Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автомобиль грузовой – Зил-5301

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Ю.А. ГАГАРИНА

Кафедра «Автомобили и двигатели»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

(пояснительная записка)

Выполнил: студент гр. ААХ-42

Трашенков А.В.

Проверил: доц. Любимов И.И.

Саратов 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Задание……………………………………………………………………….3
Выбор и обоснование выбора дополнительных данных…………………3
Расчёт максимальной мощности двигателя……………………………….6
Расчёт передаточных чисел агрегатов трансмиссии……………………...8
Построение внешней скоростной характеристики двигателя……………9
Тяговая характеристика и тяговый баланс автомобиля…………………11
Расчёт и построение динамической характеристики……………………14
Расчёт и построение характеристики топливной экономичности……15
Расчёт карданного вала……………………………………………………18
Литература………………………………………………………………….29

ЗАДАНИЕ

Задание включает в себя следующее:

Тип автомобиля – грузовой;
Грузоподъёмность – 4 т.;
максимальная скорость - 100 км/ч;
максимальный динамический фактор на высшей передаче – - 0,038;
максимальное значение коэффициента сопротивления дороги, по которой автомобиль может двигаться на первой передаче – - 0,31.

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ

По данным выбрал грузовой автомобиль (прототип) Зил-5301, двигатель дизельный. Число мест – 3. Полная масса – 6950 кг. Масса снаряжённая – 3725. Максимально допустимая масса приходящаяся:

а). на переднюю ось – 2350;

б). на заднюю ось – 4900.

Грузоподъёмность прототипа Зил-5301 получилась – 3225 кг.

Далее проводим расчёт уже проектируемого автомобиля Зил-5301 и сравним полученные значения с оригинальным (прототипом) Зил – 5301.

С н а р я ж е н н а я м а с с а , кг, автомобиля определяется по величине показателя снаряженной массы, _{= 1,9:}

(1)

Перед расчетом снаряженной массы проектируемого автомобиля следует задаться показателем снаряженной массы, ориентируясь на прототип с учетом действующей тенденции к снижению массы автомобиля за счет совершенствования конструкции и применения прогрессивных материалов.

П о л н а я м а с с а , кг, автомобиля определяется из выражения:

_, (2)

где – грузоподъемность, кг;

– число мест в кабине;

Р а с п р е д е л е н и е м а с с ы п о о с я м проводится с учетом обеспечения равномерного износа шин, недостаточной поворачиваемости и проходимости автомобиля. При выполнении проекта можно ориентироваться на распределение массы автомобиля-прототипа[1].

М а с с а, п р и х о д я щ а я с я н а п е р е д н ю ю о с ь, кг:

(3)

М а с с а, п р и х о д я щ а я с я н а з а д н ю ю о с ь (тележку), кг:

(4)

В формулах (3) и (4) и – доли полной массы автомобиля, приходящиеся соответственно на переднюю и заднюю оси.

П о д б о р ш и н производится по следующей схеме:

определяется нагрузка, Н, на одно переднее и одно заднее колесо:

и _, (5)

где и – статическая нагрузка, соответственно, на переднее или заднее колесо, Н; – число передних колес; – число задних колес; 10 м/с² – ускорение свободного падения. Из полученных значений и выбирают большее, то есть находится статическая нагрузка наиболее нагруженного колеса.

При расчёте подобрали вид шин по справочнику. Марка шины – 215/75R17,5, которые наиболее оптимальны для использования на нашем проектируемом Зил-5301.

подсчитывается коэффициент , характеризующий степень использования допустимой максимальной скорости шины:

, (6)

где – максимальная скорость автомобиля (из задания);

– допустимая для данной шины максимальная скорость движения (берется из соответствующей таблицы Государственного стандарта);

по рассчитанной величине находится значение коэффициента загрузки шины . При определении коэффициента следует пользоваться приближенной зависимостью:

= 1,62- 0,99*1+0,37*1² = 1 (7)

Из соображений безопасности движения не рекомендуется использовать шины, для которых максимальная скорость меньше заданной для проектируемого автомобиля.

подсчитывается действительная нагрузка на шину, скорректированная с учетом скоростного фактора:

= 19136,5/1 = 19136,5 (8)

полученное значение должно отличатся от максимально допустимой нагрузки на выбранную в соответствии со стандартом шину -, не более, чем на 5-8%.

Р а д и у с к а ч е н и я к о л е с а , м, может быть рассчитан ориентировочно по размерам шины, В_ш , , приведенным в ее обозначении:

(9)

К о э ф ф и ц и е н т п о л е з н о г о д е й с т в и я т р а н с м и с с и и характеризует потери мощности при передаче ее механизмами трансмиссии и равен произведению коэффициентов полезного действия ее механизмов.

Ориентировочное значение без учета гидравлических потерь подсчитывают по формуле:

= 0,98 ⁰ *0,97*0,99 ² = 0,95 (10)

где , и – число пар соответственно цилиндрических, конических шестерен и число карданных шарниров, передающих крутящий момент от двигателя к колесам. При оценке численных значений z, k и n надо воспользоваться кинематической схемой трансмиссии, проектируемого автомобиля.

Л о б о в у ю п л о щ а д ь , м², автомобиля выбираем ориентируясь на прототип. Для ориентировочной оценки можно использовать следующие зависимости:

= 1,05*2,36*3,65 = 9,04 (11)

К о э ф ф и ц и е н т с о п р о т и в л е н и я в о з д у х а , Н×с²/м⁴:

= 0,8* = 0,48 (12)

где – коэффициент обтекаемости, безразмерная величина, зависящая, главным образом от формы автомобиля (определяется экспериментально путем продувки автомобиля в аэродинамической трубе [3]); – плотность воздуха (для условий окружающей среды 1,22кг/м³).

РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Максимальная мощность двигателя рассчитывается из условий обеспечения движения автомобиля на двух режимах: на режиме максимальной скорости на высшей передаче и режиме заданного максимального динамического фактора также на высшей передаче в коробке передач. По этим двум условиям максимальная мощность рассчитывается дважды, а затем из двух полученных значений выбирается большее. Очевидно, что эта мощность обеспечит возможность движения автомобиля на обоих рассматриваемых режимах.

Расчет мощности двигателя, необходимой для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью, ведется по формуле:

= (13)

где – мощность двигателя на режиме максимальной скорости автомобиля, кВт;

– полный вес автомобиля, Н;

– суммарный коэффициент сопротивления дороги на режиме максимальной скорости;

– максимальная скорость автомобиля, м/c;

– коэффициент сопротивления воздуха, Н∙с²/м⁴;

– лобовая площадь, м²;

– КПД трансмиссии.

Для расчета эмпирических коэффициентов a , b, c, ориентируясь на современные модели двигателей, следует задаться коэффициентом приспособляемости двигателя по моменту:

= = 1,13 (14)

и коэффициентом приспособляемости по скорости вращения:

= (15)

, – максимальный крутящий момент, Н·м, и скорость вращения выходного вала двигателя при максимальном крутящем моменте, рад/с;

– крутящий момент при максимальной мощности двигателя, Н·м.

а = = в = = с = = (16)

Мощность, обеспечивающая движение автомобиля, на режиме максимального динамического фактора на высшей передаче , кВт,рассчитывается по формуле:

= (17)

где – заданное максимальное значение динамического фактора на высшей передаче;

– скорость автомобиля на режиме максимального динамического фактора на высшей передаче, м/с.

= 27,7*0,7 = 19,3 (18)

Значение максимальной мощности двигателя по условию обеспечения заданного максимального значения динамического фактора на высшей передаче также определяется с помощью формулы С.Р. Лейдермана:

= ⁽19)

Окончательно максимальная мощность двигателя выбирается, как наибольшее значение из двух рассчитанных по описанной выше методике мощностей и. Получим, что _{= 151,6 кВт максимальное
значение мощности автомобиля.}

РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ АГРЕГАТОВ ТРАНСМИССИИ

Передаточное число главной передачи рассчитывается из условия обеспечения заданной максимальной скорости автомобиля по выражению:

= (20)

где – скорость вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля, рад/с;

– радиус качения колеса, м;

– максимальная скорость автомобиля, м/с;

– передаточное число коробки передач на высшей передаче;

– передаточное число дополнительной коробки передач (при ее отсутствии: = 1).

П е р е д а т о ч н о е ч и с л о п е р в о й п е р е д а ч и рассчитывается из условия преодоления заданного максимального сопротивления дороги, характеризующегося суммарным коэффициентом сопротивления по формуле:

= (21)

где – полный вес автомобиля, Н;

– максимальный крутящий момент двигателя, Н∙м;

– КПД трансмиссии.

Максимальный крутящийся момент определяется из формулы:

= (22)

где – мощность двигателя при максимальном крутящем моменте, кВт;

– скорость вращения коленчатого вала двигателя при , рад/с.

Максимальная мощность двигателя принята из условия обеспечения заданного максимального значения динамического фактора, значит .

П е р е д а т о ч н ы е ч и с л а п р о м е ж у т о ч н ы х п е р е д а ч рассчитываются в предположении, что общий ряд передаточных чисел коробки передач должен представлять собой геометрическую прогрессию. Тогда расчет ведется по формуле:

U₂ = ^{= 2},25;

U₃ = ^{= 2},19;

U₄ = ^{= 1},48;

U₅ = 1. (23)

где – передаточное число первой передачи;

– число ступеней переднего хода, включая прямую передачу (для трехвальной коробки передач);

– номер ступени, для которой рассчитывается передаточное число.

5. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Для построения внешней скоростной характеристики может быть использовано одно из предложенных эмпирических выражений, например, уже упоминавшаяся ранее формула С.Р. Лейдермана:

. (24)

Таблица 1

Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя

Скорость вращения коленчатого вала , рад/с	Мощность , кВт	Крутящий момент , Н×м
1	2	3
_80.0000	_44.2374	_552.9677
110.0000	66.6581	605.9826
_140.0000	_89.6326	_640.2329
175.8000	115.4211	656.5478
200.0000	130.4879	652.4396
_225.0000	_142.9589	_635.3731
_251.2000	151.6000	603.5032

По результатам расчета строится внешняя скоростная характеристика двигателя.

Рис. 1. Внешние скоростные характеристики дизельного двигателя

6. ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ТЯГОВЫЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ

Тяговая характеристика представляет собой зависимость силы тяги на колесах автомобиля от скорости движения по передачам .

Значения скоростей вращения коленчатого вала принимаются такими же, как и при построении внешней скоростной характеристики двигателя.

Значения силы тяги, Н, в расчетных точках определяются по формуле:

= (25)

Для удобства выполнения расчета и анализа получающихся результатов все рассчитанные значения заносятся в соответствующие столбцы таблицы основных результатов тягового расчета по передачам (табл. 2).

Рис. 2. Тяговая характеристика автомобиля

Таблица 2. Основные данные расчёта по передачам

Передача

№

точки

рад/с

м/с

кВт

м/с²

Пере-дача

110

140

175

200

225

251

1.832

2.519

3.206

4.026

4.580

5.153

5.753

22.9

25.1

26.5

27.2

27.0

26.3

25.0

1.45

2.75

4.46

7.03

9.10

11.5

14.3

22.1

24.2

25.6

26.3

26.1

25.4

24.0

0.33

0.36

0.38

0.39

0.38

0.36

4.20

6.33

8.51

10.9

12.3

13.5

14.4

0.02

0.06

0.14

0.28

0.41

0.59

0.85

4.05

6.11

8.23

10.6

11.9

13.1

13.8

1.45

1.59

1.68

1.73

1.71

1.67

1.58

Пере-дача

110

140

175

200

225

251

3.923

5.394

6.865

8.621

9.808

11.03

12.31

10.7

11.7

12.4

12.7

12.6

12.3

11.6

6.67

12.6

20.4

32.2

41.7

52.8

65.8

9.82

10.7

11.3

11.5

11.4

10.9

10.2

0.15

0.17

0.18

0.17

0.16

4.20

6.33

8.51

10.9

12.3

13.5

14.4

0.26

0.68

1.40

2.78

4.09

5.83

8.11

3.85

5.82

7.81

9.98

11.1

12.0

12.5

1.10

1.21

1.27

1.29

1.28

1.23

1.14

III

Пере-дача

110

140

175

200

225

251

4.030

5.542

7.054

8.857

10.07

11.33

12.65

10.4

11.4

12.0

12.3

11.9

11.3

7.05

13.3

21.5

34.0

44.0

55.7

69.5

9.53

10.4

11.0

11.2

11.0

10.6

9.86

0.15

0.16

0.17

0.16

0.15

4.20

6.33

8.51

10.9

12.3

13.5

14.4

0.28

0.73

1.52

3.01

4.44

6.32

8.79

3.84

5.80

7.78

9.93

11.1

12.0

12.4

1.081

1.188

1.252

1.272

1.252

1.202

1.119

Пере-дача

110

140

175

200

225

251

5.964

8.201

10.43

13.10

14.91

16.77

18.72

7.045

7.721

8.157

8.365

8.313

8.095

7.689

15.4

29.1

47.2

74.5

96.4

122

152

6.07

6.61

6.86

6.80

6.53

6.05

5.35

0.10

0.11

0.10

0.09

4.20

6.33

8.51

10.9

12.3

13.5

14.4

0.92

2.39

4.93

9.77

14.3

20.4

28.5

3.62

5.42

7.16

8.91

9.73

10.1

10.0

0.767

0.835

0.868

0.859

0.825

0.765

0.676

Пере-дача

110

140

175

200

225

251

8.827

12.13

15.44

19.39

22.06

24.82

27.71

4.760

5.217

5.512

5.652

5.617

5.470

5.195

33.8

63.9

103

163

211

267

333

3.605

3.760

3.659

3.202

2.686

1.978

1.044

0.064

0.067

0.065

0.059

0.051

0.041

0.027

4.202

6.332

8.515

10.96

12.39

13.58

14.40

2.98

7.75

15.9

31.6

46.6

66.4

92.4

3.18

4.56

5.65

6.21

5.92

4.91

2.89

0.480

0.501

0.488

0.427

0.358

0.263

0.139

Сила сопротивления воздушной среды, Н, равна:

= 0,48*19,3 ²*9,04 = 1616,3 (26)

где – сила сопротивления воздушной среды, Н;

– коэффициент сопротивления воздуха, H∙с²/м⁴;

– лобовая площадь автомобиля, м²;

– скорость автомобиля, м/c.

Значения рассчитываются для всех точек и заносятся в столбец 6 табл. 2. График зависимости от скорости представляет собой параболу, проходящую через начало координат. Для удобства дальнейшего анализа этот график смещают вверх на величину (в принятом масштабе).

7. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Динамическая характеристика представляет собой зависимость динамического фактора автомобиля от скорости на разных передачах. В каждой расчетной точке на каждой передаче динамический фактор рассчитывается, согласно его определению, по формуле:

= (27)

Рассчитанные значения заносятся в столбец 8 табл. 2. По этим значениям строятся графики для каждой передачи. Вид динамической характеристики Зил-5301 приведен на рис. 4.

Рис. 3. Динамическая характеристика автомобиля

Таблица 3. Характеристика разгона

1.832

2.519

3.206

4.026

4.580

5.153

5.753

5.394

6.865

8.621

9.808

11.03

11.33

10.43

13.10

14.91

16.77

15.44

0.472

0.902

1.388

1.708

2.041

2.400

2.547

3.922

4.835

5.793

6.837

7.171

8.664

10.76

13.02

15.57

21.58

27.83

0.788

2.010

3.036

4.377

6.021

12.17

18.44

26.70

36.94

39.83

41.18

63.08

92.67

130.7

156.5

253.1

402.4

644.3

Результаты расчёта времени и пути автомобиля занесены с таблицу 3.

8. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ

Характеристика топливной экономичности представляет собой зависимость путевого расхода топлива в литрах на 100 км пробега автомобиля от скорости движения в заданных дорожных условиях. В курсовом проекте эта характеристика строится только для высшей передачи переднего хода и для трех вариантов дорожных условий, характеризуемых значениями суммарного коэффициента сопротивления дороги , , . Рекомендуется принять ; ; .

Рис. 4. График времени и пути разгона

Значения можно взять из характеристики двигателя прототипа или ориентировочно принять:

= 190.

Плотность топлива ориентировочно:

= 0,725 кг/дм³

Результаты расчета сводятся в табл. 4 .

Таблица 4

Расчет характеристики топливной экономичности

, м/с

рад/с

кВт

, л/100км

0.014

0.029

0.045

8.82

12.1

15.4

19.3

22.0

24.8

27.7

8.82

12.1

15.4

19.3

22.0

24.8

27.7

8.82

12.1

15.4

19.3

22.0

24.8

110

140

175

200

225

251

110

140

175

200

225

251

110

140

175

200

225

44.2

66.6

89.6

115

130

142

151

44.2

66.6

89.6

115

130

142

151

44.2

66.6

89.6

115

130

142

8.41

11.5

14.7

18.4

21.0

23.6

26.4

17.4

23.9

30.5

38.3

43.5

49.0

54.7

27.0

37.2

47.3

59.4

67.6

76.0

2.98

7.75

15.9

31.6

46.6

66.4

92.4

2.98

7.75

15.9

31.6

46.6

66.4

92.42.98

7.75

15.9

31.6

46.6

66.4

0.2713

0.3053

0.3609

0.4576

0.5460

0.6633

0.8252

0.4859

0.5011

0.5462

0.6383

0.7279

0.8500

1.0218

0.7148

0.7100

0.7439

0.8311

0.9219

1.0493

1.15

1.06

0.99

0.95

0.94

0.95

0.99

1.15

1.06

0.99

0.95

0.94

0.95

1.15

1.06

0.99

0.95

0.94

1.25

1.20

1.13

1.03

0.96

0.91

1.01

0.99

0.96

0.92

0.90

0.92

0.90

0.91

0.95

14.3

15.5

17.1

19.5

21.5

24.4

29.9

20.7

21.2

22.2

24.3

26.8

31.4

27.327.3

28.3

31.3

35.6

42.1

42.4

41.9

41.2

40.7

40.2

39.6

42.1

42.4

41.9

41.2

40.7

40.2

39.6

42.1

42.4

41.9

41.2

40.7

40.2

Рис. 5. Характеристика топливной экономичности автомобиля

9. Расчёт карданного вала

Карданный вал рассчитывают на изгибные колебания (критическую частоту вращения вала), на деформации растяжения-сжатия, кручения и на жёсткость. Шлицевое соединение карданной передачи проверяется на смятие и срез.

1.1 Определение критической частоты вращения карданного вала

Размеры вала принимают, ориентируясь на конструкцию карданного вала автомобиля-прототипа (табл.1), при этом наружный и внутренний диаметры вала должны соответствовать требованиям ГОСТа 5005-82.

= ⁽¹⁾

где L_к - длина карданного вала – расстояние между центрами шипов крестовин карданных шарниров, м; D, d - наружный и внутренний диаметры вала, м; n_кр - критическая частота вращения вала, об/мин.

Для сохранения устойчивости прямолинейной формы оси вращающегося карданного вала следует иметь запас К по критической частоте, необходимость введения в расчёт которого обусловлена податливостью опор, неточностью балансировки, наличием зазоров в шлицевом соединении и эксплуатационным износом:

, (2)

где n_max - максимальная частота вращения карданного вала:

Здесь Va_max - максимальная скорость движения автомобиля, км/ч; U_в-к - передаточное число трансмиссии от карданного вала к ведущим колёсам на высшей передаче; r_к - радиус качения колеса, м.

Если размеры выбранного вала не обеспечивают требуемого запаса устойчивости , то следует или уменьшить длину, или изменить сечение вала. В уравнении (3) второе слагаемое уравнения определяет длину трубы, заменяющей стержень из условия равенства критических частот вращения стержневой и заменяющей её трубчатой частей вала.

Рис. 1. Схема к расчёту критической частоты вращения карданного вала

1.1.2 Расчёт карданного вала на деформацию кручения

Карданный вал, проверенный на устойчивость при максимальной частоте вращения, рассчитывается на прочность при передаче максимального динамического момента Mк_j. Напряжения кручения определяется формулой