Тягово-экономический расчет автомобиля

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение
1. Общие требования к выполнению и содержанию курсового проекта …………………………………………………………….........
2. Тягово-экономический расчет автомобиля ………………………..
2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя ………………...
2.2 Тягово-скоростная характеристика автомобиля …………………
2.3 Динамическая характеристика автомобиля ……………………...
2.4 Номограмма нагрузок и график контроля буксования…………..
2.5 График ускорений автомобиля ……………………………………
2.6 Время и путь разгона автомобиля ………………………………...
2.7 Мощностной баланс автомобиля …………………………………
2.8 Определение тормозного и остановочного пути автомобиля …..
2.9 Топливная экономичность автомобиля …………………………..
3.Эксплуатационные качества автомобиля ………………………….
3.1 Боковые силы, действующие на автомобиль …………………….
3.2 Плавность хода …………………………………………………….
3.3 Проходимость автомобиля ………………………………………………...
4. Анализ конструкции автомобиля …………………………………..
5. Анализ конструкции узла (агрегата, системы) ……………………
Список литературы ………………………………………………….

 

ВВЕДЕНИЕ

В результате интенсивного совершенствования конструкции отечественных автомобилей, более частого обновления выпускаемых моделей, придания им высоких потребительских качеств, отвечающих современным требованиям, возникает необходимость повышения уровня подготовки инженеров по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство».

Студент должен получить знания в области теории и конструкции автомобилей, обеспечивающие емувозможность успешного управления современным сложным автомобильным хозяйством. Он должен иметь пред­ставление о современном состояние и тенденциях развития как автомобилестроения в целом, так и отдельных конструкций автомобилей, оценивать эксплуатационные свойства на основе анализа конструкции моделей автомобилей.

Разнообразие условий эксплуатации обусловило широкую специализацию автотранспортных средств, которые отличаются специфическими свойствами, обеспечивающими их использование в конкретных условиях с наибольшей эффективностью. При проектировании инженеру-конструктору следует знать, какой совокупностью свойств должен обладать автомобиль, чтобы наилучшим образом выполнять те производственные функции, для которых он предназначен. Инженеру по эксплуатации знание свойств различных автомобилей помогает выбирать те из них, которые наилучшим образом соответствуют характеристикам перевозимых грузов и условиям перевозок, дает возможность разрабатывать оптимальную стратегию перевозок, оптимальные методы поддержания в эксплуатации свойств, заложенных при проектировании производстве (потенциальных свойств), и восстановления их в процессе ремонта. Инженер по организации движения должен знать, какими свойствами обладают автомобили, чтобы на дорогах различных категорий вероят­ность возникновения дорожно-транспортных происшествий была возможно меньшей; какие ограничения должны накладываться на параметры движения в соответствии со свойствами автомобилей.

Цель курсового проекта является закрепление знаний по дисциплине «Автомобили» и обучение будущего специалиста навыкам использования теории и научных методов анализа при решении практических вопросов.

Выполняя курсовой проект, студент углубленно прорабатывает основные разделы курса «Автомобили». Качество выполнения задания показывает степень усвоения студентом материалов по разделу «Теория автомобиля» и разделу «Анализ конструкции автомобиля».

Методические указания содержат требования по выполнению и оформлению курсового проекта по дисциплине «Автомобили».

Данные методические указания знакомят студентов с содержанием и порядком выполнения курсового проекта, литературой, рекомендованной для изучения курса, а также закрепляют теоретические знания.

Предназначены студентам, обучающимся по специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство», при изучении дисциплины «Автомобили».

 

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕИЮ

И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

Курсовой проект является завершающим этапом изучения предмета «Автомобили» и предназначен для закрепления и углубления знаний по теории и конструкции автомобилей, а также для подготовки студентов к выполнению дипломного проекта.

Курсовое проектирование ставит перед студентом следующие основные задачи:

– систематизация, закрепление и углубление теоретических знаний, полученных при изучении предмета;

– изучение теоретических основ конструкции автомобилей;

– выполнять расчеты основных технико-экономических показателей автомобиля, строить графики и зависимости на их основе;

– выполнять анализ конструкции автомобиля и уметь характеризовать их рабочие процессы;

– уметь пользоваться технической и нормативно-справочной литературой, нормативными материалами и стандартами.

Проект по степени сложности должен соответствовать теоретическим знаниям, полученным студентами при изучении предмета «Автомобили», и выполняется по индивидуальному заданию (приложение А), в задании указывается марка и модель автомобиля, срок представления проекта к защите.

В письменном задании указывается требование на выполнение инженерного расчета основных технико-экономических характеристик автомобиля, анализ конструкции одного из узлов автомобиля, содержание каждого листа графической части проекта.

Курсовой проект состоит из задания, пояснительной записки и графической части. По своему содержанию пояснительная записка должна состоять из следующих разделов:

Оглавление;

Аннотация;

Введение;

Раздел 1 Характеристика автомобиля

1.1 Цель разработки и область применения автомобиля

1.2 Технические требования к автомобилю

Раздел 2 Тягово-экономический расчет автомобиля

2.1 Внешняя скоростная характеристика автомобиля

2.2 Тяговый расчет автомобиля

2.3 Динамический паспорт автомобиля

2.4 Ускорение, время и путь разгона автомобиля

2.5 Мощностной баланс автомобиля

2.6 Тормозная динамика автомобиля

2.7 Топливная экономичность автомобиля

Анализ и выводы по разделу 2

Раздел 3 Эксплуатационные качества автомобиля

3.1 Боковые силы, действующие на автомобиль

3.2 Проходимость автомобиля

3.3 Плавность хода, вибрация, шум

Анализ и выводы по разделу 3

Раздел 4 Анализ конструкции автомобиля.

4.1 Основные параметры и размеры

4.2 Надежность конструкции

4.3 Эксплуатационная и ремонтная технологичность

4.4 Уровень унификации и стандартизации

4.5 Безопасность конструкции

4.6 Эстетические и эргономические показатели

4.7 Эксплуатационные материалы

4.8 Транспортирование, хранение и консервация

Анализ и выводы по разделу 4

Раздел 5 Анализ конструкции узла (агрегата, системы)

5.1 Требования к конструкции агрегата (узла) согласно ГОСТ

5.2 Классификация, применяемость и рабочий процесс агрегата (узла)

5.3 Основные тенденции совершенствования конструкции агрегата (узла)

Анализ и вывод по разделу 5

Заключение

Литература

Приложения

Пояснительная записка объемом 40-50 страниц рукописного текста пишется чернилами на листах писчей бумаги формата А4 или печатным способом. Сокращение слов не допускается, за исключением общепринятых сокращенных обозначений, листы пояснительной записки нумеруются, начиная с титульного листа.

Текстовая часть должна включать последовательное изложение расчета, необходимые формулы, примеры расчета. При выписке расчетных формул необходимо объяснить входящие в них величины и указать единицы измерения. Если необходимо задаться той или иной числовой величиной, обязательно указать, по каким соображениям выбрано именно это значение. Ссылка на литературные источники дается в квадратных скобках, в которых помещают номер источника по перечню, приведенному в конце работы. Перед подстановкой в формулу переменной величины рекомендуется упростить формулу, предварительно произведя математические действия с постоянными величинами.

Все расчетные и результирующие таблицы должны иметь наименование и порядковый номер. Графики строятся по результатам расчета, сведенным в таблицы.

Графическая часть проекта состоит из 3 (трех) листов формата А1 следующего содержания:

– общий вид автомобиля и кинематическая схема трансмиссии автомобиля;

– графики, полученные по результатам расчетов;

– общий вид агрегата (узла), схемы, рисунки по анализу конструкции;

Для защиты курсового проекта студент представляет расчетно-пояснительную записку и графический материал по всем разделам с единым титульным листом. Курсовой проект должен заканчиваться перечнем литературы, использованной студентом при составлении эксплуатационно-технической характеристики, выборе параметров и выполнении расчетов.

Во введении дается характеристика развития автомобилестроения, тенденции совершенствования конструкций автомобилей. По заданной марке автомобиля выполняется анализ развития данной фирмы и история создания заданной для расчета модели. Формулируются цели и задачи курсового проекта.

Исходные данные для курсового проекта следует брать из краткой эксплуатационно-технической характеристики автомобиля (табл.1), приведенных в справочниках, инструкциях заводов изготовителей автомобилей и периодической печати.

В методических указаниях все формы таблиц составлены для автомобилей с пятиступенчатыми коробками передач; для автомобилей, имеющих коробки передач с меньшим числом ступеней, лишние показатели или столбцы и графы таблиц следует исключить.

Характеристики автомобилей рассчитывают в курсовом проекте для случая их движения без прицепов. В соответствии с этим все расчеты по автомобилям, на которых установлены в трансмиссии дополнительные агрегаты делитель, демультипликатор, раздаточная коробка, проводят при включении высшей передачи этих агрегатов.

Список литературы оформляется в соответствии с действующим ГОСТом.

 

 

Таблица 1 - Исходные данные. Краткая эксплуатационно-

техническая характеристика автомобиля

№ п/п	Наименование данных	Ед. измерения	Условные обозначения	Данные по автомобилю принятому к расчету
	Общие данные
	Тип автомобиля
	Год выпуска
	Колесная формула			4*2
	Грузоподъемность (пассажировместимость)	кН (пасс)
	Собственный вес автомобиля (без груза)	кН	G0	955 кг
	Полный вес автомобиля	кН	Gа	1355 кг
	Распределение нагрузки автомобиля по осям: а) с грузом на переднюю ось – с грузом на заднюю ось (тележку) б) без груза на переднюю ось – без груза на заднюю ось	кН	G1 G2 G01 G02
	База автомобиля	мм	L
	База тележки	мм
	Колея колес: – передних – задних	мм	В
	Наименьший габаритный радиус поворота	м	Rmin	5,6

Продолжение таблицы 1

	Наименьший дорожный просвет	мм		170
	Габаритные размеры автомобиля: – длина – ширина – высота	мм
	Двигатель
	Тип двигателя			четырёхтактный, карбюраторный, рядный, с верхним расположением распределительного вала
	Число цилиндров	шт
	Диаметр цилиндра	мм		79х66
	Ход поршня	мм
	Рабочий объем цилиндров	л		1,3
	Порядок работы цилиндров			1-3-4-2
	Степень сжатия			8,5
	Наибольшая эффективная мощность	кВт	Ne max	50.6
	Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности	мин^-1	nN
	Наибольший крутящий момент	Н*м	Me max
	Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте	мин^-1	nM
	Литровая мощность	кВт/л
	Удельная мощность	кВт/кН
	Минимальный удельный расход топлива	г/кВТ*ч	ge min
	Шасси
	Тип сцепления
	Тип коробки передач
	Передаточные числа коробки передач: 1-ой 2-ой 3-ей 4-ой 5-ой		i

Продолжение таблицы 1

	Передаточные числа дополнительной коробки (делителя, демультипликатора, раздаточной): – высшее – низшее
	Тип главной передачи
	Передаточное число главной передачи (заднего моста)		i0
	Тип привода ножного тормоза
	Тип рулевого механизма
	Размер шин	мм (дюйм)
	Давление воздуха в шинах: – передних – задних	МПа
	Эксплуатационные данные
	Максимальная скорость	км/ч	υa max
	Контрольный расход топлива	л/100км

 

Таблица 2 – Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

 

№ п/п	об/мин							А	кВт		Нм

а) зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала

б) зависимость крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала

Рисунок 1. – Внешняя скоростная характеристика двигателя автомобиля

2.2 Тягово-скоростная характеристика автомобиля

 

Тяговая характеристика автомобиля представляет собой зависимость между силой тяги () и скоростью (, км/ч) движения автомобиля. График тягового баланса автомобиля состоит из тяговой характеристики и зависимостей сил сопротивления движению от скорости автомобиля.

Силу тяги(, Н) на ведущих колесах автомобиля рассчитывают по формуле:

(4)

где: – крутящий момент двигателя, Н·м;

– передаточное число коробки передач;

– передаточное число главной передачи;

– радиус качания колеса, м;

– к.п.д. трансмиссии.

 

Входящий в формулу (4) крутящий момент () берут из табл.2. Он зависит от частоты вращения ()коленчатого вала двигателя. Скорость движения автомобиля () определяют по формуле:

км/ч (5)

 

Радиус () качения колеса, входящий в формулы (4), (5), приближенно определяется по формуле:

(6)

где: d – внутренний диаметр шины (диаметр обода колеса), м;

Н – высота профиля шины в свободном состоянии, м;

λ_Ш – коэффициент нормальной деформации шины.

 

Для шин коэффициент (λ_Ш) можно принять равным 0,1-0,16.

Величины d и Н определяют по маркировке шин, которая включает ширину профиля шины – В (первое число) и внутренний диаметр шины – d (второе число). Для шин грузовых автомобилей и автобусов допускается считать высоту и ширину профиля равными (Н=В), а для низкопрофильных шин легковых автомобилей Н=0,8В. Для проверки расчета можно пользоваться величинами статического радиуса колеса [3].

Значения к.п.д. () трансмиссии выбирают в зависимости от типа автомобиля. Так, НИИАТ [3] рекомендует принимать значения этого коэффициента равными 0,85-0,9 для автомобилей с одинарной главной передачей и 0,8-0,85 - для автомобилей с двойной главной передачей.

Подставляя значения и в формулу (5), а затем для каждой ступени коробки передач (кроме заднего хода), получаем расчетные формулы скоростей движения автомобиля на различных передачах.

Расчет скорости движения автомобиля на передачах производят подстановкой в формулу (5) значений частоты вращения коленчатого вала (). 3а наименьшую частоту принимают минимально устойчивую частоту (), соответствующую началу кривых на внешней скоростной характеристике двигателя, а за наибольшую частоту вращения – соответствующую конечным точкам кривых на внешней скоростной характеристике (см. рис.1). Количество расчетных точек внешней скоростной характеристики и тяговой характеристики автомобиля на каждой передаче должно быть одинаково.

Расчет ведут в такой последовательности (табл.3). Подставляя значение частоты вращения коленчатого вала() в формулу (5), определяют соответствующую скорость () движения автомобиля на данной передаче (I, II, Ш и т.д.) коробки передач. Для принятого значения () по табл. 2 берут значение крутящего момента (), а затем по формуле (4) определяют величину силы тяги () на каждой из передач.

 

Таблица 3 - Расчет тяговой характеристики автомобиля

№ п/п

ne, мин^-1

Me, Н∙м

Передача

I

I I

I I I

IV

V

Va, км/ч

Pk, кН

Va, км/ч

Pk, кН

Va, км/ч

Pk, кН

Va, км/ч

Pk, кН

Va, км/ч

Pk, кН

Расчет тяговой характеристики целесообразно вести непосредственно в табл.3, начиная с прямой передачи ( =1).

По данным табл.3 строят тяговую характеристику автомобиля. На рис.2 приведена тяговая характеристика (кривыеI,II,III,IV,V) автомобиля с пятиступенчатой коробкой передач. Масштаб скорости () по оси абсцисс является общим для всех кривых, а масштаб частоты вращения () различен для каждой из передач.

На рис.2 откладывают величины силы суммарного сопротивления дороги () и силы сопротивления воздуха(). Полученная кривая + определяет сумму сил сопротивления движению автомобиля с равномерной скоростью по дороге с заданным коэффициентом (ψ) суммарного сопротивления дороги. Тяговую характеристику дополненную кривыми и + , называют графиком тягового баланса автомобиля.

 

Рисунок 2 - График тягового баланса автомобиля

 

Суммарная сила сопротивления дороги ()определяется по формуле:

(7)

где: ψ – коэффициент суммарного сопротивления дороги;

– полный вес автомобиля, кН.

Коэффициент суммарного сопротивления дороги рассчитывается так:

(8)

где: f – коэффициент сопротивления качения;

a – угол подъема дороги.

 

При расчете тягового баланса следует принять, что автомобиль движется по горизонтальной дороге (a =0) с асфальтобетонным покрытием. Тогда коэффициент (ψ) суммарного сопротивления дороги (8) равен коэффициенту (f) сопротивления качению.

При скоростях движения автомобиля, превышающих 60-80 км/ч коэффициент (f)надо определять по эмпирической формуле:

(9)

где: – коэффициент сопротивления качению, относящийся к

малым скоростям движения автомобиля;

– скорость движения автомобиля, км/ч.

Cила, суммарного сопротивления дороги в этих условиях такова:

(10)

Для дорог с асфальтобетонным покрытием, находящихся в хорошем состоянии, коэффициент () можно принять равным 0,015. Силу сопротивления воздуха () в кН определяют по формуле:

(11)

где: – коэффициент сопротивления воздуха;

F – лобовая площадь автомобиля, м².

 

Приближенно можно принять для:

– легковых автомобилей

(12)

– грузовых автомобилей и автобусов

(13)

где: – наибольшая ширина автомобиля, м;

– наибольшая высота автомобиля, м;

В – колея автомобиля.

Коэффициент () сопротивления воздуха можно принять (в Н·с²/м⁴) [1] для:

- легковых автомобилей – 0,20-0,35;

- автобусов – 0,24-0,40;

- грузовых автомобилей – 0,60-0,7.

 

В табл.4 приводят расчет значений сил ( и ), определяемых для скоростей движения автомобиля от 0 до наибольшей скорости на высшей передаче. Промежуточные значения скорости () следует взять по табл.3 для высшей передачи. По результатам расчета строят зависимости силы () и суммарной ( + ) от скорости автомобиля, приведенные на рис.2.

 

Таблица 5 - Расчет сил сопротивления движению

 

№ п/п	км/ч	км/ч			ψ	кН	кН	+ ,кН

 

График тягового баланса используют для решения практических задач. На рис. 2 показан запас () силы тяги, равный (при равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге)

Запас силы тяги может использоваться для разгона автомобиля, преодоления подъемов и буксировки прицепа.

 

График ускорений автомобиля

Ускорение автомобиля (j, м/с²) определяют по формуле:

(20)

где: D - динамический фактор автомобиля;

ψ - коэффициент суммарного сопротивления дороги;

δ - коэффициент учета влияния вращающихся масс;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с.

Коэффициент (δ) может быть определен по формуле:

(21)

где: и - постоянные (для данного автомобиля)

коэффициенты;

- передаточное число коробки передач.

 

 

для легковых автомобилей:

(22)

 

Расчет ускорений в зависимости от скорости движения производят для полностью груженого автомобиля при его движении по горизонтальной дороге с твердым покрытием в хорошем состояния, для которой коэффициент (ψ) принимают равным 0,015.

На высшей передаче подсчет ускорений автомобиля следует вести по формуле (20), подставляя значения коэффициента (ψ), ранее (см.табл.4) подсчитанные с учетом влияния скорости () движения автомобиля. ( где =0,015)

3начения динамического фактора (D) в формуле (20) берут по динамической характеристике (см.рис.3 и табл.5) Коэффициент δ определяют по формулам (22) для каждой ступени в коробке передач.

Результаты подсчета ускорений автомобиля на всех передачах сводят в табл. 8.

Таблица 8 - Результаты подсчета ускорений автомобиля на

передачах

№ п/п

Передача

I

I I

I I I

IV

V

 

По данным табл.8 строят график ускорений автомобиля на всех передачах. На рис.4 приведен такой график для легкового автомобиля с четырехступенчатой коробкой передач.

При движении автомобиля с максимальной скоростью ускорения (j) равно нулю. Поэтому кривая ускорения (на рис.4 кривая IV) пересекает aбсцисс ось в точке в случае равенства силы тяги при полной подачи топлива в двигатель силам сопротивления движению.

Ускорение на первой передаче грузового автомобиля может быть равно или меньше ускорения на второй передаче (рис.5). Это объясняется большим передаточным числом первой передачи, значительно увеличивающим коэффициент δ (22).

Рисунок 4 - График ускорений легкового автомобиля

 

 

Плавность хода

 

На плавность хода и некоторые другие эксплуатационные свойства автомобиля большое влияние оказывают колебания колес и жестко связанных элементов (рис. 13)

 

 

Рисунок 13 – Колебательная система автомобиля

 

К подрессоренным массам относят:

m_в – масса водителя и пассажиров в кабине;

m_тпд – масса кузова тягача (включает массу полезной нагрузки) и рамы с укрепленным на ней двигателем, агрегатов трансмиссии и управления;

m_ппд – масса рамы полуприцепа с укрепленными на ней элементами (включает массу полезной нагрузки, расположенной на грузовой платформе полуприцепа).

К неподрессоренным массам относятся массы переднего и заднего мостов тягача (m_т1нп и m_т2нп) и моста полуприцепа m_{пнп .}

Неподрессоренные массы автомобиля:

 

m_нnq=m_зм+m_пм+n·m_к, (41)

где m_зм – масса заднего моста, кг;

m_пм – масса переднего моста, кг;

n – количество колес;

m_к – масса колеса в сборе с шиной, кг.

Подрессоренные массы автомобиля:

m_nq=m_а – m_пд (42)

 

Обычно у легковых автомобилей в любом весовом состоянии для задней и передней подвесок m_нnq/ m_nq> 4; для грузовых автомобилей это соотношение выполняется для задней подвески, без нагрузки – m_нnq/ m_nq< 4.

Как подрессоренные, так и неподрессоренные массы совершают сложные двухчастотные колебания. Двухосный автомобиль имеет четыре собственные частоты – две низкие (Ω₀₁ и Ω₀₂) и две высокие (Ω_к1 и Ω_к2).

Ω₀= √c_p/m_пд; Ω_к= √(c_p+с_ш)/m_нд, (43)

 

где c_p – жесткость подвески, Н/см;

с_ш – жесткость шин, Н/см.

Характерны следующие соотношения жесткостей (табл.14).

 

Таблица 14 – Соотношение жесткости шин и подвески

автомобиля

Класс автомобиля	Сш/ср
Автомобили особо малого класса	3-4
Автомобили малого и среднего класса	7-10
Автомобили высшего класса	10-12
Грузовые автомобили	2,5-5

Жесткость упругих элементов подвески современных автомобилей составляет: с_п= 200 – 600 Н/см, а жесткость шин с_ш= 200 – 4500 Н/см.

При расчетах удобно выражать частоту колебаний подрессоренной массы через статический прогиб f_ст подвески – перемещение колес относительно кузова за счет деформации упругого элемента подвески под действием силы тяжести.

 

f_ст =G_i/c, (44)

 

где f_ст – статический прогиб подвески, м (табл. 15);

G_i – статическая весовая нагрузка на подвеску моста, Н;

с – жесткость подвески, Нм^-1.

 

 

Таблица 15 – Статический прогиб подвески автомобиля

Тип автомобилей	Статический прогиб подвески
передней	задней
легковые	15…25 см	7,5…10 см
грузовые	12…18 см	7…12 см

 

В расчетах принимаем коэффициент распределения подрессоренных масс ε_y=1.

Частоты свободных колебаний подрессоренных масс определяются из выражения:

Ω₀=1/2π·√g/f _ст,Гц. (45)

Техническая частота п_к – число колебаний в минуту

n_к= 300/√ f_ст. (46)

 

Подвеску автомобиля можно считать удовлетворительной, если значения показателей плавности и вибрации соответствуют приведенным в табл.16.

 

Таблица 16 – Характеристика подвески автомобиля по показателям плавности и вибрации

Тип автомобиля	Подрессоренные массы	Неподрессоренные массы
Частота свободных колебаний, Гц	Техническая частота, мин^-1	Частота свободных колебаний, Гц	Техническая частота, мин^-1
легковые	0,8-1,3	50-78	8-12	500-750
грузовые	1,2-1,8	75-110	6,5-9	400-550

 

 

Проходимость автомобиля

 

Проходимостью называется эксплуатационное свойство, определяющее возможность движения автомобиля в ухудшенных дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных препятствий.

Проходимость делится на профильную и опорную.

Оценка опорной проходимости

Опорная проходимость определяет возможность движения в ухудшенных дорожных условиях и по деформируемым грунтам.

К основным оценочным показателям опорной проходимости относятся: