Тягово-скоростные свойства автомобиля

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – приобретение студентами практических навыков по определению и анализу эксплуатационных свойств автомобиля.

Предмет работы: расчетное определение тягово-скоростных свойств автомобиля.

Курсовая работа предусматривает выполнение расчетов тягово-скоростных свойств и построение:

1) внешней скоростной характеристики двигателя;

2) мощностного и силового балансов автомобиля;

3) динамической характеристики автомобиля;

4) графика ускорений автомобиля;

5) диаграмм времени и пути разгона автомобиля;

Расчеты по оценке тягово-скоростных свойств могут выполняться на персональном компьютере. Пояснительная записка проекта оформляется на листах формата А4. В пояснительной записке приводят все формулы, после каждой формулы записывают формулы с числовыми значениями и результат расчета с указанием единицы измерения. При выполнении расчета по одной и той же формуле для нескольких значений аргумента, второй и последующие результаты сводят в таблицу, в которой должны быть указаны все значения переменных входящих в формулу. При необходимости приводят пояснения и выводы.

Исходные данные курсовой работы заносят в лист исходных данных (раздел 2), который подписывается руководителем проектирования и является неотъемлемой частью пояснительной записки.

Графическая часть работы включает в себя 8 диаграмм, выполненных на листах формата А4):

1) внешняя скоростная характеристика двигателя (рисунок 1);

2) мощностной баланс автомобиля (рисунок 2);

3) силовой баланс автомобиля (рисунок 3);

4) динамический паспорт автомобиля (рисунок 4);

5) диаграмма ускорений автомобиля (рисунок 5);

6) путь и время разгона автомобиля (рисунок 7);

Листы включают в пояснительную записку.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Исходные данные на работу принимают согласно номеру зачетной книжки по табл. 1. Прототип автомобиля принимают по последней цифре номера зачетной книжки. В табл. 1 указаны:

1) модель прототипа;

2) максимальная мощность двигателя N_МАХ, кВт;

3) угловая скорость коленчатого вала двигателя ωN, рад/с, при максимальной мощности двигателя N_МАХ;

4) максимальная скорость автомобиля V_МАХ, м/с.

В некоторых вариантах задания исходные данные могут значительно отличаться от характеристик прототипа, что объясняется необходимостью расширения числа вариантов.

Прототип автомобиля	Параметры	Размерность	Значение
КрАЗ Самосвал Дизельн.		кВт рад/с км/ч

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ РАБОТЫ

В соответствии с заданием на курсовую работу составляют лист исходных данных, бланк которого представлен в табл. 2:

1. Тип двигателя: дизель или бензиновый.

2. Максимальная разрешенная (полная) масса М_А (кг).

3. Колесная база L (м), – расстояние по горизонтали от центровой линии передних колес до:

- для автомобилей с колесной формулой 4×2 – центровой линии задних колес;

- для автомобилей с колесной формулой 6×4 и 6×6 –до середины расстояния между двумя задними осями.

Таблица 1

ЛИСТ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Задание
Наименование параметра автомобиля	Обозначение	Единица измерения	Значение
Модель прототипа			КрАЗ
Максимальная мощность двигателя		кВт
Угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной мощности NMAX		рад/с
Максимальная скорость		км/ч
Исходные данные
№	Наименование параметра автомобиля	Обозначение	Единица измерения	Значение
	Тип двигателя (дизель / бензиновый)	-	-	дизельный
	Максимальная разрешенная масса	МА	кг
	Колесная база	L	м	4,08+1,4
	Радиус качения колеса	rK	м	0,5207
	КПД трансмиссии	ƞ		0,84
	Фактор обтекаемости	KF	Нс2/м2
	Коэффициенты эмпирической формулы внешней скоростной характеристики двигателя N(ω)	a	-	0,5
b	1,5
c	1,0
	Удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя NMAX	gN	г/(кВт∙ч)	220…260
	Плотность топлива	Y	кг/л	0,82
	Передаточное число главной передачи	U0	-	5,51
	Передаточное число раздаточной коробки	UPK	-	1,23
	Число передач коробки передач	m	-
	Передаточные числа коробки передач (по прототипу)	U1	-	5,22
U2	2,90
U3	1,52
U4	1,00
U5	0,664
	Угловые скорости коленчатого вала, при которых рассчитывают характеристики двигателя и автомобиля	ω1	рад/с
ω2
ω3
ω4
ω5
	Коэффициент сопротивления качению	f0	-	0,015

4. Радиус колеса r (м) шин грузовых автомобилей и автобусов и шин с регулируемым давлением (кроме широкопрофильных) можно определить по формуле:

, (1)

где d – посадочный диаметр обода, м;

В – ширина профиля шины, м.

Значения d и В определяются по обозначению шин. Например, в обозначениях 9,00-20; 260-508; 10,00R20:

- первая цифра – ширина профиля В (9,00 и 10,00 в дюймах, 260 – в мм);

- вторая цифра – посадочный диаметр обода d (20 в дюймах, 508 в мм). 1 дюйм равен примерно 25,4 мм.

5. КПД трансмиссии η имеет следующие значения:

- трансмиссия с одинарной главной передачей – η ≈ 0,90:

- трансмиссия с двойной (центральной или разнесенной) главной передачей – η ≈ 0,84;

- трансмиссия полноприводного автомобиля – η ≈ 0,80.

6. Фактор обтекаемости КF, Н·с²/м².

Коэффициент сопротивления воздуха К, Н·с2/м4, принимает следующие значения в зависимости от типа автомобиля:

- грузовой– К ≈ 0,45…0,7;

- автобус – К ≈ 0,3...0,45.

Лобовая площадь автомобиля F, м2, приближенно подсчитывается по уравнению

, (2)

,

где B_К – колея передних колес, м;

Н – габаритная и высота автомобиля соответственно, м.

7. Коэффициенты a, b, c эмпирической формулы внешней скоростной характеристики двигателя N(ω) установлены в зависимости от типа двигателя и представлены в табл. 3.

Таблица 3 – Значения коэффициентов эмпирической формулы внешней скоростной характеристики двигателя N(ω)

Тип двигателя	Коэффициенты
а	в	с
Бензиновый	1,0	1,0	1,0
Дизель	0,5	1,5	1,0

8. Удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя q_N, г/кВт·ч:

- бензинового двигателя – 300…340;

- дизеля – 220... 260.

9. Плотность топлива γ, г/см3:

- бензин 0,74;

- дизельное топливо – 0,82.

10. Передаточное число главной передачи U₀.

В случае двойной разнесенной главной передачи передаточное число главной передачи U₀ определяется произведением U₀ = U_ЦU_КП, где U_Ц и U_КП – передаточные числа центрального редуктора и колесной передачи соответственно.

Передаточное число главной передачи вычисляют по формуле:

, (5)

где ω_МАХ – максимальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с. Для грузовых автомобилей и городских автобусов ω_МАХ = ω_N;

V_МАХ – максимальная скорость автомобиля, м/с;

U_КВ – передаточное число коробки передач на высшей передаче;

U_РК – передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче;

U_КП - передаточное число колесной передачи.

Передаточные числа U_КВ, U_РК, U_КП принимаются по прототипу; если раздаточная коробка или колесная передача отсутствуют, вместо соответствующих передаточных чисел в формулу и карточку вписывают единицы.

11. Передаточное число раздаточной коробкина высшей передаче U_РК. 12. Число передач в коробке передач m. Для коробок передач с делителем или демультипликатором расчеты выполняют для случая высшей передачи демультипликатора или делителя.

13. Передаточные числа в коробке передач Ui.

14. Угловые скорости коленчатого вала ωi, рад/с, при которых рассчитывают характеристики двигателя и автомобиля. Для расчета необходимо задаться шестью равномерно равноотстоящими друг от друга значениями угловой скорости ωi в интервале от ω₁ = 0,2 ω_N до ω₆ = ω_N. Из этих условий выводится уравнение ряда значений ωi, которое имеет вид:

, (6)

где i = 1, 2, … 6 – порядковый номер значения угловой скорости.

Для упрощения построения диаграмм рекомендуется округлить полученные значения до ближайших целых десятков.

15. Коэффициент сопротивления качению f₀ на участках маршрута с асфальтобетонным покрытием, f₀ = 0,015.

Силовой баланс автомобиля

Силовой баланс показывает распределение тяговой силы Р_Т на ведущих колесах по отдельным видам сопротивлений движению автомобиля на горизонтальной дороге:

, (15)

где Р_Т – тяговая сила РТ на ведущих колесах автомобиля;

Р_Д – сила суммарного дорожного сопротивления;

Р_В – сила сопротивления воздуха;

Р_И – сила сопротивления инерции.

График силового баланса представляет собой зависимость сил входящих в силовой баланс от установившейся скорости автомобиля V.

Тяговая характеристика

Тяговая характеристика – зависимость тяговой силы Р_Т на ведущих колесах автомобиля от установившейся скорости движения V автомобиля на каждой передаче коробки передач.

Скорость V, км/ч, подсчитывают по значениям угловой скорости ω коленчатого вала двигателя (см. табл. 2, п. 14), тяговую силу Р_Т (Н) – по величинам крутящего момента двигателя М, подсчитанных для тех же значений угловой скорости ω (см. табл. 4):

(16)

где 3,6 – коэффициент пересчета скорости, выраженной в м/с, в км/ч.

Таблица 5 – Результаты расчета тяговой характеристики автомобиля и сил сопротивления движению

Расчетные параметры	Значения
Угловая скорость коленчатого вала ω, рад/с
Крутящий момент двигателя, М, Н∙м
Передаточное число коробки передач	1-я передача U1=5,22	Скорость автомобиля V, км/ч
Тяговая сила РТ,кН
2-я передача U2=2,90	Скорость автомобиля V, км/ч
Тяговая сила РТ,кН
3-я передача U3=1,52	Скорость автомобиля V, км/ч
Тяговая сила РТ,кН			15,7	16,4	16,6	15,7
4-я передача U4=1,00	Скорость автомобиля V, км/ч
Тяговая сила РТ,кН			10,3	10,7	10,9	10,3
5-я передача U5= 0,664	Скорость автомбиля V, км/ч
Тяговая сила РТ,кН			6,8	7,1	7,3	6,8
Сила сопротивления воздуха, РВ, кН	3,9	12,5	26,1	44,6	68,1	96,5
Сумма сил суммарного дорожного сопротивления и сопротивления воздуха (РД+РВ), кН	4,257	12,857	26,457	44,957	68,457	96,857

Расчеты по параметрическому уравнению (16) выполнить для всех передач коробки передач и свести в таблицу, рекомендуемая форма которой представлена в табл.5.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха РВ, Н, подсчитывается по уравнению

, (18)

где KF – фактор обтекаемости, Н·с2/м2.;

13 – коэффициент перевода скорости из единиц измерения м/с в км/ч.

Расчет силы сопротивления воздуха Р_В выполняют для значений скорости V движения автомобиля на высшей передаче (см. табл. 5) результаты расчета заносят в предпоследнюю строку табл. 5. В последнюю строку табл. 5 заносят значения суммы сил суммарного дорожного сопротивления и сопротивления воздуха (Р_Д + Р_В).

Графики силового баланса

Графики силового баланса строят по данным табл. 5. Сначала откладывают точки и проводят линии тяговой характеристики автомобиля Р_Т(V) для каждой передачи коробки передач. Затем проводят линию суммарного дорожного сопротивления Р_Д и, наконец наносят точки и проводят линию суммы сил сопротивлений Р_Д + Р_В.

Мощность двигателя N

Мощность двигателя N, кВт, на графике силового баланса отображается кривыми N(V), соответствующими передачам коробки передач. Для построения кривых N(V) используют результаты предыдущих расчетов:

- мощности двигателя N (7), выполненных для построения кривой N(ω) внешней скоростной характеристики двигателя;

- скорости V (16), км/ч, движения автомобиля на каждой передаче коробки передач, выполненных для построения кривых тяговой силы P_Тi(V) силового баланса.

3.3.2. Мощность N_Т, подводимая к ведущим колесам

Потери мощности в трансмиссии N_ТР приводят к тому, что к ведущим колесам подводится мощность N_Т, кВт, величина которой ниже вырабатываемой двигателем мощности N:

N_Т = ηN, (20)

где η – КПД трансмиссии (см. табл. 2, п. 5).

При этом потери мощности в трансмиссии N_ТР составляют

N_ТР = N – N_Т. (21)

Кривые тяговой мощности N_Т(V), так же как и кривые мощности двигателя N(V), строятся для каждой передачи коробки передач.

3.3.3. Мощность суммарного дорожного сопротивления N_Д Мощность N_Д, кВт, суммарного дорожного сопротивления подсчитывается по силе суммарного дорожного сопротивления Р_Д (17), Н, в зависимости от скорости движения автомобиля V, км/ч:

N_Д = 0,0036Р_ДV, (22)

где 0,0036 – суммарный коэффициент приведения единиц измерения скорости V в км/ч и мощности NД в кВт.

3.3.4. Мощность сопротивления воздуха N_В Мощность сопротивления воздуха N_В, кВт, подсчитывается по силе сопротивления воздуха Р_В, Н, (18) в зависимости от скорости движения автомобиля V, км/ч:

N_В = 0,001Р_ВV. (23)

График мощностного баланса

График мощностного баланса представляет собой зависимость мощностей (19) от установившейся скорости V автомобиля. Для его построения некоторые результаты предыдущих расчетов

1) внешней скоростной характеристики двигателя – мощность двигателя N (7;

2) силового баланса:

- скорость автомобиля V (16), км/ч, на каждой передаче коробки передач;

- сила суммарного дорожного сопротивления Р_Д, Н, (17);

- сила сопротивления воздуха Р_В, Н, (18).

Таблица 6 – Результаты расчета мощностного баланса автомобиля

Расчетные параметры	Значения
Скорость V движения автомобиля на передаче коробки передач, км/ч	Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Мощность, кВт	N двигателя
NT, подводимая к ведущим колесам
NД суммарного дорожного сопротивления	0,193	0,392	0,502	0,656	0,81	0,964
NВ сопротивления воздуха	0,0005	0,003	0,009	0,02	0,038	0,064

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – приобретение студентами практических навыков по определению и анализу эксплуатационных свойств автомобиля.

Предмет работы: расчетное определение тягово-скоростных свойств автомобиля.

Курсовая работа предусматривает выполнение расчетов тягово-скоростных свойств и построение:

1) внешней скоростной характеристики двигателя;

2) мощностного и силового балансов автомобиля;

3) динамической характеристики автомобиля;

4) графика ускорений автомобиля;

5) диаграмм времени и пути разгона автомобиля;

Расчеты по оценке тягово-скоростных свойств могут выполняться на персональном компьютере. Пояснительная записка проекта оформляется на листах формата А4. В пояснительной записке приводят все формулы, после каждой формулы записывают формулы с числовыми значениями и результат расчета с указанием единицы измерения. При выполнении расчета по одной и той же формуле для нескольких значений аргумента, второй и последующие результаты сводят в таблицу, в которой должны быть указаны все значения переменных входящих в формулу. При необходимости приводят пояснения и выводы.

Исходные данные курсовой работы заносят в лист исходных данных (раздел 2), который подписывается руководителем проектирования и является неотъемлемой частью пояснительной записки.

Графическая часть работы включает в себя 8 диаграмм, выполненных на листах формата А4):

1) внешняя скоростная характеристика двигателя (рисунок 1);

2) мощностной баланс автомобиля (рисунок 2);

3) силовой баланс автомобиля (рисунок 3);

4) динамический паспорт автомобиля (рисунок 4);

5) диаграмма ускорений автомобиля (рисунок 5);

6) путь и время разгона автомобиля (рисунок 7);

Листы включают в пояснительную записку.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Исходные данные на работу принимают согласно номеру зачетной книжки по табл. 1. Прототип автомобиля принимают по последней цифре номера зачетной книжки. В табл. 1 указаны:

1) модель прототипа;

2) максимальная мощность двигателя N_МАХ, кВт;

3) угловая скорость коленчатого вала двигателя ωN, рад/с, при максимальной мощности двигателя N_МАХ;

4) максимальная скорость автомобиля V_МАХ, м/с.

В некоторых вариантах задания исходные данные могут значительно отличаться от характеристик прототипа, что объясняется необходимостью расширения числа вариантов.

Прототип автомобиля	Параметры	Размерность	Значение
КрАЗ Самосвал Дизельн.		кВт рад/с км/ч

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ РАБОТЫ

В соответствии с заданием на курсовую работу составляют лист исходных данных, бланк которого представлен в табл. 2:

1. Тип двигателя: дизель или бензиновый.

2. Максимальная разрешенная (полная) масса М_А (кг).

3. Колесная база L (м), – расстояние по горизонтали от центровой линии передних колес до:

- для автомобилей с колесной формулой 4×2 – центровой линии задних колес;

- для автомобилей с колесной формулой 6×4 и 6×6 –до середины расстояния между двумя задними осями.

Таблица 1

ЛИСТ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Задание
Наименование параметра автомобиля	Обозначение	Единица измерения	Значение
Модель прототипа			КрАЗ
Максимальная мощность двигателя		кВт
Угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной мощности NMAX		рад/с
Максимальная скорость		км/ч
Исходные данные
№	Наименование параметра автомобиля	Обозначение	Единица измерения	Значение
	Тип двигателя (дизель / бензиновый)	-	-	дизельный
	Максимальная разрешенная масса	МА	кг
	Колесная база	L	м	4,08+1,4
	Радиус качения колеса	rK	м	0,5207
	КПД трансмиссии	ƞ		0,84
	Фактор обтекаемости	KF	Нс2/м2
	Коэффициенты эмпирической формулы внешней скоростной характеристики двигателя N(ω)	a	-	0,5
b	1,5
c	1,0
	Удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя NMAX	gN	г/(кВт∙ч)	220…260
	Плотность топлива	Y	кг/л	0,82
	Передаточное число главной передачи	U0	-	5,51
	Передаточное число раздаточной коробки	UPK	-	1,23
	Число передач коробки передач	m	-
	Передаточные числа коробки передач (по прототипу)	U1	-	5,22
U2	2,90
U3	1,52
U4	1,00
U5	0,664
	Угловые скорости коленчатого вала, при которых рассчитывают характеристики двигателя и автомобиля	ω1	рад/с
ω2
ω3
ω4
ω5
	Коэффициент сопротивления качению	f0	-	0,015

4. Радиус колеса r (м) шин грузовых автомобилей и автобусов и шин с регулируемым давлением (кроме широкопрофильных) можно определить по формуле:

, (1)

где d – посадочный диаметр обода, м;

В – ширина профиля шины, м.

Значения d и В определяются по обозначению шин. Например, в обозначениях 9,00-20; 260-508; 10,00R20:

- первая цифра – ширина профиля В (9,00 и 10,00 в дюймах, 260 – в мм);

- вторая цифра – посадочный диаметр обода d (20 в дюймах, 508 в мм). 1 дюйм равен примерно 25,4 мм.

5. КПД трансмиссии η имеет следующие значения:

- трансмиссия с одинарной главной передачей – η ≈ 0,90:

- трансмиссия с двойной (центральной или разнесенной) главной передачей – η ≈ 0,84;

- трансмиссия полноприводного автомобиля – η ≈ 0,80.

6. Фактор обтекаемости КF, Н·с²/м².

Коэффициент сопротивления воздуха К, Н·с2/м4, принимает следующие значения в зависимости от типа автомобиля:

- грузовой– К ≈ 0,45…0,7;

- автобус – К ≈ 0,3...0,45.

Лобовая площадь автомобиля F, м2, приближенно подсчитывается по уравнению

, (2)

,

где B_К – колея передних колес, м;

Н – габаритная и высота автомобиля соответственно, м.

7. Коэффициенты a, b, c эмпирической формулы внешней скоростной характеристики двигателя N(ω) установлены в зависимости от типа двигателя и представлены в табл. 3.

Таблица 3 – Значения коэффициентов эмпирической формулы внешней скоростной характеристики двигателя N(ω)

Тип двигателя	Коэффициенты
а	в	с
Бензиновый	1,0	1,0	1,0
Дизель	0,5	1,5	1,0

8. Удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя q_N, г/кВт·ч:

- бензинового двигателя – 300…340;

- дизеля – 220... 260.

9. Плотность топлива γ, г/см3:

- бензин 0,74;

- дизельное топливо – 0,82.

10. Передаточное число главной передачи U₀.

В случае двойной разнесенной главной передачи передаточное число главной передачи U₀ определяется произведением U₀ = U_ЦU_КП, где U_Ц и U_КП – передаточные числа центрального редуктора и колесной передачи соответственно.

Передаточное число главной передачи вычисляют по формуле:

, (5)

где ω_МАХ – максимальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с. Для грузовых автомобилей и городских автобусов ω_МАХ = ω_N;

V_МАХ – максимальная скорость автомобиля, м/с;

U_КВ – передаточное число коробки передач на высшей передаче;

U_РК – передаточное число раздаточной коробки на высшей передаче;

U_КП - передаточное число колесной передачи.

Передаточные числа U_КВ, U_РК, U_КП принимаются по прототипу; если раздаточная коробка или колесная передача отсутствуют, вместо соответствующих передаточных чисел в формулу и карточку вписывают единицы.

11. Передаточное число раздаточной коробкина высшей передаче U_РК. 12. Число передач в коробке передач m. Для коробок передач с делителем или демультипликатором расчеты выполняют для случая высшей передачи демультипликатора или делителя.

13. Передаточные числа в коробке передач Ui.

14. Угловые скорости коленчатого вала ωi, рад/с, при которых рассчитывают характеристики двигателя и автомобиля. Для расчета необходимо задаться шестью равномерно равноотстоящими друг от друга значениями угловой скорости ωi в интервале от ω₁ = 0,2 ω_N до ω₆ = ω_N. Из этих условий выводится уравнение ряда значений ωi, которое имеет вид:

, (6)

где i = 1, 2, … 6 – порядковый номер значения угловой скорости.

Для упрощения построения диаграмм рекомендуется округлить полученные значения до ближайших целых десятков.

15. Коэффициент сопротивления качению f₀ на участках маршрута с асфальтобетонным покрытием, f₀ = 0,015.

ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ