Расчет эксплуатационных показателей автомобиля

- сцепной вес автомобиля, Н;

для заднеприводных автомобилей Gсц=G2

где m2 - коэффициенты перераспределения нормальных реакций; при трогании автомобиля с места m2=1,2.

 

Gсц = 49049*1,2 = 58858,8, Н

Рсц = 0,6*58858,8 = 35315,3, Н

 

PT max ≤ Pсц - условие выполняется

В случае не выполнения условия сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой при принятом передаточном числе КПП все последующие прочностные расчеты механизмов трансмиссии следует вести по силе сцепления колес с дорогой Gсц.

Принятое передаточное число первой передачи КПП uk1 является основой для нахождения передаточных чисел других передач КПП. Для их нахождения необходимо определиться с числом ступеней КПП проектируемого автомобиля. В учебных целях рекомендуется принимать 4…5 ступеней, а при больших значениях максимальной скорости автомобиля (> 120 км/ч) следует применять ускоряющую высшую передачу с передаточным числом 0,7…0,8. Передаточные числа II, III и других передач КПП определяются по формуле-12

Принимаю 4-х ступенчатую КПП

 

, (12)

 

где - число ступеней КПП без учета ускоряющей передачи при её наличии;

 

- порядковый номер передачи.

uk2 = 3,4

uk3 = 1,9

uk4 = 1

1.4 Расчет тягового баланса автомобиля

 

Движение автомобиля по дороге возможно только в том случае, если сила тяги, развиваемая на ведущих колесах автомобиля, больше или равна сумме сил дорожных сопротивлений. Если величина силы тяги PТ превышает сумму сил дорожных сопротивлений, то этот запас используется либо на ускорение автомобиля, либо на буксировку автомобилем дополнительного груза. Математически это положение описывается с помощью уравнения тягового баланса автомобиля. Уравнение тягового баланса автомобиля имеет следующий вид

 

РТ = РΨ + РW + Рj,

 

где РΨ - cила сопротивления дороги, Н;

РW - сила сопротивления воздуха, Н;

Рj - сила инерции автомобиля при его неравномерном движении (при ускорении или замедлении), Н.

Уравнение тягового баланса автомобиля проще и наглядней решать графическим способом, при котором строим графики зависимости каждого из слагаемых уравнения от скорости движения автомобиля, и производим сравнение положения точек кривой с положением точек суммарной кривой РΨ и РW.

Для построения графика зависимости силы тяги РТ на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения используется выражение-13

 

, Н (13)

 

где Ме - вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при соответствующей его частоте вращения, Нм;

Скорость движения автомобиля при различных частотах вращения коленвала двигателя определяется по формуле-14

 

, км/ч (14)

 

Значения сил тяги РТ и скоростей автомобиля V следует определять для частот вращения коленвала двигателя nе, которые являются границами интервалов при разбиении всего диапазона частот вращения коленвала, проделанного в п.1.2.2 Результаты расчетов по формулам 13 и 14 представляем в виде таблицы-5.

 

Таблица 5 - Расчет сил тяги на ведущих колесах проектируемого автомобиля и его скоростей движения.

ne, об/мин	500	1000	1500	2000	2500	3000
Me	433,6	467	478	467	435	382,2
PTI	26879,2	28949,7	29631,6	28949,7	26966,0	23692,8
VI	2,6	5,2	7,8	10,3	13	15,5
PTII	14279,6	15379,5	15741	15379,5	14325,7	12586,8
VII	4,9	9,7	14,6	19,5	24,3	29,2
PTIII	7978,2	8592,8	8795,2	8592,8	8004	7032,5
VIII	8,7	17,4	26,1	34,8	43,5	52,2
PTIV	4162,6	4483,2	4588,8	4483,2	4176	3669,12
VIV	16,5	33	49,5	66	85	99

 

По рассчитанным значениям РТ и V строим график изменения силы тяги на ведущих колесах автомобиля в зависимости от его скорости движения. Пример графика приведен на рисунке-3.

Для построения графика зависимости силы сопротивления дороги РΨ от скорости движения автомобиля V используется формула

 

РΨ= mg [Н],

 

где Ψ - коэффициент сопротивления дороги (Ψ = i+ƒ);

i - уклон дороги; при движении автомобиля по горизонтальной дороге i =0;

ƒ - коэффициент сопротивления дороги; для дорог с асфальтобетонным покрытием значения коэффициента определяются по формуле

 

 

Таким образом, формула для определения силы сопротивления дороги РΨ приобретает вид формулы-15

 

, (15)

 

Сила сопротивления воздуха РW движению автомобиля определяется по формуле-16

, (16)

 

где k и F-коэффициент обтекаемости автомобиля и лобовая площадь автомобиля соответственно, значения которых принимались ранее в п.1.2.1

Так как и сила сопротивления дороги РΨ и сила сопротивления воздуха РW зависят от изменения скорости автомобиля, то задаваясь 5-ю 6-ю различными значениями скорости V (предпочтительны значения скоростей из таблицы 2, развиваемые на различных передачах) подсчитываем значения сил сопротивления движению для этих значений скорости. Результаты расчета представляем в виде таблицы-6.

 

Таблица 6 - Расчет сил сопротивления движению проектируемого автомобиля по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием.

V, км/ч	2,6	15,5	29,2	52,2	85	99
РΨ, Н	1051,1	1064	1096	1194,2	1431	1566
РW, Н	1,07	38,1	135,1	432	1145	1553,1

 

По рассчитанным значениям сил РΨ и РW строим кривую зависимости суммарной силы сопротивления движению автомобиля РΨ + РW от скорости движения автомобиля для чего:

строим кривую зависимости силы сопротивления дороги РΨ от скорости V;

от точек кривой РΨ =ƒ(V) откладываем ординаты кривой РW =ƒ(V) и после соединения точек плавной линией получаем кривую РΨ + РW =ƒ(V).

Нанесенные на одном графике кривые РТ =ƒ(V), РΨ =ƒ(V) и РΨ + РW =ƒ(V) представляют собой графическое решение уравнения тягового баланса проектируемого автомобиля.

На графике, в точке оси V, соответствующей максимальной скорости движения автомобиля Vmax, должно быть либо РТ = РΨ + РW (кривые пересекаются), либо РТ > РΨ + РW (кривая РТ проходит выше РΨ + РW). Пример графика тягового баланса автомобиля приведен на рисунке 3.

 

Рисунок 3 - График тягового баланса проектируемого автомобиля.

1.5 Расчет мощностного баланса автомобиля

 

Для анализа динамических свойств автомобиля можно вместо соотношения сил использовать сопоставление тяговой мощности NT с мощностью, необходимой для преодоления сопротивления движению. Мощностной баланс автомобиля в общем виде можно представить следующей формулой

 

 

где - мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля, кВт; определяется по формуле-17

 

(17)

 

где - мощность на выходном конце коленчатого вала двигателя, кВт;

- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению колес автомобиля, кВт; определяется по формуле-18

 

(18)

 

- мощность, затрачиваемая на преодоление подъёма, кВт; при расчёте силового баланса принимается, что автомобиль движется по горизонтальной дороге, для которой уклон i = 0, а значит =0;

- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт; определяется по формуле-19

 

, (19)

 

- мощность, затрачиваемая на ускорение автомобиля, кВт; равна запасу мощности автомобиля после вычета из тяговой мощности мощности дорожных сопротивлений + и мощности сопротивления воздуха

 

= - ( + )

 

Уравнение мощностного баланса, так же как и уравнение силового баланса, проще решать графически. С этой целью строим график зависимости тяговой мощности от скорости движения автомобиля, предварительно подсчитав по формуле-17 для всех значений скоростей автомобиля, подсчитанных в таблице-5.

График суммарной мощности дорожных сопротивлений + строим по аналогии с графиком суммарной силы дорожных сопротивлений + , предварительно подсчитав значения мощностей и по формулам 18 и 19 для значений скоростей, приведенных в таблице 6. Результаты расчета представляем в виде таблицы 7, первым листом Форма графика мощностного баланса автомобиля приведена на рисунке 4.

 

Таблица 7 - Расчет мощностного баланса проектируемого автомобиля.

Передача КПП	Частота вращения коленвала, ne, об/мин	Скорость движения автомобиля, V, км/ч	Мощность двигателя, Ne, кВт, (см. табл.3)	Мощность на ведущих колесах автомобиля, NТ, кВт	Мощность сопротивлений		Запас мощности, Nj, кВт
					Nf, кВт	NW, кВт
I	500	2,6	22,69	19,3	0,76	0,0008	18,54
	1000	5,2	48,89	41,56	1,5	0,006	40,054
	1500	7,8	75	63,8	2,3	0,02	61,48
	2000	10,3	97,81	83,14	3,02	0,05	80,07
	2500	13	113,8	96,73	3,83	0,1	92,8
	3000	15,5	120	102	4,58	0,16	97,26
II	500	4,9	22,69	19,3	1,43	0,005	17,87
	1000	9,7	48,89	41,56	2,8	0,04	38,72
	1500	14,6	75	63,8	4,3	0,14	59,4
	2000	19,5	97,81	83,14	5,8	0,32	77,02
	2500	24,3	113,8	96,73	7,3	0,63	88,8
	3000	29,2	120	102	8,89	1,1	92,01
III	500	8,7	22,69	19,3	2,5	0,03	16,77
	1000	17,4	48,89	41,56	5,2	0,23	36,13
	1500	26,1	75	63,8	7,9	0,78	55,12
	2000	34,8	97,81	83,14	10,8	1,8	70,54
	2500	43,5	113,8	96,73	13,9	3,6	79,23
	3000	52,2	120	102	17,3	6,3	78,4
IV	500	16,5	22,69	19,3	4,9	0,2	14,2
	1000	33	48,89	41,56	10,2	1,6	29,76
	1500	49,5	75	63,8	16,2	5,3	42,3
	2000	66	97,81	83,14	23,5	12,6	47,04
	2500	85	113,8	96,73	33,7	27,03	36
	3000	99	120	102	43,1	42,7	16,2

1.6 Расчет динамической характеристики автомобиля

 

Динамическим фактором автомобиля D называют отношение разности силы тяги на ведущих колесах автомобиля и силы сопротивления воздуха к полному весу автомобиля G.

 

,

 

Значения динамического фактора автомобиля изменяются в зависимости от номера включенной передачи в КПП и от скорости движения автомобиля. Динамический фактор автомобиля при включении различных передач КПП определяется по формуле-20

 

, (20)

 

Рисунок 4 - График мощностного баланса проектируемого автомобиля.

 

Значения сил РTi для различных передач КПП и скоростей движения автомобиля приведены в таблице 4, значения сил PWi для различных скоростей движения автомобиля можно определить по формуле-21

 

, Н (21)

 

Величина динамического фактора ограничивается условиями сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой. Динамический фактор по условиям сцепления колес с дорогой может быть определён по формуле-22 для заднеприводных автомобилей

 

(22)

 

где - коэффициент сцепления шин с дорогой; принимается = 0,2…0,4 (соответствует движению автомобиля по укатанному снегу).

 

Принимаем = 0,2.

, - коэффициенты перераспределения нормальных реакций для передней-1 и задних-2 осей; для рассматриваемого случая принимаются

 

=0,8…0,9; =1,1…1,2.

 

Принимаем =1,2

, - часть полного веса автомобиля, приходящаяся на переднюю-1 или задние-2 оси, Н; см. п.1.2.3 ( = 49049Н)

 

Используя формулы 20 и 21, определяем значения динамического фактора автомобиля для 5…6 скоростей его движения при включении каждой передачи КПП, и строим динамическую характеристику автомобиля на свободном поле первого листа графической части проекта. Здесь же наносим предварительно подсчитанный по одной из формул 22 динамический фактор по условию сцепления колес с дорогой и сделать вывод о возможности движения автомобиля без буксования по укатанному снегу. Расчет динамического фактора автомобиля представляем в виде таблицы 8.

 

 

Таблица 8 - Расчет динамического фактора проектируемого автомобиля.

Передача КПП	Скорость движения автомобиля, V, км/ч (см. табл.5)	Сила тяги на ведущих колесах автомобиля, PT I, H	Сила сопротивления воздуха, PW I, H	Разность сил (PT I - PW I), Н	Динамический фактор автомобиля, Di, Н/Н
I	2,6	26879,2	1,07	26878,13	0,384
	5,2	28949,7	4,2	28945,5	0,413
	7,8	29631,6	9,6	29622,0	0,423
	10,3	28949,7	16,8	28932,9	0,413
	13	26966,0	26,8	26939,2	0,384
	15,5	23692,8	38,1	23654,7	0,338
II	4,9	14279,6	3,8	14275,8	0, 204
	9,7	15379,5	15	15364,5	0,220
	14,6	15741,0	33,8	15707,2	0,224
	19,5	15379,5	60,3	15319,2	0,219
	24,3	14325,7	93,6	14232,1	0, 203
	29,2	12586,8	135,11	12451,7	0,178
III	8,7	7978,2	12	7966,2	0,114
	17,4	8592,8	48	8544,8	0,122
	26,1	8795,2	107	8688,2	0,124
	34,8	8592,8	191	8401,8	0,120
	43,5	8004,0	300	7704,0	0,110
	52,2	7032,5	431	6601,5	0,100
IV	16,5	4162,6	43	4119,6	0,058
	33	4483,2	172,6	4310,6	0,061
	49,5	4588,8	388,3	4200,5	0,060
	66	4483,2	690,3	3792,9	0,054
	85	4176,0	1144,9	3031,1	0,043
	99	3669,12	1553,1	2116,02	0,030