Номинальная мощность двигателя (точка «В»)

Исходные данные

 

Автомобиль /модель/
Марка автомобиля	ГАЗ – 2217
Тип кузова	Минивэн
Двигатель
Число и расположение цилиндров/система питания	R4 / Бензиновый
Литраж, см^3 /л/
Мощность эффективная Nе, кВт
Частота вращения коленчатого вала, п, мин^-1
Крутящий момент двигателя, Ме, Нм
Частота вращения коленчатого вала, п, мин^-1
Максимальная частота вращения nmax, мин^-
Номинальная частота вращения коленчатого вала, nн, мин^-1
Габаритные размеры:
длина автомобиля, мм
ширина автомобиля, мм
высота автомобиля, мм
база автомобиля, мм
Колея:
передних колес, мм
задних колес, мм
Масса:
снаряженная, кг
полная, кг
груза, кг
количество пассажиров
прицепа, кг
Колесная формула	4х2
Число передач
Скорость движения автомобиля, км/ч
Расход топлива, л/100 км
Шины	225/60R16
Передаточные числа:
на I передаче	4,05
на II передаче	2,34
на III передаче	1,395
на IV передаче	1,0
на V передаче	0,849
на прямой передаче
главной передачи
Приведенный коэффициент дорожного сопротивления Ψ	0,03

 

1. ТЯГОВЫЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

Тяговый расчет автомобиля

Основой для тягового расчета автомобиля является внешняя скоростная характеристика двигателя (рис. 1.1).

 

1.1.1. Потребная мощность двигателя при заданной максимальной скорости и грузоподъемности автомобиля (точка «А») определяется (кВт):

(1.1)

где - приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

- снаряженная масса автомобиля, кг;

- масса перевозимого груза, кг (грузоподъемность или пассажировместимость определена техническим заданием);

- сопротивление воздуха при движении автомобиля, Н;

- максимальная скорость автомобиля, м/с;

- механический коэффициент потерь на трение (механический КПД трансмиссии).

Механический КПД трансмиссии определяется по формуле (с учетом числа пар зубчатых передач в кинематической схеме трансмиссии прототипа автомобиля):

(1.2)

где = 0,96 – КПД, характеризующий потери холостого хода;

= 0,985 - КПД цилиндрической передачи;

= 0,975 - КПД конической передачи;

и - соответственно число пар цилиндрических и конических передач, определяемых по кинематической схеме трансмиссии прототипа автомобиля.

 

Примерные значения механического КПД:

для легковых автомобилей = 0,90...0,92;

для грузовых обычной проходимости = 0,85...0,88;

для грузовых автомобилей повышенной проходимости = 0,80...0,85;

с одинарной главной передачей = 0,85...0,90;

для автомобилей с двойной или червячной главной передачей = 0,80...0,85.

Снаряженная масса и грузоподъемность автомобиля задаются.

У легковых автомобилей и автобусов грузоподъемность определяется числом посадочных мест для пассажиров (пассажировместимость). При этом масса одного пассажира принимается равной:

для легковых автомобилей - 80 кг (70 кг + 10 кг багаж);

для автобусов:

городского- 68 кг

пригородного - 71 кг (68 кг + 3 кг багажа)

сельского (местного) - 81 кг (68 кг +13 кг багажа).

Массу обслуживающего персонала автобуса (водитель, гид, кондуктор и др.), водителя и пассажиров в кабине грузового автомобиля принимают равной 75 кг на одного человека.

Связь между снаряженной массой автомобиля, грузоподъемностью и разрешенной максимальной массой осуществляется через коэффициент грузоподъемности:

(1.3.)

Сопротивление воздуха определяется по формуле [Н]:

(1,4)

где к - коэффициент обтекаемости автомобиля (Н с²/м⁴).

Приближенные значения коэффициента обтекаемости находятся в следующих пределах:

легковой автомобиль с закрытым кузовом - 0,20...0,30;

легковой автомобиль с обтекаемой формой кузова - 0,20...0,32;

легковой автомобиль с необтекаемой формой кузова

(УАЗ-31512,ВАЗ-21213 «Нива» и т.п.)-0,35...0,60;

грузовой автомобиль: бортовой- 0,50...0,70;

с кузовом (фургон) - 0,50...0,60;

автобус: капотный компоновки - 0,45...0,55;

вагонной компоновки - 0,35...0,45;

гоночный автомобиль - 0,15...0,20;

F - площадь лобовой поверхности (м²), определяется приближенно по формулам:

для грузовых автомобилей — F = B₁H

для легковых автомобилей - F= 0,8 ВН (1.5)

где B₁ - колея задних колес;

В - габаритная ширина автомобиля;

Н - габаритная высота автомобиля.

 

Следовательно, расчетная мощность двигателя «в точке А»:

 

Определение его основных параметров

Определение основных параметров главной передачи

 

Коническая главная передача

 

Из всех типов конических главных передач наиболее распространена передача со спиральным, в большинстве случаев круговым зубом, выполненным по дуге окружности. Характеристика главных передач дана в приложении 2.

Передаточное число конической передачи (рис. 2.5.а).

= 7,32 (3.1)

где z₁ – число зубьев шестерни; z₂-число зубьев колеса; D _ω- начальный диаметр колеса; d _ω- начальный диаметр шестерни.

Рисунок 2.5. - Схема главной передачи: а - конической;б – гипоидной; Е – эксцентриситет гипоидной передачи (приложение 5)

 

Минимальное число зубьев шестерни может быть доведено до z₁=(5…6). Применяемый в этих передачах угол наклона зубьев шестерни и колеса равны и находятся в пределах = = (30…40º). Для улучшения приработки зубьев число зубьев шестерни и колеса не кратно, поэтому передаточное число всех типов главных передач выражается не целым числом.

 

Гипоидная главная передача

 

Передаточное число гипоидной передачи (рис. 2.5.б):

= 7,32 (3.2)

где . Обычно , большие значения - для главных передач легковых автомобилей, меньшие – для грузовых. .

Передаточные числа одинарных конических и гипоидных передач обычно выбирают: для легковых автомобилей U _гп = (3,5…4,5); для грузовых автомобилей и автобусов U _гп = (5…7).

Если U _гп >7, применяют двойные главные передачи. При известном значении передаточного числа главной передачи определяют число зубьев колеса, пользуясь формулами (3.1) и (3.2).

 

Определение реакции опор

 

При консольном расположении ведущей шестерни (рисунок 2.6.а)

=

Напряжения на зубьях шестерен:

1. Напряжение изгиба

(3.17)

- коэффициент формы зуба, l - длина образующей

Конуса; t_m – нормальный торцевой модуль.

Допустимые напряжения зависят от ряда факторов (материала, термической обработки и др.) и находятся в пределах 700…900 МПа, большие значения относятся к гипоидным шестерням.

2. Контактные напряжения:

=

(3.18)

 

где (3.19)

(3.20)

Допустимы напряжения до 1000 МПа.

Применяемые материалы шестерен: 20ХН3А, (МАЗ); 20ХНМ (ГАЗ); 30ХГС (ЗИЛ).

 

Дифференциалы

Конический дифференциал

 

Для конического дифференциала (рис. 2.8.) внутреннее передаточное число, т.е. кинематический параметр

, (4.1)

где z₁ и z₂ – число зубьев полуосевых шестерен; знак «-» указывает на вращение выходящих валов в разные стороны при остановленном водиле (в корпусе дифференциала).

Кинематические соотношения в дифференциале:

для симметричного (4.2)

для несимметричного (4.3)

Здесь - кинематический параметр.

Число зубьев сателлитов и полуосевых шестерен может быть четным и нечетным, но для обеспечения сборки должно выполняться условие

, (4.4)

где z_ш – число зубьев полуосевой шестерни; n – число сателлитов;

k – целое число.

 

Рисунок 2.8. - Схемы конических дифференциалов: а – симметричного, б - несимметричного

 

Силовые соотношения в дифференциале без учета потерь

М ₁ = М ₂ = 0,5 М _д = 376,78 Нм (для симметричных дифференциалов).

Моменты на полуосях: =753,56 Нм (4.5)

Моменты на забегающей полуоси: . (4.6)

Моменты на отстающей полуоси: М _от.= 0,5(М _д + М _тр). (4.7)

Здесь М _тр – момент трения в зацеплениях дифференциала.

С достаточным приближением можно считать, что коэффициент блокировки для конического симметричного дифференциала равен единице:

, (4.8)

к = 1 при прямолинейном движении; к = , если М _заб = 0.

 

Недостаток симметрического дифференциала – снижение проходимости автомобиля, если одно колесо находится в условиях малого сцепления.

Необходимый коэффициент блокировки для заданных условий:

. (4.9)

где , - коэффициенты сцепления колес автомобиля, находящихся в худших и в лучших условиях сцепления с дорогой соответственно;

f – коэффициент сопротивления качению, если f = 0, то к _блок = 4…5.

В коническом дифференциале определяют нагрузки на зубья сателлитов, полуосевых шестерен, крестовину и нагрузки со стороны сателлитов на корпус дифференциала.

Окружная сила, действующая на один сателлит (рис. 2.9.):

(4.10)

где r ₁ – радиус приложения; n _c – число сателлитов.

Напряжения изгиба зубьев могут быть определены по ГОСТ 21354-87. Для сателлита и полуосевых шестерен = (500…800) МПа. Для изготовления зубчатых колес дифференциала используются обычно такие же материалы, что и для главной передачи (цементирование стали марок 18ХГТ, 25ХГТ). Число зубьев сателлитов равно 10…14, а полуосевых шестерен 14…22 с передаточным числом 1,4…2,0.

Шип крестовины под сателлитом испытывает:

Рисунок 2.9. - Схема сателлита

1) напряжение смятия 2) (4.11) где d –диаметр шипа крестовины, l 1- длина посадочного места сателлита, МПа напряжение среза (4.12) =(100…120) МПа,

 

3) напряжение смятия в месте крепления в корпусе дифференциала под действием окружной силы

(4.13)

где r ₂ - радиус приложения.

(4.14)

где l ₂ - длина крестовины в корпусе дифференциала. [ ] = (50…60).

Давление торца сателлита на корпус дифференциала (рисунок 9) определяется напряжением смятия

(4.15)

где - опорная поверхность сателлита; - угол зацепления, = 30…40° - половина угла конуса сателлита, МПа.

 

Список литературы

1. Акимов А.П. Справочное пособие по автотранспорту. Чебоксары, 1998,–93с.

2. Акимов А.П. Методическое пособие по курсовому проекту для студентов специальности 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство». Чебоксары, 2001,-69 с.

3. Анохин В.И. Отечественные автомобили. М.: Машиностроение, 1977.-707 с.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. в 3 томах. Т. 3,6-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2003,-557 с.

5. «Автомобиль. Основы конструкции». Учебник 2 –е изд. Вишнякова Н.Н., Вахламова В.К., Нарбут А.Н., Шлипе И.С., Островцева А.Н. М.: Машиностроение, 1986.-304 с.

6. Высоцкий М.С. и др. Грузовые автомобили. Проектирование и основы конструирования. М.: Машиностроение, 1995. -256 с.

7. Краткий автомобильный справочник. НИИАТ. М.: Трансконсалтинг, 1994,-570 с.

8. Конструирование и расчет автомобиля.// под ред. Лукина П.Н., Гаспарянца Г.А., Родионова В.Ф. - М.: Машиностроение, 1984.-472 с.

9. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций и элементы расчета. Учебник. М.: Машиностроение, 1989.-304 с.

10. Осипов В.И., Архипов А.И. Тормозные системы. М.: МАДИ, 1993.-20 с.

11. Осипов В. И. и др. Методические указания к курсовому проекту. под ред. Осипова В.И. М.: МАДИ.1989.-52 с.

12. Осипов В.И., Архипов А.И. Трансмиссия М.: МАДИ, 1992.-32 с.

13. Нарбут А.Н., Квасновская Н.П. Методические указания к практическим занятиям по рабочим процессам механизмов и систем автомобиля. М.: МАДИ, 2003.-40 с.

14. Нарбут А.Н., Квасновская Н.П. Методические указания к курсовому проекту по автомобилям. М.: МАДИ, 2005.-47 с.

15. Курсовое проектирование по деталям машин. 2 –е изд. перераб. и доп. под ред. Чернавского С.А. – М.: Машиностроение, 1988.–416 с.

16. Вахламов В.К. Автомобили. Конструкция и элементы расчета. 2-е издание, стереотипное. М.: Академия, 2008.-480с.

17. Вахламов В.К. Конструкция, расчет и эксплуатационные свойства автомобилей. М.: Академия, 2007.-560с.

18. Сокол Н.А., Попов С.И. Основы конструкции и расчета автомобиля. Ростов-на-Дону.: Феникс, 2006.-302с.

19. Акимов А.П., Медведев В.И., Ильин В.В. Колесный движитель с кантующим устройством. Сборник статей Кировской ГСХА.

20. Медведев В.И., Акимов А.П., Ильин В.В., Батманов В.Н. Колесом с «кантующимся» центром вращения с реактивным тормозным устройством. №2007||7975/|| бюллетень ФИПС №33.

21. Иванов А.Н. Основы конструкции автомобиля. М.: «За рулем», 2005.-336с.

 

Исходные данные

 

Автомобиль /модель/
Марка автомобиля	ГАЗ – 2217
Тип кузова	Минивэн
Двигатель
Число и расположение цилиндров/система питания	R4 / Бензиновый
Литраж, см^3 /л/
Мощность эффективная Nе, кВт
Частота вращения коленчатого вала, п, мин^-1
Крутящий момент двигателя, Ме, Нм
Частота вращения коленчатого вала, п, мин^-1
Максимальная частота вращения nmax, мин^-
Номинальная частота вращения коленчатого вала, nн, мин^-1
Габаритные размеры:
длина автомобиля, мм
ширина автомобиля, мм
высота автомобиля, мм
база автомобиля, мм
Колея:
передних колес, мм
задних колес, мм
Масса:
снаряженная, кг
полная, кг
груза, кг
количество пассажиров
прицепа, кг
Колесная формула	4х2
Число передач
Скорость движения автомобиля, км/ч
Расход топлива, л/100 км
Шины	225/60R16
Передаточные числа:
на I передаче	4,05
на II передаче	2,34
на III передаче	1,395
на IV передаче	1,0
на V передаче	0,849
на прямой передаче
главной передачи
Приведенный коэффициент дорожного сопротивления Ψ	0,03

 

1. ТЯГОВЫЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ

Тяговый расчет автомобиля

Основой для тягового расчета автомобиля является внешняя скоростная характеристика двигателя (рис. 1.1).

 

1.1.1. Потребная мощность двигателя при заданной максимальной скорости и грузоподъемности автомобиля (точка «А») определяется (кВт):

(1.1)

где - приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

- снаряженная масса автомобиля, кг;

- масса перевозимого груза, кг (грузоподъемность или пассажировместимость определена техническим заданием);

- сопротивление воздуха при движении автомобиля, Н;

- максимальная скорость автомобиля, м/с;

- механический коэффициент потерь на трение (механический КПД трансмиссии).

Механический КПД трансмиссии определяется по формуле (с учетом числа пар зубчатых передач в кинематической схеме трансмиссии прототипа автомобиля):

(1.2)

где = 0,96 – КПД, характеризующий потери холостого хода;

= 0,985 - КПД цилиндрической передачи;

= 0,975 - КПД конической передачи;

и - соответственно число пар цилиндрических и конических передач, определяемых по кинематической схеме трансмиссии прототипа автомобиля.

 

Примерные значения механического КПД:

для легковых автомобилей = 0,90...0,92;

для грузовых обычной проходимости = 0,85...0,88;

для грузовых автомобилей повышенной проходимости = 0,80...0,85;

с одинарной главной передачей = 0,85...0,90;

для автомобилей с двойной или червячной главной передачей = 0,80...0,85.

Снаряженная масса и грузоподъемность автомобиля задаются.

У легковых автомобилей и автобусов грузоподъемность определяется числом посадочных мест для пассажиров (пассажировместимость). При этом масса одного пассажира принимается равной:

для легковых автомобилей - 80 кг (70 кг + 10 кг багаж);

для автобусов:

городского- 68 кг

пригородного - 71 кг (68 кг + 3 кг багажа)

сельского (местного) - 81 кг (68 кг +13 кг багажа).

Массу обслуживающего персонала автобуса (водитель, гид, кондуктор и др.), водителя и пассажиров в кабине грузового автомобиля принимают равной 75 кг на одного человека.

Связь между снаряженной массой автомобиля, грузоподъемностью и разрешенной максимальной массой осуществляется через коэффициент грузоподъемности:

(1.3.)

Сопротивление воздуха определяется по формуле [Н]:

(1,4)

где к - коэффициент обтекаемости автомобиля (Н с²/м⁴).

Приближенные значения коэффициента обтекаемости находятся в следующих пределах:

легковой автомобиль с закрытым кузовом - 0,20...0,30;

легковой автомобиль с обтекаемой формой кузова - 0,20...0,32;

легковой автомобиль с необтекаемой формой кузова

(УАЗ-31512,ВАЗ-21213 «Нива» и т.п.)-0,35...0,60;

грузовой автомобиль: бортовой- 0,50...0,70;

с кузовом (фургон) - 0,50...0,60;

автобус: капотный компоновки - 0,45...0,55;

вагонной компоновки - 0,35...0,45;

гоночный автомобиль - 0,15...0,20;

F - площадь лобовой поверхности (м²), определяется приближенно по формулам:

для грузовых автомобилей — F = B₁H

для легковых автомобилей - F= 0,8 ВН (1.5)

где B₁ - колея задних колес;

В - габаритная ширина автомобиля;

Н - габаритная высота автомобиля.

 

Следовательно, расчетная мощность двигателя «в точке А»:

 

Номинальная мощность двигателя (точка «В»)

 

Номинальная мощность определяется по формуле (формула С.Р. Лейдермана), кВт

 

(1,6)

 

где a₁ = b₁ = c₁ = 1,0 — для карбюраторных двигателей;

a₁ = 0,53, b₁ = 1,56, c₁ —1,09 - для дизелей;

n_н и n_max -номинальная и максимальная частота вращения коленчатого вала

двигателя,

n_max =(1,1-1,15) п_н - для бензиновых двигателей без ограничителя частоты

вращения вала двигателя (легковые и грузовые автомобили грузоподъемностью до 1,5 т);

n_max = n_н - для дизелей и бензиновых двигателей с ограничителем частоты

вращения вала двигателя (грузовые автомобили грузоподъемностью

свыше 1,5 т).

 

Ориентировочно частоту вращения коленчатого вала двигателей можно определить

n_max = n_н+ (6,7...8,4), с^-1 - для бензиновых двигателей;

n_max = n_н+ (5,0...7,0), с^-1 - для дизелей.

 

Следовательно расчетная мощность двигателя «в точке В»