Расчет автомобиля ГАЗ 3302
1. Тяговый расчет
1.1 Цель расчета
Тяговый расчет служит для определения основных параметров двигателя и трансмиссии автомобиля, обеспечивающих ему требуемые тягово-скоростные свойства в заданных условиях движения. Тяговый расчет выполняют при проектировании новой и модернизации выпускаемой модели автомобиля.
1.2 Исходные данные для выполнения расчета
Таблица 1.1. Исходные данные для тягового расчета
Тип автомобиля:
Легковой
Колесная формула, компоновка:
4х2.2, Заднеприводная
Снаряженная масса, кг:
1850
Тип двигателя:
Бензиновый
Тип трансмиссии:
Механическая
Количество передач:
5
Пассажировместимость, человек:
3
Максимальная скорость />, км/ч
115
1.2.1 Коэффициент сопротивления дороги />
Величину коэффициента сопротивления дороги при максимальной скорости принимаем равной />.
1.2.2 Максимальный коэффициент сопротивления дороги />
Максимальный коэффициент сопротивления дороги />, преодолеваемый легковыми автомобилями на низшей передаче трансмиссии, принимают равным 0,3…0,5. Для расчета принимаем />.
1.2.3 Фактор обтекаемости />
Аэродинамические свойства автомобиля зависят от фактора обтекаемости:
/>,
где />– коэффициент лобового сопротивления;
/>– плотность воздуха;
/>– площадь миделева сечения.
/>
1.2.4 Распределение массы автомобиля по осям
У грузовых автомобилей распределение массы по осям зависит от компоновочной схемы. Для расчета принимаем в снаряженном состоянии: />, />; при полной массе />, />.
1.2.5 КПД трансмиссии />
КПД трансмиссии зависит от ее конструкции и для грузовых автомобилей составляет 0,88…0,9. В расчетах принимаем />.
1.3 Выполнение тягового расчета
1.3.1 Определение полной массы автомобиля />
Полная масса грузового автомобиля определяется по формуле:
/>,
где />– масса автомобиля в снаряженном состоянии;
/>– расчетная масса водителя и пассажиров;
/>– масса багажа на одного человека;
/>– число мест;
/>— номинальная грузоподъемность;
/>
1.3.2 Подбор шин
Максимальная и минимальная нагрузки на шину определяются по формулам:
/>, />,
где />– часть полной массы автомобиля, приходящейся на наиболее нагруженную переднюю (1) или заднюю (2) ось, кг;
/>– часть массы автомобиля в снаряженном состоянии, приходящейся на наименее нагруженную переднюю (1) или заднюю (2) ось, кг;
/>– число шин на колесах наиболее нагруженной оси;
/>– число шин на колесах наименее нагруженной оси;
/>– ускорение свободного падения, />.
/>,
/>.
Для расчётов принимаем шины размерностью 185/175R16.Ее статический радиус rст=0,2195м.
/>
1.3.3 Определение максимальной мощности двигателя
Для автотранспортных средств всех типов требуемую максимальную мощность двигателя выбирают из условия обеспечения заданной максимальной скорости />.
При движении с максимальной скоростью />ускорение автомобиля />и мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону:
/>.
Принимая />, запишем уравнение мощностного баланса при движении автомобиля с максимальной скоростью:
/>,
где />– мощность двигателя, необходимая для движения автомобиля с максимальной скоростью, кВт;
/>– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги, кВт;--PAGE_BREAK--
/>– мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха, кВт;
/>– КПД трансмиссии;
/>– коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости движения;
/>– полная масса автомобиля, кг;
/>– ускорение свободного падения, />;
/>– фактор обтекаемости, />;
/>– максимальная скорость движения автомобиля, />.
/>
Необходим двигатель, мощность которого на 5% превышает расчётную мощность, что составляет 81,6*1,05=85,68 кВт. В таблице 1.2. приведены параметры выбранного прототипа двигателя.
Таблица 1.2. Параметры двигателя
Двигатель
ЗМЗ-4052
Мощность, кВт (л.с.)
91 (123,8)
Частота вращения при максимальной мощности, рад/с (об/мин)
546 (5200)
Максимальный крутящий момент, Нм
205
Частота вращения при максимальном моменте, рад/с (об/мин)
473 (4500)
1.3.4 Определение передаточных чисел агрегатов трансмиссии
Проводится проверочный расчет выбранных передаточных чисел трансмиссии.
Таблица 1.3. Параметры КПП автомобиля ГАЗ 3302
Передаточные числа коробки передач
i1
i2
i3
i4
i5
4,05
2,34
1,39
1,084
0,86
Передаточное число главной передачи iГП= 3,9
Определение максимального и минимального передаточных чисел трансмиссии
Максимальное передаточное число трансмиссии определяют по формуле:
/>
Проверяем полученное значение максимального передаточного числа трансмиссии по условию отсутствия буксования ведущих колес (по сцеплению ведущих колес с дорогой)
Условием отсутствия буксования ведущих колес служит неравенство />.
/>.
mсц=mR2*ma2=1,3*2450=3185 кг;
Минимальное передаточное число трансмиссии определяется по формуле:
/>; />,
откуда
/>,
где />– угловая скорость вращения вала двигателя при максимальной скорости движения;
/> – радиус качения колес;
/> – максимальная скорость автомобиля.
/>,
где />– угловая скорость вращения вала двигателя при максимальной мощности;
/>.
/>
Определение диапазона передаточных чисел трансмиссии
Диапазон передаточных чисел трансмиссии равен отношению максимального передаточного числа трансмиссии к минимальному передаточному числу трансмиссии
/>.
1.4 Тягово-динамические характеристики автомобиля
1.4.1 Тяговый баланс, динамический фактор, мощностной баланс и ускорение при разгоне автомобиля продолжение
--PAGE_BREAK--
Проведем необходимые расчеты для построения графиков тягового баланса, динамической характеристики, ускорений при разгоне и мощностного баланса автомобиля.
Расчётные формулы:
Пересчёт угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя в скорость автомобиля:
/>,
где />– передаточное число i-й ступени КПП;
/> – передаточное число главной передачи.
Сила сопротивления качению:
/>,
где fo– коэффициент сопротивления качения при малых скоростях.
Сила сопротивления воздуха:
/>
Сила сопротивления движению:
/>,
где Кс=0,95 – коэффициент подкапотных потерь.
Сила тяги на колёсах:
/>
Динамический фактор:
/>
Ускорение при разгоне:
/>,
где f– коэффициент сопротивления качению; f=f(1+0,0003*Va) при Va>15 м/с; f=fпри Va
/> – коэффициент учёта вращающихся масс
/>,
где Iе– момент инерции вращающихся частей двигателя;
Iк– момент инерции i-roколеса.
Мощность на колёсах:
/>
Мощность сопротивления воздуха:
/>
Мощность сопротивления качению:
/>
Полученные данные заносим в табл. 1.4. – 1.8.
Таблица 1.4. Тяговая сила на колесах
n, мин
V1, м/с
Fk1, Н
V2, м/с
Fk2, Н
V3, м/с
Fk3,
Н
V4,
м/с
Fk4,
Н
Va5,
м/с
Fk5,
Н
1000
1,595
7994
2,76
4619
4,65
2743,72
5,96
2139,71
7,51
1697,55
1200
1,914
8148
3,31
4708
5,58
2796,42
7,15
2180,80
9,01
1730,16
1400
2,233
8281
3,86
4785
6,51
2842,09
8,34
2216,42
10,51
1758,41
1600
2,552 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
1,103
0,766
0,329
0,089
-0,181
5200
1,059
0,729
0,294
0,048
-0,232
5400
1,011
0,688
0,256
0,005
-0,285
5600
0,961
0,645
0,216
-0,040
-0,341
5800
0,906
0,599
0,173
-0,087
-0,400
6000
0,848
0,550
0,128
-0,137
-0,461
1.4.2Определение времени и пути разгона автомобиля
Время разгона автомобиля на каждой передаче:
/>,
где V1– скорость в начале разгона;
V2 – скорость в конце разгона;
ах – ускорение автомобиля.
Наиболее выгодно переключать передачи в точках пересечения графиков ускорений на разных передачах.
Представленный интеграл удобно вычислить численным методом. Для этого разобьем время разгона на каждой передаче на 12 интервалов. Обозначим:
j – номер передачи;
i – номер интервала;
Vi – скорость в конце i-ro интервала;
Vi-1 – скорость в начале i-ro интервала;
ахi-1 – ускорение в начале i-ro интервала;
axi– ускорение в конце i-roинтервала.
Тогда:
/> – изменение времени на i-ом интервале;
/> – изменение скорости на i-ом интервале;
/> – среднее ускорение на интервале.
Кроме того, необходимо учесть время переключения передач />, которое примем равным 0,5 секунде. Тогда время разгона
/>,
где n– количество передач;
m=12 – количество интервалов разбиения времени.
При переключении передачи также происходит уменьшение скорости на величину
/>,
где азам– ускорение автомобиля при переключении передачи;
tn=0,5 сек. – время переключения передачи;
/>
где Fтр– сила трения в трансмиссии , Fтр=0.
Путь разгона автомобиля на каждой передаче
/>,
где t1– время в начале разгона;
t2– время в конце разгона;
V– скорость автомобиля.
Интеграл удобно вычислить численным методом. Для этого разобьём путь разгона на каждой передаче на 12 интервалов.
Обозначим:
j– номер передачи;
i– номер интервала;
Vi– скорость в конце i-roинтервала;
Vi-1– скорость в начале i-roинтервала;
Si-1– путь в начале i-roинтервала;
Si– путь в конце i-roинтервала. продолжение
--PAGE_BREAK--
Тогда
/>,
где />— изменение времени на i-ом интервале; />;
Vcpi– средняя арифметическая скорость автомобиля на i-ом интервале;
/>.
Также необходимо учесть путь, пройденный автомобилем в период переключения передачи Sпj. Тогда путь разгона
/>,
где />.
где />– средняя арифметическая скорость автомобиля в период переключения передачи.
По результатам расчетов построены графики времени и пути разгона автомобиля.
Полученные данные заносим в таблицу 1.9.
Таблица 1.9. Время и путь разгона автомобиля
V, м/с
tp,c
S, м
0,67
0,535144
0,179273
1,34
1,070288
0,717092
2,01
1,597639
1,600406
2,68
2,109871
2,801591
3,35
2,610431
4,310781
4,02
3,105261
6,13423
4,69
3,599179
8,285243
5,36
4,096765
10,78561
6,03
4,606077
13,68594
6,7
5,13426
17,04782
7,37
5,687065
20,93681
8,04
6,282622
25,52556
7,944
7,282622
33,51756
8,444
7,787418
37,65385
8,944
8,294517
42,06258
9,444
8,804461
46,751
9,944
9,319659
51,74533
10,444
9,842398
57,07414
10,944
10,37347
62,75337
11,444
10,9143
68,80738
11,944
11,46587
75,25746
12,444
12,03084
82,14673
12,944
12,61156
89,51839
13,444
13,21216
97,44271
13,944
13,83444 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
Qs
обороты
1 передача
2 передача
3 передача
4 передача
5 передача
1000
21,52806
21,852482
22,665344
23,43682
24,569698
1200
21,20106
21,64204
22,76441
23,83435
25,412787
1400
20,91201
21,48491
22,960386
24,37169
26,460815
1600
20,65993
21,384445
23,242981
25,04486
27,719759
1800
20,44394
21,33039
23,624568
25,86144
29,162697
2000
20,2632
21,326065
24,096818
26,79929
30,79753
2200
20,11694
21,370682
24,658801
27,86693
32,622956
2400
20,00406
21,463628
25,3101
29,06413
34,63904
2600
19,92469
21,611355
26,050795
30,39149
36,864957
2800
19,87784
21,800211
26,881426
31,85036
39,268818
3000
19,86297
22,036535
27,802958
33,45885
41,870992
3200
19,87956
22,32033
28,816754
35,18846
44,676242
3400
19,92716
22,651718
29,92454
37,05766
47,690304
3600
20,00533
23,03995
31,128373
39,07032
50,94344
3800
20,11368
23,467776
32,430612
41,2308
54,397025
4000
20,25183
23,944212
33,833887
43,54391
58,081686
4200
20,41945
24,469766
35,341061
46,03662
62,006276
4400
20,61622
25,045018
36,955208
48,672
66,208828
4600
20,84182
25,681893
38,660921
51,47668
70,64341
4800
21,09597
26,358976
40,498078
54,4568
75,347786
5000
21,3784
27,087801
42,452335
57,61868
80,33276
5200
21,68883
27,869106
44,527286
60,96884
85,609556
5400
22,02698
28,716961
46,726585
64,54212
91,225174
5600
22,3926
29,606021
49,053919
68,29008
97,122003
5800
22,78538
30,549824
51,512983
72,24659
103,34626
6000
23,20506
31,549088
54,10747
76,41861
109,91064