1. Внешняя скоростная характеристика двигателя ЗМЗ-53
Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности/>[кВт], эффективного крутящего момента />[Н·м], удельного расхода топлива />[г/кВт·ч], часового расхода топлива />[кг/ч], от частоты вращения коленчатого вала /> [об/мин] при установившемся режиме работы двигателя и максимальной подаче топлива.
Определение текущего значения эффективной мощности />, [кВт] от частоты вращения коленчатого вала двигателя производится по эмпирической зависимости, предложенной С.Р. Лейдерманом:
/>,
где /> – максимальная эффективная мощность двигателя [кВт];
/> – текущая частота вращения [об/мин];
/> – частота вращения при максимальной мощности [об/мин];
Для бензинового двигателя коэффициенты />=1 и />=1
Определение наименьшей устойчивой – /> и максимальной – /> частот вращения коленчатого вала [об/мин]
/>=0,13·nN;/>= 0,13·3200= 416 об/мин
Т.к. на двигателе установлен ограничитель частоты вращения коленчатого вала, то:
/>=1,2·nN; />=1,2·3200= 3840 об/мин
/>= 11,7 кВт
Значения эффективной мощности двигателя сводятся в таблицу 1
Определение мощности НЕТТО двигателя />, [кВт]
/>= 0,9·/>; />= 0,9·11,7 = 10,5 кВт
Значения мощности НЕТТО двигателя сводятся в таблицу 1
Определение эффективного крутящего момента двигателя />, [Н·м]
/>=9550·/>; />=/>/>= 279,3 Н·м
Значения эффективного крутящего момента двигателя сводятся в таблицу 1
Определение крутящего момента двигателя НЕТТО />, [Н·м]
/>= 0,9·/>; />= 0,9·279,3 = 251,4 Н·м
Значения крутящего момента двигателя НЕТТО сводятся в таблицу 1
Определение удельного расхода топлива />, [г/кВт·ч]
/>,
где /> – минимальный удельный расход топлива [г/кВт·ч]
/>= 327,2 [г/кВт·ч]
Значения удельного расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1
Определение часового расхода топлива двигателя />, [кг/ч]
/>
/>= 3,8 кг/ч
Значения часового расхода топлива двигателя сводятся в таблицу 1
2. Тяговый баланс автомобиля
Тяговый баланс автомобиля – это совокупность графиков зависимостей силы тяги на ведущих колесах />, [Н] (на различных передачах), а также суммы сил сопротивления качению />, [Н] и воздуха />, [Н] от скорости движения автомобиля />/> [км/ч]
Расчет сил тяги на колесах для каждой передачи />, [Н]
/>,
где /> – коэффициент полезного действия трансмиссии;
/> – передаточное число трансмиссии;
/> – радиус качения колеса, [м]
/>,
где /> – передаточное число коробки переменных передач
/> – передаточное число главной передачи
Радиус качения колеса />, [м] для радиальной шины определяется как:
/>
КПД трансмиссии /> определяется:
/>,
где K – число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на />-той передаче;
L– число пар конических или гипоидных шестерен;--PAGE_BREAK--
M – число карданных шарниров.
Расчет скорости движения автомобиля для каждой передачи />, [км/ч]
/>
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче
/>
/>
/>м
/>Н
/>км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 1-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче
/>
/>
/>Н
/>км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 2-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче
/>
/>
/>Н
/>км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 3-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче
/>
/>
/>Н
/>км/ч
Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля на 4-й передаче сводятся в таблицу 2
Расчет силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию />, [Н]
/>,
где /> – масса полностью загруженного автомобиля, [кг]
/>= 9,8 – ускорение свободного падения, [м/с2]
/> – коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса
/>,
где /> = 0,018 – коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;
/>= 0,03 – коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.
Расчет коэффициента сопротивления качению колеса />и силы сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону />, [Н]
/>
/>Н
Расчет коэффициента сопротивления качению колеса />и силы сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге/>, [Н]
/>
/>Н
Значения сил сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 3
Расчет силы сопротивления воздуха действующей на автомобиль />, [Н]
/>,
где /> – коэффициент обтекаемости формы автомобиля, [кг/м3]
/> – площадь МИДЕЛЯ – площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси, [м2].
/>[кг/м3],
где /> – коэффициент аэродинамического сопротивления;
/>= 1,225 [кг/м3] – плотность воздуха
/>[м2],
где /> – колея передних колёс автомобиля, [м]
/> – наибольшая высота автомобиля, [м]
/>м2
/>кг/м3
/>Н
Значения сил сопротивления воздуха автомобиля сводятся в таблицу 3
/>; />
/>Н укатанная снеж. дорога
/>Н мокрый асфальт продолжение
--PAGE_BREAK--
/>Н сухая грунт. дорога
/>Н сухой асфальт
3. Динамический фактор автомобиля
Динамический фактор автомобиля представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок автомобиля.
Динамическая характеристика – это зависимость динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой от скорости его движения
/>.
Динамическим фактором />автомобиля называется отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:
/>.
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха />, [H] на 1-ой передаче
/>
/>Н
/>
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 1-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха />, [H] на 2-ой передаче
/>Н
/>
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 2-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха />, [H] на 3-ей передаче
/>Н
/>
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 3-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет динамического фактора и силы сопротивления воздуха />, [H] на 4-ой передаче
/>Н
/>
Значения динамического фактора и силы сопротивления воздуха на 4-й передаче сводятся в таблицу 4
Расчет суммарного коэффициента сопротивления дороги />
/>
С учетом того, что автомобиль движется по ровной, горизонтальной поверхности дороги, то />
Значения коэффициентов сопротивления качению колес /> по асфальтобетону и по грунтовой дороге /> берутся из таблицы 3
Значения коэффициента суммарного сопротивления движения автомобиля по асфальтобетону /> и по грунтовой дороге /> сводятся в таблицу 5
/>мм
/>мм
/>=> />
4. Характеристика ускорений автомобиля
Характеристика ускорений – это зависимость ускорений автомобиля от скорости />, [м/с2], при его разгоне на каждой передаче.
Величину ускорений />, [м/с2] при разгоне автомобилей рассчитывают из выражения:
/>,
где /> – коэффициент суммарного дорожного сопротивления по асфальтобетонному покрытию (/> = />);
/> – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс при разгоне автомобиля
/>,
где /> – момент инерции маховика и разгоняющихся деталей автомобиля, [кг/м2];
/> – момент инерции колес автомобиля, [кг/м2];
n=4 – общее число колес автомобиля
Таким образом, величина коэффициента /> показывает, во сколько раз увеличиваются силовые и мощностные затраты, связанные с разгоном автомобиля, по причине разгона вращающихся масс автомобиля (двигателя, шестерен и валов трансмиссии, колес и связанных с ними деталей)
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче
/>
/>
/>м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 1-ой передаче сводятся в таблицу 5
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче
/>
/>
/>м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 2-ой передаче сводятся в таблицу 5
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
/>м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 3-ей передаче сводятся в таблицу 5
Расчет величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче
/>
/>
/>м/с2
Значения величины ускорения при разгоне автомобиля на 4-ой передаче сводятся в таблицу 5
5. Характеристика времени и пути разгона автомобиля
Характеристика разгона представляет собой зависимости времени
t= f(Va), [c] и пути S= f(Va), [м], разгона полностью загруженного автомобиля, на отрезке ровного, горизонтального шоссе с асфальтобетонным покрытием. Для определения времени разгона воспользуемся графиком зависимости jaz= f(Va).
Время разгона
Время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину />, определяется по закону равноускоренного движения:
/>,
где: /> км/ч
/>– значение ускорения в начале интервала, [м/с2]
/>– значение ускорения в конце интервала, [м/с2]
Суммарное время разгона автомобиля на заданной передаче от минимальной скорости Vamin до максимальной скорости Vamaxнаходят суммированием времени разгона на интервалах:
/>
где: q – общее число интервалов.
Определение значений времени разгона автомобиля
/>
/>м/с2
/>км/ч
/>с
Значения времени разгона автомобиля сводятся в таблицу 6
Путь разгона
/>, [м] – путь, проходимый автомобилем за время />
/> – значение скорости в начале интервала, км/ч
/> – значение скорости в конце интервала, км/ч
/> – время движения автомобиля, при котором его скорость возрастает на величину />
Путь, проходимый автомобилем при его разгоне, от минимальной скорости
Vamin = 0 до максимальной – Vamax, находят суммированием расстояний />на интервалах:
/>, [м]
где: q – общее число интервалов.
Путь, пройденный автомобилем за время /> переключения передачи с индексом />на передачу с индексом />составляет:
/>
Определение значений пути разгона
/>с
/>
/>км/ч
/>м
Значения пути разгона автомобиля сводятся в таблицу 6
6. Мощностной баланс автомобиля
Мощностной баланс автомобиля представляет собой совокупность зависимостей мощностей на ведущих колесах автомобиля/>, [кВт], для всех передаточных чисел трансмиссии, мощностей сопротивления дороги />, [кВт], и воздуха />, [кВт], от скорости движения />, [км/ч].
Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на каждой передаче/>, [кВт]
/>
Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля, на 1-ой, 2-ой и 3-ей, передачах
/>кВт
Значения мощности, приведенной от двигателя к колесам на 1-ой, 2-ой, 3-ей передачах сводятся в таблицу 7
Расчет мощности, приведенной от двигателя к колесам автомобиля на 4-ой передаче
/>кВт
Значения мощности, приведенной от двигателя к колесам на 4-й передаче сводятся в таблицу 7
Расчет мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха />, [кВт]
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
/>кВт
Значения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления воздуха сводятся в таблицу 7.
Расчет мощности суммарного сопротивления дороги />, [кВт]
/>,
где – />, причем /> – сила, затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема. Так как автомобиль движется по ровной горизонтальной поверхности дороги, то />.
/>и /> принимаем из таблицы 3
Расчет мощности сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону
/>кВт
Расчет мощности сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге
/>кВт
Значения мощности сопротивления качению колес автомобиля сводятся в таблицу 8.
7. Топливно-экономическая характеристика автомобиля
Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости автомобиля/>.
Значения путевого расхода топлива />, [л/100 км] определяют по выражению:
/>,
где /> — часовой расход топлива, [кг/ч],
/>,
где: /> – функция зависимости удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя, [г/кВт×ч];
/>— суммарная мощность сопротивления движению автомобиля, [кВт];
/> – коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива /> в зависимости от коэффициента использования мощности двигателя />.
/>
/>,
где: /> – плотность топлива, [г/см3];
/>, [г/см3] – плотность бензина;
Определение путевого расхода топлива />на 3-й передаче по асфальтобетону.
/>
/>
/>кг/ч
/>л/100 км
Значения путевого расхода топлива на 3-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9
Определение путевого расхода топлива />на 3-й передаче по грунту
/>
/>
/>кг/ч
/>л/100 км
Значения путевого расхода топлива на 3-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9
Определение путевого расхода топлива />на 4-й передаче по асфальтобетону
/>
/>
/>кг/ч
/>л/100 км
путевого расхода топлива на 4-й передаче по асфальтобетону сводятся в таблицу 9
Определение путевого расхода топлива />на 4-й передаче по грунту
/>
/>
/>кг/ч
/>л/100 км
путевого расхода топлива на 4-й передаче по грунту сводятся в таблицу 9
Заключение
В данной курсовой работе я провел тяговый расчет автомобиля
ГАЗ 53А с двигателем ЗМЗ – 53. Построил внешнюю скоростную характеристику двигателя. Вычислил тягу, динамику и ускорения автомобиля на разных передачах КПП. Также произвел расчет времени и пути разгона автомобиля, баланс мощностей и экономичность двигателя на данной передаче по разным типам дорожных покрытий.
Список литературы
Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий. Методические указания по курсовому проектированию. Составитель А.И. Федотов. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. Часть 1–41 с.