Проектный тяговый расчёт
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
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. /
Руководитель профессор, канд. техн. наук ____________/ Шпитко Г.Н. /
Работа защищена с оценкой «__________» «___»__________20__г.
Курган 2013
Оглавление
- Задание……………………………………………………………
………..3 - Информация о прототипе…………………………………………………3
- Выбираемые параметры…………………………………………………..
3 - Расчетные параметры…………………………………………………….
.5 - Определение необходимой максимальной мощности двигателя, обеспечивающего максимальную скорость движения полностью груженого автомобиля на горизонтальной асфальтированной дороге(Nmax)………………………………………………
……………5 - Построение внешней скоростной характеристики двигателя……...6
- Определение передаточного числа главной передачи……………...7
- Определение передаточных чисел коробки передач………………..8
- Анализ тяговых качеств………………………………………………… 10
- Силовой баланс автомобиля…………………………………………10
- Динамическая характеристика автомобиля…………………………12
- Мощностной баланс автомобиля……………………………………13
- Ускорение автомобиля ………………………………………………14
- Время и путь разгона автомобиля…………………………………...15
Литература……………………………………………………
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.
- 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 |
- 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
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
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
Если высшая передача прямая, то передаточное число коробки передач принимается ,
4.4 Определение
передаточных чисел коробки
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
где - число передач в коробке, не считая заднего хода;
- номер определяемой передачи.
Принимаем наименьшее значение =3,05
Передаточные числа
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
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
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 |