Работа: Тяговый расчёт автомобиля

Введение

Тяговыйрасчет автомобиля производится с целью определения его тяговых и динамическихкачеств. Тяговый расчет подразделяется на:

—тяговый расчетпроектируемой машины;

—поверочныйтяговый расчет, производимый для существующей машины.

Поверочныйтяговый расчет составляют следующие отдельные задачи:

1. Определение максимальной скоростидвижения в заданных условиях.

2. Определение сопротивления движению иуглов подъема, которые может преодолеть автомобиль на данной передаче искорости.

Длярешения задач тягового расчета необходимо построить тяговую характеристикуавтомобиля.

Тяговойхарактеристикой автомобиляназывается графическая зависимость удельной силы тяги от скорости движенияавтомобиля на каждой передаче.

Задаваемымипараметрами обычно являются: тип автомобиля; грузоподъемность или максимальноечисло пассажиров; максимальная скорость движения, по шоссе с заданнымкоэффициентом дорожного сопротивления, максимальное дорожное сопротивление нанизшей передаче трансмиссии. Указывается также тип двигателя (карбюраторный,дизельный).

Параметры,которыми задаются, могут иметь различные значения в некотором интервале. Чтобыправильно принять окончательное значение указанных выше параметров, необходимопонимать, как они влияю на тяговые качества автомобиля.

Построениетяговой характеристики автомобиля включает:

1.Определениеполной массы автомобиля, кг.

2.Выбор шин иопределение радиуса ведущего колеса, м.

3.Расчет ипостроение внешней скоростной характеристики двигателя.

4.Определениепередаточного числа главной передачи.

5.Определениепередаточных чисел коробки передач и дополнительной коробки.

6.Определениескорости движения.

7.Определениеудельной силы тяги, построение тяговой характеристики.

ВЫПОЛНЕНИЕ ТЯГОВОГО РАСЧЕТА

 

1. Определение полной массы машины

Полнаямасса автомобиля определяется по формуле

/>/>= 4300+75*3+6000=10525, кг                                    (1)

где    =4300, кг — собственная масса машины;

п=3 — число мест в кабине;

/>/> =6000, кг — максимальная масса перевозимого груза.

ЗначенияG0 и берутся в соответствии с заданием.Для этого предварительно подбирают тип автомобиля, параметры которогосоответствуют заданным.

2. Выбор шин

Длявыбора шин надо определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля. Угрузовых автомобилей типа 4x2 на переднюю ось при полном использованиигрузоподъемности приходится около 25—30% нагрузки. На задней оси этихавтомобилей обычно монтируются четыре шины, каждая из которых испытываетбольшую весовую нагрузку, чем шина переднего колеса, поэтому выбор производитсяпо весовой нагрузке, приходящейся на одно заднее колесо. Передние и задниеколеса каждого автомобиля по конструкции почти всегда одинаковы ивзаимозаменяемы. Разница состоит лишь во внутреннем давлении воздуха в шинах.

/> = 10525*0,70/4= 1841,88, кг.

По приложениюподбирают тип и размеры автомобильных шин, удовлетворяющих нагрузке,приходящейся на колесо 508*260.

Определяютстатический радиус колеса, который в дальнейшем условно считают равным радиусукачения 0,488 м.

3. Расчет и построение внешнейхарактеристики двигателя

/>Для расчета внешней характеристикидвигателя вначале определяют мощность необходимую для обеспечения заданноймаксимальной скорости по дороге с минимальным коэффициентом сопротивлениякачению.

                                                 =

=/>(0,7*4,5*25*25*25+10525*9,81*0,03*25)=140,73,кВт                 (2)

где />— коэффициентобтекаемости;

/> - коэффициент сопротивлениякачению;

/> - лобоваяплощадь автомобиля, равная для грузовых автомобилей 3,0-6,5 м2,

длялегковых автомобилей малого литража —1,5+2,0 м2,

FB = КН(К— колея автомобиля, Н —наибольшая его высота);

/> — массаавтомобиля, кг;

g — 9,81 м/с2 — ускорениесвободного падения.

1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

В общемслучае частота вращения коленчатого вала при максимальной скорости движенияавтомобиля не равна частоте вращения, соответствующей максимальной мощностидвигателя, и, следовательно, мощность двигателя при максимальной скорости неравна максимальной мощности.

/>Максимальную мощность двигателянаходим, пользуясь эмпирической формулой где а, b и с — эмпирические коэффициенты; для карбюраторныхдвигателей а = b = с = 1,0.

                                                                                      (3)

Длясовременных автомобилей отношение /> =1,15-1,25.

Большее значениеотносится к легковым автомобилям, мень­шее — к грузовым. Следовательно,скорость, соответствующая максимальной мощности, будет равна:

/>=25*1.2=20,83, м/c=75 км/ч.                                      (4)

Координаты(nmax, NeV) и (nN, Nmax) дают двепервые точки графика внешней скоростной характеристики. Для получения другихточек используем формулу, представленную в следующем виде:

/>

                                                                                      (5)

где Nеи ne — текущие значения соответственномощности двигате и частоты вращения коленчатого вала.

Задаваясьтакими значениями пе, которые соответствуют зна­чениям отношения nеJnN=0,2; 0,4; 0,6; 0,8, подсчитываем величины соответствующихмощностей Nе, и заносим в таблицу. Затем определяем текущие значениякрутящих моментов и заносим в таблицу.

/>, Н.м                                                     (6)

Таблица

№

п/п

Показатели

Отношение />

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1

/> , об/мин

/>(рад/с)

640

(67,02)

1280

(134,04)

1920

(201,06)

2560

(268,08)

3200

(335,10)

3840

(402,12)

2  , кВт 32,5 71,5 109,4 139,0 154,3 140,7 3

/> , Н.м

485,4 533,3 544,3 518,5 460,5 350,0 4 1 передача

/>

2,9 (0,8)

0,34

5,8 (1,6)

0,37

8,7 (2,4)

0,38

11,6 (3,2)

0,36

14,5 (4,0)

0,32

17,4 (4,8)

0,24

5 2 передача

/>

4,4 (1,2)

0,22

8,7 (2,4)

0,25

13,1 (3,6)

0,25

17,5 (4,9)

0,24

21,8 (6,1)

0,21

26,2 (7,3)

0,16

6 3 передача

/>

6,6 (1,8)

0,15

13,2 (3,7)

0,16

19,8 (5,5)

0,17

26,4 (7,3)

0,16

32,9 (9,2)

0,14

39,5 (11,0)

0,10

7 4 передача

/>

9,9 (2,8)

0,10

19,9 (5,5)

0,11

29,8 (8,3)

0,11

39,8 (11,0)

0,10

49,7 (13,8)

0,09

59,6 (16,6)

0,06

8 5 передача

/>

15,0 (4,2)

0,07

30,0 (8,3)

0,07

45,0 (12,5)

0,07

60,0 (16,7)

0,06

75,0 (20,8)

0,05

90,0 (25,0)

0,03

Порезультатам расчетов (таблица, пункты 1, 2 и 3) строим внешнюю скоростнуюхарактеристику двигателя.

Вдальнейшем те же значения N, и Ме используем для определенияскорости движения и удельной силы тяги на всех передачах и всех выбран­ныхчастотах вращения коленчатого вала.

Для построениявнешней характеристики используем масштабы шкал в следующих пределах:

•  частота вращения коленчатого вала6. 1мм — (2,5…5,0) рад/с;

•  мощность: 1 мм — (0,5…1,5) кВт;

•  крутящий момент:. 1 мм = 2…8 Н.м.

Крайняялевая точка характеристики ограничивается частотой устойчивого вращенияхолостого хода (10…70 рад/с).

Максимальнаямощность карбюраторного двигателя определяется точкой перегиба кривой (началомпадения мощности).

/>

4. Определение передаточного числа главной передачи

 

Передаточноечисло главной передачи определяем из условия обеспечения максимальной скоростидвижения на прямой передаче в коробке передач

/>                                                        (7)

Предварительновыбирают передаточное число коробки передач на высшей передаче, В большинствеслучаев высшей является прямая передача iкв = 1.В автомобилях с одной ведущей осью дополнительная коробка не ставится, тогда iД = 1.

Полученноепо формуле (7) передаточное число главной передачи необходимо сопоставить спередаточным числом главной передачи аналога проектируемого автомобиля.

Дляполучения достаточного дорожного просвета и упрощения конструкции передаточноечисло главной передачи рекомендуется брать меньше 7 у грузовых автомобилейгрузоподъемностью до 4—5 т и не более 10 у тяжелых грузовых автомобилей. Впоследнем случае передача выполняется из двух ступеней и называется двойнойглавной передачей.

/>=7,85

5. Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительнойкоробки

Отколичества передач и их передаточных чисел зависит способность автомобиля кпреодолению подъемов, быстрому разгону и движению с высокой скоростью в заданныхдорожных условиях.

Вгрузовых автомобилях применяют четырех- и пятиступенчатые коробки передач,причем во втором случае последняя передача обычно имеет передаточное числоменьше 1, т.е. является ускоряющей.

Определениепередаточных чисел коробки передач начинают с расчета передаточного числапервой передачи.

Дляэтого используют уравнение силового баланса установившегося движенияавтомобиля:

/>                                        (8)

где Рf — сила сопротивления дороги, Н;

РВ— сила сопротивлениявоздуха, Н;

Gа — масса автомобиля, кг;

V — скорость, м/с.

Посколькуна первой передаче скорость движения автомобиля невелика, силой сопротивлениявоздуха можно пренебречь. Тогда уравнение (8) примет вид: />. Сопротивление дороги, оцениваемое коэффициентом />, может быть преодолено, если отношение максимальной тяговой силы к массеавтомобиля будет равно или больше этого коэффициента, т.е.

/>.                                                            (9)

Подставивзначения тяговой силы, получим:

/>,                                                    (10)

Отсюда

/>=(0,38*0,488*9,81*10525)/(544,29*7,85*0,9)=5,187        (11)

где Мmax — максимальный момент, Нм.

Увеличениепередаточного числа первой передачи допустимо только до величины, при которойразвиваемая тяговая сила еще не достигнет силы сцепления колес с дорогой, т.е.

/>, Н                                                 (12)

где Gсц — сцепная масса, приходящаяся на ведущие колесаавтомобиля;

/> — коэффициентсцепления (проверка по сцеплению ведется для хорошего сухого шоссе при /> = (0,6...0,8).

Изравенств (11) и (12) получаем:

/>                                                       (13)

Врасчетах принимают следующие значения Gсц:

/>1,3*0,7*10525 =9577,75, кг

• длядвухосного автомобиля с одной задней ведущей осью />,

где G2 — масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось;

/>— коэффициент перераспределения нагрузки, равный при разгоне1,24-1,35.

/>=(0,7*0,488*9,81*9577,75)/(544,29*7,85*0,9)=8,03

Еслипередаточное число iк1 найденное по формуле (13), было бы меньше,чем определенное по формуле (11), то следовало бы проверить возможностьувеличения массы, приходящейся на ведущие колеса, что может потребоватьизменения радиуса шин.

Увеличениечисла ступеней коробки передач улучшает тяговые качества автомобиля и особенноего способность к разгону.

Прибольшом числе передач улучшается использование мощности двигателя, так какоблегчается выбор передаточного числа, при котором в данных дорожных условияхбудет полнее использоваться мощность, что приводит к повышению средней скоростидвижения автомобиля. При малом числе ступеней коробки передач тяговые качестваавтомобиля могут быть улучшены благодаря увеличению передаточного числа главнойпередачи.

Отвыбора промежуточных передаточных чисел коробки передач зависят как тяговые,так и экономические свойства автомобиля. Одним из простейших методов выборапередаточных чисел промежуточных передач является метод, в основу которогоположено наиболее полное использование мощности двигателя при разгонеавтомобиля, начиная с первой и кончая высшей передачей. При наличиибесступенчатой коробки передач разгон можно производить, не меняя частотывращения коленчатого вала двигателя. В этом случае можно работать на частотевращения пNиспользуя в процессеразгона максимальную мощность двигателя и получая в результате этогомаксимально возможные дтя данного автомобиля ускорения. При ступенчатой коробкепередач для наилучшего использования мощности двигатель на всех передачахдолжен работать в некотором диапазоне частоты вращения коленчатого вала от п1до п2

Еслипренебречь падением скорости в процессе переключения передач, то каждый раз припереключении передач скорость движения автомобиля, достигнутая перед моментомпереключения, например, в конце разгона на первой передаче Vmax1 равна скорости, с которой начинается разгон на второй передаче, т, е, Vmax2

/>

следовательно,/>

или

/>                            (15)

Изравенства (15) следует, что для наилучшего использования мощности двигателяпередаточные числа подчиняются закону геометрической прогрессии со знаменателемq.

Изпредварительного расчета известны передаточные числа первой и высшей передач.Пользуясь равенством (15), можно найти передаточные числа промежуточных передачдля коробок передач с любым числом ступеней.

Длякоробки передач с п ступенями передач передаточное число любой передачи можноопределить по формуле

/>,                                                                  (16)

где к –номер передачи;

n – числоступеней, исключая зднюю и ускоряющую передачи.

1 передача 5,19 2 передача 3,44 3 передача 2,28 4 передача 1,51 5 передача 1,00 задняя передача 6,22

Обычнопередаточное число заднего хода iк3 = (1,2…1,3)iк1. Передаточное число ускоряющей передачи выбирается изусловий обеспечения топливной экономичности нагруженного автомобиля придвижении по хорошим дорогам с малыми подъемами в пределах 0,7…0,85.

Передаточноечисло дополнительной коробки принимается равным iд автомобиля, выбранного в качестве аналога проектируемогоавтомобиля.

6. Определение скорости движения

Скоростидвижения автомобиля на каждой передаче на всех выбранных частотах вращенияколенчатого вала определяем по формуле (17), а результаты расчетов заносим втаблицу

/>, м/с,                                                                 (17)

где ni — частота вращения коленчатого вала двигателя, рад/с;

rк — радиус ведущего колеса, м;

iгл — передаточное число главнойпередачи;

iкi — передаточное число коробки передачна i-й передаче.

7. Определение удельной силы тяги

Удельныесилы тяги на каждой передаче, на всех выбранных частотах вращения коленчатоговала (скоростях движения) определяем по формуле (18), а результаты расчетовзаносим в таблицу.

/>                                                     (18)

Порезультатам расчетов строим тяговую характеристику, Маштаб рекомендуетсявыбирать для скорости движения: 1 мм – (0,1,,,0,2) м/с, удельной силы тяги: 1мм – 0,01.

/>/>

ЛИТЕРАТУРА

1. Сергеев В. П. Автотракторныйтранспорт: Учеб. для вузов. — М.: Высшая школа, 1984. — 304 с.

2. Тракторы. Проектирование,конструирование и расчет: Учебник/ Под общ. ред. И.П. Кнесевича. — М:Машиностроение, 1991.-544 с.

3. Краткий автомобильный справочникНИИАТ. Изд. 9-е, перераб. и доп. — М: Транспорт, 1982. — 463 с.

4. Краткий автомобильный справочникНИИАТ. — М.: Транспорт, 1998. — 460 с.

5. Автотракторный транспорт: Задание наконтрольную работу с методическими указаниями / Сос. В.П. Ананьев В.П., В.П.Еремин. – М.: РГОТУПС, 2005. – 20 с.