Практичне заняття 6. Тема: Розрахунок тягово-швидкісних характеристик коробки передач

Вихідні дані, зовнішня характеристика двигуна

Передавальні числа коробки передач: i₁ = 3,49; i₂ = 2,04; i₃ = 1,33; i₄ = 1,00 (пряма). Передавальне число головної передачі i₀ = 3,91[16].

Необхідно провестирозрахунок крутних моментів і частот обертання на вихідному валі коробки передач, головної передачі і на характерних режимах.

Для цього необхідна зовнішня швидкісна характеристика (ЗШХ) двигуна автомобіля, яку за експериментальними даними представлено на рисунку 6.1 [16].

 

Рисунок 6.1– Зовнішня швидкісна характеристика двигуна

 

За вихідні параметри беруться дві точки на ЗШХ двигуна: максимальний крутний момент і відповідна йому частота обертання – M_emax і n_м; максимальна потужність і відповідна частота обертання – N_emax і n_N.

З рисунку 6.1 знаходимо:

1) М_еmax = 114,2 Н∙м при n_м = 3000 хв^-1;

2) N_emax = 75 л. с. = 55,2 кВт при n_N = 5800 хв^-1.

 

Показники на характерних режимах ЗШХ

Визначаємо величину крутного моменту при максимальній потужності за формулою:

, (6.1)

де: M_N – величина крутного моменту на колінчастому валі (к.в.) двигуна при максимальній потужності, Н·м;

N_emax – максимальна потужність двигуна, кВт; у нашому випадку N_emax = 55,2 кВт;

n_N – частота обертання к.в. двигуна при максимальній потужності в обертах за хвилину; у нашому випадку n_N = 5800хв^-1.

Після підстановки в формулу (6.1) знаходимо:

Н·м.

З рисунку 6.1 отримуємо те ж саме значення крутного моменту при

n_N = 5800хв^-1.

 

Перевіряємо відповідність кривих потужності і крутного моменту по вибраних точках за формулою:

, (6.2)

де: M_e – крутний момент при вибраній частоті обертання, Н∙м;

ω – кутова швидкість обертання колінчастого валу двигуна, с^-1;

n_e – частота обертання к.в. двигуна,хв.^-1.

З рисунку 6.1 знаходимо на певних частотах крутні моменти двигуна, далі за формулою (6.2) визначаємо потужність і порівнюємо її значення з відповідним значенням на ЗШХ:

1) З ЗШХ при n_e = 3000 хв^-1 і M_e = 114 Н·м маємо = 36 кВт..

Використовуючи розрахункову формулу, знаходимо:

Вт =35,9 кВт.

 

2) З ЗШХ при n_e = 2200 об/хв і M_e = 112 Н·м маємо = 26,2 кВт..

Використовуючи розрахункову формулу, знаходимо:

Вт = 25,87 кВт.

Порівняння отриманих результатів вказує на несуттєві їх розходження.

Таким чином, криві потужності і крутного моменту на ЗШХ, отриманій за експериментальними даними, узгоджуються один з одним і відповідають розрахунковим значенням.

 

Розрахунок параметрів двигуна і коробки переміни передач

Визначаємо літрову потужність двигуна за формулою:

кВт/л,

де: V_h – літраж двигуна – сума робочих об'ємів всіх циліндрів, виражена в літрах, V_h = 1,58 л.

Визначаємо коефіцієнти пристосовуваності двигуна:

по крутному моменту:

(6.3)

по частоті обертання:

(6.4)

Загальний коефіцієнт пристосовуваності двигуна визначається за формулою:

(6.5)

Визначаємо діапазон коробки передач:

(6.6)

де: i_Н – передавальне число нижчої передачі, i_Н = 3,49;

i_В – передавальне число вищої (прямої) передачі, i_В = 1,00.

Визначаємо інтервали:

між I і II передачею: i₁ / i₂ = 3,49/2,04=1,71;

між II і III передачею: i₂ / i₃ = 2,04/1,33=1,53;

між III і IV передачею: i₃ / i₄ = 1,33/1,00=1,33.

Середній інтервал визначаємо за формулою:

(6.7)

де: k – число ступенів коробки передач.

Визначаємо крутні моменти і частоту обертання валів на виході коробки передач і головної передачі на кожній з передач для характерних точок:

1) при максимальному крутному моменті (тобто при M_еmax = 114,2 Н·м і n_М = 3000хв^-1) і

2)при максимальній потужності двигуна (тобто при M_N = 90,9 Н·м і n_N = 5800хв^-1).

Величину крутного моменту (Н∙м), виходячи з максимального крутного моменту двигуна, визначаємо за формулою:

– на вихідному валу КПП

М_МК = M_еmax∙і_к; (6.8)

– після головної передачі

М_МОК = M_МК∙і₀. (6.9)

Частоти обертання (хв^-1) валів на виході коробки передач і головної передачі на кожній з передач визначаємо за формулою:

– на вихідному валі КПП

n_МК = n_М / і_к; (6.10)

– після головної передачі

n_М0К = n_МК / і_0. (6.11)

Величину крутного моменту (Н∙м), виходячи з крутного моменту двигуна при максимальній потужності, визначаємо за формулою:

– на вихідному валу КПП

М_NК = M_N∙і_к; (6.12)

– після головної передачі

М_NОК = M_NК∙і₀. (6.13)

Частоти обертання (хв^-1) валів на виході коробки передач і головної передачі на кожній з передач визначаємо за формулою:

– на вихідному валу КПП

n_NК = n_N / і_к; (6.14)

– після головної передачі

n_N0К = n_NК / і_0. (6.15)

 

Проведемо чисельні розрахунки відповідно до вихідних даних.

 

Перша передача

Для першої характерної точки (M_еmax = 114,2 Н·м і n_М = 3000хв^-1):

– крутний момент на 1-й передачі на вихідному валі КПП:

M_М1 = 114,2∙3,49 = 398,5 Н∙м;

– на виході головної передачі:

M_МО1= 398,5∙3,91 = 1558,1 Н∙м;

– частота обертання відповідно:

n_М.1 = 3000/3,49 = 859,6 хв^-1;

n_М01 = 859,6/3,91 = 219,8хв^-1.

Для другої характерної точки (M_N = 90,9 Н·м і n_N = 5800хв^-1):

– крутний момент на 1-й передачі на вихідному валі КПП:

M_N.1 = 90,9·3,49 = 317,2 Н·м;

на виході головної передачі:

M_N0.1 = 317,2·3,91 = 1240,2 Н·м;

частота обертання відповідно:

n_N.1 = 5800/3,49 = 1661,9хв^-1;

n_N01 = 1661,9/3,91 = 425,0хв^-1.

Друга передача

Для першої точки:

– крутний момент на 2-й передачі на вихідному валу КПП:

M_М2 = 114,2·2,04 = 232,9 Н·м;

на виході головної передачі:

M_М02 = 232,9·3,91 = 910,6 Н·м;

частота обертання відповідно:

n_M.2 = 3000/2,04 = 1470,6хв^-1;

n_M0.2 = 1470,6/3,91 = 376,1хв^-1.

 

Для другої точки:

– крутний момент на 2-й передачі на вихідному валу КПП:

M_N.2 = 90,9·2,04 = 185,4 Н·м;

– на виході головної передачі:

M_N0.2 = 185,4·3,91 = 724,9 Н·м;

частота обертання відповідно:

n_N.2 = 5800/2,04 = 2843,1хв^-1;

n_N0.2 = 2843,1/3,91 = 727,1хв^-1.

 

Аналогічно розраховуються значення крутних моментів і частот обертання валів на виходах з коробки передач і головної передачі.

Результати розрахунків для 1-ї … 4-ї ступенів коробки передач наведено в таблицях 6.1, 6.2.

 

Таблиця 6.1 – Крутні моменти і частоти обертання вихідних валів КПП і головної передачі при вихідних розрахункових значеннях M_{e max} и n_M

к	iК	КПП	ГП, i0 = 3,91
MМК, Н·м	nМК, хв.^-1	MМОК, Н·м	nМОК, хв.^-1
	3,49	398,5	859,6	1558,1	219,8
	2,04	232,9	1470,6	910,6	376,1
	1,33	151,9	2255,6	593,9	576,8
	1,00	114,2		446,5	767,2

 

Таблиця 6.2 – Крутні моменти і частоти обертання вихідних валів КПП і головної передачі при вихідних значеннях M_N і n_N

 

к	iК	КПП	ГП, i0 = 3,91
MNК, Н·м	nNК, хв.^-1	МNОК, Н·м	nN0К, хв.^-1
	3,49	317,2	1661,9	1240,2	425,0
	2,04	185,4	2843,1	724,9	727,1
	1,33	120,9	4360,9	472,7	1115,3
	1,00	90,9		355,4	1483,4

 

Перевірка розрахунків

За коефіцієнтами пристосовуваності для 1-ї передачі:

К_M = M_МО1 / M_N01 = 1558,1/1240,2 = 1,25;

K_N = n_N01 / n_М01 = 425/219,8 = 1,93.

Результати відповідають визначеним за формулами (6.3) і (6.4).

За потужністю, використовуючи дані таблиці 6.1, знаходимо:

– для 1-ї передачі:

N_e = 0,105·M_е·n_е = 0,105·398,5·859,6= 35,97 кВт;

– для 2-ї передачі:

N_e = 0,105·M_е·n_е = 0,105·232,9·1470,6 = 35,96 кВт;

– для 3-ї передачі:

N_e = 0,105·M_е·n_е = 0,105·151,9·2255,6 = 35,98 кВт;

– для 4-ї передачі:

N_e = 0,105·M_е·n_е = 0,105·114,2·3000 = 35,97 кВт.

Отримані результати відповідають значенню потужності двигуна при максимальному крутному моменті як згідно з ЗХШ, так і при розрахунку за формулою (6.2).

Визначимо потужність для значень крутного моменту двигуна, що відповідають максимальній його потужності.

Використовуючи дані таблиці 6.2, знаходимо:

– для 1-ї передачі:

N_e = M_NК∙ n_NК = 0,105∙317,2∙1661,9 = 55,35 кВт;

– для 2-ї передачі:

N_e = 0,105∙185,4∙2843,1 = 55,35 кВт;

– для 3-ї передачі:

N_e = 0,105∙120,9∙4360,9 = 55,359 кВт;

– для 4-ї передачі:

N_e = 0,105∙90,9∙5800 = 55,358 кВт;

Отримані результати відповідають значенню крутного моменту при максимальній потужності двигуна як згідно з ЗХШ, так і при розрахунку за формулою (6.1).

 

Питання для самоперевірки

1. Які показники являються характерними при аналізі зовнішньої швидкісної характеристики двигуна?

2. За якою формулою визначають крутний момент при максимальній потужності двигуна автомобіля?

3. Запишіть формулу для визначення потужності двигуна залежно від крутного моменту і частоти обертання колінчастого вала.

4. Що собою представляє коефіцієнт пристосовуваності двигуна по крутному моменту?

5. Що собою представляє коефіцієнт пристосовуваності двигуна почастоті обертання колінчастого вала?

6. За якими формулами визначають крутний момент на вихідних валах коробки передач і головної передачі автомобіля?