Тяговый расчет автомобиля

Санкт - Петербургская Государственная Академия

Сервиса и экономики

«Тяговой расчет автомобиля»

Калуга 2007

1. Исходные данные

Автомобиль - ВАЗ-2108

Колесная формула - 4х2

Грузоподъемность автомобиля - 450кг

Тип двигателя - Карбюраторный

Коробка передач - Механическая 5 ступенчатая

Максимальная скорость - 140 км/час

Коэффициент суммарного сопротивления дороги - f₀=0.0085

Полная масса автомобиля - 1425кг

Масса, приходящаяся на ведущие колеса - 800кг

Мощность двигателя - 135 л.с. (100 кВт) при 6000 об/мин

Удельный расход топлива - 7 л на 100 км

Шины - 175/65 R 14

Радиус качения R_к=0.288 м

КПД трансмиссии - &=0.953

Коэффициент лобового сопротивления K_w=0.3

Лобовая площадь Fa=2 м²

2. Тягово-динамический расчет автомобиля

К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:

где N_e-эффективная мощность двигателя, кВт

M_e-эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м

g_e-удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч

n_e-частота вращения коленчатого вала ДВС,мин^-1

Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала

В рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от n_emin до n_emax при этом:

Для карбюраторных двигателей- n_emin=600-1200 мин^-1

n_emax=(1.25-1.3)n_eN мин^-1

По указанным рекомендациям устанавливаем n_emin=800 мин^-1 и

n_emax=1.3*6000=7800 мин^-1

Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов

Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:

N_ei=N_emax(a*(n_ei/n_eN)+b*(n_ei/n_eN)²-c*(n_ei/n_eN)³),

где n_ei-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1.

n_eiизменяется в диапазоне отn_eminдо n_emax

n_eN- частота вращения коленчатого вала при максимально эффективной мощности двигателя,мин^-1

i=1,2,3…-номера расчетных точек.

a, b, c –коэффициенты (константы Лейдермана),зависящие от конструкции ДВС. Для карбюраторных двигателей a=b=c=1

N_ei–текущее значение эффективной мощности, кВт

N_emax-максимальная эффективная мощность двигателя, кВ

N₈₀₀=100*(1*(800/7800)+1*(800/7800)²-1*( 800/7800)³)=11,2 кВт

N₇₈₀₀=100*(1*(7800/7800)+1*(7800/7800)²-1*( 7800/7800)³)=100 кВт

Остальные данные заносятся в таблицу

Определение минимального удельного расхода топлива

g_emin- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч

g_emin=[1.22-1.22*( n_i/_{nNe max})+( n_i/ n_{Ne max})²]

g_emin=287 г/кВт*ч

Определение эффективного крутящего момента.

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:

M_ei=9550*N_ei/n_ei, Н*м

где N_ei–текущее значение эффективной мощности,кВт

n_ei-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1.

M₈₀₀=9550*11.2/800=133,7 Н*м

M₇₈₀₀=9550*100/7800=122,44 Н*м

Остальные данные заносятся в таблицу

Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива.

Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:

g_ei=Kg*g_emin(A-B(n_ei/n_eN)+C(n_ei/n_eN)²), г/кВт*ч

где Kg-коэффициент,учитывающий равномерность горения заряда топлива: для карбюраторных Kg=0.99…1

g_emin-минимальный удельный расход топлива,г/кВт*ч

n_eiтекущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1.

изменяется в диапазоне от n_eminдо n_emax

A,B,C-коэффициенты,характеризующие конструктивные особенности двигателя: A=1.3 B=0.85 C=0.6

g₈₀₀=1*287*(1,3-0,85*(800/7800)+0,6*(800/7800)²)=349,88 г/кВт*ч

g₇₈₀₀=1*287*(1,3-0,85*(7800/7800)+0,6*(7800/7800)²)=301,35 г/кВт*ч

Остальные данные заносим в таблицу

Полученные данные заносятся в таблицу

По данным расчетов строятся графики зависимостей N_e, M_e, g_e.

Определение передаточных чисел КПП

По справочным данным: 1 – 3,64 3 – 1,36 2 – 1,95 4 – 0,94 5 – 0,78

Увеличение числа передач улучшает тяговые свойства автомобиля, динамический фактор на передачах и способствует развитию больших ускорений при одинаковых сопротивлениях, сокращает время разгона. Главное передаточное число 3,7.

3. Определение динамических показателей автомобиля

К ним относят касательную силу тяги на ведущих колесах, динамический фактор, скорость движения, ускорения, время и путь разгона. Последние три параметра характеризуют быстроту разгона автомобиля и определяют его приёмистость. Параметры динамичности автомобиля определяются по универсальной динамической характеристики и заданному дорожному сопротивлению для горизонтального участка дороги с твердым покрытием.

Тяговая характеристика автомобиля

Сила тяги определяется из зависимости:

P_kn= U_тpn*M_ei*n_тр/r_k, Н

где: P_k – сила тяги на ведущих колесах

U_трn- передаточное отношение трансмиссии на n^-ом номере передач

U_трn=U_0n*U_n*U_pkn Где:

U_0n- передаточное отношение главной передачи

U_n- передаточное отношение в коробке передач на n^-ой передаче

U_тр1=3,7*3,64=13,468

U_тр2=3,7*1,95=7,252

U_тр3=3,7*1,36=5,032

U_тр4=3,7*0,94=3,478

U_тр5=3,7*0,78=2,886

M_ei- текущее значение крутящего момента двигателя

n_тр - КПД трансмиссии на всех передачах – постоянно

r_k- Радиусы качения всех колес одинаковые и не изменяются во всем диапазоне скоростей движения автомобиля

Сила тяги на 1^-ой передаче:

P_k800=13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н

P_k7800=13.468*122.44*0.95/0.288=5439.482H

Остальные значения заносятся в таблицу

Сила тяги на 2^ой передаче:

P_k800=7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н

P_k7800=7.252*122.44*0.95/0.288=2928.952H

Остальные данные заносят в таблицу

Сила тяги на 3^ий передачи:

P_k800=5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н

P_k7800=5.032*122.44*0.95/0.288=2032.334H

Остальные данные заносят в таблицу

Сила тяги на 4^ой передачи:

P_k800=3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H

P_k7800=3,478*122.44*0.95/0.288=1404,701H

Остальные данные заносятся в таблицу

Сила тяги на 5^ой передачи:

P_k800=2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H

P_k7800=2.886*122.44*0.95/0.288=1165.603H

Остальные данные заносятся в таблицу

Сила лобового (аэродинамического) сопротивления

P_w=K_w*F_a*V²_ani/13

где K_w - Коэффициент лобового сопротивления

F_a– Лобовая площадь автомобиля

V_ani – скорость движения автомобиля на n^-ой передаче в i^ой расчетной точке V_ani=0.377*r_k*n_ei/U_трnГде:

n_ei-частота вращения вала двигателя в i^-ой расчетной точке,мин^-1

r_k-радиус качения шины

U_трn-передаточное отношение трансмиссии на n^-ой номере передач

в каждом из агрегатов

На первой передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/13.46=6.4

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/13.46=63

На второй передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/7.2=12

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/7.2=116

На третьей передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/5=17

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/5=163

На четвертой передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/3.4=25

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171

На пятой передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/2.8=30

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293

На первой передаче:

P_w800=0.3*2*41.59/13=1.9

P_w7800=0.3*2*3954.12/13=182.49

На второй передаче:

P_w800=0.3*2*143.4=6.7

P_w7800=0.3*2*13.637=629.4

На третьей передаче:

P_w800=0.3*2*297.9=13.7

P_w7800=0.3*2*283.25=1307.5

На четвертой передаче:

P_w800=0.3*2*623.7=28.7

P_w7800=0.3*2*5929.2=2736.5

На пятой передаче:

P_w800=0.3*2*905.8=41.9

P_w7800=0.3*2*8611.9=3974.5

Остальные данные заносятся в таблицу

На первой передаче

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Скорость движения автомобиля:

V=0.105*((n_i*r_k)/(i₀*i_k))

где: n_i- частота вращения коленчатого вала

r_k – радиус качения

i₀ – главное передаточное число

i_k – передаточное число для каждой передачи

На первой передаче

V₈₀₀=0,105*((800*0,288)/(3,7*3,64))=1,8

V₇₈₀₀=17

На второй передаче

V₈₀₀=3.5

V₇₈₀₀=33.5

На третей передаче

V₈₀₀=4.8

V₇₈₀₀=47

На четвертой передаче

V₈₀₀=7

V₇₈₀₀=67

На пятой передаче

V₈₀₀=8

V₇₈₀₀=81

Остальные данные заносятся в таблицу

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Динамическая характеристика автомобиля

Для сравнительной оценки тяговых качеств автомобиля, независимо от массы, используется динамический фактор

Д = (P_k-P_w)/(m_a*g),

где P_k– тяговая сила на ведущих колесах

P_w– величина силы сопротивления встречного воздуха

m_a – масса автомобиля

g – ускорение свободного падения(9,8)

На первой передаче

Д₈₀₀=(P_k800-P_w800)/(1425*9.8)=(5939-2)/14=424

Д₇₈₀₀=(5439-182)/14=375

На второй передаче

Д₈₀₀=(3198-6,6)/14=228

Д₇₈₀₀=(2928-629)/14=164

На третьей передаче

Д₈₀₀=(2219-14)/14=157

Д₇₈₀₀(2032-1307)/14=58

На четвертой передаче

Д₈₀₀=(1533-29)/14=107

Д₇₈₀₀(1404-2736)/14=0

На пятой передаче

Д₈₀₀=(1272-41)/14=88

Д₇₈₀₀(1165-3974)/14=0

Остальные данные заносят в таблицу

На первой передаче

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Мощностной баланс автомобиля

N=N_{b +}N_тр+N_w+N_j+N_q

N_b=10^-3*P_b*V_a[кВт] – мощность затраченная на привод вспомогательного оборудования где:

V_a – скорость автомобиля (м/с);

Р_b – сила сопротивления вспомогательного оборудования;

N_e – мощность двигателя;

Список использованной литературы

1. Чудаков Е.А. «Теория автомобиля» М: Машииз, 1990, - 344с.

2. «Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей» /под ред. Орлина А.И., Круглова М.Т. М: Машиностроение. - 1993 г. 372с.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» М: Высшая школа, 1997г. - 400с.

4. Митрофанов В.И., Шабашева М.М. «Методы расчета эффективного удельного расхода топлива ДВС при проектировании автомобилей» Межвузовский сборник научных трудов. М: ВЗМИ, 1996г. - 145с.

5. Смирнов Г.А. «Теория автомобиля» М: ВШ, 1991. 344с.