Расчет автомобиля
Содержание
Введение…………………………………………………………
- Исходные данные…………………………………………………………..
7 - Компоновка ………………………………………………………………...8
- Компоновка автомобиля………………………………………………….
..8 - Компоновка трансмиссии……………………………………………..
.…10 - К.П.Д. трансмиссии ……………………………………………...……….11
- Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией…………...11
- Исходные данные для тягового расчёта…………………………...….…11
- Определение полной массы автомобиля…………………………..…….11
- Определение лобовой площади автомобиля………………………........12
- Определение радиуса колеса………………..……………………...…….12
- Определение максимальной мощности двигателя………………..…….12
- Внешняя скоростная характеристика двигателя………………….…….13
- Определение эффективной мощности…………………………….…….13
- Определение эффективного крутящего момента………………….........14
- Определение передаточных чисел………………………………….........15
- Определение придаточного числа главной передачи…………..…........15
- Определение придаточного числа коробки передач ……………..…….15
- Тяговый и мощностной баланс автомобиля…………………………….16
- Тяговый баланс автомобиля ……………………………………………..16
- Мощностной баланс автомобиля………………………………………...20
- Динамический паспорт автомобиля……………………………………..23
- Динамический фактор…………………………………………………….23
- График контроля буксования …………………………………………....24
- Характеристика ускорений автомобиля…………………………...…….25
- Тормозные свойства автомобиля………...……………………..……….
26 - Тормозной путь автомобиля……………………………………………..2
6 - Остановочный путь автомобиля………………………………….……...2
8 - Устойчивость………………………………………………
……….……..34 - Критическая скорость по опрокидыванию……………………………...34
- Критическая скорость по боковому скольжению……………………....34
- Управляемость …………………………………………………………....35
- Приложение……………………………………………………
………….38 - Список использованной литературы………………………………........
.47
Цель работы
Автомобиль как транспортное средство предназначен для перемещения в пространстве грузов и пассажиров. Его движение осуществляется за счёт взаимодействия ведущих колёс с опорной поверхностью (дорогой). Из-за сложных и разнообразных условий эксплуатации автомобили имеют различное конструктивное исполнение и, как следствие, различные эксплуатационные свойства. Созданный для перемещения с большой скоростью автомобиль, именно в силу своей подвижности, возможности быстро изменять положение на дороге относительно других объектов, как движущихся, так и неподвижных, представляет собой источник повышенной опасности. Инженер по организации дорожного движения должен знать, какими свойствами обладают автомобили, чтобы на дорогах различных категорий вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий была возможно меньше, а также какие ограничения должны накладываться на параметры движения в соответствии с эксплуатационными свойствами автомобилей и их конструкцией.
1.Исходные данные
В качестве автомобиля прототипа выбираем автомобиль Heibao HFJ1020GV
Технические характеристики прототипа
Длинна/ширина/высота – 3935/1415/1835м.
Длинна/ширина/высота кузова – 2480/1325/285м.
Масса автомобиля снаряженная/полная – 910/1000кг.
Двигатель: дизельнвй, 4-х цилиндровый, 4-х тактный
Рабочий объём: 1308 см3
Мощность: 58л.с./5400 об/мин.
Максимальный крутящий момент: 108/3500-4000 об/мин.
Степень сжатия: 9,3
Колея передних/задних колёс: 1400/1400 мм.
Колёсная база: 2200 мм.
Колёса: 250-330см.
Пассажировместимость: 2 человека
Данный автомобиль был выбран в качестве прототипа т.к. он отвечает следующим требованиям – простота конструкции, небольшие габариты, дизельный двигатель и достаточная вместимость кабины.
2. Компоновка
2.1 компоновка автомобиля
Преимущества компоновки:
- Автомобиль имеет небольшие габариты по сравнению с автомобилем с аналогичными параметрами но с капотной компоновкой
- Лучший обзор с места водителя
- Больший объём грузовой платформы
- Более лучшая теплозащита двигателя в холодное время года и в зонах с невысокими и низкими среднегодовыми температурами.
- Уменьшение снаряжённой массы
- Уменьшение минимального радиуса поворота
- Улучшенная манёвренность
Недостатками данной компоновки
- Неудачная развесовка по осям в состоянии без нагрузки, когда на ведущую ось приходится менее 50% веса автомобиля. Это ограничивает проходимость автомобиля с колесной формулой 4x2 в порожнем состоянии, поэтому указанная компоновочная схема используется для автомобилей, эксплуатирующихся в условиях благоустроенных дорог.
- Усложняется привод управления коробкой передач, что может вызвать и затруднение управления автомобилем.
- Двигатель занимает значительный объем в средней части кабины, поэтому в салоне удается разместить только два места: одно водительское и одно для пассажира.
- Затрудняется доступ к двигателю, поэтому часто приходится выполнять кабину откидывающейся вперед и предусматривать соответствующий подъемный механизм, что усложняет и удорожает конструкцию.
- Водитель и пассажир находятся в некомфортной зоне с точки зрения вертикальных, продольных и поперечных колебаний, которые имеют максимальные (или близкие к максимальным) амплитуды в надколесной зоне. Для улучшения ситуации при такой компоновке автомобиля приходится иногда создавать собственную подвеску кабины, не говоря уже о подрессоривании водительского сиденья.
- Затрудняется процесс занятия места в кабине и выхода из нее ввиду высокого уровня пола, который должен располагаться на 100-150 мм выше верхней точки переднего колеса (необходимый запас на динамический ход подвески). Указанное обстоятельство приводит к тому, что у данного типа компоновки высота расположения панели крыши получается самой большой из всех других компоновок.
- Необходима хорошая шумо- и теплоизоляция салона от находящегося под кабиной двигателя.
2.2 Компоновка трансмиссии
Преимущества заднеприводной компоновки трансмиссии
- Больший угол поворота колёс
- Более рациональное использование массы перевозимого груза
- Простота передней подвески
- Технологически, задний привод зачастую проще по сравнению с передним; в частности, не требует обязательного использования относительно сложных и дорогостоящих шарниров равных угловых скоростей, даже в случае независимой задней подвески; однако, себестоимость очень сильно зависит от конкретной компоновки, что рассмотрено ниже, и конкретной реализации;
Недостатки заднеприводной компоновки трансмиссии
- Наличие карданного вала
- Усложнение заднего моста
- На заднеприводном автомобиле повёрнутые передние колеса создают эффект торможения, а толкающие задние — избыточную толкающую силу, поэтому заднеприводные автомобили тяготеют к заносу (скольжению задней оси в повороте), что называется избыточной поворачиваемостью.
3.КПД трансмиссии
ηтр.
где
К-количество цилиндрических пар
l- количество конических пар
m- количество карданных шарниров
тогда
ηтр.
4.Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией
4.1 Исходные данные для тягового расчёта
Тип автомобиля: грузовик
Пассажировместимость: 2 человека
Максимальная скорость: 120 км/ч
Коэффициент сопротивления дороги: ψ=0,4
Тип двигателя: дизельный
Тип трансмиссии: механическая
Грузоподъёмность: 1 тонна
4.2 Определение полной массы автомобиля
Снаряженная масса автомобиля выбирается по технической характеристике существующего автомобиля аналогичного типа (Heibao)
ma=m0+mп+mп.г.=910+250+1000=
где
m0-снаряженная масса автомобиля
mп- масса пассажиров
mп.г.- масса перевозимого груза
4.3 определение лобовой площади автомобиля
F=0.8*B*H=0.8*1.415*1.835=2.
где
В- колея автомобиля
Н- высота автомобиля
4.4 Определение радиуса колеса
r=13́=,3302 м.
4.5 Определение максимальной мощности двигателя
Nv=
где
Сх- коэффициент обтекаемости автомобиля= 0,35
Ρв- плотность воздуха = 1,225
Vтах –максимальная скорость автомобиля м/с
f- коэффициент сопротивления качению, скорректированный по скорости движения
f=f0
Nv= кВт
5.Внешняя скоростная характеристика двигателя
5.1 Определение эффективной мощности
Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят, используя формулу С.Р. Лейдермана
Ne= (3)
где
a,b,c- эмпирические коэффициенты (а=0,87, b=1,13, с=1)
Ne- текущее значение мощности
Ne 900=6,87 кВт
Ne1800=15,14кВт
Ne 2700=23,7 кВт
Ne 3600=31,43кВт
Ne 4500=37,24кВт
Ne 5400=40кВт
Ne 6300=38,6 кВт
5.2 Определение эффективного крутящего момента
Me=
где
Nе- текущее значение мощности
ne-текущие обороты двигателя
Me= =72,93 Нм
Me= =80,36 Нм
Me= 83,86 Нм
Me= =83,431 Нм
Me= =79,067 Нм
Me= =70,77 Нм
Me= =58,54 Нм
Данные расчётов внесём в таблицу 1 и построим по данным этой таблицы скоростную характеристику
Таблица 1
ne |
900 |
1800 |
2700 |
3600 |
4500 |
5400 |
6300 |
Ne |
6,87037 |
15,14074 |
23,7 |
31,43704 |
37,24074 |
40 |
38,6037 |
Me |
72,93387 |
80,36487 |
83,86412 |
83,43163 |
79,06739 |
70,77141 |
58,54368 |
6.Определение передаточных чисел
6.1 Определение передаточного числа главной передачи
U0=
где
r-радиус колеса – 0,3302 м.
Uкв – передаточное число коробки передач на высшей передаче=1
Vmax-максимальная скорость=33,33 м/с
U0==6,535
6.2 Определение придаточного числа коробки передач
U1=
где
ψ-коэффициент сопротивления дороги =0,4
Мmax-максимальный крутящий момент= 83,864Нм
mа-масса автомобиля приходящаяся на ведущие колеса =1600кг.
U1==2,942
Полученное придаточное число 1 передачи не гарантирует отсутствия буксования ведущих колёс автомобиля. Чтобы не было буксования ведущих колёс при движении на первой передаче, необходимо выполнить проверку.
U1φ= (7)
mв- масса приходящаяся на ведущие колёса автомобиля =1600 кг
φ-коэфициент сцепления колёс с дорогой =0,2
U1φ=
U1φ=4,539> U1=2,942
Условие выполняется
Определим придаточные числа других передач
Uk=
U2=
U3=
U4=
U5=
7.Тяговый и мощностной баланс автомобиля
7.1 Тяговый баланс автомобиля
Тяговый баланс автомобиля- это зависимость тяговой силы на ведущих колёсах для различных передаточных чисел в трансмиссии, а также сил сопротивления движению от скорости автомобиля.
Уравнение тягового баланса автомобиля при неравномерном движении имеет вид
PT=Pf+PW+Pj
где
Pf –сила сопротивления качению колёс Н
PW – сила сопротивления воздуха Н
Pj- сила инерции автомобиля Н
Скорость движения автомобиля и частота вращения коленчатого вала связаны уравнением
Va=
Определим силу сопротивления качению колёс, и силу сопротивления воздуха при разных значениях скорости движения автомобиля
Pf=f0
Pf1==0.553 кН
Pf2==0.562 кН
Pf3==0.576 кН
Pf4==0.596 кН
Pf5==0.621 кН
Pf6==0.652 кН
Pf7==0.689 кН
Pf8==0.732 кН
Pf9==0.78 кН
Pf10==0.834 кН
Pf11==0.893 кН
Pf12==0.959 кН
Сила сопротивления воздуха
PW=0.5*ρB*CX*F*V2
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.123
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.246
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.369
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.493
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.616
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.739
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.862
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.986
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.109
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.232 кН
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.355
Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.479 кН
Результаты вычислений заносим в таблицу 2
Таблица 2
V |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
км |
Pf |
0,554 |
0,562 |
0,576 |
0,596 |
0,622 |
0,653 |
0,69 |
0,732 |
0,78 |
0,834 |
0,894 |
0,959 |
кН |
PW |
0,123 |
0,247 |
0,37 |
0,493 |
0,616 |
0,74 |
0,863 |
0,986 |
1,109 |
1,233 |
1,356 |
1,479 |
кН |
Va=
PT= (13)
Va=*.3775.805 км/ч
PT==3.495 кН
Va=*.377 км/ч
PT==3.851 кН
Va=*.37717.41 км/ч
PT==4.019 кН
Va=*.37723.22 км/ч
PT==3.998 кН
Va=*.37729.02 км/ч
PT==3.789 кН
Va=*.37734.83 км/ч
PT==3.391 кН
Va=*.37740.63 км/ч
PT==2.805 кН
Аналогично, считаем , для всех передач при разных скоростях и оборотов двигателя. Результаты расчётов заносим в таблицу 3
Таблица 3
1 |
ne |
900 |
1800 |
2700 |
3600 |
4500 |
5400 |
6300 | |
| Va |
5,805 |
11,61 |
17,41 |
23,22 |
29,02 |
34,83 |
40,63 | |
PT |
3,495 |
3,851 |
4,019 |
3,998 |
3,789 |
3,391 |
2,805 | ||
2 |
ne |
900 |
1800 |
2700 |
3600 |
4500 |
5400 |
6300 | |
Va |
7,603 |
15,21 |
22,81 |
30,41 |
38,02 |
45,62 |
53,22 | ||
PT |
2,668 |
2,94 |
3,068 |
3,052 |
2,893 |
2,589 |
2,142 | ||
3 |
ne |
900 |
1800 |
2700 |
3600 |
4500 |
5400 |
6300 | |
Va |
9,958 |
19,92 |
29,87 |
39,83 |
49,79 |
59,75 |
69,7 | ||
PT |
2,037 |
2,245 |
2,343 |
2,331 |
2,209 |
1,977 |
1,635 | ||
4 |
ne |
900 |
1800 |
2700 |
3600 |
4500 |
5400 |
6300 | |
Va |
13,05 |
26,09 |
39,14 |
52,18 |
65,23 |
78,28 |
91,32 | ||
PT |
1,555 |
1,713 |
1,788 |
1,779 |
1,686 |
1,509 |
1,248 | ||
5 |
ne |
900 |
1800 |
2700 |
3600 |
4500 |
5400 |
6300 | |
Va |
17,08 |
34,15 |
51,23 |
68,31 |
85,39 |
102,5 |
119,5 | ||
PT |
1,188 |
1,309 |
1,366 |
1,359 |
1,288 |
1,153 |
0,954 |
По данным таблиц 2 и 3 строим тяговую диаграмму автомобиля.
7.2 Мощностной баланс
Мощностной баланс автомобиля представляет собой зависимость на ведущих колёсах и мощности сил сопротивления движению от скорости
NT=Nf+NW+Nj
где
NT= РT*V (14) кВт
Nf= Рf*V (15) кВт
NW= РW*V (16) кВт
V-скорость автомобиля, М/С
Для построения графика мощностного баланса используется график тягового баланса. Аналогична и методика построения графика мощностного баланса т.е. в начале строят кривые мощности для тех же значений скорости и на тех же передачах, что и на графике тягового баланса. Затем наносят кривые мощьности сил сопротивления
Проведём расчет NT для первой передачи
NT=3,495*(5.823/3,6)=5,653 кВт
NT=3,851*(11,65/3,6)=12,46 кВт
NT=4,019*(17,47/3,6)=19,5 кВт
NT=3,998*(23,29/3,6)=25,87 кВт
NT=3,789*(29,12/3,6)=30,64 кВт
NT=3,391*(34,94/3,6)=32,91 кВт
NT=2,805*(40,76/3,6)=31,76 кВт
Аналогично считаем значения NT при разных передачах и разной скорости движения. Полученные результаты заносим в таблицу 4
Таблица 4
1 |
Va |
5,823 |
11,65 |
17,47 |
23,29 |
29,12 |
34,94 |
40,76 |
Nt |
5,653 |
12,46 |
19,5 |
25,87 |
30,64 |
32,91 |
31,76 | |
2 |
Va |
7,632 |
15,26 |
22,9 |
30,53 |
38,16 |
45,79 |
53,42 |
Nt |
5,656 |
12,47 |
19,51 |
25,88 |
30,66 |
32,93 |
31,78 | |
3 |
Va |
9,9 |
19,8 |
29,7 |
39,6 |
49,5 |
59,4 |
69,3 |
Nt |
5,603 |
12,35 |
19,33 |
25,64 |
30,37 |
32,62 |
31,48 | |
4 |
Va |
13,05 |
26,1 |
39,15 |
52,2 |
65,25 |
78,3 |
91,35 |
Nt |
5,637 |
12,42 |
19,45 |
25,79 |
30,56 |
32,82 |
31,67 | |
5 |
Va |
17,1 |
34,2 |
51,3 |
68,4 |
85,5 |
102,6 |
119,7 |
Nt |
5,643 |
12,44 |
19,47 |
25,82 |
30,59 |
32,85 |
31,71 |
Определяем силы сопротивления движению
На 1 передаче
Nf=0,554*(10/3,6)=1,538 кВт
Nf=0,562*(20/3,6)=3,124 кВт
Nf=0,576*(30/3,6)=4,804 кВт
Nf=0,596*(40/3,6)=6,625 кВт
Nf=0,662*(50/3,6)=8,636 кВт
Nf=0,653*(60/3,6)=10,88 кВт
Nf=0,69*(70/3,6)=13,41 кВт
Nf=0,732*(80/3,6)=16,27 кВт
Nf=0,78*(90/3,6)=19,51 кВт
Nf=0,834*(100/3,6)=23,18 кВт
Nf=0,894*(110/3,6)=27,31 кВт
Nf=0,959*(120/3,6)=31,97 кВт
NW=0,012*(10/3,6)=0,342 кВт
NW= 0,025*(20/3,6)=0,137 кВт
NW=0,037*(30/3,6)=0,308 кВт
NW=0,049*(40/3,6)=0,548 кВт
NW=0,062*(50/3,6)=0,856 кВт
NW=0,074*(60/3,6)=1,233 кВт
NW=0,086*(70/3,6)=1,678 кВт
NW=0,099*(80/3,6)=2,191 кВт
NW=0,111*(90/3,6)=2,773 кВт
NW=0,123*(100/3,6)=3,424 кВт
NW=0,136*(110/3,6)=4,143 кВт
NW=0,148*(120/3,6)=4,931 кВт
NW и Nf, считаем для разных значений скорости (10,20,30,………,110,120 км/ч) движения автомобиля, полученные результаты вносим в таблицу 5
Таблица5
V |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
Nf |
1,538 |
3,124 |
4,804 |
6,625 |
8,636 |
10,88 |
13,41 |
16,27 |
19,51 |
23,18 |
27,31 |
31,97 |
NW |
0,342 |
1,37 |
3,082 |
5,478 |
8,56 |
12,33 |
16,78 |
21,91 |
27,73 |
34,24 |
41,43 |
49,31 |
По данным таблиц 4 и 5 строим мощностную диаграмму автомобиля
8.Динамический паспорт автомобиля
Это более универсальный способ оценки тягово-скоростных свойств автомобиля при различных нагрузках. Динамическим паспортом автомобиля называется его динамическая характеристика с номограммой нагрузок и графиком контроля буксования. Динамической Характеристикой автомобиля называют график зависимости динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости движения на различных передачах.
8.1 Динамический фактор
Da=
Da=
Аналогично ,считаем, значения динамического фактора при разных передачах и разных скоростях движения автомобиля. Результаты вычислений вносим в таблицу 6
Таблица 6
1 |
Va |
5,805 |
11,61 |
17,41 |
23,22 |
29,02 |
34,83 |
40,63 |
Da |
0,164354827 |
0,180578 |
0,18791 |
0,18635 |
0,175899 |
0,156556 |
0,128322 | |
2 |
Va |
7,603 |
15,21 |
22,81 |
30,41 |
38,02 |
45,62 |
53,22 |
Da |
0,125335167 |
0,1375827 |
0,143042 |
0,141714 |
0,133597 |
0,118693 |
0,097001 | |
3 |
Va |
9,958 |
19,92 |
29,87 |
39,83 |
49,79 |
59,75 |
69,7 |
Da |
0,095565857 |
0,1047803 |
0,108812 |
0,10766 |
0,101325 |
0,089806 |
0,073105 | |
4 |
Va |
13,05 |
26,09 |
39,14 |
52,18 |
65,23 |
78,28 |
91,32 |
Da |
0,072804388 |
0,0796997 |
0,082639 |
0,081622 |
0,076649 |
0,06772 |
0,054835 | |
5 |
Va |
17,08 |
34,15 |
51,23 |
68,31 |
85,39 |
102,5 |
119,5 |
Da |
0,055481004 |
0,0606113 |
0,062719 |
0,061805 |
0,057869 |
0,05091 |
0,040929 |
8.2 График контроля буксования
Представляет собой