Расчет тягово-скоростных свойств транспортного средства

 

Тяговый расчет автомобиля производится с целью определения его тяговых и динамических качеств. Для решения этих задач необходимо построить тяговую характеристику. Тяговой характеристикой автомобиля называется графическая зависимость удельной силы тяги от скорости движения автомобиля на каждой передаче.

 

3.3.1. Исходные данные

 

Автомобиль ВАЗ 2121 «Нива»;

Кузов – универсал;

Тип автомобиля – полноприводный легковой автомобиль 2 кл.;

Колесная формула – 4х4;

Количество человек – n =5 (чел.);

Длинна: 3720 мм;

Ширина (Br): 1680 мм;

Высота (Hr): 1640 мм;

Колесная база: 2200 мм;

Масса в снаряженном состоянии – m₀ = 1200 кг.;

Коэффициент преодолеваемого уклона – i_max= 0,29;

Шины: 175/80 R14;

Коэффициент сопротивления качению – f₀ =0,011;

Коэффициент аэродинамического сопротивления – C_x = 0,35;

Максимальная скорость -V_max = 150 км/ч (41,66 м/с);

Минимальная скорость – V_min=3,1 км/ч (0,86 м/с);

Максимальная частота вращения коленчатого вала – ω_emax= 650с^-1

(6500об/мин);

Трансмиссия механическая 4 ступени.

 

3.3.2. Определение мощности и момента двигателя

 

Определение полной массы автомобиля [3]:

 

m_a = m₀ + m_ч ×n + m_б,                                    (3.1)

 

где m₀ – снаряженная масса автомобиля;

m_ч – масса одного человека (75кг.);

m_б – масса багажа на одного человека (10 кг.);

n – количество пассажиров, включая водителя;

 

m_а = 1200 + 75×5 + 50 = 1595 кг.

 

Определение статистического радиуса колеса:

 

r_ст= 0,5d + λ_z×Н,                                         (3.2)

 

где d = 16 – посадочный диаметр, дюймы (0,36 м);

λ_z = 0,85 – коэффициент вертикальной деформации, зависящий от типа шин;

H/B = 0,8 – соотношение высоты профиля шины к ее ширине, %;

B = 0,175 – ширина профиля шины, м.;

H – высота профиля шины, м.;

 

r_ст = 0,5×36 + 0,85×0,14 = 0,29 м.

 

На дорогах с твердым покрытием r_ст ≈ r_д ≈ r_к = 0,29 м;

где r_д –динамический радиус колеса

r_к – радиус качения колеса

Определение коэффициента обтекаемости:

 

 

                                                (3.3)

 

где C_x – коэффициент аэродинамического сопротивления;

ρ = плотность воздуха в нормальных условиях (760мм.рт. ст.), ρ=1,293;

 

 

Расчет лобовой площади автомобиля:

 

F = 0,8В_г × H_г, м²                                                   (3.4)

 

где B_г – габаритная ширина автомобиля 1,68м;

H_г – габаритная высота автомобиля 1,64 м;

 

F = 0,8×1,68×1,64 = 2,20 м².

 

Расчет коэффициента сопротивления качению при малой скорости:

 

                                         (3.5)

 

 где f₀ – коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью (0,011 для асфальта в отличном состоянии);

v – скорость автомобиля, м/с;

 

 

 

Первоначально определяется мощность двигателя при максимальной скорости автомобиля N_v (в Вт) по формуле мощностного баланса с учетом КПД трансмиссии:

 

 

                                  

(3.6)

 

где ψ_v – коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости автомобиля. Для легковых автомобилей коэффициент суммарного дорожного сопротивления назначают равным коэффициенту качения при максимальной скорости. ψ_v = f = 0,0205;

G_a = m_a×g = 1598×9,81 = 15646,95 – полный вес автомобиля, Н;

ρ = 1,293 – плотность воздуха в нормальных условиях (760 мм рт. ст.);

 

 

 

N_V = 59,1 кВт

Для построения кривой эффективного момента М_е (в Нм):

 

, Нм                                                  (3.7)

 

Принимаем минимальную частоту вращения коленчатого вала: ω_min = 100 с^-1.

 

Таблица 3.1 – Расчет эффективного момента

ωe, с^-1	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	585,5	600	650
Ne, кВт	12,57	19,66	26,97	34,26	41,29	47,81	53,58	58,37	61,93	64,02	64,49	64,41	62,84
Me, Нм	125,7	131,1	134,9	137,1	137,6	136,6	134,0	129,7	123,9	116,4	110,1	107,4	96,7

 

 

Рисунок 3.4 – Внешняя скоростная характеристика двигателя

 

3.1.3 Определение передаточных чисел трансмиссии

 

Определение передаточного числа главной передачи [3]: Передаточное число главной передачи U₀ определяется, исходя из максимальной скорости автомобиля.

 

                                               (3.8)

 

где ω_max – максимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя;

r_k  - радиус качения колеса;

U_k – передаточное число высшей передачи в коробке передач, на которой обеспечивается максимальная скорость автомобиля, для 4-х ступенчатой коробки передач принимаем равной прямой передачи U_k4=1.

 

 

Определение передаточных чисел коробки передач: Передаточное число первой передачи определяется по заданному максимальному дорожному сопротивлению или максимальному динамическому фактору на первой передаче. Для обеспечения возможности движения автомобиля при заданном максимальном дорожном сопротивлении тяговая на ведущих колесах Р_т должна быть больше силы сопротивления дороги Р_д, т.е.

                                                              (3.9)

 

где U₀ - передаточное число главной передачи;

U₁ - передаточное число коробки передач при включенной первой передаче;

M_max – максимальный эффективный момент двигателя, Нм;

G_сц = G_a – для полноприводных автомобилей;

ψ_max = α_max + f₀ = 0,28 + 0,011 = 0,291 – максимальный коэффициент сопротивления дороги.

η_тр - КПД трансмиссии автомобиля, для автомобилей 4x4 принимаем КПД = 0,85

 

 

 

 

Во избежание буксования ведущих колес тяговая сила на первой передачи должна быть меньше силы сцепления колес с дорогой:

 

                                                   (3.10)

 

φ = 0,8 – коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой (сухое асфальтовое шоссе в хорошем состоянии).

 

 

 

 

Принимаем U₁=3,6 и определим передаточные числа остальных передач:

 

                                            (3.11)

 

 

 

 

 

Передаточные числа для раздаточной коробки предварительно принимаем:

U_пв=1,2; U_пн=2,135.

В соответствии с принятыми числами произведем расчет скорости автомобиля на разных передачах:

 

, м/с                                             (3.12)

 

Полученные данные занесём в таблицу 3.2.

 

 Таблица 3.2 - Расчет скорости автомобиля на разных передачах

ω, рад./с	Скорость на передаче, м/с
	I	II	III	IV
100	1,78	3,06	5,35	6,42
150	2,67	4,58	8,02	9,62
200	3,56	6,11	10,69	12,83
250	4,46	7,64	13,37	16,04
300	5,35	9,17	16,04	19,25
350	6,24	10,69	18,71	22,46
400	7,13	12,22	21,39	25,66
450	8,02	13,75	24,06	28,87
500	8,91	15,28	26,73	32,08
550	9,8	16,8	29,41	35,29
600	10,69	18,33	32,08	38,5
650	11,58	19,86	34,75	41,7

 

Рисунок 3.3 – Графики разгон автомобиля на разных передачах

3.1.4 Анализ тяговой динамики

 

Сила тяги на ведущих колесах автомобилей, в зависимости от скорости автомобиля, для каждой передачи [3]:

 

                                                   (3.13)

 

При движении автомобиль приобретает силу сопротивления воздуха, которую определяют по формуле:

 

                                               (3.14)

 

Сила сопротивления качению автомобиля:

 

                                     (3.15)

 

где ψ = f

 

Суммарная сила сопротивления движению автомобиля:

 

Р_Σ=Р_В+Р_Д, Н                                        (3.16)

 

Результаты расчетов сведем в таблицы 3.3 и 3.4.

 

 

Таблица 3.3

Тяговая сила на ведущих колесах на передаче, Н				Сила сопротивления на IV передаче, Н
I	II	III	IV	РВ	f	Pд	РΣ
5995,1	3497,1	1998,4	1665,3	20,5	0,011	175,7	196,2
6252,7	3647,4	2084,2	1736,8	46,1	0,012	180,1	226,1
6433,9	3753,1	2144,6	1787,2	81,9	0,012	186,3	268,2
6538,8	3814,3	2179,6	1816,3	128,1	0,012	194,3	322,3
6562,7	3828,2	2187,6	1823	184,5	0,013	204	388,5
6515	3800,4	2171,7	1809,7	251,1	0,014	215,5	466,6
6391	3728,1	2130,3	1775,3	327,8	0,015	228,8	556,6
6185,9	3608,4	2062	1718,3	414,9	0,016	243,8	658,8
5909,3	3447,1	1969,8	1641,5	512,3	0,017	260,7	773
5551,6	3238,4	1850,5	1542,1	620	0,018	279,3	899,3
5122,3	2988	1707,4	1422,9	737,9	0,019	299,7	1037,5
4612	2690,3	1537,3	1281,1	865,6	0,021	321,8	1187,4

 

 

 

Рисунок 3.4 - График силового баланса

 

 

Технологический раздел