Содержание
1. Исходные данныедля расчета
2. Расчет внешнейскоростной характеристики двигателя
3. Тяговый расчетавтомобиля
4. Таблицы
5. Графики
6. Выводы по работеи сравнение исследуемого автомобиля с аналоговыми моделями
Литература
1. Исходные данные для расчета
Марка автомобиля ВАЗ – 2107 Тип привода Полноприв. Полная масса, m, кг 1550
Мощность двигателя />, кВт 75 Номинальные обороты n, об/мин 5400 Передаточные числа:
коробки передач /> 3,667
/> 1,95
/> 1,36
/> 1,0
/> 0,82 главной передачи 4,1 Габаритные размеры: ширина B, м 1,680 высота H, м 1,640 Тип и размер шин 175/80R16 Коэф. перераспределения веса на ведущие колеса λ 1 Коэф. деформации шин ∆ 0,14-0,2
Коэф. сопротивления воздуха К, /> 0,2-0,35 Условия эксплуатации:
Горизонтальный участок дороги
с асфальтобетонным покрытием:
коэф. сопротивления качению, f
коэф. сцепления, φ
0,014-0,018
0,7-0,8
2.Расчет внешней скоростнойхарактеристики двигателя
Внешняя скоростнаяхарактеристика двигателя – это зависимость крутящего момента, мощности двигателя, расхода топливаот частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.
Определениеминимальной частоты вращения коленчатого вала:
(2.1)/>,
где /> — номинальная частотавращения коленчатого вала, рад/с.
(2.2) />,
где n – номинальная частота вращения коленчатого вала, об /мин.
/> (рад/с)
/>/>0,19×565= 107 (рад/с)
Для построения внешнейскоростной характеристики, зная значения максимальной и минимальной частотвращения коленчатого вала, разделим всю область значений ω на 9 примерноравных промежутков.
С помощью формулыЛейдермана определяем значения мощности двигателя /> соответственнодля каждого значения частоты вращения ω коленчатого вала
(2.3)/>
где /> -текущее значение мощности, кВт
/> - номинальная мощность двигателя,кВт
/> – текущее значение частоты вращенияколенчатого вала, (рад/с)
/> — номинальная частота вращенияколенчатого вала, (рад/с)
A, B, C – коэффициентызависящие от типа двигателя (A, B, C=1)
Определим значение />соответствующее значению ωдв=100(рад/с)
/>=/>=16,38(кВт)
Аналогично определяемостальные значения мощности /> длякаждого значения частоты вращения коленчатого вала />.
Определение крутящегомомента двигателя
(2.4) />
/>/>0,153 (кН × м)
Аналогичным образомопределяем остальные значения />.
Рассчитанные значения />, />, />/> сводимв таблицу 2.1
По полученным данным(таблицу 2.1) строим внешнюю скоростную характеристику двигателя (Рисунок 1).
3.Тяговый расчет автомобиля
Определение скоростидвижения автомобиля
(3.1) />,
где r – радиус колеса, м.
(3.2) /> ,
где:
d – посадочный диаметр колес, дюйм;
B – условная ширина профиля шины, мм;
λ – коэффициентвысоты профиля шины;
∆ – коэффициентдеформации шины.
В соответствии спараметрами шины ( раздел 1 ) d = 16 (дюймов) и B = 175 (мм), λ = 0,80 см, параметры шины в разделе 1.
Для радиальных шин ∆= 0,14 – 0,2. Принимаем ∆ = 0,14.
Рассчитаем значения r:
/> = 0,32 (м).
(3.3) />
где: Un – передаточное число k-той передачи,
Uo – передаточное число главнойпередачи.
Значения передаточныхчисел всех передач приведены в разделе 1.
Определим значение Va для первой передачи при ω = 107рад/с:
/>/> = 2,30 (м/с).
Аналогичным образомопределяем значения скорости движения автомобиля на других передачах изначениях ω.
Рассчитанные значения скоростисводим в таблицы 3.1 – 3.5.
Расчет сил, действующих на автомобиль.
Тяговая сила на ведущихколесах определяется по формуле:
(3.4) />,
где /> - коэффициент полезногодействия трансмиссии, которая зависит от типа и конструкции автомобиля, усредненныезначения /> для механическихтрансмиссии легкового автомобиля равны 0,9.
Определим первое значениетяговой силы на I-ой передаче:
/>/>=6.40 (кН)
Аналогичным образомопределяем значения /> автомобиля надругих передачах и значениях ω и заносим их в таблицы 3.1 – 3.5.
Максимальное значениетяговой силы по сцеплению колес с дорогой Pсц определяем выражением:
(3.5) />,
где /> - сцепной вес автомобиля (вес приходящийся на ведущие колеса), Н.
/> - коэффициент сцепления с дорогой.
(3.6) />/>,
где /> - полная масса автомобиля,кг.
g – ускорение свободного падения, м/с/>.
/> = 0,7 — 0,8. Принимаем /> = 0,8.
/>=6,57 (кН).
Сила сопротивлениякачению Pk определяется выражением:
(3.7) />
где: Ga – вес автомобиля, Н;
f – коэффициент сопротивления качению.
f = 0,014-0,018. Принимаем f = 0,014.
/>/>/>= 0,21287 (кН).
Сила сопротивлениявоздуха рассчитывается по формуле:
(3.8) />,
где k – коэффициент обтекаемости;
F – площадь лобовой поверхности, />;
/> – скорость движения автомобиля, м/с.
k = 0.35
(3.9) F = 0.78×B×H,
где B и H ширина и высота автомобиля соответственно, м.
F = 0.78×1,68×1,64= 2,15 (/>).
Рассчитаем значения /> на первой передаче:
/>/> = 0,0030 (кН).
Остальные значения /> на других передачахрассчитываем аналогично
приведенному примеру изаносим полученные данные в таблицы 3.1 – 3.5.
Строим тяговуюхарактеристику автомобиля (Рисунок 2).
Расчет динамическогофактора автомобиля
Динамически фактор – это удельная избыточная тяговаясила, которая затрачивается на преодоление дорожных сопротивлений и разгонавтомобиля.
(3.10) /> - формула для определениядинамического фактора.
Пример расчета: />/> = 0,54
Таким же образомрассчитываем остальные значения динамического фактора и заносим их в таблицу3.1 – 3.5.
Динамически фактор посцеплению с дорогой рассчитывается по формуле:
(3.11) />,
где /> - коэффициент сцепления сдорогой.
/> = 0,8.
/>/> = 0,553
Строим динамическуюхарактеристику автомобиля (Рисунок 3).
Определение ускоренияавтомобиля
Выражение для определенияускорения автомобиля имеет вид:
(3.12) />,
где /> - суммарный коэффициентдорожных сопротивлений;
g – ускорение свободного падения, м/с/>.
/> — коэффициент учета вращающихся масс.
(3.13) /> ,
/> - уклон дороги, />.
Так как расчет ведетсядля сухой горизонтальной асфальтобетонной дороги, то />=0.
Поэтому справедливоравенство:
/>
(3.14) /> ,
где Uk – передаточное число k-той передачи;
/> — 0,04-0,08. Принимаем /> = 0,08.
Рассчитаем значение /> на I -ой передаче:
/>/>= 2,12
Остальные значения />на других передачахрассчитываем аналогично приведенному выше примеру.
Значение /> на всех передачах:
/>=2,12; />=1,34; /> 1,18; /> 1,12; /> 1,09.
Для примера определимодно из значений ускорения автомобиля на I-ой передаче:
/>/>= 1.88 (м/с/>).
Аналогично приведенномупримеру рассчитываем остальные значения ускорения на других передачах и заносимих в таблицы 3.1-3.6.
Строим график ускоренияавтомобиля на всех передачах в /> и />/> –координатах (Рисунок 4).
Для каждого израссчитанных значении /> определяемобратную величину /> и заносимполученные значения в таблицы 3.1 – 3.5.
Строим графическуюзависимость в />, Va – координатах (Рисунок 5).
Определение времениразгона автомобиля
Для определения времениразгона автомобиля до какой-либо скорости необходимо разбить всю область подкривыми графика в />,/> – координатах навертикальные участки, нижние основания которых – отрезки оси абсцисс, а верхниепредставляют собой части кривых графика. Рассчитав значения площадей />, всех участков, можемопределить время разгона автомобиля до скорости соответственно /> по формуле:
(3.15) />
где: />=/> — площадь k-го участка, мм/>(l- длинна основания, h- средняя высота);
/> — масштаб скорости автомобиля Va на графике обратной ускорениювеличины />/>;
/> — масштаб величины />/>.
Полученные результатызаносим в таблицу 3.6.
Строим график времениразгона автомобиля (Рисунок 6).
Определение путиразгона автомобиля
Для определения путиразгона разбиваем все пространство по левую сторону от кривой времени разгонаавтомобиля на 9 горизонтальных областей, левые основания которых — отрезки наоси координат /> , а правыепредставляют собой участки кривой времени разгона.
Рассчитав значенияплощадей /> всех областей, можемрассчитать путь разгона />/>…/>, который необходимопроехать автомобилю для разгона до скорости /> поформуле:
(3.16) />,
где: /> — масштаб времени разгонаавтомобиля />, />.
Рассчитаем значения путиразгона />/>…/>до скорости соответственно />.
Полученные значениязапишем в таблицу 3.7.
Строим график путиразгона автомобиля (Рисунок 7).
Расчет и построениеграфика пути торможения автомобиля
Тормозные свойства автомобиляможно оценить величиной минимального тормозного пути за время торможения смаксимальной эффективностью. Для этого используем зависимость :
(3.18) /> ,
где: /> – скорость автомобиля;
/> - время запаздывания тормозов (принимаем/>= 0,05с);
/> — время нарастания ( принимаем /> = 0,4с).
Считаем два варианта торможения:на сухой и мокрой дороге с асфальтобетонным покрытием с коэффициентами
/> = 0,8 – сухая дорога;
/> = 0,3 – мокрая дорога.
Полученные значениязанесем в таблицу 3.8.
Строим график путиторможения автомобиля (Рисунок 8).
4.Таблицы
Таблица 2.1 – Характеристикадвигателя
/>, рад/с 107 150 200 250 300 350 400 450 500 565 Ne, кВт 16,38 23,79 32,61 41,37 49,74 57,41 64,07 69,41 73,12 75 Me, кН*м 0,153 0,159 0,163 0,165 0,166 0,164 0,16 0,154 0,146 0,134
Таблица 3.1 – Результатытягово-динамического расчета ( I передача)
/>, рад/с 107 150 200 250 300 350 400 450 500 565
/> 2,303 3,2285 4,3047 5,3809 6,4571 7,5332 8,6094 9,6856 10,7618 11,9671
/> 6,4027 6,633 6,8199 6,9199 6,933 6,8591 6,6982 6,4504 6,1157 5,6376
/> 0,0031 0,006 0,0108 0,0168 0,0242 0,0329 0,043 0,0544 0,0672 0,0831 D 0,4208 0,4358 0,447 0,4539 0,4543 0,448 0,4376 0,4206 0,3977 0,3652
/>/> 1,8865 1,9558 2,0114 2,04 2,0418 2,0166 1,9644 1,8854 1,7794 1,6288
/> 0,53 0,5112 0,4971 0,4901 0,4897 0,4958 0,509 0,5303 0,5619 0,6139
Таблица 3.2 – Результатытягово-динамического расчета ( II передача)
/>, рад/с 100 150 200 250 300 350 400 450 500 523
/> 4,330 6,071 8,095 10,118 12,142 14,166 16,190 18,2139 20,237 22,504
/> 3,4048 3,5272 3,6266 3,6798 3,6867 3,6474 3,5619 3,4301 3,2522 2,9979
/> 0,0109 0,0214 0,038 0,0594 0,0856 0,1164 0,1521 0,1925 0,2376 0,2939 D 0,2232 0,2305 0,236 0,238 0,2368 0,2322 0,2242 0,2129 0,1982 0,1778
/>/> 1,5267 1,5804 1,6202 1,6354 1,6262 1,5925 1,5343 1,4517 1,3447 1,19563
/> 0,6549 0,6327 0,617 0,6114 0,6149 0,6279 0,6517 0,6888 0,7436 0,8363
Таблица 3.3 – Результатытягово-динамического расчета ( III передача)
/>, рад/с 100 150 200 250 300 350 400 450 500 523
/> 6,209 8,705 11,60 14,508 17,410 20,312 23,213 26,115 29,017 32,267
/> 2,3746 2,46 2,5293 2,5664 2,5713 2,5439 2,4842 2,3923 2,2682 2,0909
/> 0,0224 0,044 0,0782 0,1221 0,1759 0,2394 0,3127 0,3957 0,4886 0,6041 D 0,1546 0,1588 0,1611 0,1607 0,1575 0,1515 0,1428 0,1313 0,117 0,0977
/>/> 1,1618 1,1964 1,2155 1,2118 1,18528 1,1359 1,0636 0,9687 0,8508 0,6918
/> 0,8607 0,8357 0,8226 0,8251 0,8436 0,8803 0,9401 1,0323 1,1752 1,4454
Таблица 3.4 – Результатытягово-динамического расчета (IV передача)
/>, рад/с 100 150 200 250 300 350 400 450 500 523
/> 8,445 11,83 15,785 19,731 23,67 27,624 31,570 35,517 39,463 43,883
/> 1,746 1,8088 1,8598 1,8871 1,8906 1,8705 1,8266 1,7591 1,6678 1,5374
/> 0,0414 0,0813 0,1446 0,2259 0,3253 0,4428 0,5783 0,732 0,9037 1,1174 D 0,1121 0,1136 0,1128 0,1092 0,1029 0,0938 0,0820 0,0675 0,0502 0,0276
/>/> 0,8592 0,8724 0,8653 0,8342 0,779 0,6997 0,5964 0,469 0,3175 0,1193
/> 1,1637 1,1461 1,1555 1,1986 1,2836 1,429 1,6766 2,132 3,1493 8,3814
Таблица 3.5– Результатытягово-динамического расчета (V передача)
/>, рад/с 100 150 200 250 300 350 400 450 500 523
/> 10,29 14,43 19,25 24,06 28,875 33,6883 38,5009 43,3135 48,1261 53,5162
/> 1,4318 1,4832 1,525 1,5474 1,5503 1,5338 1,4978 1,4424 1,3676 1,2607
/> 0,0615 0,121 0,215 0,336 0,4838 0,6585 0,8601 1,0886 1,3439 1,6618 D 0,0901 0,0895 0,0861 0,0796 0,0701 0,0575 0,0419 0,0232 0,0015 0,0263
/>/> 0,6826 0,6779 0,6471 0,5889 0,5035 0,3907 0,2505 0,0831 -0,1115 -0,3621
/> 1,4647 1,4751 1,5452 1,6978 1,986 2,5593 3,9907 12,0305 -8,9618 -2,7613
Таблица 3.6 Определениевремени разгона автомобиляИнтервал 2 — 6 6 — 10 10 — 14 14 — 18 18 — 22 22 — 26 26 — 30 30 — 34 34 — 38 Площадь интервала, ∆, кл. 5 5,2 6 7,1 9,2 11,1 15,6 21 35 Суммарная площадь, ∆, кл. 5 10,2 16,2 23,3 32,5 43,6 59,2 80,2 115,2 Время разгона, t, с 2 4,08 6,48 9,32 13 17,44 23,68 32,08 46,08 До скорости, Va, м/с 4 8 12 16 20 24 28 32 36
1 кл. = 0,4с.
Таблица 3.7 Определениепути разгона автомобиляИнтервал 1,9 – 2,5 2,5 — 4 4 — 6 6 – 8,3 8,3 – 11,7 11,7 — 15 15 – 20,6 20,6 – 28,5 28,5 — 33
Площадь,
∆, кл. 7,6 18,6 29 52 80 120 193,3 360 251
Суммарная площадь,
∆, кл. 7,6 26,2 55,2 107,2 187,2 307,2 500,5 860,5 1111,5 Пройденный путь, S, м 7,6 26,2 55,2 107,2 187,2 307,2 500,5 860,5 1111,5 До скорости, Va, м/с 4 8 12 16 20 24 28 32 36
1 кл. = 1 м.
Таблица 3.8 — Расчет путиторможения автомобиляСкорость, Va, м/с 5 10 15 20 25 30 35 40 44 Путь торможения ( S, м) при:
/>=0,3 5,49 19,48 41,97 72,95 112,43 160,40 216,87 281,83 339,91
/>=0,8 2,84 8,87 18,08 30,48 46,06 64,83 86,79 111,93 134,34
5. Графики
Внешняя скоростнаяхарактеристика двигателя
/>
Рисунок 1 — Внешняяскоростная характеристика двигателя
Тяговая характеристикаавтомобиля
/>
Рисунок 2 — Тяговаяхарактеристика автомобиля
Динамическаяхарактеристика автомобиля
/>
Рисунок 3 — Динамическаяхарактеристика автомобиля
График ускоренияавтомобиля
/>
Рисунок 4 — Графикускорения автомобиля
График обратной ускорениювеличины />
/>
Рисунок 5 — Графикобратной ускорению величины />
График времени разгонаавтомобиля
/>
Рисунок 6 — Графиквремени разгона автомобиля
График пути разгонаавтомобиля
/>
Рисунок 7 — График путиразгона автомобиля
График пути торможенияавтомобиля
/>
Рисунок 8 — График путиторможения автомобиля
6.Выводы по работе и сравнение исследуемого автомобиля саналоговыми моделями
На основе результатовпроведенных расчетов и построенных графических зависимостей можем сделатьследующие выводы об исследуемом автомобиле ВАЗ – 21074-20.
Максимальные скорости,которые автомобиль может развивать в заданных дорожных условиях на всехпередачах:
/>= 10 (м/с);
/>= 17,2 (м/с);
/>= 26,7 (м/с);
/>= 36,2 (м/с);
/>= 43 (м/с).
Тяговая характеристикаавтомобиля (5.2) показывает, что максимальная скорость автомобиля />= 43 (м/с), ограничена следующимипоказателями:
- сила сопротивлениявоздуха />,
- сила сопротивлениякачению Pk.
На низших передачахсуммарное действие этих сил ничтожно мало, и поэтому не оказывает практическиникакого влияния на движение автомобиля, однако имеет существенное значение навысшей передачи, когда сила сопротивления воздуха достигает максимальныхзначений, а тяговая сила уменьшается. Таким образом, минимальное критическоезначение />+Pk, которое превышает тяговую силу и ограничивает скоростьдвижения автомобиля, составляет 1,14 (кН).
Максимальное ускорение,развиваемое автомобилем на Iпередаче:
/>= 1,96 (/>)
Максимальное ускорение,развиваемое автомобилем на Vпередаче:
/>= 0,67 (/>)
Рассчитанное времяразгона автомобиля до скорости 100 (км/ч) составляет 23 (с), что на 5 секундбольше времени разгона, заявленном производителем.
Путь разгона до 100(км/ч) = 440 (м).
Путь торможения со 100 км/ч на мокрой дороге составляет приблизительно 139 метров, а на хорошем сухом покрытии путь торможения более чем в два раза меньше и равен 56 метров.
Таблица 1.6 – Сравнениеавтомобиля ВАЗ – 21074 с другими моделями Снаряженная масса, кг Мощность, л.с. Крутящий момент, Н×м Максимальная скорость, км/ч Время разгона до 100 км/ч, сек. VW Passat 1,6 1305 100 150 при 4000 об/мин 192 12,6 ВАЗ – 21074 1060 74 130 при 2100 об/мин 155 17 Skoda Fabia 1.4 1060 86 132 при 380 об/мин 174 12.3 Сhery A1 1040 83 114 при 3800 об/мин 156 14
Вывод: Автомобиль ВАЗ – 2107 началвыпускаться на Волжском автомобильном заводе в 1982 году. На тот период времениавтомобиль имел неплохие технические характеристики и мог конкурировать сдругими автомобилями в своем классе. Но как видно из приведенной выше таблицы,он не в состоянии конкурировать с современными моделями, т.к. проигрывает им повсем техническим параметрам.
Литература
Коростелев С.А., Беседин Л. Н. ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИИРАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ: Методические указания / АлтГТУ им.И.И.Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ. 2003 — 27с.