Динамический расчет автомобиля

Министерство образования РФ

Федеральное агентство  по образованию

Ульяновский государственный  технический университет

 

Кафедра «Автомобили»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория автомобиля»

 

Тема: «Динамический расчет автомобиля»

 

 

 

 

 

 

 

                               

                                                                          

 

 

 

 

. Выполнил: Жирухин К.С.

 

                                                                                           Группа: АХд-31

                                                                                            Поверил: Хусаинов А.Ш.

 

 

 

 

 

 

Ульяновск 2012

 

Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО Ульяновский государственный технический университет

Кафедра «Автомобили»

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

«ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ»

студенту машиностроительного факультета

Жирухину Кириллу Сергеевичу

 

 

Выполнить тягово-динамический расчет легкового заднеприводного автомобиля. В качестве прототипа принять ВАЗ – 2107:

Выбрать шины и определить их статический радиус качения.

Рассчитать максимальную мощность двигателя автомобиля при: V_max = 150км/ч; D_a = 0,09.

Построить внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Рассчитать передаточное число главной передачи.

Рассчитать передаточные числа в коробке передач при:

Ψ = 0,4.

Построить силовой и  мощностной балансы автомобиля.

Построить динамический паспорт автомобиля.

Построить разгонную  характеристику автомобиля.

Рассчитать давление воздуха в шинах.

Построить топливно-экономическую  характеристику автомобиля.

 

 

 

 

Консультант ________________________________(Хусаинов А.Ш.)

 

Студент ____________________________________( Жирухин К.С.)

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
0. Паспортные данные автомобиля ВАЗ – 2107:

 

1. Масса снаряженного автомобиля ……….М_о = 1060 кг; в т.ч. на переднюю ось М₀₁ = 572 кг; на заднюю ось М₀₂ = 487 кг;

2. Полная масса автомобиля ……………….М_а = 1430 кг;

в т.ч. на переднюю ось М_а1 = 657 кг; на заднюю М_а2 = 772 кг;

3. Максимальная скорость …………………V_{a max} = 150 км/ч (42 м/с) ^*1;

4. Коробка передач – трёхвальная; число передач k = 5; номер прямой передачи n =4; передаточные числа 3,67; 2,10; 1,36; 1,00; 0,82;

5. Колеса:

присоединительные размеры дисков 4 5J-13H2 (4 шпилек на Ø98 мм (т.е. Ø 3,86`); вылет 32 мм; центральное отверстие 58,5 мм);

• Размерность шин и дисков

Шины	Диски	Давление воздуха, кПа
		Передние колеса	Задние колеса
175/70R13	15J-13	170	200
165/80R14		160	190

• Размеры автомобиля:
• длина ………………………..…   L_г = 4,145 м;
• ширина……………………..…..  В_г = 1,620 м;
• высота……………………..……           Н_г = 1,435 м;
• колея наибольшая………………   В_к = 1,365 м;
• база………………………………          L = 2,424 м;
• высота центра масс……………..          h_g = 0,45 м;
• Коэффициент аэродинамического сопротивления с_х = 0,48;
• двигатель: ВАЗ-2103
• бензиновый, продольный, рядный, четырехцилиндровый;
• мощность …………………………….P_max = 72 л.с. (53000 Вт) ^*2

при n_p = 5600 об/мин (ω_p = 586 c^-1)^*3;

• крутящий момент………………….T_max = 10,6 кгс∙м (104 Н∙м) ^*4

при n_T = 3400 об/мин (ω_T = 356 c^-1).

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет исходных данных по характеристике прототипа

 

Коэффициент приспособляемости двигателя по оборотам

К_ω = ω_p / ω_T.   К_ω = 586 / 356 = 1,65;

Коэффициент приспособляемости двигателя по моменту

К_Т = Т_max∙ω_p / P_max. К_Т = 104 ∙ 586 / 53000 = 1,15;

Площадь миделева сечения

А = Нг ∙ Вк .   А= 1,435 ∙ 1,365 = 1,9586 м2;

КПД трансмиссии зависит от передаваемого крутящего момента и температуры масла. Однако переменные факторы в курсовой работе не учитываем из-за их сложности:

,

где z, k, n – число соответственно цилиндрических и конических передач, карданных шарниров. Автомобиль ВАЗ-2107 имеет z = 2 (на всех передачах, кроме прямой) и z = 0 (на прямой передаче); k = 1; n = 1. На режиме максимальной скорости на четвертой передаче

.

 

Справочные данные.

• Плотность воздуха ρ_в = 1,202 кг/м³ (200 м над уровнем моря);
• Коэффициент сопротивления качению f₀ = 0,014;
• Коэффициент влияния скорости A_f = 5,5 ∙ 10^–4 с²/м²;
• Удельный расход топлива g_e = 143 г/кВт·ч;
• Коэффициент коррекции мощности К_р = 0,95.

 

3. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА КОЛЕСА И ВЫБОР ШИН

 

Если данных о развесовке прототипа студентом не найдены:

Обычно автомобили имеют развесовку по осям в снаряженном состоянии 54/46, а с грузом 46/54. Тогда

на переднюю ось без груза :

 кг;

на заднюю ось без  груза :

 кг;

на переднюю ось с полной загрузкой :

 кг;

на заднюю ось с  полной загрузкой :

 кг.

Но мы нашли данные о развесовке автомобиля, поэтому пишем:

Нагрузки на оси прототипа  имеются в исходных данных, поэтому  определим лишь его коэффициенты развесовки. Доля массы автомобиля, приходящаяся на оси:

;  ;  ;  ,

где q₀₁, q₀₂, q_a1, q_a2 – соответственно нагрузка на переднюю (1) и заднюю (2) оси снаряженного (0) и полностью груженого (а) автомобиля.

;  ;    ;  .

Согласно исходным данным максимальная осевая нагрузка приходится на заднюю ось груженого автомобиля. Учитывая, что у прототипа нет спаренных колес, то максимальная масса приходится на каждое из задних колес при полной загрузке автомобиля

 кг.

Вес, приходящийся на колесо

G_к = M_кa2 · g.

G_к =386 · 9,81 = 3787 Н.

Назначаем индекс скорости – T (200 км/ч). Назначаем индекс несущей способности шины – 82 (4750 Н). Выбираем шины 175/70R13 Т82. Рассчитаем статический радиус качения колеса:

r_c = 0,5 · d + В_ш ∙ Δ · λ_см,

где d – посадочный диаметр шины, м; В_ш – ширина профиля шины, м; Δ – относительная высота профиля шины; λ_см = 0,8…0,85 – смятие радиальной шины легкового автомобиля.

r_c = 0,5 · 13 · 0,0254 + 0,175 · 0,70 ·0,825 = 0,266 м.

 

4. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Сначала расчет ведем по мощности, необходимой для поддержания максимальной скорости:

,

где f_k – сопротивление качению на максимальной скорости:

f_k = f₀ · (1 + A_f · V²).  f_k = 0,014 · (1 + 0,00055 ·42 ²) = 0,028.

45194 Вт.

Таким образом, для поддержания максимальной скорости полностью груженого автомобиля необходим двигатель мощностью Р_е = 46 кВт.

Проведем расчет необходимой  мощности двигателя для обеспечения  заданного динамического фактора.

Найдем скорость автомобиля, при  которой динамический фактор будет близок к максимуму:

V_D = V_max/K_ω.   V_D = 42/1,65 = 25,5 м/с (92 км/ч).

Найдем необходимую  мощность двигателя на скорости V_D

.

 46381 Вт.

Рассчитаем максимальную мощность двигателя (в предположении, что закон изменения мощности от скорости двигателя описывается полиномом третьей степени с коэффициентами a, b, c, взятыми у прототипа):

; ; .

;  ;   ;

а = 0,795;    b = 1,171;    c = –0,95.

.

     

66928 Вт.

Таким образом, для обеспечения заданной динамики автомобиля на скорости 25,5 м/с (92 км/ч) необходима максимальная мощность двигателя 67 кВт. Так как > , то для дальнейших расчетов выбираем мощность двигателя, рассчитанную по сопротивлению качению на максимальной скорости.

Крутящий момент при  максимальной мощности

,  ≈ 114.211 Н·м;       Т_max = Т_е · К_Т;      Т_max = 114.211 · 1,15 ≈ 131.342 Н·м.

Таким образом, окончательно принимаем двигатель

Т_max = 131.342 Н·м при 356 рад/с (3400 об/мин).

Р_max = 67 кВт при 586 рад/с (5600 об/мин).

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя сведен в табл. 1.

ВСХ
w	Pe, Вт	Te, Нм
50	5391	108
100	11753	118
200	26351	132
262	35923	137
300	41723	139
400	55797	139
461	62859	136
500	66500	133
550	69939	127

 

 

Рис1. Внешняя скоростная характеристика двигателя                                        Табл. 1

               

 

 

 

 

5. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ

,

где ωр – угловая скорость ведущего вала главной передачи (если она равна скорости двигателя) при максимальной мощности двигателя, с-1.

 

6. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

 

Передаточное число  первой передачи коробки передач (КП) рассчитываем из условия обеспечения необходимой тяги в нормальных дорожных условиях. Передаточное число первой передачи в КП из условия преодоления соответствующего сопротивления Ψ₁

.             3,376.

Четвертая передача в  КП прямая: i₄ = 1,00. Передаточные числа остальных передач в КП рассчитываем по гиперболическому ряду

.

i₂ = 2.172;  i₃ = 1,365;   i₅ = 0.9.

 

7. СИЛОВОЙ И МОЩНОСТНОЙ БАЛАНСЫ АВТОМОБИЛЯ

 

В силовой баланс автомобиля при равномерном движении (F_и = 0) по горизонтальной дороге (F_п = 0) входят только две силы

F_T = F_k + F_в.

Составляющие баланса  вычисляем по зависимостям:

;     ;     .

переменными в балансе  являются:

– момент Т_е (зависит от угловой скорости двигателя);

– передаточное число i_кп в КП;

– КПД η_тр трансмиссии, зависит от загрузки по мощности трансмиссии (для упрощения принимаем постоянным на каждой из передач в КП или в РК, см. п. 1.2);

– скорость V автомобиля;

– кинематический радиус r_k зависит от крутящего момента на колесе, но для упрощения этой зависимостью пренебрежем и примем r_k = r_с.

Мощностной баланс получим, почленно умножив силовой баланс на скорость автомобиля:

P_T = F_T  V;   P_k = F_k  V;      P_в = F_в  V.

Расчет ведем для  всех передач в КП при повышенной передаче в раздаточной коробке, и для первой и второй передач  в КП на пониженной в РК передаче.

Текущую скорость вычисляем  по формуле

.

Результаты расчета сведем в табл. 2 и покажем на рис. 2 и 3.

 

 

2. Силовой и мощностной балансы  автомобиля