Расчет эксплуатационных показателей автомобиля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования и науки

Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

"Оренбургский государственный университет"

Механико-технологический факультет

Кафедра "Автомобили и автомобильное хозяйство"

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине "Автомобили"

 

 

 

 

 

Руководитель: Ушаков В.Н.

_______________________

____ _____________ 2007 г

Исполнитель: Сурских С.А.

 

Содержание

 

1. Расчёт показателей эксплуатационных свойств автомобиля. 3

1.1 Определение параметров двигателя. 3

1.2 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя 7

1.3 Определение передаточных чисел трансмиссии. 9

1.4 Расчет тягового баланса автомобиля 15

1.5 Расчет мощностного баланса автомобиля 19

1.6 Расчет динамической характеристики автомобиля 22

1.7 Расчет ускорений автомобиля 26

1.8 Расчет времени и пути разгона автомобиля 29

1.9 Расчет топливной экономичности автомобиля 33

Заключение 38

 

1. Расчёт показателей эксплуатационных свойств автомобиля.

1.1 Определение параметров двигателя.

 

К параметрам двигателя определяемым в данном подразделе относятся минимальная и максимальная частоты вращения коленвала, вращающий момент и мощность двигателя, развиваемая во всем диапазоне частот вращения коленвала. Указанные параметры определяются по эмпирическим формулам, полученным на основе анализа существующих конструкций двигателей. Исходными данными для определения перечисленных параметров двигателя проектируемого автомобиля являются:

тип двигателя - карбюраторный;

частота вращения коленвала при максимальной мощности (neN) =3000 об/мин;

грузоподъемность - 4000 кг;

пассажировместимость - 2 человека.

Минимально устойчивую частоту вращения коленвала двигателя nemin принимаем по рекомендациям (грузовые автомобили с карбюраторным двигателем):

ne min =500…600 об/мин;

Принимаю ne min =500 об/мин.

Максимальную частоту вращения коленвала двигателя принимаем в зависимости от номинальной neN по соотношениям:

грузовые автомобили ne max = ne N

nemax =3000 об/мин.

Для определения мощности двигателя проектируемого автомобиля необходимо оценить его предполагаемый собственный и полный вес.

Собственный вес автомобиля определяется по эмпирической зависимости:

для грузовых автомобилей

 

[кг], где

 

k c - коэффициент снаряженного веса;

mг - масса груза, перевозимого автомобилем, [кг].

Значение коэффициента приведено в таблице 1.

 

Таблица 1 - Значения коэффициента для грузовых автомобилей

Параметр	Значения параметра
mа, кг	1000	2000	4000	6000	8000	10000
k c	1,25	0,8	0,75	0,8	0,85	0.9

 

mг = 4000 кг

kc = 0.75

 

ma = 0.75*4000 = 3000 кг.

 

Полная масса автомобиля определяется по следующей зависимости

 

, кг

 

где mб - масса багажа пассажиров, кг; mб = 0

n - количество пассажиров; n = 2

 

m = 3000 +(75+0) *2+4000 = 7150 кг

 

При движении автомобиля затрачивается мощность на преодоление сил сопротивления дороги (NΨ) и сил сопротивления воздуха (NW). Суммарная мощность затрачиваемая на движение полностью груженого автомобиля с максимальной скоростью по горизонтальной дороге определяется по формуле-1

 

, кВт (1)

 

где D min - минимальное значение динамического фактора, ;

для грузовых автомобилей и автобусов выбирается в интервале значений 0,030…0,045 . Принимаю D min = 0.030 ;

- максимальная скорость автомобиля по заданию на проектирование, км/ч, =100 км/ч;

k - коэффициент обтекаемости автомобиля, , для грузовых автомобилей k = 0,5…0,65 . Принимаю = 0,5

F - лобовая площадь автомобиля, м2; на этапе проектирования можно принимать ориентировочные значения лобовой площади автомобиля:

для грузовых автомобилей F =3…5, м2.

При известных габаритных размерах автомобиля или его аналога лобовая площадь автомобиля может быть определена по формуле

 

F = 0,78ВаНа, м2, где

Ва и На - габаритные размеры автомобиля по ширине и высоте соответственно, м2.

 

F = 0,78*2,38*2,22=4,12, м2.

Nψ + NW = ((7150+0) *0,30*100) /367+0,5*4,12*1003/46700=102 кВт.

 

Требуемая для движения полностью груженого автомобиля с максимальной скоростью по горизонтальной дороге мощность двигателя определится по формуле 2

 

, кВт (2)

 

где ηтр - КПД трансмиссии автомобиля, на этапе проектирования принимается для грузовых автомобилей ηтр = 0,85…0,9. Принимаю ηтр = 0,85

 

NeVmax =102/0,85= 120 кВт

 

Максимальная мощность двигателя проектируемого автомобиля может быть определена из формулы Лейдермана 3.

 

, кВт

(3)

 

где a, b, c - коэффициенты уравнения Лейдермана; для карбюраторных двигателей a=b=c=1;

nemax - максимальная частота вращения коленвала двигателя, об/мин;

neN - частота вращения коленвала при максимальной мощности двигателя, об/мин

 

Ne max = 120/(1+1-1) = 120 кВт

 

1.2 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

 

Внешняя скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость мощности и вращающего момента на выходном конце коленвала двигателя от частоты вращения коленвала при полностью открытой дроссельной заслонке или полностью выдвинутой рейке топливного насоса высокого давления. Зависимость между мощностью, развиваемой двигателем, и частотой вращения коленчатого вала двигателя описывается с помощью уравнения Лейдермана-4, имеющего следующий вид:

 

, кВт

(4)

 

где ne - текущая частота вращения коленвала двигателя, для которой определяется мощность, об/мин.

 

Ne1 = 120 [0,166+0,027 - 0,0046] =22,69, кВт

Ne2 = 120 [0,33+0,11 - 0,037] = 48,89, кВт

Ne3 = 120 [0,5+0,25 - 0,125] = 75, кВт

Ne4 = 120 [0,66+0,44 - 0,296] = 97,81, кВт

Ne5 = 120 [0,833+0,694 - 0,579] = 113,8, кВт

Ne5 = 120 [1+1 - 1] = 120, кВт

 

Вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при различных частотах его вращения может быть определен по формуле-5, устанавливающей зависимость между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения для любого вала.

 

 

, Нм (5)

Ме1 = 9555,3*(22,69/500) = 433,6 Нм

Ме2 = 9555,3*(48,89/1000) = 467 Нм

Ме3 = 9555,3*(75/1500) = 478 Нм

Ме4 = 9555,3*(97,81/2000) = 467 Нм

Ме5 = 9555,3*(113,8/2500) = 435 Нм

Ме6 = 9555,3*(120/3000) = 382,2 Нм

 

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя весь диапазон частот вращения коленвала двигателя от nmin до nmax разбивается на 5-6 интервалов размером по300 - 500 об/мин таким образом, чтобы номинальная частота вращения коленвала nN и максимальная nmax являлись границами одного или разных интервалов, при этом размеры интервалов, в которых nN и nmax являются границами, могут отличаться. По формулам 4 и 5 определяются значения Ne и Me для частот вращения коленвала ne, являющихся границами интервалов, и по полученным результатам строится внешняя скоростная характеристика двигателя.

Результаты расчетов по формулам 4 и 5 записываем в таблицу форма которой приведена ниже.

 

Таблица 2 - Расчет мощности Ne и вращающего момента Me на коленвалу двигателя при различных частотах вращения ne.

	ne min					ne N	ne max
ne, об/мин	500	1000	1500	2000	2500	3000	3000
Ne, кВт	22,69	48,89	75	97,81	113,8	120	120
Me, Нм	433,6	467	478	467	435	382,2	382,2

 

По полученным значениям Ne и Me на листе миллиметровой бумаги в масштабе строим внешнюю скоростную характеристику двигателя проектируемого автомобиля, а также определяем частоту вращения коленвала neM, при которой развивается максимальный вращающий момент Memax на выходном конце коленчатого вала. Значения neM и Memax необходимо записать после таблицы 2. Форма внешней скоростной характеристики двигателя приведена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя(нарисовать в масштабе).

1.3 Определение передаточных чисел трансмиссии.

 

Динамические качества автомобиля определяются во многом числом ступеней КПП, передаточными числами КПП и главной передачи. С целью определения числа ступеней и передаточных чисел трансмиссии необходимо в первую очередь определиться со схемой трансмиссии и представить её на рисунке в пояснительной записке. Например, схему трансмиссии классической компоновки можно представить так, как на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 - Схема трансмиссии проектируемого автомобиля.

 

Второй этап в решении задачи определения передаточных чисел трансмиссии заключается в подборе шин для проектируемого автомобиля. Тип шин подбирается по максимальной нагрузке, приходящейся на неё и максимальной скорости автомобиля Vmax. Для определения нагрузок на шины передней и задних осей определяются нагрузки на оси автомобиля из выражения 6

 

, Н (6)

 

где G1(2) - нагрузка, приходящаяся на переднюю-1 или заднюю-2 оси, Н;

g - ускорение свободного падения, м/с2 (g =9,81м/с2);

х1(2) - часть полного веса автомобиля, приходящегося на переднюю 1 или задние 2 оси автомобиля, %.

У грузовых автомобилей при полном использовании грузоподъёмности 20-30% полного веса приходится на переднюю ось и 70-80% на задние (х1=20-30%, х2=70-80%). При затруднении в выборе нагрузок на оси проектируемого автомобиля следует воспользоваться распределением полного веса по осям у автомобиля аналога. Выбираем полный вес на переднюю ось x1 = 30%, на заднюю ось x2 = 70%.

 

G1 = 7150*9,8*(30/100) = 21021 Н

G2 = 7150*9,8*(70/100) = 49049 Н

 

Если после выполнения расчета окажется что нагрузка, приходящаяся на заднюю ось G2, значительно превышает нагрузку, приходящуюся на переднюю ось G1, то, для исключения значительного недогруза шин передней оси, следует увеличить число колес на задней оси, применив двухскатные колеса, либо увеличить число задних осей. Нагрузку, приходящуюся на шины передней и задних осей, определяют из выражения-7.

 

, Н (7)

 

где a1(2) - число передних-1 или задних-2 осей на автомобиле;

b1(2) - число колес на передней-1 или задней-2 оси автомобиля;

Gш1=21021/1*2=10511 Н

Gш1=49049/1*4=12262 Н

Выбор типа шины производим по рекомендациям литературного источника [3], по наиболее нагруженной шине и максимальной допустимой скорости движения на которую рассчитана эта шина. Типоразмер выбранной шины, допускаемую нагрузку и скорость движения на которую рассчитана шина, а также другие параметры шины приводим в пояснительной записке в виде таблицы - 3

 

Таблица 3 - Характеристика шин проектируемого автомобиля.

Марка шины	Допустимая нагрузка на шину, [G], Н	Максимально допустимая скорость, [V], км/ч	Диаметр обода колеса, d, �	Ширина профиля шины, B, �	Отношение высоты профиля шины К ширине шины, Н/B	Высота профиля шины, H, �	Статический радиус шины, м
220-508	11500	100	20	8,25	1	8,25	0,443

 

Отношение высоты профиля шины к ширине профиля Н/В, для шин грузовых автомобилей составляет 1 и поэтому Н=В.

Радиус качения колеса в с шиной выбранной марки определится по формуле-8

 

rk=0,0127(d+1,7H), м (8)

 

где d - диаметр обода колеса, дюймы (�);

H - высота профиля шины, дюймы (�);

 

rk = 0,0127(20+1,7∙8,25) = 0,43 м.

 

Передаточное число главной передачи автомобиля определяется из условия обеспечения заданной максимальной скорости движения автомобиля Vmax на высшей передаче из выражения-9

 

, (9)

 

где uk - передаточное число коробки передач на высшей передаче.

u0 = 0,377*0,43*3000/1*100 = 4,9

КПП проектируемого автомобиля не имеет ускоряющую передачу, поэтому uk = 1

Передаточное число первой передачи КПП определяется из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги. При этом используется формула-10

 

, (10)

 

где Ψmax - максимальный коэффициент сопротивления дороги, преодолеваемой автомобилем на первой передаче (Ψmax = 0,3…0,4).

Принимаю Ψmax = 0,4.

Меmax - максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем, Нм (Меmax = 478 Нм).

ηтр - КПД трансмиссии автомобиля (ηтр = 0,85)

 

uk1 = 0,4*0,437150*9,8/478*4,9*0,85= 6,4

 

Полученное значение передаточного числа первой передачи КПП следует проверить по условию сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой (на отсутствие буксования). Сцепление ведущих колес с дорогой будет обеспечено, если выполняется условие

PT max Pсц

где PT max - максимальная сила тяги на ведущих колесах автомобиля, Н.

PT max определяется по формуле-11

 

, Н (11)

 

PT max = 478*6,4*4,9*0,85/0,43= 29631, Н

Рсц - сила сцепления шин с дорогой, Н;

 

,

 

где φ - коэффициент сцепления шин с дорогой, φ=0,6…0,8.

Принимаю φ = 0,6