Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение
высшегопрофессионального образования
Ярославскийгосударственный технический университет
Кафедра «Автомобильныйтранспорт»
Проектированиеавтомобиля с бензиновым двигателем
Расчетно-пояснительнаязаписка к курсовому проекту
по дисциплине: "Автомобили "
ЯГТУ190601.65-033 КП
Нормоконтролер д.т.н,профессор Б.С. Антропов
Проект выполнил
студент гр. АТ-43
К.Ю. Смородин
2007
Ярославскийгосударственный технический университет
Кафедра«Автомобильный транспорт»
ЗАДАНИЕпопроектированию
студентуСмородину К.Ю.
факультетАвтомеханический курс IV группа АТ — 43
I. Тема проекта и исходныеданные
Проектированиеавтомобиля класса 31 с бензиновым двигателем.
Число мест – 5.Максимальная скорость движения Vmax=160 км/ч.
II. Представить следующиематериалы:
1) текстовые
а) Расчетно-пояснительная записка:
· компоновочнаясхема автомобиля
· расчетпараметров трансмиссии
· расчетпараметров двигателя
· тяговыйрасчет и топливно-экономическая хар-ка
· расчетсцепления
2) графические
а)Компоновочная схема автомобиля
б) Схемаконструкций сцеплений
в) Чертеж сцепления
г)Деталировка
III. Рекомендуемаялитература и материал:
1. БлаженовЕ.И., Долецкий В.А. Основы тягового – динамического расчета автомобиля.Определение параметров двигателя: Учебное пособие -2-е изд., исправл./ЯГТУ – Ярославль,1996 -80с
2. ОсепчуговВ.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебникдля студентов вузов по специальности «автомобили и автомобильное хозяйство».– М. Машиностроение, 1989 – 304с.
IV. Датавыдачи задания ___._________. 2007
V. Срок сдачи законченногопроекта___________
VI. Отметкао явке на консультацию:
1)_________________2) __________________ 3)___________________
4)_________________5)__________________ 6)____________________
Руководительпроекта Корнев В.Д. _______
Зав. Кафедрой______________
Задание принял к исполнению "___" ________ студент___________
Дипломная работа.
Автомобиль, Определение паРаметров двс,Разгон, топливная экономичность, тормозной механизм.
Объектом исследования является легковой автомобиль среднего класса.
Цель работы — ознакомление с методикой проектирования автомобиля.
В процессеработы были произведены: расчет параметров ДВС, передаточных чисел трансмиссиии тяговой динамики автомобиля, изучение разгона и топливной экономичностиавтомобиля, исследование сцепления.
В результатепроведенной работы былразработан современный автомобиль класса 31.
Основныеконструктивные параметры максимальная скорость 160 км/ч и пассажировместимость 5 человек.
Разработаносцепление однодисковое, сухое, с гидравлическим приводом выключения.
Содержание
Введение
1. Определение исходных данных
2. Расчет параметров двигателя
3. Расчет передаточных чисел трансмиссии
4. Тяговая характеристика автомобиля
5. Тяговая динамика автомобиля
6. Разгон автомобиля
7. Характеристика топливнойэкономичности автомобиля
8. Проверочный (прочностной) расчет сцепления
Заключение
Список использованных источников
Введение
Автомобильный транспорт играет существенную роль вобщем грузовом и пассажирообороте нашей страны. От всех других видов транспортаон выгодно отличается мобильностью и меньшими капиталовложениями в егосоздании.
В последнее время автомобильный транспорт достигнового уровня развития, заключающегося в специализации подвижного состава поназначению. Это вызвано в первую очередь экономической целесообразностью. Такдля перевозок пассажиров по междугородним и международным маршрутам наавтомобильном транспорте целесообразно применять автомобили большого класса. Навнутригородских перевозках экономически рентабельно осуществлять перевозкипассажиров на автомобилях среднего и малого класса, имеющих более экономичныйрасход топлива, большую скорость перевозки, более высокую маневренность.
В городских условиях автомобили малого и среднегокласса уже давно стали жизненно необходимыми, для передвижения населения внашей стране. Для эксплуатационников необходимым становится и экономичность автомобильноготранспорта. Таким образом, важной проблемой стоит создание автомобилей малогокласса, обладающих низким расходом топлива, хорошими эксплуатационнымисвойствами.
1. Определение исходных данных
Уточнение задания на тягово-динамический расчет
Тип и класс автомобиля: легковойавтомобиль среднего класса (31).
Максимальная скорость движения навысшей передаче: 160 км/ч.
Тип двигателя: 4-х цилиндровый, 4-хтактный, рядный, карбюраторный.
Коробка передач: механическаячетырехступенчатая;
Колесная формула: 4х2.
Количество мест в автомобиле: 5.
Максимальное сопротивление,преодолеваемое автомобилем на первой передаче – ψмах=0,27.
Коэффициент сопротивлению качениюколес выбираем для сухого асфальта, то есть f0 =0,02.
Массу водителя и пассажирапринимаем равной 80 кг.
Максимальная частота вращениядвигателя по внешней скоростной характеристике равна номинальной частоте вращения.
Масса груза в багажнике 50 кг.
Коэффициент сцепления ведущих колесс дорогой φ=0,7.
Определениемассы автомобиля, выбор размера и радиуса качения шин
Для выбора размера шины необходимоопределить нагрузку, приходящуюся на одно колесо автомобиля. Исходя из исходныхданных, аналогом выбираем автомобиль ГАЗ-3102. Распределение силы веса по осям длянего выполняется:
на переднюю ось 52%
на заднюю ось48%.
Полная массаавтомобиля Ga автомобиля складывается из массы полезной нагрузки МГи собственной массы автомобиля М0.
Дляопределения собственной массы автомобиля принимают коэффициент использованиямассы автомобиля ηм, для данного класса автомобиляпринимаем ηм= 0,32 ([1], страница 6), следовательно,
/>; (1)
/>.
Собственнаямасса:
/>; (2)
/>.
Определяюнагрузку на переднюю Ga1 и заднюю Ga2 оси автомобиля:
Ga1= 0,52∙1850∙9,81/1000= 9,44 кН;
Ga2= 0,48∙1850∙9,81/1000= 8,71 кН.
Максимальнаянагрузка, приходящаяся на шину:
Ра1= Ga1/2; (3)
Ра1=9,44/2 = 4,72 кН;
Pa2= Ga2/2; (4)
Pa2=8,71 /2 = 4,355 кН.
Шины выбираемв зависимости от максимально приходящейся нагрузки на шину и по заданномувнутреннему давлению в шине. Так как нагрузка на колесо передней оси больше, топо ней производим подбор шин. Примем давление в шине равное 200 кПа.
Посправочнику выбираем шины: 165R15 радиальные бескамерные с допустимой нагрузкой 4,90 кН.
Статическийрадиус колеса:
/>; (5)
где d – посадочный диаметробода;
∆ — отношение высоты Нк ширине В обода;
λсм – коэффициент,учитывающий смятие шины под нагрузкой.
/>;
∆=0,80([1],страница 8); В=165 мм.
Т.к. шинырадиальные, то примем λсм=0,96 ([1], страница 5).
/>.
Радиускачения колеса:
/>; (6)
/>.
2. Расчетпараметров двигателя
Вычислениемощности двигателя при максимальной скорости автомобиля
Максимальнаямощность двигателя определяют по заданной уравнению максимальной мощности:
/> (7)
где GA– вес автомобиля вснаряженном состоянии;
/> –коэффициент сопротивление преодолеваемый на скорости V=160 км/ч автомобилем попрямой, без подъема;
/> – коэффициентаэродинамического сопротивления, т.к. проектируемый автомобиль легковойсреднего класса ([1], таблица 3);
/> – лобовая площадьавтомобиля;
/> - КПД трансмиссии напрямой (четвертой) передаче ([1], таблица 2).
Т.к. автомобильдвижется по прямой, без подъема, то коэффициент /> будет равен коэффициенту сопротивления качению />.
Коэффициентсопротивления качению определяется по формуле:
/>, (8)
где f=0,02 – коэффициентсопротивления качению при движении со скоростью до 50 км/ч;
/> - скорость автомобиля,м/сек.
/>.
Примемлобовую площадь автомобиля по рекомендации ([1], таблица 3) F=2,15 м²; Тогдаполучаем:
/>=103 л.с.
На основаниинакопленного опыта отечественного и зарубежного двигателестроения принимаемчастоту вращения коленчатого вала ДВС (nN), соответствующую, максимальной мощности nN= 4500 об/мин.
По выбранномучислу оборотов nN и рассчитанной максимальной мощности ДВС определяется егорабочий объем по формуле:
/> (9)
где Nеmax — максимальная мощность вл.с.;
Рф — среднееэффективное давление, бар.
Среднееэффективное давление принимают: для карбюраторных ДВС легковых автомобилей Рф=8,0 Бар.
/>
Расчет ипостроение внешней скоростной характеристики двигателя
При проектировании рекомендуется один из методов расчета ивоспроизведения скоростной характеристики ДВС по координатам одной точки (Nemax, nN) (метод профессора С.Р. Лейдермана ).
Изменение мощности ДВС можно представить в видефункциональной зависимости:
/> (10)
где a=b=c=1 для карбюраторных ДВС.
Наименее устойчивое число оборотов коленчатого валадвигателя (nemin) принимаем nemin =0,13nN=0,13*4500=585 об/мин.
Равномерно разбив диапазон чисел оборотов в которомработает ДВС (nemin-nemax) на 7 частей, воспроизводим всю кривую внешней скоростнойхарактеристики.
Одновременно с мощностной характеристикой получаемхарактеристику изменения крутящего момента на валу ДВС (Ме),значение которого получаем по формуле, в кг*м:
/> (11)
где Ne–эффективная мощность, л.с.;
ne– частота вращенияколенчатого вала, соответствующая Ne.
Или, в Н*м:
/> (12)
где Ne–эффективная мощность, кВт.
Расчёт заносим в таблицу 1.
Таблица 1 – Параметры внешней скоростной характеристикиПараметры Число оборотов коленчатого вала 585 1000 1500 2500 3500 4500 5500 Ne, кВт 10,98 19,78 30,92 52,58 69,24 75,90 67,57 Me, Н*м 179,28 188,90 196,86 200,83 188,90 161,06 117,32 Ne, л.с. 14,94 26,90 42,05 71,51 94,16 103,00 91,90 Me, кг*м 18,28 19,26 20,07 20,47 19,26 16,42 11,96
По данным таблицы 1 строим график внешней скоростнойхарактеристики (рисунок 1).
/>
Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика.
3. Расчет передаточных чисел трансмиссии
Передаточное число трансмиссии автомобиля определяетсявыражением:
iTP=ik* io, (13)
где iKи io — передаточные числа соответственно КПП и главной передачи.
Следовательно, для определения передаточного числатрансмиссии автомобиля необходимо отдельно определить передаточное числоглавной передачи (io) и передаточное число коробки передач (ik).
Расчёт передаточного числа главной передачи
Передаточное главной передачи равно:
/>, (14)
где rk- радиускачения колеса;
nN – число оборотов вала ДВС, соответствующие максимальноймощности;
vN – скорость автомобиля, соответствующие максимальной мощности.
/>
Расчёт передаточного числа первой передачи
Определение передаточного числа первой передачипроизводится по условиям:
1. Преодоление максимальных сопротивленийдвижению.
2. Сцепление колес с дорогой.
Выполнение первого условия обеспечиваетнеравенство:
/>, (15)
где Memax — максимальный крутящий момент на валу ДВС, определяемый по внешней скоростнойхарактеристике; ψmax — максимальная величина коэффициента дорожного сопротивления.
При работе двигателя с полной нагрузкой можносчитать, что
ηтр~χ,
где χ – коэффициент влияния нагрузки.
/>, (16)
где с, к, n – число парцилиндрических, конических и количество карданов, передающих крутящий моментдвигателя на ведущие колеса автомобиля.
По кинематической схеме автомобиля:
с=2; к=1; n=2, />
Для легкового автомобиля примем ψmax=0,27:
/>
Второе условие требует выполнения неравенства:
/>, (17)
где Gсц — весприходящийся на ведущие колёса автомобиля;
mp — коэффициент перераспределения реакций при разгонеавтомобиля.
Так как проектируемый автомобиль заднеприводной,то mp=1,2.
/>
С учетом обоих условий примем i1=3,5, как у аналога.
Расчёт передаточных чисел промежуточных передач
Количество ступеней (передач) в коробке передач исоотношения передаточных чисел определяют величину ускорений при разгоне автомобиля.Но главное — это использование мощности ДВС. Чем больше число ступеней, темлучше использование мощности, но при этом увеличиваются вес и габаритныепараметры коробки передач и осложняются условия управления ей. Именно поэтомуколичество передач в коробке принимаем равным 5. С целью лучшего использованиямощности ДВС передаточные числа коробки подбирают так, чтобы разгон на каждойпередаче начинать при одинаковой скорости вращения коленчатого вала ДВС изаканчивать при скорости коленчатого вала, соответствующей максимальной мощностиДВС. С учетом всех требований передаточные числа равны:
/> (18)
/>
4. Тяговая характеристика автомобиля
Тяговой характеристикой называют зависимость силытяги от скорости автомобиля на определенной передаче при полной подаче топлива.
При движении автомобиля на первой передаче при ne=585об/мин и Мe=179,28 Н*мсо скоростью:
/>, (19)
/>
сила тяги будет равна:
/>, (20)
/>
Расчеты скоростей движения автомобиля на передачах ивеличины силы тяги РТ им соответствующие сводимв таблицу 2 и строим график тяговой характеристики (рисунок 2).
Таблица 2 — Скорости движения и сила тяги на передачахПараметры Число оборотов коленчатого вала, об/мин 585 1000 1500 2500 3500 4500 5500 Ne, кВт 10,98 19,78 30,92 52,58 69,24 75,90 67,57 Me, Н*м 179,28 188,90 196,86 200,83 188,90 161,06 117,32 V1, км/ч 6,00 10,26 15,39 25,64 35,90 46,16 56,42 V2, км/ч 9,13 15,61 23,41 39,02 54,63 70,24 85,85 V3, км/ч 13,82 23,62 35,43 59,05 82,67 106,29 129,91 V4, км/ч 21,00 35,90 53,85 89,75 125,65 161,56 197,46 Pт1, Н; η1=0,9 5379,74 5668,46 5907,14 6026,47 5668,46 4833,11 3520,42 Pт2, Н; η1=0,91 3574,54 3766,38 3924,96 4004,26 3766,38 3211,33 2339,12 Pт3, Н; η1=0,92 2388,26 2516,44 2622,39 2675,37 2516,44 2145,59 1562,84 Pт4, Н; η1=0,93 1588,30 1673,55 1744,01 1779,24 1673,55 1426,92 1039,36
Длины шкал чисел оборотов при движении на третьей,второй и первой передачах соответственно равны:
/>;/>;/>; (21)
/>
/>
/>
/>
Рисунок 2 – Скоростныехарактеристика тяговой силы.
5. Тяговая динамикаавтомобиля
Силовойбаланс автомобиля
Уравнениесилового баланса имеет вид:
/> (22)
При движенииавтомобиля без ускорения:
/> (23)
Силасопротивления дороги равна:
/> (24)
Примем, чтоавтомобиль движется по ровной дороги (i=0).
Зависимостьсилы дорожного сопротивления от скорости представлена в таблице 3.
Силасопротивления воздуха равна
/> (25)
Зависимостьсилы сопротивления воздухаот скорости представлена в таблице 3.
Таблица 3 — Зависимость силы дорожногосопротивления и сила сопротивления воздуха от скоростиV, км/ч 21,00 35,90 53,85 89,75 125,65 161,56 197,46 ν, м/c 5,83 9,97 14,96 24,93 34,90 44,88 54,85 Pд, Н 371,21 387,04 417,12 513,38 657,77 850,30 1090,95 Pв, Н 10,94 31,97 71,94 199,84 391,69 647,49 967,24 ΣP, Н 382,15 419,01 489,06 713,22 1049,46 1497,79 2058,19
Силовойбаланс автомобиля приведен на рисунке 3.
/>
Рисунок 3 –Силовой баланс автомобиля.
Мощностнойбаланс автомобиля
Мощностнойбаланс автомобиля на высшей передачи
Уравнениемощностного баланса можно записать следующим образом:
/> (26)
где Nк – мощность,затрачиваемая на преодоление сил сопротивления качению; NП – мощность, затрачиваемаяна преодоление подъёма; Nв– мощность, затрачиваемая на преодоление силсопротивления воздуха. NИ– мощность, затрачиваемая на преодоление силинерции.
При движенииавтомобили по ровной дороге NП=0; NД =Nк.
Мощность, затрачиваемая напреодоление сопротивления дороги:
/>. (27)
/> (28)
Зависимость мощности, затрачиваемой напреодоление сопротивления дороги, от скорости приведена в таблице 4.
Мощность,затрачиваемая на преодоление сил сопротивления воздуха:
/> (29)
Тяговаямощность автомобиля:
/> (30)
Зависимости мощности, затрачиваемой напреодоление сопротивления дороги, на преодоление сил сопротивления воздуха, тяговой мощности автомобиля от скорости приведена втаблице 4.
Таблица 4 –Мощности автомобиляV, км/ч 21,00 35,90 53,85 89,75 125,65 161,56 197,46 ν, м/c 5,83 9,97 14,96 24,93 34,90 44,88 54,85 Nд, кВт 2,17 3,86 6,24 12,80 22,96 38,16 59,84 Nв, кВт 0,06 0,32 1,08 4,98 13,67 29,06 53,05 Nт, кВт 10,21 18,40 28,76 48,90 64,39 70,59 62,84 Nд+Nв, кВт 2,23 4,18 7,32 17,78 36,63 67,22 112,89
На рисунке 4представлен мощностной баланс на высшей передаче.
Мощностнойбаланс автомобиля на всех передачах.
Мощностнойбаланс на всех передачах обычно используем для деления степени использованиямощности при движении на разных передачах по дорогам разных типов с различнымискоростями. На рисунке 4 представлен мощностной баланс для всех передач.
/>
Рисунок 4 –Мощностной баланс на высшей передаче.
/>
Рисунок 5 –Мощностной баланс для всех передач
Динамическаяхарактеристика
Зависимость динамического фактораавтомобиля с полной нагрузкой Даот скорости его движения наразных передачах называют динамической характеристикой автомобиля.
/> (31)
Для построениядинамической характеристики используются данные из силового баланса автомобиля.
Данные дляпостроения динамической характеристики сведены в таблицу 5.
Таблица 5–Данные для построения динамической характеристикиV1, км/ч 6,00 10,26 15,39 25,64 35,90 46,16 56,42 РТ1, Н 5379,74 5668,46 5907,14 6026,47 5668,46 4833,11 3520,42 РВ1, Н 0,89 2,61 5,87 16,31 31,97 52,86 78,96 Д 0,2964 0,3122 0,3252 0,3312 0,3106 0,2634 0,1896 V2, км/ч 9,13 15,61 23,41 39,02 54,63 70,24 85,85 РТ2, Н 3574,54 3766,38 3924,96 4004,26 3766,38 3211,33 2339,12 РВ2, Н 2,07 6,04 13,60 37,78 74,04 122,40 182,84 Д 0,1968 0,2072 0,2155 0,2186 0,2035 0,1702 0,1188 V3, км/ч 13,82 23,62 35,43 59,05 82,67 106,29 129,91 РТ3, Н 2388,26 2516,44 2622,39 2675,37 2516,44 2145,59 1562,84 РВ3, Н 4,74 13,84 31,14 86,50 169,53 280,25 418,64 Д 0,1313 0,1379 0,1428 0,1426 0,1293 0,1028 0,0630 V4, км/ч 21,00 35,90 53,85 89,75 125,65 161,56 197,46 РТ4, Н 1588,30 1673,55 1744,01 1779,24 1673,55 1426,92 1039,36 РВ4, Н 10,94 31,97 71,94 199,84 391,69 647,49 967,24 Д 0,0869 0,0905 0,0921 0,0870 0,0706 0,0429 0,0040
Посколькудинамический фактор при полной нагрузке автомобиля Д определяетсяотношением свободной силы тяги, т.е. разности (РТ — РВ)к полному весу автомобиля Gа, то очевидно, что характер изменения кривых награфике будет иметь такой же вид, как и тяговая характеристика (смотри рисунок2).
/>
Рисунок 6 –Динамическая характеристика и баланс
6. Разгонавтомобиля
Построениеграфика ускорения
Ускорение приразгоне определяют для случая движения автомобиля по горизонтальной дороге ствердым покрытием хорошего качества при максимальном использовании мощностидвигателя и отсутствии буксования ведущих колес. Величину ускорения (в м/с2)находим по формуле:
/> (32)
Наметив награфике динамической характеристики для каждой передачи семь значений скорости,находим соответствующие им значения Д и по приведенной формуле определяемускорения j.
Коэффициентвлияния вращающихся масс (δвр) следует рассчитывать поэмпирической формуле:
/> (33)
где iк – передаточное число соответствующейпередачи коробки передач.
Примем δ1= 0,03; δ2 = 0,04 (по рекомендациям), Ga=G.
Результатырасчета сводят в таблицу 6. По полученным расчетом значениям ускорения искорости строят график. /> (смотри рисунок 7) при разгоне.
/>
Рисунок 7 –График ускорений
Таблица 6 –Результаты расчета характеристик разгонаПервая передача V1, км/ч 6,00 10,26 15,39 25,64 35,90 46,16 56,42 V1, м/с 1,67 2,85 4,27 7,12 9,97 12,82 15,67 Д 0,2964 0,3122 0,3252 0,3312 0,3106 0,2634 0,1896 f 0,0200 0,0201 0,0202 0,0207 0,0213 0,0222 0,0233 δвр 1,520 j1, м/с² 1,783 1,884 1,967 2,003 1,866 1,556 1,073 Вторая передача V2, км/ч 9,13 15,61 23,41 39,02 54,63 70,24 85,85 V2, м/с 2,54 4,34 6,50 10,84 15,18 19,51 23,85 Д 0,1968 0,2072 0,2155 0,2186 0,2035 0,1702 0,1188 f 0,0201 0,0203 0,0206 0,0216 0,0231 0,0251 0,0276 δвр 1,242 j2, м/с² 1,396 1,477 1,540 1,556 1,425 1,146 0,721 Третья передача V3, км/ч 13,82 23,62 35,43 59,05 82,67 106,29 129,91 V3, м/с 3,84 6,56 9,84 16,40 22,96 29,52 36,09 Д 0,1313 0,1379 0,1428 0,1426 0,1293 0,1028 0,0630 f 0,0202 0,0206 0,0213 0,0236 0,0270 0,0316 0,0374 δвр 1,122 j3, м/с² 0,971 1,025 1,061 1,040 0,894 0,622 0,224 Четвертая передача V4, км/ч 21,00 35,90 53,85 89,75 125,65 161,56 197,46 V4, м/с 5,83 9,97 14,96 24,93 34,90 44,88 54,85 Д 0,0869 0,0905 0,0921 0,0870 0,0706 0,0429 0,0040 f 0,0205 0,0213 0,0230 0,0283 0,0362 0,0469 0,0601 δвр 1,070 j4, м/с² 0,609 0,634 0,634 0,538 0,315 -0,036 -0,515
Время и путьразгона
Посколькуотсутствует аналитическая связь между ускорением и скоростью, то время разгонаопределяют графоаналитическим путем.
Для этого награфике ускорений (рисунок 7) скорость для каждой кривой ускоренийсоответствующей передачи (например I), разбиваем на 7 интервалов. При этом считаем,что разгон в каждом (j-ом) интервале, например для первой передачипроисходит с одинаковым ускорением jср..
Среднее ускорениев интервалах
/> (34)
Определимприращение скоростей на интервалах: />
Вычислим /> на интервале:
/>. (35)
Определимвремя разгона до каждой расчётной скорости:
/>
По величинамвремени, определенным для каждого интервала скорости каждой передачивычерчивают график времени разгона.
Принимаемвремя переключения передачи tп=0,35с. Скорость автомобиля во время переключенияпередач уменьшается на величину:
∆VП = 9,3ψ xtП, м/с. (36)
Прискоростях:
/> />
Припостроении графика пути разгона условно считают, что в каждом интервале скоростей(выполненное раннее деление ускорений при движении автомобиля на разныхпередачах на интервалы сохраняется) автомобиль движется равномерно со среднейскоростью Vcp:
двигательтрансмиссия разгон сцепление
/>. (37)
Приращениепути (в м) в каждом из интервалов скоростей будет составлять:
/>. (38)
Путь,пройденный автомобилем за время переключения передач, определяют по формуле:
/>, (39)
где Vп – средняя скоростьавтомобиля за время переключения передач, м/с. Vп определяют по формуле:
/>, м/с,
где Vн – начальная скоростьпереключения передач, определяется по графику ускорений;
Vк – конечная скоростьпереключения передач, определяется по формуле:
/>;
Скорость вконце переключения передач:
с первой навторую: />
со второй натретью: />
с третьей начетвёртую: />
Путь за времяпереключения равен:
/>
Результатырасчетов параметров разгона автомобиля сводим в таблицу 7. На рисунке 8построены графики времени и пути разгона.
/>
Рисунок 8 –График времении пути разгона.
Таблица 7 –Результаты расчета времени и пути разгона.V, м/с j, м/с² jср, м/с² ΔV, м/с Δt, с t, с Vср, м/с ΔS, м S, м 1,667 1,783 1,834 1,182 0,645 0,645 2,258 1,456 1,456 2,849 1,884 1,926 1,425 0,740 1,385 3,562 4,931 6,388 4,274 1,967 1,985 2,849 1,435 2,820 5,699 16,069 22,457 7,123 2,003 1,935 2,849 1,473 4,293 8,548 36,693 59,150 9,973 1,866 1,711 2,849 1,665 5,958 11,397 67,902 127,052 12,822 1,556 1,315 2,849 2,167 8,125 14,247 115,753 242,804 15,671 1,073 1,110 3,840 3,461 11,585 17,591 203,805 446,609 19,512 1,146 0,933 4,336 4,645 16,231 21,680 351,873 798,482 23,848 0,721 0,671 5,677 8,458 24,689 26,686 658,837 1457,319 29,524 0,622 0,423 6,561 15,508 40,197 32,805 1318,630 2775,949 36,085 0,224 0,112 8,359 74,502 114,698 40,265 4618,295 7394,244 44,444
Дляхарактеристики свойств автомобиля во время обгона и параметров, характеризующихобгон, строят график интенсивности разгона в координатах время разгона (t) ÷ путь разгона (S)(рисунок 9).
/>
Рисунок 9 –График интенсивностиразгона.
7.Характеристика топливной экономичности автомобиля
1. Диапазон скоростей навнешней скоростной характеристике от Vmin до Vmax делят на 7 интервалов.
2. Задаемся несколькими значениямиψ: ψ=0,052; ψ=0,065; ψ=0,075.
3. Рассчитывают NДдля разных значений ψи скорости (с учетом ее деления на интервалы):
при />;
/>
/>
4. Рассчитывают Nв(см. выше):
/> кВт;
5. Рассчитывают NД+ NВ для разных ψ:
при />;/>;/>.
Всерассчитанные данные сведены в таблицу 9.
Таблица 9 –Результаты расчетаV, км/ч 21,00 35,90 53,85 89,75 125,65 161,56 197,46 V, м/с 5,83 9,97 14,96 24,93 34,90 44,87 54,85 Nд1, кВт 5,506 9,411 14,117 23,528 32,940 42,345 51,763 Nд2, кВт 6,882 11,764 17,646 29,410 41,175 52,931 64,704 Nд3, кВт 7,941 13,574 20,361 33,935 47,509 61,074 74,658 Nв, кВт 0,064 0,319 1,076 4,982 13,672 29,057 53,052 Nт, кВт 10,214 18,397 28,758 48,898 64,390 70,587 62,841 Nд1+ Nв, кВт 5,569 9,730 15,193 28,511 46,611 71,402 104,815 Nд2+Nв, кВт 6,946 12,083 18,722 34,393 54,846 81,988 117,756 Nд3+ Nв, кВт 8,005 13,893 21,437 38,918 61,181 90,131 127,711
На внешнейскоростной характеристике вычерчивают положение кривых NДi+ NB для каждого значения ψ(ψ1; ψ2; ψ3).
6. Для каждого значенияскорость (Vmin, V1, … Vmax) определяем отношение /> равные /> и для каждого отношения определяемKne(рисунок 10).
7. Для каждого значенияскорости (Vmin, V1 … Vmax) определяем отношение /> и по полученному Niопределяем Ku.
/>
Рисунок 10 а. — Графикизменения коэффициента Ku; б — график изменения коэффициента Kne.
8. Подставляют полученныецифровые значения Kne, Ku, gN, ρT, ηTP, PД и PВ в выражение для определенияудельного путевого расхода
/>, (40)
gN=330 г/кВт*ч
определяем qПв л/100км для каждогозначения ψ (ψ1: ψ2: ψ3) и строим кривые qП для ψ1,ψ2 и ψ3.(рисунок 11 )
Все данныедля построения сведены в таблицу 10
Таблица 10 –Результаты расчета топливно-экономической характеристикиV, км/ч 21,002 35,901 53,852 89,753 125,655 160 Vi/Vn 0,130 0,222 0,333 0,556 0,778 0,990 Kne 1,150 1,100 1,050 0,970 0,950 1,025 И1 0,545 0,529 0,528 0,583 0,724 1,000 И2 0,680 0,657 0,651 0,703 0,852 1,000 И3 0,784 0,755 0,745 0,796 0,950 1,000 Ки1 0,925 0,925 0,925 0,950 0,875 1,000 Ки2 0,900 0,900 0,900 0,875 0,900 1,000 Ки3 0,900 0,900 0,900 0,850 0,950 1,000 qП1, л/100км 13,527 13,223 13,139 13,105 14,786 21,811 qП2, л/100км 16,414 15,977 15,754 15,595 17,895 25,032 qП3, л/100км 18,915 18,370 18,038 17,973 21,071 27,510
Показателемтопливной экономичности автомобиля служит минимальный путевой расход топлива,соответствующий скорости υэк при испытаниях автомобиля сполной нагрузкой на горизонтальном участке дороги с твердым покрытием.Указываемый в технических характеристиках автомобилей контрольный расходтоплива практически мало отличается от минимального расхода. На рисунке 11 приведена топливно-экономическаяхарактеристика автомобиля.
/>
Рисунок 11 –Топливно-экономическая характеристика автомобиля
8. Проверочный(прочностной) расчет сцепления
Описание основныхвидов сцепления
Назначение сцепления — разъединять двигатель и коробкупередач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допускаярезкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавное трогание автомобиля сместа и его остановку без остановки двигателя. При резком торможении безвыключения сцепления оно, пробуксовывая, предохраняет трансмиссию от перегрузокинерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежносоединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая. При анализе и оценкеконструкций сцеплений, как и других механизмов, следует руководствоватьсяпредъявляемыми к ним требованиями:
1 надежная передача крутящегомомента от двигателя к трансмиссии; плавность и полнота включения; чистотавыключения;
2 минимальныймомент инерции ведомых элементов;
3 хороший отвод теплоты отповерхностей трения;
4 предохранение трансмиссии отдинамических нагрузок;
5 поддержание нажимного усилия в заданных пределах впроцессе эксплуатации;
6 минимальные затраты физическихусилий на управление;
7 хорошая уравновешенность.
Кроме того, к сцеплению, как и ко всем механизмамавтомобиля, предъявляют такие общие требования: обеспечение минимальных размерови массы, простота устройства и обслуживания, технологичность, ремонтопригодность,низкий уровень шума. Классификация сцеплений приведена на схеме (рисунок 12). Набольшинстве автомобилей устанавливают постоянно замкнутые сцепления, т. е.постоянно включенные и выключаемые водителем при трогании, переключении передачи торможении. Постоянно разомкнутые сцепления, выключенные при малой угловой скоростиколенчатого вала двигателя и автоматически включающиеся при ее увеличении,применяются сравнительно редко, главным образом при автоматическом управлении. Налегковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемностиустанавливаются однодисковые сухие сцепления. Двухдисковые сцепления применяютдля грузовых автомобилей повышенной грузоподъемности (КамАЗ, КрАЗ, МАЗ), ноиногда с целью упрощения конструкции и для них используют однодисковоесцепление («Магирус-290»). Многодисковые сцепления применяются крайне редко и только на автомоби-лях большойгрузоподъемности.
/>
Рисунок 12 — Классификация сцеплений
Гидравлические сцепления (гидромуфты) применялись наотечественных автомобилях ЗИМ (ГАЗ-12) и МАЗ-525. В настоящее время гидромуфтыв качестве отдельного агрегата не применяют. В некоторых гидромеханическихпередачах в определенных условиях гидротрансформатор переходит на режимгидромуфты.
Электромагнитные порошковые сцепления и сцепления сэлектромагнитным созданием нажимного усилия в 40—50-е годы получили некотороеприменение благодаря хорошей приспособленности к автоматизации управления. Однакоширокого распространения, так же как и автоматические сцепления других типов,они не получили, что главным образом обусловлено их сложностью. В нашей странеэлектромагнитные порошковые сцепления устанавливались на автомобилях ЗАЗ дляинвалидов.
Для грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемностииспользуют механический или гидравлический привод, иногда с сервопружиной. Нагрузовых автомобилях большой грузоподъемности устанавливают комбинированныйпривод: механический с пневмоусилителем (МАЗ) или гидравлический спневмоусилителем.
Расчет сцепления легкового автомобиля
Выбор вида сцепления
В процессе курсового проекта требуется спроектироватьсцепление для установки на легковой автомобиль среднего класса. В качествепрототипа конструкции принимаем фрикционное сцепление, которое отличается отдругих типов сцеплений простотой конструкции, надежностью, «чистотой»выключения и плавностью включения, а также удобством при эксплуатации иремонте. Схема сцепления приведена на рисунке 13.
/>
Рисунок 13 – Схема сцепления
Для поддержания нажимного усилия, которое должноравномерно распределяться по нажимному диску, в сцеплении используем периферийныедвойные цилиндрические пружины. Двойные цилиндрические пружины имеютпредпочтительное применение, т.к. для размещения одиночной пружины малойжесткости, обеспечивающей требуемое нажимное усилие, необходимо значительноувеличить размеры сцепления. А для проектируемого нами легкового автомобиля этоне приемлемо.
Надежная передачакрутящего момента от двигателя к трансмиссии
Сцепление автомобилядолжно обеспечивать возможность передачи крутящего момента, превышающегокрутящий момент двигателя. При износе фрикционных пар, когда сила нажатияпружины ослабевает, сцепление может пробуксовывать. Длительное пробуксовываниесцепления приводит к выводу его из строя.
Максимальный момент,передаваемый сцеплением:
/>, (41)
где /> – максимальный крутящий моментдвигателя;
/> – коэффициент запаса.
/>.
Расчет двойнойцилиндрической пружины
Размеры наружного D и внутреннего d диаметров ведомого диска примем каку прототипа cцепления (ГАЗ-3102 D=225мм, и d= 150мм)
Усилие пружины:
/> , (42)
где /> - усилия первой и второйпружины соответственно.
/>, />, (43)
где /> — напряжение цилиндрическойпружины (принимаем согласно рекомендации ([2], страница 50) />=700 МПа);
/> — диаметр проволоки (принимаем как уаналога />=3 мм);
/>, /> -средний диаметр витка первой и второй пружины соответственно (примем как уаналога />= 28,5 мм, />= 22,5 мм).
/>,
/>,
/>
Остальные параметрыпружины принимаем как у аналога. Коэффициент жесткостиcпр = 6,2+10,7 Н/мм; число рабочих витков nр.в. = 7+9,5. Количество двойных пружин zпр = 9.
Расчёт фрикционногодиска
Давление:
/>, (44)
/>
Допустимое давление [P0] = 0,25 для легковых автомобилей ([2], страница 52)
Пружины гасителякрутильных колебаний
Выбираем 6 пружингасителя колебаний (ZПР.Г). Параметры пружины: диаметрпроволоки dПР = 4 мм. Средний диаметр витка: ДВ = 16 мм. Полное число витков – 6.
Максимальное усилиесжимающее одну пружину гасителя:
/>, (45)
где rпр г – радиус приложения усилия пружине (принимаем 1,7 мм).
/>.
Коэффициент:
/>, (46)
/>,
Коэффициент, учитывающийкривизну витка пружины:
/>, (47)
/>
Напряжение пружины:
/>, (48)
/>,
Допустимое напряжениепружины />.
Расчет ступицы ведомогодиска
Шлицыиспытывают смятие и изгиб.
Напряжениесмятия:
/>, (49)
где /> – длинашлицев; /> — число шлицев; /> –коэффициент точности прилегания шлицев, dHи dB— соответственно наружныйи внутренний диаметр шлицев.
Принимаем dH=26 мм и dB=18 мм, />=46мм, />=12.
/>МПа. ]
Допустимое напряжениесмятия [/>]=15 МПа. ([2], страница53)
Напряжение среза:
/>, (50)
где /> – ширина шлица.
/>]
Допустимое напряжениесреза [/>]=15 МПа ([2], страница 53)
Расчет работыбуксования сцепления
Работа буксованиясцепления:
/>, (51)
где /> – моментсопротивления движению при трогании, приведенный к ведущему валу коробкипередач; /> – момент инерции автомобиля (автопоезда), приведенный кведущему валу коробки передач; /> –для карбюраторных двигателей; b=1,23– для карбюраторных двигателей.
Для легковых автомобилейрасчет производится на первой передаче.
/> (52)
где rД – динамический радиус колеса (принимаем rД = rК = 304,5 мм);
iТР — передаточное число трансмиссии;
iТР =iТР *i,(53)
iТР =3,5*3,223=11,2805.
/>
/>, (54)
где δ-коэффициент,учитывающий вращающиеся массы автомобиля.
/> (55)
/>;
/>
/>;
/>
Удельная работабуксования сцепления:
/> , (56)
где FHC – суммарная площадь накладок сцепления (примем 500 см²)
/>;
Допустимая удельнаяработа буксования:
/>
Нагрев деталейсцепления
Чрезмерный нагрев деталейсцепления при буксовании может вывести его из строя.
Нагрев деталей сцепленияза одно включение при трогании с места:
/>, (57)
где γ- коэффициентперераспределения теплоты между деталями; Сдет –теплоемкость детали; Mдет – масса детали.
/>;
/>
Расчет приводасцепления
Выбираю гидравлическийпривод сцепления. Схема гидравлического привода приведена на рисунке 16 .
/>
Рисунок 14 — Схема гидравлического привода сцепления.
Принимаем размеры f и e равными 20 мм и 70 мм соответственно. Вычислим передаточное отношение рычагов выключения сцепления:
/>, (58)
где U2 – передаточное число рычагов выключения сцепления.
/>
Вычислим передаточноеотношение педального привода, т.е. предварительно приняв общее передаточноечисло равным 50.
/>; (59)
/>
Исходя из условияобеспечения требуемого передаточного отношения педального привода, примемразмер a,c,d равными 170мм,110мм, 60 мм соответственно, а также диаметры рабочего dг2 =25,1 мм и главного цилиндра dг1 = 22,2 мм
Вычисляем значениеразмера b:
/>; (60)
/>
Вычислим ход педали:
/>; (61)
где s = 1,5 мм – величина отвода нажимного диска;
Δ2 =4 — зазор между рычагами сцепления ивыжимного подшипника.
/>
/>.
Вычислим усилие напедаль:
/>; (62)
где Rср – средний радиус диска,
ηПС – КПД привода сцепления (принимаем 0,9)
μ – коэффициенттрения. (μ=0,4)
i – число пар трения. (i=2)
/>; (63)
/>
/>
/> для легковых автомобилей. ([2], страница 44).
Таким образом мы спроектировали сцепление и приводсцепления, отвечающие основным требованиям:
надежнаяпередача крутящего момента от двигателя к трансмиссии; плавность и полнотавключения; чистота выключения;
минимальныймомент инерции ведомых элементов;
хорошийотвод теплоты от поверхностей трения;
предохранениетрансмиссии от динамических нагрузок;
поддержание нажимного усилия взаданных пределах в процессе эксплуатации;
минимальныезатраты физических усилий на управление;
хорошаяуравновешенность.
Кроме того, выполняется и такие требования какобеспечение минимальных размеров и массы, простота устройства и обслуживания,технологичность, ремонтопригодность, низкий уровень шума.
Заключение
Техническаяхарактеристика автомобиля1.
Полная масса автомобиля, кг
В том числе на переднюю ось
— на заднюю
1850
962
888 2. Собственная масса автомобиля, кг 1400 3.
Полный вес автомобиля, Н
В том числе на переднюю ось
— на заднюю
18148,5
9440
8708,5 4. Длина автомобиля, мм 4960 5. Ширина, мм 1820 6. Максимальная мощность двигателя, кВт (л.с.) 75,9 (103) 7. Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин 4500 8. Максимальный крутящий момент, Н*м 200,83 9. Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, об/мин 2500 10. Рабочий объем двигателя, л 2,5 11. Размер шин 165 R15 12.
Давление воздуха в шинах, кПа:
передней оси.
— задней оси
200
200 13.
Передаточные числа основной коробки передач:
1-я передача
2-я передача
3-я передача
4-я передача
3,5
2,3
1,52
1 14. Передаточное число главной передачи 3,223 15. Удельная мощность двигателя автомобиля, кВт/т. 41,03 16.
Время разгона автомобиля до скорости, с:
80
100 км/ч
14
22 17. Максимальная скорость автомобиля, км/ч 160 18. Контрольный расход топлива, л/100км 13
Список использованныхисточников
1. БлаженновЕ.И., Долецкий В.А. Основы тягового – динамического расчета автомобиля.Определение параметров двигателя: Учебное пособие -2-е изд., исправл./ЯГТУ – Ярославль,1996 -80с
2. ОсепчуговВ.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебникдля студентов вузов по специальности «автомобили и автомобильное хозяйство».– М. Машиностроение, 1989 – 304с.
3. Королёв В. А. Автомобили: методические указания повыполнению курсового проекта для специальностей 150200 – «Автомобили иавтомобильное хозяйство»: Ярославль 1999 г. 17 с.
4. Конструирование и расчёт автомобиля: Учебник для студентоввузов, обучающихся по специальности «Автомобили и транспорт» — М.:Машиностроение 1984 г. 376 с.
5. Бухарин Н. А., Щукин М. М. Автомобили. Конструкция,нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. Учебноепособие для вузов. М.: Машиностроение, 1973 г. 504 с.