Расчет систем двигателя

1 Визначення  повної маси, осьових навантажень, компонування і колісної формули  автомобіля

 

 Компонувальну схему  автомобіля приймають на основі  аналізу компонувальних схем  автомобілів світового автомобілебудування  і на базі наукового прогнозу. Компонувальну схему приймаю за прототипом, у якості якого вибираю  ВАЗ-2107.

 

1. Визначення маси автомобіля

Повну масу автомобіля, який проектується, при попередніх розрахунках можна визначити за виразом:

                             

,                                (1.1)

де – власна маса автомобіля, кг;

    = 75 кг – маса пасажира та водія;

  =50 кг– маса багажу. Масу багажу водія і пасажира вантажного автомобіля приймають 5 кг, а легкового автомобіля –10 кг на одну людину;

    z=4 – число місць для пасажирів;

      Чисельне значення:

 кг.

Розподіл маси по осях залежить від прийнятої компонувальної схеми і ступеня навантаження. При виконанні проекту автомобіль розглядається повністю завантаженим.

Розподіл маси і кількість осей автомобіля, що проектується, для експлуатації на дорогах загального користування визначаємо, орієнтуючись на існуючі конструкції., але при цьому виходимо із допустимих навантажень на вісь, зумовлених міцністю дорожніх покриттів.   

Навантаження на кожну з осей автомобіля можна також визначити, виходячи з того, що автомобіль-прототип має дві осі:

                                 

                                  кг,             

                                  

                        

                                                           

                   

               де Mа – повна маса автомобіля, кг;

 

 

 

Базу автомобіля  L  приймаємо 2.45м,  орієнтуючись на  існуючі  конструкції, координати центра мас за базою знаходимо  із виразів:

                                                             

м,                                       

 

                                               

                                         м                                

де, а – відстань від передньої осі до центра мас;

      b – відстань від задньої осі до центра мас.

Висоту центра мас  hg приймають у межах ( 0,7 …0,8) м для легкових автомобілів. Приймаємо hg = 0,75м.

2. Уточнення колісної формули

Колісну формулу автомобіля визначаємо, користуючись наступними умовами: повнопривідний автомобіль приймається у випадку, якщо:

– для двовісних автомобілів із одинарними колесами на задній осі;

– для двовісних автомобілів зі здвоєними колесами задньої осі;

– для тривісних вантажних автомобілів зі здвоєними колесами задніх осей.

де φ – коефіцієнт зчеплення коліс із дорогою, який задасться у вхідних даних для характеристики ґрунтових доріг, а для доріг з твердим покриттям приймається 0,7;

      max –  максимальний коефіцієнт опору дороги, який задасться у вихідних даних, повинен враховувати подолання автомобілем максимальних підйомів, закладених у стандартах.

  

                                                

В нашому випадку автомобіль приймаємо не повнопривідний.

1.3 Вибір шин

Вибір шин проводиться за максимальним навантаженням на колесо. Навантаження на колесо передньої осі Gк1 для всіх автомобілів визначають за формулою              

       

  

Н.                                        

Навантаження на одне заднє колесо легкового автомобіля залежить від колісної формули автомобіля. Прийнявши за прототипом колісну формулу 4х2  (автомобіль двовісний), визначаю навантаження на одне заднє колесо:

  

.                                                      

Чисельне значення:

                                                         Н

Шини вибираємо згідно з Держстандартом 4754–80 "Шины пневматические для легковых автомобилей, із Держстандартом 5513–75 "Шины пневматические для легковых автомобилей, автоприцепов, автобусов и троллейбусов", із Держстандартом 8430–76 "Шины пневматические для большегрузных автомобилей» строительных, дорожных и подъемно–транспортных машин"; із Держстандартом 13298–78 "Шины пневматические с регулируемым давлением"

 

Зі стандарту вибираю шини з наступними параметрами:

• позначення шини Бел-59 205/70 R14 93T
• зовнішній діаметр шини без навантаження D=652мм
• статичний радіус rcm=295мм
• допустима швидкість руху Vmax.=150 км/час
• максимальне навантаження на шину G=6500 Н

Динамічний радіус rd та радіус кочення колеса rк із достатньою точністю приймають рівним статичному радіусові rст , наведеному в стандарті, тобто вважають, що rd ≈ rк ≈  rст .

У подальших розрахунках будемо користуватись поняттям радіус колеса rк, вважаючи, що для визначення параметрів динаміки автомобіля – це динамічний радіус rd, а параметрів кінематики – це радіус кочення колеса rк..

Із достатньою точністю радіус колеса rк можливо визначити за виразом:

             

,мм                                          

де d  – діаметр обода;

     D   – зовнішній діаметр колеса без навантаження;

     – коефіцієнт вертикальної деформації.

Для шин тороїдних – = 0,85...0.87; для шин із регульованим тиском- = 0,8... 0,85. Приймаю для розрахунку =0,82.

Чисельне значення:

                 

 

 

 

 

 

1.4 Вибір схеми загального  компонування автомобіля 

Компонувальну схему розробляють на основі аналізу компонувальних схем автомобілів світового автомобілебудування та на базі наукового прогнозу.       Визначальний вплив на вибір схеми загального компонування автомобіля, мають умови його експлуатації.

При розробці схеми загального компонування автомобіля перш за все визначають загальну кількість його осей та кількість ведучих осей, виходячи із призначення і умов експлуатації та орієнтуючись на існуючі конструкції.

 

Схема компонування  автомобіля наведена на рисунку 1.1              

 

Рисунок 1.1- Компонувальна схема авто

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Тяговий розрахунок автомобіля

2.1 Розрахунок потужності  й частоти  обертання колінчастого вала  двигуна автомобіля

Розрахункову потужність Nt двигуна, необхідну для руху повністю навантаженого автомобіля зі сталою максимальною швидкістю Vmax у заданих дорожніх умовах визначаю за формулою:

                         

.                                     (2.1) 

  де  G – вага автомобіля з вантажем, Н;

       Vmax=135 км/год – максимальна швидкість руху автомобіля на прямій передачі в заданих дорожніх умовах;

       =0,061— приведений коефіцієнт дорожнього опору ;

       К=0,25Н × с2/см4 — коефіцієнт обтічності автомобіля;

        F – площа лобового опору автомобіля, що підраховується за формулою

       F = В × Н=1,49∙1,42=2.11м2;                                     (2.2)

        Н – габаритна висота автомобіля, м; Н = 1,49 м

        В – колія, м; В = 1,42 м

       тр – механічний К.К.Д. трансмісії. Приймають для режиму максимальної швидкості рівним 0,85...0,93. тр=0.93

Після підстановки значень розрахункових параметрів знаходжу:

                кВт. 

          При  проектуванні для забезпечення  необхідного динамічного параметра  в області середніх експлуатаційних швидкостей руху визначають максимальну потужність двигуна за формулою:

Ne max = (1,05…1,10) Ne=1,05∙74,33=78кВт.

2.2 Розрахунок і побудова  зовнішньої швидкісної характеристики  двигуна

Зовнішня швидкісна характеристика є залежністю ефективної потужності Ne, моменту Ме, питомої  ge і погодинної Gт витрат палива від числа обертів ne колінчастого вала двигуна при повному навантаженні.

Залежність ефективної потужності Ne у функції числа обертів ne колінчастого вала двигуна можна побудувати, використовуючи формулу С.Р.Лейдермана:

                                    ,                     (2.4)

де nN - частота обертання колінчастого вала двигуна при максимальній

(Nemax= Nmax) потужності;

 

 

 

 

Ne і ne – поточне значення потужності і частоти обертання колінчастого вала.

 При побудові графіків, слід  задатися 6…8-мома  значеннями частоти  обертання ne в діапазоні від nmin до nvmax. Мінімальну стійку частоту обертання колінчастого вала приймають рівною: для бензинових двигунів – nmin = 800хв-1; для дизелів – nmin = 600хв-1.

Частоту обертання колінчастого вала  при максимальній швидкості (nvmax) знаходять залежно від вибраного значення коефіцієнта швидкохідності за формулою: nVmax = Me ∙ nN.   Значення ефективного моменту Ме двигуна (Н·м) визначається за формулою:

 

                                              Me=9550(Ne / ne).                                            (2.5)

 

Поточні значення питомого ge ( г/кВт·год) і погодинного Gт ( кг/год) витрат палива можна визначити за  формулами:

                            

,                                 (2.6)

 

де gN - ефективна витрата палива при Nemax (г/кВт·год);  для бензинових двигунів: gN = (250…350), г/кВт·год; для дизелів: gN = (215…285), г/кВт·год;  

 

                                                   Gт=Ne ge10-3.                                          (2.7)

 

       Прийнявши для  чисельних розрахунків мінімальні  оберти колінчастого вала  nmin = 800хв-1, номінальні (при максимальній потужності) –  nN = 4500 хв-1 і максимальні для не завантаженого автомобіля – nmах = 2500хв-1, а = b = с = 1, gN = 255 г/кВт·год (за прототипом) проводимо розрахунки, результати яких заносимо в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 – Параметри зовнішньої швидкісної   характеристики двигуна

 

За даними таблиці. 1.5 будується зовнішня швидкісна характеристика двигуна: графіки Ne = f(ne); Ме = f(ne); ge = f(ne); Gт = f(ne)

 

Рисунок 2.1 – Зовнішня швидкісна характеристика двигуна

2.3 Визначення передавальних  чисел трансмісії автомобіля

Передавальне число головної передачі визначають  за умови забезпечення заданої максимальної швидкості автомобіля Vmax (в м/с) при прийнятому значенні nmax за формулою:

                                              ,                                          (2.8)

де i0 – передавальне число головної передачі;

     rк – радіус колеса, м; для чисельного розрахунку  rк = 0,42 м;

     iкв - передавальне число КП на вищій ступені; приймаємо iкв =1;

     iд - передавальне число вищої ступені додаткової передачі (роздавальна коробка, демультиплікатор); iд =1(відсутні);

     is - ковзання гідротрансформатора. Якщо в гідротрансформаторі передбачено блокування, а також у випадку вживання трансмісії механічного типу, коли гідротрансформатор відсутній, is = 1. На вищому швидкісному режимі is = 0,97… 0,98. Якщо в трансмісії автомобіля не передбачена прискорювальна передача, то вищою є пряма передача, а iкв = 1. За наявності прискорювальної  передачі приймають iкв = 0,75…0,85. Передавальне число вищої ступені додаткової передачі вибирають у межах iд = 1,0…1,5 .

Чисельний розрахунок:

Приймаємо

Передавальне число КП на першій передачі визначається з умови можливості подолання автомобілем при рівномірному русі заданого максимального дорожнього опору max.

 Передавальне число КП на  першій передачі визначають за  формулою:

                                             ,                                           (2.9)

 де Мemax – максимальний крутний момент двигуна, Н·м;

      – ККД трансмісії; = 0,93.

Чисельне значення:

Отримане передавальне число iкi, необхідно перевірити по умові забезпечення зчеплення провідних коліс з дорогою.

Максимально можливе передавальне число коробки на першій передачі по умові зчеплення провідних коліс визначають за формулою:

                                        

                                           (2.10)

 де  – коефіцієнт зчеплення (значення, що рекомендуються  = 0,2…0,8); приймаємо – = 0,7;

      mp2 – коефіцієнт зміни нормальних реакцій на ведучих (задніх) колесах автомобіля (при розгоні mp2max = 1,15…1,20);

      М2 = (Ma·a)/ L – маса, що приходиться на задні ведучі колеса автомобіля в статичному положенні; М2=977 кг;

М2·g = 9584.37 Н ;

       L = (а + b) - колісна  база автомобіля;

        а, b - відстані від центра мас автомобіля до переднього або заднього мостів відповідно. Якщо проектується автомобіль зі всіма ведучими колесами, то mpmax = 1, а G2 = Gа.