Подбор и построение внешней скоростной характеристики

Двигателя.

 

Расчет начинают с определения мощности N_eV, необходимой для обеспечения движения с заданной максимальной скоростью V_max:

 

N_eV = (f_v G_а + k_в F V_max²/ 13) V_max / 3600 h_тр, (2.1)

 

где fv = fv* Cosα + Sinα – коэффициент суммарного дорожного сопротивления; fv= fo(1+ 6*10-6*V2); fo– коэффициент сопротивления качению при малой скорости (Приложение 3); Gа = (ma+ mг) 9.8 – сила тяжести автомобиля, Н; ma– собственная масса автомобиля, кг; mг– масса груза (грузоподъемность), кг; kв – коэффициент обтекаемости; Vmax– максимальная скорость движения, км/ч; hтр– к.п.д. трансмиссии (hтр= 0.85 – 0.90, принимают для режима максимальной скорости).

При проектировании, для обеспечения необходимого динамического фактора в области средних эксплуатационных скоростей движения определяют максимальную мощность двигателя:

N_{e max} = (1.05... 1.1) N_eV. (2.2)

Расчет показателей внешней скоростной характеристики двигателя проводится в диапазоне частот вращения от минимальной n_min до максимальной n_max с интервалом 100…200 об/мин. При определении значений эффективной мощности может быть использована следующая эмпирическая зависимость:

N_{e x} = N_emax (a (n_дх/n_дn) + в (n_дх/n_дn)² – c (n_дх/n_дn)³) (2.3)

 

где а, в, с - статические коэффициенты (для карбюраторного двигателя а = в = с = 1, для дизеля а = 0.53, в = 1.56, с = 1.09, для двигателей с впрыском топлива а = 0,61, в = 0,90, с = 0,55; n_дх - текущее (задаваемое) значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; n_дn - частота вращения коленчатого вала двигателя, при которой достигается максимальная мощность (бензиновые двигатели легковых автомобилей n_дn= 4500…6000 об/мин; бензиновые двигатели грузовых автомобилей n_дn =3000…4600 об/мин; дизели легковых автомобилей n_дn = 3500…4600 об/мин; дизели грузовых автомобилей n_дn = 2000…3000 об/мин).

Значения крутящего момента двигателя для каждого скоростного режима вычисляют по формуле:

9550 N_ex

М_кх =, Н*м (2.4)

n_дх

 

Текущий удельный расход топлива q_ex рассчитывается по следующим формулам:

-для бензиновых двигателей

q_ex = q_eн (1.2 - n_дх/n_дn + 0.8 (n_дх/n_дn)²), г/кВт ч; (2.5)

-для дизелей

q_ex = q_eн (1.55 - n_дх/n_дn + 1.55 (n_дх/n_дn)²), г/кВт ч, (2.6)

где q_eн – удельный расход топлива при номинальной мощности двигателя (для бензиновых двигателей q_eн = 230 – 310 г/кВт ч, для дизельных двигателей q_eн = 195 –230 г/кВт ч).

Значения часового расхода топлива G_тх ,кг/ч, для каждого скоростного режима находят из выражения:

 

G_тх = q_ex * N_ex * 10 ^–3 (2.7)

 

Выбор передаточных чисел трансмиссии.

Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи i_o определяется из условия обеспечения движения автомобиля с максимальной скоростью V_max на высшей передаче. Иногда V_max соответствует движению не на высшей, а на предшествующей передаче. У таких автомобилей передачу с минимальным передаточным числом используют для улучшения топливной экономичности.

Пользуясь выражением для определения теоретической скорости автомобиля

0.377 * n_x * r_k

V_т =, (3.1)

i_k* i_o

 

можно найти передаточное число главной передачи

 

0.377 * r_к * n_{g max}

i₀ =, (3.2)

i _дк V_max* i_кв

 

где r_k - радиус качения колеса, м; i_дк – передаточное число высшей передачи дополнительной коробки (при ее отсутствии i_дк =1); V_max - максимальная скорость, км/ч; i_кв- передаточное число высшей передачи (при использовании трехвальных КПП на легковых заднеприводных автомобилях с передним расположением двигателя i_кв =1; для переднеприводных - i_кв = 0.6…0.7; у грузовых автомобилей, с числом передач не превышающим 6 - i_кв= 1, реже i_кв= 0.6…0.7).

Найденное передаточное число i_o сравнивают с существующими передаточными числами автомобилей-аналогов. Для получения достаточного дорожного просвета и простой конструкции главной передачи рекомендуется выбирать для легковых автомобилей - i_o 5; для грузовых автомобилей, имеющих грузоподъемность до 8 т- i_o< 7; при грузоподъемности свыше 8 т - i₀ < 9.

Выбор числа ступеней и передаточных чисел коробки

Передач.

Число ступеней коробки передач зависит от типа, удельной мощности и предполагаемых условий эксплуатации.

Коробки передач легковых автомобилей чаще всего имеют четыре или пять ступеней, грузовых автомобилей – 5…22 ступеней (в зависимости от диапазона). Для автомобилей – тягачей и полноприводных автомобилей распространены пяти - шестиступенчатые коробки передач в сочетании с двух - трехступенчатой дополнительной коробкой.

Передаточное число i₁ первой передачи определяется из условия обеспечения возможности движения по дороге с заданным максимальным дорожным сопротивлением f_max и отсутствием буксования

 

l * G_a * j * r_к

i_r1 =, (3.3)

М_{к мах} *h_тр * i_o

 

где l - коэффициент нагрузки ведущих колес (для грузовых автомобилей - l= 0.6…0.75, для легковых классической компоновки l = 0.52…0.55, у переднеприводных l = 0.6…0.65), j- коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой (проверку ведут на сухом шоссе в хорошем состоянии j = 0.6…0.8; М_кмах –максимальный крутящий момент двигателя, Н/м.

Для наилучшего использования мощности двигателя, передаточные числа промежуточных передач следует подбирать по геометрической прогрессии:

_n-1

i_кm = √ i_к1^n-m* i_кв^m-1, (3.4)

где n - расчетное число ступеней коробки передач; m - номер произвольно выбранной передачи.

У большинства выпускаемых в настоящее время автомобилей передаточные числа высших передач сближены на 5…15%, по сравнению со значениями, полученными по геометрической прогрессии, а соотношение между низшими передачами на 5…15 % больше. У пятиступенчатых коробок перемены передач «сближены» четвертая и пятая передачи и «раздвинуты» вторая с первой и третья со второй.

У коробок передач, имеющих повышающую передачу, передаточное число последней из конструктивных соображений выбирается в пределах 0.6…0.8. Это передаточное число иногда не входит в геометрический ряд и в формуле (3.4) высшей передачей следует считать следующую за повышающей. Обычно эта передача делается прямой i_кв = 1.

Выбор передаточных чисел дополнительной коробки связан с ее назначением и типом.

Демультипликаторы применяются в трансмиссиях многоосных автомобилей, когда автомобили такого типа изготавливают на базе агрегатов серийного двухосного. Нагрузка, приходящаяся на ведущие колеса многоосного автомобиля, как правило, больше, чем у серийного двухосного, а по условиям работы требуется большее число передач в трансмиссии, чем может обеспечить коробка передач серийного автомобиля. Применение демультипликатора позволяет увеличить передаточное число низшей ступени и число передач трансмиссии.

Передаточное число i_дн низшей передачи демультипликатора определяется выражением:

 

G_а* f_мах *r_к

i_дн =, (3.5)

М_кмах* i_к1*i_o*h_тр

 

где i_к1- передаточное число первой передачи коробки передач серийного автомобиля, f_мах – максимальный коэффициент суммарного дорожного сопротивления (для трехосных автомобилей f_мах = 0.04-0.05).

Раздаточные коробки применяют в трансмиссиях полноприводных автомобилей с использованием агрегатов стандартного базового автомобиля

0.377*r_к*n_min

i_др =, (3.6)

i_к1*i_o*V_min

 

 

где V_min - минимальная скорость движения, V_min =1.5…2.5 км/ч.