Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля

Пример листа исходных данных

Марка автомобиля.

 

1. Номинальная мощность двигателя, кВт;

2. Угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая номинальной мощности, 1/сек;

3. Максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

4. Угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту, 1/сек;

5. Радиус качения колеса, 0,328 м;

6. Передаточные отношение передач коробки переменных передач,

, , , , ;

7. Передаточное число главной передачи, ;

8. Число пар цилиндрических шестерен, передающих энергию на данной передаче, ;

9. Число пар конических и гипоидных шестерен, ;

10. Число карданных шарниров, ;

11. Полный вес автомобиля, ;

12. Вес, приходящийся на переднюю ось, ;

13. Вес, приходящийся на заднюю ось, ;

14. Снаряженный (собственный) вес автомобиля, ;

15. Вес, приходящийся на переднюю ось, ;

16. Вес, приходящийся на заднюю ось, ;

17. Габаритная ширина автомобиля, м;

18. Дорожный просвет, Н = 0,28 м;

19. Ширина колеи колес задней оси, В = 1,610 м;

20. Габаритная высота автомобиля, м;

21. База (расстояние межу осями) автомобиля, м;

22. Высота центра тяжести автомобиля, 0,57 м;

23. Плотность топлива кг/л;

24. Минимальный радиус поворота автомобиля, R=5,5 м;

25. Марка шин: 175/80R16;

26. Коэффициент сопротивления уводу одного колеса передней оси ;

27. Коэффициент сопротивления уводу одного колеса задней оси, ;

28. Суммарная жесткость шин переднего моста, ;

29. Суммарная жесткость шин заднего моста, ;

30. Суммарная жесткость передней подвески, ;

31. Суммарная жесткость задней подвески, ;

 

Данные для расчета с 1по 21 выбираются из , а остальные из приложения 1 или по согласованию с преподавателем.

 

Расчет показателей тягово-скоростных свойств автомобиля

Методика расчета показателей тягово-скоростных свойств автомобиля

График силового баланса

 

Построение графика силового баланса начинается с определения всех сил, действующих на автомобиль, записанных в виде уравнения тягового баланса

, (1.9)

где - сила тяги или окружная сила на ведущих колесах, Н;

- сила сопротивления качению, Н;

- сила сопротивления подъему, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н;

- сила сопротивления разгону, Н;

Полная окружная сила P_k на ведущих колёсах определяется по формуле:

, (1.10)

где: М_е’ – текущее значение крутящего момента двигателя, соответствующее угловой скорости ω_е и рассматриваемой скорости движения автомобиля, умноженное на коэффициент коррекции К , учитывающий реальные условия эксплуатации (для легковых автомобилей принимают 0,9; для грузовых двухосных - 0,88; для многоосных – 0,85; для автобусов – 0,83), Нм;

Текущее значение крутящего момента двигателя М_е’ определяется по формуле:

М_е’ = М_е ·К_р, (1.11)

и_тр – передаточное отношение трансмиссии. Определяется по формуле:

и_тр = и_кп ·и_гп ^.и_дп, (1.12)

где и_кп – передаточное отношение КПП (для каждой передачи, из исходных данных);

и_гп – передаточное отношение главной передачи (из исходных данных).

η_тр – КПД трансмиссии. Определяется по формуле:

h_тр = 0,98 ^k ×0,97 ^l ×0,99 ^m, (1.13)

где k* – число пар цилиндрических шестерён, передающих энергию на данной передаче;

l *– число пар конических и гипоидных шестерён;

m* – число карданных шарниров.

r_k – радиус качения колеса, м. Определяется по формуле:

r = 0,5d + В , (1.14)

где:

d** – диаметр обода, м;

В** – номинальная ширина профиля, м;

** - Н/В – коэффициент тангенциальной жесткости шин, показывающий отношениевысоты профиля шины Н к ширине В;

- коэффициент вертикальной деформации шины, принимается 0,95-0,97.

Для отечественных шин r можно определить по таблицам на стр.644-659 .

* - знаачения k, l, m определяются студентом, самостоятельно, исходя из конструкции трансмиссии, заданного автомобиля и согласовываются с преподавателем;

** - значения d, В, определяются, из маркировки шин (исходные данные), в соответствии с указаниями стр. 636-643 .

Скорость движения автомобиля при частоте вращения коленчатого вала w_e и соответствующей передаче определяется по формуле:

V_a = ω_e ·r_k /и_тр , (1.15)

Сила сопротивления дороги равна, Н:

Р_ψ = Р_f +P_i; (1.16)

Р_f = f ·G_a ·cos , (1.17)

где: f – коэффициент сопротивления качения;

G_а - вес автомобиля, Н;

– угол уклона дороги, град.

Р_i = G_a ·sin ; (1.18)

С учетом того, что ·sin tq = i – характеристика подъема:

Р_ψ = G_a ·(f + i) ≈ G_a · ψ. (1.19)

где: ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

Значения Р_ψ рассчитываются для горизонтального дороги с асфальтобетонным покрытием, следовательно ψ = f.

Величина коэффициента сопротивления качения для малой скорости, до 50 км/ч, принимается равной f_o = 0,015.

Для скоростей движения, больших 50 км/ч, коэффициент сопротивления качения определяется по формуле:

f = f_o · [1+(0,020 ·V_a) ² ], (1.20)

где V_a – скорость автомобиля, м/с.

Сила сопротивления воздуха Р_В определяется по формуле:

Р_В = k_В ·F ·V_a², (1.21)

где k_В – коэффициент сопротивления воздуха, Н·с² ·м ^-4;

F – площадь лобового сопротивления, м ²;

V_a – скорость автомобиля, м/с.

Коэффициент сопротивления воздуха принимается равным:

- для легковых автомобилей k_В = 0,17- 0,3 Н·с² ·м ^-4

- для автобусов k_В = 0,25- 0,4 Н·с² ·м ^-4

- для грузовых автомобилей k_В = 0,5- 0,7 Н·с² ·м ^-4

- для автопоездов k_В = 0,55- 0,9 Н·с² ·м ^-4

Площадь лобового сопротивления приближенно может быть определена по выражению:

F = ·В_г ·Н_г, (1.22)

где: – коэффициент заполнения площади (для легковых автомобилей = 0,78-0,8; для грузовых = 0,75-0,9);

В_г и Н_г - габаритная ширина и высота автомобиля соответственно, м.

Сила сопротивления разгону автомобиля Р - это сила его инерции:

Р = m dv/dt, (1.23)

где: - коэффициент учета вращающихся масс. Приближенно определяется по эмпирической формуле:

= + u_кп + 1 (1.24)

где: u_кп – передаточное число коробки перемены передач на каждой передаче (из исходных данных);

Для одиночных автомобилей принимают: = 0,03 - 0,05; = 0,04 - 0,06.

m - масса автомобиля, кг;

dv/dt – ускорение автомобиля, м/с .

Сила сопротивления разгону рассчитывается из уравнения силового баланса или определяется графически из тяговой характеристики.

Результаты расчёта параметров для построения графиков тяговой характеристики приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Результаты расчета*

 

 

Параметры	Размерность	Значения параметров
	1/с
	Нм
1-я		м/с
	Н
2-я		м/с
	Н
3-я		м/с
	Н
	Н
4-я (прямая)		м/с
	Н
	-
	Н
	Н
	Н

 

 

На рис. 2 приведен пример тяговой характеристики автомобиля.

 

Рис. 2 – Тяговая характеристика автомобиля.

____________________________________________________________________________

* Если Ваш автомобиль имеет пять и более передач, то и для них проводятся аналогичные расчеты. Для автомобилей имеющих демультипликатор (автомобили повышенной проходимости) дополнительно необходимо посчитать показатели тягово-скоростных свойств на первой пониженной и первой повышенной передачах.

Дополнительное задание:

По графику силового баланса определить:

- диапазон скоростей на каждой передаче

- максимальную скорость;

- максимальную силу сопротивления разгону на высшей передаче.

- рассчитать путь выбега АТС со скорости 50 км/ч при коэффициенте сопротивления качению 0,015 и силе сопротивления воздуха при скорости 50 км/час.

1.1.3 М ощностной баланс автомобиля

Для получения графического изображения мощностного баланса автомобиля, воспользуемся следующим уравнением:

 

(1.25)

или

N_k = N_f +N_i +N_B +N_и, (1.26)

где N_k – мощность, подводимая к ведущим колёсам, кВт;

N_f – мощность, затрачиваемая на сопротивление качению, кВт;

N_i – мощность, сопротивлению подъёму, кВт;

N_B – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

N_и – мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 4

 

Таблица 4 - Результаты расчета

 

Параметры	Размерность	Значения параметров
1-я низшая		м/с
	кВт
2-я низшая		м/с
	кВт
1-я		м/с
	кВт
2-я		м/с
	кВт
3-я		м/с
	кВт
4-я		м/с
	кВт
5-я		м/с
	кВт
	кВт
	кВт
	кВт

 

На основании данных таблицы 4 стоим график мощностного баланса автомобиля.

На графике (рис. 3) изображена зависимость мощности, подводимой к ведущим колёсам, а также суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления дороги и воздуха, от скорости движения на различных передачах.

Разность этих двух мощностей даёт мощность, которую можно реализовать для разгона автомобиля.

 

Рис. 3 –График мощностного баланса автомобиля

Дополнительное задание:

По графику мощностного баланса определить максимальный запас мощности.

 

Устойчивость автомобиля

 

В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости автомобиля при движении принимают критическую скорость по боковому скольжению V_з (заносу) и критическую скорость по боковому опрокидыванию V_оп, определяемые соответственно по выражениям:

, (2.5)

где g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²;

R – радиус кривой полотна дороги в плане, м;

B – колея автомобиля, м;

h_g – высота центра масс автомобиля, м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

j - коэффициент сцепления (в данном разделе принимают j = 0,6).

Задавая несколько значений радиуса кривой полотна дороги от 20 до 100 м, определяют критические скорости движения автомобиля, по которым строят график поперечной устойчивости.

Результаты расчётов сводятся в табл. 2.5

 

Таблица 2.5 - Результаты расчёта

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
R	м
Vоп	м/с
VЗ	м/с

 

По данным табл. 2.5 строится график зависимости критических скоростей движения от радиуса поворота (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3 График зависимости критических скоростей движения

от радиуса поворота

Дополнительное задание:

По графику критических скоростей определить критические скорости по заносу и опрокидыванию на кривой R = 60 м.

Рассчитать величину предельного угла косогора по опрокидыванию и коэффициент поперечной устойчивости для порожнего и полностью груженого автомобиля.

Управляемость автомобиля

Управляемость автомобиля определяется степенью соответствия траектории его движения положению управляемых колёс.

Если управляемые колёса повёрнуты на угол q (средний угол поворота обоих управляемых колёс), то точка, лежащая на середине оси неуправляемых колёс, должна двигаться по дуге радиуса R (при отсутствии увода колес):

, (2.6)

где L – база автомобиля, м.

При нейтральном положении управляемых колёс q = 0, а R = ∞, т.е. траектория движения прямая линия. Однако это требование управляемости автомобиля может быть нарушено из-за бокового увода или бокового скольжения управляемых колёс.

Зависимость критической скорости по управляемости V_упр от угла поворота управляемых колёс выражается уравнением:

, (2.7)

где j_y – коэффициент сцепления шин с дорогой в поперечном направлении (j_y = 0,6);

f – коэффициент сопротивления качению (f = 0,02);

L – база автомобиля, м;

Ө – средний угол поворота управляемых колёс автомобиля, принимаемый в пределах от 0 до 0,7 рад.

Пользуясь уравнением (2.7) проводится расчет критической скорости при различных углах поворота управляемых колес для заданных j_y и f. Результаты расчета сводятся в табл. 2.6 и по этим результатам строится график зависимости V_упр от Ө (рис.2.4).

Таблица 2.6 - Результаты расчёта

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Vупр	м/с
R	м

 

Одним из показателей управляемости является характеристика статической траекторной управляемости, представляющая собой зависимость радиуса поворота от скорости движения автомобиля с учетом эластичности шин.

Радиус поворота автомобиля при наличии увода определяют по выражению:

, (2.8)

где d₁ ,d₂ – углы увода колёс соответственно передней и задней осей, рад.

; , (2.9)

где P_{y 1} и P_{y 2} – боковые силы, действующие на колёса соответственно передней и задней осей;

K_{d 1} и K_{d 2} – коэффициенты сопротивления уводу одного колеса соответственно передней и задней осей, кН/рад.

 

Рис. 2.4 – График зависимости критической скорости по управляемости

от угла поворота управляемых колес

 

Средние значения для одного колеса легковых автомобилей составляют от 30 до 60 кН/рад, грузовых – 50- 200 кН/рад (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1). Принимая значения для одного колеса передней и задней осей, следует учитывать давление воздуха в шинах. Если давление воздуха одинаково для колес передней и задней оси, то можно принимать значения K_{d 1} и K_{d 2} одинаковыми, если давление воздуха разное, то следует принимать большие значения K_d для шин имеющих большее давление, соответственно меньшие (на 2-4 кН/рад) - для шин с меньшим давлением.

Значения боковых сил зависят от скорости автомобиля, радиуса поворота, массы и расположения центра тяжести. При расчетах удобно пользоваться постоянным радиусом поворота равным 50 метров. Изменяя скорость движения в диапазоне от 0 до 15 м/с определяются действующие боковые силы , а затем величина бокового увода передней и задней осей .

По формуле 2.8 определяются значения эквивалентного радиуса и строится график зависимости от скорости движения автомобиля.

По результатам расчетов проводят сопоставление радиусов R и R , с целью выявления типа поворачиваемости автомобиля. При R = R автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью, при R R - недостаточной, при R R - избыточной.

Для автомобиля с избыточной поворачиваемостью существует понятие критической скорости по условию увода колес осей, которая определяется по формуле:

 

, (2.10)

где: - масса приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю оси.

 

Рис.2.5 График зависимости от скорости движения автомобиля для различных

типов поворачиваемости автомобиля

 

У автомобилей с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью понятие критической скорости отсутствует.

Дополнительное задание:

Определить тип поворачиваемости и критическую скорость по управлению при угле поворота управляемых колес 0,1 рад, а также максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса _п.

 

Маневренность.

Одним из основных показателей маневренности является габаритная полоса движения – полоса, занимаемая автомобилем при движении. Наибольшую полосу будет занимать автомобиль при выполнении поворота с минимально возможным радиусом R , измеряемым по следу внешнего управляемого колеса (исходные данные), рис. 2.6.

На криволинейных участках дорог:

 

ГПД = R_н – R_вн, (2.11)

 

где R_н – наружный, габаритный радиус, либо принимается по исходным данным, либо рассчитывается по формуле (6.2):

, м (2.12)

где L – база автомобиля, м (из исходных данных); L₁ – передний свес, м (из исходных данных); _п – максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса, град. _п определяется из формулы (6.3) для минимально возможного радиуса поворота R :

, м (2.13)

 

 

 

Рис. 2.6. Показатели маневренности автопоездов при круговом движении.

 

R_вн – внутренний, габаритный радиус, определяется по формуле (6.4), м:

 

, м. (2.14)

Задаваясь значениями угла поворота внешнего управляемого колеса от 0,1 до _п провести расчет ГПД и результаты занести в таблицу 6.1.

 

Таблица 2.6 – Показатели расчета

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
ГПД	м

 

Дополнительное задание:

Определить максимальную величину ГПД и рассчитать, на сколько процентов она превышает габаритную ширину автомобиля.

 

Проходимость.

В данном разделе, пользуясь известными геометрическими характеристиками автомобиля (из исходных данных) необходимо рассчитать продольный R и поперечный R радиусы проходимости (см. рис. 2.6), а также определить передний и задний углы свеса , передний L и задний L свесы.

 

 

Рис. 2.6 Схема, иллюстрирующая понятие радиусов проходимости и

способ их определения

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников ОАС и АВС. При этом следует учитывать, что АС L/2, АВ Н (дорожный просвет), а R = ОС.

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников О А С и А В С .

При этом следует учитывать, что А С В /2, А В Н (дорожный просвет), а

R =О С .

Дополнительное задание:

Рассчитать коэффициент сцепного веса .

 

Плавность хода

 

Основной оценочный показатель плавности хода – частота свободных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также вынужденных колебаний.

Частоты свободных колебаний, Гц подрессоренных масс определяют по зависимости:

, (2.15)

где w_z – частота свободных колебаний, Гц;

f_ст – статический прогиб подвески, м.

 

f_ст = G /C, (2.16)

где G – статическая весовая нагрузка на подвеску данной оси, Н;

C – суммарная жёсткость подвески данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1).

Плавность хода легковых автомобилей считается удовлетворительной при

w_z = 0,8-1,2 Гц, грузовых при w_z = 1,2-1,8 Гц.

Частота свободных колебаний неподрессоренных масс (мостов автомобиля), совершающих высокочастотные колебания, обусловлена жёсткостью шин, Гц.

, (2.17)

где – суммарная жёсткость шин данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

- суммарная жесткость упругих элементов подвески оси;

m_м – масса моста, кг.

Принимают: m_м1 = 0,1× m_a; m_{м 2} = 0,15× m_a,

где m_м1 и m_м2 – масса соответственно переднего и заднего мостов;

m_a – собственная масса автомобиля.

Помимо свободных, автомобиль совершает и вынужденные колебания, вызываемые неровностями дороги. Частота этих колебаний, Гц, определяется из выражения:

ω_вын = V_a /S, (2.18)

где V_a – скорость автомобиля, м/с;

S – длина волн неровностей, м. На дорогах с твёрдым покрытием S = 0,5÷5 м.

 

Рис.2.7 – Зависимость резонансных скоростей от длины неровностей.

Используя зависимость V_a = w× S, строится зависимость резонансных скоростей автомобиля от длины неровностей V = f(S) для частот собственных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс (рис. 7.1).

 

Дополнительное задание:

Определить скорости, при которых наступают резонансные колебания при длине неровностей 1 м, а также определить длину неровностей, при которой наступают резонансные колебания при скорости АТС 4 м/с.

 

Приложение 1

Ориентировочные величины некоторых параметров отечественных автомобилей,

используемых при выполнении курсовой работы