--PAGE_BREAK--Условие по сцеплению колес с дорогой выполнено.
Максимальная сила тяги по сцеплению определяется по формуле:
,
где – сцепной вес автомобиля (вес, приходящийся на ведущие колеса), Н.
φ– коэффициент сцепления колес с дорогой (φ = 0,8). [2]
Для автомобиля с задними ведущими колесами:
,
где – вес, приходящийся на задние колеса, Н;
– коэффициенты перераспределения нагрузки на задние колеса при функционировании автомобиля на подъеме.
Значение коэффициента находится по выражению:
,
где – база автомобиля, м;
– высота центра масс автомобиля, м;
– коэффициент сцепления колес с дорогой.
–максимальный угол подъема, преодолеваемый проектируемым автомобилем.
Значения и принимаются по прототипу: L = 3,800 м; =0, 85 м.
Максимальный преодолеваемый автомобилем угол подъема α находится по формуле:
где f– коэффициент сопротивления качению.
Принимается f= 0,015.[2]
Передаточные числа промежуточных передач рассчитываются из тех соображений, что общий ряд передаточных чисел коробки передач должен представлять собой геометрическую прогрессию. Тогда расчёт ведётся по формуле:
где U
1– передаточное число первой передачи;
n– число ступеней переднего хода, включая прямую передачу (для трёхвальной коробки передач);
s– номер ступени, для которой рассчитывается передаточное число.
Передаточное число второй передачи:
Передаточное число третьей передачи:
Передаточное число четвертой передачи:
Передаточное число пятой передачи:
1.5 Построение внешней скоростной характеристики двигателя
Под внешней скоростной характеристикой двигателя обычно понимают зависимость показателей его работы от угловой скорости выходного (коленчатого) вала при полной подаче топлива в дизелях или полном открытии дросселя в карбюраторных двигателях.
Для построения внешней скоростной характеристики может быть использована формула С.Р. Лейдермана:
Интервал скоростей движения на высшей передаче от до разбивается на 7 промежутков, которые включают в себя:
ωе
min– минимальная устойчивая скорость вращения коленчатого вала (ωе min=80 рад/с);
ωМ– скорость вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте двигателя;
ω
N – скорость вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя.
По рассчитанным значениям мощности в каждой точке характеристики определяется крутящий момент двигателя:
Результаты расчета заносятся в таблицу 1.
Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя
Таблица 1
По результатам расчета строится внешняя скоростная характеристика двигателя.
2 Расчет тягово-экономических характеристик автомобиля
2.1 Тяговая характеристика и тяговый баланс автомобиля
Тяговая характеристика представляет собой зависимость силы тяги на колесах автомобиля от скорости движения по передачам . Скорость автомобиля для всех ступеней коробки передач рассчитывается в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.Расчет ведется по формуле:
.
где ωе – скорость вращения коленчатого вала, рад/с;
rk– радиус качения колеса автомобиля, м;
U
– передаточное число главной передачи;
U
КП– передаточное число рассчитываемой ступени коробки передач;
Значения Va заносятся в столбец 4 таблицы 2.
Значение силы тяги РТ, Н, рассчитывается в отдельных точках по формуле:
где Ме – крутящий момент на валу двигателя, Н·м;
ηТР– КПД трансмиссии.
Значения заносятся в столбец 5 таблицы 2.
Тяговый баланс автомобиля описывается уравнением:
где Рf– сила сопротивления качению, Н;
Pn– сила сопротивления подъему, Н;
PB– сила сопротивления воздушной среды, Н;
Pu– сила сопротивления разгону (сила инерции), Н.
Общая сила сопротивления дороги Рdбудет равна:
где f– коэффициент сопротивления качению;
α– угол подъема;
Ga– полный вес автомобиля, Н.
Для практических значений уклонов дороги (до 10%) значение cosα
весьма близко к единице и при расчетах обычно не учитывается. Тогда
,
где i– уклон дороги в долях единицы.
Суммарный коэффициент сопротивления дороги определяется по формуле:
.
На горизонтальном ее участке (i= 0) ψ равен коэффициенту сопротивления качению на указанной дороге . В свою очередь, коэффициент сопротивления качениюf
зависит от скорости движения автомобиля. Однако учет этой зависимости сильно осложняет выполнение тягового расчета и в то же время практически не дает важного уточнения. Поэтому при выполнении тягового расчета значение fпринимается постоянным и .
При выбранном значении величина остается постоянной для всех расчетных точек на всех передачах. Поэтому значение подсчитывается один раз и в таблицу не заносится:
.
Сила сопротивления воздушной среды РВ, Н, равна:
где kB– коэффициент сопротивления воздуха, Н·с2/м4;
F– лобовая площадь автомобиля, м2;
Va– скорость автомобиля, м/с.
Значения заносятся в столбец 6 таблицы 2.
Сила инерции автомобиля Puпосле расчета P
ди PBможет быть определена как замыкающий член силового баланса:
Рассчитанные значения следует занести в столбец 7 таблицы 2.
2.2 Мощностной баланс автомобиля
Уравнение мощностного баланса автомобиля может быть получено из уравнения тягового (силового) баланса почленным умножением его на скорость автомобиля.
В общем случае уравнение мощностного баланса имеет вид:
где NT– мощность, подводимая к колесам, кВт;
Nf– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления
качения, кВт;
Nn– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления
подъема, кВт;
NB– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушной
среды, кВт;
Nu– мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.
Если, как это обычно делается, обозначить (N
д– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги), то уравнение мощностного баланса примет вид:
Величина мощности, подводимая к колесам, равна:
где Ne– мощность в соответствующей точке внешней характеристики
двигателя, кВт.
Очевидно, что, если принять значение ηТР постоянным, то для всех передач значения N
Тпри одинаковых значениях скорости вращения коленчатого вала двигателя будут также одинаковы. Кривые будут по своему характеру повторять форму внешней характеристики двигателя, но для высших передач они будут более растянуты по оси абсцисс.
Рассчитанные значения N
Тзаносятся в столбец 9 таблицы 2.
Мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного сопротивления дороги, кВт, рассчитывается по формуле:
где – вес автомобиля, Н;
– скорость автомобиля, м/с.
Для расчета принимается . Полученные значения заносятся в столбец 10 таблицы 2.
Мощность сопротивления воздушной среды определяется из выражения:
Значения записываются в столбец 11 таблицы 2 и по ним строится график. При построении этого графика используется прием, аналогичный тому, который был использован при построении графика в тяговом балансе. Значения откладывается не от оси абсцисс, а от ранее построенного луча, выражающего зависимость . Таким образом, ордината получившейся кривой представляет в принятом масштабе сумму мощностей, затрачиваемых на преодоление сопротивлений дороги и сопротивления воздуха – .
Мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, может быть рассчитана, как замыкающий член мощностного баланса:
Значения заносятся в столбец 12 таблицы 2.Графически значения представляют собой отрезки прямых, проведенных параллельно оси ординат, от пересечения с кривой
до пересечения с кривой .
2.3 Расчет и построение динамической характеристики
Динамическая характеристика представляет собой зависимость динамического фактора автомобиля от скорости движения на разных передачах.
В каждой расчетной точке на каждой передаче динамический фактор рассчитывается по формуле:
Рассчитанные значения Dзаносятся в столбец 8 таблицы 2.
Динамическая характеристика позволяет очень просто и наглядно анализировать возможность движения автомобиля в заданных дорожных условиях (при различных значениях ψ). При этом следует помнить, что движение автомобиля без замедления возможно только в случае, когда динамический фактор по своей величине не меньше суммарного коэффициента сопротивления дороги, то есть при .
Рассчитанные значения заносятся в столбец 8 таблицы 2. По этим значениям строятся графики для каждой передачи.
2.4 Расчет ускорения автомобиля
Ускорение автомобиля j, м/с2, в каждой точке определяется по формуле:
где δвр – коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс;
g– ускорение свободного падения (g= 9,81 м/с2)
При расчете ускорения на всех передачах значение ψ принимается равным fv.
Коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс автомобиля, может быть рассчитан по приближенной формуле:
,
где U
кп– передаточное число рассматриваемой ступени коробки передач;
a– постоянная для данного автомобиля величина.
Значение постоянной aдля проектируемого автомобиля равно 0,05 [3].
Рассчитанные значения jзаносятся в столбец 13 таблицы 2.
--PAGE_BREAK--
Результаты расчёта времени и пути разгона
Таблица 3
,
м/с
,
м/с
,
м/с
,
м/с2
,
с
(), с
,
м/с
,
м
(), м
4,70
1,34
3,36
1,18
2,86
2,86
3,02
8,64
8,64
8,00
4,70
3,30
1,25
2,64
5,50
6,35
16,76
25,40
12,00
8,00
4,00
0,83
4,82
10,32
10,00
48,19
73,59
20,00
12,00
8,00
0,50
16,16
26,48
16,00
258,59
332,18
31,94
20,00
11,94
0,14
88,44
114,92
25,97
2296,90
2629,08
2.6 Расчет топливной экономичности
Характеристика топливной экономичности представляет собой зависимость путевого расхода топлива в литрах на 100 км пробега автомобиля от скорости движения в заданных дорожных условиях. В контрольной работе эта характеристика строится только для высшей передачи переднего хода, но для трех вариантов дорожных условий, характеризуемых значениями суммарного коэффициента сопротивления дороги , рекомендуется принять ; ; , где – максимальное значение динамического фактора на высшей передаче.
Путевой расход топлива, л/100 км, рассчитывается по формуле:
,
где g
е min– минимальный удельный эффективный расход топлива двигателем на режиме, г/(кВт·ч);
kω– коэффициент, учитывающий изменение удельного эффективного расхода топлива от скоростного режима двигателя;
ku– коэффициент, учитывающий изменение удельного эффективного расхода топлива от нагрузочного режима двигателя;
ρT– плотность топлива, кг/дм3 (кг/л);
Va– скорость автомобиля, м/с;
N
д– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления
дороги, кВт;
NB– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушной
среды, кВт;
ηТР– КПД трансмиссии.
Значение g
е minпринимается равным 190 г/(кВт·ч). Плотность топлива ориентировочно может быть принята ρT= 0,83 кг/дм3.
Поправочный коэффициент kωявляется функцией относительной скорости вращения коленчатого вала .
Поправочный коэффициент kuявляется функцией относительной нагрузки двигателя u, которая определяется по формуле:
,
где Ne– мощность двигателя по внешней характеристике при скорости
вращения вала двигателя, соответствующей рассматриваемому
значению скорости автомобиля, кВт.
Значения поправочных коэффициентов kωи kuмогут быть определены по аналитическим зависимостям, составленным ранее на основе обработки и обобщения данных испытаний многих автомобильных двигателей.
Для дизелей один из вариантов таких зависимостей приведен ниже:
,
.
Кроме значений QSрассчитывается также величина предельного для данной скорости значения расхода топлива в предположении, что двигатель работает по внешней характеристике:
.
Результаты расчета сводятся в таблицу 4.
--PAGE_BREAK--
1,179
20,44
0,0312
8,138
80,00
20,531
14,00
1,0411
15,83
0,2548
0,771
1,117
1,001
13,83
18,81
12,206
120,00
34,761
20,99
3,5137
25,80
0,3822
0,742
1,057
1,004
14,27
20,10
15,970
157,00
48,796
27,47
7,8690
37,19
0,5000
0,762
1,022
1,002
15,16
20,84
20,344
200,00
64,792
34,99
16,2672
53,95
0,6369
0,833
1,002
1,001
16,92
21,30
24,413
240,00
78,049
41,99
28,1097
73,78
0,7643
0,945
1,002
1,027
19,77
21,39
28,482
280,00
88,439
48,98
44,6372
98,55
0,8917
1,114
21,08
31,940
314,00
94,065
20,44
--PAGE_BREAK--