Материалы для студентов→ Курсовая работа /

Автотранспорт

Скачать файл
Добавил: fafnir
Размер: 661 KB
Добавлен: 30.04.2015
Просмотров: 1387
Закачек: 2
Формат: doc

Исходные данные:

  1. Прототип автомобиля: ВАЗ - 21083
  2. Максимальная скорость на прямой передаче на горизонтальном участке путиVmax = 156 км/ч (43,33м/с)
  3. Максимальный коэффициент сопротивления дорогиmax=0,35.
  4. Номинальная грузоподъемностьmH = 450 кг
  5. Продольная координата центра масс при полной нагрузкеa = 1.18м
  6. Вертикальная координата центра масс при полной нагрузкеhg = 0.62м
  7. База автомобиляL = 2.46м

  1. Определение полной массы автомобиля

Полную массуma автомобиля определяют как сумму масс снаряженного автомобиляmби грузаmн по номинальной грузоподъемности и числу мест пассажиров, включая водителя.

Снаряженная масса может быть определена по формуле :

mб=,

где - коэффициент снаряженной массы, зависящий от номинальной грузоподъемности. =0.5

Полная масса легкового автомобиля определяется из выражения:

mа=mб+ 80 *z ,

гдеz – число мест в салоне, включая водителя.Z=5.

mа= 900 + 80 * 5 = 1300кг

  1. Подбор размера шин и расчет радиуса качения

Для подбора шин и определения по их размерам радиусов качения колеса необходимо знать распределение нагрузки по мостам.

У легковых автомобилей распределение нагрузки от полной массы по мостам зависит в основном от компоновки. Для переднеприводных автомобилей на задний мост приходиться 48% от всего веса автомобиля.

Радиус качения колесаrк выбирается в зависимости от нагрузки на одно колесо. Наибольшая нагрузка на колесо определяется положением центра масс автомобиля, которое устанавливается по предварительному эскизу прототипа автомобиля.

Нагрузку на каждое колесо передней и задней оси автомобиля соответственно можно определить по формулам:

P1=G1/ 2,

P2=G2/ 2.

гдеG1,G2 - нагрузки от полной массы на переднюю и заднюю ось автомобиля соответственно.

G1=1300 * 9.8 * 0.52=6624.8H

G2=1300 * 9.8 * 0.48=6115.2H

P1=6624.8/2=3312.4H

P2=6115.2/2=3057.6H

Расстояние от передней оси до центра масс найдем по формуле:

a=G2*L/Ga ,

гдеGa – модуль сил тяжести автомобиля (Н);

L – база автомобиля.

Ga=1300 * 9.8=12740H

a=(6115.2*2.46)/12740=1.18м

Расстояние от центра масс до задней оси

в =L

в = 2,46 - 1,18 =1,28м

Выбираем шины  155-13/6,45-13. Максимальная нагрузка на колесо 3870Н. Ширина профиляb=155мм (6,45 дюймов). Посадочный диаметр обода 13 дюймов (d=330мм)

По этим размерам можно определить радиус колеса, находящегося в свободном состоянии

rc=  +b

rc =   + 155=320мм.

гдеb – ширина профиля шины (мм);

d – диаметр обода шины (мм), (1 дюйм = 25,4 мм)

Радиус качения колесаrкопределяется с учетом деформации, зависящей от нагрузки

rк= 0,5 *d + (1 -k) *b,

гдеk – коэффициент радиальной деформации.k=0,15

rk=0,5*330+(1-0,15)*155=297мм

  1. Расчет внешней характеристики двигателя

Расчет начинается с определения мощностиNev, необходимой для обеспечения движения с заданной максимальной скоростьюVmax.

При установившемся движении автомобиля мощность двигателя в зависимости от дорожных условий может быть выражена следующей формулой (кВт):

Nev= Vmax* (Ga *  + Kв * F * V) / (1000 *  * Kp),

где   - коэффициент суммарного дорожного сопротивления определяется по формуле:

=0,01+5*10-6*V

=0,01+5*10-6*(43,33)-2=0,01939

Kв – коэффициент обтекаемости,Kв = 0,3 Н*с2*м-4;

F – лобовая площадь автомобиля, м2;

- КПД трансмиссии, =0,9

Kp – коэффициент коррекции,Kp=0,8

Лобовую площадь находим из формулы:

FA = 0,8 *Bг *Hг,

гдеBг– габаритная ширина,Bг=1,75м

Hг– габаритная высота,Hг=1,402м

FA=0,8 * 1,75 * 1,402=1,9628м2

  1. Частота вращения коленчатого вала двигателя

Частота вращения коленчатого вала двигателяnv, соответствующая максимальной скорости автомобиля, определяется из уравнения (мин-1) :

nv=Vmax * ,

где  - коэффициент оборотистости двигателя, =35

nv=156 * 35=5460мин-1.

  1. Максимальная мощность двигателя

Максимальную мощность двигателя найдем из формулы:

Nmax = Nev / [ a *  + b * ()2 – c * ()3 ]

где  - отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при

максимальной скорости движения автомобиля к частоте

вращения при максимальной мощности двигателя;

a,b,c – коэффициенты, постоянные для каждого двигателя, для бензиновых двигателейa =b =c = 1.

.

  1. Построение внешней характеристики двигателя

Внешнюю характеристику двигателя с достаточной для практических расчетов точностью можно определить по формуле Лейдермана (кВт):

Nе = Nмах * [ a *  + b * ()2 – c * ()3 ]                                                    Nе = 81,5 * [ 1 *  + 1 * ()2 – 1 * ()3 ]=7,85883кВт

гдеnт – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Результаты расчетов сводим в таблицу.

3.4 Вращающий момент двигателя

Bвращающий момент двигателя определим по формуле:

Ме =

Ме=30*7,85883/500*3,14=150,169 кН*м

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Внешняя скоростная характеристика двигателя.

  1. Выбор передаточных чисел

  1. Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи из условий обеспеченияVmax на высшей передаче

Uг = 0,105 *rк *nv / (Uдк *Vmax *Uкв)

гдеUдк– передаточное число высшей передачи дополнительной коробки

Uдк = 1, при ее отсутствии.

Uкв – высшее расчетное передаточное число коробки передач.

ПринимаемUкв =1.

  1. Подбор передаточных чисел коробки передач

Передаточное число первой передачиUк1 находим из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги

Uк1=Ga *  * rg / (Mвmax *Uдк *Uг*  *kр).

Условно можно считать rg= rк .

;

ПолученноеUк1нужно проверить по условию отсутствия буксования. Буксования не будет, если выполняется неравенство

Mвmax*Uг*Uк1*  *kр / rg Ртсц ,

где Ртсц – сила тяги по сцеплению.

Для переднеприводных автомобилей:

Uк1  ;

Коэффициент сцепления с дорогой  = 0,7.

;

2,7 <= 3,4.

Проверка по условию буксования выполняется.

  1. Определение числа передач и передаточных чисел коробки передач

Число ступеней зависит от типа, удельной мощности и предназначения автомобиля.

Общее число ступеней зависит от диапазона передаточных чисел трансмиссии. Определение структуры ряда передач производится с использованием геометрической прогрессии по формуле:

q = ,

гдеn – число передач в коробке передач, включая прямую (без учета

ускоряющей передачи).n = 4.

;

Передаточные числа последующих передач находятся из выражений:

Uк2 =Uк1 *q,Uк3 =Uк1 *q2            и  т.д.

Uк2 =  2,7 * 0,72 = 1,944;

Uк3 = 2,7  * 0,722 = 1,39968;

Uк4 = 2,7  * 0,723 = 1,0077;

Uк5 = 2,7  * 0,724 = 0,7256.

  1. Построение тяговой характеристики автомобиля

Тяговое усилие определяется из выражения:

Рт= Мв *Uг*Uki* /rк

Рт= 150,169 * 3,93*2,7* 0,9/ 0,297=4829 Н

Аналогично проводим расчет для каждой из передач для следующих значений оборотов коленвала двигателя и результаты расчетов сводим в таблицу.

Скорость движения автомобиля на данной передаче при данной частоте вращения коленвала двигателяnт вычисляется по формуле:

Va =

Va =    м/с

Результаты расчетов сводим в таблицу.

На основании таблицы строится тяговая характеристика автомобиля Рт=f (Va) для каждой передачи.

Тяговая характеристика автомобиля

Тяговое усилие, подводимое к ведущим колесам автомобиля, расходуется на преодоление сопротивлений качению, воздуха, подъему, инерции.

Сопротивление воздуха определяется соотношением (Н):

Рв = Кв *F *Va2

Рв =0,3 * 1,9628*2,3522 =3,257

Результаты расчетов сводим в таблицу «Сила сопротивления воздуха».

Определим свободную силу тяги автомобиля:

Рсв = Рт - Рв

Рсв = 4829- 3,257

Аналогично проводим расчет Рт ,Vaвсв для каждой из передач, результаты расчетов сводим в таблицу.

Сила сопротивления воздуха

  1. Определение основных показателей динамики автомобиля с механической трансмиссией

6.1  Динамический фактор

Универсальным измерителем динамических качеств автомобиля служит динамический фактор, представляющий отношение свободной тяговой силы к силе тяжести автомобиля, который находится по формуле:

D =Pсв /Ga

D=4825/12740=0,379

Производим расчет динамического фактора  при движении автомобиля с 500 до 6500  мин-1оборотов коленчатого вала.

Графическую зависимость динамического фактора от скорости на всех передачах называют динамической характеристикой автомобиля. Значения динамического фактора для различных передач заносим в таблицу, на основании которой строится диаграмма динамического фактора.

Динамический фактор

6.2  Ускорение автомобиля

Ускорение на горизонтальной дороге определяется из выражения:

ja = (D - ) *g /

ja = (0,379 – 0,015) * 9,8 / 1,56 =2,285

где - коэффициент сопротивления дороги = 0,015;

- коэффициент учета вращающихся масс.

Определим коэффициент учета вращающихся масс по формуле:

=1 + 1 +2 *Uк2

       =  0,05+1+0,07*2,72=1,56

гдеUк- передаточное число коробки передач;

1= 0,05;

2= 0,07.

Коэффициенты учета вращающихся масс

Ускорение автомобиля

6.3 Время разгона

Графически интегрируем график значений обратных ускорений. По графику величин обратных ускорений строим огибающую. Ее отрезок на промежутке от 0 до 27,7 м/с делим на равные части и из центра этих отрезков проводим линии до пересечения с огибающей, проецируя их на ось обратных ускорений. Далее значения отрезков на оси 1/ ja  и разницу между концом и началом отрезков оси ординат подставим в формулу:

Результаты  измерений и расчетов по формуле (34) заносим в табл.4

Таблица 4. Интегрирование графика обратных ускорений

Из таблицы 4 имеем:

мм2.

Определим временя разгона до скорости 27,7 м/с по формуле:

t = *a *b ,                                      (35)

где а – масштаб скорости МVa =0,5 м*с-1/мм;

b – масштаб обратного ускорения М1/ja =0,05 с2-1/мм.

  t = 595 * 0,5 *0,05=14,9с

Время разгона от скоростиV0 до скоростиV1 определяется по формуле:

t1 =  *a *b.                                      (36)

t1 = 80* 0,5 * 0,05=2с.

Время разгона от скоростиV1 до скоростиV2 определяется по формуле:

t2 = (+ ) *a *b.                                (37)

t2 = (80 + 75) * 0,5 * 0,05=3,9с

Аналогично находимt3 ,t4 и т.д. до скорости 27,7 м/с.

По полученным значениямt  и графику обратных ускорений определяем значенияVaи результаты приводим в таблицу 7.

Таблица 7. Время разгона

По значениям табл.7 строим график пути разгона – рисунок 7.

Рисунок 7 – График пути разгона

6.4  Путь разгона

Путь разгона можно определить с помощью интегрирования кривойt =f(Va) по такому же принципу описанному в пункте 6.3.

Результаты измерений занесем в табл.6.

Таблица 6. Интегрирование графика пути разгона

Из таблицы 6 имеем:

мм2.

Путь разгона до скорости 27,7 м/с определяем по формуле:

S =  *a *c ,                                      (38)

где а – масштаб скорости а, м*с-1/мм;

с – масштаб времени с, с/мм.

  1. Построение графика мощностного баланса

Используя внешнюю скоростную характеристику, для каждой передачи определяемNекак функцию от скоростиVa.

Чтобы учесть несоответствие между мощностями, тяговую мощность определяем:

Nт =Nе * *kр

Nт = 7,859 * 0,9* 0,8=5,658 кВт

Данные расчета сводим в таблицу.

Мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха определяем по формуле:

Nв = Рв *Va / 1000

Nв = 3,257* 2,352/ 1000=0,008 кВт

Данные расчета сводим в таблицу.

Мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления дороги определяем по формуле:

Nд =Ga * *Va / 1000

Nд =12740 * 0,015* 2,352 / 1000= 0,449 кВт

Результаты расчетов сводим в таблицу.

По данным таблицы строится график мощностного баланса.

Мощностной  баланс автомобиля

  1. Построение экономической характеристики автомобиля

Текущее значение использования мощности в % определяется по формуле:

И = 100 [ (Nд +Nв) /Nе * *kр ]

И = 100 [ (1,207 + 0,148) / 16,67 * 0,9* 0,8 ]=11,29

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Для каждого значения оборотов коленвала находим коэффициент корректировки расхода топлива Кr по графику Кr =f(nТ /nN). Его значения сводим в таблицу.

График корректировки расхода топлива

Коэффициент использования мощности двигателя, определяется по формуле:

Ки= А – В * И +C * И2

где А, В, С – коэффициенты А = 1,7; В = 2,63; С = 1,92.

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Расход топлива на 100 км определяется по формуле (л/100км):

Qs =qN *Kr *Kи * (Nд +Nв) / (36 *Va * * *kp)

Qs =308 * 1,1 * 216,9* (1,207 +0,148) / (36 *6,316 *740*0,9*0,8)=0,811 л/100км

ГдеqN – удельный расход топлива (г/кВт*ч);

- плотность топлива  = 750 г/л.

Удельный расход топлива  определяется из формулы:

qN = (1,15…1,05) *qеmin

qN = 1,1 * 280=308 г/кВт*ч

гдеqеmin= 280 г/кВт*ч.

Находим значенияQs  для всех значений частоты вращения и результаты заносим в таблицу, по которой строим график экономической характеристики автомобиля, а также определяем  средний расход топлива на прямой передаче в л/100км.

Таблица 9. – Топливная экономичность автомобиля

Рисунок 9 – График топливной экономичности автомобиля

Делаем выводы о полученных результатах и сравниваем полученные значения с прототипом.Va, м/с  РВ, НNВ, кВтNе, кВтNТ, кВтNД, кВт