Санкт - Петербургская Государственная Академия

Сервиса и экономики

«Тяговой расчет автомобиля»

Калуга 2007

1. Исходные данные

Автомобиль - ВАЗ-2108

Колесная формула - 4х2

Грузоподъемность автомобиля - 450кг

Тип двигателя - Карбюраторный

Коробка передач - Механическая 5 ступенчатая

Максимальная скорость - 140 км/час

Коэффициент суммарного сопротивления дороги - f₀=0.0085

Полная масса автомобиля - 1425кг

Масса, приходящаяся на ведущие колеса - 800кг

Мощность двигателя - 135 л.с. (100 кВт) при 6000 об/мин

Удельный расход топлива - 7 л на 100 км

Шины - 175/65 R 14

Радиус качения R_к=0.288 м

КПД трансмиссии - &=0.953

Коэффициент лобового сопротивления K_w=0.3

Лобовая площадь Fa=2 м²

2. Тягово-динамический расчет автомобиля

К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:

где N_e-эффективная мощность двигателя, кВт

M_e-эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м

g_e-удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч

n_e-частота вращения коленчатого вала ДВС,мин^-1

Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала

В рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от n_emin до n_emax при этом:

Для карбюраторных двигателей- n_emin=600-1200 мин^-1

n_emax=(1.25-1.3)n_eN мин^-1

По указанным рекомендациям устанавливаем n_emin=800 мин^-1 и

n_emax=1.3*6000=7800 мин^-1

Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов

Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:

N_ei=N_emax(a*(n_ei/n_eN)+b*(n_ei/n_eN)²-c*(n_ei/n_eN)³),

где n_ei-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1.

n_ei изменяется в диапазоне от n_emin до n_emax

n_eN - частота вращения коленчатого вала при максимально эффективной мощности двигателя,мин^-1

i=1,2,3…-номера расчетных точек.

a, b, c –коэффициенты (константы Лейдермана),зависящие от конструкции ДВС. Для карбюраторных двигателей a=b=c=1

N_ei –текущее значение эффективной мощности, кВт

N_emax-максимальная эффективная мощность двигателя, кВ

N₈₀₀=100*(1*(800/7800)+1*(800/7800)²-1*( 800/7800)³)=11,2 кВт

N₇₈₀₀=100*(1*(7800/7800)+1*(7800/7800)²-1*( 7800/7800)³)=100 кВт

Остальные данные заносятся в таблицу

Ni	11.2	23.86	37.39	50.96	64	76.1	86.34	90.68	94.13	98.86	100
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Определение минимального удельного расхода топлива

g_emin - минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч

g_emin=[1.22-1.22*( n_i/_{nNe max})+( n_i/ n_{Ne max})²]

g_emin=287 г/кВт*ч

Определение эффективного крутящего момента.

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:

M_ei=9550*N_ei/n_ei, Н*м

где N_ei –текущее значение эффективной мощности,кВт

n_ei-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1.

M₈₀₀=9550*11.2/800=133,7 Н*м

M₇₈₀₀=9550*100/7800=122,44 Н*м

Остальные данные заносятся в таблицу

М	133,7	142,3	150,65	152,1	153	151	147	144	140	131	122,4
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

 

Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива.

Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:

g_ei=Kg*g_emin(A-B(n_ei/n_eN)+C(n_ei/n_eN)²), г/кВт*ч

где Kg-коэффициент,учитывающий равномерность горения заряда топлива: для карбюраторных Kg=0.99…1

g_emin-минимальный удельный расход топлива,г/кВт*ч

n_ei текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин^-1.

изменяется в диапазоне от n_emin до n_emax

A,B,C-коэффициенты,характеризующие конструктивные особенности двигателя: A=1.3 B=0.85 C=0.6

g₈₀₀=1*287*(1,3-0,85*(800/7800)+0,6*(800/7800)²)=349,88 г/кВт*ч

g₇₈₀₀=1*287*(1,3-0,85*(7800/7800)+0,6*(7800/7800)²)=301,35 г/кВт*ч

Остальные данные заносим в таблицу

g	349	330	314	301	293	288	286	287	288	294	301
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Полученные данные заносятся в таблицу

По данным расчетов строятся графики зависимостей N_e, M_e, g_e.

Определение передаточных чисел КПП

По справочным данным: 1 – 3,64 3 – 1,36 2 – 1,95 4 – 0,94 5 – 0,78

Увеличение числа передач улучшает тяговые свойства автомобиля, динамический фактор на передачах и способствует развитию больших ускорений при одинаковых сопротивлениях, сокращает время разгона. Главное передаточное число 3,7.

 

3. Определение динамических показателей автомобиля

 

К ним относят касательную силу тяги на ведущих колесах, динамический фактор, скорость движения, ускорения, время и путь разгона. Последние три параметра характеризуют быстроту разгона автомобиля и определяют его приёмистость. Параметры динамичности автомобиля определяются по универсальной динамической характеристики и заданному дорожному сопротивлению для горизонтального участка дороги с твердым покрытием.

Тяговая характеристика автомобиля

Сила тяги определяется из зависимости:

P_kn= U_тpn*M_ei*n_тр/r_k, Н

где: P_k – сила тяги на ведущих колесах

U_трn - передаточное отношение трансмиссии на n^-ом номере передач

U_трn=U_0n*U_n*U_pkn Где:

U_0n- передаточное отношение главной передачи

U_n- передаточное отношение в коробке передач на n^-ой передаче

U_тр1=3,7*3,64=13,468

U_тр2=3,7*1,95=7,252

U_тр3=3,7*1,36=5,032

U_тр4=3,7*0,94=3,478

U_тр5=3,7*0,78=2,886

M_ei - текущее значение крутящего момента двигателя

n_тр - КПД трансмиссии на всех передачах – постоянно

r_k - Радиусы качения всех колес одинаковые и не изменяются во всем диапазоне скоростей движения автомобиля

Сила тяги на 1^-ой передаче:

P_k800=13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н

P_k7800=13.468*122.44*0.95/0.288=5439.482H

Остальные значения заносятся в таблицу

Pk	5939	6321	6692	6756	6798	6726	6541	6404	6240	5825	5439
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Сила тяги на 2^ой передаче:

P_k800=7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н

P_k7800=7.252*122.44*0.95/0.288=2928.952H

Остальные данные заносят в таблицу

Pk	3198	3404	3603	3637	3660	3621	3522	3448	3360	3136	2928
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Сила тяги на 3^ий передачи:

P_k800=5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н

P_k7800=5.032*122.44*0.95/0.288=2032.334H

Остальные данные заносят в таблицу

Pk	2219	2361	2500	2524	2540	2513	2443	2393	2331	2176	2032
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Сила тяги на 4^ой передачи:

P_k800=3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H

P_k7800=3,478*122.44*0.95/0.288=1404,701H

Остальные данные заносятся в таблицу

Pk	5939	6321	6692	6756	1755	1737	1689	1654	1611	1504	1404
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Сила тяги на 5^ой передачи:

P_k800=2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H

P_k7800=2.886*122.44*0.95/0.288=1165.603H

Остальные данные заносятся в таблицу

Pk	1278	1354	1434	1447	1456	1441	1401	1372	1337	1248	1165
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Сила лобового (аэродинамического) сопротивления

P_w=K_w*F_a*V²_ani /13

где K_w - Коэффициент лобового сопротивления

F_a – Лобовая площадь автомобиля

V_ani – скорость движения автомобиля на n^-ой передаче в i^ой расчетной точке V_ani=0.377*r_k*n_ei/U_трn Где:

n_ei-частота вращения вала двигателя в i^-ой расчетной точке,мин^-1

r_k-радиус качения шины

U_трn-передаточное отношение трансмиссии на n^-ой номере передач

в каждом из агрегатов

На первой передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/13.46=6.4

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/13.46=63

На второй передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/7.2=12

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/7.2=116

На третьей передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/5=17

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/5=163

На четвертой передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/3.4=25

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171

На пятой передаче:

V_ani800=(0.377*0.288*800)/2.8=30

V_ani7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293

На первой передаче:

P_w800=0.3*2*41.59/13=1.9

P_w7800=0.3*2*3954.12/13=182.49

На второй передаче:

P_w800=0.3*2*143.4=6.7

P_w7800=0.3*2*13.637=629.4

На третьей передаче:

P_w800=0.3*2*297.9=13.7

P_w7800=0.3*2*283.25=1307.5

На четвертой передаче:

P_w800=0.3*2*623.7=28.7

P_w7800=0.3*2*5929.2=2736.5

На пятой передаче:

P_w800=0.3*2*905.8=41.9

P_w7800=0.3*2*8611.9=3974.5

Остальные данные заносятся в таблицу

На первой передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Pw	1.9	7.6	17.2	30.7	48	70	94	107	122	155	182

На второй передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Pw	6.6	26	56	105	165	238	324	372	423	536	629

На третьей передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Pw	14	55	123	220	343	495	673	773	880	1113	1307

На четвертой передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Pw	28.7	115	259	460	719	1036	1410	1619	1842	2331	2736

На пятой передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	6800	7800
Pw	41	167	376	668	1045	1505	2048	2351	2675	3386	3976

Скорость движения автомобиля:

V=0.105*((n_i*r_k)/(i₀*i_k))

где: n_i - частота вращения коленчатого вала

r_k – радиус качения

i₀ – главное передаточное число

i_k – передаточное число для каждой передачи

На первой передаче

V₈₀₀=0,105*((800*0,288)/(3,7*3,64))=1,8

V₇₈₀₀=17

На второй передаче

V₈₀₀=3.5

V₇₈₀₀=33.5

На третей передаче

V₈₀₀=4.8

V₇₈₀₀=47

На четвертой передаче

V₈₀₀=7

V₇₈₀₀=67

На пятой передаче

V₈₀₀=8

V₇₈₀₀=81

Остальные данные заносятся в таблицу

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Va	1,8	3,57	5,4	7,14	9	11	12,5	13,4	14	16	17

 

На второй передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Va	3.5	7	10	14	17	20	24	26	27.5	30	33.5

На третьей передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Va	4.8	9.6	14	19	24	29	33	36	39	43	47

На четвертой передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Va	7	13.7	20	27	34	41	48	51	55	62	67

На пятой передаче

ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800
Va	8	16	25	33	41	50	58	62	67	75	81

Динамическая характеристика автомобиля

Для сравнительной оценки тяговых качеств автомобиля, независимо от массы, используется динамический фактор

Д = (P_k-P_w)/(m_a*g),

где P_k – тяговая сила на ведущих колесах

P_w – величина силы сопротивления встречного воздуха

m_a – масса автомобиля

g – ускорение свободного падения(9,8)

На первой передаче

Д₈₀₀=(P_k800-P_w800)/(1425*9.8)=(5939-2)/14=424

Д₇₈₀₀=(5439-182)/14=375

На второй передаче

Д₈₀₀=(3198-6,6)/14=228

Д₇₈₀₀=(2928-629)/14=164

На третьей передаче

Д₈₀₀=(2219-14)/14=157

Д₇₈₀₀(2032-1307)/14=58

На четвертой передаче

Д₈₀₀=(1533-29)/14=107

Д₇₈₀₀(1404-2736)/14=0

На пятой передаче

Д₈₀₀=(1272-41)/14=88

Д₇₈₀₀(1165-3974)/14=0

Остальные данные заносят в таблицу

На первой передаче

Д1	424	451	477	480	482	475	460	450	437	405	375
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

На второй передаче

Д2	228	241	253	252	250	241	228	220	210	186	164
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

На третьей передаче

Д3	157	165	170	165	157	114	126	116	104	76	58
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

На четвертой передаче

Д4	107	108	105	92	74	50	20	2,5	0	0	0
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

На пятой передаче

Д5	88	85	76	56	29	0	0	0	0	0	0
ni	800	1600	2400	3200	4000	4800	5600	6000	6400	7200	7800

Мощностной баланс автомобиля

N=N_{b +}N_тр+N_w+N_j+N_q

N_b=10^-3*P_b*V_a [кВт] – мощность затраченная на привод вспомогательного оборудования где:

V_a – скорость автомобиля (м/с);

Р_b – сила сопротивления вспомогательного оборудования;

N_e – мощность двигателя;

Наим.	Показатели		Частота вращения коленчатого вала об/мин.
	Обозн.	Разм.	800	1600	2400	3200			4000	4800	5600	6000		6400	7200		7800
Мощн. ДВС	Ne	кВт	11	23	37	50			64	76	86	90		94	98		100
Мощн. потерь прив.	Nb	кВт	0,04	0,14	0,32	0,63			1,12	1,83	2,8	4,08		5,72	7,75		10,2
	Ne-Nb	кВт	11	23	37	40,8			63	75	84	86		90	91		89,8
Перед.	Va	м/с
1	Va1	м/с	2	5	7		9	11		12	13		14	15	16	17
2	Va2	м/с	4	7	10		14	17		20	24		26	27	30	33
3	Va3	м/с	5	9	14		19	24		29	33		36	39	43	47
4	Va4	м/с	7	13	20		27	34		41	48		51	55	62	67
5	Va5	м/с	8	16	25		33	41		50	58		62	67	75	81

Список использованной литературы

 

1. Чудаков Е.А. «Теория автомобиля» М: Машииз, 1990, - 344с.

2. «Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей» /под ред. Орлина А.И., Круглова М.Т. М: Машиностроение. - 1993 г. 372с.

3. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» М: Высшая школа, 1997г. - 400с.

4. Митрофанов В.И., Шабашева М.М. «Методы расчета эффективного удельного расхода топлива ДВС при проектировании автомобилей» Межвузовский сборник научных трудов. М: ВЗМИ, 1996г. - 145с.

5. Смирнов Г.А. «Теория автомобиля» М: ВШ, 1991. 344с.