Теория автомобилей

Государственный комитет по делам науки

и высшей школы РФ

Расчетно-пояснительная

записка

к курсовой работе

по дисциплине: «Теория эксплутационных свойств автомобиля».

Сургут 1999 г.

Содержание

1. Тяговый расчет автомобиля 4

1.1.Определение полной массы автомобиля

и распределение ее по осям 4

1.2. Расчет координат центра тяжести автомобиля 4

1.3. Выбор шин 4

1.4. Определение характеристик двигателя 5

1.4.1. Определение подкапотной мощности двигателя

необходимой для движения автомобиля с максимальной

скоростью 5

1.4.2. Расчет стендовой мощности двигателя 6

1.4.3. Построение внешней скоростной характеристики

двигателя 6

1.4.4. Определение крутящего момента 6

1.4.5. Определение литража двигателя 7

1.4.6. Определение хода поршня (S) и диаметра поршня(D) 7

1.5. Определение конструктивных параметров автомобиля 8

1.5.1. Определение передаточного числа главной передачи 8

1.5.2. Определение передаточного числа 1-ой передачи 8

1.5.3. Выбор количества передач 8

1.5.4.Определение передаточных чисел промежуточных передач 8

1.5.5. Определение скорости автомобиля на различных

передачах 9

1.6. Расчет тягового баланса автомобиля 9

1.6.1. Определяем силу сопротивления вспомогательного

оборудования 10

1.6.2. Сила сопротивления дороги 10

1.6.3. Сила аэродинамического сопротивления 11

1.6.4. Сила сопротивления трансмиссии 11

1.7. Мощностной баланс автомобиля 12

1.8. Динамический паспорт автомобиля 13

1.8.1. Динамический фактор 13

1.8.2. Номограмма загрузки автомобиля (D₀) 14

1.8.3. Номограмма контроля буксования 15

1.9. Характеристика ускорений 15

1.10. Характеристика разгона 16

2. Топливная характеристика установившегося

движения автомобиля 20

3. Сравнительная характеристика и анализ

спроектированного автомобиля 23

Литература 26

1. Тяговый расчет автомобиля.

1.Тяговый расчет автомобиля

1.1.Определение полной массы автомобиля и распределение ее по осям:

, где :

m_o=1020 (кг)-масса снаряженного автомобиля (прототип);

m_гр=150 (кг)- номинальная грузоподъемность автомобиля;

q_o=70 (кг)- расчетная масса пассажира;

q_бг=10 (кг)- расчетная масса багажа;

N_сум=5 (чел.)- кол-во перевозимых пассажиров (суммарно) с учетом водителя;

;

.

m_a1= 46% = 563,2(кг)- вес приходящийся на переднюю ось;

m_a2= 54% = 766,8(кг)- вес приходящийся на заднюю ось.

1.2. Расчет координат центра тяжести автомобиля:

- расстояние от передней балки

до центра тяжести;

-расстояние от заднего моста

до центра тяжести;

h=(0,25)L = 0,25* 2424 = 606(мм) – высота центра тяжести;

где:

L=2424(мм)- колесная база автомобиля.

1.3. Выбор шин:

Определение осевой нагрузки, действующей на шину.

где :

- количество шин на передней балке ;

-количество шин установленных на заднем мосту ;

.

Размеры шин :

175/70 S R13

где :

175 – ширина профиля (мм);

R – радиальная;

13 – диаметр диска;

S – индекс скорости допускает максимальную скорость 180 км/ч.

Статический радиус колеса:

Радиус качения:

Наружный диаметр: = 600(мм)

1.4. Определение характеристик двигателя.

1.4.1. Определение подкапотной мощности двигателя необходимой для движения автомобиля с максимальной скоростью.

где:

- сила тяжести автомобиля g = 9,81 (м/с²) – ускорение свободного падения;

- коэффициент сопротивления качению колеса;

f₀ = 0,012 – коэффициент, зависящий от состояния дороги;

V_max=140 (км/ч) = 39 (м/с) – максимальная скорость автомобиля;

- КПД трансмиссии;

k = 0,28 – коэффициент обтекаемости автомобиля;

F = 0,78*1,443*1,62 = 1,82 (м²) – лобовая площадь сечения автомобиля;

где:

В_Г = 1,62 (м) – габаритная ширина автомобиля;

Н_Г = 1,443 (м) – наибольшая габаритная высота автомобиля;

1.4.2. Расчет стендовой мощности двигателя

где:

N_v – подкапотная мощность двигателя;

- коэффициент потери мощности двигателя на привод

вспомогательного оборудования;

1.4.3.Построение внешней скоростной характеристики двигателя.

мощность двигателя.

где:

- подкапотная мощность двигателя;

А=В=С=1 – коэффициенты;

n_e= 500 – 6000 (об/мин) – текущие обороты двигателя;

n_N= 5500(об/мин) – обороты при максимальной мощности двигателя;

1.4.4. Определение крутящего момента.

где:

N_e – мощность двигателя при текущих оборотах;

n_е – текущие обороты двигателя;

Расчеты сводим в таблицу 1.1.

Табл. 1.1.

1.4.5. Определение литража двигателя.

где:

-максимальная мощность двигателя;

- литровая мощность двигателя.

1.4.6. Определение хода поршня (S) и диаметра поршня(D).

ход поршня.

где:

литраж двигателя;

i = 4 – число цилиндров.

диаметр поршня.

1.5. Определение конструктивных параметров автомобиля.

1.5.1. Определение передаточного числа главной передачи.

передаточное число главной передачи;

где:

r_k = 285 мм = 0,285 м – статический радиус колеса;

n_v = 6000 об/мин. – обороты двигателя при максимальной скорости;

i_кв = 0,75 – передаточное отношение высшей передачи КПП;

V_amax = 140 км/ч = 39 м/с – максимальная скорость автомобиля;

1.5.2. Определение передаточного числа 1-ой передачи.

передаточное число 1-ой передачи.

где:

Ga =13916 Н – сила тяжести автомобиля;

- КПД трансмиссии;

М_emax = 96,715 – максимальный крутящий момент (табл. 1.1.);

максимальное дорожное сопротивление;

r_к = 0,285 м – статический радиус колеса;

i₀ = 5,39 – передаточное число главной передачи.

1.5.3. Выбор количества передач.

У данного прототипа ВАЗ-21047 имеется пятиступенчатая коробка переключения передач.

1.5.4.Определение передаточных чисел промежуточных передач.

где:

к – порядковый номер рассчитываемой передачи;

n – общее число передач не учитывая ускоряющую передачу и передачу заднего хода;

- передаточное число 2-ой передачи;

- передаточное число 3-ей передачи;

- передаточное число 4-ой передачи;

- передаточное число 5-ой передачи;

-передаточное число заднего хода.

1.5.5. Определение скорости автомобиля на различных передачах.

- скорость автомобиля.

где:

n_e – текущие обороты автомобиля;

r_к = 290 мм = 0,29 м – радиус качения колеса;

i_к – передаточное число соответствующей передачи автомобиля;

i₀ = 5,39 – передаточное число главной передачи.

Расчеты сводим в таблицу 1.2.

Табл. 1.2.

1.6. Расчет тягового баланса автомобиля

где:

P_e – полная эффективная сила тяги;

1.6.1. Определяем силу сопротивления вспомогательного оборудования.

P_b- сила сопротивления вспомогательного оборудования;

где:

M_b – момент сопротивления создаваемый вспомогательным оборудованием;

где:

M_b0 – момент сопротивления вспомогательного оборудования при

низкой частоте вращения коленчатого вала;

b_E - коэффициент учитывающий влияние скоростного режима на

увеличение момента сопротивления;

где;

P_b0 = 0,01 мПа – среднее расчетное давление газов, обеспечивающее

привод вспомогательных механизмов, на низкой частоте вращения

коленчатого вала;

b_E0 – коэффициент скоростных потерь на привод вспомогательного

оборудования =

1.6.2. Сила сопротивления дороги.

где:

Ga – сила тяжести автомобиля;

f₀ – коэффициент сопротивления качению колеса;

V_a – скорость автомобиля на высшей передачи.

1.6.3. Сила аэродинамического сопротивления.

где:

k – коэффициент обтекаемости;

F – площадь лобового сечения.

1.6.4. Сила сопротивления трансмиссии.

где:

n_тр = 2 – количество агрегатов в трансмиссии;

- нагрузка на ведущий мост при полном использование грузоподъемности;

- коэффициент, учитывающий тип автомобиля;

Р_х0 = 30 (Н) – сила сопротивления проворачивания валов, агрегата

трансмиссии;

- коэффициент скоростных потерь;

- коэффициент силовых потерь в трансмиссии.

Результаты сводим в таблицы 1.3. и 1.4.

Табл. 1.3.

продолжение табл. 1.3.

Табл. 1.3.

Силы сопротивления движению автомобиля (табл. 1.4.)

Табл. 1.4.

1.7. Мощностной баланс автомобиля.

на привод вспомогательного оборудования;

где:

V_a – скорость автомобиля (м/с);

Р_b – сила сопротивления вспомогательного оборудования;

N_e – мощность двигателя;

Мощность, подводимая к колесу автомобиля (табл. 1.5.)

Табл. 1.5.

трансмиссии.

где:

Р_тр – сила сопротивления трансмиссии;

- мощность, затраченная на преодоление

сопротивления воздуха;

где:

Р_Y - сила сопротивления дороги;

Р_W - сила аэродинамического сопротивления.

Мощность сопротивления движению автомобиля (табл. 1.6.)

Табл. 1.6.

1.8. Динамический паспорт автомобиля.

1.8.1. Динамический фактор.

D = [P_e - ( P_b + P_тр+ P_W)] / Ga

где:

Р_е и Р_b – данные таблицы 1.3.

Р_тр и Р_W – данные таблицы 1.4.

Расчеты динамического фактора сносим в таблицу 1.7.

Табл. 1.7.

1.8.2. Номограмма загрузки автомобиля (D₀).

где:

Ga – вес номинальной грузоподъемности;

G₀ – вес без груза.

1.8.3. Номограмма контроля буксования.

где:

m_j - коэффициент сцепной массы автомобиля;

m_вед – масса на ведущие колеса;

m_а – масса автомобиля;

j - коэффициент сцепления с дорогой (0,1 – 0,7);

k_j - коэффициент изменения реакции на ведущие колеса при движении:

где:

h – высота центра тяжести автомобиля;

j_Х = j;

где:

m_Г – масса перевозимого груза;

m₀ h₀ – cнаряженный автомобиль;

L – база автомобиля;

Задаваясь значением для j от 0,1 до 0,7 рассчитывают D_j для загруженного

и пустого автомобиля.

Динамический фактор по сцеплению ведущих колес (табл. 1.8.).

Табл. 1.8.

1.9. Характеристика ускорений.

где:

D_i – динамический фактор на i – ой передаче;

Y - коэффициент дорожного сопротивления;

коэффициент учета вращающихся масс на

каждой передачи;

i_кi – передаточное число на i – ой передачи.

Все расчеты сводим в таблицу 1.9.

Табл. 1.9.

1.10. Характеристика разгона.

DV_a = V_k+1 – V_k ;

где:

V_k+1 и V_k – приведены в табл. 1.9.

j_rk и j_rk+1 – приведены в табл. 1.7.

Dt_k = DV_a/ j_k- время разгона автомобиля;

DS_k = (V_k +V_k+1 / 2)* Dt_k – путь проходимый автомобилем между

V_k и V_k+1;

Время переключения передач для бензинового двигателя составляет примерно 0,4 – 0,5 с.

При эксплуатации переключение передач нужно осуществлять при max крутящем моменте.

В расчетах переключение передач осуществляется при частоте вращения

коленчатого вала 0,8 – 0,85 об/мин.

где:

m_a– масса автомобиля;

Р_тр и Р_W – взять из тягового баланса в момент переключения;

Y - сопротивление качению дороги;

d_пп – коэффициент учета вращающихся масс приведенных к колесам;

Все расчеты сносим в таблицу 1.10.

Табл. 1.10.

Продолжение табл. 1.10.

Табл. 1.10.(продолжение)

Табл. 1.10.(продолжение)

d_пп = 1,04

t_пп = 0,4 – 0,5 с. – время переключения передач.

DV_п1 = 0,1 м/с.

DV_п2 = 0,14 м/с.

DV_п3 = 0,23 м/с. Падение скорости при переключении.

DV_п4 = 0,48 м/с.

DV_п5 = 0,64 м/с.

2. Топливная характеристика установившегося

движения автомобиля.

2. Топливная характеристика установившегося движения автомобиля.

где:

r_т = 0,74 кг/л – плотность топлива;

h = 0,35 индикаторный КПД ДВС;

Н_и = 44 мДж/кг – теплотворная способность топлива;

Р_м – силы внутренних потерь в ДВС;

где:

М_м0 – момент внутренних потерь в ДВС при работе на холостом ходе;

где:

Vh – литраж ДВС;

t = 4 – тактность ДВС;

Р_м0 = 0,045 МПа – среднее давление механических потерь ДВС при работе на холостом ходу;

В_м – коэффициент увеличения механических потерь в ДВС;

где:

S – ход поршня (м);

b_м0 = 0,14 МПа/м – коэффициент учитывающий увеличение

механических потерь в ДВС при повышении частоты вращения кол. вала.

Расчеты сведем в таблицу 2.1.

Табл. 2.1.

3. Сравнительная характеристика и анализ

спроектированного автомобиля.

3. Сравнение спроектированного автомобиля с прототипом и с лучшим зарубежным одноклассником.

Табл. 3.1.

Из показанной выше таблицы можно сделать ряд выводов: во – первых объем у спроектированного автомобиля получился значительно низкий по сравнению с прототипом и зарубежным аналогом, а значит и расход топлива будет значительно ниже. Во - вторых при небольшой мощности двигателя автомобиль разгоняется до 100 км за 18 секунд и развивает максимальную скорость 140 км/ч. Спроектированный автомобиль положительно отличается от прототипа, так как практически при одинаковой максимальной скорости они оба достигают ее почти за одно и тоже время. И это при объеме 1001 см³. Но все-таки как бы ни был хорош спроектированный автомобиль, зарубежные аналоги имеют положительные различия . При сравнении спр-ого автомобиля с зарубежным аналогом FiatBrava мы видим различия в габаритных размерах, в весовых категориях, а так же у них одинаковая пассажировместимость

При сравнении характеристик двигателей мы видим не значительные преимущества Fiata.

Из этого можно сделать вывод. Спроектированный автомобиль почти по всем параметрам превзошел свой прототип. И приблизился к уровню лучших зарубежных аналогов.

ЛИТЕРАТУРА

1.Краткий автомобильный справочник М. 1994, 779с.

2.Конспект лекций по курсу «Теория автомобилей»

3. Задание на курсовую работу по курсу «Теория эксплутационных свойств автомобиля».