Тяговый расчёт автомобиля

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра "Автомобильный транспорт" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая работа

"Тяговый  расчёт автомобиля" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил        

                           АТз     Вариант 34. 

Проверил          __________________ 
 
 
 
 
 

       Техническое задание на разработку автомобиля: 

1. Спроектировать  прототип автомобиля ГАЗ 31029;
2. Число мест в салоне, включая водителя 5;
3. База автомобиля 2800, [мм];
4. Максимальная скорость на прямой передаче на горизонтальном участке пути 135, [км/ч];
5. Вертикальная координата центра масс при полной нагрузке h_g, [мм];
6. Максимальный коэффициент сопротивления дороги y_max=0,34;
7. Число передач в коробке перемены передач, включая прямую, 4;
8. Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности 4700, [мин^-1].

1. Определение полной массы автомобиля

       Полную  массу m_a автомобиля определяют как сумму масс снаряженного автомобиля m_б и груза m_н по номинальной грузоподъемности и числу мест пассажиров, включая водителя.

       Снаряженная масса может быть определена по формуле 

   - для легковых автомобилей:

                                            , [кг]                          (1) 

где z – число мест в салоне, включая водителя.

     - коэффициент снаряженной массы, зависящий от номинальной грузоподъемности и пассажировместимости. Он колеблется в следующих пределах: легковые автомобили -  0,2-0,6; ( - 0,2)

       Полная  масса легкового автомобиля определяется следующим образом из выражения:                       , [кг]                                           (2) 

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.

       У легковых автомобилей распределение нагрузки от полной массы по мостам зависит в основном от компоновки. При классической компоновке на заднюю ось приходится 52…55% нагрузки от полной массы, для переднеприводных автомобилей – 48%. 

       Определим вес автомобиля:

                                                         , [Н]                                          (3)

       В зависимости от процентного распределения  нагрузки, определим нагрузки от полной массы на переднюю и заднюю оси автомобиля:

                                                        ,[Н]                                         (4)

                                                        ,[Н]                                         (5)

       Далее определяем нагрузку на каждое колесо передней и задней оси автомобиля соответственно по формулам:

                                                         , [Н]                                               (6)

                                                         , [Н]                                              (7)

       Расстояние  от передней оси до центра масс найдем по формуле:

                                                            , [мм]                                            (8)

где G_a – модуль сил тяжести автомобиля [Н];

  L – база автомобиля, [мм].

       Расстояние от центра масс до задней оси:

                                                      , [мм]                                            (9)

       Выбираем  шины исходя из максимальной нагрузки на колесо по таблице 1. 

       Таблица 1 – Шины автомобилей.

         205/70 R14 с максимальной нагрузкой 6300 Н, 205 и 70 - ширина профиля в миллиметрах и в дюймах соответственно, посадочный диаметр обода 14 дюймов.

       По  этим размерам можно определить радиус колеса, находящегося в свободном состоянии:

                                                     , [мм]                                            (10)

где b – ширина профиля шины [мм];

      d – диаметр обода шины [мм], (1 дюйм = 25,4 мм).

       Радиус  качения колеса r_к определяется с учетом деформации, зависящей от нагрузки:

                                              , [мм]                                         (11)

где k – коэффициент радиальной деформации.

Для стандартных и широкопрофильных шин k принимают 0,1…0,16.  

3.   Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

       Расчет  начинается с определения мощности N_eV, необходимой для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_MAX.

       При установившемся движении автомобиля мощность двигателя в зависимости от дорожных условий может быть выражена следующей формулой:

                                , [кВт]                           (12)

где V_max – максимальная скорость [м/с];

       ψ_v – коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

       K_В – коэффициент обтекаемости, Н·с²/м⁴;

       F – лобовая площадь автомобиля, м²;

        η_Т – кпд трансмиссии;

       K_Р – коэффициент коррекции.

     Для легковых автомобилей ψ_v определяется по формуле:

                                                     ,                                      (13)

где V_max – максимальная скорость [м/с].

      Коэффициент обтекаемости для легковых автомобилей

 K_в = 0,20 ÷ 0,35 Н·с²/м⁴

       Лобовую площадь для легковых автомобилей  находим из формулы:

                                                       , [м²]                                  (14)

где B_Г  – габаритная ширина, м;

   H_Г – габаритная высота, м;

       Коэффициент полезного действия трансмиссии  принимается равным η_Т = 0,8 ÷ 0,95.

       Коэффициент коррекции в данном случае рекомендуется  применять K_Р = 0,6 ÷ 0,8.

1.   Частота вращения  коленчатого вала  двигателя

       Частота вращения коленчатого вала двигателя  n_V, соответствующая максимальной скорости автомобиля, определяется из уравнения:

                                                   , [мин^-1]                                      (15)

где V_max – максимальная скорость [км/ч];

       η_n – коэффициент оборотистости двигателя.

У существующих легковых автомобилей коэффициент  оборотистости двигателя η_n лежит в пределах 30 ÷ 35 

2.   Максимальная мощность  двигателя

       Максимальную  мощность двигателя найдем из формулы:

                   , [кВт]                       (16)

        где n_N – частота вращения при максимальной мощности двигателя

                       [мин^-1];

                 a, b, c – коэффициенты, зависящие от типа двигателя.

для бензиновых двигателей: a = b = c = 1.

3.   Построение внешней скоростной характеристики двигателя

       Внешнюю характеристику двигателя с достаточной  для практических расчетов точностью можно определить по формуле С.Р. Лейдермана:

                   , [кВт]                      (17)

где n_Т – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, [мин^-1].

     Чтобы воспользоваться формулой Лейдермана, необходимо определить значения наименьшей устойчивой – n_eMIN , и максимальной – n_eMAX частот вращения коленчатого вала двигателя. Наименьшую устойчивую частоту вращения коленчатого вала  бензинового двигателя следует принять равной - n_eMIN  = 0,13× n_N [мин^-1].

     Максимальную  частоту вращения коленчатого вала бензинового двигателя следует принять равной – n_eMAX = 1,2× n_N [мин^-1].

       Текущие значения частоты вращения коленчатого  вала двигателя выбирают произвольно через определенный интервал (например, 500, 1000, 1500 и т.д.), но так, чтобы полученных точек характеристики было не меньше десяти.

       Расчёты по формуле С.Р. Лейдермана производим для всех значений частоты вращения коленчатого вала двигателя n_Т. Результаты расчётов сводим в таблицу 2.

       n_eMIN  = 0,13×4700=611 мин^-1 

       n_eMAX = 1,2×4700=5640 мин^-1

Выбираем  текущие значение частоты вращения коленчатого вала двигателя через интервал 700 об/мин, подставляем значения в формулу 17 и вычисляем N для каждого. 
 

       3.4 Вращающий момент  двигателя  

       Определим вращающий момент двигателя по формуле:

                                                   , [Н∙м]                                   (18)

       Расчёты производим для всех значений частоты  вращения коленчатого вала двигателя n_Т. Результаты расчётов сводим в таблицу 2. 

       Таблица 2 – Внешняя скоростная характеристика двигателя

По полученным данным строится скоростная характеристика (рисунок 2).                                      Рисунок 2 – Внешняя скоростная характеристика двигателя 

4. Выбор передаточных чисел

1.   Определение передаточного  числа главной  передачи

       Передаточное  число главной передачи из условий  обеспечения V_MAX на высшей передаче:

                                                   ,                                    (19)

где n_V – частота вращения коленвала двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля, [об/мин];

        r_К – радиус качения колеса, [м];

        U_ДК – передаточное число высшей передачи дополнительной коробки передач, U_ДК = 1 ÷ 1,44 (U_ДК = 1 при её отсутствии);

        V_MAX – максимальная скорость автомобиля, [м/с];

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

2.   Подбор передаточных  чисел коробки  перемены передач

       Передаточное  число первой передачи U_К1 находим из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги y_MAX:

                                      ,                                   (20)

Полученное  передаточное число U_К1 нужно проверить по условию отсутствия буксования. Буксования не будет, если выполняется неравенство

       Для заднеприводных автомобилей:

                                ,                           (21)

       Проверку  ведут на сухом шоссе, находящемся  в хорошем состоянии, при φ_Х = 0,6…0,8. Выбор центра масс h_g и база автомобиля L задаются в соответствии с эскизным проектом или по прототипу.

3.   Определение числа  передач и передаточных чисел КПП

       Число ступеней зависит от типа, удельной мощности и предназначения автомобиля.

       Общее число ступеней зависит от диапазона  передаточных чисел трансмиссии. Определение структуры ряда передач производится с использованием геометрической прогрессии по формуле:

                                                            ,                                            (22)

где n – число передач в КПП, включая прямую (без учета ускоряющей передачи).

       Передаточные  числа последующих передач находятся  из выражений:

                                                        ,                                            (23)

                                                        ,                                           (24)

       и т.д.

5. Построение тяговой характеристики автомобиля

       Тяговое усилие определяется из выражения:

                                          ,                                    (25)

       Аналогично  проводим расчет для каждой из передач  для следующих значений оборотов коленвала двигателя и результаты расчетов сводим в таблицу 3.

       Скорость  движения автомобиля на данной передаче при данной частоте вращения коленвала  двигателя n_Т вычисляется по формуле:

                                             , [м/с]                                       (26)

где – передаточное число трансмиссии на i-ой передаче.

Аналогично  рассчитываем 2, 3 и 4 передачи на разных оборотах .

       Полученные  данные сводим в таблицу 3.

         На основании таблицы строится тяговая характеристика автомобиля Р_Т = f (V_А) для каждой передачи – рисунок 3.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 3 – Тяговая характеристика автомобиля