Тяговый и динамический расчёт автомобиля ВАЗ-11113-01

ВАЗ-1111 (т-л_ПЕЧАТАТЬ).docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ижевский государственный технический университет
по дисциплине: «Автомобили» II часть
по теме: «Динамический расчёт автомобиля ВАЗ-1111»

Графики ВАЗ-11113.cdw

График пути и времени разгона
График зависимости скорости
движения от угловой скорости
Внешняя скоростная характеристика
Характеристика топливной экономичности
Тяговая характеристика
Универсальная динамическая характеристика
автомобиля ВАЗ-11113-01

ВАЗ-1111 (основная часть).docx

Конструктивные и технические характеристики автомобиля4
1 Внешняя скоростная характеристика двигателя4
2 Коэффициент полезного действия трансмиссии5
3 Характеристики ведущих колес5
4 Теоретические скорости автомобиля6
Силы действующие на автомобиль7
1 Сила тяги на ведущих колесах7
2 Сила сопротивления качению8
3 Сила сопротивления подъему8
4 Сила сопротивления дороги8
5 Сила тяги по условиям сцепления движителя с дорогой9
6 Сила сопротивления воздуха9
Динамические характеристики автомобиля12
1 Динамический фактор автомобиля12
2 Ускорение при разгоне13
3 Время разгона автомобиля14
4 Путь разгона автомобиля16
Топливная экономичность18
Таблица 1.1 - Исходные данные
Марка автомобиля (прототип)
Число мест для сидения (включая водителя) и
масса перевозимого груза не более
Масса снаряженного автомобиля без груза кг.
Наибольшая скорость с полной нагрузкой кмчас.
Номинальная мощность кВт (частота вращения коленчатого вала мин-1)
Максимальный крутящий момент Н·м (частота вращения коленчатого вала мин-1)
Коэффициент сопротивления качению (асфальтобетонная поверхность дороги в удовлетворительном состоянии) f
Коэффициент сцепления
Передаточные числа КПП:
Конструктивные и технические характеристики автомобиля
1 Внешняя скоростная характеристика двигателя
В основе расчета тяговых свойств автомобиля лежит внешняя скоростная характеристика двигателя. Данную характеристику строим аналитическим путем. Задаваясь различными значениями числа оборотов n в пределах от 1000 5500 мин-1 до числа оборотов nmax (с обязательным включением номинального числа оборотов nн) по формуле С. Р. Лейдермана определяем текущие значения мощности двигателя Nе и удельного расхода топлива gе [2]:
где Nн - номинальная мощность двигателя кВт;
ne - текущее значение числа оборотов коленчатого вала мин-1;
А А0 В В0 С0 - коэффициенты характеризующие тип двигателя;
А = 10; А0 = 12; В = 10; В0 = 10; С0 = 08.
где geN - удельный расход топлива при максимальной мощности.
Крутящий момент двигателя определяется по формуле [2]:
Расход горючего карбюраторным двигателем находим по формуле [3]:
Расчет значений Ne geМe GT для частоты вращения коленчатого вала n = 1000 мин-1:
Все значения Ne ge Мe GT полученные в результате расчетов сведем в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Значения внешней скоростной характеристики
Внешнюю скоростную характеристику строят в диапазоне числа оборотов от nmin до nmах по точкам полученным в результате расчетов.
Графически внешняя скоростная характеристика представлена в графическом приложении.
2 Коэффициент полезного действия трансмиссии
Механический к.п.д. трансмиссии тр учитывает потери энергии в элементах трансмиссии транспортного средства. Величина этих потерь а следовательно и величина тр не остается постоянной при работе автомобиля на разных режимах.
Так как в нашем расчете кинематическая схема трансмиссии отсутствует то примем значение механического к.п.д. трансмиссии из справочника тр = 092.
3 Характеристики ведущих колес
Для тягового расчета транспортного средства необходимо знать радиус ведущего колеса. Для автомобиля ИЖ-21261 производитель рекомендует шины 13580R12.
Расчетный радиус ведущего колеса определяем по следующей формуле [2]:
r = 05 · d + В · (1 - λш) м
где d - диаметр обода колеса м; для нашего автомобиля имеем d = 12 ” =
= 12 00254 = 03048 м;
В - высота (ширина) профиля шины м; В = 0135 м;
λш - коэффициент радиальной деформации шины; λш= 007.
r = 05 · 03048 + 0135 · (1 - 007) = 0278 м.
4Теоретические скорости автомобиля
Под теоретической скоростью автомобиля Vа подразумевается скорость движения которую бы он имел при отсутствии буксования. Теоретическая скорость автомобиля зависит от конструктивных его параметров и числа оборотов двигателя. Так как теоретическая скорость выражается перемещением автомобиля в мс то [1]:
где nк - частота вращения ведущего колеса мин-1.
При движении автомобиля без пробуксовывания частота вращения колеса может быть выражена через частоту вращения коленчатого вала nе следующим образом [1]:
iтр - передаточное число трансмиссии автомобиля [2]:
Для первой передачи iтр принимает значение:
Значения для остальных передач приведены в таблице 2.4.1.
Таблица 2.4.1 - Значения iтр
Следовательно получим скорость автомобиля:
Для первой передачи и числа оборотов равного 1000 мин-1 имеем скорость:
Определим теоретические скорости для каждой передачи коробки передач при разных скоростях вращения коленчатого вала и полученные значения сведем в таблицу 2.4.2
Диаграмма зависимости скорости автомобиля от частоты вращения коленчатого вала представлена в графическом приложении.
Таблица 2.4.2 - Теоретические скорости автомобиля
Силы действующие на автомобиль
1 Сила тяги на ведущих колесах
Сила тяги РТ является окружной силой действующей по наружному радиусу ведущего колеса и может быть определена по формуле [2]:
На первой передаче при n = 1000 мин-1 имеем:
Определим значения силы тяги для каждой передачи коробки передач при разных скоростях вращения коленчатого вала. Значения сведем в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Силы тяги на ведущих колесах на различных передачах
Сила тяги на ведущих колесах РТ Н
Продолжение таблицы 3.1
2 Сила сопротивления качению
Силу сопротивления качению Рк находим в общем случае при движении автомобиля по наклонной поверхности из выражения [2]:
Рк = Ga · f · cos α Н
где f - коэффициент сопротивления качению; f = 002;
Ga - полный вес автомобиля [2]:
Ga = Go + 750 · n + Gг
где Go = ma g - вес снаряженного автомобиля Н;
n - число мест в автомобиле; n = 4;
Gг - вес перевозимого груза кг.
Ga = 645 · 981 + 750 · 4 + 40 · 981 = 971985 Н.
Рк = 971985 · 002 · 1 = 19440 Н.
3 Сила сопротивления подъему
Составляющая силы тяжести параллельная поверхности движения и возникающая при движении автомобиля по наклонному участку местности называется силой сопротивления подъему и определяется по формуле [2]:
РП = 971985 · 002 · 0 = 0 Н.
Сила Рп может быть направлена как против движения (при движении на подъем; в этом случае она действует как сила сопротивления) так и по движению (при движении на спуск в этом случае она действует как движущая сила).
4 Сила сопротивления дороги
Сила сопротивления дороги при движении на подъем рассчитывается по следующей формуле [2]:
Рд = 0 + 19440 = 19440 Н.
График этой силы представлен на диаграмме тяговой характеристики в графическом приложении.
5 Сила тяги по условиям сцепления движителя с дорогой
Предельную касательную реакцию которую может обеспечить материал дороги и при превышении которой происходит разрушение грунта под действием сдвигающей силы называют силой тяги по сцеплению и определяют по формуле [2]:
где φ = 04 – коэффициент сцепления;
Gφ - сцепная сила тяжести представляет собой нормальную реакцию грунта под ведущими элементами движителя равную для колесных транспортных средств только с передними ведущими мостами [2]:
GφR2 2 · Gа 3 = 2 · 971985 3 = 6480 Н;
Рφ = 04 · 6480 = 2592 Н.
6 Сила сопротивления воздуха
Сопротивление воздуха складывается из лобового возникающего в результате сообщения кинетической энергии слоям воздуха расположенным перед автомобилем из связанного с разрежением и образованием вихрей позади автомобиля из сопротивления в результате трения поверхности автомобиля о воздух. При движении легкового автомобиля с максимальной скоростью на преодоление сопротивления воздуха затрачивается около 60 70% максимальной мощности двигателя.
Для упрощения расчетов сопротивление воздуха распределенное по всей поверхности автомобиля заменяем сосредоточенной силой сопротивления воздуха Рв. Точку приложения силы Рв называют центром парусности автомобиля. Сила сопротивления воздуха [2]:
Рв = Кв · F· Va2· (1 + n · k) Н
где Кв = 02 035 - коэффициент обтекаемости легкового автомобиля зависящий от его формы и качества; примем Кв = 03 Н · см 4;
F = 16 28 - лобовая площадь легкового автомобиля т.е. площадь его проекции на плоскость перпендикулярную продольной оси легкового автомобиля; примем F = 2 м 2;
n - количество прицепов n = 0;
k – коэффициент учитывающий дополнительное сопротивление воздуха при применении одного прицепа по сравнению с одиночной машиной; k = 0.
В итоге получается для первой передачи и n = 1000 мин-1:
Рв = 03 · 2 · (173 - 10) 2= 4102 Н.
Расчеты силы сопротивления воздуха при разных скоростях движения автомобиля приведены в таблице 3.6. График силы сопротивления воздуха представлен на диаграмме тяговой характеристики в графическом приложении.
Таблица 3.6 - Сила сопротивления воздуха
Сила сопротивления воздуха Рв Н
Сила инерции определяет собой силу необходимую для разгона поступательно движущихся и вращающихся масс автомобиля. Сила инерции ровна [2]:
где вр – коэффициент учета вращающихся масс принимает различные значения в зависимости от включенной передачи [2]:
где а = 005 007 для легковых автомобилей; примем а = 006.
Для первой передачи вр принимает значение:
вр = 103 + 006 · 37 2 = 18514
Значения для остальных передач приведены в таблице 3.7.1.
Таблица 3.7.1 - Значения вр
Сила инерции для n = 1000 мин-1 на первой передаче:
Определяем значения силы инерции для каждой передачи коробки передач при разных скоростях вращения коленчатого вала и полученные значения сведем в таблицу 3.7.2.
Таблица 3.7.2 - Силы инерции
Динамические характеристики автомобиля
Для оценки динамических свойств автомобиля используем динамический фактор а также ускорение время и путь разгона автомобиля.
1 Динамический фактор автомобиля
Динамическим фактором автомобиля D называют отношение разности сил РТ и Рв к
весу автомобиля [2]:
На первой передаче при n = 1000 мин-1:
Расчет динамического фактора производим на всех передачах по тем же значения скорости для каждой точки что и при расчете силы тяги. Результаты расчета сведены в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Динамический фактор
Динамический фактор D
Графическое изображение зависимости динамического фактора от скорости движения представленную на всех передачах называют динамической характеристикой автомобиля.
В процессе эксплуатации автомобиля общая сила тяжести изменяется в зависимости от величины перевозимого груза. Обычно динамическая характеристика строится для полностью нагруженного автомобиля однако изменение нагрузки на автомобиль меняет его динамические свойства. Для определения динамического фактора автомобиля при любой степени загрузки динамическую характеристику дополняем номограммой нагрузок. При этом ось абсцисс динамической характеристики продолжаем влево и на ней откладываем отрезок определенной длины. На этом отрезке наносим шкалу нагрузки в процентах.шкалы определяем по формуле:
где - масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой.
Для нашего графика имеем:
Равнозначные деления шкал и соединяют прямыми линиями которые являются числовыми значениями . С помощью динамической характеристики автомобиля с номограммой нагрузок можно определить величину скорости Va установившегося движения автомобиля при известной степени загрузки автомобиля. Кроме того можно определить величину (при известных нагрузке и скорости передвижения) и вес груза Gг (при известных и Vа).
2 Ускорение при разгоне
Величину ускорения находят из уравнения [1]:
где - коэффициент суммарного сопротивления движению; т. к. ускорение при разгоне рассчитываем применительно к горизонтальной дороге с твердым покрытием хорошего качества при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствии буксования колес то примем равным коэффициенту сопротивления качения; = f = 002.
Расчет ускорений производим на всех передачах по тем же значениям скорости для каждой точки что и при расчете динамического фактора. Результаты расчета сведены в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 - Ускорение автомобиля
Ускорение автомобиля j мс 2
3 Время разгона автомобиля
В виду отсутствия аналитической связи между ускорением j и скоростью Vа время и путь разгона определяем графо - аналитически. Кривые ускорений разбиваем на ряд отрезков и считаем что в каждом интервале скорости автомобиль разгоняется с постоянным ускорением тогда [2]:
где и ускорения соответственно в начале и в конце выбранного интервала скорости.
При изменении скорости например от V1 до V2 среднее ускорение равно [2]:
Следовательно время разгона в том же интервале изменения скорости будет равно [2]:
Общее бремя разгона от минимально устойчивой скорости до конечной [2]:
По значениям t определяемым для различных скоростей строят кривую времени разгона начиная ее от минимального значения скорости для которого t = 0 до максимального значения скорости. Время переключения передач примем равным 1 с.
Величина уменьшения скорости в процессе переключения передач [2]:
Для частоты вращения коленчатого вала n = 1000 мин -1 время будет равно:
jср = 05 · (152 + 145) = 149 мс2;
Графическое изображение зависимости времени разгона от скорости движения представленную на всех передачах называют диаграммой времени разгона автомобиля. Она представлена в графическом приложении. Результаты расчета сведены в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 - Зависимости времени разгона от скорости движения на различных передачах
Продолжение таблицы 4.3
4 Путь разгона автомобиля
При расчете пути разгона приближенно считают что в каждом интервале изменения скорости автомобиль движется равномерно со средней скоростью Vср. Так в интервале V1 - V2 [2]:
Vср = 05 · (V1 + V2) мс
При этом допущении путь разгона в интервале скоростей V2 - V1:
общий путь разгона [2]:
По значениям S определяемым для различных скоростей строят кривую времени разгона начиная ее от минимального значения скорости для которого S = 0 до максимального значения скорости.
Для первой передачи при n = 1000 мин -1 путь будет равен:
Vср = 05 · (173 + 260) = 217 мс;
Путь проходимый за время переключения передач [2]:
Sn = (Vн – 473 · tn · ) · tn м
где Vн - скорость в момент начала переключения передач.
Во время переключения с первой передачи на вторую путь будет равен:
Sn = (953 - 473 · 1 · 002) · 1 = 944 м
Графическое изображение зависимости пути разгона от скорости движения представленное на всех передачах называют графиком пути разгона автомобиля. График времени разгона представлен в графическом приложении.
Результаты расчета сведены в таблицу 4.4.
Таблица 4.4 - Путь разгона автомобиля
Продолжение таблицы 4.4
Топливная экономичность
Расход топлива вычислим по формуле [1]:
Для первой передачи при n = 1000 мин-1:
Вычисленные значения расхода топлива qТ приводим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 - Значения расхода топлива
Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Колос 1972. - 384с.
Клементьев С.М. Динамический расчет автомобиля: Методические указания к курсовому проекту. – Чайковский: ЧТИ ИжГТУ 2001. – 39 с.
Чернышев В.А. Тягово-динамический и топливно-экономический расчет автомобиля: Методические рекомендации по выполнению курсовой работы. – М.: МГАУ 2002. – 39 с.