Санкт - Петербургская Государственная Академия

Сервиса и экономики

«Тяговой расчет автомобиля»

Калуга 2007

1. Исходные данные

Автомобиль - ВАЗ-2108

Колесная формула - 4х2

Грузоподъемность автомобиля - 450кг

Тип двигателя - Карбюраторный

Коробка передач - Механическая 5 ступенчатая

Максимальная скорость - 140 км/час

Коэффициент суммарного сопротивления дороги - f₀ =0.0085

Полная масса автомобиля - 1425кг

Масса, приходящаяся на ведущие колеса - 800кг

Мощность двигателя - 135 л.с. (100 кВт) при 6000 об/мин

Удельный расход топлива - 7 л на 100 км

Шины - 175/65 R 14

Радиус качения R_к =0.288 м

КПД трансмиссии - &=0.953

Коэффициент лобового сопротивления K_w =0.3

Лобовая площадь Fa=2 м²

2. Тягово-динамический расчет автомобиля

К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:

где N_e -эффективная мощность двигателя, кВт

M_e -эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м

g_e -удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч

n_e -частота вращения коленчатого вала ДВС,мин^-1

Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала

В рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от n_emin до n_emax при этом:

Для карбюраторных двигателей- n_emin =600-1200 мин^-1

n_emax =(1.25-1.3)n_eN мин^-1

По указанным рекомендациям устанавливаем n_emin =800 мин^-1 и

n_emax =1.3*6000=7800 мин^-1

Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов

Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:

N_ei =N_emax (a*(n_ei /n_eN )+b*(n_ei /n_eN )² -c*(n_ei /n_eN )³ ),

где n_ei -текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1 .

n_ei изменяется в диапазоне отn_emin до n_emax

n_eN - частота вращения коленчатого вала при максимально эффективной мощности двигателя,мин^-1

i=1,2,3…-номера расчетных точек.

a, b, c –коэффициенты (константы Лейдермана),зависящие от конструкции ДВС. Для карбюраторных двигателей a=b=c=1

N_ei –текущее значение эффективной мощности, кВт

N_emax -максимальная эффективная мощность двигателя, кВ

N₈₀₀ =100*(1*(800/7800)+1*(800/7800)² -1*( 800/7800)³ )=11,2 кВт

N₇₈₀₀ =100*(1*(7800/7800)+1*(7800/7800)² -1*( 7800/7800)³ )=100 кВт

Остальные данные заносятся в таблицу

Определение минимального удельного расхода топлива

g_emin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч

g_emin= [1.22-1.22*( n_i /_{nNe max} )+( n_i / n_{Ne max} )² ]

g_{emin =} 287 г/кВт*ч

Определение эффективного крутящего момента.

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:

M_ei =9550*N_ei /n_{ei ,} Н*м

где N_ei –текущее значение эффективной мощности,кВт

n_ei -текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1 .

M₈₀₀ =9550*11.2/800=133,7 Н*м

M₇₈₀₀ =9550*100/7800=122,44 Н*м

Остальные данные заносятся в таблицу

Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива.

Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:

g_ei =Kg*g_emin (A-B(n_ei /n_eN )+C(n_ei /n_eN )² ), г/кВт*ч

где Kg-коэффициент,учитывающий равномерность горения заряда топлива: для карбюраторных Kg=0.99…1

g_emin -минимальный удельный расход топлива,г/кВт*ч

n_ei текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1 .

изменяется в диапазоне от n_emin до n_emax

A,B,C-коэффициенты,характеризующие конструктивные особенности двигателя: A=1.3 B=0.85 C=0.6

g₈₀₀ =1*287*(1,3-0,85*(800/7800)+0,6*(800/7800)² )=349,88 г/кВт*ч

g₇₈₀₀ =1*287*(1,3-0,85*(7800/7800)+0,6*(7800/7800)² )=301,35 г/кВт*ч

Остальные данные заносим в таблицу

Полученные данные заносятся в таблицу

По данным расчетов строятся графики зависимостей N_e , M_e , g_e .

Определение передаточных чисел КПП

По справочным данным: 1 – 3,64 3 – 1,36 2 – 1,95 4 – 0,94 5 – 0,78

Увеличение числа передач улучшает тяговые свойства автомобиля, динамический фактор на передачах и способствует развитию больших ускорений при одинаковых сопротивлениях, сокращает время разгона. Главное передаточное число 3,7.

3. Определение динамических показателей автомобиля

К ним относят касательную силу тяги на ведущих колесах, динамический фактор, скорость движения, ускорения, время и путь разгона. Последние три параметра характеризуют быстроту разгона автомобиля и определяют его приёмистость. Параметры динамичности автомобиля определяются по универсальной динамической характеристики и заданному дорожному сопротивлению для горизонтального участка дороги с твердым покрытием.

Тяговая характеристика автомобиля

Сила тяги определяется из зависимости:

P_kn = U_{т pn} *M_ei *n_тр /r_{k ,} Н

где: P_k – сила тяги на ведущих колесах

U_{тр n} - передаточное отношение трансмиссии на n^-ом номере передач

U_{тр n} =U_0n *U_n *U_pkn Где:

U_{0 n} - передаточное отношение главной передачи

U_n - передаточное отношение в коробке передач на n^-ой передаче

U_тр1 =3,7*3,64=13,468

U_тр2 =3,7*1,95=7,252

U_тр3 =3,7*1,36=5,032

U_тр4 =3,7*0,94=3,478

U_тр5 =3,7*0,78=2,886

M_ei - текущее значение крутящего момента двигателя

n_тр - КПД трансмиссии на всех передачах – постоянно

r_k - Радиусы качения всех колес одинаковые и не изменяются во всем диапазоне скоростей движения автомобиля

Сила тяги на 1^-ой передаче:

P_{k 800} =13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н

P_{k 7800} =13.468*122.44*0.95/0.288=5439.482H

Остальные значения заносятся в таблицу

Сила тяги на 2^ой передаче:

P_{k 800} =7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н

P_{k 7800} =7.252*122.44*0.95/0.288=2928.952H

Остальные данные заносят в таблицу

Сила тяги на 3^ий передачи:

P_{k 800} =5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н

P_{k 7800} =5.032*122.44*0.95/0.288=2032.334H

Остальные данные заносят в таблицу

Сила тяги на 4^ой передачи:

P_{k 800} =3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H

P_{k 7800} =3,478*122.44*0.95/0.288=1404,701H

Остальные данные заносятся в таблицу

Сила тяги на 5^ой передачи:

P_{k 800} =2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H

P_{k 7800} =2.886*122.44*0.95/0.288=1165.603H

Остальные данные заносятся в таблицу

Сила лобового (аэродинамического) сопротивления

P_w =K_w *F_a *V² _ani /13

где K_w - Коэффициент лобового сопротивления

F_a – Лобовая площадь автомобиля

V_ani – скорость движения автомобиля на n^-ой передаче в i^ой расчетной точке V_ani =0.377*r_k *n_ei /U_{тр n} Где:

n_ei -частота вращения вала двигателя в i^-ой расчетной точке,мин^-1

r_k -радиус качения шины

U_{тр n} -передаточное отношение трансмиссии на n^-ой номере передач

в каждом из агрегатов

На первой передаче:

V_{ani 800} =(0.377*0.288*800)/13.46=6.4

V_{ani 7800} =(0.377*0.288*7800)/13.46=63

На второй передаче:

V_{ani 800} =(0.377*0.288*800)/7.2=12

V_{ani 7800} =(0.377*0.288*7800)/7.2=116

На третьей передаче:

V_ani 800=(0.377*0.288*800)/5=17

V_ani 7800=(0.377*0.288*7800)/5=163

На четвертой передаче:

V_ani 800=(0.377*0.288*800)/3.4=25

V_ani 7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171

На пятой передаче:

V_ani 800=(0.377*0.288*800)/2.8=30

V_ani 7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293

На первой передаче:

P_{w 800} =0.3*2*41.59/13=1.9

P_{w 7800} =0.3*2*3954.12/13=182.49

На второй передаче:

P_{w 800} =0.3*2*143.4=6.7

P_{w 7800} =0.3*2*13.637=629.4

На третьей передаче:

P_{w 800} =0.3*2*297.9=13.7

P_{w 7800} =0.3*2*283.25=1307.5

На четвертой передаче:

P_{w 800} =0.3*2*623.7=28.7

P_{w 7800} =0.3*2*5929.2=2736.5

На пятой передаче:

P_{w 800} =0.3*2*905.8=41.9

P_{w 7800} =0.3*2*8611.9=3974.5

Остальные данные заносятся в таблицу

На первой передаче

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Скорость движения автомобиля:

V=0.105*((n_i *r_k )/(i₀ *i_k ))

где: n_i - частота вращения коленчатого вала

r_k – радиус качения

i₀ – главное передаточное число

i_k – передаточное число для каждой передачи

На первой передаче

V₈₀₀ =0,105*((800*0,288)/(3,7*3,64))=1,8

V₇₈₀₀ =17

На второй передаче

V₈₀₀ =3.5

V₇₈₀₀ =33.5

На третей передаче

V₈₀₀ =4.8

V₇₈₀₀ =47

На четвертой передаче

V₈₀₀ =7

V₇₈₀₀ =67

На пятой передаче

V₈₀₀ =8

V₇₈₀₀ =81

Остальные данные заносятся в таблицу

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Динамическая характеристика автомобиля

Для сравнительной оценки тяговых качеств автомобиля, независимо от массы, используется динамический фактор

Д = (P_k -P_w )/(m_a *g),

где P_k – тяговая сила на ведущих колесах

P_w – величина силы сопротивления встречного воздуха

m_a – масса автомобиля

g – ускорение свободного падения(9,8)

На первой передаче

Д₈₀₀ =(P_{k 800} -P_{w 800} )/(1425*9.8)=(5939-2)/14=424

Д₇₈₀₀ =(5439-182)/14=375

На второй передаче

Д₈₀₀ =(3198-6,6)/14=228

Д₇₈₀₀ =(2928-629)/14=164

На третьей передаче

Д₈₀₀ =(2219-14)/14=157

Д₇₈₀₀ (2032-1307)/14=58

На четвертой передаче

Д₈₀₀ =(1533-29)/14=107

Д₇₈₀₀ (1404-2736)/14=0

На пятой передаче

Д₈₀₀ =(1272-41)/14=88

Д₇₈₀₀ (1165-3974)/14=0

Остальные данные заносят в таблицу

На первой передаче

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Мощностной баланс автомобиля

N=N_{b +} N_тр +N_w +N_j+ N_q

N_b =10^-3 *P_b *V_a [кВт] – мощность затраченная на привод вспомогательного оборудования где:

V_a – скорость автомобиля (м/с);

Р_b – сила сопротивления вспомогательного оборудования;

N_e – мощность двигателя;

Список использованной литературы

1. Чудаков Е.А. «Теория автомобиля» М: Машииз, 1990, - 344с.

2. «Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей» /под ред. Орлина А.И., Круглова М.Т. М: Машиностроение. - 1993 г. 372с.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» М: Высшая школа, 1997г. - 400с.

4. Митрофанов В.И., Шабашева М.М. «Методы расчета эффективного удельного расхода топлива ДВС при проектировании автомобилей» Межвузовский сборник научных трудов. М: ВЗМИ, 1996г. - 145с.

5. Смирнов Г.А. «Теория автомобиля» М: ВШ, 1991. 344с.