Визначення основних масових параметрів автомобіля

Міністерство освіти і  науки України

Національний транспортний університет

(НТУ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунково-пояснювальна записка

до курсового проекту 

з дисципліни "Автомобілі"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                      Виконав студент гр. ІП-IV-1                                                                                                                                                  

                                               Журавель І.В.

                                        Перевірив

                                                                          Федоров В. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2011

Вантажний автомобіль, що проектується є бортовий. В своєму проектуванні я вибрав за прототип, автомобіль "ГАЗ-66-01 (4х4)" бортовий з тентом. Цей автомобіль буде перевозити різного роду вантажі, такі як: будівельні матеріали, продукти харчування (які не швидко псуються) і якщо потрібно то людей. Цей автомобіль буде експлуатуватися на різних дорожніх покриттях, таких як: бездоріжжя,  дорогах загального призначення та ін..

Даний автомобіль з безкапотною схемою компонування. Переваги і недоліки цієї схеми компонування. Переваги: можливість отримати мінімальну колісну базу і довжину автомобіля та збільшити навантаження на передні колеса для повноприводного автомобіля, хороша оглядовість. Недоліки: велика висота підлоги кабіни, ускладненість виходу та входу, необхідність відкидання кабіни на шарнірах передньої опори для доступу до двигуна.

1. Визначення основних  масових параметрів автомобіля

Власна маса автомобіля - його маса у спорядженому стані без навантаження ( складається із сухої маси автомобіля та маси палива, охолодної рідини, запасного колеса (коліс), інструмента, обов'язкового обладнання).

Для вантажного автомобіля при цьому  виходять із маси вантажу  , що перевозиться автомобілем, і обчислюють власну масу як

де  - коефіцієнт тари, який дорівнює 1.65.

Повна маса автомобіля становить

де  - маса пасажирів (разом з водієм). При розрахунках  вважають, що маса однієї людини дорівнює 75 кг, а - це кількість пасажирів, яка дорівнює 2.

2. Розробка схем загального компонування автомобіля

Навантаження на кожну з осей автомобіля визначають, виходячи з того, що в існуючих конструкціях навантаження на робочу вісь становить:

у двовісних вантажних автомобілів з кабіною над двигуном та з одинарними колесами задньої осі

тут - сила тяжіння від повної маси автрмобіля;

-  навантаження від сили тяжіння  від повної маси автомобіля  на передню вісь автомобіля;

- навантаження від сили тяжіння від повної маси автомобіля на задню вісь двовісного автомобіля.

Шини для автомобіля, що проектується, вибирають виходячи з призначення  автомобіля; найбільшого навантаження , що припадає на одне колесо автомобіля відповідно до визначених навантажень на його осі, та допустимих згідно з технічними характеристиками шин навантажень на них. При цьому необхідно врахувати відповідність швидкісних характеристик шин максимальній швидкості автомобіля, вказаній у завданні.

Навантаження на одне колесо будь-якої осі становить

де  - номер осі;

- кількість коліс, встановлених на осі.

Шини приймаємо 280-508 за ГОСТ 4754-64

Основні геометричні параметри  автомобіля. Довжина , ширина , висота , база , колія , .

Координати центра мас по базі та двовісного автомобіля

Висоту центра мас  приймають у межах (0,9...1,1) м - для вантажних автомобілів і автобусів. Приймаємо .

3. Тяговий розрахунок автомобіля.

Радіуси колеса визначають за характеристиками шин. Динамічний радіус  та радіус кочення   колеса з достатньою точністю беруть такими, що дорівнюють статичному радіусу шини , указаному в стандарті, каталозі або іншому довідковому виданні, тобто вважають, що . Коефіцієнт корисної дії (ККД) трансмісії  , залежить від кількості і властивостей кінематичних пар, які передають механічну енергію від колінчастого вала двигуна до ведучих коліс автомобіля.

Вантажний автомобіль з колісною формулою 4х4, у якого ККД приймають в межах (0,82...0,84). Приймаємо .

Безрозмірний коефіцієнт аеродинамічної сили та коефіцієнт обтічності (тут - густина повітря) можна вважати такими, що залежать лише від конфігурації поверхонь автомобіля, яка значною мірою обумовлює опір форми, від шорсткості поверхонь автомобіля, яка обумовлює опір граничного тертя, та наявності щілин і каналів, які створюють внутрішній опір.

Для бортового з тентом вантажного автомобіля коефіцієнт приймають в межах (0.9..1.15), а - (0.5..0.7), . Приймаємо ; .

Площа лобового опору  дорівнює площі проекції автомобіля на площину, перпендикулярну його поздовжній осі. Вона може бути обчислена для вантажних автомобілів як

де  - колія, м; - висота автомобіля.

Величина фактора обтічності автомобіля визначається тими ж чинниками, що й коефіцієнти та , а також площею лобового опору :

Максимальне значення коефіцієнта  опору дороги приймають для вантажних автомобілів з підвищенною прохідністю (0.45..0.55). Приймаємо

 Визначення потужності двигуна, вибір та обгрунтування його типу, побудува швидкісної зовнішньої характеристики

Тяговий розрахунок починають з визначення потужності , необхідної для руху з заданою максимальною швидкістю .

Оскільки при русі автомобіля з  максимальною швидкістю прискорення  дорівнює нулеві, можна, виходячи із потужнісного балансу, записати вираз для визначення :

При проектуванні автомобіля обирають, орієнтуючись на значення кутової швидкості колінчастого вала, при якій досягається максимальна потужність у сучасних автомобільних двигунів відповідного типу у карбюраторних двигунів вантажних автомобілів та автобусів . Приймаємо .

Тип двигуна для автомобіля, що проектується, обирають, виходячи з  визначеної максимальної потужності, призначення автомобіля, умов його експлуатації, паливного балансу  України та перспективних напрямків  розвитку конструкції автомобільних  двигунів: підвищення паливної економічності; зменшення токсичності газів, що відпрацювали; зменшення рівня шумності; збільшення питомої потужності; підвищення надійності.

Необхідні для побудови швидкісної зовнішньої характеристики двигуна  поточні значення потужності , крутного моменту та питомої витрати палива можна розрахувати за наближеними емпіричними формулами:

де  - поточне значення кутової швидкості колінчастого вала, рад/с. Для карбюраторних двигунів вантажних автомобілів і автобусів та для дизелів вибирають не менше 7...8 значень   в межах від мінімальної кутової швидкості до максимальної кутової швидкості , яка дорівнює кутовій швидкості колінчастого вала при максимальній потужності ,

 та - емпіричні коефіцієнти (вибирають із табл.);

- питома витрата палива двигуном  при максимальній потужності, яка становить 330...360 г/(кВт год) для карбюраторних двигунів. Приймаємо .

, .

 

 

 

Параметри швидкісної зовнішньої характеристики двигуна

 

, рад/с

80

120

160

200

240

280

320

/

0.25

0.375

0.5

0.625

0.75

0.875

1

Ni, кВт

23.515

36.67

49.51

61.11

70.55

76.89

79.21

МKi, Н∙м

293.9

305.6

309.4

305.6

294

274.6

247.5

gi, г/(кВтгод)

353.4

344.5

340.7

341.9

348.2

359.6

376.1


4. Вибір та обґрунтування  типу трансмісії автомобіля. Визначення  кількості передач і передаточних  чисел механічної ступінчастої  трансмісії

Для даного автомобіля раціонально  використати п'яти ступінчасту коробку з переднім подільником.

Мінімальне передаточне число  трансмісії Uтр min визначають з умови забезпечення заданої максимальної швидкості руху автомобіля Vmax, м/с:

 

Приймаючи до уваги передаточні  числа всіх агрегатів і механізмів трансмісії, можна записати

 

де Uк min - мінімальне передаточне число коробки передач;

Upк min - мінімальне передаточне число роздавальної коробки (якщо автомобіль повноприводний). Upк min = 1, для пониженої передачі роздавальної коробки;

U0 - передаточне число головної передачі.

Прийнявши передаточне число вищих  передач коробки передач Uк min та роздавальної коробки, визначають передаточне число головної передачі U0 виходячи із забезпечення Vmax на вищій розрахунковій передачі коробки передач:

 

Максимальне передаточне число  трансмісії визначають з умови подолання автомобілем найбільшого опору дороги, користуючись рівнянням силового балансу автомобіля для усталеного руху. Враховуючи, що при русі на першій передачі швидкості невеликі і сила опору повітря дорівнює нулеві,

 

Одержане значення Uтp max обов'язково перевіряють на виконання умови зчеплення ведучих коліс автомобіля з полотном дороги без буксування:

 

Нерівність виконується.

Прийнявши максимальне передаточне  число Upк max роздавальної коробки Upк max= 1, визначають максимальне передаточне число коробки передач Uк max, тобто передаточне число першої передачі коробки передач Uк1 як

 

За цих умов на першій передачі при  буде забезпечено рух з усталеною швидкістю по дорозі з заданим .

Кількість передач коробки передач  визначається типом автомобіля, зокрема  його транспортним призначенням, класом, прохідністю.

Передаточні числа проміжних передач  коробки передач вибирають із умов забезпечення оптимальних показників як тягово-швидкісних властивостей, так  і паливної економічності. Існують  різноманітні методики: одні передбачають отримання найкращої прийомистості, інші - паливної економічності або середньої швидкості в деяких заданих умовах руху.

Передаточні числа проміжних передач  можна визначати, зокрема:

  • за геометричною прогресією;
  • за гармонічним рядом;
  • за динамічним рядом (коли в основу покладена мінімізація загального часу розгону автомобіля з урахуванням часу на переключання передач);
  • із умови забезпечення максимальної інтенсивності розгону (методика Л.Г.Аніскіна і Х.Д.Квітко, в основу якої покладена умова забезпечення оптимальних взаємоузгоджених показників - середнього прискорення на передачах і швидкості у кінці розгону на передачах);
  • за оптимальною величиною щільності ряду (методика Е.І.Наркевича, згідно з якою рекомендується приймати щільність ряду для нижчих передач рівною коефіцієнту — коефіцієнту пристосованості двигуна за кутовою швидкістю колінчастого вала);
  • за аналогією з ідеальною трансмісією (методика А.А.Токарева);
  • із умови забезпечення високих показників розгону (методика М.М.Пилипчука, яка базується на забезпеченні рівності прискорень в кінці і на початку розгону на суміжних передачах).

 

де і - порядковий номер проміжної  передачі,

n - кількість передач у коробці.

 

 

 

В розрахунках тягово-швидкісних властивостей автомобіля будуть використовуватися передаточні числа коробки передач для пониженої передачі роздавальної коробки.

5. Визначення показників експлуатаційних властивостей автомобіля

6. Визначення показників тягово-швидкісних властивостей автомобіля

Динамічна характеристика є залежністю динамічного фактора автомобіля від швидкості його руху на кожній з передач коробки передач  та роздавальної коробки (якщо вона є  на автомобілі). Таким чином, кількість  кривих динамічної характеристики автомобіля визначається кількістю передач  коробки передач та роздавальної коробки.

Динамічний фактор автомобіля обчислюють за формулою

 

де Рр - сила тяги на ведучих колесах, Н;

Рw - сила опору повітря, Н,

Рр - Рw - залишкова сила тяги, яка може бути використана на подолання сил опору дороги та на розганяння автомобіля;

Gа - сила тяжіння від повної маси автомобіля, Н.

 

де Мк - крутний момент двигуна за його швидкісною зовнішньою характеристикою,    Н∙ м;

- передаточні числа  відповідно коробки передач, роздавальної  коробки та головної передачі;

- коефіцієнт корисної  дії (ККД) трансмісії автомобіля;

  - динамічний радіус коліс автомобіля, м.

 

де W - фактор обтічності автомобіля, Н-с2/м2;

 Vа - швидкість автомобіля, м/с.

 

де rк - радіус кочення коліс автомобіля, м.

Графік прискорень автомобіля - графічна залежність прискорення автомобіля від швидкості його руху на кожній з передач при заданих дорожніх умовах.

Прискорення автомобіля можна визначити  за формулою

 

де  - коефіцієнт, що враховує інерцію обертових мас автомобіля при розганянні. Значення констант та з достатньою для навчального розрахунку точністю можна прийняти = = 0,04, тобто = 1,04 + 0,04 ;

- коефіцієнт опору дороги.  = 0,026.

Таким чином, для визначення прискорень можна користуватися формулою

 

Значення величин Vа, D та j обчислюють для кожної з передач коробки передач (у разі необхідності - і роздавальної коробки) як мінімум при 7...8 значеннях кутової швидкості із швидкісного діапазону двигуна та заносять до таблиці.

Індекс "і" відповідає номеру поточного  значення кутової швидкості колінчастого вала двигуна, із тих значень, що вибрані для розрахунків. Значеннями , задаються при побудові швидкісної зовнішньої характеристики двигуна розрахунковим методом або, у випадку використання реальної (за даними заводу-виробника) характеристики, - знімаючи з кривої крутного моменту поточні значення Мк.

і = 1 ...n, де n - кількість вибраних значень.

Індекс "j" відповідає номеру передачі у коробці передач автомобіля.

j = 1 ...m, де m - кількість передач.

Для І передачі коробки передач.

 

w

80

120

160

200

240

280

320

I

V

0,769

1,153

1,538

1,922

2,307

2,691

3,076

Pp

25380

26390

26720

26390

25390

23710

21370

Pw

1,475

3,319

5,9

9,219

12,275

18,069

23,6

D

0,475

0,494

0,5

0,493

0,475

0,443

0,339

j

1,079

1,124

1,139

1,124

1,079

1,004

0,9

II

V

1,585

2,377

3,169

3,962

4,754

5,546

6,339

Pp

12310

12800

12960

12800

12320

11510

10370

Pw

6,266

14,098

25,063

39,16

56,391

76,754

100,25

D

0,23

0,239

0,242

0,239

0,229

0,214

0,192

j

1,162

1,212

1,228

1,21

1,157

1,071

0,95

III

V

3,277

4,916

6,554

8,193

9,831

11,47

13,108

Pp

5955

6192

6269

6192

5957

5564

5015

Pw

26,795

60,288

107,179

167,468

241,153

328,236

428,717

D

0,111

0,115

0,115

0,113

0,107

0,098

0,086

j

0,729

0,76

0,764

0,743

0,697

0,624

0,525

IV

V

6,51

10,126

13,502

16,877

20,252

23,628

27

Pp

2891

3006

3043

3006

2892

2701

2434

Pw

113,706

255,839

454,826

710,665

1023

1393

1819

D

0,052

0,051

0,048

0,043

0,035

0,024

0,012

j

0,281

0,276

0,249

0,199

0,127

0,031

-0,086


 

 

 

Швидкісну характеристику розганяння автомобіля, тобто залежність його швидкості при розганянні від  часу та шляху розганяння, визначають при випробуваннях автомобіля згідно з діючими нормативними документами. Її можна також побудувати, користуючися графо-аналітичним методом. Вихідні дані для побудови знаходять із графіка прискорень. З цією метою кожну з кривих графіка прикорень ділять на кілька інтервалів, на яких криву можна було б замінити прямою. Межі інтервалів позначають , де n - загальна кількість інтервалів. Тоді значення швидкості та прискорення V1 і j1 відповідають початку першого інтервалу, а V2 та j2 є кінцевими для першого і водночас початковими для другого інтервалу і т.д., тобто швидкість та прискорення відповідно для початку та кінця будь-якого і-ого інтервалу - це Vi, ji та .

Час та шлях розганяння в кожному з інтервалів визначають за виразами

 

Знайдені величини заносяться в  таблицю.

№

Vi+1

Ji

Δt

t

ΔS

S

1

1,15

1,13

0,348174621

0,348174621

0,334633809

0,334633809

2

1,54

1,14

0,339059894

0,687234515

0,456222986

0,790856795

3

1,92

1,13

0,339099149

1,026333664

0,586640322

1,377497117

4

2,31

1,08

0,348238214

1,374571879

0,736328844

2,113825961

5

2,69

1,01

0,368167571

1,74273945

0,920007961

3,033833922

6

3,08

0,9

0,402712572

2,145452022

1,161152195

4,194986117

7

3,17

1,23

0,087888699

2,233340721

0,27443041

4,469416526

8

3,96

1,22

0,647178028

2,880518749

2,307564725

6,776981252

9

4,75

1,06

0,666308101

3,54682685

2,903724416

9,680705668

10

5,55

1,08

0,707626172

4,254453023

3,644474008

13,32517968

11

6,34

0,96

0,779696925

5,034149947

4,633452315

17,95863199

12

6,55

0,77

0,249240711

5,283390658

1,606731798

19,56536379

13

8,19

0,75

2,150348257

7,433738915

15,85554983

35,42091362

14

9,83

0,7

2,250229916

9,683968831

20,27914197

55,70005559

15

11,47

0,63

2,451654579

12,13562341

26,11154863

81,81160422

16

13,11

0,53

2,812140279

14,94776369

34,55876677

116,370371

17

13,5

0,26

0,993687727

15,94145142

13,22104998

129,591421

18

16,88

0,21

14,4752554

30,41670681

219,8699923

349,4614133

19

20,25

0,14

19,62146549

50,0381723

364,2682696

713,7296828

20

23,63

0,04

38,28059303

88,31876534

839,8838419

1553,613525

21

25

0

67,629134

155,9478993

1644,331619

3197,945143


 

 

За допомогою динамічної характеристики, графіка прискорень та швидкісної характеристики розганяння автомобіля можна визначити  показники тягово-швидкісних властивостей автомобіля:

  • найбільший кут підйому, який здатний подолати автомобіль на кожній передачі при заданому коефіцієнті опору коченню ґ;
  • максимальну швидкість, яку може розвинути автомобіль при русі по дорозі з заданими коефіцієнтом опору коченню ґта підйомом і;
  • шлях і час розганяння автомобіля до максимальної швидкості;
  • максимальну швидкість, якої може досягти автомобіль на шляху 400 та 1000 м;
  • найбільші прискорення автомобіля на кожній передачі.

 

 

 

7. Визначення показників гальмівних властивостей автомобіля

Оціночними показниками динамічності автомобіля при гальмуванні слугують сповільнення jcп та шлях гальмування Sг.

Сповільнення

 

де  - коефіцієнт зчеплення; для розрахунків приймають = 0,6;

- кут поздовжнього нахилу полотна  дороги. Сповільнення визначають  на горизонтальній дорозі, тому  = 0;

f- коефіцієнт опору коченню;  при визначенні сповільнення  приймають f = 0,02.

 

Шлях ефективного гальмування

 

де Va - швидкість, від якої починається гальмування. Приймаю: Va = 16,7 м/с — для вантажних автомобілів та автобусів.

 

Шлях зупиняння

 

де tp = 0,8 c - час реакції водія;

tnp - час спрацьовування гальмівного привода. При пневматичному tnp = 0,6 с;

tзр = 0,5 с — час зростання гальмівного зусилля;

Ке - коефіцієнт ефективності гальмівної системи. Для вантажних Ке = 1,4.

 

 

8. Визначення показників  стійкості автомобіля

Критична швидкість  автомобіля за умови його перекидання  на горизонтальному полотні дороги

,

де R - радіус повороту дороги, м;

 - середнє значення колії автомобіля, м;

В1, В2 - колія відповідно передніх та задніх коліс автомобіля, м;

hg - висота центра мас автомобіля, м.

Критична швидкість  з умови ковзання на горизонтальному  полотні дороги

.

Якщо дорога обладнана віражем (поперечним ухилом полотна дороги), то критичні швидкості руху визначаються за такими залежностями

 

 

де  = 4° - кут поперечного нахилу полотна дороги.

Обчисливши значення Vпер та Vковз, а також для 9...10 значень радіусів повороту в межах 20...100 м, зводять результати розрахунків у таблицю та будують графіки залежностей критичних швидкостей руху автомобіля від радіуса повороту на горизонтальному полотні дороги Vпер(R) і Vковз(R) та на віражі

Отже,                                          

 

 

 

R,м

Vпер, м/с

Vковз, м/с

, м/с

, м/с

20,00

13,2

10,8

14,2

11,7

30,00

16,2

13,3

17,3

14,3

40,00

18,7

15,3

20

16,6

50,00

20,9

17,2

22,4

18,5

60,00

22,9

18,8

24,5

20,3

70,00

24,7

20,3

26,5

21,9

80,00

26,4

21,7

28,3

23,4

90,00

28,0

23,0

30,0

24,9

100,00

29,5

24,3

31,6

26,9


 

 

9. Визначення показників  керованості автомобіля 

Критична швидкість  автомобіля з умови керованості

 

де  - кут повороту керованих коліс автомобіля, град.

Обчисливши критичні швидкості  з умов керованості при  = 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 400, будують залежність критичної швидкості від кута повороту керованих коліс.

, град

5

10

15

20

25

30

35

40

, м/с

14,80

10,4

8,3

7,0

6,1

5,3

4,7

4,2


 

 

При русі автомобіля на повороті зі швидкістю  понад Укер керовані колеса будуть ковзати в поперечному напрямі й поворот їх на більший кут не змінить напрямку руху автомобіля. Виходячи з цього можна зробити висновок про межі керованості автомобіля.

Радіус повороту автомобіля при еластичних колесах

 

де  = 20° - середній кут повороту керованих коліс;

- кути бокового відведення (збочення) коліс передньої та  задньої осей, град:

,  
,

, - бокові сили, які діють на колеса передньої та задньої осей, Н.

Граничні значення бокових сил  та , при яких колеса котяться без бокового ковзання, визначають за виразами

,

де   та — сили зчеплення коліс відповідно передньої

та задньої осей з полотном дороги;

 та  - сили тяжіння, що припадають відповідно на передню та задню вісь автомобіля.

Квід1 та Квід2 — коефіцієнти опору боковому відведенню (збоченню) одного одинарного колеса передньої та задньої осей, Н/град;  для колеса вантажного автомобіля Квід = 800... 1500 Н/град.

 Н

 Н

Н

Н

 

 

 

 

При жорстких колесах радіус повороту

 

Враховуючи, що при Re=R повороткість автомобіля нейтральна, при Rе > R - недостатня, при Rе < R - надлишкова.

 9,1> 9,06, тобто повороткість автомобіля недостатня.

10. Визначення показників  плавності ходу автомобіля

Основними оціночними показниками  плавності ходу є частота вільних  коливань підресорених і непідресорених мас, швидкість, прискорення та швидкість зміни прискорення коливань підресорених мас.

Підресорені маси здійснюють низькочастотні коливання з частотою

 

де  - статичний прогин підвіски, м; = 0,08...0,13 м у вантажних автомобілів та міських автобусів. Менші значення беруть для задньої підвіски, більші - для передньої.

 

 

Плавність ходу вантажного автомобілів задовільна.

 

Непідресорені маси мостів здійснюють високочастотні коливання, зумовлені жорсткістю шин, з частотою

 

де  - сумарна жорсткість шин моста, Н/м;

mм - маса моста, кг.

При відсутності даних про жорсткість шин орієнтовно можна взяти = 6,7...8.5 Гц (менші значення - передня підвіска, більші - задня).

Приймаємо , .

Крім вільних коливань, автомобіль здійснює також вимушені коливання з частотою

 

де  - швидкість автомобіля, м/с;

S - довжина хвилі нерівності на дорозі, м; S = 0,5...5,0 м.

 

Швидкість руху, при якій може настати резонанс, обчислюють за виразом

 

Приймаємо S=0 та S=4 м

 

 

 

 

 

 

 

Швидкість та прискорення  коливань підресорених мас визначають за формулами:

 

де =0,05 м - висота нерівності

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

Швидкість зміни прискорення при коливаннях

 м/с

 м/с

 м/с

 

11. Визначення показників  прохідності автомобіля

Виконавши спрощене креслення автомобіля у масштабі 1:20, 1:25, 1:40 або 1:50 - в залежності від розмірів (види справа, спереду  та ззаду), визначають за ним показники  профільної прохідності:

  • дорожній просвіт під переднім h1 та заднім h2 мостами та між мостами h, мм;
  • передній l1 та задній l2 звиси, мм;
  • кути переднього , та заднього  звисів, град;
  • повздовжній кут прохідності;
  • поздовжній Rпозд та поперечний Rпопер радіуси прохідності, м.

Визначення основних масових параметрів автомобіля 📙 Курсовая → 🆔 50965

Визначення основних масових параметрів автомобіля 📙 Курсовая → 🆔 50965

Визначення основних масових параметрів автомобіля