ОПП 2-37 01 02 13 2.3 Тягово-динамический расчет 1 страница

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

2.3 Тягово-динамический расчет

2.3.1 Обзор автомобилей - прототипов

Характеристики автомобилей-прототипов приводятся в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики автомобилей-прототипов

Марка автомобиля

(фирма - производитель,

страна)

Параметр

Toyota Avensis Седан 2.0 MT Executive

Япония

Ford

Mondeo

США

Opel

Astra

Германия

1 Двигатель

1.1 Тип

1.2 Рабочий объем V_h, л

1.3 Максимальная мощность Р_emax при частоте вращения вала n_Р, кВт (л.с.)/об/мин

1.4 Максимальный крутящий момент М_е_max при частоте вращения коленчатого вала n_M _,Н^.м/об/мин

1.5 Удельная мощность Р_уд = Р_emax/m_a _, кВт/т

Бензин

2.0

152(207)/

196/4000

79,7

Бензин

2.0

96(130,5)/6000

260/3600

60,5

Бензин

2.0

100(136)/

285/3750

59,0

2 Трансмиссия

2.1 Тип

2.2 Привод

2.3 Колесная формула

2.4 Передаточные числа коробки передач:

первой передачи U ₁

U ₂

U ₃

U ₄

U ₅

U _В

Механич.

Передний

4×2

Механич.

Передний

4×2

Механич.

Передний

4×2

3 Шины, типоразмер

215/55 R17

185/65 R14

195/60 R15

4 Габаритные размеры

4.1 Высота Н_г _,м

4.2 Ширина В_г _,м

4.3 Колесная база L, м

4.4 Коэффициент обтекаемости С_х

1,48

1,81

2,7

1,420

1,75

2,7

1,430

1,71

2,6

5 Масса

5.1 Полная m_a _,т

5.2 Снаряженная m₀, т

5.3 Сухая m_c, т

1,905

1,48

1,815

1,245

1,695

1,170

6 Динамические характеристики

6.1 Максимальная скорость V_а_max _,км/ч

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

Продолжение таблицы 1


6.2 Время разгона t_p, с 0 – 100 км/ч, с		9,9
7 Расход топлива, л/100 км: 7.1 При скорости 90 км/ч 7.2 Городской цикл 7.3 Смешанный цикл	6,5 9,1 6,9	5,9 11,6 7,75	6,6 8,3
8 Вместимость 8.1 Число мест для сидения n

1.2 Техническое задание

В таблице 2 приводятся исходные данные для проектирования автомобиля согласно заданию на курсовое проектирование.

Проектируется легковой автомобиль 3 класса 1 группы.

Таблица 2 - Данные технического задания на проектирование легкового автомобиля

Параметр	Значение
1 Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем, л 1.3 Коэффициент приспособляемости по частоте вращения, К_n 1.4 Коэффициент приспособляемости по крутящему моменту, Km	Бензин 2,0 1,55 -
2 Трансмиссия: число передач
3 Масса 3.1 Снаряженная m_c_н, т	1,48
4 Число мест для сидения n (включая водителя)
5 Максимальная скорость V_а_max _,км/ч

1.3 Параметры автомобиля

1.3.1 Полная масса автомобилей

m_a=m_c_нар+n(m_ч+m_б) (1)

где m_c_нар – снаряженная масса, кг;

m_ч = 75кг – масса человека;

m_б =10кг – масса багажа водителя и пассажиров;

n – число мест для сидения.

m_a=1480+5(75+10)=1905 кг

1.3.2 Габариты

Основываясь на данных сравниваемых автомобилей - прототипов, принимаем:

- габаритную высоту, H_Г = 1,48м;

- габаритную ширину, B_Г =1,81 м;

- колёсную базу, L = 2,7 м;

- коэффициент обтекаемости, С_Х = 0,28.

Рассчитываем коэффициент сопротивления воздуху К_В и площадь лобового сопротивления S:

К_В = 0,5С_Х ρ, (2)

где ρ – плотность воздуха,

ρ = 1,225 кг/м³;

К_В = 0,5 · 0,28 · 1,225 = 0,17 Н · с²/м⁴,

S=α · В_Г · Н_Г,м² (3) где α – коэффициент заполнения площади,

α = 0,78…0,8

принимаем α = 0,8;

S = 0,8 · 1,81 · 1,48 = 2,14 м².

1.3.3 Трансмиссия

По данным таблицы 1 “Характеристики автомобилей-прототипов” принимаем колесную формулу, тип привода передний, приводим упрощенную кинематическую схему трансмиссии и рассчитываем коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссия η_т.

Упрощенная кинематическая схема трансмиссии изображена на рисунке 1.

1-двигатель; 2-коробка передач; 3-приводные валы со ШРУСами Рисунок 8 – Упрощённая кинематическая схема трансмиссии

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

КПД механической трансмиссии автомобиля практически не зависит от режима ее работы и при проектных расчетах может быть найден по формуле:

η_т= η_КП ^. η ⁿ_к.ш. ^. η ^р_о, (4)

где η_КП = 0,95…0,98 – КПД коробки передач;

принимаем η_КП =0,97;

η_к.ш _. = 0,995 – КПД карданных шарниров;

n – число карданных шарниров; n=4 (по схеме);

η_о = 0,93…0,97 – КПД главной передачи;

принимаем η_о =0,96;

р – количество главных передач; p=1.

η_т=0,97·0,995⁴·0,96=0,91;

КПД механической трансмиссии находится в установленных пределах:

η_т = 0,89…0,92 – легковые автомобили.

1.4 Параметры двигателя

Определим мощность двигателя Р_eV, необходимую для движения автомобиля с максимальной скоростью:

, (5)

где V_amax – максимальная скорость автомобиля, км/ч (приводится в техническом задании на проектирование);

η_т– КПД трансмиссии;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

m_a– полная масса автомобиля, т;

ψ_Va _max – коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с максимальной скоростью; для легковых автомобилей - ψ_Vamax = 0,025…0,04; принимаем ψ_Vamax =0,03;

К_В и S определены в пункте 1.3.2.

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания – зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя Ре и Ме от частоты вращения коленчатого вала n, приближенно может быть представлена зависимостью:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

(6)

где Р_е – текущая мощность ДВС;

Р_е_max – максимальная мощность ДВС, кВт;

a, b и c – коэффициенты зависящие от типа и конструкции ДВС;

n_е – текущая частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин;

n_р – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин.

Основываясь на данных по ДВС автомобилей – прототипов, которые приведены в таблице 1, принимаем для ДВС проектируемого автомобиля:

n_е_min = 600…800 об/мин – минимальную устойчивую частоту вращения коленвала, n_е_min = 800 об/мин;

n_р – частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин, n_p= 5600 об/мин.

Для бензинового ДВС n_е_max= n_р∙ K o,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

где K o= 0,9…1,115 – коэффициент соотношения максимальной частоты вращения коленчатого вала и частоты при максимальной мощности ДВС(обычно принимается большим 1,1).

n_е_max=5600∙1,07= 6000 об/мин

Для бензинового ДВС частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, развиваемом ДВС, определяется по соотношению:

n_М= n_р/ к_n, (7)

где к_n – коэффициент приспосабливаемости по частоте вращения коленчатого вала ДВС (приведено в техническом задании на проектирование).

n_М= 5600 / 1,55 = 3600 об/мин,

Для бензинового ДВС рассчитываем коэффициент приспосабливаемости по крутящему моменту

Полученное значение К м для бензинового ДВС должно находиться в пределах: К м= 1,05…1,45.

Принятые и рассчитанные значения характерных частот вращения коленчатого вала ДВС заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Характерные частоты вращения коленчатого вала ДВС проектируемого автомобиля

Частота ДВС	Обозначение	Величина, об/мин
минимальная устойчивая	n_{e min}
при максимальном крутящем моменте М_e _max	n_M
при максимальной мощности Р_emax	n_р
максимальная	n_{e max}

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

Определим коэффициенты a, b и c, входящие в формулу (6) для бензинового ДВС:

(8)

(9)

(10)

Если коэффициенты a, b и c, определены правильно, то для обоих типов ДВС должны выполняться следующие условия:

1) с< 0;

–1,41< 0;

2) а + b + с = 1;

0,6+ 1,81 + (-1,41) = 1;

3) b + 2с / К_n = 0;

1,81+ 2 · (-1,41) / 1,55 = 0;

4) a + b / K_n + c/K_n² = K_м;

0,6+ 1,81 / 1,55+ (-1,41) / 1,55²= 1,177;

5) a + 2b + 3c=0;

0,6+2 · 1,81+3 ·(-1,41) = 0.

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a, b и с заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Коэффициенты для построения ВСХ

a	0,6
b	1,81
с	-1,41

Из формулы (6) выразим максимальную мощность ,развиваемую ДВС:

Ранее найдена мощность Pev, необходимая для движения автомобиля с максимальной скоростью Vamax, а так как при достижении Vamax частота вращения коленчатого вала ДВС также минимальна − n_emax _,то Р_emax для бензиновых ДВС определим по формуле:

Рассчитаем удельную мощность Р_уд, Для проектируемого автомобиля:

Р_уд.=

Р_уд.= (11)

Крутящий момент М_рпри максимальной мощности Р_emax:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

М_р=

(12)

где Р_emax– максимальная мощность, кВт;

n_р– частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин.

М_р=

Тогда максимальный крутящий момент М_emax равен:

М_emax = М_р· К_М, (13)

М_e _max = 187,75· 1,177= 221 Н·м

Рассчитанные показатели мощности ДВС Р_emax, крутящего момента М_emax и удельной мощности Р_уд должны находиться на уровне автомобилей - прототипов, что отражается в таблице 5 и сопоставляется с данными таблицы 6.

Таблица 5 - Основные показатели ДВС проектируемого автомобиля и автомобилей - прототипов

Р _e_max

кВт (л.с.)/об/мин

М_e_max

Н ^. м/об/мин

Р_уд.

кВт/т

Проектируемый

автомобиль

110,1 (149,7)/5600

221/3600

57,8

Автомобили-

Прототипы:

Ford Mondeo

Opel Astra

Toyota Avensis

96(130,5)/6000

152(207)/6200

260/3600

285/3750

196/4000

60,5

59,0

79,7

Таблица 6 - Значения удельной мощности Р_уд. для различных типов автомобилей

Тип автомобиля	легковой	грузовой	автобусы	автопоезда	Внедорожные
Р_уд., кВт/т	17…90	8…20	9…15	4,5…8	7…16

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

Построение внешней скоростной характеристики проектируемого автомобиля

Как показано в пункте 1.4, внешняя скоростная характеристика (ВСХ) ДВС приближенно может быть представлена зависимостью для эффективной мощности:

Р (14)

где значения Р _emax, n_р, а, b и с рассчитаны в пункте 1.4.

Преобразуем последнюю формулу:

Р и разделив обе (15)

части на ne, получим (16)

эффективный крутящий момент ДВС определяется следующей зависимостью:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

(17)

где М_р – крутящий момент при максимальной мощности ДВС, Н^.м.

Подставляя ранее полученные значения Р_emax, n_р, а, b и с и М_р в формулы (14), (17) и, выбирая текущие значения частоты вращения

коленчатого вала n_e (порядка 8-ми точек, в число которых обязательно включаются характерные частоты – n_emin_,n_M_,n_р,n_emax, а интервалы между ними разбиваются равномерно, но при этом значения n_e должны быть кратными 100) и производим расчет ВСХ: результаты вычислений заносим в таблицу 8, по данным которой строим график ВСХ.

Таблица 7 - Внешняя скоростная характеристика ДВС проектируемого автомобиля

Обозначение	n_emin1	n_e2	n_e3	n₄	n_e_m	n_e6	n_e7	n_e8	n_emax₉
ne, об/мин
Ре, кВт	13,1	29,0	47,3	66,1	83,6	96,1	106,4	110,1	108,6
Ре, л.с.	17,8	39,5	64,3	89,9	113,7	130,8	144,7	149,7	147,7
Ме, Н м	155,8	184,7	205,3	217,6	221,0	218,6	207,3	187,8	172,9

По данным таблицы 7 на миллиметровке формата А4 строится график с указанием: “Рисунок 6 – Внешняя скоростная характеристика двигателя”

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ОПП 2-37 01 02 13

2.2 Развесовка и выбор шин проектируемого автомобиля

Распределение массы для легковых переднеприводных автомобилей на задний мост – 0,36…0,47.

(18)

Максимальная нагрузка, приходящаяся на одно колесо: 1,22/2=0,61т.

После распределения массы по осям, используя стандарты, в которых приводится номенклатура шин, осуществляем выбор шин по нагрузке, приходящейся на колесо, и индексу максимальной скорости по ГОСТ 4754–97.

Выбираем шины 215/55 R17.

После выбора шин для проектируемого автомобиля определяем основной расчетный радиус колес r_к – радиус качения колеса без скольжения:

(19)