Расчет тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля Renault Megane

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Новосибирский Государственный Технический Университет 
 

Кафедра технологии машиностроения 
 
 
 
 
 
 

Курсовой проект

по дисциплине: «Конструкция, расчет и потребительские  свойства изделий» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Факультет: МТФ

Группа:           ТА-602

Выполнил: Головешкин А.В.

Вариант:              5

Проверил:            Гилета В.П. 
 
 
 
 

Новосибирск, 2010

ЗАДАНИЕ 

Исходные  данные курсовой работы

1.1. Задание  №1. Расчет тягово-скоростных свойств  и топливной экономичности автомобиля  Renault Megane.

1.2. Номер  варианта: 8;

1.3. Марка  автомобиля: Renault Megane; 

1.4. Колесная  формула: 4х2;

1.5. Тип  двигателя: Бенз. расп. вп.;

1.6. Дорожные  условия эксплуатации автомобиля

1.7. Техническая  характеристика автомобиля

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Задание ………………………………………………………………………………. 3

Задание 1 …………………………………………………………………………….. 4

1. Расчет действительного цикла двигателя …………………………………... 4
1. Процесс впуска и газообмена ……………………………………………. 4

   1.2.    Процесс сжатия …………………………………………………………… 6

   1.3.    Процесс сгорания …………………………………………………………. 6

   1.4.    Процесс расширения и выпуска …………………………………………. 8

Задание 2 …………………………………………………………………………….. 9

1. Расчет индикаторных параметров рабочего цикла и построение индикаторной диаграммы ………………………………………………………….. 9
2. Построение индикаторной диаграммы …………………………………….. 11

Задание 3 …..………………………………………………………………………... 13

Задание 4 …..………………………………………………………………………... 17

Задание 5 …..………………………………………………………………………... 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Основной  целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний, полученных при изучении курса «Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий» и развитие навыков по расчету  эксплуатационных свойств автомобилей, необходимых для движения в заданных дорожных условиях. Упомянутая цель достигается  на основе выполнения расчетов и построения тягово-скоростных и топливно-экономических  характеристик автомобиля. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕШЕНИЕ 

1. Расчет  тягово-скоростных свойств автомобиля.

     Тягово-скоростными  называют свойства, определяющие возможные  по характеристикам двигателя или  сцепления ведущих колес с  дорогой диапазоны изменения  скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях. 

1.   Расчёт внешней скоростной характеристики двигателя и топливной экономичности.

     Скоростной  характеристикой называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя от угловой скорости коленчатого вала.

     Для получения внешней скоростной характеристики используем эмпирическую зависимость, предложенную профессором Р.С. Лейдерманом, позволяющую по координатам одной точки найти остальные текущие значения. 

где N_e – текущее значение эффективной мощности двигателя; N_emax = 132 кВт – максимальная эффективная мощность двигателя, n_е – текущее значение угловой скорости коленчатого вала двигателя; n_N = 2100 об/мин – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности; a = 0,95, b = 0,85, c = 0,8 – постоянные коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя (Дизель).

Крутящий  момент на клеенчатом вале двигателя: 
 

где М_N – момент на коленчатом вале при максимальной мощности двигателя.

Таблица 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Определение параметров силовой  передачи.
1. Определение передаточного числа главной передачи.

     Передаточное  число главной передачи i₀ определяется из условия движения автомобиля по горизонтальной дороге с твердым покрытием со скоростью          V_max = 85 км/ч на прямой передаче и при полной нагрузке: 

где r_k – радиус качения колеса, м; i_кв = 0,66 – передаточное число высшей передачи коробки передач; i_дв = 1 – передаточное число высшей передачи в дополнительной коробке передач. 

     Радиус  качения колеса r_k, при дюймовой маркировке шин определяют по формуле: 

где d˝ и H˝ – диаметр обода и высота профиля шин в дюймах; K_ш =1,35 – коэффициент деформации шин (грузовых автомобилей). 

2. Определение передаточных чисел  коробки передач.

     Передаточные  числа коробки передач начинают определять с первой передачи i_k1. Его выбирают из условия движения при заданном сопротивлении и отсутствии буксования ведущих колес:

Р_сц ≥ Р_т ≥ Р_д,

где Р_сц – максимальная касательная реакция на ведущих колесах, реализуемая по условиям сцепления; Р_т – сила тяги, передаваемая от двигателя на ведущие колеса; Р_д – сила суммарного дорожного сопротивления.

Из условия  возможности движения при заданном сопротивлении: 

Из условия  отсутствия буксования: 

где ψ_max = 0,15 – коэффициент максимального дорожного сопротивления (для заднеприводного автомобиля); G_a = m_a · g = 16000 · 9,8 = 156960 Н – полный вес автомобиля; M_{e max} = 707,02 Н·м – максимальный крутящий момент двигателя, определяется по внешней скоростной характеристике; η_тр = 0,92 – коэффициент полезного действия трансмиссии; λ_k = 0,75 – коэффициент нагрузки ведущих колес (колесная формула 4х2); φ = 0,3 – коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой. 
 
 
 
 
 
 

     Передаточные числа промежуточных передач выбирают из условий обеспечения оптимальных как тягово-скоростных, так и топливно-экономических свойств. Существуют различные методики выбора. Одни предусматривают получение наилучших разгонных свойств, когда при разгоне автомобиля на различных передачах сохраняется постоянство интервала частоты вращения коленчатого вала двигателя; другие – оптимальной топливной экономичности; третьи – наибольшей средней скорости в некоторых заданных условиях движения.

При расчетах коробок передач широко используется первый способ, когда разгон на каждой промежуточной передаче начинается с одной и той же частоты  вращения коленчатого вала, что обеспечивает наилучшее использование мощности двигателя, а получаемый ряд промежуточных  чисел подчиняется закону геометрической прогрессии:

i_k1/i_k2 = i_k2/i_k3 = ... i_k(n−1)/i_kn = q,

где q - знаменатель геометрической прогрессии.

Таким образом, определив передаточное число  коробки на первой передаче, можно  найти передаточные числа промежуточных  передач по формуле: 

где m – порядковый номер передачи; n – число ступеней в коробке передач, не считая ускоряющей передачи и заднего хода. 
 
 

     У большинства выпускаемых в настоящее  время автомобилей передаточные числа высших передач (между четвертой  и пятой) сближены, а для низших (между первой и второй и между  второй и третьей) раздвинуты на 5...15 % по сравнению с расчетными данными.

     Окончательно  передаточные числа коробки передач  корректируют при выборе параметров зубчатого зацепления при проектировании этого узла. В курсовой работе такой  расчет не выполняется.

3. Силовой баланс автомобиля

   Представим  уравнение движения подвижного состава  в следующем виде:

Р_т = Р_ψ + Р_в + Р_j,

где Р_т – сила тяги на ведущих колесах автомобиля, Н; Р_ψ – сила сопротивления дороги, Н; Р_в – сила сопротивления воздуха, Н; Р_j – сила сопротивления инерции, Н.

     Уравнение движения в такой форме называется уравнением силового баланса подвижного состава. Оно выражает соотношение  между тяговой силой на ведущих  колесах и силами сопротивления  движению.

     На  основании предыдущего уравнения  строится график силового баланса, позволяющий  оценить тягово-скоростные свойства автомобиля.

     Сила  тяги на ведущих колесах автомобиля определяется по формуле: 

где M_e – текущее значение крутящего момента двигателя, Н · м; η_тр = 0,92 – коэффициент полезного действия трансмиссии. 

     Коэффициент полезного действия трансмиссии  определяет потерю мощности при передачи ее от двигателя к ведущим колесам автомобиля. Величина КПД зависит от типа главной передачи (одинарная, двойная), от колесной формулы автомобиля. 
 
 
 

     Сила  сопротивления дороги: 

где G_а = Н – сила тяжести автомобиля, Н; f – коэффициент сопротивления качению; α – угол продольного уклона дороги.

     Выражение в скобках называется коэффициентом  сопротивления дороги и обозначается ψ: 

     В уравнении знак «+» соответствует  движению автомобиля в гору, а знак «−» - под гору.

     При небольших значениях угла α синус  может быть заменен тангенсом. В  дорожном строительстве тангенс  угла наклона дороги к горизонту  называют продольным уклоном i и выражают в тысячных (промилле, ‰) или в процентах.  

где i = 15 ‰ – продольный уклон.

     Коэффициент сопротивления качению не является постоянной величиной и зависит  от скорости движения автомобиля. Одна из наиболее простых эмпирических формул имеет следующий вид: 

где f₀ = 0,20 – коэффициент сопротивления качению при малой скорости.

     Сила  сопротивления воздуха: 

где k_в = 0,25 Нс²/м⁴ – коэффициент сопротивления воздуха; F – площадь лобового сопротивления автомобиля, м²; V – скорость движения автомобиля, км/ч.

     При определении силы сопротивления  воздуха обычно используют не коэффициент  обтекаемости с_х (коэффициент лобового сопротивления), который определяется в основном формой автомобиля, а коэффициент сопротивления воздуха k_в, численное значение которого равно силе сопротивления воздуха, действующей на 1 м² лобовой площади автомобиля при относительной скорости потока воздуха 1 м/с.

     Площадь лобового сопротивления зависит  от типа подвижного состава. Приближенное ее значение может быть вычислено  по следующим выражениям: 

где В_а = 3,95– наибольшая ширина автомобиля, м; Н_а = 2,5– наибольшая высота подвижного состава, м.

     Скорость  автомобиля (км/ч) на различных передачах: 

где ω_е – текущая угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с; i_km – передаточное число коробки передач на соответствующей передаче. 
 
 
 
 
 

Пример  расчета:

i_k1·i₀ = 25,48; 
 
 
 
 

Таблица 2

     С помощью графика силового баланса  определяют тягово-скоростные свойства автомобиля: максимальную скорость движения автомобиля V_max; максимальное сопротивление дороги и максимальную величину подъема, которые может преодолеть подвижной состав; ускорение, которое способен развить автомобиль при выбранной скорости движения на заданной дороге; буксование ведущих колес.  

4. Мощностной баланс автомобиля.

     Мощностной баланс показывает распределение мощности двигателя на всех передачах по отдельным видам сопротивлений.

     По  аналогии с уравнением силового баланса  можно записать уравнение мощностного баланса подвижного состава:

N_т = N_ψ + N_в + N_j,

где N_Т  – тяговая мощность (мощность, подводимая к колесам), кВт;

N_ψ – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги, кВт; N_в – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт; N_j – мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

     Тяговую мощность определяют для каждой передачи:

     Мощности  N_ψ и N_в определяются по формулам: 
 
 
 
 

Пример  расчета: 
 
 
 
 

Таблица 3

     Для любой скорости ордината N_з, заключенная между кривыми N_т и N_ψ + N_в, характеризует запас мощности, который может быть израсходован на разгон автомобиля, на преодоление дополнительного дорожного сопротивления или на

буксировку прицепа.

     С помощью графика мощностного баланса можно оценить тяго-во-скоростные свойства автомобиля и определить максимальную скорость движения, величину ускорения, максимальный подъем, который преодолеет автомобиль при заданной постоянной скорости движения, и другие параметры.  
 

5. Построение  динамического паспорта автомобиля.

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

Динамический  паспорт автотранспортного средства позволяет решать уравнение движения с учетом его конструктивных параметров, основных характеристик дороги (коэффициентов  ψ и φ) и нагрузки на автомобиль.

Динамическая  характеристика представляет собой  зависимость динамического фактора  автомобиля с полной нагрузкой от скорости движения на всех передачах.

Динамическим  фактором по тяге называется отношение  разности силы тяги и силы сопротивления  воздуха к полному весу подвижного состава G_a, Н: 

Пример  расчета: 

Таблица 4