Расчет основных характеристик автомобиля

avtomobili_KP.docx

ПРОРАБОТКА КОМПОНОВКИ АВТОМОБИЛЯ4
1 Технические характеристики автомобиля Skoda Octavia 1.6MPI.4
1.1 Определение динамического радиуса колес.5
1.2 Механический КПД трансмиссии.5
1.3 Фактор сопротивления воздуха.6
1.4 Определение мощности двигателя при максимальной скорости и построение его внешней скоростной характеристики.6
2 Определение передаточного числа главной передачи.10
3 Определение тягово-скоростных качеств автомобиля.12
3.1 Тяговая диаграмма движения автомобиля.12
3.2 Динамическая характеристика автомобиля.14
3.3 Динамический паспорт автомобиля.17
3.4 Мощностная диаграмма движения автомобиля.19
3.5 Ускорение при разгоне автомобиля.22
3.6 Построение графиков времени и пути разгона автомобиля.25
4 Показатели топливной экономичности.27
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ32
Skoda Octavia 1.6MPI является легковым автомобилем малого класса с приводом на передние колеса и поперечным расположением двигателя. Кузов Skoda Octavia - несущий пятидверный хэтчбэк. Его компоновочная схема характеризуется передним поперечным расположением силового агрегата. От него крутящий момент передается на передние. Передние ведущие колеса создают высокую устойчивость автомобиля против бокового заноса. Совпадение направления действия силы тяги на передних ведущих колесах с направлением движения колес обеспечивают автомобилю хорошую управляемость маневренность проходимость особенно на скользких дорогах. Переднеприводная компоновка позволяет полностью использовать длину автомобиля и уменьшить его массу сделать удобнее салон и посадку водителя и пассажиров. Увеличивается полезный объем автомобиля без увеличения его габаритов. Это объясняется тем что отсутствуют промежуточные звенья трансмиссии.. Весьма компактна и задняя часть автомобиля. Топливный бак размещается под задним сиденьем а запасное колесо в нише пола багажника. Благодаря этому получен значительный объем багажного отделения. Клиновидная форма кузова позволяет улучшить его аэродинамические характеристики т.е. уменьшить сопротивление воздуха при движении автомобиля. Этому способствуют сглаженные наружные поверхности кузова большой наклон передних и задних стекол а также плавный переход наружной поверхности передних бамперов в формообразующую поверхность кузова. Малое аэродинамическое сопротивление экономичный двигатель а также установка новых шин с уменьшенным сопротивлением качению позволили получить низкий расход топлива.
ПРОРАБОТКА КОМПОНОВКИ АВТОМОБИЛЯ
1 Технические характеристики автомобиля Skoda Octavia 1.6MPI.
Рисунок 1. Компоновочная схема автомобиля Skoda Octavia
Исходные данные для расчета:
Автомобиль Skoda Octavia 1.6MPI
Тип двигателя четырехтактный бензиновый
Рабочий объем цилиндров Vn =1595см3
Вес автомобиля в снаряженном состоянии 1235 кг G0 = 12.1 kH
Полная масса автомобиля 1915 кг Ga = 18.8 kH
Нагрузки на оси: переднюю G1 = 11.28 kH заднюю G2 = 7.52 kH
Максимальная скорость движения Vmax = 190 кмч
Коэффициент аэродинамического сопротивления Сx = 0.3
Минимальный удельный расход топлива gemin = 231 гкВтч
1.1 Определение динамического радиуса колес.
На автомобиле Skoda Octavia установлены шины марки 20555R16
где 205 – ширина профиля мм
– диаметр обода дюймов.
Динамический радиус может быть принят равным:
1.2 Механический КПД трансмиссии.
КПД трансмиссии автомобиля зависит от числа и свойства кинематических пар передающим механическую энергию от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля:
Где к – число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии на рассчитываемой передаче; m – число карданных шарниров в трансмиссии.
1.3 Фактор сопротивления воздуха.
Лобовая площадь и коэффициент обтекаемости составляют для легковых автомобилей: F = 2 м2; k = 0.3 с2м4.
1.4 Определение мощности двигателя при максимальной скорости и построение его внешней скоростной характеристики.
Первоначально определяется мощность Nv необходимая для преодоления сопротивления движению при максимальной скорости автомобиля. Для этого можно воспользоваться уравнением мощностного баланса при условии что максимальная скорость задана на горизонтальной дороге и ускорение равно нулю:
Где f – коэффициент сопротивления качения зависит от скорости движения автомобиля. Эту зависимость можно определить по формуле:
Зная мощность автомобиля при максимальной скорости движения можно найти максимальную мощность двигателя по аппроксимирующим выражениям например по уравнению предложенному С.Р. Лейдерманом:
Где эмпирические коэффициенты; для бензиновых двигателей
Номинальная частота вращения для бензиновых легковых автомобилей может быть принята равной:
Внешняя скоростная характеристика т.е. зависимость Ne=f(nx) строится с применением эмпирической формулы:
где – текущие значения мощности и соответствующей ей частоты вращения коленчатого вала двигателя.
При расчетах скоростной характеристики в диапазоне частот вращения (nmin nN) число расчетных точек должно быть не менее 6.
Остальные значения рассчитываем аналогично. Полученные значения запишем в виде таблицы 1.
Таблица 1 - Зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала
Кривая зависимости крутящего момента Me на валу двигателя от частоты вращения строится с использованием уравнения:
Остальные значения рассчитываем аналогично. Полученные значения запишем в виде таблицы 2.
Таблица 2 - Зависимость крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала
Зависимость удельного расхода топлива двигателем с достаточной для расчетов точностью определяется выражением:
где - коэффициент учитывающий влияние частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива.
Остальные значения рассчитываем аналогично. Полученные значения запишем в виде таблицы 3.
Таблица 3 - Зависимость удельного расхода топлива двигателем от частоты вращения коленчатого вала
При сравнении полученной внешней скоростной характеристики с заводскими данными двигателей прототипов следует иметь в виду что при стендовых испытаниях по ГОСТ 14846 не устанавливают глушитель генератор и другие потребители мощности. Поэтому величины и указываемые в заводских характеристиках не превышают значения этих параметров для двигателей установленных на автомобиле.
Сведем все данные из таблиц 123 в одну таблицу 4 и по полученным данным построим внешнюю скоростную характеристику автомобиля.
Таблица 4 - Исходные данные для построения внешней скоростной характеристики
Рисунок 2. Внешняя скоростная характеристика автомобиля Skoda Octavia
2 Определение передаточного числа главной передачи.
Передаточное число главной передачи u0 определяется исходя из максимальной скорости автомобиля:
Если высшей является прямая передача то если же высшей будет ускоряющая передача то в формулу подставляется значение для этой передачи.
2.1 Определение передаточных чисел коробки передач.
Используя уравнение силового баланса и пренебрегая силой сопротивления воздуха можно определить передаточное число первой передачи из условия преодоления максимального сопротивления дороги:
где – коэффициент максимального сопротивления дороги - максимальный крутящий момент двигателя.
Полученное передаточное число необходимо проверить по сцеплению ведущих колес с дорогой (на отсутствие буксования):
Где - сцепной вес автомобиля
Где - коэффициент динамического перераспределения веса автомобиля на переднюю ось при тяговом режиме; - коэффициент сцепления.
следовательно пробуксовка отсутствует.
Число передач в коробке зависит от типа автомобиля мощности двигателя и предполагаемых условий эксплуатации. Чем больше передач в коробке чем больше средняя мощность используемая при разгоне т.е. увеличивается средняя скорость движения автомобиля улучшается приемистость. Однако увеличение числа передач затрудняет управление автомобилем увеличивает время переключения при разгоне и усложняет конструкцию коробки. Современные легковые автомобили обычно имеют 5 или 6 передач.
Существует несколько методик выбора передаточных чисел: на наилучшей топливной экономичности наибольшей средней скорости и т.д. Одним из простейших является выбор передаточных чисел коробки передач из условия наиболее полного использования мощности двигателя при разгоне автомобиля на передачах в определенном диапазоне оборотов коленчатого вала. В этом случае передаточные числа изменяются по закону геометрической прогрессии и при их определении рекомендуется использовать выражение:
Где m – порядковый номер рассчитываемой передачи; n – число ступеней коробки передач не считая ускоряющую передачу.
Ускоряющая передача выбирается в пределах 07 085 из условия обеспечения хорошей топливной экономичности и минимального износа двигателя и корректируется по мощностному балансу автомобиля. Передаточное число предыдущей передачи в этом случае должно быть равно единице.
Полученные передаточные числа коробки передач необходимо скорректировать от условий эксплуатации автомобиля. Обычно при работе в хороших дорожных условиях значения u ближайших к высшей передаче уменьшают на 10 15% . Кроме того передаточные числа могут изменяться в зависимости от кинематического расчета и конструктивных особенностей коробки передач.
С учетом корректировки получим:
3 Определение тягово-скоростных качеств автомобиля.
3.1 Тяговая диаграмма движения автомобиля.
Тяговая диаграмма движения автомобиля является графическим решением уравнения движения автомобиля методом силового (тягового) баланса:
Для установившегося режима движения ( тяговая сила на ведущих колесах на каждой передаче находится по формуле:
Где - передаточное число трансмиссии; - передаточное число коробки передач.
Величина крутящего момента находится по внешней скоростной характеристике двигателя для тех оборотов коленчатого вала которые соответствуют рассматриваемым скоростям движения автомобиля.
Скорость движения автомобиля определяется по формуле:
Сила сопротивления дороги:
Сила сопротивления воздуха:
Полученные значения запишем в виде таблицы 5 и по ним в координатах V Pm строится тяговая диаграмма автомобиля.
Таблица 5 – Тяговый баланс автомобиля
Частота вращения коленчатого вала двигателя обмин
Рисунок 3. Тяговая характеристика автомобиля Skoda Octavia
Используя полученный график определяют показатели динамичности автомобиля при равномерном движении.
3.2 Динамическая характеристика автомобиля.
Обобщающим показателем позволяющим не только оценить тяговые качества данного автомобиля но и сравнить автомобили различных конструкций является динамический фактор представляющий собой удельную остаточную силу тяги:
Графическое изображение зависимости динамического фактора от скорости движения при различных передачах в коробке и полной нагрузке на автомобиль называется динамической характеристикой автомобиля.
Значения скорости движения автомобиля на передачах и соответствующие им значения и можно взять из таблицы 5. Результаты расчета динамического фактора запишем в виде таблицы 6.
Чтобы определить по динамической характеристике возможность движения автомобиля без буксования ведущих колес рассчитывается динамический фактор по сцеплению:
Необходимо подсчитать при двух значениях коэффициента сцепления φ = 02 и φ = 04 определив для каждой скорости максимальный динамический фактор который может быть реализован для заданных условий движения. По полученным данным в координатах DV строится график динамической характеристики автомобиля.
Результаты расчета динамического фактора по сцеплению запишем в виде таблицы 6.
Таблица 6 – Динамический фактор автомобиля
Рисунок 4. Динамическая характеристика автомобиля Skoda Octavia
На основании динамической характеристики по сцеплению необходимо сделать заключение о возможности движения автомобиля в данных дорожных условиях исходя из условия безостановочного движения автомобиля:
В результате расчета при коэффициенте φ = 02 возможно буксование автомобиля на первой и второй передачах.
3.3 Динамический паспорт автомобиля.
Для комплексного решения практических задач по определению тягово-скоростных качеств автомобиля в конкретных условиях его эксплуатации служит динамический паспорт автомобиля.
Динамический паспорт представляет собой динамическую характеристику автомобиля с номограммой нагрузок и графиком контроля буксования. Наряду с показателями тягово-скоростных качеств автомобиля при переменной нагрузке он позволяет находить и минимальный коэффициент сцепления при котором эти показатели могут быть реализованы.
Вначале строится номограмма нагрузок. По оси абсцисс влево от начала координат вновь построенной динамической характеристики соответствующей 100% нагрузки откладывают уменьшающийся до нуля процент нагрузки автомобиля. В этой точке оси абсцисс где нагрузка равна 0% проводят вторую ось ординат на которой откладывают значения динамического фактора ненагруженного автомобиля:
Равные значения величин и соединяют прямыми линиями. Каждая из этих линий представляет собой совокупность равных значений динамического фактора для всех возможных нагрузок автомобиля. Каждая из этих линий в случае установившегося движения автомобиля соответствует своему определенному значению коэффициента суммарного сопротивления дороги поскольку в этом случае .
Номограмму нагрузок дополняют графиком контроля буксования. Для этого на осях и в принятых масштабах и с определенным шагом откладывают соответственно значения динамических факторов по сцеплению для ненагруженного:
и полностью груженого автомобиля:
Результаты расчета динамических факторов по сцеплению запишем в виде таблицы 7.
Таблица 7 – Динамические факторы автомобиля по сцеплению
Равные значения величин и соединяют пунктирными прямыми линиями. Над каждой сплошной и пунктирной линией записывают соответствующие им значения φ и .
Пользуясь динамическим паспортом автомобиля можно легко установить например будет ли двигаться автомобиль в заданных дорожных условиях и при заданной нагрузке. Для этого через точку с заданной нагрузкой проводят вертикаль и если точка пересечения вертикали с заданным дорожным сопротивлением окажется выше пересечения с заданным фактором по сцеплению то будет иметь место буксование ведущих колес. В противном случае буксования не будет и можно определить все тягово-скоростные качества автомобиля.
Рисунок 5. Динамический паспорт автомобиля Skoda Octavia
3.4 Мощностная диаграмма движения автомобиля.
Для анализа динамических качеств автомобиля наряду с уравнением силового баланса можно воспользоваться уравнением мощностного баланса:
Составляющая мощностного баланса находится для каждой передачи по уравнению:
Мощностная диаграмма движения автомобиля является графиком решения уравнения мощностного баланса. Для построения мощностной диаграммы целесообразно воспользоваться данными таблица 5.
Результаты расчета заносятся в таблицу 8.
Таблица 8 – Мощностной баланс автомобиля
По данным таблицы 8 в координатах NV строятся кривые и на каждой передаче. В нижней части графика строится зависимость вверх от которой откладываются значения мощности .
Рисунок 6. Мощностной баланс автомобиля Skoda Octavia
График запасов мощности строится отдельно с сохранением ранее принятых масштабов.
Рисунок 7. Запас мощности автомобиля Skoda Octavia
3.5 Ускорение при разгоне автомобиля.
Для оценки динамики разгона автомобиля наиболее часто используют зависимость ускорения от скорости движения автомобиля по передачам а также значения пути и времени разгона в интервале скоростей.
График ускорения строится на основании имеющейся динамической характеристики автомобиля по уравнению:
Ускорение при разгоне рассчитывается для дороги с малым сопротивлением движению при условии максимального использования мощности и отсутствии буксования. Коэффициент учета вращающихся масс автомобиля позволяющий учесть дополнительные сопротивления разгону связанные с раскруткой вращающихся деталей подсчитывается по формуле:
; ; - количество ведомых колес;
– количество ведущих колес;
Результаты расчета ускорений на каждой передаче и величин обратных ускорений 1j необходимых для графического времени и пути разгона автомобиля заносятся в таблицу 9.
Таблица 9 – Ускорения при разгоне автомобиля
Рисунок 8. График ускорений автомобиля Skoda Octavia
Рисунок 9. График обратных ускорений автомобиля Skoda Octavia
3.6 Построение графиков времени и пути разгона автомобиля.
График времени t = f (V) и пути разгона S = f (V) автомобиля строят на основании графика ускорений автомобиля графоаналитическим методом
Построим график времени и пути разгона.
Весь диапазон скоростей автомобиля разобьем на 12 интервалов. Границы интервалов соответствуют определенным значениям скорости и ускорений.
Время разгона автомобиля для каждого интервала скоростей:
Затеи для каждого интервала скоростей определяют путь автомобиля по выражению:
Вычисленные значения времени и пути разгона автомобиля занесем в таблицу 10:
Таблица 10 – Время и путь разгона автомобиля
Наименование параметра
Скорость в конце интервала
Ускорение в конце интервала
Время разгона в интервале
Суммарное время разгона
Путь разгона в интервале
Суммарный путь разгона
Рисунок 10. Время разгона автомобиля Skoda Octavia
Рисунок 11. Путь разгона автомобиля Skoda Octavia
4 Показатели топливной экономичности.
Автомобильный транспорт потребляет большое количество топлива стоимость которого составляет 10-15% всех затрат на автомобильные перевозки. Расход топлива зависит от конструкции автомобилей и их технического состояния а также от дорожных и климатических условий квалификации водителя и организации транспортного процесса.
Наиболее полно экономические качества автомобиля оцениваются топливо - экономической характеристикой представляющей собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости движения автомобиля.
При выполнении курсовой работы путевой расход топлива можно определить из уравнения расхода топлива для установившегося движения:
Где - плотность топлива.
Удельный эффективный расход зависит от частоты вращения коленчатого вала и степени использования мощности двигателя И равной отношению мощности необходимой для равномерного движения автомобиля в мощности которую развивает двигатель на ведущих колесах при той же скорости и полной подаче топлива:
Отсутствие аналитической связи между и другими членами уравнения расхода топлива исключают возможность его точного решения поэтому определяют с помощью графо - аналитического методов или используя эмпирические формулы.
В случае отсутствия эмпирических данных характеризующих зависимость для определения расхода топлива можно использовать метод И.С. Шлиппе. При этом удельный эффективный расход топлива представляется в виде функции нескольких параметров:
Где - коэффициент учитывающий изменение в зависимости от степени использования мощности И; - коэффициент учитывающий изменение в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя; – удельный эффективный расход топлива при .
Примерные значения коэффициентов полученные обработкой данных приведены на рисунке 12. Для определения расхода топлива при заданной скорости движения автомобиля необходимо найти отношение и по графику (рисунок 12а) определить значение . Вычислив значения подсчитывается степень использования мощности двигателя И после чего по графику (рисунок 12б) определяется значение . Зная и можно определить значение а затем по уравнению расхода топлива – путевой расход . Вычисления производим для дороги с асфальтированным покрытием для разных значений .
Рисунок 12. Параметры топливной экономичности.
Результаты расчетов заносим в таблицу 11.
Таблица 11 – Показатели топливной экономичности автомобиля.
Рисунок 13. Топливо – экономическая характеристика автомобиля.
В процессе выполнения тягового расчета были определены конструктивные параметры автомобиля обеспечивающие ему заданные тягово-скоростные свойства. Были рассчитаны внешняя скоростная характеристика двигателя и определены передаточные числа трансмиссии. Построен ряд графиков дающих наглядное представление о тяговых динамических мощностных экономических свойствах автомобиля Например по динамическому паспорту автомобиля можно судить о том будет ли двигаться автомобиль в заданных дорожных условиях и при заданной нагрузке. Динамические свойства автомобиля иллюстрирует график времени и пути разгона а также график ускорений. По графику внешней скоростной характеристики двигателя можно определить рабочий диапазон частот вращения двигателя - он находится в зоне максимального крутящего момента и т.д.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Краткий автомобильный справочник. М.: Транспорт 1984 - 220с.
Рождественский Ю.В. Волченко Г.Н. Эксплуатационные свойства автомобиля: Учебное пособие-Челябинск: Издательство ЮУрГУ 2000 - 26 с.
Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие В.Д. Соловьев В.И. Фатеев. - Тула: Изд-во ТулГУ 2002-338 с.
Гришкевич А.И. Автомобили: Теория. Минск: Высш. шк. 1986-208с.

графики.cdw