Тяговый расчет автомобиля ГАЗ 3110

Содержание

 

1. Тяговый расчет автомобиля………………………………………………..2

1.1 Определение технических параметров  автомобиля……………….2

1.1.1. Фактор обтекаемости……………………………………………..2

1.1.2. Коэффициент сопротивления  дороги  ………………………..2

1.1.3. Максимальный коэффициент сопротивления дороги ……..3

1.1.4. Снаряженная  масса автомобиля………………………………....3

1.1.5. Распределение полной массы  автомобиля по осям……………..3

        1.1.6. КПД трансмиссии………………………………………………....3

1.1.7. Подбор шин………………………………………………………..3

1.2. Определение максимальной мощности  двигателя и построение

 его скоростной характеристики..……………………………………….4

1.3. Определение передаточных чисел  трансмиссии………………….5

1.3.1. Определение максимального  передаточного

 числа трансмиссии………………………………………………………5

1.3.2. Определение передаточного  числа главной передачи и  максимального  передаточного числа  коробки  передач…………………….6

 

2. Тягово-динамические характеристики автомобиля………………………7

        2.1.1 Мощностной  баланс………………………………………………..7

        2.1.2 Тяговый  баланс…………………………………………………….7

        2.1.3 Динамическая  характеристика автомобиля………………………8

2.1.4  Ускорение  автомобиля……………………………………………8

2.1.5 Определение времени  разгона  автомобиля………………………8

        2.1.6  Определение  пути разгона автомобиля…………………………..9

 

Литература………………………………………………………………………11

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тяговый расчет автомобиля.

Тяговый расчёт служит для определения основных параметров двигателя и трансмиссии автомобиля, обеспечивающих ему требуемые тягово-скоростные свойства в заданных условиях движения.

1.1 Определение технических параметров  автомобиля

Исходные данные для расчета:

 

Тип автомобиля:	Легковой среднего класса
Колесная формула:	4х2
Снаряженная масса, кг:	1400
Тип двигателя:	Поршневой бензиновый инжекторный
Тип трансмиссии:	Механическая ступенчатая
Максимальная скорость, км/ч	165

 

1.1.1. Фактор обтекаемости.

Аэродинамические свойства автомобиля зависят от фактора обтекаемости:

, где

cX-коэффициент лобового сопротивления, -плотность воздуха: , Ав-площадь миделева сечения.

Численные значения cX  выбираем по прототипу: сx=0,39 . Cx - 0,461

Ав=2,3м2

W=0,39·1,225 ·2,3/2=0,549 Нс2/м2.[6 с.89]

 

 

1.1.2. Коэффициент сопротивления дороги .

Принимаем   с   учетом   условий  движения   автомобиля      

=f0+Kf·V max^2;

Kf=0.7·10-5;

f0=0,02;   [8 c.19]

  =0,0345

 

 

 

1.1.3. Максимальный коэффициент сопротивления дороги .

Где  по прототипу выбирают

          -максимальный момент двигателя;

           -передаточное число трансмиссии;

           -КПД трансмиссии;

           -динамический радиус колеса;

          максимальная скорость .

1.1.4. Снаряженная  масса автомобиля.

m0 =1400 кг принимаем по прототипу

Полная масса - ma=m0+mб·n +mп·n , где

mб-масса багажа,

mп-масса пассажира,

n-количество пассажиров.

ma=1400+10·5+68·5=1790кг [1 c.9]

 

1.1.5. Распределение полной массы  автомобиля по осям.

ma1 = 0,48 ma =0,48*1790=859,2 кг- полная масса автомобиля, приходящаяся на переднюю ось;

 

ma2=0,52 ma=0,52*1790=930,8 кг - полная масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось; [1 c.12]

   

 

1.1.6. КПД трансмиссии.

=0,95* 0,95* 0,995=0,9 , где

0,95- КПД  коробки передач,

0,95- КПД  главной передачи,

0,995- КПД  карданного шарнира. [1 c.8]

 

 

1.1.7. Подбор шин.

Максимально допустимая нагрузка на одну шину:

 

Условие подбора:

[1 c.9]

  Для автомобиля максимальная  нагрузка на колесо будет 4561Н.

=165 км/ч

Выбираем шины 195/65R15 ГОСТ 4754-97,

=6100 Н

=210 км/ч

 Категория скорости-Н

 rст=0,29 м.

         rk= 0,308м.

 

1.2. Определение максимальной мощности  двигателя и построение его скоростной характеристики.

Максимальная мощность двигателя  исходя из заданной максимальной скорости движения автомобиля

Pev=(Yv Ga Vmax+W V3max)/1000hТ

Pev = =89,6кВт.

Находим максимальную мощность двигателя по формуле

Реmax= ;

где a,b,c-коэффициенты характеризующие тип двигателя;

= - для инжекторных двигателей с ограничителем.

По прототипу двигательЗМЗ-406.2.

Pemax=106,6кВт     nep=5200мин-1    =544,3с-1

Temax=200,9Hм     neт =4000мин-1    =418,7с-1

 

Находим коэффициенты KT,K

K =                     Tep=9550 =195,7 Hм

KT =

 

 

 

а=

b=

c=

Проверка:

a+b-c=1

0,737+0,751-0,488=1 -верно.

 

Реmax= =97,8 кВт.

.

 

Максимальная стендовая мощность

=97,8/0,96=102 кВт.

Кс=0,96   [1 c.12]

%<5%

Выбираем   двигатель ЗМЗ-406.2

 

На основании  рассчитанных данных  построим внешнюю скоростную характеристику двигателя.

 

Мощность двигателя:

Pe=Pemax(awe/wep+b(we/wep)2-c(we/wep)3), где

Pe max - максимальная мощность двигателя;

ve - угловая скорость коленчатого вала  двигателя;

wep - угловая скорость коленчатого вала  двигателя при его максимальной мощности;

a,b,c - поправочные коэффициенты.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя: 

По результатам расчетов  построены графики зависимости мощности и крутящего момента  от угловой скорости коленчатого вала  двигателя (Рис. 1.).

1.3. Определение передаточных чисел трансмиссии.

1.3.1. Определение максимального передаточного числа трансмиссии.

Uтрmax=Ymax· Ga· rд /(Temax·hT), где

Ga -полный вес автомобиля, Н

rд -динамический радиус  колеса, м ;

Tе max - максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

hТ - КПД трансмиссии;

ymax - максимальный коэффициент сопротивления дороги.

Uтрmax=0,48· 1790· 9,81· 0,29/(192,8·0,9)=14,08-из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги.

По условию отсутствия буксования ведущих колес:

Umaxj=jх· mсц· ga· rд /( Temax ·hT),где

jх - коэффициент сцепления шин с дорогой; φх=0,8;[1 c.13]

mсц =mR2 ma2–сцепная масса

 mR2 -коэффициент изменения нормальных реакций на ведущих колесах, m=1,3; [1 c.13]

Uтр maxj=0,8· 1,3· 930,8· 9,81· 0,29/(192,8·0,9)=15,87-по условию отсутствия буксования ведущих колес.

Условие отсутствия буксования ведущих колес:

Uтрmax Uтр maxj- условие выполняется 

 

UтрV= 0,105*nemin*rк/Vmin =5.82-условие обеспечения минимальной устойчивости скорости движения.

 nemin - минимальная устойчивая угловая скорость вращения вала двигателя.  [1,c14 ]

Vmin=5  м/c минимальная скорость движения [1,c.14]

UтрV <Uтрmax- условие выполняется 

Принимаем Uтрmax=14,08

 

1.3.2. Определение передаточного числа главной передачи и  максимального передаточного числа  коробки передач

Минимальное передаточное число трансмиссии Umin выбирается из условия обеспечения максимальной  скорости движения автомобиля.

Umin =wеv · rk/vmax

Где ωev=0.105λnep=0.105*5200*0.9=491.4 рад/с

Umin =491.4·0,3/45.8=3,11 - минимальное передаточное число трансмиссии ;

U0=Uтр min / Uk min=3,11/0,794=3.91

Максимальное передаточное число  коробки передач - UКmах=Umax / U0 , где:

Umax=14,08-максимальное  передаточное число трансмиссии;

UКmах=14.08/3.91=3.6,

1.1.9.4  Определение передаточных  чисел промежуточных передач  КПП.

Диапазон передаточных чисел трансмиссии:

Дт=  Uтрmax /   Umin =14,08/3,11=4,52

Полученные значения не попадают в диапазон указанный в [1,c14 ] .

Для проектируемого автомобиля выбираем 5-ти ступенчатую трёхвальную, мех.коробку передач, поскольку такого типа коробка передач устанавливается на прототипе.

Число ступеней-5 

UK min=0,794

Передаточные числа промежуточных передач

Ukm=Uk1n-m/(n-1)· Uknm-1/(n-1), где:

Uk1=3.6-передаточное число первой передачи

n - количество передач в КПП: n=5;

m - номер передачи, для которой рассчитывается передаточное число.

Ukm= , где:

=0,96+0,03 – коэффициент коррекции  [1,c18 ]

=0,96

Uk2= 2.22

Uk3= 1.52

Uk4=1

       Uk5=0,794

Так как расчётные передаточные числа не значительно отличаются от прототипа то их берём по прототипу

 

 

 

Номер передачи	Передаточное число
1	3.618
2	2,188
3	1,304
4	1
5	0,794
главная	3,9

 

2. . Тягово-динамические характеристики автомобиля

2.1.. Данный проект представляет  собой выбор и расчет основных  параметров двигателя и трансмиссии  автомобиля. Расчет включает два этапа. На первом этапе, задавшись определенными условиями движения, рассчитывают конструктивные параметры двигателя и трансмиссии. На втором этапе с использованием этих параметров строят ряд графиков, по которым затем определяют показатели тягово-скоростных  свойств автомобиля.

 

2.1.1 Мощностной баланс.

Pт=Pf+Pw+Pi+Pа, где

Pт-мощность на ведущих колесах автомобиля,

Pf-мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению,

Pw- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха,

Pi- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления подъему,

Pа- мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону.

Pт=Pe· hT

 

Пересчёт угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя в скорость автомобиля

V=rk· we /(Uik·U0 )   , где

Uк-передаточное число ступени КПП;

Uo-передаточное число главной передачи.

Pf=f·Ga ·V , где

f= f0+Kf·V ^2; -коэффициент сопротивления качению

Kf=0.7·10-5;

f0=0,02;   [8 c.19]

 

Pw=W· V3

По результатам расчетов построены графики баланса мощности(Рис.3).

2.1.2 Тяговый  баланс

 

Fт=Ff+Fw+Fi+Fа, где

Fт-тяговая сила на ведущих колесах автомобиля,

Ff-сила сопротивления качению,

Fw- сила сопротивления воздуха,

Fi- сила сопротивления подъему,

Fа- сила сопротивления разгону.

 

Fт=Te·Uк· Uо· hT / rд,

Ff=f· Ga,

Fw=W·V2

По результатам расчетов построены графики тягового баланса(Рис.4).

 

2.1.3 Динамическая характеристика  автомобиля

Динамический фактор

D=(Fт-Fw)/Ga

По результатам расчетов построены графики динамической  характеристики(Рис.5).

 

2.1.4  Ускорение  автомобиля

ускорение автомобиля (м/с2)

δ=1+σ1*uki2+ σ2- коэффициент учёта влияния вращающихся масс;

σ1 =0,004…0,006 ; σ 2 =0,03…0,05 - меньшие значения относятся к автомобилям большей грузоподъемности [7, стр.17];

 

принимаем:

σ1=0,005

σ2=0,04

 

 

По результатам расчетов построены графики ускорения автомобиля(Рис.6).

 

2.1.5 Определение времени  разгона  автомобиля.

Время разгона автомобиля на каждой передаче

,

где:

V1 - скорость в начале разгона;

V2 - скорость в конце разгона;

ax - ускорение автомобиля.

Наиболее выгодно переключать передачи в точках пересечения графиков ускорений на разных передачах.

Интеграл удобно вычислить численным методом. Для этого разобьем ускорение на каждой передаче на 3 интервала. Обозначим:

j - номер передачи;

i - номер интервала;

Vi - скорость в конце i-го интервала;

Vi-1 - скорость в начале i-го интервала;

axi-1 - ускорение в начале i-го интервала;

axi - ускорение в конце i-го интервала.

Тогда:

- изменение времени на i-ом интервале;

DVi=Vi-Vi-1 - изменение скорости на i-ом интервале;

- среднее ускорение на интервале.

Кроме того, необходимо учесть время переключения передач Dtпj, которое примем равным      tn=1 секунде [8 c.20].

 Тогда время разгона

, где:

n - количество передач;

m- количество интервалов разбиения времени.

 

2.1.6  Определение пути разгона  автомобиля.

Путь разгона автомобиля на каждой передаче

,

где

t1 - время в начале разгона;

t2  -  время в конце разгона;

V - скорость автомобиля.

Интеграл  удобно вычислить численным методом. Для этого разобьём путь разгона на каждой передаче на 3 интервала. Обозначим:

j- номер передачи;

i- номер интервала;

Vi - скорость в конце i-го интервала;

Vi-1 - скорость в начале i-го интервала;

Si-1 - путь в начале i-го интервала;

Si - путь в конце i-го интервала.

Тогда

где

Dti - изменение времени на  I-ом интервале;

Vcp - средняя арифметическая скорость автомобиля на i–ом интервале;

.

Также необходимо учесть путь, пройденный автомобилем в период переключения передачи SПj. Тогда путь разгона

,

где

,

где

- средняя арифметическая скорость  автомобиля в период переключения  передачи.

 

По результатам расчетов построены графики времени и пути разгона автомобиля                             (Рис.7,8)

 

 

Все результаты расчетов сведены в таблицы (см. приложение).

 

Литература.

 

1. Тяговый расчет автомобиля: Метод. разработка по специальным дисциплинам  для  студентов спец. 150100  "Автомобиле- и тракторостроение" всех форм  обучения / НГТУ; Сост.: В.Н.Кравец.- Н.Новгород, 2003.- 20с.

2. Расчет тягово-скоростных свойств  автомобиля в электронных таблицах Microsoft Exel / НГТУ; Сост.: Д.В.Соловьев, Н.Ю.Ломунова и др. Н.Новгород, 2000.- 18с.

3. Техническое обоснование выбора  параметров и показателей проектируемого  автомобиля: Метод. разработка по специальным дисциплинам для студентов специальности 15.02 - "Автомобиле- и тракторостроение" всех форм обучения / ННПИ; Сост.: В.Н.Кравец, С.М.Кудрявцев. Н.Новгород, 1992.- 35с.