Проектный тяговый расчёт

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра (Автосервис)

 

 

 

Тема курсовой работы:

«Проектный тяговый расчёт»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине

«Конструкция и эксплуатационные свойства Т и ТТМО»

 

  Разработал студент гр. ТСЗк-2671с ______________________/  Зуев А.Д. /

                                             (подпись)

 

  Руководитель профессор, канд. техн. наук   ____________/ Шпитко Г.Н. /

                                                                 (подпись)

 

  Работа защищена с оценкой         «__________»  «___»__________20__г.

 

 

 

 

Курган 2013

Оглавление

  1. Задание……………………………………………………………………..3
  2. Информация о прототипе…………………………………………………3
  3. Выбираемые параметры…………………………………………………..3
  4. Расчетные параметры……………………………………………………..5
    1. Определение необходимой максимальной мощности двигателя, обеспечивающего максимальную скорость движения полностью груженого автомобиля на горизонтальной асфальтированной дороге(Nmax)……………………………………………………………5
    2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя……...6
    3. Определение передаточного числа главной передачи……………...7
    4. Определение передаточных чисел коробки передач………………..8
  5. Анализ тяговых качеств………………………………………………… 10
    1. Силовой баланс автомобиля…………………………………………10
    2. Динамическая характеристика автомобиля…………………………12
    3. Мощностной баланс автомобиля……………………………………13
    4. Ускорение автомобиля ………………………………………………14
    5. Время и путь разгона автомобиля…………………………………...15

Литература………………………………………………………………...19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Задание

Выполнить проектировочный  расчет автомобиля по следующим заданным параметрам:

- легковой автомобиль  с карбюраторным двигателем;

-пассажировместимость - 5 человек;

- максимальная скорость 130 км/ч;

- значение максимального  сопротивления дороги, преодолеваемого  на первой передаче  ψ1max=0,36.

  1. Информация о прототипе.

Прототипом проектируемого автомобиля выбираем автомобиль

ВАЗ-2121  «Нива»

Таблица 1 – Краткая техническая  характеристика прототипа.

Параметры автомобиля

Значение  параметра

Снаряжённая масса автомобиля, кг

1150

Пассажировместимость, чел.

5

Максимальная скорость:

130

Полная масса кг               общая

1550

Максимальная мощность кВт /

при частоте вращения коленчатого  вала об/мин

59,5

5200


 

  1. Выбираемые параметры.

а) масса снаряженного автомобиля Мо=1150 кг;

б) полная масса автомобиля

, кг                                                          

где  Мо – масса снаряженного автомобиля, кг;

Мп – масса одного пассажира или водителя, равная 75 кг;

n – пассажировместимость; n=5.

Мгр – масса груза.

Ма=1150+5∙75+1550=3075кг

в) коэффициент сопротивления воздуха К и лобовая площадь F

 Принимаем из предела для грузовых автомобилей: К=0,35  Н∙с2/м4

Приближенно лобовая площадь  может быть определена по следующим  выражениям:

для легковых автомобилей;

где габаритная высота, м; H=1,59

      - габаритная ширина, м; =1,68

м2                                                                   

г) коэффициент полезного действия трансмиссии ( ).

Могут быть приняты следующие  значения коэффициента полезного действия трансмиссии в зависимости от типа автомобиля и типа главной передачи.

=0,85

д)  распределение массы автомобиля по осям. У легковых автомобилей масса распределяется между передними и задними осями примерно поровну.

=755кг;

=795кг;

=680кг;

=470кг.

е) теоретический радиус качения колеса - .

Зная размер шин, определяют статический радиус колеса. Шины выбирают в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости по ГОСТ 4754-80 - для легковых автомобилей.

=0,322м;

ж) максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

=5500 об/мин.

з) соотношение между максимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя ( =5500 об/мин) и частотой при максимальной мощности двигателя ( =5200 об/мин), т.е. .

Отношение выбирают в пределах: для легковых автомобилей и автобусов с карбюраторным двигателем - ;

 

4. Расчетные параметры

4.1 Определение  необходимой максимальной мощности  двигателя, обеспечивающей максимальную  скорость движения полностью  груженого автомобиля на горизонтальной  асфальтированной дороге (Nmax).

Для определения Nmax сначала находим мощность двигателя, соответствующую максимальной скорости движения автомобиля NVmax.

Используя уравнение мощностного  баланса, имеем:

где Ga – вес полностью груженого автомобиля, Н

Ga=Ma∙9.8=1550∙9.8=15190 H

- коэффициент  сопротивления дороги при Vmax

=ƒVmax , полагая, что автомобиль развивает максимальную мощность только при движении по горизонтальной дороге (i=0).

ƒ0 =0,015, для сухого асфальта при скорости Va=10-15 км/ч.

Для больших скоростей  значение ƒVmax определяют по эмпирической зависимости: 

 

 

Зная NVmax по формуле Лейдермана, подсчитываем максимальную мощность двигателя:

                          

для карбюраторного двигателя: ;

 

 

 

4.2Построение  внешней скоростной характеристики  двигателя

Рассчитываем величины эффективной  мощности Ne и крутящего момента Те, в зависимости от частоты вращения ne , при полной подаче топлива, по уравнениям:

                                                                            

Текущие значения частоты  вращения берем от минимально устойчивой частоты вращения при полной нагрузке nmin , определяемой из соотношения:

          nmin= 0.2∙nN об/мин,                                                                             

nmin= 0.2∙5200 = 1040 об/мин

До частоты максимальной мощности

 

 

где  – соотношение текущей мощности к текущей частоте вращения

Данные расчетов сносим в  таблицу 2

 

nmin

n2

n3

n4

nmax

ne, об/мин

1040

2080

3120

4160

5200

Ne, кВт

13,57

28,81

43,21

53,90

58,08

Te, Нм

124,59

132,27

132,27

123,74

106,67


 

По данным таблицы строим график внешней скоростной характеристики двигателя (Рисунок 1).

 

4.3 Определение  передаточного числа главной  передачи

Передаточное число главной  передачи ведущего моста  определяем по формуле:

                                                                                           

где -  передаточное число высшей передачи коробки передач; =1.

  - передаточное число дополнительной (раздаточной) коробки на высшей  передаче; величиной  =1,194.

Если высшая передача прямая, то передаточное число коробки передач  принимается  ,

 

4.4 Определение  передаточных чисел коробки передач

Передаточные числа в  коробке передач должны обеспечивать автомобилю способность преодолевать заданное максимальное сопротивление  дороги , а так же достаточную динамику разгона при оптимальном использовании мощности двигателя. 

Это выполняется при условии: 

где - максимальная сила тяги, Н

- максимальная  сила сопротивления дороги, Н

Из этого условия определяем:

 

 

где - максимальный крутящий момент, Нм;

Полученное значение проверяем по условию буксования:

 

 где  сила сцепления колес с дорогой, Н

Из этого условия определяем:

 

 

 где  - сила тяжести полностью груженого автомобиля, приходящаяся на ведущие колеса, Н;

Для автомобилей с колесной формулой 4х4   .

- коэффициент сцепления колес  с дорогой принимают:

.

 

Выбираем значение:

При дальнейших расчетах принимается  меньшее из полученных передаточных чисел  .

Для легковых автомобилей  проверка по буксованию не обязательна.

Передаточные числа промежуточных  передач определяют по уравнению:

,

 

где - число передач в коробке, не считая заднего хода;

      - номер определяемой передачи.

Принимаем наименьшее значение =3,05

Передаточные числа промежуточных  передач определяем по уравнению:

 

 

U4=1

         

 

 

 

5. Анализ тяговых качеств

5.1 Силовой  баланс автомобиля 

По методу академика А.Е.Чудакова силовой баланс строят, зная тяговую  характеристику автомобиля и силы сопротивления  воздуха и дороги,

Уравнение силового баланса  имеет вид:

Тяговую силу на ведущих  колесах автомобиля определяем по выражению:

 

Величину силы тяги определяют на всех передачах.

Силу сопротивления дороги находим как:

где ψ –коэффициент суммарного сопротивления дороги.

 Для горизонтальной  дороги ψ=ƒ может быть определен по формуле:

 

Сила сопротивления воздуха  рассчитывается по формуле:

 

Скорость автомобиля на каждой передаче определяют по формуле:

 

Для первой передачи рассчитаем величины:

 

 

Рассчитанные величины сводим в таблицу

Таблица 3 – Тяговая сила на ведущих колесах

 

nmin

n2

n3

n4

nmax

ne об/мин

1040

2080

3120

4160

5200

Pt1

5150,16

5467,64

5467,64

5114,89

4409,38

V1

8,06

16,12

24,19

32,25

40,31

Pt2

3546,01

3764,60

3764,60

3521,72

3035,97

V2

11,71

23,42

35,13

46,84

58,55

Pt3

2946,57

3128,20

3128,20

2926,39

2522,75

V3

14,09

28,18

42,27

56,37

70,46

Pt4

1688,58

1792,67

1792,67

1677,01

1445,70

V4

24,59

49,18

73,77

98,36

122,95


 

Задаем значения от Vmin до Vmax и рассчитываем величины:

Рассчитанные величины сводим в таблицу:

 

Таблица 4 – Силы сопротивления  дороги и воздуха:

VА

8,06

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

PД

228,59

232,41

238,1

246,08

256,33

268,86

283,67

300,76

320,13

341,78

365,70

391,90

420,38

РВ

3,64

22,40

50,40

89,60

140,00

201,60

274,40

358,40

453,60

560,00

677,60

806,40

946,40

РВ+РД

232,23

254,81

288,50

335,68

396,33

470,46

558,07

659,16

773,73

901,78

1043,3

1198,3

1366,8


 

Пользуясь данными таблиц 3 и 4, строим график силового баланса.

(Рисунок 2)

 

 

 

5.2 Динамическая  характеристика автомобиля

Зависимость динамического  фактора при полной нагрузке от скорости движения автомобиля на разных передачах  называется динамической характеристикой  автомобиля.

Динамический фактор D является оценочным параметром тяговых качеств всех автомобилей.

Сравнение различных по конструкции  автомобилей, с точки зрения их динамичности, производится по значению Dmax на низшей передаче.

Динамический фактор определяют при полной нагрузке автомобиля по формуле:

 

 

Пользуясь рассчитанными  значениями Рt и PB , считаем динамический фактор и результаты заносим в таблицу:

Таблица 5 – Динамический фактор

V1

8,06

16,12

24,19

32,25

40,31

D1

0,34

0,36

0,36

0,33

0,28

V2

11,71

23,42

35,13

46,84

58,55

D2

0,23

0,25

0,24

0,22

0,19

V3

14,09

28,18

42,27

56,37

70,46

D3

0,19

0,20

0,20

0,18

0,15

V4

24,59

49,18

73,77

98,36

122,95

D4

0,11

0,11

0,10

0,07

0,04


 

Пользуясь данными таблицы 5, строим динамическую характеристику и дополнив ее номограммой нагрузок и графиком контроля буксования получим динамический паспорт автомобиля. (Рисунок 3)

 

5.3 Мощностной  баланс автомобиля

По аналогии с уравнением силового баланса уравнение мощностного  баланса можно записать в следующем  виде:

Решить это уравнение  можно графически, для чего строят график мощностного баланса. На этот график наносят зависимости на всех передачах, мощности двигателя (Ne) на высшей передаче, мощности заданного дорожного сопротивления (NД) и суммарной мощности воздушного и дорожного сопротивления (NД+NВ) от скорости движения автомобиля.

Тяговая мощность определяется по уравнению:

и строится на каждой передаче в зависимости от скорости движения, соответствующей частоте вращения, для которой определялась мощность по скоростной характеристике.

NТ = 13,57∙0,85=11,53 кВт

По значениям таблицы  строим график мощностного баланса

(Рисунок 4)                      

Таблица 6 – Расчет тяговой  мощности

ne

1040

2080

3120

4160

5200

NT

11,53

24,49

36,73

45,82

49,37

V1

8,06

16,12

24,19

32,25

40,31

V2

11,71

23,42

35,13

46,84

58,55

V3

14,09

28,18

42,27

56,37

70,46

V4

24,59

49,18

73,77

98,36

122,95


 

Мощности дорожного сопротивления  и сопротивления воздуха рассчитывают в зависимости от скорости автомобиля по уравнениям:

 

Таблица 7 – Расчет сопротивления  дороги и сопротивления воздуха

Va

8,06

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Nв ,кВт

0,51

1,27

1,90

2,54

3,17

3,81

4,44

5,08

5,71

6,35

6,98

Nд ,кВт

0,0081

0,1244

0,4200

0,9956

1,9444

3,3600

5,3356

7,9644

11,3400

15,5556

20,7044

Nв+ Nд

0,52

1,39

2,32

3,54

5,12

7,17

9,78

13,04

17,05

21,90

27,69


 

Va

120

130

Nв ,кВт

7,62

8,25

Nд ,кВт

26,8800

34,1756

Nв+ Nд

34,50

42,43


 

 

5.4 Ускорение  автомобиля 

Расчет ускорения автомобиля производится для движения по горизонтальной дороге с гладким покрытием по уравнению:

 

где  j – ускорение автомобиля в м/с2;

ψ – коэффициент сопротивления  дороги, соответствующий расчетной  скорости движения автомобиля;

g – ускорение свободного падения в м/с2;

δ – коэффициент учета  вращающихся масс, определяемый по уравнению:

.

Для легковых автомобилей  В = 0,05-0,07.

Полученные величины ускорения  сводим в таблицу и по ней строим график ускорения автомобиля.

Полученные величины ускорения  для всех передач автомобиля сводим в таблицу. Строим график ускорения  автомобиля (Рисунок 5)

Таблица 8 – Расчет ускорения  автомобиля

V1

j1

V2

j2

V3

j3

V4

j4

8,06

2,12

11,71

1,16

14,09

1,42

24,59

0,85

16,12

2,25

23,42

1,23

28,18

1,49

49,18

0,84

24,19

2,24

35,13

1,21

42,27

1,46

73,77

0,72

32,25

2,08

46,84

1,10

56,37

1,30

98,36

0,48

40,31

1,76

58,55

0,90

70,46

1,03

122,95

0,12




 

 

 

 

 

 

5.5. Время  и путь разгона автомобиля

Время и путь разгона автомобиля можно определить: графоаналитическим (метод Яковлева, Чудакова и др.) и  графическим методами (метод Ломоносова, Липеца, Лебедева и др.). 

Графоаналитический метод, для которого требуется большее  число построений и вспомогательных  расчетов, дает более точные результаты и лучше отражает физическую сторону  вопроса. Преимуществом графического метода является простота и быстрота всех построений.

Рассмотрим определение  времени и пути разгона автомобиля по методу Н. А. Яковлева.

Время разгона определяют, зная ускорение и скорость автомобиля.

При ускоренном движении автомобиля ускорение равно:

Так как отсутствует аналитическая  связь между ускорением и скоростью , то решение проводим графоаналитическим методом, пользуясь графиком ускорения автомобиля. Кривую ускорений разбивают на ряд интервалов и предполагают, что в каждом интервале скоростей автомобиль разгоняется с постоянным средним ускорением . Величину определяют по формуле:

,

где - ускорения соответственно в начале и конце интервала скорости  .

Для точности расчетов интервал скорости берут равным 2 - 3 км/ч на первой передаче, 10 - 15 км/ч - на высшей передаче и 5 - 10 км/ч - на промежуточных передачах.

Если взять интервал скоростей  от V1- V2, например, то среднее ускорение на этом участке (j`ср) равно:

 

Следовательно, время разгона  в том же интервале скорости определяется как:

 

 

Пользуясь полученным выражением, определяем время разгона на всех других интервалах скоростей.

Общее время разгона составит:

 

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Таблица 9 – Расчет времени  разгона.

Va

8,06

16,12

24,19

32,25

40,31

46,84

56,37

58,55

70,46

73,77

98,36

100

ΔV

0,00

8,06

8,06

8,06

8,06

6,53

9,53

2,18

11,91

3,31

24,59

1,64

Jср

2,19

2,12

2,16

1,92

1,48

1,16

1,00

1,18

1,38

1,17

0,87

0,60

Δt

0,00

1,06

1,04

1,17

1,51

1,56

2,65

0,51

2,40

0,79

7,85

0,76

T, с

0,00

1,06

2,10

3,27

4,78

6,34

8,99

9,50

11,90

12,69

20,54

21,30

Проектный тяговый расчёт