Расчет потребной мощности двигателя

Расчет  потребной мощности двигателя

   Мощность  двигателя определяется из условия  обеспечения  максимальной скорости движения автомобиля. Предварительно рассчитывается полный вес автомобиля по формулам:

  для грузовых автомобилей

                                                       

Вес багажа принимается равным G_b = 250 - 500 Н.

G_a= 16882 кг

    Потребная мощность двигателя при максимальной  скорости автомобиля равна . 

 

      где

      G_a- полный вес автомобиля кг, ;

        – коэффициент использования автомобиля, ;

        – коэффициент сопротивления  дороги, ;

       – КПД трансмиссии автомобиля, ;

        – коэффициент обтекаемости, ;

        – лобовая площадь автомобиля, ;

       – максимальная скорость движения. 

      кВт

               

         

      

     Максимальная  мощность двигателя определяется по   формуле 

       , кВт 

  Расчет внешней скоростной характеристики двигателя. 

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

;

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

                                                             

Y_v = 0,015 + 6·10^-6·25² = 0,02 

Лобовая площадь для грузового  автомобиля: 

F_A = B·H_г,                                                                                   

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. 

   Частота вращения коленчатого вала двигателя.

Частота вращения коленчатого  вала двигателя на максимальной скорости движения:

n_v = V_max·h_{n ,}                                                       

где:

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

n_v = 90·37 = 3330 мин^-1

       Построение внешней  скоростной характеристики 

     Внешняя скоростная характеристика (ВСХ) строится кинетическим методом С.Д. Лейдермана. Характеристика строится по точке А (n_N,N_e): 

      . 

     Крутящий  момент: . 

     Таблица 1. Результаты расчёта ВСХ.

 

 

 
 

Рисунок 3. Внешняя скоростная характеристика 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Расчёт  КПД трансмиссии 

     КПД трансмиссии можно определить по формуле: 

       

     где М_г – гидравлические потери,

     i_тр – передаточное число трансмиссии,

     М_е – крутящий момент,

      - коэффициент учета влияния нагрузки.

     

     где к – число пар цилиндрических шестерён,

     е – число пар конических шестерён,

     m – число карданных шарниров.

     Принимаем: к=2, е=1, m=2, тогда 

     При работе двигателя с полной нагрузкой величина М_г в несколько раз меньше произведения М_е^.i_тр, поэтому их отношением можно пренебречь, тогда  

         Расчёт передаточного отношения главной передачи 

       

     где n_N – 3200 об/мин,

     i_к =1 – передаточное отношение КПП,

     V_N – скорость автомобиля при максимальной мощности, для грузового автомобиля

       

           Расчёт передаточных чисел КПП 

     Расчёт  выполняем из условия, что передаточное число прямой передачи равно 1. Количество передач в КПП примем 4, так как при таком количестве передач коробка имеет небольшие габариты и наиболее полно используется мощность ДВС. 

        Расчёт передаточного отношения 1-ой передачи 

     Так как на первой передаче скорость движения автомобиля мала, то сила сопротивления воздуха Р_в=0, и преодоление сопротивления движения без использования инерции автомобиля. Тогда сопротивление дороги оценивается общим коэффициентом дорожного сопротивления : для грузовых автомобилей , то передаточное отношение 1-ой передачи находим по формуле: 

 принимаем i₁=6,72. 

     Во  избежание проскальзывания колёс  по дорожному покрытию необходимо соблюдать  условие: 

      , 

     где - максимальная тяговая сила 

      . 

     G_сц=G₂=7900 кг – вес приходящиёся на ведущие колёса автомобиля,

      - коэффициент сцепления колеса  с дорогой.

      - для асфальтобетонного покрытия,

      кг.

     3479<6320, следовательно проскальзывание отсутствует.

     Принимаем окончательно i₁=6,72. 

           Расчёт передаточного числа остальных передач КПП

     Имеем i₁=6,72, i₄=1. 

      ,

     

       

     Таким образом, принимаем: i₁=6,72, i₂=3,56, i₃=1,89, i₄=1.

 

              Тяговая характеристика автомобиля 

     Из  предыдущих расчётов имеем:

     Передаточные  числа коробки: i₁=6,72, i₂=3,56, i₃=1,89, i₄=1;

     Передаточное  число главной передачи: i_гп=6,73;

     Радиус  колеса: r_к=0,476 м;

     КПД трансмиссии:

     Тяговая характеристика автомобиля – это  изображение в виде графика зависимость  силы тяги от скорости автомобиля. Скорость автомобиля на различных передачах  в зависимости от числа оборотов: 

       

     Сила  тяги на различных передачах в  зависимости от крутящего момента: 

       

     Таблица 2. Результаты расчёта скорости автомобиля и силы тяги.

 

 

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 4. Силовой баланс автомобиля. 

 

                Тяговая динамика автомобиля 

             Уравнение движения автомобиля 

     Уравнение движения связывает силы движущие автомобиль с силами сопротивления движению и позволяет определить характер прямолинейного движения в любой момент времени. 

       

     где - КПД трансмиссии,

     I_м – момент инерции маховика,

     I_к – момент инерции колёс,

     i_тр – передаточное число трансмиссии,

     r – радиус колеса,

     М_а – масса автомобиля,

     j – линейное ускорение автомобиля,

     Р_к – сила сопротивления качению,

     Р_в – сила сопротивления воздуха.

     Сила, которую нужно приложить к  автомобилю, чтобы сообщить ему ускорение j: 

       

     где Р_и – сила инерции,

      - коэффициент учёта вращающихся  масс. 

            Силовой баланс 

       

     где f_о – коэффициент сопротивления качению, 0,014..0,018, примем f_о=0,015, тогда

       

     Таблица 3. Сила сопротивления качению.

 

     График  силы сопротивления качению построен на рисунке 4. 

       

     где к – коэффициент сопротивления  воздуха, для грузовых автомобилей  к=0,06..0,07, принимаем к=0,0625;

     F – площадь лобового сопротивления,  для грузовых автомобилей F=3..5, принимаем F=4 м²;

       
 

     Таблица 4. Сила сопротивления воздуху.

 

     График  силы сопротивления воздуху построен на рисунке 4.

     грузовой  автомобиль трансмиссия тормозной

       Определим предельный угол подъёма дороги для проектируемого автомобиля 

     

       

       Мощностной баланс 

     По  аналогии с уравнениями силового баланса уравнения мощностного  баланса можно записать следующим образом: 

       

     где N_к – мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления качению,

     N_п – мощность, затрачиваемая на преодоление подъёма,

     N_в – мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления воздуха.

     При  

     N_п=0, N_д=N_к, значит  

     Таблица 5. Мощность сопротивления качению.

 

     График  мощности сопротивления качению  построен на рисунке 6.

       

     Таблица 6. Мощность сопротивления воздуху.

 

     Тяговая мощность автомобиля:  

       

     Таблица 7. Тяговая мощность.

 

     График  тяговой мощности построен на рисунке 6. 

 

     

 

  Мощностной баланс  для всех передач 

     Для построения мощностного баланса на всех передачах необходимо определить скорости, которые соответствуют различным оборотам на передачах. 

       

     Передаточные  числа коробки: i₁=6,72, i₂=3,56, i₃=1,89, i₄=1;

     Передаточное  число главной передачи: i_гп=6,73;

     Радиус  колеса: r_к=0,476 м; 

     Таблица 8. Скорости на разных передачах.

 

На графике  мощностного баланса для прямой передачи видно, что положение кривой внешней скоростной характеристики N_е зависит от передаточного числа главной передачи, потому что i₄=1 – прямая передача, а положение суммарной кривой N_в+N_д остаётся неизменной.

     Таким образом получаем: 
 

       

 

 

       Динамический паспорт автомобиля