РГР Теория автомобилей и тракторов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Механико-машиностроительный институт
Кафедра «Подъемно-транспортных машин и роботов»
Расчетно-графическая работа
По дисциплине
«ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ»
Выполнил:
Студент:
Ешин В.Ю.
Группа:
ММ-430404
Руководитель:
Екатеринбург
2017 г.
Акулова А.А.
Введение
Автомобильный транспорт - одна из важнейших отраслей народного хозяйства, развивается
как неотъемлемая часть единой транспортной системы. Главной задачей транспорта является
своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и
населения в перевозках.
В современных условиях дальнейшее развитие экономики немыслимо без хорошо
налаженного транспортного обеспечения. От его надёжности во многом зависят эксплуатационные
свойства автомобиля, такие как: тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность,
устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость.
Повышение производительности автомобиля и снижение себестоимости перевозок
невозможно без изучения эксплуатационных свойств автомобиля, так как для решения этих задач
следует увеличить его среднюю скорость движения и уменьшить расход топлива при
одновременном сохранении безопасности движения и обеспечении максимальных удобств для
водителя и пассажиров.
В теории автомобиля рассматривают эксплуатационные свойства, непосредственно
связанные с движением автомобиля.
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Механико-машиностроительный институт
Кафедра Детали машин
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой ПТМиР
_________ О.А. Лукашук
«____»_____________ 20__ г.
Задание
на курсовую работу
по дисциплине«Теория наземных транспортно-технологических комплексов»
Студент группы ММ-430404 профиль «Автомобиле- и тракторостроение» направление
«Наземно-транспортные технологические комплексы», зачетная книжка №
Фамилия Ешин Имя Владислав Отчество Юрьевич
Руководитель курсового проекта Акулова Анастасия Александровна
Срок выполнения курсового проекта: с______________г. по _____________г.
Тема курсового проекта: Расчет эксплуатационных свойств легкового автомобиля Lada priora.
Содержание курсового проекта ______________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
__________________________
Особые дополнительные сведения
______________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________
План выполнения курсового проекта
Наименование элемента
работы
Выполнение и оформление
Сдача на проверку
Защита курсового проекта
Плановые сроки
Фактические сроки
Примечания
.
Задание получил ___________________________________________ (подпись студента)
Руководитель __________________________________________________ (подпись руководителя)
Оценка курсовой работы _______________________________
Исходные данные к выполнению расчетно-графической работы
Таблица 1 – Исходные данные.
Общие характеристики ВАЗ-2106
Колесная формула
4x2
Число мест, включая водителя, чел.
5
Колесная база, мм.
2492
Дорожный просвет, мм.
165
Габаритные размеры, мм.
4350 х 1680 х 1420
Снаряженная масса, кг
1185
Максимальная скорость, км/ч
183
Кол-во топливных баков
1
Двигатель
Модель двигателя
21127
Тип двигателя
Бензиновый
Число цилиндров
4
Рабочий объем двигателя, л.
1,6
Мощность двигателя, л.с. при об/мин
78/5800
Максимальный крутящий момент, Нмпри об/мин
148/4200
Коробка передач
Тип коробки передач
механическая 4-ступенчатая,
полностью
синхронизированная
Передаточные числа коробки передач прототипа
1-3.67; 2-2.1; 3-1,36; 4-1; 5-0,82
R-3,53
Передаточное число главной передачи
3,7
Колеса и шины
Размер шин
Пневматические, радиальные,
175/65 R14
Коэффициенты *
КПД трансмиссии, η тр
0,92
Коэффициент сопротивления качению, f **
-сухой асфальт
0,001
-мокрый грунт
0,01
Время переключения передач, tп, с
1,5
Плотность топлива, ρ, кг/м3
0,85
Время реакции водителя, tp, c;
1
Время задержки t3, с;
0,2
Время нарастания давления в системе, tн, c;
0,4
Время оттормаживания,tот, c.
0,3
1. Построение тягово-динамической характеристики
Расчет потребной мощности двигателя
Основной задачей седельного автопоезда является перемещение грузов па автомобильным
магистралям, покрытие которых, преимущественно, является асфальтированным. При перемещении
транспортного средства по покрытию хорошего и удовлетворительного качества необходимо
обеспечение максимальной скорости не менее 90 км/ч в соответствии с правилами ЕЭК ООН №68 и
ГОСТ 22576-90. Помимо этого возможны случаи необходимости доставки груза в места к которым
отсутствует проложенное асфальтовое покрытие, альтернативой которому зачастую является
грунтовая дорога. Эти факторы оказывают основное влияние на касательную силу тяги и скорость
движения автомобиля, с учетом которых необходимая мощность двигателя.
Касательная сила тяги находится из уравнения тягового баланса:
𝑃𝑘 = 𝑃𝑓 + 𝑃ℎ + 𝑃𝑗 + 𝑃𝑤 + 𝑃кр
где:
𝑃𝑓 – сила сопротивления качению, определяется по формуле:
𝑃𝑓 = 𝑚а 𝑔 ∙ 𝑓 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼;
f – коэффициент сопротивления качению
𝑓 = 𝑓0 ∙ (1 + (0,0216𝑣)2 )
𝑚а – полная масса автомобиля;
𝑃ℎ – сила сопротивления подъему с углом α;
𝑃ℎ = 𝑚а 𝑔 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼;
𝑃𝜓 – сила суммарного дорожного сопротивления, определяется как сумма сил сопротивления
качению и подъему:
𝑃𝜓 = 𝑚а 𝑔(𝑓 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝑠𝑖𝑛𝛼);
𝑃𝑗 – сила инерции поступательно движущихся масс или сопротивление разгону;
𝑃𝑗 = 𝑚а ∙ 𝑗𝑎 ∙ 𝛿пм ;
𝑗𝑎 – ускорение автомобиля;
𝛿пм – коэффициент приведенной массы, учитывающий неравномерность вращения и моменты
инерции вращающихся деталей трансмиссии, а так же инерцию поступательных масс:
2
𝛿п.м. = 1 + (𝛿1 + 𝛿2 𝑢к.п.
)∙
𝑚𝑎в +𝑚пр
𝑚𝑎в
;
где 𝑢к.п. − передаточное отношение коробки передач на включенной передаче; 𝑚𝑎в −масса
автомобиля; 𝑚пр − масса полуприцепа.
𝑃𝑤 – сила сопротивления воздушной среды;
𝑃𝑤 = 𝑘𝑤 ∙ 𝐴л ∙ 𝑣 2
𝑘𝑤 – коэффициент сопротивления воздуха, может быть найден по формуле:
𝑘𝑤 = 0,5 ∙ 𝑐𝑥 ∙ 𝜌воз
𝑐𝑥 - коэффициент обтекаемости,
𝐴л – лобовая площадь автомобиля.
𝑃кр – сила сопротивления от буксирования прицепа, складывается из сил суммарного дорожного
сопротивления и сопротивления воздушной среды прицепа, определяется по аналогичным
формулам.
После вычисления описанных величин рассчитывают мощность двигателя:
𝑃
∙𝑣
𝑘𝑚𝑎𝑥
𝑁𝑒 = 1000∙𝜂
, кВт
тр
С учетом условий эксплуатации выбираем режимы движения автомобиля и сводим в таблицу
данные, необходимые для расчета мощности:
Исходя из назначения автомобиля, касательную силу будем искать на 4-х режимах:
1. Режим максимальной скорости. Для данного расчетного режима принимаем, что
автомобиль без нагрузки движется с максимальной скоростью по хорошей
асфальтобетнной горизонатльной поверхности (Pk1, Nдв1).
2. Режим максимального дорожного сопротивления. Для данного режима считаем, что
полностью груженый автомобиль движется по наиболее плохому дорожному покрытию
(которое может встречаться в стационарных эксплуатационных режимах) при уклоне
дороги не более 30% с минимальной скоростью(Pk2, Nдв2).
3. Режим максимального ускорения. Режим рассчитывается для обеспечения возможности
быстрых обгонов и высоких показателей разгона. Данный режим должен выбираться при
проектировании спортивных автомобилей и автомобилей, для которых динамика
ускорения является одним из ключевых параметров(Pk2, Nдв2).
4. Средний режим. Для данного расчетного режима выбирается «крейсерская» скорость,
полная нагрузка, удовлетворительное асфальтобетонное покрытие с небольшим уклоном
(может учитываться ускорение)(Pk3, Nдв3).
Таблица 2 – Данные для расчета мощности двигателя
Наименование
Режим 1. max
V
Режим 2. ψ max
mа, кг
f0
Режим 3. max
ja
Режим 4.
среднее
0,009
0,02
1185
0,007
0,1
α, °
0
0
0
1
ja, м/с2
0
0
1
1,5
𝑢к.п.
0,82
3,67
0,82
1
16.66
11,11
𝑚𝑎в , кг
1185
𝑚пр , кг
0
𝑐𝑥
0,25
𝐴л , м2
1,68
υ, м/с (км/ч)
51.9
2,7778
𝜂тр
0,92
𝛿1
0,04
𝛿2
0,05
𝜌воз кг/м3
1,184
kw
0,148
Расчет режима максимальной скорости (j=0; h=0)
Коэффициент сопротивления качению.
𝑓 = 𝑓0 ∙ (1 + (0,0216𝑣)2 )
𝑓 = 0,007 ∙ (1 + (0,0216 ∙ 51.9)2 ) = 0,0158
𝑗𝑎 – ускорение автомобиля;
𝛿пм – коэффициент приведенной массы, учитывающий неравномерность вращения и
моменты инерции вращающихся деталей трансмиссии, а так же инерцию поступательных масс.
Зачастую при расчете значения моментов инерции Jд, Jтр, Jк.ш., Jк.в., не известны, тогда 𝛿пм
определяют по эмпирической зависимости:
2 )
𝛿п.м. = 1 + (𝛿1 + 𝛿2 𝑢к.п.
∙
𝛿п.м. = 1 + (0,04 + 0,05 ∙ 0,922 ) ∙
𝑚𝑎 +𝑚пр
𝑚𝑎
;
1185 + 0
= 1,0736
1185
где 𝛿1 = 0,03 − 0,05 и 𝛿2 = 0,04 − 0,06; 𝑢к.п. − передаточное отношение коробки передач на
включенной передаче; 𝑚𝑎 −масса автомобиля; 𝑚пр − масса прицепа.
𝑘𝑤 – коэффициент сопротивления воздуха, может быть найден по формуле:
𝑘𝑤 = 0,5 ∙ 𝑐𝑥 ∙ 𝜌воз ;
𝑘𝑤 = 0,5 ∙ 0,25 ∙ 1,184 = 0,148
𝑐𝑥 - коэффициент обтекаемости;
𝐴л – площадь Миделя. В качестве площади Миделя принимают лобовую площадь
автомобиля Ал, равную площади проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную
продольной оси. Приближенное значение лобовой площади автомобиля можно вычислить по
формуле:
𝐴л = 𝛼л ∙ 𝐵𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝐻𝑚𝑎𝑥 ;
𝐴л = 0,7 ∙ 1,68 ∙ 1,435 = 1,68 м2
где𝛼л — коэффициент заполнения площади; 𝐵𝑚𝑎𝑥 и 𝐻𝑚𝑎𝑥 — наибольшие ширина и высота
автомобиля соответственно.
Касательная сила тяги находиться из уравнения тягового баланса:
𝑃𝑘 = 𝑃𝑓 + 𝑃ℎ + 𝑃𝑗 + 𝑃𝑤 + 𝑃кр
где:
𝑃𝑓 – сила сопротивления качению, определяется по формуле:
𝑃𝑓 = 𝑚п 𝑔 ∙ 𝑓 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼;
𝑃𝑓 = (1185 + 0) ∙ 9,81 ∙ 0,007 ∙ 1 = 183.8 Н
𝑃ℎ – сила сопротивления подъему с углом α;
𝑃ℎ = 𝑚п 𝑔 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝛼;
𝑃ℎ = 0 Н
𝑃𝜓 – сила суммарного дорожного сопротивления, определяется как сумма сил сопротивления
качению и подъему:
𝑃𝜓 = 𝑚п 𝑔(𝑓 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝑠𝑖𝑛𝛼);
𝑃𝜓 = 1185 ∙ 9,81(0,007 ∙ 1 + 0) = 183.8 Н
𝑃𝑗 – сила инерции поступательно движущихся масс или сопротивление разгону;
𝑃𝑗 = 𝑚п ∙ 𝑗𝑎 ∙ 𝛿пм ;
𝑃𝑗 = 0
𝑃𝑤 – сила сопротивления воздушной среды;
𝑃𝑤 = 𝑘𝑤 ∙ 𝐴л ∙ 𝑣 2
𝑃𝑤 = 0,148 ∙ 1,68 ∙ 51.92 = 673.9 Н
𝑃кр – сила сопротивления от буксирования прицепа, складывается из сил суммарного
дорожного сопротивления и сопротивления воздушной среды прицепа, определяется по
аналогичным формулам.
𝑃кр = 0 Н
𝑚п – полная масса автомобиля;
𝑃𝑘 = 𝑃𝑓 + 𝑃ℎ + 𝑃𝑗 + 𝑃𝑤 + 𝑃кр
𝑃𝑘 = 857.7 Н
Мощность двигателя зависит от касательной силы тяги на колесах и скорости движения
автомобиля, может быть найдена по формуле:
𝑃
𝑘𝑚𝑎𝑥
𝑁𝑒 = 1000∙𝜂
∙𝑣
тр
=
857.7∗51.9
1000∙0,92
= 84.2 кВт
где:
Pk– касательная сила тяги на движителе, необходимая для преодоления суммарной силы
сопротивления движению, Н;
vmax – максимальная скорость движения АТС, м/с;
ηтр- КПД трансмиссии.
𝑓
0,0158
0,10036
0,01016
0,0211
𝑃𝑘
857,7
1168,6
1459,8
2417,04
𝑃𝑓
183,8
1166,6
118,1
245,8
𝑃ℎ
0
0
0
202,8
1,073
1,71
1,073
1,09
0
0
1272,2
1937,4
𝛿п.м.
𝑃𝑗
𝑃𝑤
673,9
1,92
69,3
30,8
𝑃кр
0
0
0
0
𝑁𝑒
84.2
3,52
26,4
29,1
5. Расчет максимальной касательной силы тяги
𝑃𝑘𝑚𝑎𝑥 = max(𝑃𝑘1 , 𝑃𝑘2 , 𝑃𝑘3 , 𝑃𝑘4 )= 1459.8 Н
𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥 = max(Nдв1 , Nдв2 , Nдв3 , Nдв4 ) = 84.2 кВт
Полученную максимальную силу тяги необходимо проверить по условию сцепления.
𝑃𝑘𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝑃𝜑 ;
где 𝑃𝜑 – максимально реализуемая сцепная сила.
𝑃𝜑 = 𝐺сц ∙ 𝜑 = 1185 ∗ 9,81 ∗ 0,8 = 9299.88 Н;
𝑃𝑘𝑚𝑎𝑥 = 2417.04 Н – на режиме максимального ускорения
𝐺сц – сцепной вес автомобиля – вес приходящийся на ведущие оси.
𝜑 – коэффициент сцепления.
Максимальная сила по расчетам выше, чем сила сцепления, тогда мощность
рассчитывают исходя из условия сцепления колес с дорогой, т.е.:
𝑃𝑘𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝜑 ;
𝑃
∙𝑣
1459.8∙51.9
тр
1000∙0,92
𝑘𝑚𝑎𝑥
𝑁дв = 1000∙𝜂
=
= 84.2 кВт;
По условию сцепления двигатель, используемый прототипам, удовлетворяет заданным
условиям, так как 𝑁дв по паспорту транспортного средства равна 78 кВт, а по условиям сцепления
можно реализовать 84.2 кВт.
Максимальная тяга не превышает максимальной касательной силы, реализуемой по
условиям сцепления.
Рассмотрим 3 варианта двигателей мощностью ≤ 100 л.с.
Таблица№5 – двигатели.
ДВС
n, об/мин
Ne, кВт
ge, г/кВт*ч
Gт, кг/ч
Me, Нм
Ford Focus II 1.8 TDCi
3700
4500
5200
ЗМЗ-4063.10
ЗМЗ-4062.10
85
80,9
106,6
192.5
278,8
265
7.23
22,55492
28,249
280
186,4
200,9
ыбираем двигатель Ford Focus II 1.8 TDCi по соображениям простоты конструкции,
ремонтопригодности,
неприхотливости,
стоимости.
Двигатель
четырехтактный,
с
непосредственным впрыском топлива в цилиндр, рядный, с верхним расположением
распределительного вала. Система охлаждения двигателя - жидкостная, закрытого типа, с
принудительной циркуляцией жидкости. Двигатель имеет комбинированную систему смазки: под
давлением и разбрызгиванием.
1.2 Выбор двигателя и его характеристики
Для построения дальнейших характеристик необходимо использовать внешнескоростную
характеристику двигателя.
Внешнескоростной характеристикой называют зависимости эффективной мощности и
вращающего момента на валу двигателя от частоты его вращения при установившемся режиме
работы и полной подачи топлива.
Скоростные характеристики определяют на специальных тормозных стендах, позволяющих
создавать нагрузку и фиксировать значения вращающего момента и частоты вращения вала
двигателя.
Для
достижения
более
точных
результатов
предпочтительно
использовать
внешнескоростную характеристику из паспорта двигателя (рисунок 1).
Для построения кривой мощности воспользуемся следующими формулами:
Мощность двигателя (кВт):
𝑛𝑝
𝑛𝑝
𝑛𝑝
𝑁𝑒 = 𝑁𝑒𝑚𝑎𝑥 ∙ [𝑎 ∙ ( ) + 𝑏 ∙ ( )2 + 𝑐 ∙ ( )3
𝑛𝑁
𝑛𝑁
𝑛𝑁
500
500 2
500 3
𝑁𝑒 = 103,1 ∗ [0.969 ∗ (
) + 1.196 ∙ (
) − 2,157 ∗ (
) = 12.73 кВт
3700
3700
3700
где np – расчетная частота вращения;
nN – частота вращения при максимальной мощности;
a,b,c– коэффициенты, рассчитываемые по формулам:
𝑘𝑀 ∗ 𝑘𝜔 (2 − 𝑘𝜔 ) − 1 1,276 ∙ 1,947(2 − 1,947) − 1
𝑎=
=
= 0.969
𝑘𝜔 (2 − 𝑘𝜔 ) − 1
1.947(2 − 1,947) − 1
2𝑘𝜔 (𝑘𝑀 − 1)
2 ∙ 1,947(1.276 − 1)
𝑏=−
=
= 1.196
𝑘𝜔 (2 − 𝑘𝜔 ) − 1 1,947(2 − 1,947) − 1
𝑘𝜔 2 (𝑘𝑀 − 1)
1,9472 ∙ (1,276 − 1)
𝑐=
=
= −1.165
𝑘𝜔 (2 − 𝑘𝜔 ) − 1 1,947(2 − 1.947) − 1
где 𝑘𝜔 - коэффициент приспособляемости по частоте вращения;
𝑛𝑁 3700
=
= 1,947
𝑛𝑀 1900
𝑛𝑁 - частота вращения при максимальной мощности;
𝑛𝑀 - частота вращения при максимальном моменте;
𝑘𝑀 - коэффициент приспособляемости по моменту;
𝑀𝑒
280
𝑘𝑀 =
=
= 1.276
𝑀𝑁 219.4
𝑀𝑒 - максимальный момент двигателя;
𝑀𝑁 - момент при максимальной мощности;
𝑁𝑒
85
𝑀𝑁 = 9554 ∙
= 9554 ∙
= 219.4 Н ∙ м
𝑛𝑁
3700
Крутящий момент двигателя (Н·м):
𝑛𝑝
𝑛𝑝 2
𝑀𝑒 = 𝑀𝑝 ∙ [𝑎 + 𝑏 ( ) + 𝑐 ( ) ]
𝑛𝑁
𝑛𝑁
500
500 2
𝑀𝑒 = 214 ∙ [0.969 + 1.196 (
) − 1.165 (
) ] = 243.3 кгс ∙ м
3700
3700
Удельный расход топлива (г/кВт·ч)
𝑔𝑒 = 𝑔𝑁 ∙ 𝑘и ∙ 𝑘е
где
𝑔𝑁 - удельный расход топлива при максимальной мощности;
г
𝑔𝑁 = (1,05 … 1,1) ∙ 𝑔𝑒𝑚𝑖𝑛 = 1.075 ∙ 192.55 = 206.9
кВт ∙ ч
𝑔𝑒𝑚𝑖𝑛 - минимальный удельный расход топлива;
𝑘и – коэффициент, учитывающий зависимость 𝑔𝑒 от уровня нагрузки двигателя (принимается равным
1);
𝑘е - коэффициент, учитывающий зависимость 𝑔𝑒 от скоростного режима двигателя;
𝑘𝑒 = 1,25 − 0,99𝐸 + 0,98𝐸 2 − 0,24𝐸 3
𝑘𝑒 = 1,25 − 0,99 ∙ 0,2 + 0,98 ∙ 0,22 − 0,24 ∙ 0,23 = 1,13
𝐸- коэффициент использования угловой скорости вала двигателя.
𝑛𝑒
500
𝐸=
=
= 0,135
𝑛𝑁 3700
𝑔𝑒 = 𝑔𝑁 ∙ 𝑘и ∙ 𝑘е = 206.9 ∙ 1 ∙ 1,13 = 234.5г/кВт ∗ ч
𝑘𝜔 =
Часовой расход топлива (кг/ч) можно найти по формуле:
(𝑔𝑒 ∙ 𝑁𝑒 ) 234.5 ∙ 17.3
𝐺𝑇 =
=
= 4.062 кг/ч
1000
500
Используя приведенные формулы, производится расчет момента при максимальной
мощности, удельного и часового расхода топлива в диапазоне рабочих оборотов двигателя,
заполняется таблица и строится внешнескоростная характеристика.
Таблица 6 – Рассчитанные значения внешней скоростной характеристики
𝑵𝒆 , л.с.
𝒏𝒆 ,об/мин
𝑵𝒆 , кВт
𝑴𝒆 , кгс∙м
E
𝒌е
𝒈𝒆 , г/кВт∙ч
𝑮𝑻 , кг/ч
0
0,0000
0,0000
212,5730
0,0000
1,2500
258,6719
0,0000
100
3,1235
2,2973
219,4838
0,0270
1,2240
253,2821
0,7911
200
6,4330
4,7314
226,0210
0,0541
1,1993
248,1826
1,5965
300
9,9126
7,2907
232,1847
0,0811
1,1760
243,3677
2,4124
400
13,5464
9,9634
237,9748
0,1081
1,1541
238,8314
3,2353
500
17,3184
12,7377
243,3914
0,1351
1,1335
234,5678
4,0623
600
21,2127
15,6019
248,4344
0,1622
1,1142
230,5711
4,8910
700
25,2133
18,5444
253,1039
0,1892
1,0962
226,8354
5,7193
800
29,3042
21,5533
257,3998
0,2162
1,0793
223,3548
6,5452
900
33,4696
24,6169
261,3222
0,2432
1,0637
220,1234
7,3674
1000
37,6935
27,7236
264,8709
0,2703
1,0493
217,1353
8,1846
1100
41,9599
30,8615
268,0462
0,2973
1,0360
214,3846
8,9956
1200
46,2529
34,0190
270,8479
0,3243
1,0238
211,8655
9,7994
1300
50,5565
37,1843
273,2760
0,3514
1,0127
209,5721
10,5952
1400
54,8548
40,3457
275,3305
0,3784
1,0027
207,4985
11,3823
1500
59,1318
43,4915
277,0115
0,4054
0,9937
205,6388
12,1598
1600
63,3717
46,6098
278,3190
0,4324
0,9857
203,9871
12,9270
1700
67,5583
49,6891
279,2529
0,4595
0,9787
202,5375
13,6831
1800
71,6759
52,7176
279,8132
0,4865
0,9727
201,2843
14,4272
1900
75,7084
55,6835
280,0000
0,5135
0,9675
200,2214
15,1584
2000
79,6399
58,5751
279,8132
0,5405
0,9633
199,3430
15,8756
2100
83,4544
61,3807
279,2529
0,5676
0,9599
198,6432
16,5776
2200
87,1360
64,0885
278,3190
0,5946
0,9574
198,1161
17,2631
2300
90,6688
66,6869
277,0115
0,6216
0,9556
197,7559
17,9303
2400
94,0368
69,1640
275,3305
0,6486
0,9547
197,5567
18,5776
2500
97,2241
71,5083
273,2760
0,6757
0,9545
197,5125
19,2030
2600
100,2146
73,7078
270,8479
0,7027
0,9550
197,6175
19,8042
2700
102,9925
75,7510
268,0462
0,7297
0,9562
197,8659
20,3787
2800
105,5418
77,6260
264,8709
0,7568
0,9580
198,2517
20,9238
2900
107,8466
79,3211
261,3222
0,7838
0,9605
198,7690
21,4366
3000
109,8909
80,8247
257,3998
0,8108
0,9636
199,4120
21,9136
3100
111,6588
82,1250
253,1039
0,8378
0,9673
200,1748
22,3513
3200
113,1342
83,2102
248,4344
0,8649
0,9716
201,0515
22,7458
3300
114,3014
84,0686
243,3914
0,8919
0,9763
202,0362
23,0930
3400
115,1443
84,6886
237,9748
0,9189
0,9816
203,1230
23,3884
3500
115,6469
85,0582
232,1847
0,9459
0,9873
204,3061
23,6274
3600
115,7934
85,1660
226,0210
0,9730
0,9934
205,5796
23,8047
3700
115,5677
85,0000
219,4838
1,0000
1,0000
206,9375
23,9153
3800
114,9540
84,5486
212,5730
1,0270
1,0069
208,3740
23,9534
3900
113,9362
83,8000
205,2886
1,0541
1,0142
209,8833
23,9133
4000
112,4985
82,7426
197,6307
1,0811
1,0219
211,4594
23,7889
4100
110,6249
81,3645
189,5992
1,1081
1,0298
213,0965
23,5738
Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя Ford Focus II 1.8 TDCi
1.3 Определение передаточных чисел трансмиссии
При вычислении 𝑢тр.в. , необходимо учесть их передаточные числа:
𝑢тр.в. = 𝑢в.кп. ∙ 𝑢в.ркп ∙ 𝑢0
Определим передаточное число главной передачи из условия обеспечения максимальной
скорости:
𝜋𝑛𝑁 𝑟𝑘
𝑢0 = 30∙𝑢
в.кп ∙𝑣𝑘𝑚𝑎𝑥
=
𝜋∙3700∙0,277
30∙0,76∙51,9
= 2,58;
Значение кинематической скорости 𝑣𝑘𝑚𝑎𝑥 обычно принимают равной максимальной
скорости vmax, при которой определяется мощность двигателя Pev. Следует, однако, иметь в виду,
что скорости𝑣𝑘𝑚𝑎𝑥
и
𝑣𝑚𝑎𝑥 различны. Из формулы видно, что
𝑣𝑘𝑚𝑎𝑥 зависит от принятых
постоянных параметров двигателя и трансмиссии, следовательно, 𝑣𝑘𝑚𝑎𝑥 = const. Скорость же
𝑣𝑚𝑎𝑥 переменна, так как ее значение зависит от дорожных условий и нагрузки автомобиля.
Значение максимальной кинематической скорости должно быть не менее предусмотренного
ГОСТом, и согласовываться со значениями максимальной скорости для автомобилей того же класса
и назначения.
Передаточное число низшей ступени коробки передач определяют исходя из обеспечения
трех условий:
•
преодоление
максимального
дорожного
сопротивления,
определяемого
коэффициентом суммарного дорожного сопротивления ψmax;
•
предотвращение буксования ведущих колес при заданном значении коэффициента
сцепленияφx;
•
возможность движения с заданной минимальной устойчивой скоростью vmin(для
маневрирования в стесненных условиях).
Значения ψmax,φxи vmin регламентированы и зависят от типа автомобиля. Для легковых
автомобилей принимают ψmax=0,35-0,60; для грузовых ψmax= 0,35-0,40; для полноприводных
автомобилей ψmax = 0,7-0,8; для автопоездов ψmax=0,7-0,8; для карьерных автомобилей-самосвалов
ψmax = 0,30-0,40. Для неполноприводных автомобилей принимают φx = 0,7-0,8, а для
полноприводныхφx= 0,7-0,9.
Так как скорость автомобиля на низшей передаче небольшая, то силой сопротивления
воздуха Fw, можно пренебречь, тогда получаем неравенство, которому должно удовлетворять
значениеuтр.н.=uтр.ψ:
𝑢тр.𝜓 ≥
𝑚𝑎 𝑔𝜓𝑚𝑎𝑥 𝑟𝑘
1185 ∙ 9,81 ∙ 0,4 ∙ 0,277
=
= 5,41
𝑀𝑒 (1 − 𝑘в.о. )𝜂тр.н.
280(1 − 0,148) ∙ 0,92
Для грузовых автомобилей и автобусов необходимо обеспечить движение без скольжения
ведущих колес на низшей ступени трансмиссии. Из условия отсутствия буксования ведущих колес
Передаточное число низшей ступени трансмиссии uтр.н определяется по формуле:
𝑢тр.𝜑 ≤
𝜑𝑥 ∙ 𝑅𝑧 ∙ 𝑟𝑘
0,8 ∙ 1185 ∙ 9,81 ∙ 0,277
=
= 5,95
𝑀𝑒 (1 − 𝑘в.о. )𝜂тр.н.
280(1 − 0,148) ∙ 0,92
Значение Rz зависит от колесной формулы автомобиля. Для полноприводных автомобилей
Rz = mg,
Скольжение ведущих колес будет исключено при условии uтр.ψ≤uтр.φ. В этом случае
принимают uтр.н.=uтр.ψ. Если для неполноприводного автомобиля окажется, чтоuтр.ψ>uтр.φ , то
необходимо проверить возможность увеличения нагрузки на ведущие колеса за счет уменьшения ее
на ведомые колеса. При этом должны учитываться ограничения на осевые нагрузки на дорогу и
допускаемые нагрузки на шины. Если не удается добиться условия отсутствия скольжения, тогда
следует принять uтр.ψ=uтр.φ.
Обеспечение минимальной устойчивой скорости движения vmin в заданных дорожных
условиях:
u тр.v. 
  nmin  rk   900  0,277

 18,81
30  min
30 1,38
где vmin= 3–5 км/ч – для автомобилей повышенной проходимости; nmin = 900 об/мин – для
бензинового двигателя.
Из полученных значений по трем условиям необходимо выбрать передаточное число
трансмиссии на низших передачах.
𝑢тр.н ≤ 𝑢тр.𝜑
{𝑢тр.н ≥ 𝑢тр.𝜓
𝑢тр.н ≥ 𝑢тр.𝑣
𝑢тр.н ≤ 5,95
{𝑢тр.н ≥ 5,41
𝑢тр.н ≥ 18,8
Принимаем uтр.н= 9,8
Передаточное число низшей ступени коробки передачuк.п.н. определяется из выбранного
низшего передаточного числа всей трансмиссии, учитывая передаточное число главной передачи,
раздаточной коробки и дополнительных коробок при их наличии. Передаточное число низшей
ступени передач раздаточной коробки принимают в пределах 1,5-2,0, ориентируясь на параметры
выпускаемых в настоящее время раздаточных коробок.
𝑢к.п.н. =
𝑢тр.н
9,8
=
= 3,789
𝑢0
2,58
Так как полученное значениеuк.п.н.≤9, то можно использовать кинематическую схему
трехвальной коробки передач с двумя степенями свободы. Такую схему применяют для грузовых
автомобилей, автобусов и легковых автомобилей классической компоновки. Ограничение
максимального значения обусловлено тем, что максимально допустимое передаточное число
цилиндрической зубчатой передачи uц.п.≤3.
Далее переходим к определению количества ступеней в коробке передач.
Определение количества ступеней в КПП
Отношение передаточных чисел низшей uтр.н. и высшей uтр.в. ступеней трансмиссии называют
диапазоном передаточных чисел трансмиссии:
𝑢тр.н.
Дтр = 𝑢
тр.в.
=𝑢
𝑢тр.н.
к.п.в. ∙𝑢0
9,8
=0,8∙2,58 =4,73
Формула для определения количества ступеней коробки передач:
𝑛к.п. = 1 +
ln Дкп
ln 𝑢кпн − ln 𝑢кпв
𝑙𝑛3,7 − 𝑙𝑛0,8
= 1+
= 1+
= 4,73
ln 𝑞
ln 𝑞
𝑙𝑛1,55
Округляем в большую сторону: 𝑛к.п. = 5
Полученное значение уточняем по формуле:
𝑞ср =
𝑛кп −1
√Дкп =
𝑛кп −1
√
𝑢кпн 4
= √4,72 = 1,47
𝑢кпв
Передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач вычисляем по формулам:
𝑢кп𝑖 = 𝑢кп𝑖+1 ∗ 𝑞ср
𝑢кп5 = 0,8
𝑢кп4 = 0,8 ∗ 1,47 = 1,18
𝑢кп3 = 1,74
𝑢кп2 = 2,56
𝑢кп1 = 3,78
Результаты расчетов сводятся в таблицу:
u0
uкп1
uкп2
uкп3
uкп4
uкп5
3,78
3,78
2,56
1,74
1,18
0,8
1.4 Построение тяговой характеристики
Тяговым называют режим, при котором энергия передается от двигателя к ведущим
колесам. Выполняя транспортную работу, водитель выбирает скорость движения исходя из
эксплуатационных условий. Этот выбор ограничен диапазоном скоростей от максимальной,
определяемой максимальной мощностью двигателя или сцеплением ведущих колес с дорогой, до
минимальной по условиям устойчивой работы двигателя. Чем тяжелее дорожные условия, тем
более узок этот диапазон и меньше возможные ускорения. В некоторых условиях может оказаться
единственно возможное значение скорости. Такие дорожные условия являются предельными для
данного автомобиля по его тягово-скоростным свойствам.
Тяговые возможности автомобиля характеризует свободная сила тяги на колесах.
Графическая зависимость свободной силы тяги на ведущих колесах от скорости ТС называется
тяговой характеристикой:
𝑃𝑎 = 𝑓(𝑣𝑎 )
Скорость движения автомобиля в км/ч на каждой из передач может быть найдена по
формуле:
𝑣𝑎 = 0,377 ∙
𝑟𝑘 𝑛𝑒
𝑢тр
𝑣𝑎1 = 0,377 ∙
𝑟𝑘 𝑛𝑒
𝑢тр
=0,377 ∙
0.277∗500
3,78∗2,58
= 5,33 км/ч
𝑢тр обозначает общее передаточное число трансмиссии на каждой передаче в коробке
передач.
Значение свободной силы тяги Pa на всех передачах вычисляется по формуле:
𝑃𝑎 = 𝑃𝑘 − 𝑃𝑤
где 𝑃𝑘 – касательная сила тяги на ведущих колеса автомобиля, соответствующая принятым
ранее числам оборотов коленчатого вала двигателя; 𝑃𝑤 – сила сопротивления воздуха.
Значение касательной силы тяги 𝑃𝑘 на различных передачах определяют из следующей
зависимости:
𝑃𝑘1 =
𝑀𝑒 ∙𝜂тр ∙𝑢тр 264,8∗0.92∗3,78∗2,5
𝑟𝑘
=
0.277
= 7912,6Н
где 𝑀𝑒 – текущее значение крутящего момента, соответствующее выбранным частотам
вращения коленчатого вала двигателя;
𝜂тр – КПД трансмиссии;
𝑢тр – общее передаточное число трансмиссии на выбранной передаче.
Построенная тяговая характеристика показывает теоретически возможные значения
свободной силы тяги на различных передачах при условии работы двигателя с полной нагрузкой и
отсутствии ограничения по сцеплению с дорогой. В эксплуатации сцепные возможности часто
бывают ограничены или сцепной массой, или величиной коэффициента сцепления.
Рассчитанную величину максимальной силы тяги по сцеплению наносят на график тяговой
характеристики. Для АТС ограничение силы тяги по сцеплению на тяговой характеристике
выражается прямой линией, параллельной оси абсцисс и отстоящей от нее на расстоянии, равном
Рφ.
Если в данных дорожных условиях, характеризуемых коэффициентом сцепления φ, к
ведущим органам машины приложить свободную силу тягиPa, превышающую значение
максимальной силы тяги по сцеплению, то будет наблюдаться буксование ведущих органов по
опорной поверхности. В данной ситуации необходимо либо уменьшить силу Р а, либо увеличить
силу тяги по сцеплению. Увеличение силы тяги по сцеплению возможно двумя путями:
увеличением коэффициента сцепления (использование грунтозацепов, цепей противоскольжения и
т.п.) и увеличение сцепной массы.
Сцепную массу, в свою очередь, можно увеличить также несколькими путями: увеличением
нагрузки на ось (ограничивается несущей способностью опорной поверхности), увеличением числа
ведущих колес (полноприводные автомобили) и т.п.
1.5 Построение динамической характеристики
Графическое изображение зависимости динамического фактора от скорости движения
D=f(va) на всех передачах трансмиссии называется динамической характеристикой автомобиля.
Динамический фактор — это безразмерная величина, характеризующаяпотенциальные
возможности автомобиля по преодолению дорожных сопротивлений или сообщению ему ускорения
в данных дорожных условиях. Следовательно, динамический фактор характеризует тяговые и
скоростные свойстваавтомобиля.
Величина D зависит от конструктивных параметров автомобиля и режимаего движения,
вычисляется по формуле:
𝑀𝑒 ∙𝜂тр ∙𝑢тр
𝐷=
𝑟𝑘
− 𝑘𝑤 𝐴л 𝑣𝑎2
𝑚𝑎 𝑔
Из этой формулы видно, динамический фактор представляет собой отношение свободной
силы тяги на колесах к весу ТС:
𝐷=
𝑃𝑎
7912,6
=
= 0,68
𝐺𝑎 1185 ∗ 9,81
Таблица 8 – Рассчитанные значения тяговой характеристики
I передача
n, об/мин
Me, Н*м
va, км\ч
Pk, Н
Pw, Н
Pa, Н
Da
500 243,3914248 5,334381696
7912,62105
0,548383
7912,073
0,680617
1000 264,8709459 10,66876339
8610,91726
2,193533
8608,724
0,740545
1500 277,0115449 16,00314509
9005,60643
4,935448
9000,671
0,774261
2000 279,8132216 21,33752679
9096,68855
8,774131
9087,914
0,781766
2500
273,275976 26,67190848
8884,16361
13,70958
8870,454
0,76306
3000 257,3998081 32,00629018
8368,03162
19,74179
8348,29
0,718142
3500 232,1847181 37,34067188
7548,29258
26,87078
7521,422
0,647012
4000 197,6307057 42,67505357
6424,9465
35,09652
6389,85
0,549672
II передача
n, об/мин
Продолжение табл.8
Me, Н*м
va, км\ч
Pk, Н
Pw, Н
Pa, Н
Da
500
243,3914
7,86988
5363,353
1,193582
5362,159
0,461267
1000
264,8709
15,73976
5836,674
4,774327
5831,899
0,501675
1500
277,0115
23,60964
6104,203
10,74223
6093,461
0,524175
2000
279,8132
31,47952
6165,94
19,09731
6146,843
0,528768
2500
273,276
39,3494
6021,886
29,83954
5992,047
0,515452
3000
257,3998
47,21928
5672,04
42,96894
5629,071
0,484227
3500
232,1847
55,08916
5116,403
58,4855
5057,917
0,435095
4000
197,6307
62,95904
4354,973
76,38922
4278,584
0,368055
III передача
n, об/мин
Me, Н*м
Продолжение табл.8
va, км\ч
Pk, Н
Pw, Н
Pa, Н
Da
500 243,3914248 11,61053155
3635,40125
2,597886
3632,803
0,312503
1000 264,8709459 23,22106311
3956,22881
10,39155
3945,837
0,339431
1500 277,0115449 34,83159466
4137,56613
23,38098
4114,185
0,353913
2000 279,8132216 46,44212622
4179,4132
41,56618
4137,847
0,355948
273,275976 58,05265777
4081,77003
64,94716
4016,823
0,345538
3000 257,3998081 69,66318933
3844,63661
93,52391
3751,113
0,322681
3500 232,1847181 81,27372088
3468,01295
127,2964
3340,717
0,287377
4000 197,6307057 92,88425244
2951,89904
166,2647
2785,634
0,239628
2500
IV передача
n, об/мин
Me, Н*м
Продолжение табл.8
va, км\ч
Pk, Н
Pw, Н
Pa, Н
Da
500
243,3914
17,12916
2464,157
5,654421
2458,502
0,211487
1000
264,8709
34,25832
2681,621
22,61768
2659,003
0,228734
1500
277,0115
51,38749
2804,535
50,88979
2753,646
0,236876
2000
279,8132
68,51665
2832,9
90,47074
2742,43
0,235911
2500
273,276
85,64581
2766,716
141,3605
2625,355
0,22584
3000
257,3998
102,775
2605,981
203,5592
2402,422
0,206663
3500
232,1847
119,9041
2350,697
277,0666
2073,631
0,178379
4000
197,6307
137,0333
2000,864
361,883
1638,981
0,140989
V передача
n, об/мин
Me, Н*м
Продолжение табл.8
Pw, Н
Pa, Н
500 243,3914248 25,27086561
va, км\ч
1670,26098
Pk, Н
12,30711
1657,954
0,142622
1000 264,8709459 50,54173123
1817,66308
49,22845
1768,435
0,152125
1500 277,0115449 75,81259684
1900,97731
110,764
1790,213
0,153999
2000 279,8132216 101,0834625
1920,20367
196,9138
1723,29
0,148242
2500
273,275976 126,3543281
1875,34216
307,6778
1567,664
0,134855
3000 257,3998081 151,6251937
1766,39279
443,0561
1323,337
0,113837
3500 232,1847181 176,8960593
1593,35554
603,0485
990,307
0,085189
4000 197,6307057 202,1669249
1356,23043
787,6552
568,5752
0,04891
Da
2. Построение и расчет скоростных характеристик
2.1. Построение характеристики ускорения
Выражение для определения ускорения автомобиля имеет вид:
𝑗𝑎 = (𝐷 − 𝜓) ∙
𝑔
𝛿
где  - суммарный коэффициент дорожных сопротивлений;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
 - коэффициент учета вращающихся масс.
𝜓 = 𝑓 (1 + (0,0216 ∙
𝜓 = 0,016 ∙ (1 + (0,0216 ∙
2
𝑣𝑎
))
3,6
5,33
3,6
)2 ) = 0,0158
α- уклон дороги.
Так как расчет ведется для сухой горизонтальной асфальтобетонной дороги, то
α=0
Поэтому справедливо равенство:𝜓 = 𝑓 ∙ 𝑐𝑜𝑠0 + 𝑠𝑖𝑛0 = 𝑓 = 0,0158
ma + mпр
δ = 1 + (δ1 + δ2 u2к.п. ) ∙
ma
где 𝑢к – передаточное число k-той передачи;
Рассчитаем значение δ на I -ой передаче:
δ𝐼 = 1 + (0,04 + 0,05 ∙ 3,78) = 1,75
Остальные значения δ на других передачах рассчитываем аналогично приведенному выше
примеру.
δ𝐼𝐼 = 1,36
δ𝐼𝐼𝐼 = 1,19
δ𝐼𝑉 = 1,109
δ𝑉 = 1,072
Для примера определим одно из значений ускорения автомобиля на I-ой передаче:𝑗𝑎 =
9,81
м
(0,68 − 0,0158) ∙
=
3,705
1,75
с2
Аналогично приведенному примеру рассчитываем остальные значения ускорения на других
передачах и заносим их в таблицу.
Таблица 9 – Рассчитанные значения динамической характеристики
Iпередача
n, об/мин
va, км\ч
ja,м/с2
ψ
D
500
5,334382
3,705536
0,680617
0,015828386
1000
10,66876
4,039303
0,740545
0,01587698
1500
16,00315
4,226786
0,774261
0,01595797
2000
21,33753
4,267987
0,781766
0,016071357
2500
26,67191
4,162904
0,76306
0,016217139
3000
32,00629
3,911538
0,718142
0,016395318
3500
37,34067
3,513889
0,647012
0,016605892
4000
42,67505
2,969957
0,549672
0,016848863
II передача
n, об/мин
Продолжение табл.9
va, км\ч
ja,м/с2
D
ψ
500
7,86988
3,186318
0,461267
0,015847
1000
15,73976
3,474623
0,5016752
0,015953
1500
23,60964
3,634318
0,5241754
0,016129
2000
31,47952
3,665402
0,5287675
0,016376
2500
39,3494
3,567876
0,5154515
0,016694
3000
47,21928
3,34174
0,4842274
0,017081
3500
55,08916
2,986993
0,4350953
0,01754
4000
62,95904
2,503636
0,368055
0,018069
III передача
n, об/мин
Продолжение табл.9
va, км\ч
ja,м/с2
D
ψ
500
11,61053
2,439436
0,312503
0,015888924
1000
23,22106
2,659005
0,339431
0,016119132
1500
34,83159
2,774952
0,353913
0,016502811
2000
46,44213
2,787274
0,355948
0,017039963
2500
58,05266
2,695973
0,345538
0,017730586
3000
69,66319
2,501048
0,322681
0,018574681
3500
81,27372
2,202499
0,287377
0,019572248
4000
92,88425
1,800327
0,239628
0,020723287
Продолжение табл.9
IVпередача
n, об/мин
va, км\ч
ja, м/с2
D
ψ
500
17,12916
1,726648
0,2114868
0,015979
1000
34,25832
1,874547
0,2287344
0,01648
1500
51,38749
1,939074
0,2368758
0,017315
2000
68,51665
1,920227
0,235911
0,018484
2500
85,64581
1,818008
0,2258399
0,019988
3000
102,775
1,632416
0,2066626
0,021825
3500
119,9041
1,363452
0,1783791
0,023996
4000
137,0333
1,011114
0,1409894
0,026501
V передача
n, об/мин
Продолжение табл.9
va, км\ч
ja,м/с2
ψ
D
500
25,27087
1,155941
0,142622
0,016175713
1000
50,54173
1,232854
0,152125
0,017266289
1500
75,8126
1,233364
0,153999
0,019083916
2000
101,0835
1,157472
0,148242
0,021628594
2500
126,3543
1,005179
0,134855
0,024900322
3000
151,6252
0,776483
0,113837
0,028899101
3500
176,8961
0,471386
0,085189
0,03362493
4000
202,1669
0,089887
0,04891
0,039077811
2.2. Построение характеристик разгона
В
процессе
эксплуатации
автомобиль
движется
равномерно
сравнительно
непродолжительное время. Большую часть времени он перемещается неравномерно. Так, в
условиях города автомобиль движется с постоянной скоростью 15...25% времени работы, а
ускоренно – 30…45%.
Разгон автомобиля во многом зависит от его приемистости, т.е. способности быстро
увеличивать скорость движения. Показателями разгона автомобиля являются ускорение при
разгоне, время разгона и путь разгона.
Время разгона на интервале:
∆𝑡𝑖 =
∆𝑣𝑖 5,33
=
= 0,382с
𝑗ср 3,87
Где:
∆𝑣𝑖 = 𝑣2 − 𝑣1 = 10,66 − 5,33 = 5,33 км/ч
𝑗ср =
𝑗1 + 𝑗2 3,705 + 4,039
=
= 3,87 м/с2
2
2
Общее время разгона:
𝑡𝑘 = ∑ ∆𝑡𝑖 + 𝑡𝑛 (𝑛кп − 1) = 107,98 + 1(4,54 − 1) = 107,9 с
Где: 𝑡𝑛 – время переключения передачи. Принимаем 1с
Таблица 10 – Рассчитанные значения времени и пути разгона
I передача
∆𝑣1
5,33 5,33
𝑗ср1
3,87
5,33
4,13
5,33
4,24
5,33
4,21
5,33
4,037
5,33
3,71
3,24
∆𝑡1
0,382
0,358
0,348
0,351
0,367
0,399
0,457
∆𝑠1
2,041
1,912
1,8609
1,875
1,957
2,128
2,438
∑ ∆𝑡1
2,66
∑ ∆𝑠1
14,21
∆𝑣2
7,869 7,869
7,869
II передача
7,869
7,869
𝑗ср2
3,33
3,55
3,64
3,61
∆𝑡2
0,656
0,615
0,598
0,6044
∆𝑠
5,16
4,84
4,71
4,75
7,869
7,869
3,45
0,632
3,16
0,6908
2,74
0,796
4,97
5,43
6,26
∑ ∆𝑡2
4,59
∑ ∆𝑠
36,15
∆𝑣3
11,6 11,6
𝑗ср3
2,54
∆𝑡3
1,26
∆𝑠3
14,68
III передача
11,6
11,6
11,6
2,78
1,15
2,74
1,17
2,59
1,24
2,35
1,37
2,0014
1,61
13,78
13,46
13,65
14,41
15,92
18,70
9,012
∑ ∆𝑠
104,6
𝑗ср4
∆𝑡4
∆𝑠4
17,1 17,1
IV передача
17,1
17,1
17,1
17,1
1,906
1,92
1,86
1,72
1,49
1,18
2,64
2,49
2,46
2,54
2,75
3,17
4,0075
45,2
42,7
42,2
43,6
47,2
54,4
68,6
20,091
∑ ∆𝑠
344,1
𝑗ср5
∆𝑡5
∆𝑠5
17,1
1,8006
∑ ∆𝑡4
∆𝑣5
11,6
2,71
1,87
∑ ∆𝑡3
∆𝑣4
11,6
25,2
25,2
V передача
25,2
25,2
25,2
25,2
25,2
1,19
1,23
1,19
1,08
0,8908
0,623
0,2806
5,87
5,69
5,87
6,49
7,87
11,2
25,01
148,5
143,8
148,3
164,05
199,1
284,3
632,1
∑ ∆𝑡5
68,07
∑ ∆𝑠5
1720,3
3. Мощностной баланс автомобиля
При движении автомобиля тяговая мощность, подводимая к ведущим колесам, затрачивается
на преодоление сопротивления движению. Уравнение мощностного баланса выражает соотношение
между тяговой мощностью на ведущих колесах и мощностями, теряемыми на преодоление
сопротивления движению. Все расчеты производятся для высшей передачи.
𝑃𝑒 + 𝑃в.о. + 𝑃тр + 𝑃𝑓 + 𝑃𝑤 + 𝑃𝑗 = 0
Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению:
25,2
𝑃𝑓 = 𝑓 ∙ 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ 𝑉 = 0,007 ∙ 1185 ∙ 9,81 ∙
= 571,2 Вт
3,6
Мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления воздуха:
25,2 3
3
𝑃𝑤 = 𝑘𝑤 ∙ 𝐴л ∙ 𝑉𝑎 = 0,148 ∙ 1,68 ∙ (
) = 86,3 Вт
3,6
Эффективная мощность:
𝑀𝑒 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛𝑒 280 ∙ 3,14 ∗ 500
𝑃𝑒 =
=
= 14660,7 Вт
30
30
Мощность, затрачиваемая на привод вспомогательного оборудования:
𝑃в.о. = 𝑘в.о. ∙ 𝑃𝑒 = 1,025 ∙ 14660,7 = 15027,2 Вт
Мощность потерь на трение в трансмиссии:
𝑃тр = 𝑃д (1 − 𝜂тр ) = 366,52(1 − 0,92) = 29,3 Вт
𝑃д = 𝑃𝑒 ∗ (1 − 𝑘в.о. ) = 14660,7 ∗ (1 − 1,025) = 366,5 Вт
Мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля:
25,2
𝑃𝑗 = 𝛿п.м. ∙ 𝑚 ∙ 𝑗 ∙ 𝑉 = 1,073 ∙ 1185 ∙ 3,7 ∙
= 10323,3 Вт
3,6
𝑃𝑘 = 𝑃𝑒 (1 − 𝑘во ) ∙ 𝜂тр = 14660,7 ∙ (1 − 1,025) ∙ 0,92 = 337,2Вт
𝑃𝜓 = 𝑃𝑓 + 𝑃ℎ
𝑃𝜓1 = 𝜓1 ∙ 𝑚𝑎 ∙ 𝑔 ∙ 𝑣 = 0,017 ∙ 1185 ∙ 9,81 ∙
25,2
= 1387,2Вт
3,6
𝑃𝜓2 = 𝜓2 ∙ 𝑚𝑎 ∙ 𝑔 ∙ 𝑣 = 0,07 ∙ 1185 ∙ 9,81 ∙
25,2
= 5712,1 Вт
3,6
Таблица 11 –Рассчитанные значения мощностей
Ph
,
H
Pψ, H
Pψ1, H
Pψ2, H
-10323,39
0
-571,22
-1387,25
-5712,195
674,40
-22020,54
0
-1142,44
-2774,49
-11424,39
-1099,56
1011,59
-33044,49
0
-1713,66
-4161,74
-17136,58
117,29
-1466,08
1348,79
-41348,26
0
-2284,88
-5548,99
-22848,78
-75136,42
146,61
-1832,60
1685,99
-44884,87
0
-2856,10
-6936,24
-28560,97
87964,59
-90163,71
175,93
-2199,11
2023,19
-41607,35
0
-3427,32
-8323,48
-34273,17
-29632,47
102625,36
-105190,99
205,25
-2565,63
2360,38
-29468,73
0
-3998,54
-9710,73
-39985,36
-44232,73
117286,13
-120218,28
234,57
-2932,15
2697,58
-6422,03
0
-4569,76
-11098
-45697,56
n,
об/ми
н
Pf, H
Pw , H
Pe, H
Pв.о., H
Pтр, H
Pд, H
Pк, H
Pj, H
1000
-571,22
-86,39
14660,77
-15027,28
29,32
-366,52
337,20
1500
-1142,44
-691,14
29321,53
-30054,57
58,64
-733,04
2000
-1713,66
-2332,59
43982,30
-45081,85
87,96
2500
-2284,88
-5529,09
58643,06
-60109,14
3000
-2856,10
-10799,01
73303,83
3500
-3427,32
-18660,68
4000
-3998,54
4500
-4569,76
4. Построение и расчет характеристик топливной экономичности
4.1. Построение топливной характеристики установившегося движения.
Топливная характеристика установившегося движения представляет собой
график зависимости путевого расхода топлива Qs от скорости v при установившемся
движении автомобиля. Для построения топливной характеристики, рассчитаем
путевой расход в зависимости от режима работы двигателя.
𝑄𝑠 =
𝑔д ∙ 𝑃д.н.
36 ∙ 𝑣 ∙ 𝜌𝑇
Удельный расход топлива 𝑔д зависит от нагрузки двигателя и скоростного
режима.
𝑔д = 𝑔𝑒 ∙ 𝑘И ∙ 𝑘Е
𝑘И = 1,2 + 0,14 ∙ И − 1,8 ∙ И2 + 1,46 ∙ И3
𝑘Е = 1,25 − 0,99 ∙ Е + 0,98 ∙ Е2 − 0,24 ∙ Е3
kИ– коэффициент использования мощности
kЕ– коэффициент учитывающий скоростной режим работы двигателя
Мощность 𝑃дн характеризует нагрузку двигателя
𝑃дн = 𝑃во + 𝑃тр + 𝑃𝜓 + 𝑃𝑤
Путевой расход на каждой передаче отображен в таблице 10.
Таблица 10 – Путевой расход
I
V,
км/ч
Рдн,
кВт
кЕ
кИ
Qs,
л/100
км
5,334382
10,66876
16,00315
21,33753
26,67191
32,00629
37,34067
42,67505
11859,46
23717,82
35575,09
47431,26
59286,34
71140,31
82993,19
94844,98
1,13352
1,049279
0,993724
0,9633
0,954455
0,963634
0,987284
1,021852
1,927466
1,927416
1,927365
1,927314
1,927264
1,927213
1,927163
1,927112
30,20138
27,95485
26,47282
25,66047
25,423
25,66564
26,29363
27,21227
0,808925
0,808888
0,80885
0,808813
0,808775
0,808738
0,808701
0,808663
0,135135
0,27027
0,405405
0,540541
0,675676
0,810811
0,945946
1,081081
420,5783
389,3116
368,6893
357,3922
354,1011
357,4972
366,2615
379,0753
Рдн, кВт
кЕ
Qs,
кИ л/100 км
И
Е
gД
И
Е
gД
II
V, км/ч
7,86988 11858,82
1,13352 1,927407 20,46943 0,808881 0,135135 420,5653
15,73976 23715,24 1,049279 1,927297 18,94519
0,8088
0,27027 389,2875
23,60964 35569,29 0,993724 1,927186 17,93928 0,808718 0,405405 368,6551
31,47952 47420,94
0,9633 1,927076 17,38731 0,808637 0,540541
357,348
39,3494 59270,21 0,954455 1,926966 17,22493 0,808555 0,675676 354,0464
47,21928 71117,09 0,963634 1,926856 17,38784 0,808474 0,810811 357,4309
55,08916 82961,58 0,987284 1,926746 17,81178 0,808393 0,945946 366,1823
62,95904 94803,68 1,021852 1,926636 18,43251 0,808311 1,081081 378,9817
III
V, км/ч
Рдн, кВт
11,61053 11862,61
кЕ
Qs,
кИ л/100 км
1,13352 1,927757
13,8816
И
Е
gД
0,80914 0,135135 420,6417
23,22106 23730,41 1,049279 1,927997 12,85436 0,809317
0,27027
389,429
34,83159 35603,41 0,993724 1,928237 12,17795 0,809494 0,405405 368,8561
46,44213
47481,6
0,9633 1,928478 11,80917 0,809671 0,540541 357,6079
58,05266 59364,99 0,954455 1,928718 11,70475 0,809848 0,675676 354,3683
69,66319 71253,58 0,963634 1,928959 11,82138 0,810026 0,810811 357,8209
81,27372 83147,36 0,987284 1,929199 12,11567 0,810203 0,945946 366,6486
92,88425 95046,34 1,021852
1,92944 12,54418
0,81038 1,081081 379,5333
IV
V, км/ч
Рдн, кВт
17,12916 11854,35
34,25832
кЕ
Qs,
кИ л/100 км
И
gД
1,13352 1,926995 9,398996 0,808577 0,135135 420,4754
23697,4 1,049279 1,926474 8,693979 0,808191
51,38749 35529,14 0,993724 1,925953
68,51665 47349,57
Е
0,27027 389,1212
8,22751 0,807805 0,405405 368,4191
0,9633 1,925432 7,969656
0,80742 0,540541 357,0431
85,64581 59158,68 0,954455 1,924912 7,890572 0,807034 0,675676
353,669
102,775
119,9041
70956,5 0,963634 1,924393 7,960501 0,806648 0,810811
356,974
82743 0,987284 1,923874 8,149775 0,806263 0,945946 365,6364
137,0333 94518,19 1,021852 1,923356 8,428815 0,805877 1,081081 378,3364
V
V, км/ч
Рдн, кВт
25,27087
11847,7
кЕ
Qs,
кИ л/100 км
И
Е
gД
1,13352 1,926382 6,365249 0,808123 0,135135 420,3416
50,54173 23670,79 1,049279 1,925249 7,682852 0,807284
0,27027 507,8796
75,8126 35469,26 0,993724 1,924118 7,118149 0,806444 0,405405 471,0394
101,0835 47243,12
0,9633
1,92299 6,819991 0,805605 0,540541 451,7792
126,3543 58992,37 0,954455 1,921864 6,668339 0,804765 0,675676 442,1941
151,6252
70717 0,963634 1,920741 6,622701 0,803926 0,810811 439,6263
176,8961 82417,02 0,987284
1,91962 6,662856 0,803086 0,945946 442,7542
202,1669 94092,42 1,021852 1,918502 6,776966 0,802247 1,081081 450,8081
Рисунок 7. Топливная характеристика.
4.2 Построение топливно-экономической характеристики.
При эксплуатации автомобиля в условиях широкого изменения дорожных
условий используется топливно-экономическая характеристика. С увеличением
суммарного дорожного сопротивления (Ψ) путевой расход топлива Qs, существенно
возрастает.
𝑄𝑠 =
𝑔𝑒 ∙ 𝑃𝑒
36 ∙ 𝑉 ∙ 𝜌т
Для 4 передачи следующие дорожные условия:
Ψ1 - коэффициент сопротивления качению – 0,016 и уклон 15%;
Ψ2 - коэффициент сопротивления качению – 0,008 и уклон 11%;
Ψ3 - коэффициент сопротивления качению – 0,007 и уклон 11%;
Для 4 передачи следующие дорожные условия:
Ψ1 - коэффициент сопротивления качению – 0,018 и уклон 5%;
Ψ2 - коэффициент сопротивления качению – 0,016 и уклон 5%;
Ψ3 - коэффициент сопротивления качению – 0,007 и уклон 5%;
Рассчитанные значения показаны в таблице.
4-ая передача
Qs4
9,39
8,69
8,22
7,96
7,89
7,96
8,14
8,42
Qs4при ψ1
42,004
38,8
36,7
35,6
35,2
35,5
36,4
37,6
Qs4при ψ2
24,5
22,7
21,5
20,84
20,63
20,81
21,3
22,04
Qs4при ψ3
23,9
22,1
20,92
20,26
20,067
20,24
20,72
21,4
6,36
7,68
7,11
6,81
6,66
6,62
6,66
6,77
Qs5при ψ1
20,901
19,3
18,2
17,6
17,4
17,6
18,01
18,6
Qs5при ψ2
19,2
17,7
16,8
16,2
16,08
16,2
16,5
17,1
Qs5при ψ3
13,2
12,2
11,6
11,2
11,1
11,19
11,4
11,8
5-ая передача
Qs5
Рисунок 8. Топливно-экономическая характеристика.
5. Построение и расчет характеристик торможения
5.1 Построение тормозной диаграммы
Процесс торможения во времени описывается зависимостями|ат | = 𝑓(𝑡)и|𝑣| =
𝑓(𝑡). Эти зависимости называют тормозной диаграммой.
Общее время процесса торможения включает следующие составляющие:
 время реакции водителя𝑡𝑝 = 𝑡𝑝1 + 𝑡𝑝2 , где 𝑡𝑝1 — время психической
реакции
водителя
(оценка
обстановки
и
принятие
решения
о
необходимости торможения); 𝑡𝑝2 — время физической реакции водителя
(перенос ноги с педали акселератора на педаль тормоза) от 0,2 до 0,3 с;
 время срабатывания тормозного привода𝑡с𝑝 = 𝑡з + 𝑡н , где
𝑡з – время
запаздывания тормозного привода (выбор свободного хода в системе
привода тормозных механизмов), не более 0,2 с; 𝑡н — время нарастания
замедления, равно 0,4 с;
 время торможения с установившимся замедлением tуст;
 время оттормаживания 𝑡от .
Установившееся замедление, при экстренном торможении:
𝑎уст = 𝜑 ∙ 𝑔 = 0,8 ∙ 9,81 = 7,8 м⁄ 2
с
𝑣1 = 𝑣0 − 0,5 ∙ 𝑎уст ∙ 𝑡н = 27,7 − 0,5 ∙ 7,8 ∙ 0,4 = 26,2 м/с
𝑡уст =
𝑣1
26,2
=
= 3,33 с
𝑎уст
7,8
Тормозной и установочный пути
Тормозным путем принимается путь, который автомобиль проходит с момента
начала нажатия водителем на педаль тормоза до полной остановки автомобиля.
𝑆т = 𝑆з + 𝑆п + 𝑆уст
Остановочным путем называют путь, который преодолевается автомобилем с
момента возникновения препятствия до полной остановки.
𝑆т = 𝑆р + 𝑆з + 𝑆н + 𝑆уст
𝑆ост
𝑆ост
𝑉02
= 𝑉0 ∙ (𝑡з + 𝑡р + 0,5 ∙ 𝑡н ) +
2∙𝜑∙𝑔
= 27,7 ∙ (0,6 + 0,55 + 0,5 ∙ 0,4) +
27,72
= 86,65 м
2 ∙ 0,8 ∙ 9,81
𝑉02
𝑆т = 𝑉0 ∙ (𝑡з + 0,5 ∙ 𝑡н ) +
2∙𝜑∙𝑔
27,72
𝑆т = 27,7 ∙ (0,6 + 0,5 ∙ 0,4) +
= 71,38 м
2 ∙ 0,8 ∙ 9,81
Рисунок 9. Тормозная диаграмма.
Заключение
В ходе курсовой работы был выполнен анализ эксплуатационных свойств
автомобиля Lada Priora с дизельным двигателем, расчет и построение внешнескоростной,
тягово-динамической
характеристики,
графиков,
показывающие
зависимость скорости от времени и пути от времени, мощностного баланса, а также
характеристик топливной-экономичности и тормозных характеристик. Полученные
навыки позволяют анализировать движение автомобиля в конкретных дорожных
условиях,
что
необходимо
для
эффективной
и
безопасной
транспортного средства в процессе перевозки пассажиров и грузов.
эксплуатации
Список литературы
1. Тарасик В.П. Теория движения автомобиля. Учебник для вузов. - СПб. БХВ-Петербург, 2006.
- 478 с.: ил.
2. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. - М.Машгиз, 1963. - 240 с.
3. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов. - Мн.: Выш.шк., 1986 г - 208 с.
4. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для
вузов по специальности « Автомобили и автомобильное хозяйство ». - М.: Машиностроение, 1989 г.
- 240 с.