48	99,54	110,6
РТIII,Н	2784,69	2905,33	2977,55	3001,68	2977,55	2906,13	2785,7	2620,35	2401,34
VIV,км•ч-1	27,19	40,79	54,39	67,99	81,59	95,18	108,78	122,38	135,98
РТIV,Н	2264,88	2363	2421,74	2441,36	2421,74	2363,14	2265,7	2131,22	1953,09
VV,км•ч-1	33,18	49,77	66,36	82,95	99,54	116,13	132,72	149,31	165,9
РТV,Н	1856,46	1936,89	1985,03	2001,12	1985,03	1937	1857,13	1746,9	1600,89
РвI, Н	10,99	24,75	44,01	68,78	99,05	134,78	176,06	222,84	275,13
РвII, Н	16,74	37,69	66,98	104,69	150,72	205,18	268,02	339,16	418,76
РвIII, Н	25,2	56,71	100,82	157,54	226,85	308,78	403,3	510,43	630,16
РвIV, Н	38,08	85,71	152,39	238,14	342,93	466,69	609,59	771,55	952,56
РвIV,Н	56,71	127,6	226,85	354,46	510,43	694,75	907,43	1148,47	1417,86
Рк,Н	363,8	364,83	366,243	368,102	370,35	373,09	376,07	379,55	383,43
Рк+Рв	420,51	492,43	593,09	614,56	638,78	703,84	778,5	862,02	956,29

По данным таблицы 2.1 строится график тягового баланса автомобиля в системе координат РТ-V.

2.2 Построение динамической характеристики автомобиля

Для построения динамической характеристики рассчитывают динамический фактор по формуле:

Значения сил РТ и Рв берут из таблицы 2.1. Результаты расчета динамического фактора сводятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - По данным таблицы 2.2 строится график динамической характеристики в системе координат D-V

VIкм•ч-1	10,61	16,92	21,23	27,54	32,85	43,15	49,46	54,77	60,08
DI	0,296	0,3	0,31	0,315	0,32	0,29	0,27	0,24	0,22
VIIкм•ч-1	18,03	27,05	36,06	45,08	54,09	63,11	72,13	81,14	90,16
DII	0,23	0,24	0,24	0,24	0,23	0,22	0,21	0,2	0,17
VIIIкм•ч-1	22,12	33,18	44,24	55,3	66,36	77,42	88,48	99,54	110,6
DIII	0,18	0,19	0,19	0,19	0,19	0,18	0,16	0,14	0,12
VIVкм•ч-1	27,19	40,79	54,39	67,99	81,59	95,18	108,78	122,38	135,98
DIV	0,15	0,15	0,15	0,15	0,14	0,13	0,11	0,09	0,07
VVкм•ч-1	33,18	49,77	66,36	82,95	99,54	116,13	132,72	149,31	165,9
DV	0,12	0,12	0,12	0,11	0,1	0,08	0,06	0,04	0,01

2.3 Расчет ускорений автомобиля при разгоне

Ускорение автомобиля определяется по формуле:

j=(D-)g/

где g - ускорение свободного падения;

- среднее сопротивление движению автомобиля;

= 0,04 … 0,05;

- коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент определяется по формуле:

=1,03+ iк2,=0,05…0,07

1=1,03+0,062,12=1,25

2=1,03+0,061,842=1,23

3=1,03+0,061,32=1,65

4=1,03+0,061,222=1,11

5=1,03+0,0612=1,08

Таблица 2.3 - Результаты расчета ускорений и величин, обратных им, сводятся в таблицу

VIкм•ч-1	14,61	21,92	29,23	36,54	43,85	51,15	58,46	65,77	73,08
jIм•с-2	1,72	2,12	2,20	2,20	2,20	2,12	1,98	1,83	1,61
VIIкм•ч-1	18,03	27,05	36,06	45,08	54,09	63,11	72,13	81,14	90,16
jIIм•с-2	1,48	1,91	1,91	1,91	1,83	1,75	1,67	1,60	1,36
VIIIкм•ч-1	22,12	33,18	44,24	55,3	66,36	77,42	88,48	99,54	110,6
jIIIм•с-2	1,14	1,60	1,60	1,60	1,60	1,52	1,35	1,18	1,01
VIVкм•ч-1	27,19	40,79	54,39	67,99	81,59	95,18	108,78	122,38	135,98
jIVм•с-2	0,92	1,31	1,31	1,31	1,23	1,14	0,96	0,79	0,61
VVкм•ч-1	33,18	49,77	66,36	82,95	99,54	116,13	132,72	149,31	165,9
jVм•с-2	0,68	1,08	1,08	0,99	0,90	0,72	0,54	0,36	0,09
1/jIс2/м	0,58	0,47	0,46	0,46	0,46	0,47	0,51	0,55	0,62
1/jIIс2/м	0,68	0,52	0,52	0,52	0,55	0,57	0,60	0,63	0,74
1/jIIIс2/м	0,88	0,63	0,63	0,63	0,63	0,66	0,74	0,85	0,99
1/jIVс2/м	1,09	0,76	0,76	0,76	0,82	0,88	1,04	1,27	1,63
1/jVс2/м	1,48	0,93	0,93	1,01	1,11	1,39	1,85	2,78	11,11

По данным таблицы 2.3 строятся графики ускорений в системе координат j-V и графики величин, обратных ускорениям в системе координат 1/j-V.

Время и путь разгона

Время разгона рассчитывают по формуле:

где V1 и V2 - начальная и конечная скорости разгона.

Для построения зависимости времени разгона от скорости движения автомобиля подсчитывается площадь под кривой 1/j (рис. 2.4), которая в масштабе определяет время разгона. Коэффициент, необходимый для пересчета площади на время, определяют по масштабам осей.

Масштаб оси абсцисс: 1 мм соответствует 1 км•ч-1=1/3,6 м•с-1.

Масштаб оси ординат:1 мм соответствует 0,025 с2•м-1;

1 мм2 соответствует 1/3,60,025=0,007 с.

Таблица 2.4 - Результаты подсчетов времени разгона заносят в таблицу

Интервалы скоростей, км•ч-1	5…10	10…20	20…30	30…40	40…50	50…60	60…70	70…80	80…90	90…100
Площадь под кривой в каждом интервале, см2	126	221	211	221	234	279	339	494	463	568
Время разг., t,с	0,7	1,93	3,1	4,34	5,62	7,2	9,05	11,23	12,69	17,33

Путь разгона рассчитывают по формуле:

Правая часть соответствует площади между кривой зависимости времени от скорости разгона и осью ординат в пределах времени t1-t2.

Коэффициент для пересчета площади на путь определяют по масштабам осей.

Масштаб оси абсцисс: 1 мм соответствует 1 км•ч-1=1/3,6 м•с-1.

Масштаб оси ординат:1 мм соответствует 0,2 с;

1 мм2 соответствует 1/3,60,2=0,056 м.

Таблица 2.5 - Результаты подсчетов пути разгона заносят в таблицу

Интервалы скоростей, км•ч-1	5…10	10…20	20…30	30…40	40…50	50…60	60…70	70…80	80…90	90…100
Площадь под кривой и осью ординат по интервалам, см2	0,52	4,3	12,2	17,9	24,7	33,5	41,5	51,6	64,2	79,1
Путь разгона, S,м	0,6	4,2	11,3	21,6	35,63	53,96	75,96	104,58	138,58	180,1

2.4 Расчет замедления автомобиля при торможении

В расчетах параметров замедления используют уравнение баланса сил при торможении:

Ри=РкРn+Рв+Ртор

где сила инерции

,

j - замедление при торможении,

Ртор - сила торможения.

Для определения силы Рториспользуют технические данные автомобиля-прототипа, где указаны минимальный путь торможения S при заданной начальной скорости V1.

Из уравнения кинетической энергии при торможении:

где принимают V2=0, Ри=0 и определяют расчетную силу торможения.

(Н)

Путь и время торможения

Путь S при служебном торможении определяют по формуле:

)

(м)

Таблица 2.6 - По данным расчета составляется таблица

V1, Км•ч-1	40	50	60	70	80	90
S, м	9,721	15,301	21,667	29,326	38,24	48,01

Путь S при экстренном торможении определяют по формуле:



(км.)

Время торможения определяют по формуле:

Таблица 2.7 -Принимают V2=0 и по данным расчета составляется таблица

V1, Км•ч-1	40	50	60	70	80	90
T, с	1,71	2,13	2,56	2,99	3,14	3,84
Тэкстр., сек	1,61	2,02	2,42	3,83	3,23	3,64

При экстренном торможении замедление j=g, время торможения t=V1/j.

2.5 Построение экономической характеристики автомобиля

Построение экономической характеристики ведут в следующей последовательности:

-строят график мощностного баланса автомобиля (для карбюраторных двигателей - при полном и частичном открытии дросселя);

-строят графики часовых расходов топлива;

-выполняют расчеты путевых расходов топлива в диапазоне выбранных скоростей движения автомобиля с последующим графическим построением экономической характеристики.

Мощностной баланс автомобиля

Для построения мощностного баланса используют график внешней скоростной характеристики и затем строят графики при 20, 30, 40, 60 и 80 процентах открытия дросселя.

Мощность на преодоление сопротивлений автомобилем определяют по формуле:

(кВт)

Таблица 2.8 - По данным расчета составляют таблицу

V, км•ч-1	33,18	49,77	66,36	82,95	99,54	116,13	132,72	149,31	165,9
(Рк+Рв), Н	420,51	492,43	593,09	722,56	880,78	1067,84	1283,5	1528,02	1801,29
Nк+Nв/, квт	4,31	7,56	12,15	18,50	27,06	38,27	52,58	60,2	73,3

По данным таблицы 2.8 строят графики мощностного баланса.

Расчет параметров и порядок построения экономической характеристики

Определяют часовой расход топлива по формуле:

где ge - удельный расход топлива.

Таблица 2.9 - Значения ge в зависимости от мощности карбюраторного двигателя представлены в таблице

Мощность двигателя N(%)	20	30	40	60	80	100
Удельный расход топлива ge г/квт*ч	325	315	310	305	300	315

Используя данные таблицы 1.1, разбивают величину мощности N для каждого числа оборотов на части по 20, 30, 40, 60, 80 процентов и рассчитывают часовые расходы топлива.

Таблица 2.10 - По данным расчета составляют таблицу

Частота вращения коленчатого вала, n мин-1
1000	2000	3000	4000	5000	6000
N квт	Q кг/ч	N квт	Q кг/ч	N квт	Q кг/ч	N квт	Q кг/ч	N квт	Q кг/ч	N квт	Q кг/ч
3,73	1,25	7,97	2,67	11,96	4,01	14,92	5,00	16,07	5,38	14,66	4,91
5,59	1,82	11,96	3,89	17,94	5,83	22,37	7,27	24,11	7,84	21,99	7,15
7,46	2,39	15,94	5,10	23,92	7,65	29,83	9,55	32,15	10,29	29,32	9,38
11,18	3,52	23,92	7,53	35,87	11,30	44,75	14,10	48,22	15,19	43,97	13,85
14,91	4,62	31,89	9,89	47,83	14,83	59,66	18,50	64,30	19,93	58,63	18,18
18,64	6,06	39,86	12,95	59,79	19,43	74,58	24,24	80,37	26,12	73,29	23,82

По данным таблицы 2.10 строят графики часовых расходов топлива Q и затем сносят точки пересечения кривых N и (Nк + Nв)1/ на кривые часовых расходов топлива Q.

Определяют соответствующие этим точкам значения Q.

Рассчитывают путевые расходы топлива по формуле:

Таблица 2.11 - Результаты расчета заносят в таблицу

VV, км•ч-1	59,4	88	115	130	140
Qn, кг/100км	3,2	6,0	10,1	13,2	16,3
	5,4	6,8	8,7	10,1	11,6

Библиографический список

1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. / Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. / М.: Машиностроение, 2006

2. Яковлев Н.А., Диваков. Н.В. / Теория автомобиля. - М.:/ Машиностроение, 2008

3. Мозговой Ю.И./ Эксплуатационные свойства автомобилей. Теория и расчет/ Учеб.пособие. - Ростов н/Д.:Изд. центр ДГТУ, 2005

4. Сокол Н.А., Мозговой Ю.И., Попов С.И. / Расчет механизмов, систем и эксплуатационных показателей автомобиля / Учеб.пособие. - Ростов н/Д.:Изд. центр ДГТУ, 2005

Размещено на Allbest.ru