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;
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
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
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 ja z = 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 Va min до максимальной скорости Va max находят 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
Va min = 0 до максимальной – Va max, 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]
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
1. Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий. Методические указания по курсовому проектированию. Составитель А.И. Федотов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. Часть 1–41 с.