Расчет поектируемого узла

АлтГТУ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

группа АиАХ-01

специальность 150200

Шималин Андрей Александрович

2004 г.


 

Министерство Образования Российской Федерации

Алтайский Государственный  Технический Университет 

им. И.И. Ползунова

 

 

Кафедра:”Автомобили и Автомобильное хозяйство”

 

 

Курсовой проект защищен с оценкой ________________

Руководитель: доцент, к.т.н.

___________Автомонов  В.Г.

 

 

ПАЗ-3201

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА  КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ “АВТОТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА”

КП 150200.17.000 ПЗ

 

 

Выполнил: студент  группы АиАХ-01                            Шималин А.А.

Проверил: доцент, к.т.н.                                                 Автоманов В.Г.

 

 

 

Барнаул2004г.

 

Техническое задание

№

Парметр

Измеритель

Показатель

1

Тип а/м

А

ПАЗ-3201

2

Тип ДВС

К

  

3

Колесная формула

-

4×4

4

Собственная масса а/м;      М0

В том  числе на заднюю ось; М02

кг

4860

2550

5

Полная  масса а/м;  Ма

В томчисле на заднюю ось;  Ма2

кг

кг

7155

4512

6

Макс. Мощность ДВС;  Ne max

кВт

84,6

7

Углолвая  скорость вала дв-ля при Ne max       ;ωN

с-1

335,1

8

Передаточные  числа КП

i1 -6.55                    i4 -1.0

i2 -3.09                   i 3 -1.71

-

  

9

Передаточное  число ГП; i0

-

6,83

10

Гбаритная высота а/м; Н

м

2,964

11

Колея по передним колесам; В1

м

8,25-20

12

Размер  шин; B×d

мм

  

13

КПД трансмиссии; ηтр

-

0,85

14

Коэффициент сопротивления воздуху; Кв

0,45

15

Загрузка  а/м

%

100;80

16

Тип дорожного покрытия(грунт); f

-

0,04


 

Реферат


Настоящий курсовой проект является учебным. При выполнениии  расчетов тягово-динамических свойств за базовый  автомобиль был принят автомобиль ПАЗ-3201. Курсовой проектсостоит из двух частей. В первой части выполнен расчет поектируемого узла, а также обзор конструкций.

Графическая часть проекта состоит из трех листов формата А-1: графики тяговой динамичности автомобиля, обзор существующих конструкций узла, заданного на проект и сборочный чертеж проектируемого узла.

Основной  целью проекта является углубление и закрепление знаний по курсу “Автомобильные средства”, получение навыков по расчетному определению эксплуатационных качеств АТС и навыков самостоятельного решения задач конструкторского качества и характера, связанных с расчетом узлов и деталей АТС на прочность, долговечность и износ.

Основными задачами транспортя являются своевременное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы.

Для решения этих задач необходимо решить множество проблем, среди которых:внедрение  передовой техники, улучшение культуры и технологии производства, повышение темпов обновления подвижного состава.

 

 

 

Содержание

                                                                                                          Стр.

Техническое задание

Реферат

Содержание

Введение

1.Тягово-динамический  расчет

1.1 Подбор двигателя

1.2 Построение графика  мощностного балланса

1.3 Построение графика  силового баланса

1.4 Построение динамического  паспорта автомобиля

1.5 Построение графиков  ускорений автомобиля и величины  обратной ускорению

1.6 Построение графиков  пути и времени разгона

1.7 Определение минимального  пути торможения

2. Обзор конструкций

3. Расчет карданных  валов

Заключение

Список литературы

“Приложение А”

 

Введение

За  свою более чем столетнюю историю  автомобиль стал весьма сложным техническим изделием. Многие его узлы и агрегаты доведены до предела механического совершенства и продолжают развиваться уже в качественно новом уровне, “обрастая” новыми системами управления и контроля.

Совершенствуются  не только конструкция, определяющая эксплуатационные качества, но также процессы производства и утилизации. То есть весь жизненый цикл автомобиля, затрагивающий не только самого потребителя, но и остальных членов общества. Надо сказать устойчивая тенденцияк снижению экономического воздействия автомобиля на человека и окружающую сферу появилась сравнительно недавно. До этого на протяжении длительного времени автомобили становились все тяжелее и больше, потребляли больше топлива. При этом отдельные технические решения направленные на снижение расхода топлива не приносили существенных результатов, так как перекрывались расходными статьями. Ситуация координально изменилась сравнительно недавно, но отдельные экологические кризисы и угроза глобальной экологической катастрофы выдвинула на первое место именно требвания по защите окружающей среды, экономии топлива и других ресурсов, при производстве автомобиля.

Снижение  расхода топлива и как следствие  загазованности идет за счет применения легких и прочных материалов, таких  как, аллюминий, титан, а также применение антифрикционных покрытий. Оптимизирующие системы и композиции алгоритмов электронного управления ДВС( систкмы впрыска топлива).

Следует также отметить, что многолетние  исследования


альтернативных  силовых агрегатов и топлив, пока так и не привели к радикальному изменению энергоустановок, по мнению специалистов в ближайшее время предстоит совершенствование все тех же бензиновых и дизельных двигателей.

Тем не менее перспективы у альтернативных толив есть. К примеру хорошие  перспективы имеют сжиженный нефтяной и сжатыйприродный газ, запасы которыхеще весьма велеки. Но при этом газ имеет недостаток малую объемную энергоемкость.

Так же многие видят будущее зща гибридными автомобилями, двигатель на которых  работает в наиболее оптимальном режиме по экономичности.

Весьма  важная роль в автомобилестроение отводится  аэродинамике. Для улучшения этого  показателя в последнее время  сделаны большие шаги, применены  новые лакокрасочные покрытия, новые  конструкции и технические решения.

Разумеется новые технологии более сложные и дорогие, поэтому их применение в конструкции автомобиля сдерживается в первую очередь платежеспособностью потребителей. Тем неменее, они постоянно внедряются на наиболее дорогих автомобилях.

 

 

1 Расчет тяговой динамичности АТС

1.1.  Подбор двигателя

      1. Определение полной массы АТС

Для легковых автомобилей и автобусов  полная масса  определяется из выражения:

  

где   - собственныя масса автомобиля, кг;

- масса пассажиров, включая водителя, кг;

- масса багажа, кг;

- показатель использования массы,  ;

 - общее число пассажиров;

.

1.1.2.Выбор коэффициента сопротивления качению

Коэффициент сопротивлению  качению f в основном зависит от типа и состояния шин, дорожных условий  и скорости движения АТС. При скорости до 80 км/ч он считается постоянным f=0,04.

Для определения коэффициента сопротивления  качению при скорости движения автомобиля свыше 80 км/ч существует формула  Яковлева:

    (4.3)

где  f - коэффициент сопротивления качению при скорости ;

 


- коэффициент сопротивления  качению при скорости близкой  к нулю скорости, берется из  задания.

1.1.3.Выбор фактора обтекаемости

Фактор обтикаемости КF определяется произведением коэффициента сопротивления воздуха К на наибольшую площадь поперечного сечения  АТС, которая приближенно находится  по габаритным размерам.

Площадь поперечного сечения легковых автомобилей определяется по выражению:

где В -габаритная ширина, м;

Н -абаритная высота, м.

1.1.4.Выбор КПД трансмиссии

Коэффициент полезного действия трансмиссии  определяет потерю мощности при передаче ее от двигателя к ведущим колесам  автомобиля. Величина КПД зависит  от типа главной передачи (одинарная, двойная), от колесной формулы автомобиля и согласно эксперементальным данным может быть приняна для легковых автомобилей – 0,85.

1.1.5. Построение внешней скоросной характеристики

Для построения скоростной характеристики используем формулу Лейбермана:

     (4.4)

где  - текущее значение мощности двигателя, кВт;

- текущее значение угловой  скорости вала двигателя,  ;

- угловая скорость при максимальной  мощности, ;

А, В, С - постоянные коэффициенты, зависящие от типа ДВС. Для карбюракорного ДВС  А=В=С=1.

Момент двигателя находится  по формуле:


; ;

.

Таблица 1.1.- Данные для построения внешней скоросной характеристики

Параметр

Текущее значение параметра

we/wN

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

we

33,5

67

100,5

134

167,5

201

234,5

268

301,5

335

Ne

9,2214

19,627

30,71

41,962

52,875

62,942

71,656

78,509

82,993

84,6

Me

275,27

292,94

305,57

313,15

315,67

313,15

305,57

292,94

275,27

252,54

Va1

1,1026

2,2052

3,3077

4,4103

5,5129

6,6155

7,718

8,8206

9,9232

11,026

Va2

2,3372

4,6744

7,0115

9,3487

11,686

14,023

16,36

18,697

21,035

23,372

Va3

4,2233

8,4466

12,67

16,893

21,117

25,34

29,563

33,787

38,01

42,233

Va4

7,2219

14,444

21,666

28,887

36,109

43,331

50,553

57,775

64,997

72,219


 

Коэффициент приспосабливаемости  по угловой скорости:

Коэффициент приспосабливаемости  по мощности:

 

 


1.1.6. Подбор шин

Параметры шин выбираем по ГОСТ 4754-80 «Шины пневматические для легковых автомобилей».

Для выбора шин необходимо определить нормальные опорные реакции, приходящиеся на шины соответственно на передней и  задней осей и :

   (4.5)

где  и - нормальные реакции, приходящиеся на передний и задний мосты соответственно;

К - количество колес заднего  моста;

 и  - коэффициенты изменения нормальных реакций на передних и задних колесах ( =0,8…1,4; =0,75…1,2). Учитывая возможные в процессе эксплуатации перегрузки, следует выбрать значения и больше единицы.

    (4.6)

где L - база автомобиля;

- расстояние от передней и  задней осей до центра масс  автомобиля. 

1.2.Определение параметров силовой передачи

1.2.1.Определение радиуса качения колеса

Для определения параметров силовой  передачи необходимо определить радиус качения колеса (кинематический радиус). Радиус качения принимаем близким по значению радиусу качения в ведомом режиме:

            (4.7)

 

где  d - посадочный диаметр;

Н - высота профиля шины;

 - коэффициент деформации шины.


1.2.3.Определение передаточных чисел коробки передач

Предаточные числа коробки  передач начинают определять с первой передачи . Его выбирают из условия возможного движения при заданном сопротивлении и отсутствии буксования вудущих колес.

где  - максимальная касательная реакция на ведущих колесах, реализуемая по условиям сцепления;

- полная окружная сила, передаваемая  от двигателя на ведущие колеса;

- сила суммарного дорожного  сопротивления.

Из условия движения при заданном сопротивлении

           (4.8.1)

Из условия отсутствия буксования:

          (4.8.2)

где  - максимальный динамический фактор на первой передаче;

- максимальный крутящий момент  двигателя,  , определяется по внешней скоросной характеристики;

- нормальная реакция на ведущих  колесах, учитывающая перераспределениа  массы АТС.

          (4.8.3)


где  - коэффициет перераспределения массы на ведущую ось.

Передаточное число первой передачи  подбирается по формуле (1.8.1). Передаточные числа промежуточных передач обычно распределяются по геометрической прогрессии. Их можно найти по формуле:

            (4.9)

где т - порядковый номер передачи;

п - число ступеней в коробке передач, не считая ускоряющейся передачи и передачи заднего хода.

 

           (4.10)

     

1.3. Построение графиков мощностного и силового баланса

Мощностной баланс показывает распределение  мощности двигателя на всех передачах по остальным видам сопротивлений:

       (4.11)

где  - мощность сопротивления инерции, кВт;

- потери мощности в трансмиссии,  кВт.

Составляющие мощностного  баланса наносятся на график в  зависимости от скорости АТС. Мощность наносят с учетом внешней скоростной характеристики и параметров силовой передачи, предварительно определив связь между угловой скоростью вала двигателя и скоростью движения АТС на всех передачах:

         (4.12)

где   - текущая угловая скорость вала двигателя, рад/с;

- передаточное число коробки  передач на соответствующей передаче.

Мощность на ведущих  колесах  находят по формуле:

       (4.13)

Величину мощности, затрачиваемой  на преодоление суммарного дорожного сопротивления, сопротивления воздуха и сопротивления инерции, можно найти из зависимостей:

где  - коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

f - коэффициент сопротивления качению;

i - коэффициент сопротивления подъему, принимаем i=0, т.е. движение АТС по горизонтальному пути.

Силовой баланс показывает распределение полной окружной силы на ведущих колесах  по отдельным видам сопротивления:

             (4.14)

где  - сила сопротивления воздуха, Н;


- сила сопротивления инерции,  Н;

- сила суммарного дорожного  сопротивления, Н.

Полная окружная сила на всех передачах определяется:

(4.15)  где
- текущее значение момента двигателя, Н*м.

 

 

 


Таблица 1.2. - Данные для построения графиков силового и мощностного  баланса

 

Текущие значения параметров

w1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

w8

w9

w10

Va

1,10

2,21

3,31

4,41

5,51

6,62

7,72

8,82

9,92

11,03

Pв

0,22

0,90

2,02

3,59

5,61

8,08

11,00

14,37

18,19

22,45

Pk

25604,84

27249,19

28423,72

29128,44

29363,35

29128,44

28423,72

27249,19

25604,84

23490,68

Ne

9,22

19,63

30,71

41,96

52,88

62,94

71,66

78,51

82,99

84,60

Nk

7,84

16,68

26,10

35,67

44,94

53,50

60,91

66,73

70,54

71,91

Va

2,34

4,67

7,01

9,35

11,69

14,02

16,36

18,70

21,03

23,37

Pв

1,01

4,04

9,08

16,14

25,22

36,32

49,43

64,56

81,71

100,88

Pk

12079,23

12854,96

13409,05

13741,51

13852,33

13741,51

13409,05

12854,96

12079,23

11081,86

Ne

9,22

19,63

30,71

41,96

52,88

62,94

71,66

78,51

82,99

84,60

Va

4,22

8,45

12,67

16,89

21,12

25,34

29,56

33,79

38,01

42,23

Pв

3,29

13,18

29,65

52,70

82,35

118,59

161,41

210,82

266,82

329,40

Pk

6684,62

7113,91

7420,54

7604,53

7665,85

7604,53

7420,54

7113,91

6684,62

6132,68

Ne

9,22

19,63

30,71

41,96

52,88

62,94

71,66

78,51

82,99

84,60

Va

7,22

14,44

21,67

28,89

36,11

43,33

50,55

57,77

65,00

72,22

Pв

9,63

38,53

86,69

154,11

240,80

346,75

471,97

616,45

780,20

963,21

Pk

3909,14

4160,18

4339,50

4447,09

4482,95

4447,09

4339,50

4160,18

3909,14

3586,36

f

0,40

Pf

2807,62

Pв+Pf

2817,25

2846,15

2894,31

2961,73

3048,42

3154,37

3279,59

3424,07

3587,82

3770,83

Nв

0,02

0,15

0,52

1,24

2,42

4,17

6,63

9,89

14,09

19,32

Nψ

5,63

11,26

16,90

22,53

28,16

33,79

39,43

45,06

50,69

56,32

Nв+Nψ

5,65

11,42

17,42

23,77

30,58

37,97

46,05

54,95

64,78

75,65


 

Величина коэффициента суммарного дорожного сопротивления y принимается такой же, как и при построении мощностного баланса.

1.4. Построение динамического паспорта АТС

Динамический паспорт  АТС представляет собой совокупность динамической характеристики, номограммы нагрузок и графика контроля буксования.

Динамическая характеристика АТС представляет собой зависимость динамического фактора от скорости движения и строится для АТС с полной нагрузкой.

                   (4.16)

, откуда 


где  - коэффициент учета вращающихся масс;

j - ускорение автомобиля, ;

g - ускорение свободного падения, .

При равномерном движении , в этом случае динамический фактор определяет дорожное сопротивление, которое может преодолеть АТС на соответствующей передаче при определенной скорости.

Таблица 1.3. - Данные для  построения динамического фактора АТС

   

Текущие значения параметров

w1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

w8

w9

w10

1

Va

1,10

2,21

3,31

4,41

5,51

6,62

7,72

8,82

9,92

11,03

Pв

0,22

0,90

2,02

3,59

5,61

8,08

11,00

14,37

18,19

22,45

Pk

25604,8

27249,1

28423,7

29128,4

29363,3

29128,4

28423,7

27249,1

25604,8

23490,6

 

D

0,365

0,388

0,405

0,415

0,418

0,415

0,405

0,388

0,365

0,334

2

Va

2,34

4,67

7,01

9,35

11,69

14,02

16,36

18,70

21,03

23,37

Pв

1,01

4,04

9,08

16,14

25,22

36,32

49,43

64,56

81,71

100,88

Pk

12079,23

12854,96

13409,05

13741,51

13852,33

13741,51

13409,05

12854,96

12079,23

11081,86

 

D

0,172

0,183

0,191

0,196

0,197

0,195

0,190

0,182

0,171

0,156

3

Va

4,22

8,45

12,67

16,89

21,12

25,34

29,56

33,79

38,01

42,23

Pв

3,29

13,18

29,65

52,70

82,35

118,59

161,41

210,82

266,82

329,40

Pk

6684,62

7113,91

7420,54

7604,53

7665,85

7604,53

7420,54

7113,91

6684,62

6132,68

 

D

0,095

0,101

0,105

0,108

0,108

0,107

0,103

0,098

0,091

0,083

4

Va

7,22

14,44

21,67

28,89

36,11

43,33

50,55

57,77

65,00

72,22

Pв

9,63

38,53

86,69

154,11

240,80

346,75

471,97

616,45

780,20

963,21

Pk

3909,14

4160,18

4339,50

4447,09

4482,95

4447,09

4339,50

4160,18

3909,14

3586,36

 

D

0,056

0,059

0,061

0,061

0,060

0,058

0,055

0,050

0,045

0,037


 

Динамическую характеристику строят для АТС с полной нагрузкой. С изменением массы АТС от до динамический фактор изменяется, и его можно определить по формуле:

              (4.17)

где   и - новые значения динамического фактора и массы АТС соответственно;

D - динамический фактор при нормальной массе АТС.

             (4.18)


где  - масштаб шкалы динамического фактора для АТС без нагрузки, мм;

- то же для АТС с перегрузкой,  мм;

а - то же для АТС с  полной нагрузкой, мм;

- масса АТС с учетом перегрузки;

- собственная масса АТС в  снаряженном состоянии.

.

График контроля буксования представляет зависимость динамического фактора по сцеплению от нагрузки и позволяет определить предельную возможность движения по условиям сцепления.

             (4.19)

где  и - нормальные сцепные реакции на ведущих колесах, учитывающие перераспределение массы АТС при полной нагрузке и без нее соответственно;

 и  - суммарные нормальные реакции всех колес АТС при полной нагрузке и без нее соответственно;

- коэффициент сцепления.

Таблица 1.4 - Данные для  построения графика контроля буксования

 

Текущее значение параметров

φ

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Dφ

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Doφ

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8


 


1.5. Построение графиков ускорений АТС и величин, обратных ускорениям

Величину ускорения  АТС на каждой передаче рассчитывают из условия разгона его с полной нагрузкой на горизонтальном участке в заданных дорожных условиях по формуле:

              (4.20)

где  - коэффициент учета вращающихся масс двигателя, трансмиссии и всех колес АТС;

Таблица 1.5 -  Данные для  построения графиков ускорения и  обратных ускорениям

1

Va

1,10

2,21

3,31

4,41

5,51

6,62

7,72

8,82

9,92

11,03

j

0,79

0,84

0,88

0,91

0,92

0,91

0,88

0,84

0,79

0,71

 

1/j

1,272

1,187

1,132

1,102

1,092

1,102

1,133

1,187

1,273

1,404

2

Va

2,34

4,67

7,01

9,35

11,69

14,02

16,36

18,70

21,03

23,37

j

0,75

0,82

0,86

0,89

0,90

0,89

0,86

0,81

0,75

0,66

 

1/j

1,326

1,224

1,161

1,126

1,116

1,128

1,165

1,232

1,338

1,504

3

Va

4,22

8,45

12,67

16,89

21,12

25,34

29,56

33,79

38,01

42,23

j

0,43

0,48

0,51

0,53

0,53

0,52

0,50

0,46

0,40

0,33

 

1/j

2,32

2,09

1,96

1,89

1,88

1,92

2,02

2,19

2,49

3,00

4

Va

7,22

14,44

21,67

28,89

36,11

43,33

50,55

57,77

65,00

72,22

j

0,14

0,16

0,18

0,19

0,18

0,16

0,13

0,09

0,04

-0,02

 

1/j

7,34

6,10

5,55

5,40

5,59

6,20

7,56

10,89

24,94

-43,44


 

1.6.  Построение графиков пути и времени разгона АТС

Графики пути и времени  разгона АТС необходимо строить  предполагая, что АТС начинает разгоняться  со скорости . Поскольку величины имеют большие значения, построение следует ограничить скоростью .

Время движения в каждом интервале определяется по формуле:

   (4.21)      где      - время разгона в i-ом интервале скоростей, с;


- площадь, заключенная между  кривой и осью абсцисс,

а - масштабный коэффициент  скорости, показывающий количество мм на графике в 1 ,

b - масштабный коэффициент величин, обратных ускорениям показывающих количество мм на графике в 1 ,

Таблица 1.6 - Данные для  построения графика времени разгона  АТС

Параметры

-

59

55

57

62

-

44

44

45

45

47

50

55

-

189

202

222

268

-

625

700

860

1150

0

0.82

1,58

2,37

3,23

4,73

5,34

5,95

6,58

7,2

7,9

8,6

9,3

10,3

12,9

15,7

18,8

22,6

  

31,3

41

53

70

Расчет поектируемого узла