Реферат: Тяговый расчет автомобиля 4

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автомобильного транспорта

Допускаю к защите

Руководитель _________________

Бойко А.В.

Тяговый расчет автомобиля.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Автомобили»

Выполнил студент группы АТ-04-1 ________ Саблин Д.Е.

подпись

Нормоконтролер ________ ________ ____________________

подпись И.О. Фамилия

Курсовой проект защищен

с оценкой _______________

Иркутск 2007 г.

Исходные данные:

1. Прототип автомобиля – ЗИЛ – 130 - 76

2. Грузоподъёмность и пассажировместимость ­­– 6000 кг.+3 чел.

3. Максимальный коэффициент сопротивления дороги – 0,35

4. Обороты кол. вала при максимальной мощности – 3200 мин^-1

5. Максимальная скорость – 90 км/ч

6. Удельный расход топлива g_N – 327 г/кВт ч

Задача тягового расчета автомобиля, определение основных параметров двигателя, трансмиссии и компоновки автомобиля в целом.

Тяговый расчет автомобиля :

1. Определение полной массы автомобиля.

2. Подбор размера шин и расчета радиуса качения.

3. Подбор внешней скоростной характеристики двигателя.

4. Выбор передаточных чисел трансмиссии.

5. Построения тяговой характеристики автомобиля.

6. Определение основных показателей динамики автомобиля с механической трансмиссии.

7. Построение графика мощностного баланса.

8. Построение топливной экономичности автомобиля.

1 Определение полной массы автомобиля.

Полную массу автомобиля определяют как сумму масс снаряженного автомобиля m_б и груза m_г по номинальной грузоподъемности и числу мест пассажиров включая водителя:

Снаряженная масса автомобиля :

,(1)

где:

m_г – масса груза;

,кг

Полная масса автомобиля :

m_a = m_б +m_г + 80·z, (2)

где:

z – число мест для сидения;

m_б – снаряженная масса;

m_а = 5000+6000+80·3 = 11240,кг

2 Подбор размера шин и расчет радиуса качения .

Для подбора шин и определения по их размерам радиусов качения колеса необходимо знать распределение нагрузки по мостам.

Развесовка для заднеприводного грузового автомобиля : на заднюю ось 74%, на переднюю 26% от полной массы автомобиля.

Модуль сил тяжести автомобиля :

G_а = m_а ·g, (3)

где:

g – ускорение свободного падения;

G_а = 11240·9.81 = 110152, Н

Нагрузки от полной массы на переднюю и заднюю ось автомобиля:

(4)

где:

hб - приклассической компоновке принимаем на задний мост равным 74%;

Н

G₁ = G_a – G₂ (5)

G₁ = 110152-81512 = 28640, H

База автомобиля: Основываясь на данных краткого справочника НИИАТ, принимаем: L=3800 мм.

L = a + b(6)

где:

a - расстояние от передней оси до центра масс;

b - расстояние от задней оси до центра масс;

(7)

мм

b = L – a(8)

b = 3800 – 2812 = 988, мм

Радиус качения колеса r_к выбирается в зависимости от нагрузки на одно колесо. Наибольшая нагрузка на колесо определяется положением центра масс автомобиля.

Нагрузка на каждое колесо передней и задней оси автомобиля:

_, (9)

_,

где:

n_{k 1} - число колес на передней оси;

n_{k 2} - число колёс на задней оси;

Н

Н

Таблица 1 – Шины автомобилей:

.

Из таблицы 1, по нагрузки на заднюю ось выбираем обозначение шины: 260-508Р (9,00Р-20) с максимальной нагрузкой которую выдержит резина 20500 Н.

b = 260,

d = 508,

где:

b - ширина профиля;

d- диаметр обода шины;

Свободный радиус колеса:

(10)

м

Радиус качения (определяется с учетом деформации зависящей от нагрузки):

r_к =0,5 · d+ (1-k) · b (11)

r_к = 0,5 · 508 + (1-0,12) · 260 = 482,8, мм = 0,4828, м

где:

k - коэффициент радиальной деформации. Для стандартных и широкопрофильных шин принимаем k = 0,12.

Рисунок 1 – Эскиз автомобиля.

3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя.

Расчет начинается с определения мощности N_{е v} необходимый для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_max :

;(12)

где:

V_max - максимальная скорость (м/с), V_max =90 км/ч=25 м/с;

K_B - коэффициент обтекаемости, принимаем: К_в = 0,3 Н с² м⁴ ;

k_Р - коэффициент коррекции, принимаем k_Р = 0,75;

h_т – КПД трансмиссии, принимаем h_т = 0,9;

Коэффициент дорожного сопротивления для легковых автомобилей:

Y_v = (0,01 – 0,02) + 6·10^-6 · V² _max (13)

Y_v = 0,015 + 6·10^-6 ·25² = 0,02

Лобовая площадь для грузового автомобиля:

F_A = B·H_{г ,} (14)

где:

В - колея, В = 1,8 м;

H_г - габаритная высота, Н_г = 2,4 м;

F_A =1,8·2,4 = 4,32 м²

Подставляя в формулу (12) полученные значения по формулам (13)и(14), получаем:

кВт.

3.1 Частота вращения коленчатого вала двигателя.

Частота вращения коленчатого вала двигателя на максимальной скорости движения:

n_v = V_max ·h_n, (15)

где:

h _n - коэффициент оборотистости двигателя, для грузового автомобиля, принимаем h_n = 37;

n_v = 90·37 = 3330 мин^-1

3.2 Максимальная мощность двигателя.

Максимальная мощность двигателя:

, (16)

где:

n_v / n_N – отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля частоте вращения при максимальной мощности двигателя;

a, b, c – коэффициент постоянные для каждого двигателя, (для бензиновых двигателей a = b = с = 1);

кВт

3.3 Построение внешней характеристики двигателя.

Внешняя характеристика двигателя рассчитывается по формуле Лейдермана:

, (17)

где:

n_T – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

n_max = n_N * 1,2

n_max = 3200*1,2= 3840 мин^-1

n_min = n_N * 0,13

n_min = 3200 * 0,13=416 мин^-1

по формуле (17) при 400 об/мин N_e составляет:

,кВт

далее решаем аналогично, меняя n_т , заносим значения в табл. 2.

3.4 Вращающийся момент двигателя.

Определим вращающийся момент двигателя:

(18)

по формуле (18) при 400 об/мин M_B составляет:

кН·м

Текущие значения частоты вращения коленчатого вала двигателя выбирают произвольно через определенный интервал, как заданно в Таблице 2, эти значения подставляют в формулы 17 и 18.

Таблица 2 – Внешняя скоростная характеристика двигателя.

По значениям таблицы 2 строим график внешнескорстной характеристики двигателя рисунок 2.

4 Выбор передаточных чисел.

4.1 Определение передаточного числа главной передачи.

Передаточное число главной передачи из условий обеспечение V_max на высшей передаче:

(19)

где:

U_дк – передаточное число высшей передачи дополнительной коробки, принимаем U_дк = 1. (отсутствие).

U_кв – высшее расчетное передаточное число коробки передач, принимаем U_кв =1.

4.2 Подбор передаточных чисел коробки передач.

Передаточное число первой передачи U_{k 1} находим из уравнения преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги Y _max :

(20)

где:

Условно считаем, что r_g = r_k .

Y _max – максимального сопротивления дороги, принимаем Y_max = 0,35,

Полученное значение U_К1 проверяем по условию отсутствия буксования.

Для заднеприводных автомобилей должно выполняться неравенство:

,(21)

где:

g _x – коэффициент сцепления, на сухом шоссе принимаем g_x =0,7,

h_g – высота центра масс, принимаем h_g =1300 мм.

;

9,79 £ 19,06

4.3 Определение числа передач и передаточных чисел коробки передач.

Число ступеней зависит от типа, удельной мощности и предназначения автомобиля. Общее число ступеней от диагноза передаточных чисел трансмиссии.

Определение структуры ряда передач:

(22)

где:

n – число передач.

Передаточные числа последующих передач:

U_k2 = U_k1 · g(23)

U_k3 = U_k1 · g²

U_k4 = U_k1 · g³

U_k5 = U_k1 · g⁴

U_{k 2} = 9,79 · 0,56= 5,48

U_{k 3} = 9,79 · 0,56² =3,07

U_{k 4} = 9,79 · 0,56³ = 1,72.

U_{k 5} = 9,79 · 0,56⁴ = 0,963≈1

Передаточные числа трансмиссии:

U_Т1 = U_{k 1} · U_Г = 9,79 · 6,75 = 66,08

U_Т2 = U_{k 2} · U_Г = 5,48 · 6,75 = 36,99

U_Т3 = U_{k 3} · U_Г = 3,07 · 6,75=20,72

U_Т4 = U_{k 4} · U_Г = 1,72 · 6,75 = 11,61

U_Т5 = U_{k 5} · U_Г = 1 · 6,75 = 6,75

5 Построение тяговых характеристик автомобиля.

Тяговое усилие на первой передаче:

(24)

Тяговое усилие на первой передачи при n=400 мин^-1 :

Н

аналогично рассчитываем P_Т1 , P_Т2, P_Т3, P_Т4, P_Т5, изменяя значение M_В и U_К. Результаты приведены в таблице 3.

Скорость движения автомобиля на данной передаче при данной частоте вращения коленчатого вала двигателя:

(25)

Скорость движения автомобиля на первой передаче при частоте вращения коленчатого вала двигателя n_т =400 мин^-1 :

м/с

Скорость движения автомобиля на следующих передачах рассчитывается таким же образом, но с учётом соответствующих, данной скорости, значений U_{Т i} и n_Т . Результаты приведены в таблице 3:

Таблица 3 – Тяговая характеристика двигателя.

По данным таблицы строим график тяговой характеристики двигателя, рисунок 3.

Тяговое усилие, подводимое к ведущим колёсам автомобиля, расходуется на преодоление сопротивлений качению, воздуха, подъёму, инерции.

Сопротивление воздуха определяется соотношением:

Р_в = К_в · F · V_a ² (26)

Сопротивление воздуха на первой передаче при n_Т =400 мин^-1 :

P_в = 0,3 · 4,32 · 0,307² = 0,122, H

аналогично рассчитываем P_B для всех передач и n_Т , изменяя значение V_a , Результаты приведены в таблице 4.

Определим свободную силу тяги автомобиля:

Р_св = Р_т - Р_в (27)

Свободная сила тяги на первой передаче при n_Т =400 мин^-1 :

Р_св = 34184,14 – 0,122 = 34184 H,

аналогично рассчитываем Р_св , изменяя значение Р_в и Р_т (значение Р_т берём из таблицы 3), для каждой из передач для следующих значений оборотов коленчатого вала двигателя и результаты расчётов сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Сила сопротивления воздуха.

По данным таблицы строим график тяговой характеристики двигателя, рисунок 4.

6 Определение основных показателей динамики автомобиля с механиче­ской трансмиссией.

6.1 Динамический фактор.

Универсальным измерителем динамических качеств автомобиля служит ди­намический фактор, представляющий отношение свободной тяговой силы к силе тяжести автомобиля, который находится по формуле:

(28)

Динамический фактор на первой передачи при частоте вращения коленчатого вала n_Т = 400 мин^-1 :

_,

аналогично рассчитываем в для каждой передачи и для всех частот вращения коленчатого вала (n_Т ), изменяя значение P_св .

Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Динамический фактор

На основании значений динамического фактора строится диаграмма (рисунок 5)

6.2 Ускорение автомобиля.

Ускорение на горизонтальной дороге определяется из выражения:

(29)

где:

Ψ – коэффициент сопротивления дороги, принимаем Ψ = 0,015,

d - коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент учета вращающихся масс:

= + 1 +·, (30)

где:

= 0,05, = 0,07

d₁ =0,05 + 1 + 0,07 · 9,79² =7,76

d₂ =0,05 + 1 + 0,07 · 5,48² =3,15

d₃ =0,05 + 1 + 0,07 · 3,07² =1,71

d₄ =0,05 + 1 + 0,07 · 1,72² =1,257

d₅ =0,05 + 1 + 0,07 · 1² =1,12

Ускорение на первой передаче при скорости автомобиля V_а =0,307 м/с:

м/с²

аналогично рассчитываем J_a по формуле (29) для всех передач и всех n_Т , подставляя соответствующие значения и D, данные расчёты сводим в таблицу 6:

Таблица 6 – Ускорение автомобиля.

По значениям таблицы 6 строим график ускорений и график обратных ускорений автомобиля (рисунок 6 и 7).

6.3 Время разгона.

Графически интегрируем график значений обратных ускорений. По графику величин обратных ускорений строим огибающую. Отрезок на промежутке от 0 до 36 м/с делим на равные части и из центра этих отрезков проводим линии до пересечения с огибающей, проецируя их на ось обратных ускорений. Далее зна­чения отрезков на оси 1/j_a и разницу между концом и началом отрезков оси ор­динат подставим в формулу:

, (31)

Результаты измерений и расчетов по формуле (31) заносим в таблицу 7:

Таблица 7 – Интегрирование графика обратных ускорений.

Из таблицы 7 имеем значение:

Σ∆t=147,4 мм²

Определим время разгона до 25 м/с по формуле:

t = Σ∆ t ·a · b(32)

где:

а – масштаб скорости М_Va , м·с^-1 /мм, принимаем М_Va =1 м/с^-1 /мм.

b– масштаб обратного ускорения М_{1/ ja} , с² ·м^-1 /мм, принимаем М_{1/ ja} = 1 с² ·м^-1 /мм

t = 147,4 с.

Время разгона от скорости V₀ до скорости V₁ определяется по формуле:

t₁ = ∆t₁ · a · b, (33)

t₁ = 0 · 1 · 1 = 0 c.

Время разгона от скорости V₁ до скорости V₂ определяется по формуле:

t₂ = (∆t₁ +∆t₂ ) · a · b, (34)

t₂ = (0 + 2,025) · 1 · 1 = 2,025 с.

аналогично находим t₃ , t₄ и т.д. до скорости 25 м/с.

По полученным значениям t и графику обратных ускорений определяем зна­чения V_a и результаты приводим в таблицу 8:

Таблица 8 – Время разгона.

По данным расчёта строим график времени разгона (рисунок 8)

6.4 Путь разгона

Путь разгона определяется по формуле:

S = t_i · V_{a i} , (35)

меняя значения t и Va, результаты измерений заносим в таблицу 9:

Таблица 9 – Интегрирование графика пути разгона.

По данным расчёта строим график пути разгона (рисунок 9)

7 Построение графика мощностного баланса

Используя внешнюю скоростную характеристику, для каждой передачи опреде­ляем N_e как функцию от скорости V_a .

Чтобы учесть несоответствие между мощностями, тяговую мощность определяют как:

N_Т =N_e ·h_T ·k_P (36)

Тяговая мощность при частоте вращения коленчатого вала n_T = 400 мин^-1 .

N_T =15,5· 0,9·0,75 = 10,5, кВт

аналогично рассчитываем N_T , изменяя значение N_e в соответствии с заданными требованиями. Результаты заносим в таблицу 10.

Мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивление воздуха, определим по формуле:

(37)

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивление воздуха на первой передаче при n_Т = 400 мин^-1 :

кВт.

аналогично рассчитываем N_B , изменяя значение V_a в соответствии с заданными требованиями.

Мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления дороги, определим по формуле:

(38)

Мощность затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги на первой передаче при n_Т = 400 мин^-1 :

кВт

аналогично рассчитываем N_Д , изменяя значения V_a в соответствии с заданными требованиями. Результаты расчётов сводим в таблицу 10,

По данным таблицы 10 строится график мощностного баланса – рисунок 10.

Таблица 10 – Мощностной баланс автомобиля.

8 Построение экономической характеристики автомобиля

Текущее значение использования мощности в % определяется по формуле:

(39)

где:

N_Д , N_В берутся для высшей передачи коробки передач,

N_Д рассчитывается при трёх значениях Ψ: Ψ = 0,01, Ψ = 0,02, Ψ = 0,03.

Значение использования мощности при n_Т = 400 мин^-1 и Ψ = 0,01:

%

аналогично рассчитываем И , изменяя значения N_д , N_B и N_e в соответствии с заданными требованиями. Результаты расчётов сводим в таблицу 11.

Коэффициент использования мощности двигателя:

К_и =А - В · И + С · И² (40)

где:

А,В,С – коэффициенты А = 1,7; В = 2,63; С = 1,92

Коэффициент использования мощности двигателя при n_Т = 400 мин^-1 и Ψ = 0,01:

К_и = 1,7 - 2,63 · 0,319 + 1,92 · 0,3196² = 1,05

аналогично рассчитываем К_и , изменяя значения И в соответствии с заданными требованиями. Результаты расчётов сводим в таблицу 11.

Отношение текущего значения частоты вращения коленчатого вала к частоте вращения коленчатого вала при максимальной мощности:

; (41)

Полученные отношения заносим в таблицу 11.

Для каждого значения отношения находим коэффициент корректировки расхода топлива Кr по графику Кr = f(n_t /n_N ), который берем в методических указаниях по курсовому проектированию. Значения сводим в таблицу 11.

Определим расход топлива на 100 км по формуле:

(42)

где

q_N – удельный расход топлива, q_N =327 (г/кВт*ч),

- плотность топлива, = 750 г/л=0,75 кг/л

Расход топлива на 100 км при n_Т = 400 мин^-1 и Ψ = 0,01:

л/100 км

аналогично рассчитываем Q_s , изменяя значения в соответствии с заданными требованиями. Результаты расчётов сводим в таблицу 11:

Параметры		Частота вращения коленчатого вала, мин-1
		400	900	1400	1900	2400	2900	3400	3900
Vа , м/с		3,004	6,76	10,51	14,27	18,02	21,78	25,53	29,29
NB , кВт		0,035	0,4	1,5	3,76	7,59	13,39	21,58	32,56
Nе , кВт	15,5	37,87	61	82,5	99,7	110,1	111,1	100,11
Nд , кВт		3,31	7,44	11,58	15,72	19,8	23,99	28,13	32,26
		6,62	14,89	23,16	31,43	39,71	47,98	56,25	64,52
		9,93	22,3	34,74	47,15	59,56	71,97	84,38	96,79
И, %		31,96	30,69	31,78	34,98	40,78	50,298	66,28	95,94
		63,59	59,81	59,91	63,21	70,28	82,58	103,78	143,68
		95,22	88,94	88,04	91,44	99,78	114,86	141,29	191,43
Ки		1,05	1,073	1,058	1,0148	0,94	0,86	0,8	0,94
		0,804	0,814	0,813	0,805	0,8	0,84	1,04	1,885
		0,93	0,879	0,87	0,9	0,98	1,21	1,82	3,7
nТ /nN		0,124	0,278	0,433	0,587	0,74	0,897	1,05	1,206
Kr		1,15	1,05	1,015	0,975	0,96	0,985
Qs , л/100км		24,24	23,48	23,98	24,24	24,83	26,17
		36,74	34,68	34,76	34,73	36,16	41,7
		64,084	55,75	54,8	56,2	63,36	83,96

Таблица 11 – Топливная экономичность автомобиля.

По данным таблицы 11 строится график топливной экономичности автомобиля – рисунок 11.

Список литературы

1. Глазунов А.В. Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 150200-«Автомобили и автомобильное хозяйство». – Иркутск: 2003.-Ч.1. 24с.
2. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплутационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989.-240 с.
3. Краткий автомобильный справочник. - НИИАТ, 1983.-223 с.