Експлуатаційні властивості автомобіля

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КТМ.АТЕ.АВ-87.1000.0000.000ПЗ

                    Зміст                        стор.

Завдання до курсового проекту з дисципліни «Автомобілі»……………………              Вступ………………………………………………………………………………..              Графік виконання проекту………………………………………………………...                 1. Експлуатаційні властивості автомобіля………………………………….....                     1.1 Аналіз найближчих аналогів……………………………………………...                     1.2 Визначення параметрів маси автомобіля………………………………...                    1.3 Уточнення колісної формули……………………………………………..                   1.4 Вибір шин автомобіля……………………………………………………..                     1.5 Вибір типу двигуна………………………………………………………..                     1.6 Вибір габаритної висоти та коефіцієнта опору повітря…………………                     1.7 Вибір коефіцієнта корисної дії трансмісії………………………………..                 2. Тяговий розрахунок і визначення тягово-швидкісних властивостей……..                     2.1 Визначення максимальної потужності двигуна………………………….                    2.2 Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна…………….                     2.3 Визначення передаточних чисел трансмісії……………………………...                     2.4 Побудова динамічної характеристики……………………………………                     2.5 Кінематична схема трансмісії…………………………………………….                   2.6 Побудова графіків часу і шляху розгону автомобіля……………………                     2.7 Побудова паливно-економічної характеристики автомобіля…………..                  2.8 Гальмівні властивості автомобіля………………………………………...                  2.9 Маневреність автомобіля………………………………………………….                   2.10 Прохідність автомобіля…………………………………………………..                  3. Проектування вузлів та механізмів……………………………………….....                     3.1 Розрахунок зчеплення…………………………………………………….             Висновок………………………………………………………................................             Література……………………………………………………………………………             Додатки………………………………………………………………………………

3 4 5 6 6 8 9 9 10 10 11 12 12 13 15 17 21 27 32 34 38 40 43 44 50 51 52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Автотранспортні засоби є однією з  найважливіших ланок народного  господарства України, яка взаємопов'язана з усіма матеріальними галузями та невиробничою сферою. Як у теперішній час, так і в майбутній період буде зростати попит на легкові і вантажні автомобілі, який обумовлюється причинами економічного, соціального та науково-технічного характеру.

Автомобільний транспорт є частиною розвинутої транспортної системи України. Крім автомобільного, ця система включає  також інші види транспорту - залізничний, водний, повітряний, трубопровідний.

Розвиток і вдосконалення системи  автомобільного транспорту є головним напрямком роботи майбутнього інженера, який працюватиме в цій галузі народного господарства.

Метою курсового проекту є опанування методологією проектування автомобіля на основі отриманих теоретичних положень з експлуатаційних властивостей та базових положень розрахунку вузлів і механізмів.

Для досягнення поставленої мети я  повинен вирішити такі задачі:

• визначити експлуатаційні властивості автомобіля, що проектується:
• Тягово-швидкісні властивості.
• Паливна економічність.
• Гальмівні властивості.
• Маневреність.
• Прохідність.
• спроектувати механізм трансмісії (зчеплення) та ходової частини (колеса та шини).

 

 

 

 

 

 

Графік  виконання проекту

Роботу  над проектом треба здійснити за графіком (табл. 1)

Таблиця 1 – Графік виконання проекту

№ п/п	Назва етапу	Обсяг, год.	Відсо-ток виконан-ня	Контрол. Термін (тиждень)	Відмітка керівника про ви-конаня
1	2	3	4	5	6
1	Аналіз найближчих ана- логів, обґрунтування па- раметрів автомобіля.	10	5	сьомий
2	Тяговий розрахунок	15	15	сьомий
3	Кінематична схема трансмісії	5	20	восьмий
4	Розробка компонувальної схеми автомобіля та оці- нка його експлуатації властивостей	10	30	дев’ятий
5	Компоновка і розробка 1-го вузла  автомобіля	40	70	десятий
6	Складальний кресленик вузла і  специфікація	10	80	дванадцятий
7	Оформлення пояснювальної записки	10	90	одинадцятий
8	Підготовка до захисту і прилюдний захист проекту	10	100	тринадцятий

 

1. Експлуатаційні  властивості автомобіля

1.1.  АНАЛІЗ  НАЙБЛИЖЧИХ АНАЛОГІВ.

              В якості аналогів треба вибирати  автомобілі найпізніших років  випуску. Основні параметри найближчих  аналогів варто показати у такій таблиці.

Таблиця 1.1 – Таблиця основних аналогів.

№ п/п	Назва параметра	Найближчі аналоги
		Модель, країна-виготовлювач
		перший	другий	третій
1	2	3	4	5
1.	Вид автомобіля (легковий, вантажний, автобус, тягач і т.д.)	Renault Kengoo (легковий)	Citroen Berlingo (легковий)	Volkswagen Caddy (легковий)
2.	Компоновочна схема	4х2	4х2	4х2
3.	Максимальна маса вантажу,що перевозиться, mв, кг, або кількість місць для пасажирів, n.	5	5	5
4.	Споряджена  маса, m0, кг.	1293	1263	1165
5.	Повна маса, mа, кг.	1843	1780	1690
6.	Максимальна швидкість Vmax, км/год	148	140	145
7.	Час розгону з місця до 100 км/год (для легкових автомобілів) і до 60 км/год для вантажних.	15.8	15,3	15,3
8.	Двигун (карбюраторний, дизельний,інжекторний)	інжекторний	інжекторний	інжекторий
9.	Робочий об'єм, Vë, л	1,6	1,5	1,5
10.	Наявність обмежувача частоти обертання  колінчастого вала двигуна (так, ні)	Так	Так	Так
11.	Максимальна потужність двигуна, Nmax, кВт	55	55	55
12.	Частота обертання колінчастого вала, двигуна при максимальній потужності, nmax, об/хв.	5500	5500	5500

 

 

 

 

Продовження таблиці 1.1

1	2	3	4	5
13.	Максимальний крутний момент,Ме max, н.м.	114	120	126
14.	Частота обертання колінчастого вала двигуна при максимальному крутному моменті, nм, об/хв.	3500	3400	3800
15.	Зчеплення	Фрекційне, сухе, одно дискове, с гідравлічним приводом	Фрекційне, сухе, одно дискове, с гідравлічним приводом	Фрекційне, сухе, одно дискове, с гідравлічним приводом
16.	Коробка передач	Механічна, двох валова, з синхронізато-ром на всіх передачах переднього ходу	Механічна, двох валова, з синхронізато-ром на всіх передачах переднього ходу	Механічна, двох валова, з синхронізато-ром на всіх передачах переднього ходу
18.	Головна передача	Циліндрична косозуба	Циліндрична косозуба	Циліндрична косозуба
19.	Передаточні числа коробки передач: перша, Uк1	3,727	3,636	3,778
	друга, Uк2	2,048	1,950	2,118
	третя, Uк3	1,393	1,281	1,360
	четверта, U4	1,029	0,975	0,971
	п’ята, U5	0,95	0,91	0,91
	Задня Uз	3,545	3,583	3,600
	головної  передачі, Uо	4,214	4,538	4,063
20.	Кількість осей,     в тому числі ведучих	2	2	2
21.	Маса, що припадає на ведучі колеса, mв, кг	700	871	800
22.	Розмір шин	185/70 R15	185 /65R15	185 /65R15
23.	Статичний радіус колеса з навантаженням, rс, м	265	265	265
24.	Габаритна висота, Н,м.	1799	1852	1836
25.	База, L, м	2697	2728	2601
26.	Колія передніх коліс, В, м.	1521	1420	1430
27.	Коефіцієнт опору повітря, к, н	0,91	0,91	0,91
28.	Коефіцієнт корисної дії трансмісії, тр	0,91	0,91	0,91

 

1.2 Визначення параметрів маси автомобіля.

 

Визначаємо  повну масу АТЗ за формулою:

m_а = m_o + m_n . n_с + m_б=1235+75*5+50=1660 кг                                 (1.1)

де  m_о – споряджена маса автомобіля (заправлений з спорядженням, але без водія та пасажирів); [1, ст.17, табл. 4.2]

     m_n - маса водія або пасажира. В розрахунках приймають m_n = 75 кг;

     n_с , R – число місць для сидіння пасажирів та для стояння;

      m_б  - маса багажу;

           Розподілення повної маси легкових  автомобілів по мостах залежить  від схеми автомобіля. При класичному  компонуванні масу, що припадає  на задній міст, приймають 0,53 0,55 повної маси, при передньоприводної схеми – 0,43 0,47, а задньомоторної – 0,56 0,60 [1, ст.19]. Для проектованого передньоприводного автомобіля розподіл повної маси по осям складе:

 

Визначаємо  масу, що припадає на задні коліса:

m_з=k_з *m_о=0,47*1660=780 кг                                                             (1.2)

Визначаємо  масу, що припадає на передні коліса:

m_п= k_п *m_о=1660-780=880 кг                                                            (1.3)

 

 

 

1.3 Уточнення колісної формули.

        Колісну формулу автомобіля визначають, користуючись наступними умовами: неповноприводний автомобіль приймається тоді, коли:

                                                         

0,5                                                  (1.4)

         для двовісних автомобілів із  одинарними колесами на задній  осі;

         де φ – коефіцієнт зчеплення  коліс із дорогою, який задається  у вихідних даних, для характеристики  ґрунтових доріг з твердим  покриттям приймається 0,7;

         – максимальний коефіцієнт опору дороги, який задається у вихідних даних, повинен враховувати подолання автомобіля максимальних підйомів, закладених у стандартах.

              В інших випадках автомобіль  приймається повноприводний.

Для проектованого автомобіля із одинарними колесами на задній осі:

(1.5)

 

Таким чином приймаємо неповнопривідний автомобіль колісної формули 4х2 з одинарними колесами на задній осі.

 

1.4   Вибір шин автомобіля.

    Вибір шин проводиться за максимальним  навантаженням на колесо. Навантаження  на колесо передньої осі G_k1 визначається за формулою:

Н (1.6)

де  m₁= - маса автомобіля, що припадає на передню вісь, m_1Б – аналогічний показник базового автомобіля.

- позначення  шини 175/70R13;

- максимальне навантаження на  шину G

- зовнішній діаметр шини без  навантаження D=580мм;

- статичний радіус r_ст=265мм;

- посадковий діаметр шини d=330;

- допустима швидкість руху V =50м/с.

- динамічний радіус r_g та радіус кочення колеса r_k із достатньою точністю приймають рівним r_ст = r_g= r_k=265мм.

Із  достатньою точністю радіус колеса r_k визначаємо за виразом

мм (1.7)

де  d – діаметр обода;

     D – зовнішній діаметр колеса без навантаження;

     - коефіцієнт вертикальної деформації.

    Для тороїд них шин - =0,85 0,87; для шин із регульованим тиском -

1.5 Вибір типу двигуна

Вибираємо бензиновий двигун  з обмежувачем частоти обертання колінчастого валу (так як обмежувач частоти обертання колінчастого валу застосовують на двигунах легкових автомобілів для підвищення надійності, оскільки при роботі двигуна з надмірно великою частотою обертання колінчастого валу збільшується зношування деталей, а також можлива їх поломка) з максимальною частотою обертання 5500 об/хв.

 

1.6 Вибір  габаритної висоти та коефіцієнта  опору повітря

           Габаритну висоту і колію передніх  коліс визначають за статистичними  даними найближчих аналогів.

           Приймаємо габаритну висоту Н=1800 мм, колію передніх коліс В=1500 мм, базу L=2700 мм орієнтуючись на дані основних аналогів.

           Для визначення К можна використовувати  [1, ст.21, табл. 4.3].

 

 

Таблиця 1.2 – Значення коефіцієнта опору повітря.

№ п/п	Тип автомобіля	Коефіцієнт опору повітря, К, н·с2/м4
1	Гоночний автомобіль	0,13 0,15
2	Легковий автомобіль (включаючи вантажні малої вантажопідйомності на їх базі) : з закритим кузовом з відкритим кузовом автобуси вагонного типу вантажні автомобілі з кузовом: бортова платформа фургон цистерна автопоїзди двохланкові: міжміські з бортовою платформою	0,20 0,35 0,40 0,50 0,30 0,40   0,55 0,70 0,38 0,45 0,40 0,50   0,56 0,60 0,60 0,75

 

1.7 Вибір  коефіцієнта корисної дії трансмісії.

 

Для легкових автомобілів та АТЗ  на їх базі – 0,9 0,92 [1, ст.22]. Приймаємо η=0,9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЯГОВИЙ  РОЗРАХУНОК І ВИЗНАЧЕННЯ ТЯГОВО-ШВИДКІСНИХ  ВЛАСТИВОСТЕЙ АВТОМОБІЛЯ.

2.1 Визначення максимальної потужності двигуна.

       Необхідну потужність двигуна Ν_V, (кВт) для руху АТЗ з максимальною швидкістю можна визначити з такого рівняння [1, ст.23]:

Ν_V =

+    

 кВт

де g = 9,81м/с²  - прискорення вільного падіння.

             Лобову площу F (м²)  визначають за формулою:

F =  (м²)                                                       (2.2)

де  – коефіцієнт заповнення лобової площі автомобіля і приймається = 0,7 0,9 ;

Ψ_v – коефіцієнт опору дороги при V_max ;

К – фактор опору повітря, Н· с²/м² ;

η – механічний ККД трансмісії.

             Максимальну потужність двигуна  N_max  визначаєм за Ν_V.

де  n_max – максимальна частота обертання колінчастого вала;

        n_N – частота обертання колінчастого вала при теоретичній максимальній потужності;

        n_V – частота обертання в режимі максимальної швидкості руху автомобіля;

        N_{e max} – теоретична максимальна потужність двигуна.

Для інжекторних  двигунів приймають:

n_max = n_N = n_o = 5500 об/хв                                                                                 (2.3)

N_max = N_{e max} = (1.1 1.2)·N_v =1,15·49,4=57 кВт                                               (2.4)

 

      

 

 

 

2.2 Побудова  зовнішньої швидкісної характеристики  двигуна.

           Для побудови зовнішньої швидкісної  характеристики поршневого двигуна  використовують емпіричну залежність, яка дозволяє за відомими координатами  однієї точки швидкісної характеристики (N_{e max} і n_N) побудувати всю криву потужності:

                                 N_e = N_{e max}

                                        (2.5)

             де N_e, кВт – поточне значення потужності двигуна, що відповідає частоті обертання колінчастого валу n, об/хв. ;

            А₁ і А₂ – емпіричні коефіцієнти, що характеризують тип двигуна (для карбюраторних двигунів А₁ = А₂ = 1, а для дизелів та інжекторів А₁ = 0,5; А₂= 1,5).

             Вибираючи поточні значення n, встановлюють діапазон частоти обертання колінчастого валу від n_min (n_min=(0.16 0.18)·n_N) до n_max, який розбивають на довільну кількість дільниць (рекомендується 6 8) з постійним інтервалом ∆ n, який сумірний 50 або 100:

                   n_min=(0.16

0.18)n_N =0,16·5500=880 об/хв.                            (2.6)

                                         ∆ n =

об/хв.                             (2.7)

            Визначивши N_e для прийнятих значень n, розраховують відповідні величини крутного моменту M_e , (Н·м)

                                                             M_e = 9550·                                       (2.8)

Приклад розрахунку:

При n_min=880 об/хв.

Результати  розрахунку заносимо в таблицю 2.2.1

 

  Таблиця 2.1 – Поточні значення  потужності і крутного моменту  двигуна

ne,об/хв	Ne, кВт	Ме, Н·м
880	6,515	70,706
1540	13,432	83,295
2200	21,432	93,034
2860	29,925	99,923
3520	38,319	103,961
4180	46,023	105,149
4840	52,447	103,486
5500	57	98,973

 

Рисунок 2.1 – Зовнішня швидкісна характеристика N=f(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 – Зовнішня швидкісна характеристика M=f(n)

 

2.3 Визначення  передаточних чисел трансмісії.

       Розрахунок передаточного числа  головної передачі U_о здійснюється за формулою [1, ст.25]:

                   U_о = 0,377

                             (2.9)

де r_к – радіус кочення колеса, м;

U_кв,  – передаточне число коробки передач на найвищій передачі та роздавальної коробки чи подільника теж на вищій передачі.

         Передаточне число коробки передач  на вищій передачі для 3^-х вальних чотирьох- та п'ятиступеневих коробок передач приймають рівним 1,0 (пряма передача).

         Для двохвальних коробок (передньо- та задньоприводні легкові автомобілі) U_кв задають в діапазоні 0,95≤ U_кв≤ 1,05.

         Знаходження передаточного числа  першої ступені коробки передач  U_к1 здійснюється за умови подолання максимального сумарного дорожнього опору Ψ_max , при допущенні r_д = r_cт [1, ст.26].

                   U_к1 =

            (2.10)

         Значення  M_{e max} треба брати з зовнішньої швидкісної характеристики.

         Потім необхідно визначити передаточне  число першої передачі з умови  забезпечення стійкості мінімальної  швидкості руху АТЗ V_min в діапазоні швидкостей 5 8 км/год: 5 – беруть для вантажних, 8 – для легкових при стійкій частоті обертання колінчастого валу n_min = (0.15 0.18) n_N [1, ст.26].

                    U_к1 = 0,377

                  (2.11)

            З двох отриманих значень U_к1 (дві умови руху) необхідно вибрати більше значення. Отже приймаємо U_к1 = 3,31

            У подальшому визначаємо передаточні  числа проміжних передач за  формулою [1, ст.27]:

                                                      U_у =

                                            (2.12)

де  р – число передач, у – проміжний  номер передачі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Побудова динамічної характеристики.

 

            Динамічна характеристика розглядається  за теоретичними значеннями передаточних  чисел. Розрахунок треба виконувати  після компоновки коробки передач  і ведучого моста та коректування  передаточних чисел.

             При розрахунку динамічної характеристики  АТЗ для кожної її передачі  та поточних значень частоти  обертання колінчастого валу  визначають:

Приклад розрахунку: (I передача n=n_min=880об/хв)

Знаходимо швидкість  руху автомобіля:

 

де  U_Ti=U₀*U_i – передаточне число трансмісії;

r_Д =0,265м – динамічний радіус колеса.

Знаходимо повну тягову силу:

   

  де К_р=0,95 – коефіцієнт корекції зовнішньої характеристики;

      М_е – відповідні величини крутного моменту.

Знаходимо силу опору повітря:

                                (2.4.3)

де K_b = 0,21 – коефіцієнт обтічності;

     F = 2,11 – площа лобового опору.

Знаходимо потужність, що витрачається на подолання сили:

                                      (2.4.4)

Знаходимо динамічний характер:

                                          (2.4.5)

Знаходимо сумарну силу опору  кочення колес автомобіля:

                    (2.4.6)

  де f=0.01 - сумарний коефіцієнт опору кочення коліс

Знаходимо потужність, що використовує на подолання сили опору кочення:

                                  (2.4.7)

Знаходимо потужність трансмісії:

                    (2.4.8)

 

Результати  розрахунку заносимо в таблицю 3.1

 Таблиця 2.4.1 – Поточні значення динамічної характеристики автомобіля.

Показники	Передача	n об/хв
		880	1540		2200		2860		3520		4180			4840		5500
V, м/с	1	2.021	3.537		5.053		6.569		8.085		9.601			11.117		12.632
	2	2.731	4.779		6.827		8.875		10.923		12.971			15.019		17.067
	3	3.676	6.433		9.19		11.947		14.704		17.461			20.218		22.974
	4	4.956	8.672		12.389		16.106		19.823		23.539			27.256		30.973
	5	6.69	11.708		16.725		21.743		26.761		31.778			36.796		41.814
РТі, кН	1	2.752	3.243		3.622		3.89		4.047		4.094			4.029		3.853
	2	2.037	2.4		2.681		2.879		2.994		3.03			2.982		2.852
	3	1.514	1.783		1.992		2.139		2.225		2.251			2.215		2.119
	4	1.123	1.323		1.477		1.586		1.651		1.67			1.643		1.572
	5	0.832	0.98		1.094		1.175		1.223		1.237			1.217		1.164
Ме,Нм		70.706	83.295		93.034		99.923		103.961		105.149			103.486		98.973
D	1	0.161		0.187		0.205		0.216		0.219		0.214			0.201		0.181
	2	0.119		0.137		0.15		0.157		0.157		0.151			0.14		0.122
	3	0.089		0.101		0.11		0.113		0.112		0.106			0.095		0.079
	4	0.066		0.074		0.079		0.081		0.078		0.072			0.061		0.047
	5	0.049		0.054		0.057		0.057		0.053		0.046			0.036		0.023
Ne,кВт		6,515		13.432		21.432		29.925		38.319		46.023			52.447		57
NT, кВт		5.632		11.612		18.528		25.87		33.127		39.787			45.34		49.276
f		0,01
РK, кН		0,163
РB, кН		0.002		0.061		0.124		0.209		0.317			0.447		0.6		0.775
РK+ РB, кН		0.165		0.224		0.287		0.372		0.48			0.61		0.763		0.938
NK, кВт		0,329		1.908		2.726		3,544		4.362			5,18		5.998		6.816
NB, кВт		0.004		0.711		2.073		4.555		8.492			14.219		22.075		32.394
NB+NK, кВт		0.333		2,619		4,799		8,099		12,854			19.399		28.073		39.21