Проектувальний розрахунок автомобіля ВАЗ-2108

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Федеральне агентство з освіти

ІРКУТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра менеджмент на автомобільному транспорті

Проектувальний розрахунок автомобіля ВАЗ-2108

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового проекту з дисципліни

Автомобілі

1.0011.00.00 ПЗ

Виконав студент групи

шифр підпис І.О. Прізвище

Нормоконтроллер _______________

Іркутськ 2006

Завдання на проектування

Прототип автомобіля: ВАЗ-2108

Максимальна швидкість на прямій передачі на горизонтальній ділянці шляху: V _max = 150 км / год = 42 м / с.

Максимальний коефіцієнт опору дороги: y _max = 0,35

Номінальна вантажопідйомність: m _Н = 425 кг.

База автомобіля: L = 2460 мм.

Вид палива: бензин.

Питома ефективна витрата палива: g _e = 308 г / кВт * год

Частота обертання колінчастого вала двигуна при максимальній потужності: n _N = 5400 хв ^-1.

Зміст

Введення

1. Визначення повної маси автомобіля

2. Підбір розміру шин і розрахунок радіуса кочення

3. Розрахунок зовнішньої характеристики двигуна

3.1 Частота обертання колінчастого вала двигуна

3.2 Максимальна потужність двигуна

3.3 Побудова зовнішньої характеристики двигуна

3.4 Обертаючий момент двигуна

4. Вибір передавальних чисел

4.1 Визначення передатного числа головної передачі

4.2 Підбір передавальних чисел коробки передач

4.3 Визначення кількості передач і передаточних чисел коробки передач

5. Побудова тягової характеристики автомобіля

6. Визначення основних показників динаміки автомобіля з механічною трансмісією

6.1 Динамічний фактор

6.2 Прискорення автомобіля

6.3 Час розгону

7. Побудова графіка потужностного балансу

8. Побудова економічної характеристики автомобіля

Висновок

Список літератури

Введення

Метою курсової роботи є визначення основних параметрів двигуна, трансмісії і компонування автомобіля. А так само закріплення знань з лабораторних робіт з курсу "Автомобілі".

Роблячи оцінку тягово-швидкісних властивостей автомобіля, визначається конструктивні параметри, які можуть забезпечити задані значення швидкостей і прискорень в заданих дорожніх умов руху, а також знаходження граничних дорожніх умов, тобто виконаю проектувальний тяговий розрахунок.

Для проектування нового автомобіля, за основу, тобто за прототип, я взяв легковий автомобіль-седан ВАЗ-2108. Я зробив свій вибір на цьому автомобілі, тому що ВАЗ-2108 і взагалі все сімейство автомобілів ВАЗ є одним з лідерів у вітчизняному автомобілебудуванні. Автомобілі ВАЗ-2108 і його модифікації користувалися величезною популярністю у споживача Вітчизняного автомобіля для сім'ї і роботи.

1. Визначення повної маси автомобіля

Повну масу m _a автомобіля визначають як суму мас спорядженого автомобіля m _б і вантажу m н за номінальною вантажопідйомності і число місць пасажирів, включаючи водія.

Споряджена маса визначається за формулою:

, (1)

де η _б - коефіцієнт спорядженої маси, що залежить від номінальної вантажопідйомності. У легкових автомобілів η _б = 0,2-0,6

m _б = 400 / 0,4 = 1000 кг

Повна маса легкового автомобіля визначається наступним чином з виразу:

m _a = m _б +80 * z (2)

де z - число місць в салоні, включаючи водія.

ma = 1000 +80 * 5 = 14000 кг

Повна вага автотранспортного засобу визначається за формулою:

G а = m _а * 10, (3)

G а = 1400 * 10 = 14000 H.

2. Підбір розміру шин і розрахунок радіуса кочення

Для підбору шин та визначення за їх розмірами радіуса кочення колеса необхідно знати розподіл навантаження по мостах.

У легкових автомобілів розподіл навантаження від повної маси по мостах залежить в основному від компонування. При класичному компонуванні на задній міст припадає 52 ... 55% навантаження від повної маси, для передньопривідних автомобілів 48%.

Радіус кочення колеса r _до вибирається залежно від навантаження на одне колесо. Найбільше навантаження на колесо визначається положенням центру мас автомобіля, який встановлюється за попереднім ескізом або прототипу автомобіля.

G2 = Ga * 48% = 14000 * 48% = 6720Н

G1 = Ga * 52% = 14000 * 52% = 7280Н

Отже, навантаження на кожне колесо передньої і задньої осі автомобіля відповідно можна визначити за формулами:

Р ₁ = G ₁ / 2, (4)

Р ₂ = G ₂ / 8. (5)

P1 = 7280 / 2 = 3360 Н

P2 = 6720 / 2 = 3640 Н

Відстань від передньої осі до центру мас знайдемо за формулою:

a = G 2 * L / Ga (6)

L-база автомобіля, мм.

a = (6720 * 2,46) / 14 000 = 1,18 м.

Відстань від центру мас до задньої осі:

в = L - a (7)

в = 2,46-1,18 = 1, 27м

Тип шин (за таблицею ГОСТів) - 165-13/6 ,45-13. За цим розмірам можна визначити радіус колеса, що знаходиться у вільному стані:

rc = d / 2 + b (8)

Де b-ширина профілю шини (165 мм)

d - діаметр обода шини (13 дюймів)

1дюйм = 25,4 мм

rc = 13 * 25,4 / 2 +165 = 330 мм

Радіус кочення колеса rk визначається з урахуванням деформації, що залежить від навантаження:

rk = 0.5 * d + (1 - k) * b (9)

де k - коефіцієнт радіальної деформації. Для стандартних і широкопрофільних шин k приймають 0,3

rk = 0,5 * 330 + (1-0,3) * 165 = 280мм = 0,28 м

3. Розрахунок зовнішньої характеристики двигуна

Розрахунок починається з визначення потужності Nev, необхідної для забезпечення руху із заданою максимальною швидкістю Vmax.

При усталеному русі автомобіля потужність двигуна в залежності від дорожніх умов може бути виражена наступною формулою (кВт):

N _ev = V _max * (Ga * ψ _v + K _в * F * V ² _max) / (1000 * η _т * K _p), (10)

де ψ _v - коефіцієнт сумарного дорожнього опору для легкових автомобілів визначається за формулою:

ψ _v = 0,01 +5 * 10 ^-6 * V ² _max (11)

ψ _v = 0,01 +5 * 10 ^-6 * 1764 = 0,018

K _в - коефіцієнт обтічності, К _в = 0,3 Н * з ² * м ^-4

F - лобова площа автомобіля, м ²

η _т - ККД трансмісії = 0,95

К _р - коефіцієнт корекції = 0,8

При рекомендованих температурах масла в агрегатах механічної трансмісії η т = 0,8 ... 0,95. Коефіцієнт корекції в даному випадку рекомендується застосовувати Kp = 0,6 ... 0,8.

Лобову площа для легкового автомобіля знаходимо з формули:

Fa = 0,8 * В * Н _г (12)

де В - габаритна ширина В = 1650 мм

Н _г - габаритна висота Н _г = 1402 мм

Fa = 0,8 * 1,65 * 1,4 = 1,848 м ²

N _ev = 42 * (14000 * 0,018 +0,3 * 1,848 * 42 ²) / (1000 * 0,95 * 0,8) = 68,6 кВт

3.1 Частота обертання колінчастого вала двигуна

Частота обертання колінчастого вала двигуна n _v, відповідна максимальної швидкості автомобіля, визначається з рівняння хв ^-1:

n _v = V _max * η _n (13)

де ηn - коефіцієнт спритності двигуна.

У існуючих легкових автомобілів коефіцієнт спритності двигуна ηn лежить в межах 30 ... 35.

n _v = 150 * 35 = 5250 хв ^-1

3.2 Максимальна потужність двигуна

Максимальну потужність двигуна знайдемо з формули:

N _max = N _ev / (a * n _v / n _N + b * (n _v / n _N) ²-c * (n _v / n _N) ³) (14)

де n _v / n _{N-відношення} частоти обертання колінчастого вала двигуна при максимальній швидкості руху автомобіля до частоти обертання при максимальній потужності двигуна;

a, b, c - коефіцієнти, постійні для кожного двигуна.

У випадку прощення розрахунку можна застосовувати для бензинових двигунів a = b = c = 1.

Для побудови зовнішньої характеристики при відомій потужності N _max і вибраних коефіцієнти a, b, c, приймаємо частоту обертання колінчастого вала при максимальній потужності від 5250 хв ^-1

N _max = 68,6 / (1 ​​* 5250/5400 +1 * (5250/5400) ² +1 * (5250/5400) ³) = 68,7 кВт

3.3 Побудова зовнішньої характеристики двигуна

Зовнішню характеристику двигуна з достатньою для практичних розрахунків можна визначити за формулою Лейдерман (кВт):

N _е = N _мах * [a * + B * ( ) ² - c * ( ) ^3],

де n _Т - поточне значення частоти обертання колінчастого вала двигуна.

Поточне значення частоти обертання колінчастого вала двигуна вибирають довільно через певний інтервал (наприклад, 500, 1500, 2500 і т.д.), але так, щоб отриманих точок характеристики було не менше семи.

N _{e 1} = 68,7 * ₍₁ * 500/5400 +1 (500/5400) ² -1 * (500/5400) ³) = 6,9 кВт

N _e3 = 68,7 * (1 * 1500/5400 +1 * (1500/5400) ² -1 * (1500/5400) ³) = 22,94 кВт

Аналогічно проводимо розрахунок для наступних значень n Т і результати розрахунків зводимо в таблицю 1.

3.4 Обертаючий момент двигуна

Визначимо обертаючий момент двигуна за формулою:

M _в = 30 * N _e / (n _T * π) (16)

M _в1 = 30 * 6,9 * 1000 / (500 * 3,14) = 131,93 кН * м

М _в3 = 30 * 22.94 / (1500 * 3,14) = 146,12 кН * м

Аналогічно проводимо розрахунок для наступних значень n _Т і результати розрахунків зводимо в таблицю 1.

Таблиця 1 - Зовнішня характеристика двигуна

За отриманими даними таблиці 1 будується зовнішня швидкісна характеристика малюнок 1.

Малюнок 1 - Зовнішня швидкісна характеристика двигуна

4. Вибір передавальних чисел

4.1 Визначення передатного числа головної передачі

Передаточне число головної передачі з умов забезпечення V _max на вищій передачі

U _р = 0,105 * r _к * n _v / (U _дк * V _max * U _кв) (17)

де U _кв - передавальне число вищої передачі додаткової коробки: U _дк = 1 ... 1.44 (U _дк = 1, при її відсутності). U _кв - вища розрахункове передавальне число коробки передач: U _кв = 1

U _р = 0,105 * 0,28 * 5250 / (42 * 1,2 * 1) = 3, 06

4.2 Підбір передавальних чисел коробки передач

Передаточне число першої передачі U _к1 знаходимо з умови подолання автомобілем максимального опору дороги ψ _max

U _{k 1} = Ga * ψ _max * r _g / (M _{в max} * U _дк * U _г * η _T * K _p) (18)

Тут і далі умовно можна вважати rg = rk

U _{k 1} = 14000 * 0,35 * 0,28 / (149,6 * 1,2 * 3,06 * 0,95 * 0,8) = 3.28

Отримане U _{k 1} потрібно перевірити за умовою відсутності буксування. Буксування не буде, якщо виконується нерівність (для задньопривідних автомобілів)

(19)

де: j _х - сумарний коефіцієнт опору дороги.

3.28 ≤ (7280 * 0,7 * 0,28) / (151 * 3,06 * 1,2 * 0,95 * 0,8) * 1,049 = 3.55

Оскільки 3.28 ≤ 3.5 5, то умова виконується.

Перевірку ведуть на сухому шосе, що знаходиться у хорошому стані, при φ х = 0,6 ... 0,8. Вибір центру мас hg і база автомобіля L ними задаються відповідно з ескізним проектом або по прототипу.

4.3 Визначення кількості передач і передаточних чисел коробки передач

Число ступенів залежить від типу, питомої потужності і призначення автомобіля. Загальне число ступенів залежить від діапазону передавальних чисел трансмісії. Визначення структури ряду передач проводиться з використанням геометричної прогресії за формулою:

, (20)

де n - число передач у коробці передач, включаючи пряму (без урахування прискорюючою).

Передавальні числа наступних передач перебувають з виразів:

U _k2 = U _k1 * q = 3,28 * 0,6 = 1.97

U _k3 = U _k1 * q ² = 3, 28 * 0,6 ² = 1,18

U _k4 = U _k1 * q ³ = 3, 28 * 0,6 ³ = 0,71

Для вітчизняних автомобілів q лежить в межах 0,5 ... 0,7

5. Побудова тягової характеристики автомобіля

Тягове зусилля визначається з виразу:

P _T = M _в * U _г * U _ki * k р * η _т / r _k (21)

I P _т1 = (129 * 3,06 * 3,28 * 1,2 * 0,95 * 0,8) / 0,28 = 4217 H

II P _т1 = (129 * 1,97 * 3,06 * 1,2 * 0,95 * 0,8) / 0,28 = 2532 H

Аналогічно проводимо розрахунок для кожної з передач для наступних значень оборотів коленвала двигуна, і результати розрахунків зводимо в таблицю 2.

Таблиця 2 - Тягова характеристика автомобіля

Швидкість руху автомобіля на даній передачі при даній частоті обертання коленвала двигуна n _т обчислюється за формулою (м / с):

V _a = 0,105 * r _k * n _т / U _г * U _дк * U _ki (22)

Результати розрахунків зводимо в таблицю 2.

I V _{a 1} = 0,105 * (0,28 * 500) / (3,28 * 3,06 * 1,2) = 1,22

II V _{a 1} = 0,105 * (0,28 * 500) / (1,97 * 3,06 * 1,2) = 2,03

Аналогічно проводимо розрахунок для кожної з передач для наступних значень оборотів коленвала двигуна, і результати розрахунків зводимо в таблицю 2.

На підставі таблиці будується тягова характеристика автомобіля P _т = f (V _a) для кожної передачі малюнок 2.

Малюнок 2 - Тягова характеристика автомобіля

Тягове зусилля, що підводиться до провідних колесам автомобіля, витрачається на подолання опорів коченню, повітря, підйому, інерції.

Опір повітря визначається співвідношенням (Н):

Р _в = К _в * F * V _a ² (23)

Результати розрахунків зводимо в таблицю 3

I Рв = 0.3 * 1.848 * 1.22 ² = 0.82 H

II Рв = 0.3 * 1.848 * 2.03 ² = 2.2 8 Н

Аналогічно проводимо розрахунок для кожної з передач для наступних значень оборотів коленвала двигуна, і результати розрахунків зводимо в таблицю 3.

Таблиця 3 - Сила опору повітря

Визначимо вільну силу тяги автомобіля:

Р _св = Р _{т-Р в} (24)

I РСВ = 4217-0.82 = 4216 Н

II РСВ = 2533-2.2 8 = 2531 Н

Аналогічно проводимо розрахунок Р _т, V _a, Р _в, Р _св для кожної з передач для наступних значень оборотів коленвала двигуна і результати розрахунків зводимо в таблицю 3. На підставі таблиці будується тягова характеристика автомобіля P _св = f (V _a) для кожної передачі малюнок 3.

Малюнок 3 - Тягова характеристика автомобіля

6. Визначення основних показників динаміки автомобіля з механічною трансмісією

6.1 Динамічний фактор

Універсальним вимірником динамічних якостей автомобіля служить динамічний фактор, який представляє відношення вільної тягової сили до сили тяжіння автомобіля, який знаходиться за формулою:

D = P _св / G _a (25)

Виконуємо розрахунок динамічного чинника при русі автомобіля з 500 до 6000 хв ^-1 оборотів колінчастого валу на першій передачі.

ID ₁ = 6592/17701, 25 = 0,37

II D ₁ = 4217,7 / 17701,25 = 0,24

Графічну залежність динамічного фактора від швидкості на всіх передачах називають динамічною характеристикою автомобіля. Значення динамічного чинника для різних передач заносять в таблицю 4

Таблиця 4 - Динамічний фактор

На підставі таблиці 4 будується динамічна характеристика автомобіля D = f (V _a) для кожної передачі малюнок 4.

6 .2 Прискорення автомобіля

Прискорення на горизонтальній дорозі визначається з виразу (м / с ²⁾

j _a = (D - ψ) * g / δ, (26)

де ψ - коефіцієнт опору дороги ψ = 0,015;

δ - коефіцієнт обліку обертових мас.

Визначимо коефіцієнт обліку обертових мас за формулою:

δ = δ ₁ +1 + δ ₂ * U _k ², (27)

де U _k - передавальне число коробки передач; δ ₁ = 0,05; δ ₂ = 0,07.

Знайдемо коефіцієнт обліку обертових мас на кожній передачі:

I δ = 0.05 +1 +0.07 * 3,8 ² = 2,06

II δ = 0.05 +1 +0.07 * 2,432 ² = 1,465

Знайдемо прискорення при русі автомобіля на горизонтальній дорозі з 500 до 5500 хв ^-1 оборотів колінчастого валу на кожній передачі:

I j _a1 = (0,37-0,015) * 9,8 / 2,06 = 1,736

II j _a1 = (0,24-0,015) * 9,8 / 1,465 = 1,505

Дані розрахунку зводимо в таблицю 5, до якої також заносимо значення величин зворотних прискоренню 1 / j _a

Таблиця 5 - Прискорення автомобіля