ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра “Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств”Конструкция, расчет и потребительскиесвойства автомобилейМЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗРАБОТКЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА специальности 190603Ростов-на-Дону, 2008 Составители: док.тех.наук, профессор А.Д.Дьяченко канд.техн.наук, доцент Ю.И. Мозговой Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей: Метод. Указания к разработке курсового проекта / Издательский центр ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2007, 22 с.Методические указания содержат общие требования к содержанию и задания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей», необходимые пояснения для его выполнения и предназначены для студентов 3 курса очного и 5 курса заочного отделений специальности 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)». Печатается по решению методической комиссии факультета “Конструкторский”Рецензент профессор С.И.Ананьев А.Д. Дьяченко, Ю.И. Мозговой, 2008 Издательский центр ДГТУ, 2008ВВЕДЕНЕИЕ Целью курсового проекта является закрепление знаний студентов по теории потребительских свойств автомобиля, а также конструкции и расчету автомобилей в соответствии с учебными программами дисциплины ГОС высшего профессионального образования по специальности 190603. Курсовой проект включает в себя расчеты параметров тяговой и тормозной характеристик автомобиля, построение его экономической характеристики, а также расчеты отдельных узлов и деталей трансмиссии и шасси автомобиля по методам, изучаемым в дисциплине «Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей», и на основе базовых знаний по дисциплинам «Теоретическая механика» и «Детали машин и основы конструирования». Исходными данными для расчета автомобиля служат следующие характеристики: - прототип (модель) автомобиля; - максимальная скорость движения автомобиля, Vmax (км∙ч-1); - коэффициент качения, f; - максимальное сопротивление дороги, max; - полная масса автомобиля, кг; - масса, приходящаяся на ведущую ось, кг; - лобовая площадь сопротивления, F(м2); - продольная база автомобиля, L(м); - коэффициент сцепления, ; - число оборотов коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, N(мин-1). При выполнении проекта студент должен показать умение самостоятельно работать с учебной и справочной литературой, ГОСТами, СТП ДГТУ, таблицами, типовыми проектами и т.п. Выполненный проект должен состоять из пояснительной записки и графических документов. Пояснительная записка составляет 30…35 листов формата А4. Она должна содержать расчеты параметров внешней скоростной характеристики двигателя с последующими обоснованиями тяговых и тормозных качеств автомобиля, расчеты к построению экономической характеристики, а также расчеты отдельных параметров из условий управляемости, устойчивости, плавности хода автомобиля с обоснованием конструкций отдельных сборочных единиц. Графическая часть выполняется на листах формата А1 и А2 в карандаше, с обязательным выполнением требований ЕСКД и СТП 01-2001 ДГТУ «Стандарт предприятия. Курсовые и дипломные проекты (работы). Правила оформления». На первом листе вычерчиваются графики к тяговому расчету автомобиля (внешняя скоростная характеристика двигателя), график к расчету коробки передач. На втором листе размещаются графики тягово-скоростных, тормозных и топливно-экономических свойств автомобиля. Третий лист должен содержать графики и схемы к анализу автомобиля на управляемость, проходимость, устойчивость и т.д. в соответствии с индивидуальным заданием студента. На четвертом листе выполняется чертеж сборочной единицы и деталировка согласно заданию к проектированию отдельных сборочных единиц трансмиссии и шасси автомобиля. Методические указания состоят из рекомендаций по разработке и оформлению пояснительной записки и задания на курсовой проект. Задание на курсовой проект приведено в приложении. Каждый студент выбирает задание по шифру зачетной книжки. По последней цифре выбираются исходные данные на общее проектирование, по предпоследней цифре – задание к расчету и вычерчиванию сборочной единицы автомобиля.^ 1. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АТОМОБИЛЯ Тяговый расчет проводят при проектировании нового автомобиля или модернизации существующей конструкции. Он сводится к определению параметров внешней скоростной характеристики двигателя и кинематических параметров трансмиссии – передаточных чисел главной передачи и коробки передач. Выполняют проверочные расчеты: для двигателя – по числу оборотов коленчатого вала и для первой передачи коробки передач – по сцеплению ведущих колес с дорогой.^ 1.1. Расчет параметров внешней скоростной характеристики двигателя Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя представляет собой зависимость мощности N и крутящего момента М от частоты n вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива (рис 1.1).Рис. 1.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя Мощность Nv при максимальной скорости Vмax автомобиля определяется по формуле:,где fmax – коэффициент качения при максимальной скорости; G – сила веса автомобиля, Н; к – коэффициент сопротивления воздуха; - к.п.д. трансмиссии, =0,85…0,95.Для легковых автомобилей к=0,15…0,3 Нс2/М4.Коэффициент качения fmax =f(1+AV2max),где А=5*10-5. Максимальная мощность двигателя.Для карбюраторных двигателей а=в=с=1.Для дизелей а=0,5; в=1,5; с=1. Мощность двигателя для любой точки скоростной характеристики N=K1*Nmax. Значения коэффициента К1 в зависимости от отношения n/nN приведены в таблице 1.1. Крутящий момент двигателя М=9740N/n (Н∙м). Результаты расчета сводятся в таблицу 1.1. По данным таблицы 1.1 строится внешняя скоростная характеристика двигателя. Таблица 1.1 n/nN 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 к1 0,109 0,232 0,363 0,496 0,625 0,744 0,847 0,928 0,981 1,0 0,979 0,912 n,мин-1 N,квт М,НМ Двигатель проверяется на оборотность по числу оборотов коленчатого вала на 1 км пути:0=60nN/VN об/км, где 0- коэффициент оборотности. Для легковых автомобилей 0=1800…2600 об/км.^ 1.2 Определение передаточного числа главной передачи Правильный выбор передаточного числа главной передачи iгп определяет необходимую величину динамического фактора автомобиля и пределы принятого коэффициента оборотности двигателя.Передаточное числогде rк – кинематический радиус колеса; iк – передаточное число коробки передач (iк = 1). Радиус колеса выбирают из таблицы 1.2, предварительно определив реальную нагрузку на шину: .Таблица 1.2 Обозначение Нагрузка на шины в Н при различных внутренних давлениях в МПа Радиус rк в мм 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 7,00-15 4950 5100 5250 5400 5550 5700 352 5,00-16 2850 2950 3050 3200 - - 315 6,00-16 3850 4000 4200 4400 4600 - 343 6,50-16 4450 4600 4750 4900 5050 5200 362 7,50-16 5900 6200 6450 6700 7000 7300 375 ^ 1.3 Определение передаточных чисел коробки передач При выборе передаточных чисел коробки передач iк следует учитывать, что промежуточные передачи используют при преодолении повышенных сопротивлений движению, разгоне автомобиля, в условиях скользкой дороги и на крутых спусках. Первая передача должна обеспечить преодоление максимальных дорожных сопротивлений, т.е. Ртмахмах G,где Ртмах - максимальная тяговая сила. Тогда передаточное число первой передачи. Полученное значение i1 проверяется по сцеплению ведущих колес с дорогой (буксованию), т.е. Ртмах Gсц,или , где Gсц – сцепной вес автомобиля. В случае невыполнения условия по буксированию передаточное число i1 уменьшают. Для четырехступенчатой коробки передач с четвертой прямой передачей (iIV=1) передаточное число второй передачи:, передаточное число третьей передачи: . Для анализа использования мощности двигателя при разгоне автомобиля учитывают, что где n0 – частота вращения коленчатого вала при включении передач,. Максимальные скорости автомобиля при включении передач определяются по формуле:, с подстановкой последовательно iк=iI, iII, iIII, iIV.Полученные данные используют для построения графика мощности двигателя к расчету коробки передач (рис. 1.2). Рис. 1.2 График к расчету коробки передач^ 2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЕГО ДИНАМИЧЕСКИЕ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Расчеты данного раздела проекта позволяют построить так называемый динамический паспорт автомобиля, параметры которого дают возможность выбирать оптимальные режимы эксплуатации автомобиля.^ 2.1 Расчет и построение графика тягового баланса автомобиля График тягового баланса используют для определения максимальной скорости автомобиля. Он служит основой для построения его динамической характеристики.Уравнение тягового баланса:Рт=РкРn+Рв+Ри,где Рт – тяговая сила автомобиля; Рк – сила сопротивления качению; Рв – сила сопротивления воздуха; Ри – сила инерции. Тяговая сила для передач автомобиля определяется по формуле:. Величины моментов М на коленчатом валу выбираются из таблицы 1.1. Скорость автомобиля на каждой из передач определяется по формуле:где n – ряд чисел из таблицы 1.1. Расчет сил Рк и Рв выполняется по формулам из раздела 1.1. По данным расчета составляют таблицу 2.1. Таблица 2.1 n, мин-1 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 М, нм VI, км∙ч-1 РТI, Н VII, км∙ч-1 РТII, Н VIII, км∙ч-1 РТIII, Н VIV, км∙ч-1 РТIV, Н РвII, Н РвIII, Н РвIV, Н РкIV, Н По данным таблицы 2.1 строится график тягового баланса автомобиля в системе координат РТ-V (рис. 2.1).2.2 Построение динамической характеристики автомобиля Для построения динамической характеристики рассчитывают динамический фактор по формуле: . Значения сил РТ и Рв берут из таблицы 2.1. Результаты расчета динамического фактора сводятся в таблицу 2.2.Таблица 2.2 VI км∙ч-1 DI VII км∙ч-1 DII VIII км∙ч-1 DIII VIV км∙ч-1 DIV Рис.2.1 График тягового баланса автомобиля По данным таблицы 2.2 строится график динамической характеристики в системе координат D-V (рис. 2.2).2.3 Расчет ускорений автомобиля при разгоне Ускорение автомобиля определяется по формуле: j=(D-)g/, где g – ускорение свободного падения; - среднее сопротивление движению автомобиля; = 0,04 … 0,05; - коэффициент учета вращающихся масс. Коэффициент определяется по формуле: =1,03+*iк2; =0,05…0,07. Результаты расчета ускорений и величин, обратных им, сводятся в таблицу 2.3. Рис. 2.2 Динамическая характеристика автомобиля Таблица 2.3 VI км∙ч-1 jI м∙с-2 VII км∙ч-1 jII м∙с-2 VIII км∙ч-1 jIII м∙с-2 VIV км∙ч-1 jIV м∙с-2 1/jI с2/м 1/jII с2/м 1/jIII с2/м 1/jIV с2/м По данным таблицы 2.3 строятся графики ускорений в системе координат j-V (рис. 2.3) и графики величин, обратных ускорениям в системе координат 1/j-V (рис. 2.4).Рис. 2.3 Графики ускорений автомобиляРис. 2.4 Графики величин, обратных ускорениям2.3.1 Время и путь разгона Время разгона рассчитывают по формуле:, где V1 и V2 – начальная и конечная скорости разгона. Для построения зависимости времени разгона от скорости движения автомобиля подсчитывается площадь под кривой 1/j (рис. 2.4), которая в масштабе определяет время разгона. Коэффициент, необходимый для пересчета площади на время, определяют по масштабам осей. Масштаб оси абсцисс: 1 мм соответствует 1 км∙ч-1=1/3,6 м∙с-1. Масштаб оси ординат:1 мм соответствует 0,025 с2∙м-1; 1 мм2 соответствует 1/3,6*0,025=0,007 с. Результаты подсчетов времени разгона заносят в таблицу 2.4. Таблица 2.4 Интервалы скоростей, км∙ч-1 5…10 10…20 20…30 30…40 40…50 50…60 60…70 70…80 80…90 90…100 100…110 110…120 Площадь под кривой в каждом интервале, см2 Время разгона, t,с Путь разгона рассчитывают по формуле:. Правая часть соответствует площади между кривой зависимости времени от скорости разгона и осью ординат в пределах времени t1-t2. Коэффициент для пересчета площади на путь определяют по масштабам осей. Результаты подсчетов пути разгона заносят в таблицу 2.5. Таблица 2.5 Интервалы скоростей, км∙ч-1 5…10 10…20 20…30 30…40 40…50 50…60 60…70 70…80 80…90 90…100 100…110 110…120 Площадь под кривой и осью ординат по интервалам, см2 Путь разгона, S,м По данным таблицы 2.4 и 2.5 строят графики времени и пути разгона (рис. 2.5). Рис. 2.5 Графики времени и пути разгона автомобиля2.4 Расчет замедления автомобиля при торможении В расчетах параметров замедления используют уравнение баланса сил при торможении: Ри=РкРn+Рв+Ртор, где сила инерции , j – замедление при торможении, Ртор – сила торможения. Для определения силы Рториспользуют технические данные автомобиля–прототипа, где указаны минимальный путь торможения S при заданной начальной скорости V1. Из уравнения кинетической энергии при торможении:, где принимают V2=0, Ри=0 и определяют расчетную силу торможения.2.4.1 Путь и время торможения Путь S при служебном торможении определяют по формуле:.По данным расчета составляется таблица 2.6.Таблица 2.6 V1, Км∙ч-1 40 50 60 70 80 90 S, м Путь S при экстренном торможении определяют по формуле:. Время торможения определяют по формуле:. Принимают V2=0 и по данным расчета составляется таблица 2.7. Таблица 2.7 V1, Км∙ч-1 40 50 60 70 80 90 T, с При экстренном торможении замедление j=g, время торможения t=V1/j.^ 2.5 Построение экономической характеристики автомобиля Построение экономической характеристики ведут в следующей последовательности: строят график мощностного баланса автомобиля (для карбюраторных двигателей – при полном и частичном открытии дросселя); строят графики часовых расходов топлива; выполняют расчеты путевых расходов топлива в диапазоне выбранных скоростей движения автомобиля с последующим графическим построением экономической характеристики.2.5.1 Мощностной баланс автомобиля Для построения мощностного баланса используют график внешней скоростной характеристики (рис. 1.1) и затем строят графики при 20, 30, 40, 60 и 80 процентах открытия дросселя (рис. 2.6). Мощность на преодоление сопротивлений автомобилем определяют по формуле:. Значение сил Рк и Рв на четвертой передаче берут из таблицы 2.1. По данным расчета составляют таблицу 2.8.Таблица 2.8 V, км∙ч-1 (Рк+Рв), Н Nк+Nв/, квт По данным таблицы 2.8 строят графики мощностного баланса (рис. 2.6).2.5.2 Расчет параметров и порядок построения экономической характеристики Определяют часовой расход топлива по формуле:, где ge – удельный расход топлива. Значения ge в зависимости от мощности карбюраторного двигателя представлены в таблице 2.9.Таблица 2.9 Мощность двигателя N(%) 20 30 40 60 80 100 Удельный расход топлива ge г/квт*ч 720 470 350 260 230 480 Используя данные таблицы 1.1, разбивают величину мощности N для каждого числа оборотов на части по 20, 30, 40, 60, 80 процентов и рассчитывают часовые расходы топлива. По данным расчета составляют таблицу 2.10.Таблица 2.10 Частота вращения коленчатого вала, n мин-1 1000 2000 3000 4000 5000 6000 N квт Q кг/ч N квт Q кг/ч N квт Q кг/ч N квт Q кг/ч N квт Q кг/ч N квт Q кг/ч 20%N 30%N 40%N 60%N 80%N 100%N По данным таблицы 2.10 строят графики часовых расходов топлива Q (рис. 2.6) и затем сносят точки пересечения кривых N и (Nк+ Nв)1/ на кривые часовых расходов топлива Q. Определяют соответствующие этим точкам значения Q. Рассчитывают путевые расходы топлива по формуле:. Результаты расчета заносят в таблицу 2.11.Таблица 2.11 VIV, км∙ч-1 Q, кг∙ч-1 Qn, кг/100км По данным таблицы 2.11 достраивают график экономической характеристики (рис. 2.6). Рис. 2.6 Графики построения экономической характеристики3. Содержание индивидуального задания Содержание и название п. 3 пояснительной записки устанавливается индивидуально каждому студенту по указанию преподавателя. Возможные варианты п.3: выбор параметров проходимости автомобиля. Расчет высоты прямоугольного препятствия, преодолеваемого автомобилем; выбор параметров движения автомобиля из условий управляемости. Расчет критической скорости и построение графика управляемости; анализ поперечной устойчивости автомобиля по скольжению одной из осей. Расчет критической скорости по потере устойчивости; обоснование конструкции и расчет на прочность деталей одной из сборочных единиц автомобиля.^ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. –М.: Машиностроение, 1987 Н.А. Яковлев, Н.В. Диваков. Теория автомобиля. – М.: Машиностроение, 1962 Мозговой Ю.И. Эксплуатационные свойства автомобилей. Теория и расчет: Учеб. пособие. – Ростов н/Д.:Изд. центр ДГТУ, 2003 Сокол Н.А., Мозговой Ю.И., Попов С.И. Расчет механизмов, систем и эксплуатационных показателей автомобиля: Учеб. пособие. – Ростов н/Д.:Изд. центр ДГТУ, 20^ ЗАДАНИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Приложение Цифра зачетной книжки последняя (вариант данных к проектировочному расчету автомобиля) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Легковой автомобиль - аналог (класс автомобиля) Автомобиль малого класса Автомобиль среднего класса Полная масса автомобиля, кг 1300 1340 1360 1380 1400 1440 1480 1800 1840 1860 Максимальная скорость движения, V(км·ч-1 ) 130 140 150 155 120 130 140 120 130 140 Максимальное сопротивление дороги, ΨMAX 0,30 0,32 0,34 0,30 0,32 0,30 0,34 0,29 0,32 0,34 Коэффициент качения, f 0,03 0,035 0,02 0,025 0,03 0,02 0,025 0,03 0,02 0,025 Масса, приходящаяся на ведущую ось, кг 690 710 720 730 740 760 780 950 980 980 Лобовая площадь сопротивления, F(м2) 1,45 1,5 1,6 1,75 1,5 1,6 1,7 2,1 2,2 2,15 Продольная база, L(м) 2,4 2,45 2,42 2,44 2,5 2,55 2,6 2,7 2,75 2,8 Номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, nн (мин-1) 5400 5500 5600 5800 5300 5400 5500 4000 4100 4200 Цифра зачетной книжки предпоследняя (варианты к расчету и вычерчиванию сборочной единицы автомобиля) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Привод сцепления Карданная передача Сцепление Тормозной механизм Сцепление Главная передача Карданная передача Главная передача Тормозной механизм Сцепление