ID: 4741

Название работы: Расчёт эксплуатационных свойств автомобиля

Категория: Курсовая

Предметная область: Логистика и транспорт

Описание: Введение Тяговый расчет автомобиля производится с целью определения его тяговых и динамических качеств. Тяговый расчет подразделяется на: тяговый расчет проектируемой машины поверочный тяговый расчет, производимый для существующей машины. Поверочны...

Язык: Русский

Дата добавления: 2012-11-25

Размер файла: 512 KB

Работу скачали: 78 чел.

Введение

Тяговый расчет автомобиля производится с целью определения его тяговых и динамических качеств. Тяговый расчет подразделяется на:

тяговый расчет проектируемой машины;

поверочный тяговый расчет, производимый для существующей машины.

Поверочный тяговый расчет составляют следующие отдельные задачи:

1.  Определение максимальной скорости движения в заданных условиях.
2.  Определение сопротивления движению и углов подъема, которые может преодолеть автомобиль на данной передаче и скорости.

Для решения задач тягового расчета необходимо построить тяговую характеристику автомобиля.

Тяговой характеристикой автомобиля называется графическая зависимость удельной силы тяги от скорости движения автомобиля на каждой передаче.

Задаваемыми параметрами обычно являются: тип автомобиля; грузоподъемность или максимальное число пассажиров; максимальная скорость движения, по шоссе с заданным коэффициентом дорожного сопротивления, максимальное дорожное сопротивление на низшей передаче трансмиссии. Указывается также тип двигателя (карбюраторный, дизельный).

Параметры, которыми задаются, могут иметь различные значения в некотором интервале. Чтобы правильно принять окончательное значение указанных выше параметров, необходимо понимать, как они влияю на тяговые качества автомобиля.

Построение тяговой характеристики автомобиля включает:

1.Определение полной массы автомобиля, кг.

2.Выбор шин и определение радиуса ведущего колеса, м.

3.Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

4.Определение передаточного числа главной передачи.

5.Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки.

6.Определение скорости движения и ускорений автомобиля

7.Определение удельной силы тяги, построение тяговой характеристики.

8 Расчет мощностного баланса автомобиля

9. Расчет динамической характеристики автомобиля

10.Расчет времени и пути разгона автомобиля

11.Расчет топливной экономичности автомобиля

1 Определение параметров двигателя.

1.1 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.

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 =3100 об/мин.

Для определения максимальной скорости 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 = 5250 кг

kc = 0.775

ma = 0.775*5250 = 4068,75 кг.

Полная масса автомобиля определяется по следующей зависимости

, кг

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

n - количество пассажиров; n = 0

m = 4068,75 +(75+0) *1+5250 = 9393,75 кг

1.2 Максимальную скорость найдём из условия равенства тяговой мощности Nт, подводимой к ведущим колёсам и мощностей сопротивлений:

Nт = N д + Nв    или , кВт

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

После преобразования формула примет вид:

, кВт  

где Nv.max – мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, кВт;

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*2,7*2,42=5,1 м2.

ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления

ψ = 0,015*(1+V2/20000)

Уравнения решаются графически. Для этого достаточно задать 2 переменные Vmax в широком диапазоне от 1 до (+∞) и проведя горизонтальную линию, соответствующей мощности Nт на ведущих колёсах при nmax . Для точности построения в данном случае воспользуемся Microsoft Excel и найдём искомую Vmax.

Из графика получаем Vmax = 90 км/ч

1.3 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

, кВт

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 ;

так же можно посчитать как  Nт = Nv.max*ηтр = 107*0,85 = 90,95  кВт

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

, кВт

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

ne.max - максимальная частота вращения коленвала двигателя, об/мин;

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

Ne max =107/(1+1-1) = 107 кВт

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 = 107 [0,161+0,026 - 0,00417] =19,56, кВт 

Ne2 = 107 [0,322+0,104 - 0,0334] = 42, кВт

Ne3 = 107 [0,484+0,234 - 0,113] = 64,735, кВт

Ne4 = 107 [0,645+0,416 - 0,268] = 84,851, кВт

Ne5 = 107 [0,806+0,65 - 0,524] = 99,724, кВт

Ne6 = 107 [0,968+0,937-0,907] = 106,786

Ne7 = 107 [1+1 - 1] = 107, 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*(19,56/500) = 373,8 Нм

Ме2 = 9555,3*(42/1000) = 401,323 Нм

Ме3 = 9555,3*(64,735/1500) = 412,37 Нм

Ме4 = 9555,3*(84,851/2000) = 405,388 Нм

Ме5 = 9555,3*(99,724/2500) = 381,16 Нм

Ме6 = 9555,3*(106,786/3000) = 340,124 Нм

Ме7 = 9555,3*(107/3100) = 329,81 Нм

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя весь диапазон частот вращения коленвала двигателя от nmin до nmax разбивается на 5-6 интервалов размером по 300 - 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	3100
Ne, кВт	19,56	42	64,735	84,851	99,786	106,786	107
Me, Нм	373,8	401,323	412,37	405,388	381,16	340,124	329,81

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 2.

Рисунок 2 - Внешняя скоростная характеристика двигателя.

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 3.

Рисунок 3 - 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 = 9393,75*9,8*(30/100) = 27617,625 Н

G2 = 9393,75*9,8*(70/100) = 64441,125 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=27617,625/1*2=13808,81 Н

Gш1=64441,125/1*4=16110,281 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, Ш	Ширина профиля шины, B, Ш	Отношение высоты профиля шины К ширине шины, Н/B	Высота профиля шины, H, Ш	Статический радиус шины, м
7,0-20	18639	110 км/ч	962 мм	230 мм	1	7,0	0, 455

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 (Ш);

H - высота профиля шины, дюймы (Ш);

rk = 0,0127(20+1,7∙7,0) = 0,405 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*0,405*3100/(1*90) = 5,26

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.

Ме.max - максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем, Нм (из графика Ме.max = 412,37 Нм).

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

uk1 = 0,4*0,405*9393,75*9,8/(412,37*5,26*0,85)= 8,097

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 = 412,37*8,097*5,26*0,85/0,405= 36860,468, Н

Рсц - сила сцепления шин с дорогой, Н;

,

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

Принимаю φ = 0,6

- сцепной вес автомобиля, Н;

для заднеприводных автомобилей Gсц=G2

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

Gсц = 64441,125*1,2 = 77329,35, Н

Рсц = 0,6*77329,35= 46397,61, 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.

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 = РШ + РW + Рj,

где РШ - 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 РШ 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.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	3100
Me	373,8	401,323	412,37	405,388	381,16	340,124	329,81
PTI	33412,8157	35873,011	36860,468	36236,369	34070,703	30402,623	29480,687
VI	1,7925	3,585	5,3775	7,17	8,9625	10,755	11,1135
PTII	16639,5575	17864,733	18356,486	18045,685	16967,185	15140,484	14681,36
VII	3,5995	7,199	10,7985	14,398	17,9975	21,597	22,3169
PTIII	8286,14795	8896,2594	9141,1419	8986,3696	8449,2995	7539,6409	7311,0071
VIII	7,228	14,456	21,684	28,912	36,14	43,368	44,8136
PTIV	4126,56884	4430,4093	4552,3627	4475,2849	4207,8196	3754,8023	3640,9408
VIV	14,514	29,028	43,542	58,056	72,57	87,084	89,9868

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 РШ от скорости движения автомобиля V используется формула

РШ= m g Ш [Н],

где Ш - коэффициент сопротивления дороги (Ш = i+ѓ);

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

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

Таким образом, формула для определения силы сопротивления дороги РШ 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

Так как и сила сопротивления дороги РШ и сила сопротивления воздуха РW зависят от изменения скорости автомобиля, то задаваясь 5-ю6-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	1,7925	11,1135	22,3169	44,8136	58,056	72,57	89,9868
РШ, Н	1382,51238	1390,8266	1416,7124	1521,0901	1615,2407	1746,2753	1941,9537
РW, Н	0,63025334	24,226938	97,693251	393,92768	661,13637	1033,0256	1588,3801
Pш+Pw	1383,1426	1415,054	1514,406	1915,018	2276,377	2779,301	3530,334

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

строим кривую зависимости силы сопротивления дороги РШ от скорости V;

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

Нанесенные на одном графике кривые РТ =ѓ(V), РШ =ѓ(V) и РШ + РW =ѓ(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 = РШ + РW (кривые пересекаются), либо РТ > РШ + РW (кривая РТ проходит выше РШ + 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 NT от скорости движения автомобиля, предварительно подсчитав NT по формуле-17 для всех значений скоростей автомобиля, подсчитанных в таблице-5.

График суммарной мощности дорожных сопротивлений Nf+Nw строим по аналогии с графиком суммарной силы дорожных сопротивлений Pψ+Pw, предварительно подсчитав значения мощностей Nf  и Nw 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	1,7925	19,56	16,626	0,68837596	0,00031381	15,9373102
		1000	3,585	42	35,7	1,37741534	0,00251051	34,3200741
		1500	5,3775	64,735	55,0248	2,06778159	0,00847297	52,9484954
		2000	7,17	84,851	72,1234	2,76013813	0,02008407	69,3431278
		2500	8,9625	99,724	84,7654	3,4551484	0,03922671	81,2710249
		3000	10,755	106,786	90,7681	4,15347581	0,06778375	86,5468404
		3100	11,1135	107	90,95	4,29359773	0,07479058	86,5816117
	II	500	3,5995	19,56	16,626	1,38299368	0,00254109	15,2404652
		1000	7,199	42	35,7	2,77135946	0,02032876	32,9083118
		1500	10,7985	64,735	55,0248	4,17046946	0,06860956	50,785671
		2000	14,398	84,851	72,1234	5,58569577	0,16263006	66,3750242
		2500	17,9975	99,724	84,7654	7,02241051	0,31763685	77,4253526
		3000	21,597	106,786	90,7681	8,48598577	0,54887647	81,7332378
		3100	22,3169	107	90,95	8,78239683	0,60561403	81,5619891
	III	500	7,228	19,56	16,626	2,78258149	0,02057542	13,8228431
		1000	14,456	42	35,7	5,6086613	0,16460338	29,9267353
		1500	21,684	64,735	55,0248	8,52173774	0,5555364	45,9474759
		2000	28,912	84,851	72,1234	11,5653091	1,31682703	59,2412138
		2500	36,14	99,724	84,7654	14,7828738	2,5719278	67,4105984
		3000	43,368	106,786	90,7681	18,21793	4,44429123	68,1058787
		3100	44,8136	107	90,95	18,9348681	4,90369926	67,1114326
	IV	500	14,514	19,56	16,626	5,63163243	0,16659259	10,827775
		1000	29,028	42	35,7	11,6154568	1,33274073	22,7518025
		1500	43,542	64,735	55,0248	18,3036649	4,49799997	32,2230851
		2000	58,056	84,851	72,1234	26,0484488	10,6619258	35,4129754
		2500	72,57	99,724	84,7654	35,2020003	20,8240739	28,7393258
		3000	87,084	106,786	90,7681	46,1165114	35,9839997	8,66758889
		3100	89,9868	107	90,95	48,5417216	39,7036791	2,70459927

Рисунок 4 - График мощностного баланса проектируемого автомобиля.

V	1,7925	11,1135	22,3169	44,8136	58,056	72,57	89,9868
Nf+Nw	0,68868977	4,368388	9,388011	23,83857	36,71037	56,02607	88,245401
Nf	0,6883757	4,293598	8,782397	18,93487	26,0484	35,2020	48,541722

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)

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 (= 64441,125 Н)

Рисунок 5 - Динамическая характеристика проектируемого автомобиля

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. График динамической характеристики автомобиля приведен на рисунке 5.

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	1,7925	33412,816	0,63025384	33412,1854	0,36257418
	3,585	35873,011	2,52101534	35870,49	0,38925061
	5,3775	36860,468	5,67228452	36854,7957	0,39993186
	7,17	36236,369	10,0840614	36226,2849	0,39311154
	8,9625	34070,703	15,7563459	34054,9467	0,36954914
	10,755	30402,623	22,6891381	30379,9339	0,32966954
	11,1135	29480,687	24,2269574	29456,46	0,31964841
II	3,5995	16639,558	2,54144973	16637,0161	0,1805375
	7,199	17864,733	10,1657989	17854,5672	0,19374983
	10,7985	18356,486	22,8730476	18333,613	0,19894822
	14,398	18045,685	40,6631958	18005,0218	0,19538249
	17,9975	16967,185	63,5362434	16903,6488	0,18343088
	21,597	15140,484	91,4921904	15048,9918	0,16330497
	22,3169	14681,36	97,6933278	14583,6667	0,15825547
III	7,228	8286,148	10,2478664	8275,90008	0,08980639
	14,456	8896,2594	40,9914658	8855,26793	0,09609343
	21,684	9141,1419	92,2307979	9048,9111	0,09819476
	28,912	8986,3696	163,965863	8822,40374	0,0957368
	36,14	8449,2995	256,196661	8193,10284	0,08890791
	43,368	7539,6409	368,923192	7170,71771	0,07781344
	44,8136	7311,0071	393,927986	6917,07911	0,07506107
IV	14,514	4126,5688	41,3210555	4085,24778	0,04433129
	29,028	4430,4093	165,284222	4265,12508	0,04628324
	43,542	4552,3627	371,889499	4180,4732	0,04536464
	58,056	4475,2849	661,136888	3814,14801	0,04138944
	72,57	4207,8196	1033,02639	3174,79321	0,03445144
	87,084	3754,8023	1487,558	2267,2443	0,02460313
	89,9868	3640,9408	1588,38137	2052,55943	0,02227346

1.7 Расчет ускорений автомобиля

Динамический фактор автомобиля соответствует дорожному сопротивлению, характеризуемому коэффициентом сопротивления дороги Ш, которое автомобиль способен преодолеть на данной передаче с заданной постоянной скоростью. В случае, если величина динамического фактора автомобиля отличается от коэффициента сопротивления дороги, по которой он движется, то это движение будет ускоренным (при D > Ш), либо замедленным (при D < Ш). Величина развиваемого автомобилем ускорения (замедления) определяется по формуле-23

, м/с2 (23)

где  - коэффициент учета вращающихся масс автомобиля;

где  - передаточное число передачи КПП, на которой движется автомобиль.

В курсовом проекте ускорение автомобиля определяем для условий движения автомобиля по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием и поэтому можно считать, что

Определение ускорений автомобиля, движущегося по горизонтальной дороге, для 5…6 скоростей каждой передачи КПП необходимо провести с учетом вышеизложенного в виде таблицы-9. Форма графика приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 - График ускорений проектируемого автомобиля.

Таблица 9 - Расчет ускорений автомобиля.

Передаточное число (передача)	Скорость автомобиля, V, км/ч (см. табл.5)	Динамический фактор, D, Н/Н (см. табл.8)	Коэффициент сопротивления дороги  Ш= f	Разность D-Ш	Коэффициент вращающихся масс,  двр	Ускорение, j, м/с2
ukI(I)	1,7925	0,36257418	0,015002	0,347572	4,32807	0,787806
		3,585	0,38925061	0,01501	0,374241	4,32807	0,848254
		5,3775	0,39993186	0,015022	0,38491	4,32807	0,872437
		7,17	0,39311154	0,015039	0,378073	4,32807	0,85694
		8,9625	0,36954914	0,01506	0,354489	4,32807	0,803484
		10,755	0,32966954	0,015087	0,314583	4,32807	0,713033
		11,1135	0,31964841	0,015093	0,304556	4,32807	0,690306
	ukII(II)	3,5995	0,1805375	0,01501	0,165528	1,862972	0,871633
		7,199	0,19374983	0,015039	0,178711	1,862972	0,941052
		10,7985	0,19894822	0,015087	0,183861	1,862972	0,96817
		14,398	0,19538249	0,015155	0,180227	1,862972	0,949036
		17,9975	0,18343088	0,015243	0,168188	1,862972	0,885641
		21,597	0,16330497	0,01535	0,147955	1,862972	0,779099
		22,3169	0,15825547	0,015374	0,142882	1,862972	0,752385
	ukIII(III)	7,228	0,08980639	0,015039	0,074767	1,251603	0,586021
		14,456	0,09609343	0,015157	0,080937	1,251603	0,634378
		21,684	0,09819476	0,015353	0,082842	1,251603	0,649312
		28,912	0,0957368	0,015627	0,08011	1,251603	0,627897
		36,14	0,08890791	0,01598	0,072928	1,251603	0,571608
		43,368	0,07781344	0,016411	0,061403	1,251603	0,481272
		44,8136	0,07506107	0,016506	0,058555	1,251603	0,45895
	ukIV(IV)	14,514	0,04433129	0,015158	0,029173	1,1	0,260173
		29,028	0,04628324	0,015632	0,030651	1,1	0,273354
		43,542	0,04536464	0,016422	0,028943	1,1	0,258116
		58,056	0,04138944	0,017528	0,023862	1,1	0,212802
		72,57	0,03445144	0,01895	0,015502	1,1	0,138246
		87,084	0,02460313	0,020688	0,003915	1,1	0,034918
		89,9868	0,02227346	0,021073	0,0012	1,1	0,010704

1.8 Расчет времени и пути разгона автомобиля

Время и путь разгона автомобиля до максимальной скорости являются самыми распространенными и наглядными характеристиками динамичности автомобиля. Их определение производят графоаналитическим способом с использованием графика ускорений автомобиля. При проведении расчетов полагаем, что разгон автомобиля на каждой передаче производится до достижения двигателем максимальных оборотов.

Кривые ускорений автомобиля, начиная с первой передачи, разбиваем на 3…4 интервала скоростей. Для каждого интервала скоростей определяем среднее ускорение и изменение скорости в пределах интервала. Время разгона автомобиля в данном интервале скоростей определяется по формуле-24

, [с] (24)

где  - изменение скорости автомобиля в интервале скоростей для которого определяется время разгона, км/ч;

=

- среднее ускорение в данном интервале скоростей, м/с2;

При определении времени разгона автомобиля учитывается и время на переключение передач, которое определяется по рекомендациям таблицы-10.

Таблица 10 - Время переключения передач

Тип коробки передач	Время переключения передач, с
		Карбюраторные двигатели	Дизельные двигатели
Без синхронизатора	1,3 - 1,5	1 - 5
С синхронизаторами	0,3 - 0,5	1 - 1,5

Выбираю время переключения передачи - 0,5 с.

Падение скорости автомобиля за время переключения передач определяется по формуле-25

, км/ч (25)

где  - коэффициент учета вращающихся масс при движении автомобиля накатом; принимается=1,05 так как при накате =0 (см. п.5.2.7);

- время переключения передачи, с; см. табл.10;

Ш - коэффициент сопротивления дороги, соответствующий скорости движения автомобиля при которой происходит переключение передачи;

(cм. п.2.5 4)

Путь разгона автомобиля определяется для тех же интервалов изменения скорости автомобиля по формуле 26

, м (26)

где  - средняя скорость движения в каждом интервале скоростей, км/ч;

=

Путь, проходимый автомобилем за время переключения передач (движение накатом), определяется по формуле-27

, м (27)

Используя всю вышеприведенную информацию, определяем время и путь разгона автомобиля на горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием до максимальной скорости .

Все расчеты по данному подразделу сводим в таблицу-11.

Таблица 11 - Расчет времени и пути разгона проектируемого автомобиля до максимальной скорости.

Номер передачи КПП	Интервал Vi, км/ч	Интервал j i, м/с2	∆Vi, км/ч	jср i, м/с2	∆t i, с	∑∆t i, c	Vср i, км/ч	∆S i, м	∑∆Si, м
I	1,7925-3,585	0,789-0,848	1,793	0,818	0,609	0,609	2,689	0,455	0,455
		3,585-5,3775	0,848-0,872	1,793	0,860	0,579	1,187	4,481	0,720	1,175
		5,3775-7,17	0,872-0,857	1,793	0,865	0,576	1,763	6,274	1,004	2,179
		7,17-8,9625	0,857-0,803	1,793	0,830	0,600	2,363	8,066	1,344	3,522
		8,9625-10,755	0,803-0,713	1,793	0,758	0,657	3,020	9,859	1,798	5,321
		10,755-11,1135	0,713-0,69	0,358	0,702	0,142	3,162	10,934	0,431	5,752
Накат	-	-	0,255	-	0,500	3,662		0,000	5,752
II	10,958-14,398	0,69-0,949	3,440	0,820	1,166	4,827	12,678	4,105	9,857
		14,398-17,9975	0,949-0,886	3,600	0,917	1,090	5,917	16,198	4,904	14,761
		17,9975-21,597	0,886-0,779	3,600	0,832	1,201	7,119	19,797	6,606	21,367
		21,597-22,3169	0,779-0,752	0,720	0,766	0,261	7,380	21,957	1,593	22,960
Накат	-	-	0,262	-	0,500	7,880		0,000	22,960
III	22,154-28,912	0,752-0,628	6,758	0,690	2,720	10,600	25,533	19,292	42,252
		28,912-36,14	0,628-0,572	7,228	0,600	3,348	13,947	32,526	30,246	72,498
		36,14-43,368	0,572-0,481	7,228	0,526	3,814	17,761	39,754	42,116	114,614
		43,386-44,8136	0,481-0,459	1,446	0,470	0,854	18,615	44,091	10,461	125,075
Накат	-	-	0,286	-	0,500	19,115		0,000	125,075
IV	44,527-58,056	0,459-0,213	13,529	0,336	11,189	30,304	51,292	159,414	284,490
		58,056-72,57	0,213-0,138	14,514	0,176	22,969	53,274	65,313	416,721	701,210
		72,57-87,084	0,138-0,0349	14,514	0,087	46,565	99,838	79,827	1032,529	1733,739
		87,084-89,9868	0,0349-0,0107	2,903	0,023	35,348	135,186	88,535	869,324	2603,063

По результатам расчетов строим графики изменения времени и пути разгона автомобиля до максимальной скорости. Эти графики допускается строить в одних координатных осях в соответствующих масштабах. Переломы графиков в точках, соответствующих моментам переключения передач следует показывать условно, так как в масштабах построения графиков, эти падения скорости движения автомобиля практически неуловимы.

Пример графиков времени и пути разгона автомобиля до максимальной скорости построенный в одних координатных осях приведен на рисунке-7.

Рисунок 7 - График времени и пути разгона проектируемого автомобиля до максимальной скорости.

1.9 Расчет топливной экономичности автомобиля

Топливно-экономические качества вновь проектируемых автомобилей при движении с постоянной скоростью оцениваются топливно-экономической характеристикой. Эта характеристика представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости движения для различных дорожных условий.

Путевой расход топлива определяется по формуле-28

, л/100км (28)

где  - удельный эффективный расход топлива, г/кВт ч;

- мощность двигателя, необходимая для равномерного движения по дороге с коэффициентом сопротивления Ш с заданной скоростью, кВт;

- плотность используемого топлива, кг/л;

для бензина  = 0,74 кг/л;

Удельный эффективный расход топлива зависит от частоты вращения коленвала двигателя и степени использования мощности двигателя (степени открытия дроссельной заслонки карбюратора. Это положение учитывают коэффициенты формулы-29, связывающей удельный расход топлива при заданном режиме движения и удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя.

(29)

где  - удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя;

для карбюраторных двигателей  =353,6 г/кВт ч;

- коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленвала двигателя; является функцией от отношения текущей и номинальной частот вращения коленвала;

=

где  - частота вращения коленвала двигателя при заданных условиях движения, об/мин;

- частота вращения коленвала двигателя при максимальной мощности; об/мин;

- коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя при заданных дорожных условиях; является функцией от отношения текущей мощности и максимальной для данной скорости движения;

=

где  - мощность двигателя при заданной скорости движения автомобиля, требуемая для преодоления сопротивлений дороги и сопротивления воздуха; определяется по формуле-30

, кВт (30)

- максимальная мощность двигателя для заданной скорости движения (при 100% открытии дроссельной заслонки или полностью выдвинутой рейке топливного насоса высокого давления). Значение  берется с графика мощностного баланса автомобиля для заданной скорости движения.

В курсовом проекте построение топливно-экономической характеристики автомобиля производится для условий его движения на высшей передаче по горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием. В связи с этим, для подстановки в формулу 30 и для определения  следует брать 5…6 скоростей движения автомобиля на высшей передаче, а соответствующие этим скоростям частоты вращения коленвала двигателя сравнивать с номинальной частотой  для определения коэффициента .

Значения коэффициентов  и  в зависимости от отношений  и  выбираем по специальным графикам или по рекомендациям таблиц 12 и 13.

Таблица 12 - Значения коэффициента

Для всех типов двигателей		1,6130	0,3200	0,4800	0,6450	0,8000	0,9700	1,0000
			1,2316	1,0245	0,9739	0,9566	0,9671	1,0019	1,0100

Таблица 13 - Значения коэффициента

Тип двигателя		0,0352	0,1040	0,1450	0,2809	0,3681	0,5247	0,8247
Карбюраторный		2,9918	2,5102	2,2602	1,6107	1,3226	1,0112	0,9169

Тип двигателя		0,0892	0,2592	0,3447	0,5715	0,6732	0,8561	1,1891
Карбюраторный		2,6074	1,6975	1,3912	0,9606	0,9038	0,9290	1,0584

Значения коэффициентов и для промежуточных значений отношений  и  следует определять методом интерполяции.

Расчет и построение топливно-экономической характеристики автомобиля следует проводить для двух условий движения автомобиля, характеризуемых следующими значениями коэффициентов сопротивления дороги: 0,015 и

Расчеты топливно-экономической характеристики автомобиля представляем в форме таблицы-14.

По результатам расчета строим топливно-экономическую характеристику автомобиля. Форма кривых топливно-экономической характеристики автомобиля показана на рисунке 8.

Таблица 14 - Расчет топливно-экономической характеристики проектируемого автомобиля.

Параметры	Коэффициент сопротивления дороги ψ1
ne, об/мин	500	1000	1500	2000	2500	3000	3100
ne /nN	1,613	0,32	0,48	0,645	0,8	0,97	1
Kn	1,23157218	1,0245357	0,9738579	0,9566243	0,96712	1,0018585	1,01
V, км/ч	1,7925	11,1135	22,3169	44,8136	58,056	72,57	89,9868
Ne, кВт	0,6886898	4,368388	9,388011	23,83857	36,71037	56,02607	88,2454
N(100), кВт	19,56	42	64,735	84,851	99,724	106,786	107
Ne / N(100)	0,03520909	0,1040092	0,1450222	0,2809462	0,3681198	0,5246575	0,8247234
KN	2,99176077	2,5102336	2,2602356	1,6107426	1,3226482	1,0112334	0,9168895
g e, г/кВт ч	1100,21241	767,94662	657,26289	460,10545	381,95704	302,51546	276,52103
g п, л/100 км	57,1227736	40,791502	37,363462	33,074705	32,638073	31,560867	36,644577
Параметры	Коэффициент сопротивления дороги ψ2= 0,038
ne, об/мин	500	1000	1500	2000	2500	3000	3100
ne /nN	1,613	0,32	0,48	0,645	0,8	0,97	1
Kn	1,23157218	1,0245357	0,9738579	0,9566243	0,96712	1,0018585	1,01
V, км/ч	1,7925	11,1135	22,3169	44,8136	58,056	72,57	89,9868
Ne, кВт	1,74391946	10,885146	22,313772	48,49491	67,134321	91,414568	127,23589
N(100), кВт	19,56	42	64,735	84,851	99,724	106,786	107
Ne / N(100)	0,08915744	0,2591701	0,3446941	0,5715302	0,6732012	0,8560539	1,1891205
KN	2,60744697	1,6975177	1,3911513	0,9606373	0,9037997	0,9290163	1,0583858
g e, г/кВт ч	830,431618	449,74871	350,34706	237,6454	226,0378	240,69011	276,43556
g п, л/100 км	109,179076	59,528041	47,337561	34,752337	35,322127	40,971778	52,819347

Рисунок 8 - Топливно-экономическая характеристика проектируемого автомобиля

10 Сравнительная характеристика и анализ спроектированного автомобиля.

Сравним спроектированный автомобиль с таким же подобным. Прототипом нашего автомобиля выберем  Зил – ММЗ – 45085. Параметры сравнения сведём в таблицу 15

Таблица 15. Основные параметры спроектированного автомобиля и его прототипа

Марка, модель	1Прототип	2. Спроектированный автомобиль
Мощность, кВт, (л.с.)	150(110)	107(145)
Крутящий момент, Нм	3200	3100
Число передач КПП	5	4
База, мм	3800	3800
Собственная масса, кг	5700	4068,75
Полная масса, кг	11200	9393,75
Грузоподъёмность	5500	5250
Максимальная скорость км/ч	90	90

Из сравнения приведённых параметров можно сказать, что при равных мощностных параметрах спроектированный автомобиль легче прототипа но уступает с расходом топлива и незначительной грузоподъёмности. Скорее всего это связанно с уменьшением числа передач и подбора передаточных чисел коробки передач.

Заключение

В результате выполненных расчетов определены числовые значения показателей эксплуатационных свойств и построены графики изменения эксплуатационных свойств проектируемого автомобиля в зависимости от изменения его скорости движения.

Несмотря на то, что показатели эксплуатационных свойств автомобиля определены только для одного режима работы двигателя автомобиля (работа с полностью открытой дроссельной заслонкой), они имеют большое практическое значение. Некоторые показатели используются для оценки технического уровня вновь проектируемого автомобиля (например, время и путь разгона автомобиля до максимальной скорости, топливно-экономическая характеристика), другие - являются исходными данными для проектирования механизмов и систем автомобиля, на основании которых во второй части настоящего проекта разработан карданная передача проектируемого автомобиля.

Двигатель

Сцепление

КПП

Карданная

передача

Главная

передача и

дифференциал