Загрузил юрий ковалев

тяговый и динамический расчет автомобиля

Реклама
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................2
1. ВЫБОР ПРОТОТИПА АВТОМОБИЛЯ ...............................................................................................4
2.ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ..............................................................................................................................12
2.1Общие положения ............................................................................................................................12
2.1Определение полной массы автомобиля........................................................................................13
2.2 Выбор шин .......................................................................................................................................13
2.3 Подбор внешней характеристики двигателя ................................................................................15
2.4 Определение рабочего объема двигателя .....................................................................................20
2.5 Определение передаточного числа главной передачи.................................................................21
2.6 Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки ..............22
2.7 Построение топливно-экономической характеристики двигателя..........................................26
3. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ ..................................................................................31
3.1 Определение тормозной характеристики автомобиля.................................................................31
3.2 Определение общего времени замедления ...................................................................................37
3.3 Определение тормозного пути .......................................................................................................38
3.4 Показатели устойчивости автомобиля ..........................................................................................40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .........................................................................................................................................46
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................................47
1
ВВЕДЕНИЕ
Цель данной расчетно-графической работы заключается в выполнении
тягового и динамического расчета автомобиля, построении топливноэкономической характеристики автомобиля и расчете автомобиля на
устойчивость.
Расчетно-графическая работа включает в себя:
• введение;
• раздел 1 - выбор аналога автомобиля в соответствии с исходными
данными;
• раздел 2 - тяговый расчет автомобиля;
• раздел 3 - динамический расчет;
• заключение;
• список используемой литературы.
Расчеты производятся с учетом параметров автомобиля-аналога, а
также исходных данных.
Расчетно-графическая работа содержит следующие графики:
- внешняя скоростная характеристика (зависимость мощности и
крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала);
- топливно-экономическая
характеристика
(зависимость
расхода
топлива от скорости движения автомобиля);
- зависимость времени торможения, тормозного пути от скорости
движения автомобиля;
- зависимость скорости автомобиля от радиуса поворота.
Краткое описание последовательности расчета.
1. Выбор аналога автомобиля в соответствии с исходными данными
2. Тяговый расчет автомобиля
2.1 Общие положения
2.2 Определение полной массы автомобиля
2.3 Выбор шин
2
2.4 Подбор внешней характеристики двигателя
2.5 Определение рабочего объема (литража) двигателя
2.6 Определение передаточного числа главной передачи
2.7 Определение
передаточных
чисел
коробки
передач
и
дополнительной коробки
2.8 Построение топливно-экономической характеристики двигателя
3. Динамический расчет автомобиля
3.1Определение тормозной характеристики автомобиля
3.2 Показатели устойчивости автомобиля
ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РГР
№ варианта соответствует последним двум цифрам зачетной книжки –
ШИФР 163 – ВАРИАНТ 63
Условные сокращения:
Тип автомобиля: КФ – крытый фургон.
Тип двигателя: Б- бензиновый;
Тип дорожного покрытия: АУ – асфальт в удовлетворительном
состоянии
Таблица 4
№
вари
анта
Тип
автомоб
иля
Вес
перевозимого
груза
(грузоподъем
ность), кг
Тип
двигат
еля
63
КФ
3300
Б
Максимал
ьная
частота
вращения
коленчато
го вала,
об. \ мин
3150
3
Коэффици
ент
сопротивл
ения
качению
Максималь
ный
преодолева
емый
уклон, град
Максимал
ьная
скорость
передвиж
ения,
км/час
Тип
дорожн
ого
покрыт
ия
0,015
5
80
АУ
1. ВЫБОР ПРОТОТИПА АВТОМОБИЛЯ
Исходными данными для выбора прототипа автомобиля являются
максимальная грузоподъемность (3300 кг), тип двигателя (Б – бензиновый) и
назначение автомобиля (КФ – крытый фургон). Выбираемый прототип по
своим техническим характеристикам должен максимально близко подходить
условиям нашего варианта.
Подберем
прототип
автомобиля,
приведем
его
технические
характеристики (скоростно-силовые показателя автомобиля-прототипа –
мощность,
максимальная
конструктивные
скорость,
показатели
коробки
крутящий
передач;
момент).
Укажем
топливо–экономические
показатели; геометрические показатели машины (габариты, колея, база);
количество мест в кабине; весовые показатели автомобиля.
На тягово-скоростные свойства автомобиля самое существенное
влияние
оказывает
тип
и
мощность
двигателя,
тип
трансмиссии
(механическая или автоматическая), количество передач и численные
значения передаточных чисел трансмиссии, её КПД, колёсная формула и
конструкция шин, параметры обтекаемости
Показателями
тягово-скоростных
и
свойств являются
другие
:
факторы.
максимальная
скорость, преодолеваемое суммарное дорожное сопротивление на первой
передаче, время и путь разгона автомобиля до максимальной (заданной)
скорости.
Прототипом является ГЗСА – 950 фургон.
На базе автомобиля ГАЗ-53А выпускается ряд специализированных
автомобилей, обеспечивающих различные виды перевозок и в различных
климатических условиях, например, ГЗСА-950 с изотермическим кузовом
грузоподъемностью 3250 кг ( ранее выпускался на шасси ГАЗ-53Ф
грузоподъемностью 2250 кг -), ГЗСА-949 - автомобиль-фургон для перевозки
почты.
4
Рис.1 – Габаритные размеры ГЗСА – 950 на базе ГАЗ – 53А
ГАЗ-53А фургон ГЗСА-950. Выпускаются Горьковским заводом
специализированных автомобилей на шасси автомобиля ГАЗ-53А с 1965 г.
Предназначены для перевозки скоропортящихся продуктов в охлажденном
или
замороженном
деревометаллический
состоянии.
обшивка
из
Кузов
листовой
—
стали
изотермический,
(внутренняя
—
оцинкованная), одно дверный (дверь сзади). Материал термоизоляции —
пенопласт толщиной 70—100 мм. Площадь пола - 8,1м² . Объем кузова –
14,2 м³. Проемы дверей кузова: боковой – 1200 мм; задний – 1655 мм. Угол
открывания двери – 1800. Коэффициент теплопередачи кузова - 0,5 ккал/м²∙
чº∙ С. Масса кузова – 1250 кг.
5
Рис. 2 – Внешний вид ГЗСА – 950
Техническая характеристика ГЗСА – 950
Грузоподъемность, кг
Собственная масса, кг
на переднюю ось
на заднюю ось
Масса полная, кг
Габаритные размеры, мм
Погрузочная высота, мм
Внутренние размеры, мм
на переднюю ось
на заднюю ось
длина
ширина
высота
длина
ширина
высота
3250
4000
1470
2530
7400
1800
56006460
6460
2500
3290
1400
3690
2200
1750
Автомобиль ГАЗ-53А грузоподъемностью 4 тонны с приводом на
заднюю ось предназначен для перевозки различных народнохозяйственных
грузов по всем видам дорог.
Основные узлы автомобилей ГАЗ-53 (двигатель, сцепление, коробка
передач, карданная передача, тормоза и др.), агрегаты электрооборудования,
нормали и т. п. унифицированы.
В
конструкциях
автомобилей
ГАЗ-53
осуществлены
последние
технические достижения автомобилестроения — принят целый ряд новых
6
решений, которые обеспечивают удобство работы водителя, повышение
надежности, долговечности, эксплуатационных показателей, снижение
трудоемкости обслуживания.
Технические характеристики автомобиля ГАЗ- 53А.
Грузоподъемность, кг – 4000; Наибольший вес буксируемого прицепа с
грузом, кг. - 4 000; Вес автомобиля в снаряженном состоянии
(без
дополнительного оборудования), кг - 3 250.
Габаритные размеры автомобиля ГАЗ-53, мм:
длина – 6395; ширина – 2380; высота (по кабине без нагрузки) - 2 220.
База автомобиля ГАЗ-53, мм – 3700; Колея передних колес (по
грунту), мм
- 1 630;
Колея задних
колес , мм
– 1690;
Низшие
точки
автомобиля (с полной нагрузкой), мм: картеры ведущих мостов – 265;
передняя ось – 347. Радиус поворота по колее наружного переднего колеса, м
– 8.
Наибольшая скорость автомобиля ГАЗ-53 с полной нагрузкой без
прицепа (на горизонтальном участке дороги с усовершенствованным
покрытием),км/ч - 80—86—95.
Контрольный расход топлива при замере в летнее время для
обкатанного автомобиля ГАЗ-53, движущегося с полной нагрузкой на
четвертой передаче с постоянной скоростью 30—40 км/ч по сухой ровной
дороге с усовершенствованным покрытием и короткими подъемами, не
превышающими 1,5% (1°). л 1100 км – 24.
Двигатель ГАЗ-53
Число цилиндров и их расположение - 8, V-образное; Диаметр
цилиндра, мм – 92; Ход поршня, мм – 80; Рабочий объем цилиндров, л - 4,25;
Степень сжатия (среднее значение) - 6,7; Максимальная
мощность
(ограничена регулятором) при 3200 об /мин, л.с – 115; Максимальный
крутящий момент при 2 000 — 2 500 об/мин, кГм – 29; Порядок работы
цилиндров - 1—5—4—2—6—3—7—8.
7
Блок цилиндров ГАЗ-53 - Отлит из алюминиевого сплава заодно с
верхней частью картера, снабжен мокрыми легкосъемным гильзами, которые
в верхней части имеют вставку из антикоррозийного чугуна.
Головки
цилиндров
ГАЗ-53
-
Съемные
из
алюминиевого
сплава, общие для четырех цилиндров каждого ряда.
Поршни ГАЗ-53 - Из алюминиевого сплава,
днищем. Поршневые кольца - Чугунные,
два
луженые, с плоским
компрессионных и одно
маслосъемное; верхнее компрессионное кольцо хромированное, остальные
луженые. Поршневые пальцы - Плавающего типа,
Шатуны - Стальные,
кованые,
стальные, пустотелые.
двутаврового сечения, с втулкой в верхней
головке и стальными вкладышами, с антифрикционным слоем в нижней.
Коленчатый вал ГАЗ-53 - Литой из высокопрочного чугуна, четырех
коленный. В шатунных шейках имеются грязеуловители. Коренные
подшипники - Тонкостенные, триметаллические вкладыши, одинаковые для
каждой из пяти опор.
Распределительный
вал
ГАЗ-53 -
Стальной,
кованый,
на
пяти
опорах, снабженных свертными втулками с антифрикционным слоем.
Привод распределительного вала - Пара шестерен с винтовым зубом.
Клапаны ГАЗ-53 - Расположены в головке цилиндров в ряд. Выпускные
клапаны имеют натриевое охлаждение. Толкатели - Плунжерного типа.
Привод клапанов - Толкатели, штанги и коромысла.
Фазы газораспределения (при зазоре между клапанами и коромыслами
0,35 мм)
впускные клапаны
- открытие - 24° до в. м. т.; - закрытие - 64° после н. м. т.
выпускные клапаны:
- открытие - 50° до н. м. т.; - закрытие - 22° после в. м. т.
Впускной и выпускной трубопроводы. Впускное трубопровод отлит из
алюминиевого сплава с жидкостным подогревом смеси; выпускные
трубопроводы (правый и левый) — литые чугунные.
8
Система смазки ГАЗ-53 - Комбинированная:
под давлением
и разбрызгиванием.
Масляный насос ГАЗ-53 - Шестеренчатого типа, двухсекционный. Из
верхней секции масло поступает для смазки двигателя, нижняя секция подает
масло в фильтр центробежной очистки масла. Масляный фильтр –
Центробежный. Вентиляция картера - Открытого типа.
Охлаждение двигателя ГАЗ-53 - Жидкостное, принудительное, с
центробежным
насосом.
В
системе
охлаждения
имеется
термостат,
установленный в выпускном патрубке.
Вентилятор
- Шестилопастный,
приводится
во вращение
клиновидным ремнем от коленчатого вала.
Топливный
насос
ГАЗ-53
Диафрагменный
-
с
дополнительным ручным приводом. Топливный фильтр тонкой очистки Керамический или сетчатый. Карбюратор
-
К-126В, двухкамерный,
балансированный, с падающим потоком. Ограничитель числа оборотов Пневмоцентробежного типа. Воздушный фильтр - Инерционно-масляный с
контактным фильтрующим элементом.
Трансмиссия ГАЗ-53
Сцепление ГАЗ-53 - Однодисковое, сухое
Коробка передач КПП ГАЗ-53 - Трехходовая, с синхронизаторами
на третьей и четвертой передачах.
Передаточные числа КПП ГАЗ-53:
первая передача - 6,48
вторая - 3,09
третья - 1,71
четвертая - 1,0
задний ход - 7,9
Раздаточная коробка - Имеет две передачи: прямую и понижающую с
передаточным числом 1,982.
9
Карданная передача ГАЗ-53 - Открытого типа,
с игольчатыми
имеет
карданы
подшипниками.
Главная передача ведущих мостов - Коническая, гипоидного типа,
передаточное число 6,83.
Дифференциал - Шестеренчатый,
Кулачковый, конический, повышенного конический трения
Поворотные цапфы - Фланцевые, Имеют карданы шкворневые равных
угловых скоростей.
Ходовая часть ГАЗ-53
Углы установки передних колес:
- угол развала колес - 1°/0°45';
- угол бокового наклона шкворня - 8°/9°;
- угол наклона нижнего конца шкворня вперед - 2°30/3°30';
- схождение колес - 1,5—3 мм/2—5 мм
Рессоры - Четыре продольные полуэллиптические, концы заделаны в
резиновые опоры. Задняя подвеска ГАЗ-53- имеет дополнительные рессоры.
Амортизаторы
-
Гидравлические,
телескопические двустороннего
действия. Установлены на передней оси и обоих мостах.
Рулевое управление ГАЗ-53
Тип рулевого механизма - Глобоидальный червяк
с трехгребневым
роликом. Передаточное отношение - 20,5 (среднее). Усилитель рулевого
управления (ГУР) ГАЗ-53 – Гидравлический. Продольная рулевая тяга Трубчатая. Соединения тяги с рулевой сошкой и рычагом поворотной цапфы
имеют шаровые пальцы и пружины, затяжку которых регулируют.
Кабина ГАЗ-53- Металлическая, двухместная, двух дверная. Кабина
оборудована отопителем, двумя стеклоочистителями, устройством для
обмыва стекла, противосолнечными козырьками, мягкими сиденьями,
ковриками для пола.
Размеры платформы ГАЗ-53, мм:
- длина - 3 740;
10
- ширина – 2170;
- высота бортов – 680.
Компрессор - Одноцилиндровый с воздушным охлаждением.
Давление воздуха в шинах, кГ/см2:
- передних колес - 2,8; - задних колес - 4,3
Заправочные емкости и нормы:
Топливные баки (емкость), л – 200;
Система охлаждения двигателя ГАЗ-53, л:
- с пусковым подогревателем – 23; - без пускового подогревателя 21,5.
Система смазки двигателя (включая фильтр центробежной очистки), л 8,0.
Воздушный
фильтр, л
- 0,55.
Картер
коробки
передач, л - 3,0.
Картер коробки передач с коробкой отбора мощности, л. - 4,2. Картер
раздаточной коробки, л - 1,5. Картер заднего моста, л - 8,2. Картер переднего
моста, л - 7,7. Картер рулевого механизма, л. - 0,5. Амортизаторы (каждый в
отдельности), л - 0,41. Картер редуктора лебедки, л - 0,8. Гидро- усилитель
рулевого управления, л - 1,8; Поворотные цапфы переднего моста, кг. - 1,0.
Ступины передних колес (каждая в отдельности), кг - 0,25. Система
гидравлического привода ножных тормозов, л - 0,76.
11
2.ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ
2.1Общие положения
Тяговый расчет машины производится с целью определения ее тяговых
свойств. Задачей тягового расчета является в определении конструктивных
параметров автомобиля, обеспечивающих его заданные тяговые свойства.
Для решения тягового расчета необходимо построение тяговой
характеристики автомобиля. Тяговой характеристикой машины называется
графическая зависимость удельной силы тяги Pg от скорости движения
машины v на каждой передаче.
Задаваемыми параметрами в нашей задаче являются: тип автомобиля –
крытый фургон (КФ); грузоподъемность – 3300 кг; максимальная скорость
движения vmax  80 км / час  22,2 м / с по местности с заданными дорожными
характеристиками
(коэффициент
дорожного
сопротивления

и
коэффициент сцепления колес с дорогой  ). Кроме того, указывается тип
двигателя автомобиля (бензиновый).
Последовательность тягового расчета автомобиля состоит в следующей
последовательности:
1.
Выбор и описание прототипа автомобиля (описано в 1-й главе
данной работы).
2. Определение полной массы автомобиля.
3. выбор шин и определение радиуса ведущего колеса.
4. Подбор внешней характеристики двигателя.
5. Определение передаточного числа главной передачи.
6.
Определение
передаточных
чисел
коробки
передач
и
дополнительной коробки.
7. Построение топливно-экономической характеристики автомобиля.
12
2.1Определение полной массы автомобиля
Полная масса автомобиля определяется по формуле:
ma  m0  mг  тп , кг
(1)
Где m0  3250 - собственный вес снаряженного автомобиля без груза,
который принимается в соответствии с аналогом, кг;
mг  3300 - максимальный вес перевозимого груза, принимается по
заданию, кг;
т п - масса водителя и пассажиров в кабине, которая определяется:
тп  75  n  75  2  150 , кг
(2)
где:
75 – средняя масса человека (кг),
п=2 - – число мест в кабине, принимается в соответствии с аналогом.
Тогда с учетом средней массы пассажиров (формула 2) полная
масса автомобиля определяется:
ma  3250  3300  150  6700 , кг
2.2 Выбор шин
Для выбора шин необходимо определить нагрузку, приходящуюся
на одно колесо автомобиля. На задней оси грузовых автомобилей
обычно монтируются четыре шины, каждая из которых испытывает
большую весовую нагрузку, чем шина переднего колеса, поэтому выбор
производится по весовой нагрузке, приходящейся на одно заднее колесо.
Нагрузка на одно колесо для всех автомобилей кроме седельных
тягачей определяется по формуле:
Q  0,65...0,75та / nk
(3)
13
где nk=4 - число колес на задних осях, принимается в соответствии
с аналогом;
ma =6700 - полная масса автомобиля, определенная в п.2.1
тогда Q  0,65...0,75  6700 / 4  1088,75....1256,25 кг
При выборе шин в справочниках величина средней нагрузки
может быть приведена в Н, в связи с этим необходимо воспользоваться
формулой перевода:
Q'  Q  g  1088,75...1256,25  9,81  10681...12324 , Н
(4)
где Q – нагрузка на колесо, кг;
g - ускорение свободного падения , g=9,81 м/с2.
По справочнику подбирают тип и размеры автомобильных шин,
удовлетворяющих нагрузке, приходящейся на колесо. Для дальнейших
расчетов необходимо указать статический радиус колеса rст, диаметр
посадочного обода d0, высоту Н и ширину В профиля колеса, давление в
шинах руд. Для дальнейших расчетов необходимо знать величину расчетного
радиуса колеса rс.
Расчетный радиус колеса определяется по следующей формуле:
rc  0,5  d 0    B  см
(5)
где d=508 – посадочный диаметр обода, мм; Δ= Н / В ( Н и В – высота
и ширина профиля шины, мм); λcм – коэффициент, учитывающий смятие
шины под нагрузкой.
При нагрузке и внутреннем давлении воздуха, указанных в стандартах
для шин грузовых автомобилей и автобусов и шин с регулируемым
давлением Н/В
1. Для шин грузовых автомобилей, автобусов, шин с
регулируемым давлением (кроме широкопрофильных), диагональных шин
легковых автомобилей λcм=0,85......0,9, для радиальных шин автомобилей
повышенной проходимости λ cм = 0,8....0,85.
Тогда расчетный радиус ведущих колес:
rс  0,5d 0  0,8...0,9bn  0,5  508  (0,85...0,9)  24  458...470 м
14
Принимаем rc  470 мм
статический радиус колеса rст=453 мм
Типоразмер: 8.25 R20; Существующие размеры: 240x508; Давление в
шинах – 0,34 МПа.
2.3 Подбор внешней характеристики двигателя
Для подбора внешней характеристики двигателя вначале определяется
мощность N ev л.с., необходимая для обеспечения заданной максимальной
скорости v max в
коэффициентом
км/ч
(по
заданию),
по
дороге
с
заданным
дорожного сопротивления при установившемся режиме
движения.
2
 k  F  Vmax
 Vmax
, л.с.
N ev  
 ma  f  g  cos   sin   
12
,
96
270


mp


(6)
где k - коэффициент обтекаемости автомобиля, определяется по
таблице 2 (0,0793);
F - лобовая площадь автомобиля, определяется:
F  h  b  3,29  1,63  5,3627 ,
м2, где h – габаритная высота автомобиля,
b- ширина колеи передних колес, принимаются в соответствии с аналогом;
Vmax=80 - максимальная скорость движения автомобиля по заданию,
км/ч;
Ga - полный вес автомобиля, который определяется: Ga  ma  g ,
g - ускорение свободного падения , g=9,81 м/с2
ma  6700 - полная масса автомобиля, кг, принимается из расчетов п.2
α =5 - продольный угол наклона дороги, принимается в соответствии с
заданием, º;
f0=0,015 - коэффициент сопротивления качению автомобиля при
остановившейся скорости, принимается в соответствии с заданием;
15
 mp -
КПД трансмиссии автомобиля, для режима максимальной
скорости принимается  mp  0,85  0,9 ;
Подставляя числовые данные в (6) определяем мощность:
 0,0793  5,3627  80 2

80
N ev  
 6700  0,015  0,9962  0,0872 
 111 л.с. ,
12,96

 270  0,85
После
определения
мощности
двигателя,
необходимой
для
движения автомобиля в заданных условиях с максимальной скоростью
рекомендуется сопоставить
ее
величину
с
мощностью
двигателя
автомобиля-аналога.
Для нашего варианта – мощностью двигателя автомобиля-аналога
равна
115 л.с., таким образом погрешность расчета составляет 3,4%
 115  111

 100 

 115

Максимальная
мощность двигателя
по
условию
обеспечения
максимальной скорости автомобиля Nmax в случае бензинового двигателя
определяется
по
формуле
Лейдермана,
связывающей
мощность
в
произвольной точке внешней скоростной характеристики с максимальной
мощностью:
N max 
N ev
n
a max
 nN
  n max
  b
  nN
2

n
  c max

 nN



3
(7)
где N ev - мощность двигателя, определенная по формуле (6), л.с.;
a , b, c- эмпирические коэффициенты, для бензиновых двигателей ; a =
1 ; b = 1 ; c= 1;
nmax - максимальная частота вращения двигателя, об/мин (по заданию);
nN -частота вращения двигателя соответствующая максимальной
мощности двигателя,
об/мин, принимается
из аналога (3200) либо
из
соотношения nv / n N
Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая
максимальной
мощности
определяется коэффициентом
16
оборотности
двигателя ηn, равным отношению
частоты вращения коленчатого вала
двигателя к соответствующей скорости автомобиля:
n 
nmax
 nmax   n  v max
v max
Для
грузовых
(8)
автомобилей
коэффициент
оборотности
ηn
принимают равным 30 … 40 в соответствии с прототипом автомобиля и
расчётной максимальной мощностью двигателя; для легковых – 30 … 48.
Зависимость скорости автомобиля от частоты вращения вала двигателя
устанавливают следующим образом:
а) по прототипу с учётом тенденции развития двигателей задают
значение частоты вращения вала двигателя при максимальной мощности nN;
б) при отсутствии значений n v или nN можно пользоваться их
соотношением.
Используют
известные
соотношения между
частотой
вращения вала двигателя при максимальной скорости автомобиля nv и
частотой вращения при максимальной мощности двигателя nN:
nv / n N  1,1...1,15
– для карбюраторных двигателей без ограничения
частоты вращения вала двигателя (легковые и грузовые автомобили
грузоподъёмностью выше 1500 кг);
nv / n N  1,0 – для дизелей и карбюраторных двигателей с ограничением
частоты вращения вала двигателя (грузовые автомобили грузоподъёмностью
выше 1500 кг) и определяют частоту вращения вала двигателя при
максимальной скорости автомобиля на прямой передаче nv;
в) подсчитывают значение коэффициента оборотности по формуле
n 
г)
nv
v max
пользуясь
соотношением
n n  v ,
определяют
частоты
вращения вала двигателя, соответствующие принятым скоростям, наносят на
оси абсцисс шкалу частот вращения коленчатого вала двигателя.
17
При создании современных двигателей стремятся, чтобы соотношение
n max
стремилось к единице, однако в реальных условиях эксплуатации
nN
n max
nN
значение находиться в диапазоне 1,05….1,2.
Большее
значение
относится к менее мощным автомобилям, выбранное значение должно
обеспечивать выполнения условия N max  N ev .
Для
нашего
случая
принимаем
nmax
 1,2  nmax  1,2  n N  1,2  3200  3840 об / мин
nN
Следовательно,
скорость,
соответствующая
максимальной
мощности, будет равна:
Vn  Vmax 
nN
3200
 80 
 67 , км/ч
nmax
3840
Внешняя характеристика двигателя представляет собой зависимость
эффективной мощности Nе, крутящего момента MК и других показателей
работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полностью
открытой дроссельной
максимальной
заслонке
у
бензинового
двигателя
или
при
(установленной заводом-изготовителем) цикловой подаче
топлива у дизеля.
Для построения внешней характеристики двигателя может быть
использовано
какое-либо
из
известных
эмпирических
выражений,
например, формула Лейдермана:
N e  N max
 n
 a e
  n N
  ne
  b
  nN
2
3

 ne  
  c
 
n

 N  
(9)
где Nе - текущие значения мощности двигателя;
nе - текущие значения частоты вращения коленчатого вала;
ne
nN
отношение
текущего
значения
номинальной частоте вращения.
18
частоты
вращения
к
Текущие значения частоты вращения коленчатого вала nе задаются от
nmin соответствующего частоте вращения двигателя на холостом ходу
800 об/мин до nmax через равные интервалы n , об/мин. Рассчитывают
соответствующие значения мощности N ei .
Уравнение N ei  f n будет иметь вид
 ne   ne  2  ne  3 
N e  111  

 
 
 3200  
 3200   3200 
Затем определяем текущие значения крутящих моментов по формуле:
M ei  716.2 
N ei
, кгс  м
nei
(10)
где Nе - текущие значения мощности двигателя, л.с.;
nе - текущие значения частоты вращения коленчатого вала, об/мин.
По полученным значениям составляют таблицу 2.1.
Таблица 2.1
Данные для построения внешней скоростной характеристики
двигателя
n
N
M
800
32.9
29.5
По
1200
51.4
30.7
1600
69.4
31.1
полученным
зависимости мощности и
2000
85.6
30.7
данным
2400
98.8
29.5
2800
107.7
27.6
3200
111
24.8
производим
крутящего момента
вращения коленчатого вала – N=f(n), M=f(n). (рис.3)
19
3413
109.9
23.1
построение
3626
106.8
21.1
3840
101.2
18.9
графиков
двигателя от частоты
Мощность двигателя, N,л.с.
120
35
100
30
25
80
20
60
15
40
10
20
5
0
0
1000
2000
3000
0
5000
4000
частота вращения коленчатого вала, об/мин, n
N=f(n)
M=f(n)
Рис. 3 - Графики зависимости мощности и
крутящего момента
двигателя от частоты вращения коленчатого вала – N=f(n), M=f(n)
2.4 Определение рабочего объема двигателя
Рабочий объем (литраж) двигателя:
Vh 
225  z  N max
,л
pe  n N
(11)
где z – число тактов двигателя, принимается в соответствии с
аналогом; p e - среднее эффективное давление, принимается по двигателю
установленному на аналоге (7,4), кгс/см2 ;
Nmax - максимальная мощность автомобиля, определенная в пункте 2
(111 л.с.);
nN - номинальная частота вращения двигателя автомобиля, выбирается
в соответствии с аналогом (3200).
На автомобиле ГАЗ-53А установлен V-образный восьмицилиндровый
четырехтактный
карбюраторный
двигатель.
У
V-образных
восьмицилиндровых двигателей оси цилиндров находятся под углом 90 друг
к другу. Данные двигатели удобны для обслуживания, так как все
дополнительное оборудование, устанавливаемое на двигателе, располагается
в его верхней части и доступ к нему достаточно свободный.
20
Выполняем расчет
Vh 
225  4  111
 4,22 л - рабочий объем двигателя автомобиля ГАЗ-53.
7,4  3200
2.5 Определение передаточного числа главной передачи
Передаточное число главной передачи u гл определяется из условия
обеспечения максимальной скорости движения на прямой передаче в коробке
передач. Выражение для расчета передаточного числа главной передачи
имеет вид:
u гл  0,377
n max  rk
Vmax  u ки  и Д
(12)
где nmax – максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя;
rk– расчётный радиус ведущих колёс автомобиля, м; принимается из
п.2.2;
Vmax - максимальная скорость автомобиля; принимается по заданию;
Uкв- передаточное число высшей передачи, в расчетах принимается
uкв =1.
Предварительно выбирают передаточное число коробки передач на
высшей передаче u кв . В большинстве случаев высшей передачей является
прямая передача и кв  1 . У некоторых автомобилей передаточное число
меньше единицы (0,7 – 0,5 - ускоряющая передача). Особенно часто
ускоряющая передача применяется в дизельных автомобилях.
В автомобилях с одной ведущей осью дополнительная коробка передач
не ставится, тогда и кв  1 .
Получено значение передаточного числа необходимо сопоставить с
передаточным числом главной передачи выбранного прототипа. Для
обеспечения необходимых конструктивных параметров передаточное число
главное передачи рекомендуется брать менее 7 у грузовых автомобилей
грузоподъемностью до 4-5 тонн и не более 10 у тяжелых грузовиков. В
21
последнем случае передача выполняется из двух ступеней и называется
двойной главной передачей.
u гл  0,377 
3840  0,453
 8,2
80  1  1
2.6 Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной
коробки
Количество передач и их передаточные числа определяют способность
автомобиля к преодолению подъемов, быстрому разгону и движению с
высокой скоростью в заданных дорожных условиях.
Определение передаточных чисел коробки передач начинается с
расчета передаточного числа и к1 первой передачи. Для этого используется
уравнение силового баланса установившегося движения автомобиля :
PT  PД  PB
(13)
где РД -сила сопротивления дороги, Н;
PВ - сила сопротивления воздуха, Н.
Поскольку на первой передаче скорость движения автомобиля
невелика, силой сопротивления воздуха можно пренебречь. Тогда уравнение
(13) принимает вид:
PT  Ga  , Н
(14)
Суммарное сопротивление дороги, оцениваемое коэффициентом  ,
может быть преодолено, если отношение максимальной тяговой силы к весу
автомобиля будет равно или больше этого коэффициента:

РТммас
Ga
(15)
Суммарное сопротивление дороги определяется по формуле:
  f 0  sin 
(16)
При скоростях движения автомобиля, превышающих 60–80 км/ч
коэффициент (f) надо определять по эмпирической формуле:
22


V2 
80 2 
  0,0198  
f  f 0 1  a   0,015  1 
20000
20000




(16a)
где: f 0 – коэффициент сопротивления качению, относящийся к малым
скоростям движения автомобиля;
V a – скорость движения автомобиля, км/ч.
Сила , суммарного сопротивления дороги в этих условиях такова:

V2 
PД    Ga  f  Ga  f 0 1  a Ga
 20000 
(16б)
Для дорог с асфальтобетонным покрытием, находящихся в хорошем
состоянии, коэффициент ( f 0 ) принимаем равным 0.015.
При совместном решении уравнений 14 и 15 получается

M mak  u гл  и к1   тр
(17)
rk  G a
При выражении передаточного числа первой передачи получается:
u k1 
rk   max  G a
0,453  0,0198  6700  9,81

 2,72
M mar  u гл   тр
31,05  8,2  0,85
Увеличение
передаточного
числа
первой
(18)
передачи
допустимо
только до величины, при которой развиваемая тяговая сила еще не достигнет
силы сцепления колес с дорогой:
PT max  С сц   , Н
(19)
где Gсц - сцепной вес автомобиля, кг, принимается равным: для
полно-приводного автомобиля его полному весу; для двухосного автомобиля
сцепной
вес
автомобиля,
определяется
из
выражения Gсц  G2   ,
где G2 - вес
приходящийся
на
заднюю
коэффициент
ось,
-
перераспределения нагрузки при разгоне 1,2 – 1,35.
 - коэффициент сцепления колес с дорогой зависит от качества
дорожного покрытия, принимается в соответствии с таблицей 3.
Для асфальтированного покрытия   0,7...0,8
Из равенства (13) получается:
23
u k1 
rk     G сц
M mar  u гл   тр

0,453  0,65  6700  9,81  1,2  0,7
 7,66
31,05  8,2  0,85
(20)
Так как передаточное число полученное по формуле (20) больше
чем
определенное
по
формуле
(18),
то нет надобности
проверять
возможность увеличения веса, приходящегося на ведущие колеса, что могло
привести к изменения радиуса шин, и поэтому нет надобности выполнять
тяговый расчет заново. Если увеличить вес приходящийся на задние
колеса,
в пределах, обеспечивающих равенство передаточных чисел,
определенных по формулам (18) и (20), невозможно, то мы бы приняли
значение передаточного числа первой передачи, полученного по формуле
(20).
Однако так как передаточное число первой передачи автомобиля
прототипа лежит в полученном нами интервале, то принимаем значение
первой передачи по автомобилю аналогу, т.е. u k1  6,48 .
От выбора промежуточных передаточных чисел коробки передач
зависят как тяговые, так и экономические свойства автомобиля. Одним
из простейших методов выбора передаточных чисел промежуточных
передач является метод, в основу которого положено наиболее полное
использование мощности двигателя при разгоне автомобиля, начиная с
первой
и
кончая высшей
передачей.
При
наличии
бесступенчатой
коробки передач разгон можно производить не меняя частоты вращения
коленчатого вала двигателя.
В этом случае можно работать на частоте вращения  N , используя
в процессе разгона максимальную мощность двигателя и получая в
результате этого
ускорения.
максимально
При ступенчатой
возможные
коробке
для
передач
данного
для
автомобиля
наилучшего
использования мощности, двигатель на всех передачах, должен работать
в некотором диапазоне частоты вращения коленчатого вала.
Если пренебречь падением скорости в процессе переключения передач,
то
каждый
раз
при
переключении
24
передач
скорость
движения
автомобиля, достигнутая перед моментом переключения, например в
конце разгона на первой передаче V1 , равна скорости, с которой начинается
разгон на второй передаче т.е.:
V1 max  0,377
rk  n2
r n
 n 1
u гл  и к1 u гл  и к 2
(21)
Следовательно:
n
n1

u k1
uk2
(22)
Из равенства (21) следует, что для наилучшего использования
мощности двигателя передаточные числа должны подчиняться закону
геометрической прогрессии со знаменателем q.
Для коробки передач с n
ступенями передач передаточное число
любой передачи можно определить по формуле:
u k  n1 u kn1k
(23)
где k - номер передачи;
n- число ступеней, исключая заднюю и ускоряющую передачи,
принимается в соответствии с аналогом.
Тогда передаточные числа остальных передач будут следующими:
u k 2  3 6,48  3,47 - вторая передача;
u k 3  3 6,48  1,86 - третья передача;
u k 4  3 6,48 0  1,0
- вторая передача;
1 передача
6,48
2 передача
3,47
3 передача
1,86
4 передача
1,0
задняя передача
7,9
Обычно передаточное число заднего хода iк3 = (1,2…1,3)iк1=
(7,78..8б42).
25
Передаточное число ускоряющей передачи выбирается из условий
обеспечения топливной экономичности нагруженного автомобиля при
движении по хорошим дорогам с малыми подъемами в пределах 0,7…0,85.
Передаточное число дополнительной коробки принимается равным iд
автомобиля, выбранного в качестве аналога проектируемого автомобиля.
После определения передаточных чисел коробки передач проверяют u1
на условие движения автомобиля по заданной дороге без буксования.
Должно быть соблюдено условие
u k1 
k  rk     Ga 0,453  0,65  0,7  6700  9,81

 7,66
M mar  u гл   м
31,05  8,2  0,85
Неравенство выполняется.
2.7
Построение
топливно-экономической
характеристики
двигателя
Топливо
который
является
потребляется
важнейшим
эксплуатационным
автомобильным
транспортом
материалом,
в
большом
количестве.
Стоимость топлива составляет 10-15% всех затрат на перевозки.
Поэтому
необходимо
использовать
топливо
с
максимальной
эффективностью, не допуская его неоправданных затрат и потерь.
Совершенство конструкции автомобиля с точки зрения топливной
экономичности оценивают по общему расходу топлива, отнесенного к длине
пройденного пути или к объему транспортной работы.
Удельный расход топлива в кг на 100 км пути определяется:
Q
ge
ge
g
 PД  Р В  
 1301  2717   e  4018  1,751g e (24)
2700   mp
2700  0,85
2295
где gе - удельный эффективный расход топлива на данном режиме, г/э.
л.с.-ч.
26
PД
Сила
-
сопротивления
дороги,
принимается
воздуха,
принимается
PД  G a   6700  9,81 0.0198  1301 кгс
РВ
-
Сила
сопротивления
PB  k  F  V 2  5.36  0,0793  80 2  2717 кгс
Здесь Gа=65727 - вес автомобиля, определенный в пункте 2.1;
  0.0198 - коэффициент сцепления с дорогой, определенный в пункте
2.6.;
K=0.0792 - коэффициент обтекаемости автомобиля, определяется по
таблице 2;
F=5,36- лобовая площадь автомобиля, которая определяется в п.2.3;
V=80 км/час- скорость автомобиля в соответствии с заданием.
Удельный эффективный расход топлива определяется:
g e  g eN  k ck  k И
где g eN -
удельный
(25)
эффективный
расход
топлива
при Nмакс,
принимается 225 г/э.л.с.-ч., т.к. двигатель бензиновый;
kск -коэффициент, учитывающий изменение g e в зависимости от
частоты вращения коленчатого вала, определяется по таблице 6;
kИ -коэффициент, учитывающий изменение g e в зависимости от
степени использования мощности, определяется по таблице 6.
Для определения коэффициента kИ необходимо определить показатель
И – коэффициент использования двигателя по мощности. Величина
И находится по формуле:
И
N Д  NВ
(26)
N e   mp
где NД - мощность, необходимая для преодоления сопротивления
дороги;
NВ
- мощность, необходимая для преодоления сопротивления
воздуха.
27
Степень использования мощности N должна отвечать условию
N≤1.
Поэтому расчет следует начинать с движения на высшей передаче и в
случае необходимости переходить на следующие передачи.
Величины NД и NВ находятся из выражений для соответствующих
значений скорости:
N Bi  k  F  Vi 3 / 3500 , л.с.
(27)
к - коэффициент обтекаемости автомобиля , определяется по таблице 2;
F - лобовая площадь автомобиля, которая определяется в п.2.3;
Vi - скорость автомобиля в соответствии с заданием.
N Дi  G a   f  sin    Vi / 270 , л.с.
(28)
где Gа - полный вес автомобиля, который определяется: Ga  ma  g
f -коэффициент
сопротивления
качению
автомобиля
при
остановившейся скорости, принимается в соответствии с заданием;
α - продольный угол наклона дороги, принимается в соответствии с
заданием; Vi - значения скорости, соответствующие каждому из значений
ne, см.далее.
Значения
скорости,
соответствующие
каждому из
значений ne,
определяются по формуле:
V  0,38 
rk  nt
u k  u гл  и Д
(29)
где ne – промежуточные значения частоты вращения коленчатого вала
двигателя, об/мин; rk – расчётный радиус ведущих колёс автомобиля, м,
определенный в п.2.2; uk - передаточное число передачи, принимается для
каждой передачи в соответствии с расчетом п.2.7; uгл - передаточное число
главной передачи, определенное в п.2.5; uД -
передаточное число
дополнительной передачи, при ее отсутствии принимается uД=1.
Расчетные данные заносятся в таблицу 2.2
28
Таблица 2.2
n,
об/мин
1
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3413
3626
3840
ne/nN
kск
2
0,25
0,38
0,5
0,63
0,75
0,88
1
1,07
1,13
1,2
3
1,05
1
0,97
0,96
0,97
0,98
1
1,05
1,05
1,15
Данные для построения топливно-энергетической характеристики
Ne, кВт
V,
NB, л.с.
NД, л.с.
РВ, кгс
РД, кгс
И
км/час
4
5
6
7
8
9
10
32,95
16,79
0,57
8
120
1000
0,3
51,38
25,19
1,93
12
270
1017
0,3
69,38
33,59
4,59
17
479
1042
0,4
85,63
41,99
8,96
21
749
1073
0,4
98,86
50,38
15,47
25
1078
1111
0,5
107,75
58,78
24,57
29
1467
1156
0,6
111
67,18
36,69
33
1917
1208
0,7
109,98
71,65
44,51
35
2180
1239
0,9
106,8
76,12
53,37
37
2461
1272
1
101,23
80,61
63,38
40
2760
1306
1,2
29
kИ
11
1,5
1,5
1,35
1,35
1,2
1
0,95
0,95
1
ge,
г/л.с.-ч
12
354
338
295
292
262
221
214
224
236
Q
13
172,8
189,5
195,5
231,8
249,9
252,6
291,4
333,7
383,9
Q=f(V)
450
400
расход топлива, Q
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
скорость движения, V км/час
Рис. 4 - Графики зависимости расхода топлива от скорости движения
автомобиля – Q=f(v)
По
полученным
данным
произвели
экономическую характеристику автомобиля (рис.4).
30
построение
топливно-
3. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
Динамический расчет
автомобиля заключается в определении
основных характеристик позволяющих оценить показатели динамичности
автомобиля в заданных дорожных условиях.
3.1 Определение тормозной характеристики автомобиля
Максимальная тормозная сила
Pmop. max равна силе сцепления шины с
дорогой и определяется из выражения
Pmop. max  Pmop1  Pmop2   x  R z1  R z 2    x  Ga
(30)
где: Rz1 и Rz1 - вертикальные реакции дороги на колеса автомобиля;
G – полный вес автомобиля;  x - коэффициент сцепления колес с
дорогой (таблица 4).
Учитывая, что скорость автомобиля во время торможения уменьшается
ветровую нагрузку при расчете можно не учитывать. Тогда уравнение
движения автомобиля при его торможении примет вид:
Ртор  Р Д  Р И  0
(31)
где Ртор - максимальная тормозная сила, Н;
РД - сила сопротивления дороги, Н;
РИ - сила инерции автомобиля, Н.
С учетом преобразования составляющих уравнения (30) получаем:
x  G   G   вр  т  аз  0
(31)
где: m – масса автомобиля, кг;  x - коэффициент сцепления колес с
дорогой, принимается в соответствии с заданными дорожными условиями
(табл.4);
-
суммарный
коэффициент


V2 
80 2 
  0,0198  
f  f 0 1  a   0,015  1 
 20000 
 20000 
дорожного
; f0
сопротивления качению,  - заданный уклон дороги.
31
-
сопротивления
коэффициент
В
качестве
измерителей
тормозной
динамичности
автомобиля
используют: замедление при торможении аз (в м/с2), время торможения tтор (в
с) и тормозной путь Sтор (в м). При достижении тормозных сил на всех
колесах сил сцепления с дорогой замедление определится из формулы:


а з  D    /  в р  g
(32)
 в р - коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс;
D – динамический фактор.
Динамическая
характеристика
есть
зависимость
динамического
фактора автомобиля от скорости на разных передачах.
В каждой расчетной точке на каждой передаче динамический фактор D
рассчитывается по формуле
D
PT  PB
Ga
Рассчитанные значения D заносим в таблицу 3.1 и по этим значениям
строим график D  f v  (рис.5) для каждой передачи.
Динамическая характеристика позволяет очень просто и наглядно
анализировать движение автомобиля в заданных дорожных условиях (при
различных значениях  ). При этом следует помнить, что движение
автомобиля без замедления возможно только в том случае, когда
динамический
фактор
по
своей
величине
не
меньше
суммарного
коэффициента сопротивления дороги, т.е. при D   .
Таблица 3.1 – Расчет динамического фактора
Передача V, м/с.
nei , мин1
1
0,72
1,08
1,44
1,8
2,16
2,52
2,88
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
Крутящий Рк,Н.
момент,
Нм.
207,203
215,382
218,1084
215,382
207,203
193,5712
174,4867
32
22044
22914
23204
22914
22044
20594
18564
Рw,Н.
1,797293
4,043909
7,189171
11,23308
16,17564
22,01684
28,75668
D
динамический
фактор
Г=1
0,33536
0,348562
0,352927
0,348453
0,335141
0,312991
0,282003
Окончание таблицы 3.1
3,07
3,27
3,46
3413
3626
3840
162,0994
148,1659
132,6099
17246
15763
14108
32,67613
37,07228
41,50554
0,261891
0,239261
0,214014
1,34552
2,01828
2,69104
3,3638
4,03656
4,70932
5,38208
5,740325
6,098569
6,458496
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3413
3626
3840
207,203
215,382
218,1084
215,382
207,203
193,5712
174,4867
162,0994
148,1659
132,6099
11807,51
12273,59
12428,95
12273,59
11807,51
11030,7
9943,163
9237,267
8443,264
7556,804
6,27674
14,12267
25,10696
39,22963
56,49066
76,89007
100,4278
114,2423
128,9466
144,6161
0,179549
0,186521
0,188718
0,186139
0,178785
0,166656
0,149752
0,138802
0,126498
0,112772
3 2,510006
3,76501
5,020013
6,275016
7,530019
8,785022
10,04003
10,70831
11,3766
12,04803
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3413
3626
3840
207,203
215,382
218,1084
215,382
207,203
193,5712
174,4867
162,0994
148,1659
132,6099
6329,095
6578,928
6662,205
6578,928
6329,095
5912,707
5329,764
4951,388
4525,784
4050,621
21,84256
49,14576
87,37023
136,516
196,583
267,5713
349,4809
397,554
448,7238
503,2525
0,095961
0,099347
0,100032
0,098018
0,093303
0,085888
0,075772
0,069284
0,06203
0,053971
4 4,654832
6,982248
9,309664
11,63708
13,9645
16,29191
18,61933
19,85868
21,09803
22,34319
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3413
3626
3840
207,203
215,382
218,1084
215,382
207,203
193,5712
174,4867
162,0994
148,1659
132,6099
3461,586
3598,228
3643,775
3598,228
3461,586
3233,85
2915,02
2708,074
2475,297
2215,415
75,12109
169,0224
300,4843
469,5068
676,0898
920,2333
1201,937
1367,271
1543,254
1730,79
0,051523
0,052173
0,050866
0,047602
0,04238
0,0352
0,026064
0,0204
0,014181
0,007373
2
Коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс автомобиля,
может быть рассчитан по приближённой формуле:
 вр  1,03  аи к  и Д 2
(33)
где uк – передаточное число рассматриваемой ступени коробки
передач (1 – для четвертой передачи);
33
uД – передаточное число рассматриваемой ступени дополнительной
коробки (если её нет, то uД=1);
а – постоянная для данного автомобиля величина (принимаем 0,04):
— для легковых автомобилей – 0,05…0,07;
— для грузовых автомобилей и автобусов – 0,04…0,05.
Тогда, например, для четвертой передачи
 вр  1,03  0,04  1  12  1,07
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
5
I скорость
10
15
II передача
III передача
20
25
IV передача
Рисунок. 5 – Динамическая характеристика автомобиля
Величина сцепления колес с дорогой изменяется по мере снижения
скорости и определяется по формуле:
v  0x  3
vmax  v
vmax
34
(34)
где  0 -
первоначальное
сцепление
колес
с
дорогой,
которое
определяется в соответствии с дорожными условиями (таблица 4);
- максимальная скорость движения автомобиля, определенная
vmax
ранее;
v - изменение скорости автомобиля.
При расчете интервал изменения скорости принимается 5 км/час.
Изменение коэффициента сцепление рассчитывается до скорости 40
км/час (принимаем что дальнейшее изменение не значительно). Необходимо
определить изменение замедления аз на каждом интервале скорости по
формуле:
t i  v / a cp
где
аср -
(35)
среднее
значение
замедления
на
соответствующем
интервале скорости;
v - изменение скорости автомобиля
По полученному значению строим график изменения времени
торможения в зависимости от скорости движения автомобиля tтор=f(v).
Расчет необходимо произвести для значения коэффициента сцепления по
сухой и мокрой дороге (в том случае если в задании тип дорожного
покрытия снег то для укатанного и рыхлого снега; если по заданию
грунт после дождя то для рыхлого покрытия; если сухой грунт то для
твердого покрытия) .
Определяем общее время замедления tтор.
Данные, определенные при помощи расчета сводим в таблицу 3.1.
Таблица 3.1
Данные для построения графика изменения времени торможения
Для сухого покрытия (  x =0,7)
V,
м/с
1
0,72
1
аз1
аср1
t1
2
0,018
3
1,187
4
5
Для мокрого покрытия (  x =0,35)
tтор1  t1  2
6
0
35
7
0,05
аз2
аср2
t1
8
1,295
9
10
tтор2  t2
11
0
1,08
1,44
1,8
2,16
2,52
2,88
3,07
3,27
3,46
1,35
2,02
2,69
3,36
4,04
4,71
5,38
5,74
6,19
6,46
2,51
3,76
5,02
6,27
7,53
8,78
10,0
10,7
11,3
12,0
4,65
6,98
9,31
11,6
14,0
16,3
18,6
19,8
21,1
22,3
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
1,232
1,246
1,231
1,187
1,112
1,008
0,94
0,864
0,78
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,018
0,019
1,233
1,276
1,29
1,274
1,228
1,152
1,047
0,979
0,902
0,822
0,018
0,018
0,018
0,018
0,019
0,019
0,019
0,019
0,02
0,02
0,943
0,971
0,977
0,96
0,929
0,868
0,784
0,73
0,679
0,612
0,018
0,019
0,019
0,02
0,02
0,021
0,022
0,023
0,023
0,024
0,634
0,649
0,638
0,617
0,569
0,513
0,439
0,396
0,339
0,286
1,2095
0,298
0,298
1,239
0,291
0,589
1,2385
0,291
0,88
1,209
0,298
1,178
1,1495
0,313
1,491
1,06
0,34
1,831
0,974
0,195
2,026
0,902
0,222
2,248
0,822
0,231
2,479
0
1,2545
0,536
0,536
1,283
0,524
1,06
1,282
0,525
1,585
1,251
0,538
2,123
1,19
0,565
2,688
1,0995
0,612
3,3
1,013
0,354
3,654
0,9405
0,381
4,035
0,862
0,418
4,453
0
0,957
1,311
1,311
0,974
1,289
2,6
0,9685
1,296
3,896
0,9445
1,329
5,225
0,8985
1,397
6,622
0,826
1,519
8,141
0,757
0,883
9,024
0,7045
0,949
9,973
0,6455
1,04
11,013
0
0,6415
3,628
3,628
0,6435
3,617
7,245
0,6275
3,709
10,954
0,593
3,925
14,879
0,541
4,302
19,181
0,476
4,89
24,071
0,4175
2,969
27,04
0,3675
3,372
30,412
0,3125
3,985
34,397
36
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
1,339
1,354
1,339
1,294
1,22
1,116
1,048
0,972
0,887
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
1,433
1,476
1,49
1,474
1,434
1,358
1,253
1,185
1,108
1,022
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
1,208
1,236
1,25
1,233
1,202
1,149
1,065
1,02
0,96
0,902
0,05
0,05
0,05
0,05
0,06
0,06
0,06
0,06
0,06
0,07
0,936
0,951
0,948
0,936
0,907
0,86
0,804
0,761
0,723
0,679
1,317
0,273
0,273
1,3465
0,267
0,54
1,3465
0,267
0,807
1,3165
0,273
1,08
1,257
0,286
1,366
1,168
0,308
1,674
1,082
0,176
1,85
1,01
0,198
2,048
0,9295
0,204
2,252
0
1,4545
0,463
0,463
1,483
0,454
0,917
1,482
0,454
1,371
1,454
0,463
1,834
1,396
0,482
2,316
1,3055
0,515
2,831
1,219
0,294
3,125
1,1465
0,312
3,437
1,065
0,338
3,775
0
1,222
1,027
1,027
1,243
1,01
2,037
1,2415
1,011
3,048
1,2175
1,031
4,079
1,1755
1,068
5,147
1,107
1,134
6,281
1,0425
0,641
6,922
0,99
0,675
7,597
0,931
0,721
8,318
0
0,9435
2,467
2,467
0,9495
2,451
4,918
0,942
2,471
7,389
0,9215
2,526
9,915
0,8835
2,634
12,549
0,832
2,797
15,346
0,7825
1,584
16,93
0,742
1,67
18,6
0,701
1,776
20,376
время торможения,с
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
скорость, м/с
сухое покрытие
мокрое покрытие
Рисунок 6 – График зависимости времени торможения от скорости
движения автомобиля (для 1-й передачи)
3.2 Определение общего времени замедления
Суммарное значение времени торможения определяется по формуле:
tсум  t p  t y  tnp  tmop
(36)
где: tр – время реакции водителя, принимается в пределах 0,4…1,5с; tпр
–
время
срабатывания
тормозов,
зависит
от
типа
тормоза
для
гидравлического привода 0,2-0,4 с, для пневматического привода 0,6-0,8 с: tу
– время достижения максимального тормозного усилия на колеса зависит от
типа автомобиля и привода:
- грузовые автомобили с гидравлическим приводом……….0,05-0,2 с;
-
грузовые
автомобили
с
пневматическим
тормозом
грузоподъемностью до 4500 кг……………….0,15-1,2 с;
- то же грузоподъемностью свыше 4500 кг… ……………….0,2-1,5 с;
Меньшее значение соответствует дорогам с малым коэффициентом
дорожного сцепления.
37
3.3 Определение тормозного пути
Этот параметр определяется с использованием графика
tтор=f(v),
принимая, что в каждом интервале скоростей (принятом 5 км/час)
автомобиль движется равнозамедленно. Разбив кривую на соответствующее
количество отрезков для каждого из них определяем приращение пути s
для двух значений соответствующих коэффициенту сцепления колес с
дорогой в сухом и мокром состоянии.
Приращение пути определяются по следующей формуле:
s  vcp  t
где vср - средняя скорость автомобиля для каждого промежутка времени
торможения;
t -
промежуток
времени
торможения
для
соответствующих
скоростей.
Расчетные данные сведены в таблицу.
Таблица 3.2
Vcp
0,9
1,26
1,62
1,98
2,34
2,7
2,975
3,17
3,365
t1
0,298
0,291
0,291
0,298
0,313
0,34
0,195
0,222
0,231
t2
0,273
0,267
0,267
0,273
0,286
0,308
0,176
0,198
0,204
s1
0,27
0,37
0,47
0,59
0,73
0,92
0,58
0,7
0,78
s 2
0,25
0,34
0,43
0,54
0,67
0,83
0,52
0,63
0,69
1,6819
2,35466
3,02742
3,70018
4,37294
5,0457
5,561202
5,919447
6,278533
0,536
0,524
0,525
0,538
0,565
0,612
0,354
0,381
0,418
0,463
0,454
0,454
0,463
0,482
0,515
0,294
0,312
0,338
0,9
1,23
1,59
1,99
2,47
3,09
1,97
2,26
2,62
0,78
1,07
1,37
1,71
2,11
2,6
1,63
1,85
2,12
3,137508
1,311
1,027
4,11
3,22
38
4,392511
5,647514
6,902518
8,157521
9,412524
10,37417
11,04246
11,71232
1,289
1,296
1,329
1,397
1,519
0,883
0,949
1,04
1,01
1,011
1,031
1,068
1,134
0,641
0,675
0,721
5,66
7,32
9,17
11,4
14,3
9,16
10,48
12,18
4,44
5,71
7,12
8,71
10,67
6,65
7,45
8,44
5,81854
8,145956
10,47337
12,80079
15,1282
17,45562
19,239
20,47835
21,72061
3,628
3,617
3,709
3,925
4,302
4,89
2,969
3,372
3,985
2,467
2,451
2,471
2,526
2,634
2,797
1,584
1,67
1,776
21,11
29,46
38,85
50,24
65,08
85,36
57,12
69,05
86,56
14,35
19,97
25,88
32,33
39,85
48,82
30,47
34,2
38,58
По
полученным
данным
производится
построение
графика
зависимости тормозного пути от скорости.
Общий путь торможения определяется по формуле:
Общий путь торможения определяется по формуле:
sсум  t p  tnp   vmax  s y  smop , м
(37)
где tр – время реакции водителя, принимается из предыдущего расчета;
tпр – время срабатывания тормозов, принимается из предыдущего
расчета;
vmax - максимальная скорость движения автомобиля, определенная
ранее;
Sтор – путь, пройденный автомобилем за время tтор, которое
принимается из таблицы 3.2, как сумма ΔS ;
Sу– путь, при котором происходит нарастание тормозного усилия,
определяется по формуле:
s y  v 2 / 2amax , м
(38)
где аmax – максимальное значение замедления, м/с2;
v – скорость движения автомобиля, м/c.
39
путь торможения,м
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
4,63
3,93
3,35
2,43
1,7
1,11
0,64
0
0
1
0,5
0,27
1,5
2
2,5
3
3,5
4
суорость, м/с
мокрое покрытие
сухое покрытие
Рисунок 7 – График зависимости тормозного пути от скорости
движения автомобиля
3.4 Показатели устойчивости автомобиля
Показателями
поперечной
устойчивости
автомобиля
являются
максимально возможные скорости движения по окружности исходя из
условия
поперечного
скольжения
колес
(заноса)
и
опрокидывания
автомобиля. Устойчивость определяется в соответствии с расчетной схемой,
приведенной на рисунке 8 и 9.автомобиля.
При
равномерном
движении
по
дуге
постоянного
радиуса
центробежная сила равна:
Pц  m   2  
(39)
где m – масса автомобиля, кг;
 - угловая скорость автомобиля при повороте, рад/с;
 - расстояние от центра поворота до центра тяжести автомобиля,
м
40
Рисунок 8 - Схема сил действующих на машину при повороте
Рисунок 9 - Схема сил действующих на машину при опрокидывании
41
Вместе с тем:
  v/ ;
  R / cos 
R  L / tg
(40)
где  - угол между радиусом поворота центра тяжести и продолжением
оси заднего моста автомобиля;
 - угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости
середины переднего моста, принимается равным полусумме углов поворота
управляемых колес.
R -расстояние от оси поворота до продольной оси автомобиля.
Таким образом, центробежная сила, действующая на автомобиль
равна:
Pц  m  v2  /L  cos   , Н
(41)
где m - масса автомобиля, кг;
v - скорость автомобиля по заданию;
 - угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости
середины переднего моста, принимается равным полусумме углов поворота
управляемых колес);
L - плечо приложения силы тяжести автомобиля относительно оси
поворота;
 - угол между прямыми, проведенными из точки оси поворота к
центру тяжести и оси заднего моста.
А ее продольная составляющая:
Py  m  v2   / L , Н
(42)
где m - масса автомобиля, кг;
v - скорость автомобиля по заданию, км/ч;
- угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости
середины переднего моста, принимается равным полусумме углов поворота
управляемых колес;
L - плечо приложения силы тяжести автомобиля относительно оси
поворота, м.
42
Определение
критических
условиям опрокидывания
и
скоростей
движения
заноса
(рисунок
центробежной
силы
8),
автомобиля
по
выполняется
в
следующей последовательности.
1.
Под
действием
Ру автомобиль
может
опрокинуться относительно оси, проходящей через центры контактов
шин наружных колес с дорогой. Составляется уравнение моментов сил
относительно этой оси:
0.5  G  B  Py  hц  Rzb  B
(43)
где Rzb – сумма нормальных реакций дороги, действующих на
внутренние колеса автомобиля, Н.
G - полный вес автомобиля, который определяется: G  ma  g ,
B - ширина колеи автомобиля, м; принимается из аналога
Рy - продольная составляющая центробежной силы, определенная ранее
hц - высота центра тяжести автомобиля, которая может быть
принята 0,5-0,65 от общей высоты автомобиля.
2. В момент начала опрокидывания сумма реакций дороги Rzb=0
Тогда:
0.5  G  B  Py  hц
(44)
G – полный вес автомобиля;
B - размер колеи автомобиля, м; принимается из аналога
Рy - продольная составляющая центробежной силы, определенная ранее
hц - высота центра тяжести автомобиля, см. ранее
3. При подстановке значения силы Рy из (42) определяется значение
максимальной скорости по условию опрокидывания:
v0 
B  R  g / 2  hц
(45)
B - размер колеи автомобиля, м; принимается из аналога
hц - высота центра тяжести автомобиля, которая может быть принята
0,5-0,65 от общей высоты автомобиля.
g -ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.
43
R - расстояние от оси поворота до продольной оси автомобиля, м.
4.
По
формуле
(45)
осуществляется
построение
графика
допустимых скоростей движения автомобиля для различных радиусов
максимальное значение радиуса 300 м минимальное 50 м, интервал
изменения радиуса 25 м.
5.
Так как в результате
действия продольной
составляющей
инерционной силы возможно скольжение автомобиля, то необходимо
определить максимальные скорости движения для различных радиусов в
изменяющихся дорожных условиях исходя из уравнения:
RyB  RyH  G  x  Py  m  v2   / L
(46)
 - угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости
середины переднего моста, принимается равным полусумме углов поворота
управляемых колес).
L - плечо приложения силы тяжести автомобиля относительно оси
поворота.
V -допустимая скорость автомобиля при повороте
m - масса автомобиля, кг;
Значение допустимой скорости определяется:
vck  L  x  g /   R  g  x
(47)
где x - коэффициент сцепления колес с дорогой.
 - угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости
середины
переднего
моста,
принимается
равным
полусумме углов
поворота управляемых колес).
g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.
L - плечо приложения силы тяжести автомобиля относительно оси
поворота, м.
R -расстояние от оси поворота до продольной оси автомобиля, м.
Графики изменения допустимых скоростей движения строятся для
коэффициентов x по сухой и мокрой дороге.
44
Расчетные данные заносятся в таблицу.
Таблица 3.3
Значения допустимых скоростей
R, м
V0, км/час
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
По
Vс1, км/час при
Vс2 км/час при
x  0.018
x  0.05
2,97
3,64
4,2
4,7
5,15
5,56
5,94
6,3
6,64
6,97
7,28
4,95
6,07
7
7,83
8,58
9,26
9,9
10,51
11,07
11,61
12,13
17,2
21,06
24,32
27,19
29,78
32,17
34,39
36,48
38,45
40,33
42,12
данным
таблицы
3.3
производится
построение
графиков
зависимости скоростей от радиуса поворота.
45
40
35
скорость, м/с
30
25
20
15
10
5
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Ралиус поворота, мм
опрокидывание
сухое покрытие
мокрое покрытие
Рисунок 10 - Графики зависимости скоростей от радиуса поворота
45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения данной работы и проведения расчетов
определены числовые значения показателей эксплуатационных свойств
автомобиля и построены графики их изменения для проектируемого
автомобиля в зависимости от изменения его скорости движения, а также
график
зависимости
скорости
от
радиусов
поворота
в
условиях
опрокидывания, в условиях сухого и мокрого покрытия дорожного полотна.
При
выполнении
проектировочного
расчета
автомобиля
были
определены значения основных параметров двигателя и трансмиссии,
которые обеспечивают автомобилю требуемую интенсивность торможения
при движении по дорогам с твердым покрытием, возможность движения в
условиях мокрого твердого покрытия, когда имеет место повышенное
сопротивление движению.
При
проведении
тягово–динамического
расчета
проектируемого
автомобиля были учтены три вида параметров:
1) параметры, указываемые в техническом задании на проектирование
автомобиля;
2) параметры, которые выбираются конструктором на основании
анализа конструкций современных и зарубежных автомобилей;
3) параметры, определяемые расчетным путем.
Параметры, проектируемого автомобиля, полученные расчетным
путем, полностью удовлетворяют требованиям технического задания, также
они соответствуют параметрам выбранного автомобиля прототипа – ГЗСА
950 на базе ГАЗ – 53 (крытый фургон).
46
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Расчет механизмов вилочного погрузчика: методические указания /
П.С. Кондратьев. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. – 24с.
2. Справочная книга автомобилиста. Л.: Машиностроение. 1985. 332с.
3.
В.К. Вахламов. Автомобили. Теория и конструкция автомобиля и
двигателя.
4.
Родионов Л. Ф. проектировочный тяговый расчет автомобиля:
учеб.-метод. пособие/ Л. Ф. Родионов. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008.
– 58 с.:ил.
5.
Краткий автомобильный справочник. Справ. изд.: В 5 т. Т 4:
Специальные и специализированные автотранспортные средства: В трех ч.
Часть 1: Фургоны, самосвалы, платформы, тягачи специальные, прицепыроспуски России и СНГ/ М. Н. Грифф, И. А. Венгеров, В. С. Олитский и др. –
М.: Автополюс – плюс, 2004. – 448 с. с табл., ил.
6. Краткий автомобильный справочник НИИАТ. Изд. 9 - е, перераб. и
доп. — М: Транспорт, 1982. — 463 с.
7.
Расчёт
и
построение
внешней
скоростной
характеристики
двигателя, динамической характеристики и топливной экономичности
автомобиля : метод. указ. / сост. : В.П. Капустин, А.В. Милованов, П.П.
Беспалько. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. – 20 с.
8. Токарев А.А. Топливная экономичность и тягово-скоростные
качества автомобиля. - М.: Машиностроение, 1982. - 224 с.
47
Скачать