Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией

Министерство образования и  науки РФ

Федеральное государственное бюджетное  учреждение высшего профессионального  образования «Югорский государственный  университет»

Политехнический институт

 

 

Кафедра Автомобильный транспорт

 

 

Курсовой проект

 

по дисциплине

“Конструкция, расчёт и потребительские свойства изделий”

 

на тему:

«Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией»

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                        Выполнил студент гр.5390:

                                                                                                                

                                                                                             Принял:            .

 

 

 

 

 

 

 

Ханты-Мансийск

2012г.

Содержание

 

 

Введение........................................................................................................................................ 3                                                                                                                         

1. Исходные данные. ....................................................................................................................4

2. Тяговый расчёт автомобиля  с механической трансмиссией.................................................5                         

     2.1. Определение полной  массы автомобиля и её распределения  по осям.........................5                               

     2.2. Расчёт  продольных координат центра  масс автомобиля...............................................5

     2.3. Выбор шин  для проектируемого автомобиля.................................................................6

     2.4. Определение  характеристик двигателя...........................................................................7

     2.5. Определение  рабочего объёма двигателя.......................................................................9

     2.6. Определение  конструктивных параметров автомобиля..............................................10

     2.7. Расчёт тягового баланса автомобиля.............................................................................13

     2.8. Динамический паспорт автомобиля...............................................................................15

     2.9. Характеристика ускорений.............................................................................................17

     2.10. Определение пути и времени разгона автомобиля.....................................................20

Заключение. .................................................................................................................................24

Используемая  литература...........................................................................................................25

Приложение………………………………………………………………………………………26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

     Настоящая работа выполняется с целью определения тягово-динамических характеристик вновь проектируемого легкового автомобиля. В работе производится расчёт основных рабочих параметров двигателя , его внешней скоростной характеристики. Осуществлен выбор основных параметров трансмиссии и ходовой части автомобиля.

     В качестве автомобиля подобного проектируемому был принят автомобиль Fiat Albea. Автомобиль относится к классу легковых, кузов типа седан, обладающий высокими динамическими и скоростными качествами.

     Двигатель, с электронной системой впрыска топлива, 4-х цилиндровый, 8-ми клапанный, без турбонаддува мощностью 54 кВт (77 л. с.), объемом двигателя 1,4 литра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

 

 

     Исходными данными для выполнения проектного тягового расчета являются:

  1. Коэффициент воздушного сопротивления – ;
  2. Максимальная скорость движения ;
  3. Высота автомобиля ;
  4. Ширина автомобиля ;
  5. Вес автомобиля .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тяговый расчёт автомобиля с механической трансмиссией

 

 

2.1. Определение полной массы автомобиля и её распределения по осям

 

 

     Величина полной массы автомобиля рассчитывается по формуле:

 

;

,

 

где - масса снаряжённого автомобиля, кг;

      - номинальная грузоподъёмность автомобиля, (принимается );

      - расчётная масса водителя, пассажира, (принимается );

      - расчётная масса багажа одного перевозимого человека, (принимается );

      - количество перевозимых в автомобиле человек(принимается  ).

     Расчёт величины массы автомобиля приходящейся на переднюю ( ) и заднюю ( ) оси автомобиля рассчитывается соответственно по формулам:

 

;

 

;

 

;

 

,

 

где - коэффициенты, учитывающие распределение массы соответственно между передней и задней осями автомобиля.

     Величины принял на основе анализа величин аналогичных параметров для существующих однотипных автомобилей.

     При этом учтены следующие соотношения:  , .

 

 

 

2.2. Расчёт продольных координат центра масс автомобиля

 

     Величина расстояний от оси передних колёс (А) и оси задних (Б) до центра масс автомобиля рассчитываются по формулам:

 

;

 

;

 

;

,

 

где L – колёсная база автомобиля (принимается на основе анализа конструкций   аналогичных автомобилей), мм.

     Величина высоты расположения центра масс относительно опорной поверхности определяется ориентировочно исходя из следующего соотношения:

 

;

 

.

 

 

2.3. Выбор шин для проектируемого автомобиля

 

 

     Размер шин для проектирования автомобиля выбирается исходя из осевой величины действующей на неё максимальной нагрузки, допускаемой максимальной скорости автомобиля, а также с учётом анализа конструкций аналогичных автомобилей.

     Величины осевых нагрузок, действующих соответственно на передние и задние шины рассчитываются по формулам:

 

;

 

;

 

;

 

 

,

 

где - ускорение свободного падения ;

      - соответственно количество передних и задних шин .

     Размер шин выбирается из ГОСТ при этом указываются следующие параметры шины:

  • ширина профиля, 175/70 мм;
  • вид - радиальная;
  • диаметр диска 14;

 

 

2.4. Определение характеристик двигателя

 

 

     Величина мощности двигателя , необходимая для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью по горизонтальной дороге рассчитывается по формуле:

 

;

,

 

где  - сила тяжести автомобиля, ( ), Н;

;

      - коэффициент сопротивления качению автомобиля при его движении с максимальной скоростью ( );

      ;

      - коэффициент сопротивления для сухого асфальта при движении со скоростью 10-15 км/час ( );

      - площадь поперечного сечения автомобиля, м2;

      - коэффициент обтекаемости автомобиля (для легковых автомобилей ) ;

      - коэффициент полезного действия трансмиссии (для легковых автомобилей ).

     Величина площади поперечного сечения автомобиля может быть принята на основании анализа конструкций однотипных автомобилей или рассчитана ориентировочно по формуле:

 

;

 

,

 

где - соответственно габаритная ширина, и наибольшая габаритная высота автомобиля (принимаются из исходных данных), м.

     Величина максимальной мощности двигателя определяется с учётом затрат на привод систем обслуживающих двигатель:

 

;

 

.

 

     Величина максимальной мощности двигателя принимается на основе анализа конструкций   аналогичных автомобилей

     Величины внешней эффективной мощности двигателя в зависимости от оборотов двигателя рассчитываются по формуле: 

 

 

 

где - интервал оборотов двигателя ( ).

     Величина внешнего эффективного крутящего момента в зависимости от оборотов двигателя рассчитываются по формуле:

 

.

     Величины принимаются от 1000 об/мин до 5000 об/мин с интервалом 500 об/мин.

Результаты расчётов величин  и заносятся в таблицу (табл. 1).

 

 

 

Таблица 1- Внешняя характеристика двигателя

Частота вращения коленчатого вала двигателя    (n), об/мин

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

Внешняя эффективная  мощность двигателя (Nei), кВт

12,34

19,30

26,48

33,67

40,63

47,13

52,96

57,89

61,69

64,13

65

Внешний эффективный  крутящий момент          (Mei), кВт

117,83

122,86

126,45

128,60

129,32

128,60

126,45

122,86

117,83

111,36

103,46


 

     На основании полученных данных строятся графики зависимостей: , (Рис.1); , (Рис. 2) – приведены в приложении.

 

 

2.5. Определение рабочего объёма двигателя

 

 

Величина рабочего объёма двигателя  рассчитывается по формуле:

 

;

 

,

 

где - удельная литровая мощность двигателя, принимается .

     Величина хода поршня рассчитывается по формуле:

 

;

 

,

 

где - соотношение между ходом поршня и диаметром цилиндра , принимается ;

      - константа, равная 3.14;

      - число цилиндров .

     Величина диаметра цилиндра рассчитывается по формуле:

 

;

 

.

 

 

 

2.6. Определение конструктивных параметров автомобиля

 

 

     Передаточное число главной передачи рассчитывается по формуле

 

;

 

,

 

где - радиус качения колеса, м;

rK Определяется по формуле: rK = 0.0127d + 0.00085B’= 0.0127*14 + 0.00085*175 = 0.327 м.

Где d – посадочный диаметр обода колеса в дюймах; В’ – ширина профиля шины, мм.

     - обороты двигателя при максимальной скорости (мощности), принимается              ;

     - передаточное число высшей передачи коробки перемены передач ( );

     - максимальная скорость автомобиля, м/с.

     Передаточное число первой передачи рассчитывается по формуле

 

;

 

,

 

где - сила тяжести автомобиля, Н;

     - максимальное дорожное сопротивление ( );

     - величина максимального внешнего эффективного крутящего момента, Н·м,  принимается из таблицы 1;

     - коэффициент полезного действия трансмиссии (раздел 2.4).

     Количество ступеней в коробке переменных передач принимается первоначально на основе анализа конструкций существующих однотипных автомобилей. Ориентировочные значения передаточных чисел промежуточных передач рассчитываются по формуле

 

;

 

;

 

;

 

;

 

 , ( в соответствии с аналогичными авто),

 

где - порядковый номер передачи;

     - общее количество передач без учета повышенной передачи и передачи заднего хода ( );

     Передаточное число задней передачи рассчитывается по формуле

 

;

 

.

 

     Скорость движения автомобиля на различных передачах при различных оборотах двигателя рассчитывается по формуле

 

,

 

     Результаты расчетов величин заносятся в таблицу 2.

 

 

 

 

Таблица 2 - Изменение скорости движения автомобиля ( ) в зависимости от оборотов двигателя по передачам

Частота вращения коленчатого вала двигателя, nei, об/мин

Порядковый  номер передачи

1

2

3

4

5

1000

2,12

3,00

4,26

6,00

7,51

1500

3,18

4,50

6,39

9,01

11,26

2000

4,24

6,00

8,52

12,01

15,01

2500

5,30

7,51

10,65

15,01

18,76

3000

6,37

9,01

12,78

18,01

22,52

3500

7,43

10,51

14,90

21,02

26,27

4000

8,49

12,01

17,03

24,02

30,02

4500

9,55

13,51

19,16

27,02

33,78

5000

10,61

15,01

21,29

30,02

37,53

5500

11,67

16,51

23,42

33,03

41,28

6000

12,73

18,01

25,55

36,03

45,03


 

На основании полученных данных строится график скорости движения автомобиля ( ) на  различных передачах (рис.3), приведён в приложении.

 

Величина коэффициента приспособляемости двигателя  рассчитывается по формуле

 

;

 

,

 

где - максимальный внешний эффективный крутящий  момент на валу двигателя, ;

     - крутящий момент на валу двигателя при максимальной мощности.

     Удельный эффективный расход топлива соответствующий работе двигателя на ых оборотах, рассчитывается по формуле

 

, г/кВт
;

 

где - коэффициент, учитывающий равномерность горения заряда топлива (для      карбюраторных двигателей );

       - минимальный расход топлива (для карбюраторных двигателей ), г/кВт ;

       А, В, С – коэффициенты, соответственно равны: А=1.3; В=0.85; С=0.6.

     Результаты расчёта величины заносятся в таблицу:

Таблица 3 - Удельный расход топлива в зависимости от оборотов двигателя

Частота вращения коленчатого вала (n), об/мин

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

Удельный эффективный расход топлива (ge), г/(кВт*ч)

302,45

289,58

278,85

270,27

263,84

259,55

257,40

257,40

259,55

263,84

270,27


 

     На основании полученных данных на внешнюю скоростную характеристику наносится зависимость .

 

 

2.7. Расчёт тягового баланса автомобиля

 

     Уравнение движения автомобиля имеет в общем случае следующий вид:

 

, кН,

 

где - полная эффективная сила тяги, кН;

      - сила сопротивления движению автомобиля, оказываемая дорогой, кН;

     - сила сопротивления воздуха, кН;

     - сила сопротивления подъёма, кН;

     - сила инерции автомобиля, кН;

     - крюковая нагрузка, приложенная к автомобилю, кН.

     Если предположить, что автомобиль движется равномерно на горизонтальном участке без крюковой нагрузки то уравнение имеет вид

 

, кН,

 

     Величина полной эффективной силы тяги

 

, кН.

 

     Величина силы, сопротивления движению автомобиля,   при движении с U-ой скоростью оказываемой дорогой рассчитывается по формуле

 

, кН,

 

     При расчёте данной величины рекомендуется принимать шаг сужения скорости U в размере 5 м/сек.

     Сила сопротивления воздуха, соответствующая U-ой скорости движения автомобиля рассчитывается по формуле

 

, кН,

 

     При расчёте величины рекомендуется принимать шаг изменения скорости U в размере 5 м/сек.

     Результат расчётов величин , , заносятся в следующие таблицы:

Таблица 4 - Значения полной эффективной силы тяги ( ) по передачам

Частота вращения коленчатого вала двигателя(n) , об/мин

Порядковый  номер передачи

1

2

3

4

5

1000

5463,83

3861,36

2722,26

1930,68

1544,55

1500

5697,07

4026,20

2838,47

2013,10

1610,48

2000

5863,54

4143,85

2921,41

2071,92

1657,54

2500

5963,24

4214,30

2971,08

2107,15

1685,72

3000

5996,63

4237,90

2987,72

2118,95

1695,16

3500

5963,24

4214,30

2971,08

2107,15

1685,72

4000

5863,54

4143,85

2921,41

2071,92

1657,54

4500

5697,07

4026,20

2838,47

2013,10

1610,48

5000

5463,83

3861,36

2722,26

1930,68

1544,55

5500

5163,81

3649,34

2572,78

1824,67

1459,74

6000

4797,49

3390,45

2390,27

1695,23

1356,18


 

     По результатам расчетов строим график зависимости эффективной силы тяги по разным передачам от числа оборотов двигателя (Рис. 5) – приведён в приложении.

Таблица 5 - Сопротивление движению автомобиля оказываемое дорогой ( ) и воздухом ( )

Параметр

Размерность

Скорость автомобиля

Скорость движения автомобиля (V)

м/сек

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Коэффициент сопротивления качению  автомобиля (fv)

-

0,0122

0,013

0,014

0,015

0,017

0,019

0,022

0,025

0,028

Сила сопротивления

воздуха (PBU)

кН

10,5

42,0

94,5

168,1

262,6

378,2

514,7

672,3

850,9

Сила сопротивления

дороги (PДU)

кН

183,1

192,1

207,1

228,1

255,2

288,2

327,2

372,2

423,3

PBU + PДU

кН

193,6

234,1

301,7

396,2

517,8

666,4

841,9

1044,6

1274,2


 

     По результатам проведённых расчётов строится график силового баланса автомобиля (Рис. 6), на котором изображаются следующие кривые: , и .

 

 

2.8. Динамический паспорт автомобиля

 

 

     Динамический паспорт представляет собой универсальную характеристику динамичности автомобиля. Величина динамического фактора при движении автомобиля, на какой то передаче при i – ой частоте вращения коленчатого вала рассчитывается по формуле

 

,

 

     Результаты расчётов величин заносятся в таблицу 6.

 

Таблица 6 - Значения динамического фактора ( ) по передачам

 

№ передачи

Показатель

Частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин

Обозначение

Размерность

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

1

Скорость движения автомобиля (V1i)

м/с

2,12

3,18

4,24

5,30

6,37

7,43

8,49

9,55

10,61

11,67

12,73

Полная эффективная  сила тяги (РT1i)

H

5463,83

5697,07

5863,54

5963,24

5996,628

5963,24

5863,54

5697,07

5463,83

5163,81

4797,49

Сила сопротивления

воздуха (PBU)

H

1,89

4,26

7,57

11,82

17,03

23,17

30,27

38,31

47,29

57,22

68,10

Динамический фактор (D1i)

-

0,3639

0,3793

0,3902

0,3965

0,3984

0,3958

0,3886

0,3770

0,3609

0,3402

0,3151

2

(V2i)

м/с

3,00

4,50

6,00

7,51

9,01

10,51

12,01

13,51

15,01

16,51

18,01

(РT2i)

H

3861,36

4026,20

4143,85

4214,30

4237,899

4214,30

4143,85

4026,20

3861,36

3649,34

3390,45

(PBU)

H

3,79

8,52

15,15

23,67

34,09

46,40

60,60

76,70

94,69

114,57

136,35

(D2i)

-

0,2570

0,2677

0,2751

0,2792

0,2801

0,2777

0,2720

0,2631

0,2510

0,2355

0,2168

3

(V3i)

м/с

4,26

6,39

8,52

10,65

12,78

14,90

17,03

19,16

21,29

23,42

25,55

(РT3i)

H

2722,26

2838,47

2921,41

2971,08

2987,72

2971,08

2921,41

2838,47

2722,26

2572,78

2390,27

(PBU)

H

7,62

17,15

30,48

47,63

68,58

93,35

121,93

154,31

190,51

230,52

274,34

(D3i)

-

0,1809

0,1880

0,1926

0,1948

0,1945

0,1917

0,1865

0,1788

0,1687

0,1561

0,1410

4

(V4i)

м/с

6,00

9,01

12,01

15,01

18,01

21,02

24,02

27,02

30,02

33,03

36,03

(РT4i)

H

1930,68

2013,10

2071,92

2107,15

2118,95

2107,15

2071,92

2013,10

1930,68

1824,67

1695,23

(PBU)

H

15,15

34,09

60,60

94,69

136,35

185,59

242,40

306,79

378,76

458,29

545,41

(D4i)

-

0,1276

0,1319

0,1340

0,1341

0,1321

0,1280

0,1219

0,1137

0,1034

0,0910

0,0766

5

(V5i)

м/с

7,51

11,26

15,01

18,76

22,52

26,27

30,02

33,78

37,53

41,28

45,03

(РT5i)

H

1544,55

1610,48

1657,54

1685,72

1695,16

1685,72

1657,54

1610,48

1544,55

1459,74

1356,18

(PBU)

H

23,67

53,26

94,69

147,95

213,05

289,98

378,76

479,36

591,81

716,08

852,20

(D5i)

-

0,1013

0,1038

0,1041

0,1025

0,0987

0,0930

0,0852

0,0754

0,0635

0,0495

0,0336