Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Тяговый расчет автомобиля. 3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автомобильного транспорта

Допускаю к защите

Руководитель _________________

Бойко А.В.

Тяговый расчет автомобиля.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Автомобили»

Выполнил студент группы АТ-04-1 ________ Саблин Д.Е.

подпись

Нормоконтролер ________ ________ ____________________

подпись И.О. Фамилия

Курсовой проект защищен

с оценкой _______________

Иркутск 2007 г.

Содержание
Исходные данные		3
Задача тягового расчета		4
1	Определение полной массы автомобиля	5
2	Подбор размера шин и расчета радиуса качения	6
3	Расчёт внешней скоростной характеристики двигателя	9
	Частота вращения коленчатого вала	9
	Максимальная мощность двигателя	10
	Построение внешней скоростной характеристики двигателя	10
	Вращающий момент двигателя	11
4	Выбор передаточных чисел	13
	Определение передаточного числа главной передачи	13
	Подбор передаточных чисел коробки передач	13
	Определение числа передач и передаточных чисел коробки передач	14
5	Построение тяговых характеристик автомобиля	15
6	Определение основных показателей динамики автомобиля с механической трансмиссией	18
	Динамический фактор	18
	Ускорение автомобиля	20
	Время разгона	23
	Путь разгона	26
7	Построение графика мощностного баланса	28
8	Построение экономической характеристики автомобиля	31

Исходные данные:

Прототип автомобиля – ЗИЛ – 130 - 76
Грузоподъёмность и пассажировместимость – 6000 кг.+3 чел.
Максимальный коэффициент сопротивления дороги – 0,35
Обороты кол. вала при максимальной мощности – 3200 мин^-1
Максимальная скорость – 90 км/ч
Удельный расход топлива g_N– 327 г/кВт ч

Задача тягового расчета автомобиля, определение основных параметров двигателя, трансмиссии и компоновки автомобиля в целом.

Тяговый расчет автомобиля:

Определение полной массы автомобиля.
Подбор размера шин и расчета радиуса качения.
Подбор внешней скоростной характеристики двигателя.
Выбор передаточных чисел трансмиссии.
Построения тяговой характеристики автомобиля.
Определение основных показателей динамики автомобиля с механической трансмиссии.
Построение графика мощностного баланса.
Построение топливной экономичности автомобиля.

1 Определение полной массы автомобиля.

Полную массу автомобиля определяют как сумму масс снаряженного автомобиля m_б и груза m_г по номинальной грузоподъемности и числу мест пассажиров включая водителя:

Снаряженная масса автомобиля:

, (1)

где:

m_г – масса груза;

, кг

Полная масса автомобиля:

m_a = m_б+m_г+ 80·z , (2)

где:

z – число мест для сидения;

m_б – снаряженная масса;

m_а = 5000+6000+80·3 = 11240, кг

2 Подбор размера шин и расчет радиуса качения.

Для подбора шин и определения по их размерам радиусов качения колеса необходимо знать распределение нагрузки по мостам.

Развесовка для заднеприводного грузового автомобиля: на заднюю ось 74%, на переднюю 26% от полной массы автомобиля.

Модуль сил тяжести автомобиля:

G_а = m_а·g, (3)

где:

g – ускорение свободного падения;

G_а = 11240·9.81 = 110152, Н

Нагрузки от полной массы на переднюю и заднюю ось автомобиля:

(4)

где:

hб - при классической компоновке принимаем на задний мост равным 74%;

G₁ = G_a – G₂ (5)

G₁ = 110152-81512 = 28640, H

База автомобиля: Основываясь на данных краткого справочника НИИАТ, принимаем: L=3800 мм.

L = a + b (6)

где:

a - расстояние от передней оси до центра масс;

b - расстояние от задней оси до центра масс;

(7)

мм

b = L – a (8)

b = 3800 – 2812 = 988, мм

Радиус качения колеса r_к выбирается в зависимости от нагрузки на одно колесо. Наибольшая нагрузка на колесо определяется положением центра масс автомобиля.

Нагрузка на каждое колесо передней и задней оси автомобиля:

_, (9)

где:

n_k1- число колес на передней оси;

n_k2- число колёс на задней оси;

Таблица 1 – Шины автомобилей:

Обозначение шины	Max нагрузка, H	Обозначение шины	Max нагрузка, H
155-13/6,45-13	3870	240-508 (8,15-20)	20400
155/82 R13	4250	260-508Р (9,00Р-20)	20500
175/70 R13	4500	320-508 (12,00-20)	28000
165/80 R13	4750	370-508 (14,00-20)	42600
185-14/7,35-14	5600	430-610 (16,00-24)	61500
205/70 R14	6300	500-635 (18,00-25)	85000
185/80 К15	8750	570-711 (21,00-78)	88500
220-508P	14000	570-838 (21,00-33)	118000
240-381	19000	760-838 (27,00-33)	155000

Из таблицы 1, по нагрузки на заднюю ось выбираем обозначение шины: 260-508Р (9,00Р-20) с максимальной нагрузкой которую выдержит резина 20500 Н.

b = 260,

d = 508,

где:

b - ширина профиля;

d - диаметр обода шины;

Свободный радиус колеса:

(10)

Радиус качения (определяется с учетом деформации зависящей от нагрузки):

r_к=0,5 · d + (1-k) · b (11)

r_к = 0,5 · 508 + (1-0,12) · 260 = 482,8, мм = 0,4828, м

где:

k - коэффициент радиальной деформации. Для стандартных и широкопрофильных шин принимаем k = 0,12.

Рисунок 1 – Эскиз автомобиля.

3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя.

Расчет начинается с определения мощности N_еv необходимый для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_max:

; (12)

где:

V_max - максимальная скорость (м/с), V_max=90 км/ч=25 м/с;

K_B - коэффициент обтекаемости, принимаем: К_в= 0,3 Н с² м⁴;

k_Р- коэффициент коррекции, принимаем k_Р = 0,75;

h_т – КПД трансмиссии, принимаем h_т = 0,9;

Коэффициент дорожного сопротивления для легковых автомобилей:

Y_v = (0,01 – 0,02) + 6·10^-6· V²_max (13)

Y_v = 0,015 + 6·10^-6·25² = 0,02

Лобовая площадь для грузового автомобиля:

F_A= B·H_г_, (14)

где:

В - колея, В = 1,8 м;

H_г - габаритная высота, Н_г = 2,4 м;

F_A =1,8·2,4 = 4,32 м²

Подставляя в формулу (12) полученные значения по формулам (13)и(14), получаем:

кВт.

3.1 Частота вращения коленчатого вала двигателя.

Частота вращения коленчатого вала двигателя на максимальной скорости движения:

n_v= V_max·h_{n ,} (15)

где:

h_n - коэффициент оборотистости двигателя, для грузового автомобиля, принимаем h_n = 37;

n_v = 90·37 = 3330 мин^-1

3.2 Максимальная мощность двигателя.

Максимальная мощность двигателя:

, (16)

где:

n_v/n_N – отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля частоте вращения при максимальной мощности двигателя;

a,b,c – коэффициент постоянные для каждого двигателя, (для бензиновых двигателей a = b = с = 1);

кВт

3.3 Построение внешней характеристики двигателя.

Внешняя характеристика двигателя рассчитывается по формуле Лейдермана:

, (17)

где:

n_T – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

n_max = n_N * 1,2

n_max = 3200*1,2= 3840 мин^-1

n_min = n_N* 0,13

n_min = 3200 * 0,13=416 мин^-1

по формуле (17) при 400 об/мин N_e составляет:

, кВт

далее решаем аналогично, меняя n_т, заносим значения в табл. 2.

3.4 Вращающийся момент двигателя.

Определим вращающийся момент двигателя:

(18)

по формуле (18) при 400 об/мин M_B составляет:

кН·м

Текущие значения частоты вращения коленчатого вала двигателя выбирают произвольно через определенный интервал, как заданно в Таблице 2, эти значения подставляют в формулы 17 и 18.

Параметры двигателя.	Скоростной режинм работы двигателя, n мин^-1.
Параметры двигателя.	400	900	1400	1900	2400	2900	3400	3900
Ne, кВт	15,5	37,87	61,06	82,5	99,7	110,1	111,1	100,1
Ме, Н·м	370	402	416,7	415	397	363	312,2	245,3

Таблица 2 – Внешняя скоростная характеристика двигателя.

По значениям таблицы 2 строим график внешнескорстной характеристики двигателя рисунок 2.

4 Выбор передаточных чисел.

4.1 Определение передаточного числа главной передачи.

Передаточное число главной передачи из условий обеспечение V_max на высшей передаче:

(19)

где:

U_дк – передаточное число высшей передачи дополнительной коробки, принимаем U_дк = 1. (отсутствие).

U_кв – высшее расчетное передаточное число коробки передач, принимаем U_кв =1.

4.2 Подбор передаточных чисел коробки передач.

Передаточное число первой передачи U_k1 находим из уравнения преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги Y_max:

(20)

где:

Условно считаем, что r_g= r_k.

Y_max– максимального сопротивления дороги, принимаем Y_max = 0,35,

Полученное значение U_К1 проверяем по условию отсутствия буксования.

Для заднеприводных автомобилей должно выполняться неравенство:

, (21)

где:

g_x– коэффициент сцепления, на сухом шоссе принимаем g_x=0,7,

h_g– высота центра масс, принимаем h_g=1300 мм.

;

9,79 £ 19,06

4.3 Определение числа передач и передаточных чисел коробки передач.

Число ступеней зависит от типа, удельной мощности и предназначения автомобиля. Общее число ступеней от диагноза передаточных чисел трансмиссии.

Определение структуры ряда передач:

₍₂₂₎

где:

n – число передач.

Передаточные числа последующих передач:

U_k2 = U_k1 · g (23)

U_k3 = U_k1· g²

U_k4 = U_k1 · g³

U_k5 = U_k1 · g⁴

U_k2 = 9,79 · 0,56= 5,48

U_k3 = 9,79 · 0,56² =3,07

U_k4= 9,79 · 0,56³= 1,72.

U_k5= 9,79 · 0,56⁴= 0,963≈1

Передаточные числа трансмиссии:

U_Т1 = U_k1 · U_Г = 9,79 · 6,75 = 66,08

U_Т2 = U_k2 · U_Г = 5,48 · 6,75 = 36,99

U_Т3 = U_k3 · U_Г = 3,07 · 6,75=20,72

U_Т4= U_k4 · U_Г = 1,72 · 6,75 = 11,61

U_Т5= U_k5 · U_Г = 1 · 6,75 = 6,75

5 Построение тяговых характеристик автомобиля.

Тяговое усилие на первой передаче:

(24)

Тяговое усилие на первой передачи при n=400 мин^-1:

аналогично рассчитываем P_Т1, P_Т2,P_Т3,P_Т4, P_Т5,изменяя значение M_В и U_К. Результаты приведены в таблице 3.

Скорость движения автомобиля на данной передаче при данной частоте вращения коленчатого вала двигателя:

(25)

Скорость движения автомобиля на первой передаче при частоте вращения коленчатого вала двигателя n_т=400 мин^-1:

м/с

Скорость движения автомобиля на следующих передачах рассчитывается таким же образом, но с учётом соответствующих, данной скорости, значений U_Т_i и n_Т. Результаты приведены в таблице 3:

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала, мин^-1
Передача	Параметр	400	900	1400	1900	2400	2900	3400	3900
1	P_t, Н	34184,14	37140,61	38498,74	38341,67	36678,66	33537,42	28844,03	22663,16
1	V_a,, м/с	0,307	0,697	1,074	1,46	1,84	2,22	2,6	2,99
2	P_t, Н	19134,74	20789,64	21549,85	21461,94	20531,06	18772,73	16145,58	12685,82
2	V_a,, м/с	0,55	1,23	1,92	2,6	3,3	3,93	4,66	5,3
3	P_t, Н	10719,6	11646,75	12072,64	12023,4	11501,89	10516,84	9045,062	7106,835
3	V_a,, м/с	0,978	2,2	3,42	4,65	5,87	7,09	8,3	9,5
4	P_t, Н	6005,79	6525,2	6763,8	6736,23	6444,055	5892,17	5067,59	3981,68
4	V_a,, м/с	1,74	3,93	6,113	8,29	10,48	12,66	14,8	17,03
5	P_t, Н	3491,74	3793,73	3932,4	3916,4	3746,5	3425,68	2946,27	2314,9
5	V_a,, м/с	3,01	6,76	10,51	14,27	18,02	21,78	25,53	29,29

Таблица 3 – Тяговая характеристика двигателя.

По данным таблицы строим график тяговой характеристики двигателя, рисунок 3.

Тяговое усилие, подводимое к ведущим колёсам автомобиля, расходуется на преодоление сопротивлений качению, воздуха, подъёму, инерции.

Сопротивление воздуха определяется соотношением:

Р_в= К_в · F · V_a² (26)

Сопротивление воздуха на первой передаче при n_Т=400 мин^-1:

P_в= 0,3 · 4,32 · 0,307² = 0,122, H

аналогично рассчитываем P_B для всех передач и n_Т, изменяя значение V_a, Результаты приведены в таблице 4.

Определим свободную силу тяги автомобиля:

Р_св = Р_т - Р_в (27)

Свободная сила тяги на первой передаче при n_Т=400 мин^-1:

Р_св= 34184,14 – 0,122 = 34184 H,

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала, мин^-1
Передача	Параметр	400	900	1400	1900	2400	2900	3400	3900
1	V_a, м/с	0,307	0,69	1,07	1,46	1,84	2,22	2,61	2,99
	Р_в, Н	0,122	0,62	1,492	2,752	4,392	6,42	8,812	11,62
	Р_св, Н	34184,022	37139,99	38497,24	38338,92	36674,27	33531	28835,21	22651,56
2	V_a, м/с	0,55	1,23	1,92	2,6	3,29	3,97	4,66	5,3
	Р_в, Н	0,39	1,97	4,77	8,78	14,02	20,47	28,14	37,02
	Р_св, Н	19134,35	20787,66	21545,08	21453,15	20517,04	18752,26	16117,44	12648,79
3	V_a, м/с	0,98	2,2	3,4	4,65	5,87	7,09	8,32	9,54
	Р_в, Н	1,241	6,28	15,2	27,99	44,67	65,23	89,66	117,9
	Р_св, Н	10718,4	11640,47	12057,44	11995,39	11457,21	10451,61	8955,4	6988,8
4	V_a, м/с	1,74	3,93	6,113	8,29	10,48	12,66	14,84	17,03
	Р_в, Н	3,95	20,01	48,43	89,19	142,32	207,8	285,63	375,8
	Р_св, Н	6001,84	6505,2	6715,39	6647,03	6301,73	5684,37	4781,95	3605,85
5	V_a, м/с	3,004	6,76	10,51	14,27	18,02	21,78	25,53	29,29
	Р_в, Н	11,69	59,21	143,27	263,8	421,04	614,7	845,02	1111,8
	Р_св, Н	3480,04	3734,52	3789,18	3652,5	3325,5	2810,9	2101,25	1203,09

аналогично рассчитываем Р_св, изменяя значение Р_в и Р_т (значение Р_т берём из таблицы 3), для каждой из передач для следующих значений оборотов коленчатого вала двигателя и результаты расчётов сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Сила сопротивления воздуха.

По данным таблицы строим график тяговой характеристики двигателя, рисунок 4.

Определение основных показателей динамики автомобиля с механической трансмиссией.

6.1 Динамический фактор.

Универсальным измерителем динамических качеств автомобиля служит динамический фактор, представляющий отношение свободной тяговой силы к силе тяжести автомобиля, который находится по формуле:

(28)

Динамический фактор на первой передачи при частоте вращения коленчатого вала n_Т= 400 мин^-1:

аналогично рассчитываем D для каждой передачи и для всех частот вращения коленчатого вала (n_Т), изменяя значение P_св.

Результаты приведены в таблице 5.

.Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала, мин^-1
.Передача	Параметр	400	900	1400	1900	2400	2900	3400	3900
1	V_a,м/с	0,307	0,6944	1,074	1,44	1,84	2,22	2,61	2,99
1	D	0,31	0,34	0,349	0,348	0,333	0,304	0,262	0,205
2	V_a,м/с	0,55	1,23	1,92	2,6	3,29	3,97	4,66	5,34
2	D	0,17	0,188	0,1956	0,1947	0,186	0,17	0,146	0,115
3	V_a,м/с	0,98	2,201	3,42	4,65	5,87	7,09	8,32	9,54
3	D	0,097	0,105	0,109	0,109	0,104	0,094	0,081	0,06
4	V_a,м/с	1,74	3,93	6,113	8,29	10,48	12,66	14,84	17,029
4	D	0,05	0,059	0,061	0,06	0,057	0,051	0,043	0,033
5	V_a,м/с	3,004	6,76	10,5	14,27	18,02	21,78	25,53	29,29
5	D	0,0316	0,034	0,0344	0,033	0,03	0,025	0,019	0,011

Таблица 5 – Динамический фактор

На основании значений динамического фактора строится диаграмма (рисунок 5)

6.2 Ускорение автомобиля.

Ускорение на горизонтальной дороге определяется из выражения:

(29)

где:

_Ψ– коэффициент сопротивления дороги, принимаем _Ψ = 0,015,

_d - коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент учета вращающихся масс:

= + 1 +·, (30)

где:

= 0,05, = 0,07

d₁=0,05 + 1 + 0,07 · 9,79²=7,76

d₂=0,05 + 1 + 0,07 · 5,48²=3,15

d₃=0,05 + 1 + 0,07 · 3,07²=1,71

d₄=0,05 + 1 + 0,07 · 1,72²=1,257

d₅=0,05 + 1 + 0,07 · 1²=1,12

Ускорение на первой передаче при скорости автомобиля V_а=0,307 м/с:

м/с²

аналогично рассчитываем J_a по формуле (29) для всех передач и всех n_Т, подставляя соответствующие значения и D, данные расчёты сводим в таблицу 6:

Передача	Параметр	Частота вращения коленчатого вала, мин^-1
Передача	Параметр	400	900	1400	1900	2400	2900	3400	3900
1	V_a,м/с	0,307	0,6944	1,074	1,44	1,84	2,22	2,61	2,99
	J_a, м/с²	0,373	0,407	0,423	0,421	0,402	0,366	0,312	0,241
	1/J_a, с²/м	2,6781	2,455	2,36	2,37	2,487	2,733	3,205	4,149
2	V_a,м/с	0,55	1,23	1,92	2,6	3,29	3,97	4,66	5,34
	J_a, м/с²	0,494	0,54	0,562	0,559	0,533	0,483	0,408	0,31
	1/J_a, с²/м	2,024	1,849	1,78	1,787	1,876	2,069	2,44	3,22
3	V_a,м/с	0,98	2,201	3,42	4,65	5,87	7,09	8,32	9,54
	J_a, м/с²	0,47	0,52	0,542	0,538	0,511	0,458	0,38	0,278
	1/J_a, с²/м	2,117	1,922	1,845	1,856	1,958	2,18	2,628	3,59
4	V_a,м/с	1,74	3,93	6,113	8,29	10,48	12,66	14,84	17,029
	J_a, м/с²	0,308	0,344	0,358	0,353	0,329	0,285	0,22	0,138
	1/J_a, с²/м	3,245	2,908	2,788	2,826	3,036	3,501	4,51	7,22
5	V_a,м/с	3,004	6,76	10,5	14,27	18,02	21,78	25,53	29,29
	J_a, м/с²	0,145	0,165	0,17	0,159	0,133	0,09	0,036
	1/J_a, с²/м	6,88	6,039	5,885	6,287	7,516	10,85	28,01