Теория автомобиля «ГАЗ 31029»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Теория автомобиля «ГАЗ 31029»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Целью курсовой работы является определение основных параметров двигателя, трансмиссии и компоновки автомобиля. А так же закрепление знаний по лабораторным работам по курсу "Автомобили".

Делая оценку тягово-скоростных свойств автомобиля, определяется конструктивные параметры, которые могут обеспечить заданные значения скоростей и ускорений  в заданных дорожных условиях движения, а также нахождение предельных дорожных условий, т.е. выполню проектировочный  тяговый расчёт.

Для проектирования нового автомобиля, за основу, т.е. за прототип, я взял легковой автомобиль-седан  ГАЗ 31029. Автомобили ГАЗ 31029 и его модификации пользовались огромной популярностью у потребителя отечественного автомобиля для семьи и работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КРАТКАЯ  ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА                                        И УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ ГАЗ-31029

Таблица 1 - Краткая техническая характеристика автомобиля ГАЗ-31029

Параметр

Размерность

Значение

Масса снаряженного автомобиля

кг

1400

Габаритные размеры:

длина

ширина

высота (без нагрузки)

мм

 

4885

1800

1476

Число мест для сидения (включая  водителя) и масса перевозимого груза, не более

кг

5 и 50

Колёсная база

мм

2800

Колея колес:

передних

задних

мм

 

1496

1444

Наименьший дорожный просвет

мм

156

Наименьший радиус поворота по оси следа внешнего переднего  колеса, не более

м

5,8

Эксплуатационные данные

Максимальная скорость с  номинальной нагрузкой

км/ч

147

Контрольный расход топлива (летом, для исправного автомобиля, после пробега 5000 км, с частичной  загрузкой – 2 человека):

при 90 км/ч

при 120 км/ч

л/100 км

 

 

 

9,3

12,9

Выбег автомобиля со скорости 50 км/ч (не менее)

м

500


 

Двигатель: модель ЗМЗ-402, 4-х цилиндровый, рядный, карбюраторный, верхнеклапанный, рабочий объем 2,44 л, степень сжатия 8,2, максимальная мощность 100 л.с. (73,5 кВт) при 4500 об/мин, максимальный крутящий момент 182 Н´м при 2300 об/мин;

Система смазки комбинированная (смазка осуществляется под давлением  и разбрызгиванием с охлаждением  масла в радиаторе).

Система питания с принудительной подачей топлива бензонасосом диафрагменного типа. Карбюратор К-151 – двухкамерный, с падающим потоком и сбалансированной поплавковой камерой. Применяемое топливо – бензины марок АИ-93 и АИ-95 по ГОСТ 2084-77.

Система охлаждения – жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией  охлаждающей жидкости центробежным насосом.

Система вентиляции картера – закрытая принудительная, действующая за счёт разряжения во впускной трубе.

Сцепление: сухое, однодисковое с гидравлическим приводом включения.

Коробка передач: механическая, четырёхступенчатая, снабжена синхронизаторами на всех передачах переднего хода. Тип управления – механический.

Передаточные числа передач:

первой – 3,5

второй – 2,26

третьей – 1,45

четвертой - 1,00

задний ход – 3,54

Карданная передача: открытая, двухвальная с промежуточной  опорой. Каждый вал имеет по два  карданных шарнира с крестовиной  на игольчатых подшипниках.

Задний мост: с разъёмным  или неразъёмным картером, главная  передача заднего моста коническая, гипоидная. Передаточное число главной  передачи равно 3,9.

Подвеска:

передняя – независимая  пружинная на  поперечных  рычагах  со стабилизатором поперечной устойчивости;

задняя – зависимая  на продольных  полуэллиптических  рессорах.

Подвеска с гидравлическими  телескопическими амортизаторами двустороннего  действия.

Колеса и шины: штампованные дисковые, обод 5½J´14. Шины пневматические радиальные бескамерные, обозначение 205/70 R14.

Рулевое управление: без  усилителя. Рабочая пара – глобоидальный  червяк с трёхгребневым роликом. Передаточное число рулевого механизма  – 19,1. Рулевая колонка с энергопоглощающим  элементом и противоугонным устройством.

Тормоза:

Рабочая система:

передние и задние тормозные  механизмы барабанного типа, с  гидравлическим двухконтурным приводом, с главным цилиндром тандемного типа, датчиком аварийного падения  уровня тормозной жидкости и регулятором  давления в системе задних тормозов.

Стояночная система действует  на колодки задних тормозов рабочей  системы, привод механический тросовый.

 

Таблица 1.2. - Заправочные емкости, л

Топливный бак

55

Система смазки двигателя

6

Система охлаждения двигателя

12

Картер коробки передач:

0,95

Картер заднего моста:

с разъёмным картером

с не разъёмным картером

 

1,2

1,65

Амортизаторы:

передний

задний

 

0,14

0,21

Картер рулевого механизма

0,4

Гидравлический привод тормозов

0,6

Гидравлический привод выключения сцепления

0,18

Бачок омывателя ветрового  стекла

2


Таблица 1.3. - Регулировочные и контрольные данные

Параметр

Размерность

Значение

Тепловой зазор между  клапанами и коромыслами при 20°С:

для выпускных клапанов 1-го и 4-го цилиндров

для остальных клапанов

мм

 

0,35-0,40

0,40-0,45

Зазор между электродами  свечей зажигания

мм

0,80-0,95

Давление масла на прогретом  двигателе при частоте вращения коленвала двигателя на холостом ходу (550-650 об/мин)

кПа (кгс/см2)

80 (0,8)

Прогиб ремней привода  вентилятора и генератора при  нажатии с усилием 40 Н (4 кгс)

мм

8-10

Регулируемое напряжение в сети

В

13,4-14,7

Нормальная температура  охлаждающей жидкости

°С

80-90

Плотность охлаждающей жидкости при 20°С

г/см2

1,075-1,085

Люфт рулевого колеса, не более

° пов. рул. колеса

10

Свободный ход педали сцепления

мм

12-28

Полный ход педали сцепления

мм

145-160

Ход вилки выключения сцепления, не менее

мм

14

Минимально допустимая толщина  фрикционных накладок передних и  задних тормозов

мм

1,0

Свободный ход педали тормоза  при неработающем двигателе

мм

3-5

Максимальный уклон, на котором  автомобиль с полной нагрузкой удерживается стояночным тормозом

%

16

Давление воздуха в  шинах:

передних

задних

кПа

 

200-210

210-220


 

 

2. Расчетные параметры

 

2.1 Определение полной массы автомобиля

 

Полный вес автомобиля Ga определяют по следующим формулам:

          - для легковых автомобилей:

,

где n - число пассажиров, включая водителя; Gб - вес   багажа 50 кг (490 Н);

G0 – масса снаряженного автомобиля с заправкой и снаряжением, но без пассажиров и водителя; G0=1400 кг (13734 Н);

n – число мест для сидения пассажиров; n =5;

GБ – масса багажа; mб =10 кг – на одного человека в легковых автомобилях.

В число мест n для сидения пассажиров в легковых автомобилях включается место водителя.

 

 

 

2.2 Выбор шин

 

По величине нагрузки подбирают  размер шин и определяют статический  радиус колеса. Для подбора шин  надо определить нагрузку, приходящуюся на одно самое нагруженное колесо автомобиля. У легковых автомобилей  вес распределяется между передними  и задними осями примерно поровну. Шины автомобиля выбираются по данным приложения Б (Методическое пособие).

Для выбранной шины в таблицах приложений Б (для легковых автомобилей) даны значения статического радиуса. Статический радиус условно можно считать равным динамическому радиусу колеса и использовать эти значения в расчетах.

Так как проектируемый  автомобиль является легковым и предназначен для эксплуатации по дорогам общего пользования, то принимаем колёсную формулу 4×2.

 Распределение полной  массы автомобиля по осям.

ma1 = 0,48 – нагрузка на переднюю ось;

 

ma1 = 0,48 × 1825 = 876 кг

 

ma1  - полная масса автомобиля, приходящаяся на переднюю ось;

 

        ma2 = 0,52 – нагрузка на заднюю ось;

 

ma2 = 0,52 × 1825 = 949 кг

 

ma2 - полная масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось.

 

Максимально допустимая нагрузка на одну шину:

 

 

Выбор шин осуществляется по максимальной скорости и нагрузке на колесо. Максимальная скорость автомобиля равна 145 километров в час, тогда индекс категории скорости Р, индекс нагрузки на шину – 93, максимальный вес 650 кг. Диаметр обода колеса выберем как у прототипа – 14 дюймов. Шины будем подбирать с рисунком протектора повышенной проходимости; радиальную, поскольку у такой шины выше стойкость к износу, она долговечнее и обладает меньшим коэффициентом сопротивления качению, что позволяет экономить топливо, также она обеспечивает лучшую управляемость и боковую устойчивость автомобиля, и лучшую устойчивость автомобиля за счет большего по площади пятна контакта; также шины должны быть бескамерными, потому что при проколе такие шины дольше сохраняют давление и, следовательно, обеспечивают большую безопасность.

Условие подбора:

 

 

  Для автомобиля ГАЗ-31029 максимальная нагрузка на колесо будет равна 4654Н.

 

=145 км/ч

 

Выбираем шины 205/70 R14 с максимальной нагрузкой 6300 Н, 205 и 70 - ширина профиля в миллиметрах и в дюймах соответственно, посадочный диаметр обода 14 дюймов. =6100 Н; Категория скорости – Р;

Статический радиус 0,350,м

 

2.3 Фактор обтекаемости.

Аэродинамические свойства автомобиля зависят от фактора обтекаемости:

 

,

 

где - плотность воздуха: , Численные значения cX выбираем по таблице 5 – Значения аэродинамических параметров автомобиля из методического пособия стр. 14;

cX – коэффициент сопротивления воздуха, , для легкового автомобиля с закрытым верхом 0,20…0,35;

Fа - площадь лобовой поверхности автомобиля,  , - 1,6…2,8;

Фактор обтекаемости автомобиля,  - 0,3…1,0

 

W = 0,35 × 1,225 ×2,8 = 0,6 Нс2/м2

                                                  2

2.4 Коэффициент сопротивления дороги .

Принимаем   с   учетом   условий  движения   автомобиля:      

 

= f0 + Kf × V max2,

        

=0,02+0,7×10-5 × 40.26 2 = 0.031

 

Максимальный коэффициент  сопротивления дороги - максимальный коэффициент суммарного  сопротивления дороги ymax определяется максимальным углом подъема , который автомобиль должен преодолеть на первой передаче.

 

Где  по прототипу выбирают

          -максимальный момент двигателя;

           -передаточное число трансмиссии;

Передаточное число трансмиссии  определяем по формуле: Uтр = Uкп×U0

где Uкп - передаточное число коробки перемены передач.

U0 - передаточное число главной передачи, для ГАЗ-31029  U0 = 3,9;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

           - КПД трансмиссии;

           - динамический радиус колеса;

          максимальная скорость.

 

Выбор двигателя  и построение его внешней скоростной характеристики

 

В настоящее время на автомобилях  наиболее широкое распространение  получили двигатели внутреннего  сгорания. Выбирать тип двигателя  вновь проектируемого автомобиля необходимо с учётом развития отечественного и  зарубежного двигателестроения. В  последние годы у нас в стране наблюдается тенденция устанавливать  на грузовые автомобили средней и  большой грузоподъемности дизельные  двигатели. На легковых и грузовых автомобилях  малой грузоподъемности применяют  бензиновые двигатели.

Выбрав тип двигателя, определяют его максимальную мощность Nmax. Для этого сначала находят мощность двигателя при выбранной максимальной скорости автомобиля при движении на горизонтальной асфальтобетонной или другой заданной дороге. Мощность двигателя при Vmax рассчитывают по формуле:

 

 

 

Ga = ma×g = 1825× 9,81 = 17903 (Н) – вес автомобиля;

Vmax = 145 км/ч = 40,26 м/с;

kF = 0,4 Н с2/м2;

= 0,9, тогда коэффициент сопротивления  дороги при Vmax:

А мощность двигателя при  выбранной максимальной скорости:

 

 

Степень использования оборотов двигателя:

 

 

 

где - обороты двигателя, соответствующее максимальной мощности. Для бензиновых двигателей =1,1…1,2.

Максимальная мощность определяется по формуле:

 

 

где a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1; тогда

 

      

 

Внешняя скоростная характеристика может быть получена из анализа следующей  формулы 

 

 

где Nmax определено по формуле

Nm и nm – текущее значение мощности и числа оборотов вала двигателя в минуту;

a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1;

nN = 4500 об/мин;

nmin = 600 об/мин;

nmax =  5000 об/мин;

 

 

Зададим в интервале от nmin до nmax еще ряд значений nm, найдём соответствующие значения Nm и построим кривую зависимости Nm = f(nm), а затем и Mm = f(nm), имея в виду, что:

 

 

 

где Nm – в кВт;

nm – в об/мин

ωm – угловая частота вращения коленчатого вала, 1/с.

 

 

Таблица 1

n, об/мин

Nm, кВт

Mm, Н×м

600

8,78

139,84

1000

15,39

146,9

1400

22,31

152,1

1800

29,29

155,39

2200

36,09

156,66

2600

42,45

155,9

3000

48,13

153,21

3400

52,87

148,5

3800

56,43

141,8

4200

58,56

133,15

4600

59,01

122,5

5000

57,53

109,88

5400

53,87

95,27




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – внешняя скоростная характеристика.

 

Рабочий объем (литраж) двигателя  рассчитывается по формуле:

 

 

где Nmax (кВт) и nN (об/мин) – выбрано по внешней скоростной характеристике;

τ – тактность двигателя; τ = 4 для четырёхтактного двигателя;

PeN – среднее эффективное давление при максимальной мощности;

peN = 0,6 1,0 МПа

 

По полученному рабочему объему двигателя можно установить класс и некоторые характеристики проектируемого легкового автомобиля. Автомобиль среднего класса второй группы.

Определение передаточного  числа главной передачи

 

Передаточное число главной  передачи определяется исходя из условия  обеспечения максимальной скорости движения автомобиля.

Определяем: какую максимальную скорость позволяет получить передаточное число главной передачи для заданной модели автомобиля:

 

;

 

где – передаточное число высшей передачи в КП: ;

 – передаточное число главной  передачи   U0 = 3.9

 

 

 

 

Передаточное число главной  передачи при максимальных оборотах двигателя обеспечивает максимальную скорость приблизительно равную 150 км/ч.

 

Определение передаточных чисел коробки передач

 

Передаточное число первой передачи рассчитывается, исходя из того, чтобы автомобиль мог преодолеть максимальное сопротивление дороги, характеризуемое коэффициентом , не буксовал при трогании с места, и мог двигаться с устойчивой минимальной скоростью.

Для заданной модели автомобиля.U1= 3.5

Максимальное сопротивление  дороги для легковых автомобилей  должно находиться в пределах .

Определим максимальное сопротивление  дороги, которое может преодолеть заданная модель автомобиля, при трогании с места:

 

;

 

 

Максимальное дорожное сопротивление, которое может преодолеть автомобиль при трогании с места = 0,338

Определим минимальный коэффициент  сцепления, при котором данный автомобиль может тронуться с места без  пробуксовки ведущих колес:

 

;

 

где – коэффициент перераспределения нормальных реакций, для заднеприводного автомобиля принимаем .

 

 

Минимальный коэффициент  сцепления составил φmin = 1.1854

Определим минимальную устойчивую скорость движения автомобиля:

 

;

 

где – минимальные устойчивые обороты двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке под нагрузкой, принимаем для карбюраторного двигателя об/мин.

 

 

Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля составила 5,79 км/ч.

 

Определение передаточных чисел промежуточных передач

 

После определения передаточного  числа первой передачи переходят  к подбору передаточных чисел  на промежуточных передачах. При  этом в первую очередь задаются числом передач. С точки зрения получения хорошей динамичности автомобиля необходимо иметь  большое число передач. Однако при ручном переключении передач с увеличением  их числа значительно усложняется управление автомобилем. Поэтому практика автомобилестроения выработала для каждого типа автомобиля оптимальное число передач. У легковых автомобилей коробки перемены передач имеют  от трех до шести передач, а у грузовых – от четырех до 18.

Для расчета передаточных чисел на промежуточных передачах  используют неравенство:

 

Для четырехступенчатой коробки (u4 = 1)

 

  
.

                                                                        

Решая неравенства (16), имеем

 

;      

 

    

.

 

Передаточные числа, рассчитанные по этому методу, являются ориентировочными и при конструировании коробки передач могут быть изменены. При этом важно, чтобы выполнялось неравенство, т.е. передаточные числа на высших передачах должны быть сближены.

Если в коробку передач  вводится ускоряющая передача, служащая не для разгона, а для движения по хорошей дороге с высокой топливной экономичностью, то передаточное число этой передачи выбирают в пределах 0,65...0,80.

 

 

 

 

Рассчитанные и фактические  значения передаточных чисел коробки  передач приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Передаточные числа  КП

№ передачи

Обозначение

Фактическое

значение 

Рассчитанное значение 

1

U1

3,5

3,67

2

U2

2,26

2,30

3

U3

1,45

1,51

4

U4

1,00

1,00


 

Как видно из таблицы 1.1 фактические  значения передаточных чисел промежуточных  передач меньше рассчитанных значений. Таким образом, коробка передач  заданного автомобиля не обеспечивает максимальной интенсивности разгона  автомобиля. Поскольку фактические  значения передаточных чисел промежуточных  передач незначительно отличаются от рассчитанных значений можно сделать  вывод, что данная коробка передач  обеспечивает уместную интенсивность  разгона автомобиля, при улучшенных показателях топливной экономичности.

 

Определение основных параметров динамичности автомобиля

 

Основными параметрам, характеризующими динамические качества автомобиля являются: тяговая характеристика, динамическая характеристика, мощностной баланс, ускорение  автомобиля при разгоне, время и  путь разгона.

 Для построения тяговой  характеристики автомобиля необходимо  расчитать силу тяги на его ведущих колесах Pк, определить суммарную силу сопротивления движению Pc и силу сопротивления воздуха PW.

 

=
 .

Определение силы тяги на ведущих  колесах авомобиля  Pк производится по формуле:

.                 

 

                                                      

Суммарная сила сопротивления Pc определяется по формуле:

Pc = Pw + Pψ,                                                                                                                                       (22)

Pψ = Ga ψ.                                                                                            (23)

При этом сила сопротивления  воздуха PW определяется по формуле (9).

 Расчет производится для всех передач и строится график тяговой характеристики автомобиля - зависимость Pк и Pc от υа в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - График тяговой  характеристики автомобиля

I – IV – номера передач.

  Результаты вычислений исходных данных для построения тяговой характеристики автомобиля должны быть сведены в таблицу 9.

 

Таблица 9 –  Данные для  построения тяговой характеристики автомобиля

Передача

nе,мин-1

υа, км/ч

Ме, Н·м

Рк, Н

Рс,Н

    I 

1000

….

        

   II

          

   III

          

….

          

Для построения динамической характеристики автомобиля необходимо определить динамический фактор (коэффициент  динамичности). Коэффициент динамичности D определяется по формуле: