Расчет автомобиля

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………

  1. Исходные данные…………………………………………………………..7
  2. Компоновка ………………………………………………………………...8
    1. Компоновка автомобиля…………………………………………………...8
    2. Компоновка трансмиссии……………………………………………...…10
  3. К.П.Д. трансмиссии ……………………………………………...……….11
  4. Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией…………...11
    1. Исходные данные для тягового расчёта…………………………...….…11
    2. Определение полной массы автомобиля…………………………..…….11
    3. Определение лобовой площади автомобиля………………………........12
    4. Определение радиуса колеса………………..……………………...…….12
    5. Определение максимальной мощности двигателя………………..…….12
  5. Внешняя скоростная характеристика двигателя………………….…….13
    1. Определение эффективной мощности…………………………….…….13
    2. Определение эффективного крутящего момента………………….........14
  6. Определение передаточных чисел………………………………….........15
    1. Определение придаточного числа главной передачи…………..…........15
    2. Определение придаточного числа коробки передач ……………..…….15
  7. Тяговый и мощностной баланс автомобиля…………………………….16
    1. Тяговый баланс автомобиля ……………………………………………..16
    2. Мощностной баланс автомобиля………………………………………...20
  8. Динамический паспорт автомобиля……………………………………..23
    1. Динамический фактор…………………………………………………….23
    2. График контроля буксования …………………………………………....24
  9. Характеристика ускорений автомобиля…………………………...…….25
  10. Тормозные свойства  автомобиля………...……………………..……….26
    1. Тормозной путь автомобиля……………………………………………..26
    2. Остановочный путь автомобиля………………………………….……...28
  11. Устойчивость……………………………………………………….……..34
    1. Критическая скорость по опрокидыванию……………………………...34
    2. Критическая скорость по боковому скольжению……………………....34
  12. Управляемость …………………………………………………………....35
  13. Приложение……………………………………………………………….38
  14. 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:

  1. Автомобиль имеет небольшие габариты по сравнению с автомобилем с аналогичными параметрами но с капотной компоновкой
  2. Лучший обзор с места водителя
  3. Больший объём грузовой платформы
  4. Более лучшая теплозащита двигателя в холодное время года и в зонах с невысокими и низкими среднегодовыми температурами.
  5. Уменьшение снаряжённой массы
  6. Уменьшение минимального радиуса поворота
  7. Улучшенная манёвренность

 

 

 

 

 

Недостатками данной компоновки

  1. 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.
  2. Усложняется привод управления коробкой передач, что может вызвать и         затруднение управления автомобилем.
  3. Двигатель занимает значительный объем в средней части кабины, поэтому в салоне удается разместить только два места: одно водительское и одно для пассажира.
  4. Затрудняется доступ к двигателю, поэтому часто приходится выполнять кабину откидывающейся вперед и предусматривать соответствующий подъемный механизм, что усложняет и удорожает конструкцию.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Необходима хорошая шумо- и теплоизоляция салона от находящегося под кабиной двигателя.

 

2.2 Компоновка трансмиссии

Преимущества заднеприводной компоновки трансмиссии

  1. Больший угол поворота колёс
  2. Более рациональное использование массы перевозимого груза
  3. Простота передней подвески
  4. 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 

  1. Наличие карданного вала
  2. Усложнение заднего моста
  3. 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.                                   (1)

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=2160кг.

 

 

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=2.07м2

где

В- колея автомобиля

Н- высота автомобиля

4.4 Определение радиуса колеса

r=13́=,3302 м.

 

4.5 Определение максимальной мощности двигателя

Nv=                                      (2)

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=                                                   (4)

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=                                                          (5)

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=                                                                                                  (6)

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                                                                                        (9)

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=                                                    (10)

Определим силу сопротивления  качению колёс, и силу сопротивления  воздуха при разных значениях  скорости движения автомобиля

Pf=f0                                                                          (9)

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                                                                           (11)

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.123    кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.246       кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.369     кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.493   кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.616   кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.739   кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.862   кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=0.986   кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.109        кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.232   кН

Pw=0.5*1.225*0.35*2.07*=1.355   кН

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=                                                (12)

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                                                                       (14)

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=                                                        (15)

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 зависимость  динамического фактора по сцеплению  от нагрузки и позволяет определить возможность буксования ведущих  колёс.

Расчет автомобиля