Министерство  образования и науки РФ

Саратовский государственный технический университет 
 

Кафедра «Автомобили и двигатели» 
 
 
 
 
 

Курсовой проект

 Автомобиль грузовой

(пояснительная записка) 
 
 
 

Выполнил:__________________________________________  

Проверил:___________________________________________ 
 
 
 
 
 
 

Саратов 2011 г.

       Содержание                                          

       Введение…………………………………………………………………...4

       1 Предварительный расчет основных  характеристик автомобиля…….5

       1.1 Выбор и обоснование выбора параметров, необходимых для

       выполнения  тягового расчета…………………………………………….5

       1.1.1 Полезная масса автомобиля……..…………………………………5

       1.1.2 Снаряжённая масса автомобиля……...…………………………….5

       1.1.3 Полная масса автомобиля…………………………………………..6

       1.1.4 Распределение массы по осям……………………………………...6

       1.1.5 Подбор шин и радиуса качения……………………………………6

       1.1.6 Коэффициент полезного действия трансмиссии………………….8

       1.1.7 Лобовая площадь автомобиля……………………………………..9

       1.1.8 Коэффициент сопротивления воздуха…………………………...10

       1.2 Расчет максимальной мощности двигателя………………………..11

       1.2.1 Мощность, необходимая для движения автомобиля с заданной

       максимальной  скоростью……………………………………………….11

       1.2.2 Максимальная мощность двигателя по условию обеспечения

       максимальной  скорости автомобиля…………………………………...12

       1.2.3 Расчет мощности двигателя, необходимой для обеспечения

       заданного значения максимального динамического  фактора на

       высшей  передаче………………………………………………………...13

       1.2.4 Максимальная мощность двигателя по условию обеспечения

       заданного максимального значения динамического  фактора на

       высшей  передаче………………………………………………………...14

       1.2.5 Окончательный выбор максимальной мощности двигателя…...14

       1.3 Расчет передаточного числа главной передачи……………………14

       1.4 Расчет передаточных чисел коробки  передач……………………..15

       1.5 Построение внешней скоростной  характеристики двигателя…….18

       2 Расчет тягово-экономических характеристик автомобиля………....19

       2.1 Тяговая характеристика и тяговый баланс автомобиля…………..19

       2.2 Мощностной баланс автомобиля…………………………………..21

       2.3 Расчет динамической характеристики автомобиля……………….23

       2.4 Расчет ускорения автомобиля………………………………………24

       2.5 Расчет времени и пути разгона автомобиля………………………25

       2.6 Расчет топливной экономичности автомобиля……………………26

       3 Тормозное управление автомобиля…..………………………………29

       3.1 Выбор тормозного управления.…………………………………….29

       3.2 Исходные данные, выбор основных параметров.………………...32

       3.3 Расчет приводных сил……………………………………………...33

       3.4 Расчёт работоспособности тормозных механизмов.……………...34

       3.5 Расчет тормозного привода…………………………………………36

       Заключение…………..…………………………………………………..40

       Список  используемой литературы……………………………………..41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

       В данном курсовом проекте требовалось спроектировать грузовой автомобиль, грузоподъёмностью 3,5 тонны, максимальная скорость которого 110 км/ч, динамический фактор на высшей передаче D₀ = 0,042, а максимальный суммарный коэффициент сопротивления дороги, преодолеваемый на первой передаче ψ_I = 0,32. В результате выполнения данного проекта был получен автомобиль с дизельным двигателем, полная масса которого составляет 7,280 т. В качестве прототипа был выбран автомобиль ЗИЛ-5301КЕ (3,450т., «Бычок»), как наиболее легкий представитель данного семейства автомобилей.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Предварительный  расчет основных характеристик  автомобиля 

       1.1 Выбор и обоснование выбора параметров, необходимых для выполнения тягового расчета 

1.1.1 Полезная масса автомобиля 

       Полезная  масса автомобиля определяется по формуле:

где m – грузоподъёмность, m = 3000 кг;

   n_каб – число мест в кабине, n_каб = 3;

       1.1.2 Снаряжённая масса автомобиля 

       Снаряжённая масса автомобиля m_c, кг, определяется по величине показателя снаряженной массы, η_с:

       Потенциальным прототипом для проектируемого автомобиля является следующий автомобиль [9]:

ГАЗ -33104 ;

       Учитывая  действующие тенденции к снижению массы автомобиля за счет совершенствования конструкции и применения новых прогрессивных материалов снижаем выбранного прототипа на 15%, установив карбоновые элементы кузова, заменив некоторые стальные и чугунные элементы конструкции легкосплавными материалами:

       Собственную массу проектируемого автомобиля определяем исходя из значения :

1.1.3 Полная масса автомобиля 

       Полная  масса автомобиля вычисляется по формуле:

1.1.4 Распределение массы по осям 

       Масса, приходящаяся на переднюю ось,

       Масса, приходящаяся на заднюю ось,

       Для обеспечения нейтральной поворачиваемости автомобиля, ориентируясь на данные прототипа [9], принимаем:

       q₁ = 0,38 – доля полной массы автомобиля, приходящаяся на переднюю ось;

       q₂ = 0,62 – доля полной массы автомобиля, приходящаяся на заднюю ось.

       Масса, приходящаяся на переднюю ось,

       Масса, приходящаяся на заднюю ось,

1.1.5 Подбор шин и определение радиуса качения 

       Тип шин выбирается исходя из условий  эксплуатации автомобилей. Размер и  марка шины определяются по величине статической нагрузки на наиболее нагруженное колесо.

       Определим нагрузку на одно переднее и заднее колесо:

где G_k1 и G_k2 – статическая нагрузка на переднее или заднее колесо

              соответственно, Н;

          n₁ – число передних колес;

          n₂ – число задних колес;

           g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²).

       Таким образом, наиболее нагруженными являются колеса передней оси (G_kmax = G_k2), что собственно и следует из п.1.1.4.

       Учитывая  нагрузку и максимальную скорость (V_amax = 115 км/ч) автомобиля производим подбор шин, ориентируясь на данные справочника [5].

       Шины 205/75R16, для которой предельно допустимая скорость составляет 170 км/ч, а допустимая нагрузка – 1300 кг (12750 Н), полностью удовлетворяет условиям эксплуатации автомобиля.

       Произведем  проверочный расчет, предложенный в  методической разработке [2], и определим приближенное значение радиуса качения.

       Коэффициент, характеризующий степень использования  допустимой максимальной скорости шины:

где V_amax – максимальная скорость автомобиля, км/ч.

  V_шmax – допустимая для данной шины максимальная скорость движения, км/ч.

       По  рассчитанной величине λ находим значение коэффициента загрузки шины ξ.

       Подсчитаем  допустимую нагрузку на шину с учетом скоростного фактора:

       Сравним G_λ c максимально допустимой нагрузкой на шину:

       Т.о. эксплуатационная нагрузка на шину на 11 % меньше максимально допустимой.

      Радиус  качения колеса r_k, м, берем из параметров выбранной шины:

1.1.6 Коэффициент полезного действия трансмиссии 

       Коэффициент полезного действия трансмиссии η_тр характеризует потери мощности при передаче ее от двигателя к колесам. 

    Схема трансмиссии представлена на рисунке 1.

      Рис.1 Схема трансмиссии автомобиля

       Для выбранной компоновочной схемы  ориентировочное значение КПД можно  определить по формуле [2]:

где z, k, n – соответственно число цилиндрических и конических шестерен и

число карданных шарниров, передающих нагрузку при прямолинейном движении.

       В конструкции применяются 2 карданных шарнира, и 1 коническая и 0 цилиндрических шестерен. Тогда:

1.1.7 Лобовая площадь автомобиля 

      Значение  лобовой площади автомобиля , м², автомобиля выбираем ориентируясь на прототип. Для ориентировочной оценки используем зависимость: 

        ,

Где – наибольшая колея автомобиля-прототипа, м; –габаритная высота автомобиля-прототипа, м; - поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент принимаем . 
 
 
 

1.1.8 Коэффициент сопротивления воздуха

      Коэффициент сопротивления воздуха  , Н×с²/м⁴: 

,                         (12)

где – плотность воздуха (для нормальных условий ≈ 1,22  кг/м³).

      – коэффициент обтекаемости, безразмерная величина, зависящая, главным образом, от формы автомобиля (определяется экспериментально путем продувки автомобиля в аэродинамической трубе). Для современных грузовых автомобилей коэффициенты могут принимать значения: 0,75 ÷ 1,30. Для снижения коэффициента используются кабины с обтекаемой формой, накладные элементы, обтекатели, регулируемые щитки, облицовка шасси и установка фартука под передним бампером[2]. С учетом этого примем коэффициент обтекаемости = 0,75.

         Снижения аэродинамического сопротивления автомобиля можно добиться за счет [8]:

       1 оптимизации формы передка для безотрывного обтекания потоком воздуха (дает уменьшение C_x около 8–10% от первоначального состояния);

       2 установки спойлера передка, согласовав его с формой передней части автомобиля (снижает C_x на 11–16%);

       3 оптимизации формы стойки ветрового стекла. Влияние стойки ветрового стекла на аэродинамическое сопротивление очень сильно зависит от положения и формы ветрового стекла, а также от формы передка. (Дает снижение C_x до 7%);

       4 оптимизация формы крыши. Увеличение выпуклости крыши может привести к уменьшению C_x;

       5 оптимизация задка автомобиля (позволяет снизить C_x до 15% за счет изменения угла наклона панели задка и оформления кромок в районе задней части автомобиля);

       6 установка элементов пола (наблюдается уменьшение C_x до 9%);

       7 установка спойлера задка (дополнительное снижение C_x до 7% от исходного состояния). 
 

1.2 Расчет максимальной мощности двигателя 

1.2.1 Мощность, необходимая для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью 

       Расчет  мощности, необходимой для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью, N_υ ведется по уравнению мощностного баланса для данного режима движения:

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

       - полный вес автомобиля, Н;

       - суммарный коэффициент сопротивления дороги на режиме максимальной скорости;

        _max - максимальная скорость автомобиля, м/c;

         V_amax =115 км/ч = 31,94 м/с.

       - коэффициент сопротивления воздуха, Н∙с²/м⁴;

       - лобовая площадь, м²;

       - КПД трансмиссии.

       Величина  суммарного коэффициента сопротивления  дороги в режиме максимальной скорости ψ_υ выбирается из соображений, что максимальная скорость развивается автомобилем на горизонтальном участке дороги с усовершенствованным покрытием, находящимся в хорошем состоянии. Для этих условий значение суммарного коэффициента сопротивления дороги ψ_υ может быть принято равным значению коэффициента сопротивления качению на указанной дороге f_V. Согласно экспериментальным данным для асфальтированного шоссе

       f_V = 0,012 – 0,018.

       Принимаем f_V = 0,015.

1.2.2 Максимальная мощность двигателя по условию обеспечения максимальной скорости автомобиля 

       Максимальная  мощность определяется по формуле С.Р. Лейдермана, связывающей мощность в произвольной точке внешней скоростной характеристики с максимальной мощностью двигателя :

где

 ω_e – текущее значение угловой скорости вращения коленчатого вала, рад/с.

 ω_N – скорость вращения коленчатого вала на режиме максимальной

       мощности, рад/с.

       Из

где – скорость вращения коленчатого вала двигателя при .

      Следует заметить, что для определения  по формуле (15) максимальной мощности двигателя  нет необходимости знать абсолютные значения и , которые в большой степени сами зависит от максимальной мощности двигателя. Поэтому целесообразно пользоваться их относительными величинами. Так, для дизелей = 1.

      Для расчета эмпирических коэффициентов a, b, c следует, ориентируясь на  современные модели двигателей. Значения эмпирических коэффициентов a, b и c можно принять:

      для дизелей со способом смесеобразования «непосредственный впрыск топлива»: a = 0,53; b= 1,56; c = 1,09 . 

1.2.3 Расчет мощности двигателя, необходимой для обеспечения заданного значения максимального динамического фактора на высшей передаче 
 

       Мощность  для режима максимального динамического  фактора на высшей передаче N_{D ,}кВт. рассчитывается по формуле:

где D_0max – заданное максимальное значение динамического фактора на

          высшей передаче;

     V_aD – скорость автомобиля в режиме максимального динамического

          фактора на высшей передаче, м/с.

    Для дизелей:

.        (17)

       Скорость  вращения коленчатого вала двигателя  при максимальном крутящем моменте, и скорость при максимальной мощности связаны соотношением , где – коэффициент приспособляемости двигателя по скорости. При использовании формулы С.Р. Лейдермана величина принимается для дизелей = 1,4.        

       ω_N = 314 рад/с;

       ω_М = 157 рад/с; 
 

1.2.4 Максимальная мощность двигателя по условию обеспечения заданного максимального значения динамического фактора на высшей передаче 

       Значение  мощности для дизелей определяется с помощью формулы С. Р. Лейдермана:

1.2.5 Окончательный выбор максимальной мощности двигателя.

      Окончательно  максимальная мощность двигателя выбираем как наибольшее значение из двух рассчитанных по описанной выше методике мощностей: .  
 

       1.3 Расчет передаточного числа главной передачи 

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

где   – угловая скорость коленчатого вала двигателя, соответствующая

          максимальной скорости движения автомобиля, рад/с;

        – радиус качения колеса, м;

    – заданная максимальная  скорость движения автомобиля, м/с;

    – передаточное число коробки передач.

       Для прямой передачи в коробке передач . [2]

    – передаточное число дополнительной коробки передач. 

1.4 Расчет передаточных чисел коробки передач 

       Передаточное  число первой передачи рассчитывается из условия преодоления заданного (для первой передачи) максимального сопротивления дороги, характеризующегося суммарным коэффициентом сопротивления дороги , по формуле:

где – полный вес автомобиля, Н.

      – максимальный крутящий  момент двигателя, Н·м.

       –  КПД трансмиссии. 

       Значение  максимального крутящего момента  определяется из формулы:

где – мощность двигателя при максимальном крутящем моменте, кВт.

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

       Окончательная мощность двигателя  выбираем из условия обеспечения заданного максимального значения динамического фактора и .

       Рассчитанное  значение должно быть проверено по условию возможности реализации максимальной силы тяги по сцеплению колес с дорогой:

где – максимальная сила тяги на первой передаче, Н;

       – максимальная сила тяги, которая может быть реализована  по

            условиям сцепления  колес с дорогой, Н.

       Значение  передаточного числа первой передачи по условиям сцепления колес с  дорогой должно удовлетворять неравенству:

    Условие по сцеплению колес с дорогой выполнено.

       Максимальная  сила тяги по сцеплению определяется по формуле:

где – сцепной вес автомобиля (вес, приходящийся на ведущие колеса), Н.

      φ – коэффициент сцепления колес с дорогой (φ = 0,8). [2]