АВТОМОБІЛІ (КП)
2021
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського
«Харківський авіаційний інститут»
Факультет літакобудування
Кафедра 107
Курсовий проект
З дисципліни: «Автомобілі»
на тему: «Аналіз тягово-швидкісних властивостей автомобіля»
Виконав: студент 4 курсу групи № 133 т ст
напряму підготовки (спеціальності)
274 Автомобільний транспорт__________
__._________________
Керівник: ____________
Національна шкала: __________
Кількість балів: _____
Оцінка: ECTS _____
Харків – 2021
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ СКОРОЧЕНЬ
m – повна маса автомобіля m, кг;
Ne.max – максимальна потужність двигуна, кВт;
Me.max – максимальний крутний момент двигуна, Н·м;
– крутний момент двигуна, Н·м;nN – частота обертання валу двигуна при максимальній потужності, об / хв;
nM – частота обертання валу двигуна при максимальному моменті, що крутить, об / хв;
Δn – постійний інтервал оборотів двигуна;
Nе – поточне значення потужності двигуна, об / хв;
n – поточна частота обертання колінчастого вала двигуна, об / хв ;
– мінімально стійкі обороти двигуна, об / хв;А1, А2, А3 – емпіричні коефіцієнти, що характеризують тип двигуна внутрішнього згоряння;
Uki – передавальне відношення i-тій передачі коробки передач;
Uрв – передавальне відношення роздавальної коробки вищій передачі;
U0 – передавальне відношення головної передачі;
Rст – статичний радіус колеса, м;
rд– динамічний радіус колеса, м;
rдо– радіус кочення колеса, м;
d – діаметр обіду колеса (внутрішній діаметр шини), м;
b – ширина профілю шини, м;
λ – коефіцієнт радіальної деформації шини;
Вг – ширина автомобіля, м;
Нг – висота автомобіля, м;
ηтр– ККД трансмісії автомобіля;
k – коефіцієнт опору повітрю, Н·с2 / м4;
Vmax – максимальна швидкість, км / год;
tр – час розгону до 100 км / год;
– коефіцієнт дорожнього опору;
– величина ухилу дороги;
– коефіцієнт опору кочення колеса;h – висота підйому автомобіля на ділянці дороги з ухилом, м;
a – довжина горизонтальної ділянки дороги з ухилом, м;
ge, – питома витрата палива, г / (кВт.год);
geN – питома ефективна витрата палива при максимальній потужності двигуна, г / (кВт.год);
geн – питома ефективна витрата палива при номінальній потужності двигуна, г / (кВт.год);
Gт – годинна витрата палива, кг / год;
Pk – тягове зусилля на ведучих колесах, Н;
Pψ – сила сумарного дорожнього опору, Н;
PW – сила опору повітря, Н;
Pj – сила опору розгону, Н;
F – лобова площа автомобіля, м2;
α – коефіцієнт заповнення площі;
δ – коефіцієнт що враховує вплив інерції обертових мас автомобіля;
j – прискорення автомобіля в поступальному русі, м / с2;
D – динамічний фактор автомобіля;
Nr – потужність, що втрачається в трансмісії, кВт;
Nψ – потужність, що витрачається на подолання сумарних дорожніх опорів, кВт;
NW – потужність, що витрачається на подолання опору повітря, кВт;
Nj – потужність, яка використовується для розгону, кВт;
– коефіцієнт пристосовності двигуна;ψmaxi – максимальній дорожній опір;
Vkp – критична швидкість;
imax – максимальний може здолати поздовжній ухил дороги.
Вступ
З метою отримання даних для подальшого виконання аналізу тягово-швидкісних властивостей для заданих умов експлуатації обраної моделі автомобіля, в курсовому проекті виконуються необхідні теоретичні розрахунки на підставі технічних і експлуатаційних даних конкретного автомобіля.
Один і той же тип автомобіля може бути оснащений двигунами різних моделей, з різною потужністю, крутним моментом частотою обертання колінчастого валу і ін. Це безпосередньо впливає на ряд одержуваних тягово-швидкісних, динамічних та інших факторів автомобілів одного типу, але оснащених різними типами двигунів.
Крім факторів, які обумовлює тип застосовуваного двигуна, необхідно враховувати ряд факторів відносяться безпосередньо до умов експлуатації та конструктивних особливостей аналізованого автомобіля. До них, зокрема, відносяться: тип покриття дороги, на якій експлуатується автомобіль, максимальний ухил дороги, повна вага автомобіля, ККД трансмісії, тип і розмір застосовуваних коліс, коефіцієнт аеродинамічного опору і ряд інших параметрів.
Порядок виконання курсового завдання:
– вибір вихідних даних і побудова графіка зовнішньої швидкісної характеристики двигуна, яким оснащений автомобіль;
– побудова графіків силового балансу автомобіля;
– побудова графіків показників розгону автомобіля;
– побудова графіка потужностного балансу автомобіля;
– аналіз тягово-швидкісних властивостей автомобіля.
Для зручності сприйняття проведені розрахунки необхідно звести в таблиці, в пояснювальному тексті необхідно представити розрахункові залежності з розшифровкою отриманих параметрів. За отриманими розрахунковими даними побудувати графіки необхідні для проведення аналізу отриманих значень тягово-швидкісних властивостей автомобіля.
Як приклад виконання роботи наводиться виконання розрахунково-графічного аналізу характеристик автомобіля УАЗ-452, який рухається по гравійної дорозі в хорошому стані, без ухилу.
ВИБІР ВИХІДНИХ ДАНИХ
З довідника НИИАТ [1] і документації на автомобіль вибираємо для заданої теми курсової роботи моделі автомобіля вихідні дані для розрахунку і реальні значення основних параметрів автомобіля для їх подальшого порівняння з отриманими розрахунковими.
Вихідні дані для розрахунку.
Вид автомобіля .........................................фургон;
Повна маса m, кг .......................................2730;
Марка і тип двигуна ...................................УАЗ-452д, бензиновий;
Максимальна потужність Nemax, кВт ........72,08;
Частота обертання валу двигуна при
максимальній потужності nN, об / хв …...4000;
Наявність обмежувача частоти
обертання валу двигуна ….......................немає;
Передавальні числа:
– коробки передач Uk1 ............................4,12 ;
Uk2 .................................2,64 ;
Uk3 .................................1,58 ;
Uk4 .................................1,;
– роздавальної коробки ...........................1;
– головної передачі U0 .............................5,125 ;
Тип застосовуваних шин ..........................235/75 R15 ;
Статичний радіус колеса Rст, м ..............0,36;
Габаритні розміри:
– ширина Вг, м ...........................................1,94;
– висота Нг, м ............................................2,08;
ККД трансмісії η ............................... .........0,7455;
Коефіцієнт опору повітрю до, Н·с2/М4 . …0,4.
Реальні значення основних параметрів автомобіля для порівняння їх з отриманими розрахунковими даними.
Максимальний крутний момент двигуна Memax, Н · м ...182;
Частота обертання валу двигуна при максимальному моменті,
що крутить nM, об / хв ........................................................2200;
Максимальна швидкість Vmax, км / год .............................. 115;
Час розгону до 100 км / год tр, з ........................................35;
Якщо в технічній характеристиці автомобіля відсутні відомості по обмежувача частоти обертання валу двигуна, вважають, що обмежувач встановлюється на всі вантажні автомобілі та АТС на їх базі і не встановлюється на легкові автомобілі і АТС на їх базі.
При наявності роздавальної коробки або дільника необхідно взяти менше значення Uрв (вища передача).
Якщо головна передача розглянутого автомобіля має кілька передавальних чисел, то слід вибрати менше з них.
При відсутності значень максимальної швидкості і часу розгону для заданої моделі автомобіля можна вибрати ці значення по найближчому аналогу.
У зв'язку з великим різноманіттям видів деформації пневматичної шини її радіус не має одного певного значення, як у колеса з жорстким ободом.
Розрізняють такі радіуси колеса з пневматичною шиною:
– вільний радіус –це найбільший радіус бігової доріжки колеса, вільного від зовнішнього навантаження. Він дорівнює відстані від поверхні бігової доріжки до осі колеса;
– статичний радіус – це відстань від осі нерухомого колеса до поверхні дороги. Він залежить від навантаження, що припадає на колесо, і тиску повітря в шині. Статичний радіус зменшується при зростанні навантаження і зниження тиску повітря в шині, і навпаки;
– динамічний радіус – це відстань від осі колеса що котиться, до поверхні дороги. Він залежить від навантаження, тиску повітря в шині, швидкості руху і моменту, що передається через колесо. Динамічний радіус зростає при збільшенні швидкості руху і зменшення переданого моменту, та навпаки;
– радіус кочення –цевідношення лінійної швидкості осі колеса до його кутової швидкості.
Статичний радіус коліс вибирають за розміром шин з відповідних державних стандартів. Якщо відомості по статичному радіусу відсутні, то його можна наближено визначити за формулою
(1)де: d і b – відповідно діаметр обіду колеса (внутрішній діаметр шини) і ширина профілю шини, м (визначається по маркуванню шин); λ – коефіцієнт радіальної деформації шини.
Для стандартних і широкопрофільних шин значення коефіцієнта приймають як λ = 0,1 ... 0,16 (менші значення беруть для вантажних, а більші – для легкових автомобілів), для аркових шин і пневмокаткив значення коефіцієнта приймають як λ = 0,2. ..0,3.
Визначення коефіцієнта дорожнього опору
Для проведення необхідних подальших розрахунків необхідно визначити значення коефіцієнта дорожнього опору. Для визначення значення коефіцієнта використовуємо формулу:
(2)де:
– величина ухилу дороги; – коефіцієнт опору кочення колеса.Величина ухилу дороги визначається як відношення висоти підйому дороги до довжини горизонтальної ділянки і є безрозмірною величиною обчислюється за формулою:
(3)де: h – висота підйому автомобіля на ділянці дороги з ухилом, м;
a – довжина горизонтальної ділянки дороги з ухилом, м.
У практичних цілях можливе застосування наступних розрахункових формул:
Величина ухилу дороги в процентах:
% (4)Величина ухилу дороги в проміле:
% (5)При визначенні величини ухилу дороги в залежності від категорії експлуатації при неможливості визначення розрахунковим шляхом використовують дані наведені в таблиці нижче.
Табліца1.1 – Середні величини ухилу дороги в залежності від категорії експлуатації
| Категорії експлуатації | I | II | III | IV | V |
| Основні ділянки дороги | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 |
| Важкі ділянки пересіченій місцевості | 40 | 50 | 60 | 70 | 90 |
| Важкі ділянки гірської місцевості | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
Значення величини коефіцієнта опору колеса вибирають з середніх значень наведених в таблиці.
Табліца1.2 – Середні значення коефіцієнта опору коченню
| Тип і стан дорожнього покриття | f | |
| Асфальтобетонна і Цементобетонна дорога: | в хорошому стані | 0,007 – 0,015 |
| у задовільному стані | 0,015 – 0,02 | |
| Гравійна дорога в хорошому стані | 0,02 – 0,025 | |
| Брукова дорога в хорошому стані | 0,025 – 0,030 | |
| Ґрунтова дорога: | суха укочена | 0,025 – 0,030 |
| після дощу | 0,050 – 0,15 | |
| у період бездоріжжя | 0,10 – 0,25 | |
| Пісок: | сухий | 0,10 – 0,30 |
| сирий | 0,06 – 0,15 | |
| Обмерзла дорога, лід | 0,015 – 0,03 | |
| Укочена сніжна дорога | 0,03 – 0,05 | |
| Пухкий сніг | 0,10 – 0,30 | |
У наведеному прикладі виконання курсової завдання, значення величини коефіцієнта дорожнього опору, виходячи з характеристик дороги і відсутності ухилу дороги прийнято як
= 0,023Визначення значення ККД трансмісії
Різні типи шасі автомобільної техніки мають, як правило, значні конструктивні особливості. Наприклад, вантажний автомобіль середньої вантажопідйомності може бути конструктивне виконаний з одним або двома провідними мостами, може бути оснащений КПП з різною кількістю передач і різними передавальними відносинами. Автомобіль може бути оснащений роздавальної коробкою або валом відбору потужності.
З огляду на різноманітність варіантів застосовуваних схем трансмісій, в цій роботі, визначення ККД трансмісії визначається за формулою враховує конструктивні особливості застосовуваного шасі.
(6)де: z – число циліндричних, прямозубих і косозубих передач;
k – число конусних і гіпоїдних передач;
n – число карданних зчленувань.
Для отримання необхідних розрахункових параметрів необхідно виконати схему трансмісії автомобіля. Схема трансмісії виконується на аркуші формату А4. На схемі необхідно показати мости автомобіля, все карданні вали і шарнірні зчленування, а також зубчасті з'єднання трансмісії. Подальші розрахунки проводять на підставі даних представлених на схемі трансмісії.
Приклад виконання схеми трансмісії наведено на рисунку 1.
З метою перевірки отриманого значення ККД трансмісії отримане з допомогти формули значення порівнюємо з середніми значеннями ККД трансмісії наведеними нижче.
Як середніх значень ККД трансмісії вибираються:
– для легкових автомобілів і АТС на їх базі 0,9 ... 0,92;
– для вантажних автомобілів і АТС на їх базі з одинарної головної передачею 0,85 ... 0,9;
– для двовісних вантажних автомобілів і АТС на їх базі з подвійною головною передачею і автомобілів підвищеної прохідності (4x4) 0,83...0,85;
– для тривісних вантажних автомобілів і АТС на їх базі з приводом на два мости (6x4) 0,80 ... 0,83;
– для тривісних автомобілів підвищеної прохідності (6x6) і АТС на їх базі 0,78 ... 0,80.
Автомобіль під час руху переміщує частки навколишнього повітря, і в кожній точці поверхні автомобіля в результаті зіткнення її з повітряним середовищем виникають елементарні сили, нормальні до поверхні і дотичні до неї. Дотичні сили є силами тертя. Нормальні сили створюють тиск на поверхню автомобіля.
Рисунок 1 – Схеми трансмісії
Витрати потужності на подолання опору повітря складаються з наступних складових:
– лобового опору, викликаного різницею тиску повітря спереду і ззаду автомобіля (55 – 60% всього опору повітря);
– опору, створюваного підніжками, крилами і іншими виступаючими частинами автомобіля (12 – 18%);
– опору, що виникає при проходженні повітря через радіатор і підкапотний простір 7 (10 – 15%);
– тертя зовнішньої поверхні автомобіля про довколишні шари повітря (5-10%);
– опору, викликаного різницею тиску зверху і знизу автомобіля (5 – 8%).
У разі відсутності для даної моделі автомобіля точного значення коефіцієнта опору повітря k, слід скористатися наступними орієнтовними даними:
– гоночні автомобілі 0,13 ... 0,15
– легкові автомобілі:
з закритим кузовом 0,20 ... 0,35;
з відкритим кузовом 0,40 ... 0,50;
– вантажні малої вантажопідйомності на базі легкових автомобілів з закритим кузовом 0,30 ... 0,40;
– автобуси з кузовом вагонного типу 0,30 ... 0,40;
– поодинокі вантажні автомобілі з кузовом:
бортова платформа 0,55 ... 0,70;
цистерна 0,40 ... 0,50;
фургон 0,35 ... 0,45;
– автопоїзд дволанковий:
міжміський 0,56 ... 0,60;
з кузовом бортова платформа 0,60 ... 0,75.
2. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна
Швидкісний характеристикою двигуна називається залежність потужних, економічних, токсичних та інших показників двигуна від частоти обертання колінчастого валу при постійному положенні органу управління режимом його роботи.
Характеристика двигуна, отримана при повному відкритті дросельної заслінки (для бензинового ДВС) або положенні важеля управління паливного насоса високого тиску (ТНВД) на упорі (для дизеля), називається зовнішньої, а при проміжному їх положенні – часткової швидкісний характеристикою.
Для побудови зовнішньої швидкісної характеристики поршневого двигуна внутрішнього згоряння використовують емпіричну формулу, що дозволяє по відомим координатам однієї точки швидкісної характеристики (Nemax і nN) відтворити всю криву потужності:
(7)де: Nе, кВт – поточне значення потужності двигуна, відповідне частоті обертання валу двигуна n, об / хв; Nеmax, кВт – максимальна потужність двигуна при частоті обертання nN, об / хв; nN об / хв – частота обертання колінчастого валу двигуна при максимальній потужності; n об / хв – поточна частота обертання колінчастого валу двигуна; А1, А2, А3 – емпіричні коефіцієнти, що характеризують тип двигуна внутрішнього згоряння.
Значення емпіричних коефіцієнтів:
– для бензинових двигунів: А1 = А2 = А3 = 1;
– для дизельних двигунів А1 = 0,5; А2 = 1,5; А3 = 1.
Для вибору поточного значення n діапазон частоти обертання валу двигуна від мінімально стійких оборотів до розбиваємо на 7 довільних ділянок з постійним інтервалом Δn (для отримання більш точного графіка рекомендується розбивка на 6 ... 8 ділянок)
:
(8)Так як у бензинового двигуна, що не має обмежувача частоти обертання, максимальна частота обертання колінчастого валу nmax при русі автомобіля з максимальною швидкістю може перевищувати частоту nN на 10 – 20%, для нього беремо ще одне значення n після nN з тим же інтервалом Δn.
Таким чином, необхідні розрахунки для побудови графіка зовнішньої швидкісної характеристики двигуна виконуємо по восьми точках, відповідним різним значенням n з кроком
.Побудова графіка для дизельного двигуна проводиться по семи точках, що відповідають різним значенням n з кроком
.Мінімальну частоту обертання колінчастого валу вибирають з інтервалу
= 400..800 об / хв.Менші значення приймають для дизельних двигунів, великі - для бензинових двигунів легкових автомобілів і АТС на їх базі, середні - для бензинових двигунів вантажних автомобілів та АТС на їх базі.
У наведеному прикладі виконання роботи мінімальну частоту обертання колінчастого валу приймаємо рівним
740 об / хв:
об/хв (8)Визначивши величину Ne для прийнятих значень n, обчислюємо відповідні значення крутного моменту двигуна, Н · м:
(9)Результати розрахунків за формулами (1), (3) зводимо в таблицю 2.1 і будуємо зовнішню швидкісну характеристику двигуна Ne = ƒ (n) і Me =ƒ (n).
Таблиця 2.1 – Результати розрахунків зовнішньої швидкісної характеристики двигуна УАЗ-452.
| Параметри | Значення параметрів | |||||||
| n, об. | 740 | 1277 | 1814 | 2351 | 2888 | 3425 | 3962 | 4499 |
| A1 · n / nN | 0,185 | 0,319 | 0,45 | 0,587 | 0,722 | 0,856 | 0,99 | 1,12 |
| A2 · (n / nN) 2 | 0,034 | 0,101 | 0,20 | 0,344 | 0,52 | 0,733 | 0,98 | 1,254 |
| A3 · (n / nN) 3 | 0,006 | 0,032 | 0,09 | 0,202 | 0,375 | 0,63 | 0,97 | 1,4 |
| A1 · n / nN + A2 · (n / nN) 2-A3 · (n / nN) 3 | 0,213 | 0,388 | 0,56 | 0,729 | 0,867 | 0,959 | 1 | 0,974 |
| Ne, кВт | 15,3 | 27,96 | 40,4 | 52,55 | 62,5 | 69,12 | 72,08 | 70,2 |
| Мe, Н · м | 197,4 | 209 | 212,7 | 213,4 | 206,7 | 192,7 | 173,7 | 149 |
При русі автомобіля тягова сила на ведучих колесах в кожен даний момент дорівнює сумі зовнішніх сил опору, тобто сумі силі опору коченню, силі опору повітря, силі опору підйому і силі опору розгону.
Якщо це рівність записати у вигляді формули, то отримаємо тяговий баланс автомобіля.
Тяговий баланс автомобіля – це сукупність графіків залежності сили тяги на ведучих колесах Fк, (Н) (на різних передачах), а також суми сил опору коченню Ff, (Н) і повітря Fw, (Н), від швидкості руху автомобіля Va, (км / год).
Графіки сил тяги на колесах автомобіля – Fк i = f (Va) будують для всіх ступенів – i в основний коробці передач.
Для автомобілів, що мають роздавальну коробку, будують також додатковий графік для випадку одночасного включення першої передачі (i = 1) в основний коробці передач і нижчої – в роздавальної.
При наявності подільника, криві Fк i будують для всіх можливих передавальних чисел в КПП, роздавальної коробці і дільнику.
Максимальна тягова сила досягається на першій передачі. На кожній з передач тягова сила має максимальне значення при певній швидкості, знижуючись далі з підвищенням швидкості руху.
1 2 3 4