Построение внешней характеристики двигателя

 

Внешнюю характеристику двигателя с достаточной для практических расчетов точностью можно определить по формуле Лейдермана (кВт):

 

N_е = N_мах * [ a * + b * ()² – c * ()³ ], (19)

 

где n_т – текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Текущие значения частоты вращения коленчатого вала двигателя выбирают произвольно через определенный интервал (например, 500, 1000, 1500 и т.д.), но так, чтобы полученных точек характеристики было не меньше семи.

Аналогично проводим расчет для следующих значений n_т и результаты расчетов сводим в Таблицу 2.

 

Вращающий момент двигателя

 

Определим вращающий момент двигателя по формуле:

 

М_в = . (20)

 

 

Аналогично проводим расчет для следующих значений n_т и результаты расчетов сводим в Таблицу 2.

 

Таблица 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

Параметры двигателя

Скоростной режим работы двигателя, n мин^-1

Ne, кВТ

Me,кН*м

 

По полученным данным строится скоростная характеристика рис.1.

 

 

Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

Выбор передаточных чисел

 

Определение передаточного числа главной передачи

 

Передаточное число главной передачи из условий обеспечения V_max на высшей передаче

 

U_г = 0,105 * r_к * n_v / (U_дк * V_max * U_кв), (21)

 

где U_дк - передаточное число высшей передачи дополнительной коробки

U_дк = 1…1,44 (U_дк = 1, при ее отсутствии);

U_кв – высшее расчетное передаточное число коробки передач.

Принимаем U_кв =1.

 

Подбор передаточных чисел коробки передач

 

Передаточное число первой передачи U_к1 находим из условия преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги

 

U_к1 = G_a * * r_g / (M_{в max} * U_дк * U_г * * k_р). (22)

 

Здесь и далее условно можно считать r_g = r_к.

Полученное U_к1 нужно проверить по условию отсутствия буксования. Буксования не будет, если выполняется неравенство

 

M_{в max} * U_г * U_к1 * * k_р / r_g Р_{т сц},

 

где Р_{т сц} – сила тяги по сцеплению.

Для заднеприводных автомобилей:

 

U_к1 . (23)

 

Для переднеприводных автомобилей:

 

U_к1 . (24)

 

 

Проверку ведут на сухом шоссе, находящемся в хорошем состоянии, при = 0,6…0,8. Выбор центра масс h_g и база автомобиля L ими задаются в соответствии с эскизным проектом или по прототипу.

 

Определение числа передач и передаточных чисел коробки передач

 

Число ступеней зависит от типа, удельной мощности и предназначения автомобиля.

Общее число ступеней зависит от диапазона передаточных чисел трансмиссии. Определение структуры ряда передач производится с использованием геометрической прогрессии по формуле:

 

q = , (25)

 

где n – число передач в коробке передач, включая прямую (без учета

ускоряющей передачи).

 

Передаточные числа последующих передач находятся из выражений:

 

U_к2 = U_к1 * q, U_к3 = U_к1 * q² и т.д. (26)

 

Для отечественных автомобилей q лежит в пределах 0,5…0,7.

 

Построение тяговой характеристики автомобиля

 

Тяговое усилие определяется из выражения:

 

Р_т = М_в * U_г* U_ki* / r_к. (27)

 

Аналогично проводим расчет для каждой из передач для следующих значений оборотов коленвала двигателя и результаты расчетов сводим в табл.3.

Скорость движения автомобиля на данной передаче при данной частоте вращения коленвала двигателя n_т вычисляется по формуле (м*с^-1):

 

V_a = . (28)

 

 

Результаты расчетов сводим в табл.3.

На основании таблицы строится тяговая характеристика автомобиля Р_т = f (V_a) для каждой передачи – рис. 2.

Таблица 3.- Тяговая характеристика автомобиля

Передача	Параметр	Частота вращения коленвала двигателя, мин^-1
I	Рт, Н
	Vа, м/с
II	Рт, Н
	Vа, м/с
III	Рт, Н
	Vа, м/с
IV	Рт, Н
	Vа, м/с

 

 

Рисунок 2 – Тяговая характеристика автомобиля

 

Тяговое усилие, подводимое к ведущим колесам автомобиля, расходуется на преодоление сопротивлений качению, воздуха, подъему, инерции.

Сопротивление воздуха определяется соотношением (Н):

 

Р_в = К_в * F * V_a². (29)

 

 

Результаты расчетов сводим в таблицу 4.

Определим свободную силу тяги автомобиля:

 

Р_св = Р_т - Р_в. (30)

 

 

Аналогично проводим расчет Р_т,V_a,Р_в,Р_св для каждой из передач для следующих значений оборотов коленвала двигателя и результаты расчетов сводим в табл.4.

 

Таблица 4.- Сила сопротивления воздуха

 

Передача	Параметр	Частота вращения коленвала двигателя, мин^-1
I	Vа, м/с
	Рв, Н
	Рвс, Н
II	Vа, м/с
	Рв, Н
	Рвс, Н
III	Vа, м/с
	Рв, Н
	Рвс, Н
IV	Vа, м/с
	Рв, Н
	Рвс, Н

 

 

 

Рисунок 3 – Тяговая характеристика автомобиля

 

Определение основных показателей динамики автомобиля с механической трансмиссией

 

Динамический фактор

 

Универсальным измерителем динамических качеств автомобиля служит динамический фактор, представляющий отношение свободной тяговой силы к силе тяжести автомобиля, который находится по формуле:

 

D = P_св / G_a . (31)

 

Производим расчет динамического фактора при движении автомобиля с 500 до 6500 мин^-1 оборотов коленчатого вала на первой передаче

Графическую зависимость динамического фактора от скорости на всех передачах называют динамической характеристикой автомобиля. Значения динамического фактора для различных передач заносят в табл.5, на основании которой строится диаграмма рис.4.

 

Таблица 5. – Динамический фактор

 

Передача	Параметр	Частота вращения коленвала двигателя, мин^-1
I	Vа, м/с
	D
II	Vа, м/с
	D
III	Vа, м/с
	D
IV	Vа, м/с
	D

 

 

Рисунок 4 – Динамическая характеристика автомобиля

 

Ускорение автомобиля

 

Ускорение на горизонтальной дороге определяется из выражения (м*с^-2):

 

j_a = (D - ) * g / , (32)

 

где - коэффициент сопротивления дороги = 0,015;

- коэффициент учета вращающихся масс.

Определим коэффициент учета вращающихся масс по формуле:

 

= ₁ + 1 + ₂ * U_к² , (33)

 

где U_к - передаточное число коробки передач;

₁ = 0,05;

₂ = 0.07.

Найдем коэффициент учета вращающихся масс на каждой передачи по формуле (33).

 

Найдем ускорение при движении автомобиля на горизонтальной дороге с 500 мин^-1 до 6500 мин^-1 оборотов коленчатого вала на первой передачи по формуле (32).

 

Данные расчета сводим в Таблицу 6, в которую также заносим значения величин обратных ускорению 1/ j_a. По данным табл.6 строим графики зависимости j_a = f (V_a) – рисунок 5 и зависимости 1/ j_a = f (V_a) – рисунок 6. На графике обратных ускорений для оси абсцисс необходимо принять масштаб - М_Va и на оси ординат - М_1/ja, с²*м^-1/мм.

 

Таблица 6. – Ускорение автомобиля

 

Передача	Параметр	Частота вращения коленвала двигателя, мин^-1
I	Vа, м/с
	ja, м/с^2
	1/ja, с^2/м
II	Vа, м/с
	ja, м/с^2
	1/ja, с^2/м
III	Vа, м/с
	ja, м/с^2
	1/ja, с^2/м
IV	Vа, м/с
	ja, м/с^2
	1/ja, с^2/м

 

 

Рисунок 5 – График ускорений

 

Рисунок 6 – График обратных ускорений

 

Время разгона

 

Графически интегрируем график значений обратных ускорений. По графику величин обратных ускорений строим огибающую. Ее отрезок на промежутке от 0 до 27,7 м/с делим на равные части и из центра этих отрезков проводим линии до пересечения с огибающей, проецируя их на ось обратных ускорений. Далее значения отрезков на оси 1/ j_a и разницу между концом и началом отрезков оси ординат подставим в формулу:

 

. (34)

 

Результаты измерений и расчетов по формуле (34) заносим в табл.4

 

Таблица 4. Интегрирование графика обратных ускорений

1/ ja, мм	, мм	, мм^2

 

Из таблицы 4 имеем:

 

мм² .

 

Определим временя разгона до скорости 27,7 м/с по формуле:

 

t = * a * b, (35)

 

где а – масштаб скорости М_Va,м*с^-1/мм;

b – масштаб обратного ускорения М_1/ja,с²*м^-1/мм.

Время разгона от скорости V₀ до скорости V₁ определяется по формуле:

 

t₁ = * a * b. (36)

 

 

Время разгона от скорости V₁ до скорости V₂ определяется по формуле:

 

t₂ = ( + ) * a * b. (37)

 

 

Аналогично находим t₃, t₄ и т.д. до скорости 27,7 м/с.

По полученным значениям t и графику обратных ускорений определяем значения V_a и результаты приводим в таблицу 7.

 

Таблица 7. Время разгона

t, с
Va, м/с

 

По значениям табл.7 строим график пути разгона – рисунок 7.

 

 

Рисунок 7 – График пути разгона

 

Путь разгона

 

Путь разгона можно определить с помощью интегрирования кривой t = f(V_a) по такому же принципу описанному в пункте 6.3.

Результаты измерений занесем в табл.6.

 

Таблица 6. Интегрирование графика пути разгона

t, мм	,мм	, мм^2

Из таблицы 6 имеем:

 

мм² .

 

Путь разгона до скорости 27,7 м/с определяем по формуле:

 

S = * a * c, (38)

 

где а – масштаб скорости а, м*с^-1/мм;

с – масштаб времени с, с/мм.