Определение мощности двигателя.

Цель работы: Определить исходные габаритные и массовые показатели автомобиля и сравнить их с автомобилем – прототипом.

Задачи работы:

1. Выбрать прототип автомобиля.

2. Определить параметры автомобиля- прототипа, необходимые для дальнейших расчетов.

3. Рассчитать массовые показатели вновь проектируемого автомобиля.

4. Подобрать по массовым показателям автомобиля размерность колес.

5. Определить мощность, затрачиваемую вновь проектируемым автомобилем на движении при максимальной скорости по горизонтальной дороге при максимальной нагрузке.

Порядок выполнения работы:

Выбор автомобиля прототипа производится по следующим исходным положениям:

- грузоподъемность автомобиля – прототипа равна грузоподъемности проектируемого автомобиля;

- Автомобиль – прототип должен иметь колесную формулу 4х2 или 4х4;

- Автомобиль – прототип должен иметь бензиновый двигатель;

- Автомобиль – прототип должен иметь бортовую платформу или быть самосвалом или фургоном.

Для расчетов необходимы следующие показатели автомобиля – прототипа:

-ширина;

-высота;

-длина;

-База;

-колея передних и задних колес;

-масса автомобиля полная и снаряженная;

-вес автомобиля приходящийся на переднюю ось полностью груженого автомобиля и снаряженного автомобиля;

- вес автомобиля приходящийся на заднюю ось полностью груженого автомобиля и снаряженного автомобиля;

-параметры шин автомобиля;

-минимальный радиус поворота;

-максимальная скорость автомобиля;

-максимальная мощность автомобиля и частота вращения коленчатого вала, при которой она достигается;

Полная масса проектируемого автомобиля определяется следующим образом:

где m_ca- снаряженная масса автомобиля, кг;

m- количество пассажиров, включая водителя, шт.;

m_гр- грузоподъемность, кг.

Для определения снаряженной массы автомобиля воспользуемся формулой:

где η_ca- коэффициент снаряженной массы.

Этот коэффициент определяем через данные прототипа.

Полученный коэффициент должен лежать в пределах от 0,8 до 1,1. При меньших значениях автомобиль испытывает трудности при движении по мягким грунтам в не полностью загруженном состоянии, при больших значениях падает эффективность эксплуатации автомобиля. Если полученный коэффициент в прототипе лежит за оптимальными пределами, то для проектируемого автомобиля необходимо выбрать близкий к оптимальному(h_са).

Используя данный коэффициент прототипа, находим снаряженную массу исследуемого автомобиля.

Для проверки правильности выбранных параметров необходимо прости сравнение вновь проектируемого автомобиля и автомобиля прототипа. Сравниваются отношения:

1.

2.

По этим показателям определяется насколько изменились массовые параметры автомобиля и в какую сторону.

Определяем коэффициент нагрузки ведущих колес, по показателям автомобиля - прототипа

где G*_2cт- статическая нагрузка на ведущие колеса автомобиля - прототипа, Н;

G*_a- полный вес автомобиля - прототипа, Н.

Значение этого коэффициента для грузовиков с классической компоновкой должно лежать в пределах от 0,67 до 0,75, При меньших значениях этого коэффициента произойдет перегруз передней оси , затрудненное управление автомобилем и повышенное буксование при частичной загрузке автомобиля, а увеличение этого коэффициента выше максимального предела приведет к разгружению передней оси и к частичной потере управляемости при разгоне.

Поэтому при несоответствии коэффициента нагрузки ведущих колес для автомобиля – прототипа указанному диапазону принимается такое значение для проектируемого автомобиля, чтобы оно попало в указанный диапазон.

Находим статическую нагрузку на ведущие колеса автомобиля

где g- ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

Коэффициент перераспределения нагрузки на заднюю ось

где L - база автомобиля, м;

a - максимальный угол подъема, преодолеваемый автомобилем;

φ- коэффициент сцепления движителей с поверхностью;

h – высота центра масс с грузом, м (берется из приложения 1).

где φ_макс – максимальный коэффициент сцепления с данным покрытием, 0,5;

f_мин – минимальный коэффициент трения качения, 0,01.

Высокие значения коэффициента перераспределения нагрузки приводят к возрастанию крена на поворотах (это соответствует высокому центру тяжести). При низком значении коэффициента будет недостаточна проходимость автомобиля (это соответствует низкому центру тяжести). Поэтому значение данного коэффициента рекомендуется принимать равным 1,25…1,3.

Коэффициент перераспределение нагрузки на переднюю ось

где b – расстояние от задней оси до центра масс, м (берется из приложения 1).

Находим динамическую нагрузку на ведущие колеса

Находим нагрузку на одно колесо

,

где i – количество колес на задней оси автомобиля (принимается равным количеству колес автомобиля – прототипа).

По нагрузке на одно колесо выбираем пневматические шины.

где Р_max – допустимая нагрузка на колесо. Параметры выбранного колеса записываем в таблицу.

Таблица 1.0. Параметры шин, используемых на автомобиле

Параметр	Обозначение	Величина
Тип шины	-	Камерная
Тип протектора	-	Универсальный или дорожный
Максимально допустимая нагрузка	Рmax,Н
Наружный диаметр	Dн , мм
Статический радиус	rст , мм
Ширина профиля	Мм

Определим свободный радиус колеса

.

Радиус качения колеса

,

Сила суммарного сопротивления дороги

где ψ – коэффициент суммарного сопротивления дороги, для выбранного нами прототипа можно принять, 0,04.

Мощность для преодоления сопротивление дороги

,

где υ – максимальная скорость движения автомобиля, м/с.

Сила сопротивления воздуха

,

где F – площадь лобового сечения, у выбранного прототипа, м²;

k - коэффициент сопротивления воздуха, выбранного прототипа Эти характеристики берутся из приложения 2.

Мощность для преодоления сопротивления воздуха

По результатам расчетов составляем таблицу:

Табл.1.1 Сравнение параметров прототипа и рассчитываемого автомобиля

Параметр	Прототип	Рассчитываемый
Грузоподъемность, кг
Снаряженная масса, кг
Полная масса, кг
Нагрузка на заднюю ось, кН
База, м
Высота ц.м. без нагрузки, м
Расстояние от ц.м. до задней оси, м

Лабораторная работа №2

Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя

Цель лабораторной работы: Построение внешней скоростной характеристики двигателя автомобиля.

Задачи работы:

1. Построение характеристики мощности двигателя.

2. Определение передаточного отношения главной передачи.

3. Построение характеристики момента.

Порядок выполнения работы:

Мощность двигателя автомобиля определяется из величины максимальной мощности, необходимых автомобилю для преодоления всех сопротивлений движению. Суммарная мощность необходимая автомобилю для преодоления всех сопротивлений, возникающих при движении и с учетом потерь в трансмиссии автомобиля при его равномерном движении по ровной горизонтальной поверхности определяется по уравнению:

,

где P_ψ – сила суммарного сопротивления дороги, Н;

υ_макс – скорость автомобиля, м/с;

F – площадь лобового сечения, м²;

η_тр – коэффициент полезного действия трансмиссии;

k – коэффициент сопротивления воздуха.

Для внешней скоростной характеристики автомобиля характерны следующие точки:

n_min – минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала, обычно для бензиновых двигателей она 800…1000 об/мин, а для дизелей 600…800 об/мин;

n_N – частота вращения при достижении максимальной мощности двигателя;

n_v – частота вращения двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля (для дизелей n_N = n_v, для бензиновых двигателей n_v = 1,2 n_N);

n_M – частота вращения, соответствующая достижению максимума момента двигателя.

Характер изменения кривой мощности можно определить использую уравнения Лейдермана.

где - относительная частота вращения коленчатого вала, ( 0,2 ≤ n₀ ≤ 1,2 для бензиновых двигателей и 0,2 ≤ n₀ ≤ 1 для дизелей).

Подбор коэффициентов уравнения Лейдермана производится исходя из типа двигателя .

Тип двигателя	Коэффициенты
a	B	c
Карбюраторный
Дизельный с непосредственным впрыском	0,5	1,5
Дизель с предкамерой	0,6	1,4
Дизель с вихревой камерой	0,7	1,3

Условия движения автомобиля на максимальной скорости: при движении автомобиля максимальной скорости движения соответствует максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя (n_v).

Исходя из этого условия, получаем, что относительная частота коленчатого вала при достижении максимальной скорости автомобиля будет равна 1,2 для бензиновых двигателей и 1 для дизелей. При этом мощность сопротивления и подводимая от двигателя мощность должны быть равны. Из этих условий определим номинальную мощность двигателя:

- для бензинового двигателя

_,

- для дизеля N_ен = N_сопр .

Расчетная мощность двигателя должна быть выше номинальной для обеспечения необходимого запаса (10%).

Полученное значение расчетной мощности желательно округлить до величины, кратной 5.

Построение внешне-скоростной характеристики производим по составленной формуле в выбранных пределах, полученные значения заносим в таблицу 2.2.