работа по дисциплине : “ Автомобили” на тему: “Расчет автомобиля с разработкой (модернизацией) переднего дискового тормоза Пояснительная записка Министерство образования Республики Беларусь Министерство образования Российской Федерации Белорусско-Российский Университет Кафедра “ Техническая эксплуатация автомобилей ” по дисциплине : “ Автомобили” на тему: “Расчет автомобиля с разработкой (модернизацией) переднего дискового тормоза Пояснительная записка Выполнил студент гр. АХ: Проверил преподаватель : Могилев2003 г. 1 Проектировочный тяговый расчет автомобиля Все формулы в разделе используются из [3]. Исходные данные: а) максимальная скорость движения- 22 м/с; б) полная масса- 975 кг; в) полная масса на приводную ось- 480 кг; г) колея передних колес -1.21 м; д) высота автомобиля -1.35 м; е) номинальный радиус колеса- 0.26 м. 1.1 Расчет максимальной мощности двигателя Эффективная мощность двигателя при максимальной скорости определяется выражением : кВт, (1.1) где - коэффициент полезного действия трансмиссии. Для автомобилей с колесной формулой . Принимаем ; - полная масса автомобиля, кг; - коэффициент дорожного сопротивления, лежащий в пределах . Принимаем ; - коэффициент сопротивления воздуха, . Для легковых автомобилей . Принимаем ; - площадь лобового сопротивления: , (1.2) где - колея передних колес автомобиля, м; - высота автомобиля, ; - максимальная скорость движения, м/с. Следовательно, эффективная мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля равна: Определяем максимальную мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля: ,кВт, где - максимальная эффективная мощность двигателя , ; - значение угловой скорости вращения коленчатого вала, соответствующее , - коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя. Для карбюраторных ДВС . Для карбюраторных ДВС . Получаем: 1.2 Выбор прототипа По заданному классу и виду автомобиля, заданной максимальной скорости движения автомобиля, а также найденным значениям номинальных мощности и номинального момента двигателя из [1] в качестве прототипа к проектируемому автомобилю выбираем ВАЗ-1111 техническая характеристика которого приведена в таблице 1.1. Таблица 1.1- Техническая характеристика автомобиля АЗЛК-2335 Параметр Значение параметра Масса автомобиля, кг: полная 975 Распределение полной массы автомобиля по осям, кг: на переднюю ось (ведущую) на заднюю ось (ведомую) 480 495 Максимальная скорость движения автомобиля, км/ч 130 Контрольный расход топлива при движении с полной нагрузкой и скоростью 90 км/ч, л/100км 4.5 Высота автомобиля, м 1.35 Колея автомобиля, м 1.21 База автомобиля, м 2.18 Минимальный удельный расход топлива, г/(кВт·ч) 190 Колесная формула 1.3 Внешняя скоростная характеристика двигателя Зависимость текущих значений эффективности мощности двигателя от угловой скорости вращения коленчатого вала устанавливается формулой: ,кВт, (1.3) где – коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя. Для карбюраторного двигателя . Для угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя получаем: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя значения эффективной мощности рассчитываем аналогично и результаты сводим в таблицу 1.2. Текущее значение крутящего момента определяется выражением: , кНм. (1.4) Для угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя получаем: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя значения крутящего момента рассчитываем аналогично и результаты сводим в таблицу 1.2. Таблица 1.2 – Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя Параметр Размерность Значения параметров ωe c-1 116 232 348 464 580 696 Ne кВт 2.2968 4.91 7.37 9.19 9.9 9.03 Me кН·м 0.0198 0.0212 0.0212 0.0198 0.0171 0.013 По полученным значениям эффективной мощности и крутящего момента строим внешнюю скоростную характеристику двигателя (рисунок 1.1). Рисунок 1.1 – Внешняя скоростная характеристика двигателя 1.4 Расчет передаточных чисел трансмиссии 1.4.1 Передаточное число главной передачи Передаточное число главной передачи определяется выражением: , (1.5) где - угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной скорости , с-1 . Принимаем ; - передаточное число высшей ступени коробки передач. Принимаем ; - радиус качения колеса: , м, (1.6) где - коэффициент деформации шины. Для шин низкого давления . Принимаем ; - номинальный радиус колеса , м. Cледовательно, радиус качения колеса равен: . Следовательно, передаточное число главной передачи равно: . 1.4.2 Передаточные числа коробки передач Передаточное число первой передачи, необходимое по условию преодоления максимального дорожного сопротивления определяется выражением: , (1.7) где - максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, кНм; - максимальный коэффициент дорожного сопротивления, лежащий в пределах . Принимаем . Следовательно, передаточное число первой передачи из условия преодоления максимального дорожного сопротивления равно: . Передаточное число первой передачи, определяемое из условия отсутствия буксования ведущих колес, определяется выражением: , (1.8) где - сцепной вес автомобиля, Н. Для переднеприводных автомобилей: ,Н, (1.9) где - масса , приходящаяся на переднюю ось автомобиля. Тогда сцепной вес равен: , - максимальный коэффициент сцепления с дорогой. Для асфальтобетонного покрытия . Принимаем ; - коэффициент перераспределения реакций. Для передней оси . Принимаем . Следовательно, передаточное число первой передачи из условия отсутствия буксования ведущих колес автомобиля равно: Передаточное число первой передачи, определенное из условия обеспечения минимальной устойчивой скорости, определяется выражением: , (1.10) где - минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала двигателя; - минимально устойчивая скорость движения автомобиля. . Принимаем . Следовательно, передаточное число первой передачи из условия обеспечения минимальной устойчивой скорости движения автомобиля равно: . Принимаем передаточное отношение первой передачи равным: . Передаточное отношение четвертой передачи принимаем равным : . Тогда передаточное отношение второй передачи определяется выражением: . (1.11) Передаточное отношение третьей передачи определяется выражением: . (1.12) 2 Поверочный тяговый расчет автомобиля 2.1 Расчет кинематической скорости автомобиля по передачам Кинематическая скорость автомобиля в функции угловой скорости коленчатого вала двигателя определяется выражением: , м/c. (2.1) Для первой передачи при частоте вращения коленчатого вала находим кинематическую скорость движения автомобиля: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя и высших передач значения кинематической скорости движения автомобиля рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 2.1. Таблица 2.1 – Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя, скоростной, тяговой и динамической характеристик и графиков ус- корений автомобиля Параметр Размерность Значения параметров 1 2 3 4 5 6 7 8 ωe С-1 116 232 348 464 580 696 Ne кВт 2.297 4.91 7.37 9.19 9.9 9.0288 Me Н·м 0.0198 0.0212 0.0212 0.0198 0.0171 0.013 Первая передача υ1 м/с 1.09 2.18 3.27 4.3 6 5.45 6.55 PT 1 кН 1.7895 1.913 1.913 1.7895 1.5427 1.1725 PB 1 кН 0.00039 0.0016 0.0035 0.0062 0.0097 0.014 PC 1 кН 1.7891 1.9114 1.9095 1.7833 1.533 1.1585 D1 - 0 .1871 0 .1998 0 .1996 0 .1864 0 .1603 0 .1211 j1 м/с2 1 .0155 1 .0932 1 .0919 1 .0118 0.8527 0 .6147 1/j1 с2 /м 0 .9848 0 .9148 0 .9158 0 .9884 1.1728 1.6269 Вторая передача υ2 м/с 1 .63 3.27 4.9 6.53 8.17 9.8 PT 2 кН 1.1950 1.2774 1.2774 1.1950 1.0302 0.7829 PB 2 кН 0 .0009 0 .0035 0 .0078 0 .014 0 .0218 0 .0314 PC 2 кН 1.1942 1.2739 1.2696 1.1811 1.0084 0.7516 D2 - 0 .1248 0 .1332 0 .1327 0 .1235 0 .1054 0 .0786 j2 м/с2 0.7903 0.8532 0.8498 0 .78 0 .6439 0 .4415 1/j2 с2 /м 1.2653 1.172 1.1768 1 .282 1 .5529 2.2648 Третьперя едача υ3 м/с 2.45 4.89 7.34 9.79 12.23 1 4.68 PT3 кН 0.798 0.8531 0.8531 0.798 0.6879 0 .5228 PB3 кН 0 .002 0 .0078 0 .0176 0 .0313 0 .0489 0 .0704 PC 3 кН 0.7961 0.8452 0.8355 0.7667 0.6391 0 .4524 D3 - 0 .0832 0 .0884 0 .0873 0 .0802 0 .0668 0 .0473 J3 м/с2 0 .5337 0 .5771 0 .5685 0 .5079 0 .3952 0 .2305 1/j3 с2 /м 1 .8736 1 .7327 1 .759 1 .9691 2 .5305 4.3387 Четвертая передача υ4 м/с 3 .66 6 .733 10.99 1 4.65 1 8.32 2 2. 00 PT 4 кН 0 .5329 0 .5697 0 .5697 0 .5329 0 .4594 0 .3491 PB 4 кН 0 . 00 44 0 . 0 175 0 . 0 395 0 .0702 0 .1096 0 .1578 PC 4 кН 0 .5285 0 .5521 0 .5302 0 .4627 0 .3498 0 .1913 D4 - 0 .0553 0 .0577 0 .0554 0 .0484 0 .0366 0 .0200 j4 м/с2 0 .3144 0 .3364 0 .316 0 .2531 0 .1478 0,0000 1/j4 с2 /м 3 .1804 2.9724 3 .1647 3.951 6 .7671 - По полученным значениям строим график зависимости кинематической скорости автомобиля от угловой скорости коленчатого вала двигателя (рисунок 2.1). Рисунок 2.1 – График кинематической скорости автомобиля 2.2 Тяговая характеристика автомобиля Касательная сила тяги на ведущих колесах автомобиля определяется выражением: , кН. (2.2) Для движения автомобиля на первой передаче при скорости вращения коленчатого вала двигателя определяем значение касательной силы тяги на ведущих колесах: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя и высших передач значения касательной силы тяги на ведущих колесах автомобиля рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 2.1. Сила сопротивления воздуха при движении автомобиля определяется выражением: , кН. (2.3) Для движения автомобиля со скоростью сила сопротивления воздуха равна: Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя и высших передач значения силы сопротивления воздуха рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 2.1. Свободная сила тяги автомобиля определяется выражением: , кН. (2.4) Для соответствующих значений касательной силы тяги на ведущих колесах автомобиля и силы сопротивления воздуха определяем свободную силу тяги: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя и высших передач значения свободной силы тяги рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 2.1. По полученным значениям строим тяговую характеристику автомобиля (рисунок 2.1). Рисунок 2.2 – Тяговая характеристика автомобиля 2.3 Динамическая характеристика автомобиля Динамический фактор автомобиля определяется выражением: , (2.5) Для соответствующего значения свободной силы тяги определяем значение динамического фактора автомобиля: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя и высших передач значения динамического фактора автомобиля рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 2.1. По полученным значениям строим динамическую характеристику автомобиля (рисунок 2.3). Рисунок 2.3 – Динамическая характеристика автомобиля 2.4 Характеристики разгона автомобиля 2.4.1 Ускорение автомобиля Ускорение автомобиля во время разгона определяется выражением: , (2.6) где δi – коэффициент учета вращающихся масс: , (2.7) где , для одиночных автомобилей при номинальной мощности. Принимаем и . Следовательно, коэффициент учета вращающихся масс для первой передачи равен: для второй передачи: для третьей передачи: для четвертой передачи: . Следовательно, для движения автомобиля на первой передаче при угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя ускорение автомобиля равно : . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя и высших передач значения ускорения автомобиля рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 2.1. По полученным значениям строим график ускорений автомобиля (рисунок 2.4). Рисунок 2.4 – График ускорений автомобиля 2.4.2 Время разгона автомобиля Из выражения (2.6) находим: , (2.8) Интегрируя, находим время разгона автомобиля: , (2.9) Вычисление времени разгона по выражению (2.8) осуществляем с использованием графика обратных ускорений, для построения которого по данным ускорений ji в таблице 2.1 вычислим обратные ускорения1/ji до скорости 0.9υmax . Данные вычисления обратных ускорений сводим в таблицу 2.1 и строим график обратных ускорений (рисунок 2.5). Рисунок 2.5 – График обратных ускорений автомобиля Площадь на графике обратных ускорений, ограниченная сверху кривыми 1/ji , осью скоростей снизу и прямыми υ =υ0 и υ =0.9υmax согласно выражению (2.8), представляет собой время разгона автомобиля от скорости υ0 до скорости 0.9υmax . Для его определения весь диапазон скорости разбиваем на шесть интервалов. Считая что в каждом интервале скорости разгон автомобиля происходит с обратным ускорением, определенным выражением: , (2.10) то, следовательно, время разгона автомобиля от скорости υ0 до скорости 0.9υmax рассчитывается по выражению: . (2.11) Для соответствующих значений ускорений ji -1 и ji получаем среднее обратное ускорение равно: , и время разгона в интервале: . Для остальных интервалов разгона автомобиля среднее обратное ускорение в интервале и время разгона автомобиля в интервале вычисляем аналогично, и результаты вычислений сводим в таблицу 2.2. Полное время разгона автомобиля от скорости υ0 до скорости 0.9υmax определяется выражением: . (2.12) 2.4.3 Путь разгона автомобиля Скорость движения автомобиля определяется выражением: , (2.13) откуда . (2.14) Интегрируя получаем: . (2.15) Считая, что в каждом интервале времени разгона, соответствующем интервалам скорости, движение автомобиля происходит со средней скоростью, определенной по формуле: , м/с, (2.16) путь его разгона в интервале равен: . (2.17) Для первого интервала средняя скорость движения автомобиля равна: , а путь разгона автомобиля равен: . Для остальных интервалов разгона автомобиля среднюю скорость движения в интервале и путь разгона автомобиля в интервале вычисляем аналогично, и результаты вычислений сводим в таблицу 2.2. Таблица 2.2 – Результаты расчета времени и пути разгона автомобиля Номер интервала разгона 1 2 3 4 5 Скорость в начале интервала υi -1 м/с 1.09 2.73 5.45 8.96 14.3 Скорость в конце интервала υ­i м/с 2.73 5.45 8.96 14.3 19.8 Обратное ускорение в начале интервала 1/ji -1 с2 /м 0.9848 0.914 1.1728 1.88 3.81 Обратное ускорение в конце интервала 1/ji с2 /м 0.914 1.1728 1.88 3.81 9.67 Среднее обратное ускорение 1/ji ср с2 /м 0.9494 1.043 1.53 2.85 6.74 Время разгона в интервале ti с 1.56 2.84 5.37 15.22 37.07 Полное время разгона T с 1.56 4.4 9.77 25 62.07 Средняя скорость в интервале υi ср м/с 1.91 4.1 7.2 11.63 17.05 Путь разгона в интервале Sj м 2.98 11.6 38.7 177 632 Полный путь разгона S м 2.98 14.58 53.5 230.3 862.3 По данным таблицы 2.2 строим график времени и пути разгона автомобиля (рисунок 2.6). Рисунок 2.6 – График времени и пути разгона автомобиля 3 Топливно-экономический расчет автомобиля Топливно-экономическая характеристика представляет зависимость путевого расхода топлива от скорости движения автомобиля при различных коэффициентах дорожного сопротивления. При установившемся движении путевой расход топлива определяется выражением: , л/100км, (3.1) где ge – удельный расход топлива, г/(кВт·ч); NЗ – мощность, затрачиваемая на движение автомобиля, кВт; ρ – плотность топлива, принимаемая для бензина равной 730кг/м3 . Расчет топливно-экономической характеристики осуществляется с использованием данных расчета тягово-динамических характеристик автомобиля. 3.1 Расчет баланса и степени использования мощности Расчет баланса мощности автомобиля выполняется на высшей передаче при двух значениях коэффициента дорожного сопротивления. Для этого при расчетных значениях угловой скорости коленчатого вала двигателя принятых в тягово-динамическом расчете и соответствующих им значениях скорости автомобиля вычисляются мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля; мощность, необходимая для преодоления дорожного сопротивления и мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха. Мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля, определяется выражением: ,кВт. (3.2) Для угловой скорости коленчатого вала двигателя и соответствующему ей значению эффективной мощности находим значение мощности, подводимой к ведущим колесам: . Мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха, определяется выражением: ,кВт. (3.3) Для угловой скорости коленчатого вала двигателя и соответствующему ей значению силы сопротивления воздуха находим значение мощности, идущей на преодоление сопротивления воздуха : . Мощность, необходимая для преодоления дорожного сопротивления, определяется выражением: ,кВт. (3.4) Расчет мощности, необходимой для преодоления дорожного сопротивления выполним для двух значений коэффициента дорожного сопротивления: и . Для скорости движения автомобиля υ=3,32 м/с и коэффициента дорожного сопротивления ψ=0.02 мощность, необходимая для преодоления дорожного сопротивления равна: . Мощность, затрачиваемая на движение автомобиля: . (3.5) Для соответствующих значений мощностей, затрачиваемых на преодоление сопротивления воздуха и дорожного сопротивления, мощность, затрачиваемая на движение автомобиля равна: . Для остальных значений скорости вращения коленчатого вала двигателя (скорости движения автомобиля) значения мощности, подводимой к ведущим колесам автомобиля, мощностей, идущих на преодоление сопротивления воздуха и дорожного сопротивления, а так же мощности, затрачиваемой на движение автомобиля, находим аналогично, результат вычислений сводим в таблицу 3.1 и строим графики мощностного баланса автомобиля (рисунок 3.1). Степень использования мощности определяется выражением: . (3.6) Для соответствующих значений мощностей, затраченной на движение автомобиля и подводимой к ведущим колесам определяем степень использования мощности: . Степень использования угловой скорости коленчатого вала двигателя определяется выражением: . (3.7) Для скорости вращения коленчатого вала двигателя степень использования угловой скорости коленчатого вала двигателя равна: . Для остальных значений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя значения степеней использования мощности и угловой скорости коленчатого вала двигателя находим аналогично и результаты вычислений сводим в таблицу 3.1. Таблица 3.1 – Результаты расчета баланса мощности и расхода топлива       Параметр Размер- ность Значения параметров ωе с-1 11 6 23 2 3 48 46 4 58 0 696 υ5 м/с 3 .66 7.33 10.99 14.65 1 8.32 2 2 Ne кВт 2.2968 4.91 7.37 9.1872 9.9 9.03 NT кВт 1.952 4.174 6.26 7.81 8.42 7.67 NB кВт 0 .0161 0 .129 0 .434 1 .03 2 .01 3.4696 Ψ=ψV =0.02 ND кВт 0.7 1.402 2.1024 2.8 3.5 4.2 NЗ кВт 0.717 1.53 2,54 3.83 5.512 7.675 И - 0 . 3 67 0 . 3 666 0 . 4 05 0 . 49 1 0 . 65 5 1 . 0000 КИ - 1 .3 25 1 . 3 269 1 . 2 2 7 1 . 0 5 9 0 . 909 1 . 0000 Е - 0,2 0,4