Расчёт конструктивных параметров и эксплуатационных показателей автомобиля MAN TGM 18.240

записка.docx

Расчёт конструктивных параметров и эксплуатационных показателей автомобиля5
1 Колёсная формула автомобиля5
2 Схема общей компоновки и прототип автомобиля6
3 Массовые характеристики автомобиля8
3.1 Распределение массы по осям9
3.2 Координаты центра масс9
5 Определение основных характеристик автомобиля и двигателя10
5.1 Определение мощности двигателя и построение внешней скоростной характеристики11
5.2 Определение основных конструктивных параметров двигателя15
6. Определение параметров трансмиссии автомобиля16
6.1 Передаточное число главной передачи16
6.2 Определение передаточных чисел коробки передач16
7. Силовой баланс автомобиля19
7.1 Диаграмма силового баланса и тяговая характеристика21
7.2. Динамический фактор и динамический паспорт автомобиля27
Список использованной литературы30
Курсовая работа по дисциплине “Конструкция и расчёт автомобилей” ставит следующие цели перед студентом:
-закрепить приобретённые знания в основах расчёта конструкции и теории рабочих процессов автомобиля;
-получить навыки в выполнении силового расчёта и определении скоростных характеристик автомобиля
-уметь определять конструктивные параметры и рассчитывать основные функциональные элементы автомобиля.
Основной задачей курсовой работы является умение произвести конструкторский анализ автомобиля а именно:
- выбрать прототип АТС;
- проработать техническую характеристику и компоновочную схему автомобиля;
- рассчитать отдельные параметры двигателя и трансмиссии;
- рассчитать тяговые и скоростные характеристики;
- определить параметры эксплуатационных свойств автомобиля.
Расчёт конструктивных параметров и эксплуатационных показателей автомобиля
В соответствии с исходными данными расчёт и выбор конструкции автомобиля начинаем с определения его колёсной формулы компоновочной схемы и прототипа геометрических и массовых характеристик.
Исходные данные для расчёта конструкции АТС приведены в таблице 1.1:
Таблица 1.1. Исходные данные варианта №20
Макс. грузоподъёмность кг
Макс. скорость V кмч
Характеристика дорожного покрытия
Коэф. сопротивления дороги
Удельный расход топлива гкВтч
1 Колёсная формула автомобиля
Колёсную формулу определяем исходя из следующих условий:
где — максимальный коэффициент сопротивления дороги достигаемый на нижней передаче (задаётся в исходных данных).
φ — коэффициент сцепления колёс с дорогой φ=06.
В результате расчетов выбираем следующий вариант: для двухосных АТС со сдвоенными колесами задней оси. Для автомобиля с заданной грузоподъёмностью 11000 кг ориентируясь на прототипы современных АТС целесообразно принять колёсную формулу 4х2 со сдвоенными колёсами задней оси.
2 Схема общей компоновки и прототип автомобиля
В соответствии с техническим заданием выбираемое АТС (4х2) относится к дизельным автомобилям дорожной проходимости с грузоподъемностью 11000 кг и максимальной развиваемой скоростью 90 кмч.
Таким образом для варианта №30 выбираем:
- схему компоновки бескапотная с передним расположением двигателя количеством осей – 2 (задняя ведущая) (рис. 1.1);
- в качестве прототипа MAN TGM 18.240 (рис. 1.2).
Рисунок 1.1. – Схема общей компоновки АТС и параметры его центра масс
Рисунок 1.2. — Общий вид автомобиля MAN TGM 18.240 и его основные геометрические параметры
Технические характеристики выбранного прототипа (MAN TGM 18.240) сводим в таблицу 1.2:
Таблица 1.2. - Техническая характеристика автомобиля MAN TGM 18.240
Экологический стандарт
Максимальная мощность двигателя
0 л. с. (при оборотах 2300 мин-1)
Максимальный крутящий момент
5 Н·м (при оборотах 2300 мин-1)
Максимальная развиваемая скорость
Расположение цилиндров
Количество цилиндров
Тип передней и задней подвесок
Параболические рессоры
Максимальная грузоподъемность
3 Массовые характеристики автомобиля
К массовым (весовым) характеристикам транспортного средства относят: собственную массу транспортного средства; полную массу АТС.
Полная масса автомобиля определяется по формуле:
где - собственная масса автомобиля кг; - масса перевозимого груза кг.
При определении собственной и затем полной массы автомобиля преимущественно выходят из массы груза перевозимого автомобилем:
где q - коэффициент тары (определяют исходя из зависимости (рис. 1.3)).
Рисунок 1.3 - График зависимости коэффициента тары от грузоподъёмности АТС
Исходя из зависимости коэффициент тары при .
По формуле (2) определяем собственную массу автомобиля:
По формуле (1) определяем полную массу автомобиля:
Полный вес автомобиля (Н) определяется по формуле (1.4):
3.1 Распределение массы по осям
Нагрузку на каждую из осей автомобиля определяют (Н):
-в двухосных грузовых автомобилях с кабиной над двигателем и со сдвоенными колесами задней оси а также в двухосных автобусах вагонной компоновки:
G2 = (065 070) (1.5)
G2=065·175714= 1142141 (Н);
Нагрузка на переднюю ось:
G1=175714 – 1142141= 614999 (Н);
3.2 Координаты центра масс
База автомобиля L = 6175 м (рис. 2.1) принимается по выбранному прототипу.
Координаты центра масс a и b по базе двухосного автомобиля (м):
Высоту центра масс hg принимаем 1 м.
Шины для автомобиля выбирают исходя из назначения автомобиля наибольшей нагрузки приходящейся на одно колесо автомобиля в соответствии с определенными нагрузками на его оси и допустимыми согласно техническим характеристикам шин нагрузок на них. При этом учитывают соответствие скоростных характеристик шин максимальной скорости автомобиля указанной в техническом задании.
Нагрузка на одно колесо любой оси составляет:
где - количество колес установленных на оси (каждое сдвоенное колесо учитывается как два).
Нагрузка на колесо передней оси:
Нагрузка на задние сдвоенные колёса:
Для варианта №11 шины выбираем согласно ГОСТ 5513-97 " Шины пневматические для грузовых автомобилей автоприцепов автобусов и троллейбусов" со следующими параметрами:
-тип шины – радиальная бескамерная обозначение – 29580
-наружный диаметр шины без нагрузки D = 1044 мм;
-статический радиус rст= 499 мм;
-допустимая скорость движения Vma
-максимальная нагрузка на шину G = 3286 кН;
Динамический радиус rd и радиус качения колеса rk принимают равными статическому радиусу rст то есть считают что rd rk rст.
В дальнейших расчетах пользуются понятием радиус колеса rk который определяют из выражения:
rk = 05 · d + λz Н2; (1.10)
где λz = 080 092 – коэффициент вертикальной деформации (меньшие значения принимают для легковых автомобилей большие - для грузовиков и автобусов); Н = D – d (d – диаметр обода D – внешний диаметр колеса без нагрузки).
Кинематический радиус колеса rk = 05 · 5585 + 09 (1044 – 5585)2 =4977 мм.
5 Определение основных характеристик автомобиля и двигателя
Основные технические характеристики АТС определяются его тягово-скоростными свойствами. Тягово-скоростные свойства автомобиля – это совокупность в зависимости от характеристик двигателя и сцепления ведущих колес с дорогой возможных диапазонов изменения скоростей движения и предельных значений интенсивности разгона и торможения автомобиля при его работе на тяговом режиме при различных дорожных условиях. Тяговым считают режим при котором к ведущим колесам подводится мощность достаточная для преодоления внешних сил сопротивления движению автомобиля. Показатели тягово-скоростных свойств автомобиля: эффективная мощность двигателя динамический фактор ускорение при разгоне и торможении скоростные характеристики - определяются тяговым расчетом.
5.1 Определение мощности двигателя и построение внешней скоростной характеристики
Во время движения автомобиля мощность его двигателя расходуется на преодоление сил сопротивления: дороги воздуха трение в трансмиссии инерции при разгоне автомобиля.
При расчете мощности двигателя выходят из условия обеспечения движения автомобиля с заданной максимальной скоростью которой соответствует частота вращения коленчатого вала .
Расчётная мощность двигателя (кВт):
где - вес автомобиля с грузом Н; - максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче в заданных дорожных условиях км ч; - приведенный коэффициент дорожного сопротивления; – КПД трансмиссии; - КПД гидропередачи (определяется безразмерной характеристикой и находится в пределах 096 098 при работе в режиме сцепления ( = 10 при блокировке гидротрансформатора или его отсутствии)); - коэффициент сопротивления воздуха; - площадь лобового сопротивления автомобиля.
Площадь лобового сопротивления равна площади проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную его продольной оси:
- для грузовых автомобилей и автобусов:
где – коэффициент заполнения площади: для грузовых = 085 090; В – ширина колеи (задних колёс) м; Нa – соответственно габаритная высота автомобиля м.
Коэффициент сопротивления воздуха определяет величину фактора обтекаемости автомобиля W ( ):
где С ρ = 1225 кгм3 – плотность воздуха. Безразмерный коэффициент аэродинамической силы Сx и коэффициент обтекаемости принимают зависящими только от конфигурации поверхности автомобиля что в значительной мере обуславливает сопротивление формы от шероховатости поверхностей автомобиля которая обуславливает сопротивление граничного трения и наличия щелей и каналов которые создают внутреннее сопротивление.
Для варианта №20 площадь лобового сопротивления АТС:
Фактор обтекаемости автомобиля:
Максимальная мощность двигателя:
где коэффициенты а b и с принимают: для четырехтактных дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания – а = 053; b = 156; с = 109; λ - коэффициент быстроходности двигателя λ = 09 10 – для дизелей.
Внешняя скоростная характеристика (ВСХ) является зависимостью эффективной мощности крутящего момента удельного и почасового расхода топлива от числа оборотов коленчатого вала двигателя при полной нагрузке. Эффективную мощность в функции числа оборотов коленчатого вала двигателя и её поточные значения рассчитывают используя формулу Лейдермана:
Значение эффективного момента двигателя (Н·м) и его поточные значения определяется по формуле:
Текущие значения удельного (гкВт · ч) и почасового (кгч) расхода топлива:
где - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности; и - текущее значение мощности и частоты вращения коленчатого вала; а=07 b=13 c=10 и а1=1168 b1=067 c1=0491 - эмпирические коэффициенты; - эффективный удельный расход топлива при (гкВт·ч).
При построении графиков задаются 6 8 -ю значениями частоты вращения ne в диапазоне от до . Минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала принимают для дизелей = 600 мин-1 . Максимальная частота вращения коленчатого вала = 2490 мин-1 .
Приняв для расчета двигателя варианта №20 минимальные обороты коленчатого вала = 600 мин-1 обороты при максимальной мощности = 1800 мин-1 и максимальные для незагруженного автомобиля = 1980 мин-1 а = 07; в = 13; с = 10 = 220 гкВт·ч проводим расчеты по формулам 2.17-2.20 и результаты заносим в таблицу 2.3.
Таблица 1.3 – Расчётные данные для построения внешней скоростной характеристики двигателя АТС
ВСХ строится используя графики зависимостей: рисунок 1.4.
Рисунок 1.4. – Внешняя скоростная характеристика двигателя
5.2 Определение основных конструктивных параметров двигателя
Рабочий объём двигателя (литраж) определяется по формуле:
где - тактность двигателя; - максимальная мощность двигателя кВт; - частота вращения коленчатого вала при мин-1 ; - среднее эффективное давление МПа.
Для расчётного двигателя:
Диаметр поршня двигателя определяется по формуле:
Рабочий объём одного цилиндра:
где – количество цилиндров в двигателе.
Средняя скорость поршня:
6. Определение параметров трансмиссии автомобиля
6.1 Передаточное число главной передачи
Передаточное число главной передачи определяют из условия обеспечения заданной максимальной скорости (мс) движения автомобиля на высшей ступени коробки передач при установленном значении по формуле:
где - радиус колеса в м; - передаточное число коробки передач (КП) на высшей ступени; - передаточное число высшей ступени дополнительной передачи (раздаточная коробка демультипликатор); - коэффициент скольжения гидротрансформатора.
6.2 Определение передаточных чисел коробки передач
При расчете передаточного числа КП на первой передаче принимают что автомобиль двигаясь равномерно должен преодолевать максимальное дорожное сопротивление что задается максимальным значением коэффициента дорожного сопротивления .
Формула для определения передаточного числа КП на 1-й передаче:
где - максимальный крутящий момент двигателя Нм; - коэффициент максимального дорожного сопротивления; · - вес полностью загруженного автомобиля; = 1 (если дополнительная коробка передач отсутствует); - КПД трансмиссии.
Для движения АТС без буксования необходимо проверить чтобы при определенном передаточном числе обеспечивалось требуемое сцепление ведущих колес с дорогой т.е. ≥ .
Если данное условие не выполняется то необходимо увеличить нагрузку на ведущие колёса за счёт изменения компоновки автомобиля или путём изменения дорожных условий эксплуатации.
Максимально возможное передаточное числе КПП на первой передаче при условии сцепления ведущих колес с дорогой:
где - коэффициент сцепления; - коэффициент изменения нормальных реакций на ведущих (задних) колесах автомобиля (при разгоне = =120); = ( a) L - масса приходящаяся на задние ведущие колеса автомобиля в статическом положении; L = (a + b) - колесная база автомобиля; а и b - расстояния от центра масс автомобиля до переднего или заднего мостов соответственно.
Видно что возможность движения автомобиля по дороге с принятым коэффициентом сцепления обеспечивается т. к. ≥ .
Передаточные числа промежуточных передач выбирают исходя из условия обеспечения оптимальных показателей тягово-скоростных и топливно-экономических свойств. Опытным путем установлено что лучшая динамичность автомобиля будет в том случае когда передаточные числа КПП изменяются в соответствии с законом геометрической прогрессии то есть:
где m - порядковый номер передачи; n - количество передач коробки (не считая ускоряющей передачи и передачи заднего хода). Передаточное число КП каждой передачи:
Максимальное тяговое усилие при движении на 1-й передаче в наиболее тяжёлых условиях (при минимальной скорости дорожное покрытие – щебень угол подъёма α = 6º):
где - коэффициент сопротивления качению.
Сила сцепления ведущих колёс с дорогой:
То есть условие движения автомобиля ( ≤ ) без буксования соблюдается.
Передаточное число трансмиссии:
где - крутящий момент при котором двигатель развивает максимальную мощность (определяется из графика внешней скоростной характеристики).
Количество передач в КП:
где – передаточное число высшей передачи; - обороты коленчатого вала при максимальном крутящем моменте.
Округляя k до большего целого числа получаем в коробке передач число ступеней 8
Передаточное число первой передачи:
По формуле 2.30 передаточное число на 2-й и последующих передачах:
Передаточное число передачи заднего хода:
7. Силовой баланс автомобиля
На автомобиль в общем случае при движении действуют следующие силы (рисунок 1.5): - сила тяги движущая автомобиль и возникающая в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с дорогой; и - силы сопротивления качению передних и задних колес действующих в плоскости дороги; - сила сопротивления подъему направленная параллельно плоскости дороги; - сила тяжести автомобиля; - сила сопротивления воздуха приложенная в центре парусности автомобиля; - сила инерции приложенная в центре тяжести автомобиля и называемая силой сопротивления разгону; и - нормальные реакции дороги на передние и задние колеса.
Рисунок 1.5 – Схема сил действующих на автомобиль в процессе движения
Сила тяги эластичных колес в установившемся режиме с учётом сопротивления качению колес а также инерционного момента сопротивлению их ускоренному вращению:
где - коэффициент вращающихся масс автомобиля (маховик и все детали которые к нему присоединяются):
где - вес пустого; - вес загруженного автомобиля.
Сила сопротивления качению:
Крутящий момент на ведущих колёсах:
где – крутящий момент на коленчатом валу двигателя;
– передаточные числа соответственно коробки передач дополнительной коробки и главной передачи;
– коэффициент полезного действия трансмиссии.
Скорость движения АТС:
где – угловая скорость вращения коленчатого вала:
Проекцией силы РB на ось X называют силой сопротивления воздуха или силой лобового сопротивления:
где – безразмерный коэффициент ;
– площадь лобового сопротивления ;
– плотность воздуха
Поточные значения силы сопротивления дороги с учетом скорости движения автомобиля:
7.1 Диаграмма силового баланса и тяговая характеристика
Тяговая характеристика автомобиля строится на базе диаграммы силового баланса методом А.Н. Островцева и представляет собой графики зависимости силы тяги и остаточной силы .
В характеристике также представлены зависимости – силы сопротивления дороги от коэффициента дорожного сопротивления при различных нагрузках автомобиля по условиям сцепления ведущих колес с дорогой и – силы сцепления от коэффициента сцепления при различной загрузке автомобиля.
По формуле (1.42) определяем скорость движения АТС. Результаты расчёта сносим в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 – Результаты расчета скоростей АТС
Скорость автомобиля при
Передаточное число КП
По формуле (1.44) определяем силы сопротивления воздуха. Результаты расчёта сносим в таблицу 1.5.
Таблица 1.5 – Результаты расчета сил сопротивления воздуха
Сила сопротивления воздуха при
Определяем силу тяги на ведущих колесах по формуле (1.38) и результаты расчета сводим в таблицу 1.6.
Таблица 1.6 – Результаты расчета силы тяги автомобиля
Продолжение таблицы 1.6
Находим суммарную силу дорожного сопротивления при условии что автомобиль движется по горизонтальной плоскости ():
Максимально допустимая без буксования сила сцепления формула (1.31):
Необходимое условие для движения автомобиля без буксования должно выполняться при условии что:
Сравнивая полученные результаты устанавливаем что условие движения автомобиля без буксования выполняется.
Рассчитываем поточные значения силы сопротивления дороги с учетом скорости движения автомобиля по формуле (1.45) и сводим их в таблицу1.7.
Таблица 1.7 – Результаты расчета сил сопротивления дороги при движении автомобиля.
Частота вращения к. в.
Продолжение таблицы 1.7
Рассчитываем сумму сил сопротивления дороги и воздуха и сводим значения в таблицу 1.8.
Таблица 1.8 – Результаты расчета суммы сил сопротивления дороги и воздуха
Частота вращения к. в.
Продолжение таблицы 1.8
Сводим результаты таблиц 1.4 – 1.8 в общую таблицу 1.9.
Таблица 1.9 – Показатели тяговой характеристики автомобиля
Значения показателей при соответствующих
Продолжение таблицы 1.9
Рисунок 1.6 – Диаграмма силового баланса
Из рисунка 1.6 видно что график силы тяги на пятой передаче (кривая V) пересекается с суммарной кривой сил сопротивления качению и сопротивления воздуха (кривая ) при скорости около 90 кмч которая и является максимальной для данного автомобиля.
Левую часть графика строят используя зависимость:
Правую часть графика строят используя зависимость:
где – собственная масса автомобиля кг; – действительная масса загрузки автомобиля кг; – сцепная масса автомобиля то есть масса приходящаяся на ведущие колеса при соответствующей загрузке автомобиля кг; – коэффициент сцепления.
определяют при нулевой и полной загрузке. Для других состояний загрузки примерно принимают что сцепной масса пропорциональна общей массе автомобиля то есть:
где - собственная масса автомобиля которая приходится на ведущие колеса; - коэффициент загрузки ( = 0; 025; 05; 075; 10).
7.2. Динамический фактор и динамический паспорт автомобиля
Тягово-скоростные свойства автомобиля оценивают с помощью его динамической характеристики включающей динамический фактор и динамический паспорт автомобиля. Динамический фактор равен отношению остаточной силы тяги к силе тяжести от полной массы автомобиля:
где - остаточная сила тяги которая используется на преодоление сил сопротивления дороги и разгона автомобиля.
Динамическая характеристика позволяет сравнивать тягово-скоростные свойства автомобилей с разной массой и представляет график зависимости динамического фактора D при полной загрузке автомобиля от скорости движения на различных передачах КПП (рис. 1.7).
Для построения динамической характеристики заполняют таблицу 1.10. Динамическую характеристику с номограммой нагрузок и графиком контроля буксования называют динамическим паспортом автомобиля. Для загруженного и незагруженного автомобиля вес которого Gx динамический фактор соответственно:
При каждом изменении нагрузки величина динамического фактора изменяется и при этом динамическую характеристику дополняют номограммой загрузок.
Чтобы оценить возможность работы автомобиля без буксования ведущих колес при различной загрузке автомобиля необходимо сопоставить величины динамических факторов по условиям тяги D и сцепления . Такое сопоставление выполняют с помощью графика контроля буксования характеризующий величины динамического фактора по сцеплению при различных значениях нагрузки и коэффициента сцепления .
Таблица 1.10 - Показатели для построения динамической характеристики
Продолжение таблицы 1.10
Рисунок 1.7 – Динамическая характеристика с номограммами нагрузок и буксования
В ходе выполнения курсовой работы были выполнены:
)подбор прототипа АТС по исходным данным;
) рассчитаны конструктивные параметры и эксплуатационные показатели автомобиля;
) построена внешняя скоростная характеристика;
) построена диаграмма силового баланса;
) построена динамическая характеристика с номограммой нагрузок и буксования.
Исходя из расчётов и графиков предоставленных в данной курсовой работе я делаю вывод что КР сделана верно.
Список использованной литературы
Вахламов В. К. Автомобили: Конструкция и элементы расчёта: учебник для студентов ВУЗов. – М.: Издательский центр «Академия» 2006. – 480 с.
Гришкевич А. И. Автомобили: Теория: Учебник для ВУЗов. – Мн.: Выш. шк. 1986. – 208 с.
Железнов Е. И. Автомобили. Анализ конструкций и основы расчета: учебное пособие ВолгГТУ. – Волгоград 2018. – 96 с.
Литвинов А. С. Фаробин Я. Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для ВУЗов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение 1989. – 240 с.

графики.cdw

динамические хар-ки.cdw

Динамическая характеристика и
номограмма нагрузок и буксования

кира ман чертеж.cdw

Технические характеристики MAN TGM 18.240
Мощность двигателя - 340 л.с.
Максимальная скорость - 90 кмч.
Грузоподъёмность - 11000 кг.
Радиус колеса - 0.46 м.
Максимальная снаряжённая масса - 7000 кг.
Максимальная разрешённая масса - 18000 кг.

силовой балансик.cdw