Тяговый расчет автомобиля

Тяговый расчет автомобиля

Санкт - Петербургская Государственная Академия

Сервиса и экономики

«Тяговой расчет автомобиля»

Калуга 2007

1. Исходные данные

Автомобиль - ВАЗ-2108

Колесная формула - 4х2

Грузоподъемность автомобиля - 450кг

Тип двигателя - Карбюраторный

Коробка передач - Механическая 5 ступенчатая

Максимальная скорость - 140 км/час

Коэффициент суммарного сопротивления дороги - f0=0.0085

Полная масса автомобиля - 1425кг

Масса, приходящаяся на ведущие колеса - 800кг

Мощность двигателя - 135 л.с. (100 кВт) при 6000 об/мин

Удельный расход топлива - 7 л на 100 км

Шины - 175/65 R 14

Радиус качения Rк=0.288 м

КПД трансмиссии - &=0.953

Коэффициент лобового сопротивления Kw=0.3

Лобовая площадь Fa=2 м2

2. Тягово-динамический расчет автомобиля

К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:

где Ne-эффективная мощность двигателя, кВт

Me-эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м

ge-удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч

ne-частота вращения коленчатого вала ДВС,мин-1

Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала

В рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от nemin до nemax при этом:

Для карбюраторных двигателей- nemin=600-1200 мин-1

nemax=(1.25-1.3)neN мин-1

По указанным рекомендациям устанавливаем nemin=800 мин-1 и

nemax=1.3*6000=7800 мин-1

Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов

Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:

Nei=Nemax(a*(nei/neN)+b*(nei/neN)2-c*(nei/neN)3),

где nei-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1.

nei изменяется в диапазоне от nemin до nemax

neN - частота вращения коленчатого вала при максимально эффективной мощности двигателя,мин-1

i=1,2,3…-номера расчетных точек.

a, b, c -коэффициенты (константы Лейдермана),зависящие от конструкции ДВС. Для карбюраторных двигателей a=b=c=1

Nei -текущее значение эффективной мощности, кВт

Nemax-максимальная эффективная мощность двигателя, кВ

N800=100*(1*(800/7800)+1*(800/7800)2-1*( 800/7800)3)=11,2 кВт

N7800=100*(1*(7800/7800)+1*(7800/7800)2-1*( 7800/7800)3)=100 кВт

Остальные данные заносятся в таблицу

Определение минимального удельного расхода топлива

gemin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч

gemin=[1.22-1.22*( ni/nNe max)+( ni/ nNe max)2]

gemin=287 г/кВт*ч

Определение эффективного крутящего момента.

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:

Mei=9550*Nei/nei, Н*м

где Nei -текущее значение эффективной мощности,кВт

nei-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1.

M800=9550*11.2/800=133,7 Н*м

M7800=9550*100/7800=122,44 Н*м

Остальные данные заносятся в таблицу

Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива.

Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:

gei=Kg*gemin(A-B(nei/neN)+C(nei/neN)2), г/кВт*ч

где Kg-коэффициент,учитывающий равномерность горения заряда топлива: для карбюраторных Kg=0.99…1

gemin-минимальный удельный расход топлива,г/кВт*ч

nei текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1.

изменяется в диапазоне от nemin до nemax

A,B,C-коэффициенты,характеризующие конструктивные особенности двигателя: A=1.3 B=0.85 C=0.6

g800=1*287*(1,3-0,85*(800/7800)+0,6*(800/7800)2)=349,88 г/кВт*ч

g7800=1*287*(1,3-0,85*(7800/7800)+0,6*(7800/7800)2)=301,35 г/кВт*ч

Остальные данные заносим в таблицу

Полученные данные заносятся в таблицу

По данным расчетов строятся графики зависимостей Ne, Me, ge.

Определение передаточных чисел КПП

По справочным данным: 1 - 3,64 3 - 1,36 2 - 1,95 4 - 0,94 5 - 0,78

Увеличение числа передач улучшает тяговые свойства автомобиля, динамический фактор на передачах и способствует развитию больших ускорений при одинаковых сопротивлениях, сокращает время разгона. Главное передаточное число 3,7.

3. Определение динамических показателей автомобиля

К ним относят касательную силу тяги на ведущих колесах, динамический фактор, скорость движения, ускорения, время и путь разгона. Последние три параметра характеризуют быстроту разгона автомобиля и определяют его приёмистость. Параметры динамичности автомобиля определяются по универсальной динамической характеристики и заданному дорожному сопротивлению для горизонтального участка дороги с твердым покрытием.

Тяговая характеристика автомобиля

Сила тяги определяется из зависимости:

Pkn= Uтpn*Mei*nтр/rk, Н

где: Pk - сила тяги на ведущих колесах

Uтрn - передаточное отношение трансмиссии на n-ом номере передач

Uтрn=U0n*Un*Upkn Где:

U0n- передаточное отношение главной передачи

Un- передаточное отношение в коробке передач на n-ой передаче

Uтр1=3,7*3,64=13,468

Uтр2=3,7*1,95=7,252

Uтр3=3,7*1,36=5,032

Uтр4=3,7*0,94=3,478

Uтр5=3,7*0,78=2,886

Mei - текущее значение крутящего момента двигателя

nтр - КПД трансмиссии на всех передачах - постоянно

rk - Радиусы качения всех колес одинаковые и не изменяются во всем диапазоне скоростей движения автомобиля

Сила тяги на 1-ой передаче:

Pk800=13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н

Pk7800=13.468*122.44*0.95/0.288=5439.482H

Остальные значения заносятся в таблицу

Сила тяги на 2ой передаче:

Pk800=7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н

Pk7800=7.252*122.44*0.95/0.288=2928.952H

Остальные данные заносят в таблицу

Сила тяги на 3ий передачи:

Pk800=5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н

Pk7800=5.032*122.44*0.95/0.288=2032.334H

Сила тяги на 4ой передачи:

Pk800=3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H

Pk7800=3,478*122.44*0.95/0.288=1404,701H

Остальные данные заносятся в таблицу

Сила тяги на 5ой передачи:

Pk800=2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H

Pk7800=2.886*122.44*0.95/0.288=1165.603H

Остальные данные заносятся в таблицу

Сила лобового (аэродинамического) сопротивления

Pw=Kw*Fa*V2ani /13

где Kw - Коэффициент лобового сопротивления

Fa - Лобовая площадь автомобиля

Vani - скорость движения автомобиля на n-ой передаче в iой расчетной точке Vani=0.377*rk*nei/Uтрn Где:

nei-частота вращения вала двигателя в i-ой расчетной точке,мин-1

rk-радиус качения шины

Uтрn-передаточное отношение трансмиссии на n-ой номере передач

в каждом из агрегатов

На первой передаче:

Vani800=(0.377*0.288*800)/13.46=6.4

Vani7800=(0.377*0.288*7800)/13.46=63

На второй передаче:

Vani800=(0.377*0.288*800)/7.2=12

Vani7800=(0.377*0.288*7800)/7.2=116

На третьей передаче:

Vani800=(0.377*0.288*800)/5=17

Vani7800=(0.377*0.288*7800)/5=163

На четвертой передаче:

Vani800=(0.377*0.288*800)/3.4=25

Vani7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171

На пятой передаче:

Vani800=(0.377*0.288*800)/2.8=30

Vani7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293

На первой передаче:

Pw800=0.3*2*41.59/13=1.9

Pw7800=0.3*2*3954.12/13=182.49

На второй передаче:

Pw800=0.3*2*143.4=6.7

Pw7800=0.3*2*13.637=629.4

На третьей передаче:

Pw800=0.3*2*297.9=13.7

Pw7800=0.3*2*283.25=1307.5

На четвертой передаче:

Pw800=0.3*2*623.7=28.7

Pw7800=0.3*2*5929.2=2736.5

На пятой передаче:

Pw800=0.3*2*905.8=41.9

Pw7800=0.3*2*8611.9=3974.5

Остальные данные заносятся в таблицу

На первой передаче

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Скорость движения автомобиля:

V=0.105*((ni*rk)/(i0*ik))

где: ni - частота вращения коленчатого вала

rk - радиус качения

i0 - главное передаточное число

ik - передаточное число для каждой передачи

На первой передаче

V800=0,105*((800*0,288)/(3,7*3,64))=1,8

V7800=17

На второй передаче

V800=3.5

V7800=33.5

На третей передаче

V800=4.8

V7800=47

На четвертой передаче

V800=7

V7800=67

На пятой передаче

V800=8

V7800=81

Остальные данные заносятся в таблицу

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Динамическая характеристика автомобиля

Для сравнительной оценки тяговых качеств автомобиля, независимо от массы, используется динамический фактор

Д = (Pk-Pw)/(ma*g),

где Pk - тяговая сила на ведущих колесах

Pw - величина силы сопротивления встречного воздуха

ma - масса автомобиля

g - ускорение свободного падения(9,8)

На первой передаче

Д800=(Pk800-Pw800)/(1425*9.8)=(5939-2)/14=424

Д7800=(5439-182)/14=375

На второй передаче

Д800=(3198-6,6)/14=228

Д7800=(2928-629)/14=164

На третьей передаче

Д800=(2219-14)/14=157

Д7800(2032-1307)/14=58

На четвертой передаче

Д800=(1533-29)/14=107

Д7800(1404-2736)/14=0

На пятой передаче

Д800=(1272-41)/14=88

Д7800(1165-3974)/14=0

Остальные данные заносят в таблицу

На первой передаче

На второй передаче

На третьей передаче

На четвертой передаче

На пятой передаче

Мощностной баланс автомобиля

N=Nb +Nтр+Nw+Nj+Nq

Nb=10-3*Pb*Va [кВт] - мощность затраченная на привод вспомогательного оборудования где:

Va - скорость автомобиля (м/с);

Рb - сила сопротивления вспомогательного оборудования;

Ne - мощность двигателя;

Список использованной литературы

1. Чудаков Е.А. «Теория автомобиля» М: Машииз, 1990, - 344с.

2. «Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей» /под ред. Орлина А.И., Круглова М.Т. М: Машиностроение. - 1993 г. 372с.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» М: Высшая школа, 1997г. - 400с.

4. Митрофанов В.И., Шабашева М.М. «Методы расчета эффективного удельного расхода топлива ДВС при проектировании автомобилей» Межвузовский сборник научных трудов. М: ВЗМИ, 1996г. - 145с.

5. Смирнов Г.А. «Теория автомобиля» М: ВШ, 1991. 344с.