РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЕГО ДИНАМИЧЕСКИЕ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Конструкция, расчет и потребительские

Свойства автомобилей

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К РАЗРАБОТКЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

специальности 190603

Ростов-на-Дону, 2009

Составители: док.тех.наук, профессор А.Д.Дьяченко

Канд.техн.наук, доцент Ю.И. Мозговой

Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей: Метод. Указания к разработке курсового проекта / Издательский центр ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2009, 22 с.

Методические указания содержат общие требования к содержанию и задания к курсовому проекту по дисциплине «Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей», необходимые пояснения для его выполнения и предназначены для студентов 3 курса очного и 5 курса заочного отделений специальности 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)».

Печатается по решению методической комиссии факультета “Конструкторский”

Рецензент профессор С.И.Ананьев

ã А.Д. Дьяченко, Ю.И. Мозговой, 2009

ã Издательский центр ДГТУ, 2009

ВВЕДЕНЕИЕ

Целью курсового проекта является закрепление знаний студентов по теории потребительских свойств автомобиля, а также конструкции и расчету автомобилей в соответствии с учебными программами дисциплины ГОС высшего профессионального образования по специальности 190603.

Курсовой проект включает в себя расчеты параметров тяговой и тормозной характеристик автомобиля, построение его экономической характеристики, а также расчеты отдельных узлов и деталей трансмиссии и шасси автомобиля по методам, изучаемым в дисциплине «Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей», и на основе базовых знаний по дисциплинам «Теоретическая механика» и «Детали машин и основы конструирования».

Исходными данными для расчета автомобиля служат следующие характеристики:

- прототип (модель) автомобиля;

- максимальная скорость движения автомобиля, V_max (км∙ч^-1);

- коэффициент качения, f;

- максимальное сопротивление дороги, y_max;

- полная масса автомобиля, кг;

- масса, приходящаяся на ведущую ось, кг;

- лобовая площадь сопротивления, F(м²);

- продольная база автомобиля, L(м);

- коэффициент сцепления, j;

- число оборотов коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, h_N(мин^-1).

При выполнении проекта студент должен показать умение самостоятельно работать с учебной и справочной литературой, ГОСТами, СТП ДГТУ, таблицами, типовыми проектами и т.п.

Выполненный проект должен состоять из пояснительной записки и графических документов.

Пояснительная записка составляет 30…35 листов формата А4. Она должна содержать расчеты параметров внешней скоростной характеристики двигателя с последующими обоснованиями тяговых и тормозных качеств автомобиля, расчеты к построению экономической характеристики, а также расчеты отдельных параметров из условий управляемости, устойчивости, плавности хода автомобиля с обоснованием конструкций отдельных сборочных единиц.

Графическая часть выполняется на листах формата А1 и А2 в карандаше, с обязательным выполнением требований ЕСКД и СТП 01-2001 ДГТУ «Стандарт предприятия. Курсовые и дипломные проекты (работы). Правила оформления».

На первом листе вычерчиваются графики к тяговому расчету автомобиля (внешняя скоростная характеристика двигателя), график к расчету коробки передач. На втором листе размещаются графики тягово-скоростных, тормозных и топливно-экономических свойств автомобиля. Третий лист должен содержать графики и схемы к анализу автомобиля на управляемость, проходимость, устойчивость и т.д. в соответствии с индивидуальным заданием студента. На четвертом листе выполняется чертеж сборочной единицы и деталировка согласно заданию к проектированию отдельных сборочных единиц трансмиссии и шасси автомобиля.

Методические указания состоят из рекомендаций по разработке и оформлению пояснительной записки и задания на курсовой проект.

Задание на курсовой проект приведено в приложении. Каждый студент выбирает задание по шифру зачетной книжки. По последней цифре выбираются исходные данные на общее проектирование, по предпоследней цифре – задание к расчету и вычерчиванию сборочной единицы автомобиля.

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АТОМОБИЛЯ

Тяговый расчет проводят при проектировании нового автомобиля или модернизации существующей конструкции. Он сводится к определению параметров внешней скоростной характеристики двигателя и кинематических параметров трансмиссии – передаточных чисел главной передачи и коробки передач. Выполняют проверочные расчеты: для двигателя – по числу оборотов коленчатого вала и для первой передачи коробки передач – по сцеплению ведущих колес с дорогой.

1.1. Расчет параметров внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя представляет собой зависимость мощности N и крутящего момента М от частоты n вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива (рис 1.1).

Рис. 1.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя

Мощность N_v при максимальной скорости V_мax автомобиля определяется по формуле:

,

где f_max – коэффициент качения при максимальной скорости;

G – сила веса автомобиля, Н;

к – коэффициент сопротивления воздуха;

h - к.п.д. трансмиссии, h=0,85…0,95.

Для легковых автомобилей к=0,15…0,3 Нс²/М⁴.

Коэффициент качения f_max =f(1+AV²_max),

где А=5*10^-5.

Максимальная мощность двигателя

.

Для карбюраторных двигателей а=в=с=1.

Для дизелей а=0,5; в=1,5; с=1.

Мощность двигателя для любой точки скоростной характеристики

N=K₁*N_max.

Значения коэффициента К₁ в зависимости от отношения n/n_N приведены в таблице 1.1.

Крутящий момент двигателя

М=9740N/n (Н∙м).

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.1.

По данным таблицы 1.1 строится внешняя скоростная характеристика двигателя.

Таблица 1.1

Двигатель проверяется на оборотность по числу оборотов коленчатого вала на 1 км пути:

h₀=60n_N/V_N об/км,

где h₀- коэффициент оборотности.

Для легковых автомобилей h₀=1800…2600 об/км.

1.2 Определение передаточного числа главной передачи

Правильный выбор передаточного числа главной передачи i_гп определяет необходимую величину динамического фактора автомобиля и пределы принятого коэффициента оборотности двигателя.

Передаточное число

где r_к – кинематический радиус колеса;

i_к – передаточное число коробки передач (i_к = 1).

Радиус колеса выбирают из таблицы 1.2, предварительно определив реальную нагрузку на шину: .

Таблица 1.2

1.3 Определение передаточных чисел коробки передач

При выборе передаточных чисел коробки передач i_к следует учитывать, что промежуточные передачи используют при преодолении повышенных сопротивлений движению, разгоне автомобиля, в условиях скользкой дороги и на крутых спусках.

Первая передача должна обеспечить преодоление максимальных дорожных сопротивлений, т.е. Р_{т мах}³y_мах G,

где Р_{т мах} - максимальная тяговая сила.

Тогда передаточное число первой передачи

.

Полученное значение i₁ проверяется по сцеплению ведущих колес с дорогой (буксованию), т.е. Р_{т мах}<j G_сц,

или ,

где G_сц – сцепной вес автомобиля.

В случае невыполнения условия по буксированию передаточное число i₁ уменьшают.

Для четырехступенчатой коробки передач с четвертой прямой передачей (i_IV=1) передаточное число второй передачи:

,

передаточное число третьей передачи: .

Для анализа использования мощности двигателя при разгоне автомобиля учитывают, что

где n₀ – частота вращения коленчатого вала при включении передач,

.

Максимальные скорости автомобиля при включении передач определяются по формуле:

,

с подстановкой последовательно i_к=i_I, i_II, i_III, i_IV.

Полученные данные используют для построения графика мощности двигателя к расчету коробки передач (рис. 1.2).

Рис. 1.2 График к расчету коробки передач

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЕГО ДИНАМИЧЕСКИЕ И ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Расчеты данного раздела проекта позволяют построить так называемый динамический паспорт автомобиля, параметры которого дают возможность выбирать оптимальные режимы эксплуатации автомобиля.

2.1 Расчет и построение графика тягового баланса автомобиля

График тягового баланса используют для определения максимальной скорости автомобиля. Он служит основой для построения его динамической характеристики.

Уравнение тягового баланса:

Р_т=Р_к±Р_n+Р_в+Р_и,

где Р_т – тяговая сила автомобиля;

Р_к – сила сопротивления качению;

Р_в – сила сопротивления воздуха;

Р_и – сила инерции.

Тяговая сила для передач автомобиля определяется по формуле:

.

Величины моментов М на коленчатом валу выбираются из таблицы 1.1.

Скорость автомобиля на каждой из передач определяется по формуле:

где n – ряд чисел из таблицы 1.1.

Расчет сил Р_к и Р_в выполняется по формулам из раздела 1.1.

По данным расчета составляют таблицу 2.1.

Таблица 2.1

По данным таблицы 2.1 строится график тягового баланса автомобиля в системе координат Р_Т-V (рис. 2.1).

2.2 Построение динамической характеристики автомобиля

Для построения динамической характеристики рассчитывают динамический фактор по формуле: .

Значения сил Р_Т и Р_в берут из таблицы 2.1. Результаты расчета динамического фактора сводятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Рис.2.1 График тягового баланса автомобиля

По данным таблицы 2.2 строится график динамической характеристики в системе координат D-V (рис. 2.2).

2.3 Расчет ускорений автомобиля при разгоне

Ускорение автомобиля определяется по формуле:

j=(D-y)g/d,

где g – ускорение свободного падения; y - среднее сопротивление движению автомобиля; y= 0,04 … 0,05; d - коэффициент учета вращающихся масс.

Коэффициент d определяется по формуле:

d=1,03+a¢*i_к²; a¢=0,05…0,07.

Результаты расчета ускорений и величин, обратных им, сводятся в таблицу 2.3.

Рис. 2.2 Динамическая характеристика автомобиля

Таблица 2.3

По данным таблицы 2.3 строятся графики ускорений в системе координат j-V (рис. 2.3) и графики величин, обратных ускорениям в системе координат 1/j-V (рис. 2.4).

Рис. 2.3 Графики ускорений автомобиля

Рис. 2.4 Графики величин, обратных ускорениям

2.3.1 Время и путь разгона

Время разгона рассчитывают по формуле:

,

где V₁ и V₂ – начальная и конечная скорости разгона.

Для построения зависимости времени разгона от скорости движения автомобиля подсчитывается площадь под кривой 1/j (рис. 2.4), которая в масштабе определяет время разгона. Коэффициент, необходимый для пересчета площади на время, определяют по масштабам осей.

Масштаб оси абсцисс: 1 мм соответствует 1 км∙ч^-1=1/3,6 м∙с^-1.

Масштаб оси ординат:1 мм соответствует 0,025 с²∙м^-1;

1 мм² соответствует 1/3,6*0,025=0,007 с.

Результаты подсчетов времени разгона заносят в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Путь разгона рассчитывают по формуле:

.

Правая часть соответствует площади между кривой зависимости времени от скорости разгона и осью ординат в пределах времени t₁-t₂.

Коэффициент для пересчета площади на путь определяют по масштабам осей.

Результаты подсчетов пути разгона заносят в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

По данным таблицы 2.4 и 2.5 строят графики времени и пути разгона (рис. 2.5).

Рис. 2.5 Графики времени и пути разгона автомобиля

2.4 Расчет замедления автомобиля при торможении

В расчетах параметров замедления используют уравнение баланса сил при торможении:

Р_и=Р_к±Р_n+Р_в+Р_тор,

где сила инерции , j – замедление при торможении, Р_тор – сила торможения.

Для определения силы Р_тор используют технические данные автомобиля–прототипа, где указаны минимальный путь торможения S при заданной начальной скорости V₁.

Из уравнения кинетической энергии при торможении:

,

где принимают V₂=0, Р_и=0 и определяют расчетную силу торможения

.

2.4.1 Путь и время торможения

Путь S при служебном торможении определяют по формуле:

.

По данным расчета составляется таблица 2.6.

Таблица 2.6

Путь S при экстренном торможении определяют по формуле:

.

Время торможения определяют по формуле:

.

Принимают V₂=0 и по данным расчета составляется таблица 2.7.

Таблица 2.7

При экстренном торможении замедление j=jg, время торможения t=V₁/j.

2.5 Построение экономической характеристики автомобиля

Построение экономической характеристики ведут в следующей последовательности:

- строят график мощностного баланса автомобиля (для карбюраторных двигателей – при полном и частичном открытии дросселя);

- строят графики часовых расходов топлива;

- выполняют расчеты путевых расходов топлива в диапазоне выбранных скоростей движения автомобиля с последующим графическим построением экономической характеристики.

2.5.1 Мощностной баланс автомобиля

Для построения мощностного баланса используют график внешней скоростной характеристики (рис. 1.1) и затем строят графики при 20, 30, 40, 60 и 80 процентах открытия дросселя (рис. 2.6).

Мощность на преодоление сопротивлений автомобилем определяют по формуле:

.

Значение сил Р_к и Р_в на четвертой передаче берут из таблицы 2.1.

По данным расчета составляют таблицу 2.8.

Таблица 2.8

По данным таблицы 2.8 строят графики мощностного баланса (рис. 2.6).

2.5.2 Расчет параметров и порядок построения экономической характеристики

Определяют часовой расход топлива по формуле:

,

где g_e – удельный расход топлива.

Значения g_e в зависимости от мощности карбюраторного двигателя представлены в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Используя данные таблицы 1.1, разбивают величину мощности N для каждого числа оборотов на части по 20, 30, 40, 60, 80 процентов и рассчитывают часовые расходы топлива. По данным расчета составляют таблицу 2.10.

Таблица 2.10

По данным таблицы 2.10 строят графики часовых расходов топлива Q (рис. 2.6) и затем сносят точки пересечения кривых N и (N_к + N_в)1/h на кривые часовых расходов топлива Q.

Определяют соответствующие этим точкам значения Q.

Рассчитывают путевые расходы топлива по формуле:

.

Результаты расчета заносят в таблицу 2.11.

Таблица 2.11

По данным таблицы 2.11 достраивают график экономической характеристики (рис. 2.6).

Рис. 2.6 Графики построения экономической характеристики

3. Содержание индивидуального задания

Содержание и название п. 3 пояснительной записки устанавливается индивидуально каждому студенту по указанию преподавателя. Возможные варианты п.3:

- выбор параметров проходимости автомобиля. Расчет высоты прямоугольного препятствия, преодолеваемого автомобилем;

- выбор параметров движения автомобиля из условий управляемости. Расчет критической скорости и построение графика управляемости;

- анализ поперечной устойчивости автомобиля по скольжению одной из осей. Расчет критической скорости по потере устойчивости;

- обоснование конструкции и расчет на прочность деталей одной из сборочных единиц автомобиля.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. –М.: Машиностроение, 1987

2. Н.А. Яковлев, Н.В. Диваков. Теория автомобиля. – М.: Машиностроение, 1962

3. Мозговой Ю.И. Эксплуатационные свойства автомобилей. Теория и расчет: Учеб. пособие. – Ростов н/Д.:Изд. центр ДГТУ, 2003

4.Сокол Н.А., Мозговой Ю.И., Попов С.И. Расчет механизмов, систем и эксплуатационных показателей автомобиля: Учеб. пособие. – Ростов н/Д.:Изд. центр ДГТУ,

5.20ЗАДАНИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Приложение