Выбор двигателя и построение его внешней скоростной характеристики

АННОТАЦИЯ

Макеев А.М.Тягово-динамический и топливно-экономический расчеты автомобиля с механической трансмиссией: Курсовая работа по курсу “Теория автомобиля”. – Челябинск: ЮУрГУ, 2017. – 14 с., 1 табл., 7 рис., библиография литературы – 3 наименования.

В расчетах показан метод нахождения оптимального варианта конструктивной схемы автомобиля: тип двигателя, его расположение, схему и типтрансмиссии, развесовку и колесную формулу, определения характеристикдвигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростныесвойства, автомобиля в заданных условиях эксплуатации. В работе проведенанализ тяговых и динамических качеств будущего автомобиля. Выполнентопливно-экономический расчет.

Оглавление

АННОТАЦИЯ.. 3

Служебное назначение детали и ее роль в узле. 4

Способ получения заготовки детали и выбор способа, применяемого в серийном производстве. 5

Технологический процесс изготовления детали. 6

Оборудование и станки. 8

Пути повышения производительности. 10

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК: 11

ВВЕДЕНИЕ

Тягово-скоростные свойства автомобиля – это совокупность свойств,

определяющих выходные характеристики его прямолинейного движения в

различных условиях, при работе двигателя на внешней скоростной

характеристике.

Тяговый режим характеризуется передачей мощности от двигателя к

ведущим колесам достаточной для преодоления сопротивления движению.

Скорость движения автомобиля выбирают, исходя из эксплуатационных условий.

К показателям выходных характеристик, оценивающих тягово-скоростныесвойства автомобиля, относятся: для заданных дорожных условий максимальнаяскорость движения, максимальное ускорение, максимальные преодолеваемыеподъемы и минимальное время разгона до определенной скорости.

Тягово-скоростные свойства имеют важное значение при эксплуатацииавтомобиля. Они во многом определяют его среднюю скорость ипроизводительность, которые являются важнейшими его показателями.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Техническое задание:

- Легковой автомобиль с приводом на заднюю ось;

- Пассажировместимость 5 человек

- Используется на дорогах общей сети с асфальтобетонным и цементно-бетонным покрытием.

Выбираемые параметры:

- Прототип – ИЖ 2126

- Масса снаряженного автомобиля m₀ =1380 кг

- Максимальная скорость V_max = 156 км/час

- Максимальный угол подъёма, преодолеваемый автомобилем a_max=20°

- Распределение веса по осям автомобиля П/З = 46/54

Коэффициент полезного действия трансмиссии рассчитываем, опираясь назнания, полученные по курсу «Детали машин». КПД двувальной коробкипередач рассчитывается по формуле:

η_тр = η_цил*η_з.дифф*ηп.дифф= 0,97*0,96^2 = 0,93.

Рис.1

Трансмиссия ИЖ 2126

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Определение полной массы автомобиля

Полную массу автомобиля рассчитывают по формуле:

m_a=m₀+(m_ч + m_б) * n

где m_a – полная масса автомобиля, кг;

m₀ – масса снаряженного автомобиля, m₀ = 1380 кг;

m_ч – масса водителя или пассажира, m_ч = 75 кг;

n – число мест для сиденья, n = 5;

m_б – масса багажа на одного человека (m_б = 10 кг).

m_a= 1380 + (75 + 10) * 5 = 1805 кг

Выбор шин

Так как проектируемый автомобиль предназначен только для движения по дорогам общей сети, в том числе и с асфальтобетонным и цементобетонным покрытием, то принимаем колесную формулу 4х2.

Для определения нагрузки на переднюю ось воспользуемся развесовкой автомобиля – прототипа при полной нагрузке:

m_п = 0,46·m_a,

где m_п– масса приходящаяся на переднюю ось автомобиля, кг; m_a – полная масса автомобиля, кг.

m_п = 0,46·1805 = 830 кг,

соответственно на заднюю ось приходится остальная часть нагрузки, численно равная:

m_з = m_a – m_п,

где m_з – масса, приходящаяся на заднюю ось автомобиля, кг; m_п– масса приходящаяся на переднюю ось автомобиля, кг; m_a – полная масса автомобиля, кг.

m_з = 1805 – 830= 975 кг.

Выбор шин осуществляем в соответствии с рекомендациями завода –изготовителя.

Выбираем следующий размер шин: 165/80 R13,

где 165 – ширина профиля шины, мм;

80 – отношение высоты профиля к ширине (в процентах); R – радиальная шина;

13 – посадочный диаметр, соответствующий диаметру обода колеса d, дюйм. Рассчитываем радиус качения колеса с выбранной шиной:

rк = (0,9...0,95)×rс ,

где r_к–радиус качения колеса с выбранной шиной, м;

rс – статический радиус колеса, определяемый по формуле

rс = 0,5×d+lш × Н = 0,5 × 0,0254 ×13+ 0,89 × 0,165× 0,5 = 0,238 м,

где d– диаметр обода колеса, м;

lш – коэффициент, учитывающий вертикальную деформацию шин,

lш = 0,88…0,9;

Н – высота профиля шины, м;

rк = 0,925 ×0,238= 0,22 м.

УСКОРЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Время равномерного движения автомобиля обычно мало по сравнению с общим временем его работы. Например, в городах оно составляет 15...25% времени движения, от 30 до 45% – ускоренное движение и 30...40% – движение накатом и торможение.

Показателями динамических свойств автомобиля при неравномерном движении служат величины ускорений, а также путь и время, необходимые для движения в определенном интервале изменения скорости.

Ускорение движения, которое может развивать автомобиль при заданных условиях, характеризует приемистость автомобиля: чем больше ускорение, тем выше при прочих равных условиях средняя скорость движения, а, следовательно, и производительностьавтомобиля.

Ускорение автомобиля найдем по формуле:

где j – ускорениеавтомобиля, м/с²;

D – динамический фактор;

Ψ – коэффициент сопротивления дороги; g – ускорение свободного падения,м/с²;

– коэффициент учета вращающихся масс автомобиля.

В этом уравнении величина, стоящая в скобках, определяется по динамическому балансу автомобиля отрезком, заключенным между кривой динамической характеристики и линией, соответствующей коэффициенту сопротивления дороги.

Коэффициент учета вращающихся масс автомобиля (коэффициент условного увеличения поступательно движущейся массы автомобиля):

где J_m– момент инерции вращающихся масс двигателя, Jm=0,1...0,5 H×м×с²;

åJK– суммарный момент инерции колес, åJK=2,5...5,0 H×м×с²;

i_к – передаточное число коробки передач на выбранной передаче;

iдв – передаточное число высшей передачи в раздаточной коробке;

I₀ – передаточное число главной передачи; G_a – полный вес автомобиля, Н;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

r_Д – динамический радиус колеса, м.

r_к–радиус качения колеса, м;

η_ТР – КПД трансмиссии.

Полученные значения ускорений внесем в таблицу 3.

Таблица 3 - Ускорение и обратное ускорения автомобиля

J1, м/с²	1/J1, с²/м	J2, м/с²	1/J2, с²/м	J3, м/с²	1/J3, с²/м	J4, м/с²	1/J4, с²/м	J5, м/с²	1/J5, с²/м
2,44	0,41	2,25	0,44	1,91	0,52	1,62	0,62	1,42	0,71
2,54	0,39	2,34	0,43	1,98	0,5	1,67	0,6	1,45	0,69
2,6	0,38	2,4	0,42	2,03	0,49	1,7	0,59	1,47	0,68
2,64	0,38	2,43	0,41	2,04	0,49	1,7	0,59	1,45	0,69
2,65	0,38	2,43	0,41	2,03	0,49	1,67	0,6	1,41	0,71
2,63	0,38	2,4	0,42		0,50	1,62	0,62	1,34	0,75
2,58	0,39	2,35	0,43	1,93	0,52	1,54	0,65	1,25	0,8
2,5	0,4	2,26	0,44	1,84	0,54	1,44	0,69	1,12	0,89
2,39	0,42	2,15	0,47	1,72	0,58	1,31	0,76	0,98	1,02
2,25	0,44		0,5	1,58	0,63	1,15	0,87	0,8	1,25
2,08	0,48	1,83	0,55	1,4	0,71	0,97	1,03	0,6	1,66

Рис.5 – График ускорений

Рис.6 – График обратных ускорений

МОЩНОСТНОЙ БАЛАНС

Для оценки тягово-скоростных свойств и тяговой экономичности используют уравнение мощностного баланса, которое иллюстрирует распределение мощности по видам сопротивления:

Nk=Nmhтр =Ny+Nw+Nj,

где N_k – мощность на ведущих колес, кВт;

N_m – мощность двигателя при текущих оборотах, кВт;

η_ТР – КПД трансмиссии;

N_Ψ – мощность на преодоление сопротивления дороги, кВт;

N_ω – мощность на преодоление сопротивления воздуха, кВт;

N_j – разность мощности, подводимая к ведущим колесам, кВт.

Разность мощности, подводимая к ведущим колесам есть:

Nj=Nk-(Ny+Nw)кВт

Определим значения мощности, найденные значения запишем в таблицу 5

и в таблицу 6.

Таблица 5 – Тягово-скоростные свойства

Первая передача	Вторая передача	Третья передача
n, об/мин	Nm, кВт	V, км/ч	n, об/мин	Nm, кВт	V, км/ч	n, об/мин	Nm, кВт	V, км/ч
	12,85	9,02		12,85	13,52		12,85	18,21
	19,49	13,14		19,49	19,71		19,49	26,55
	26,30	17,27		26,30	25,91		26,30	34,89
	33,09	21,4		33,09	32,10		33,09	43,22
	39,65	25,53		39,65	38,29		39,65	51,56
	45,77	29,65		45,77	44,48		45,77	59,9
	51,24	33,78		51,24	50,67		51,24	68,24
	55,85	37,91		55,85	56,87		55,85	76,58
	59,41	42,04		59,41	63,06		59,41	84,91
	61,69	46,17		61,69	69,25		61,69	93,25
	62,50	50,29		62,50	75,44		62,50	101,59
Четвертая передача	Пятая передача
	12,85	22,85		12,85	26,89
	19,49	33,32		19,49	39,2
	26,30	43,78		26,30	51,51
	33,09	54,25		33,09	63,82
	39,65	64,71		39,65	76,13
	45,77	75,17		45,77	88,44
	51,24	85,64		51,24	100,75
	55,85	96,1		55,85	113,06
	59,41	106,57		59,41	125,37
	61,69	117,03		61,69	137,68
	62,50	127,5		62,50

Рис.9 Мощностной баланс

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе программой Excel автоматизированными методами расчетов параметров автомобиля, найдена оптимальный вариант конструк- тивной схемы автомобиля: тип двигателя, его расположение, схема и тип трансмиссии, развесовка и колесная формулу, определение характеристик двигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства, автомобиля в заданных условиях эксплуатации, проведен анализ тяговых и динамических качеств автомобиля.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и эксплуатационные свойства: учебное пособие – М.: Издательский центр «Академия»,2009.

2. Галимзянов Р.К. Теория автомобиля: учебное пособие – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,2007.

АННОТАЦИЯ

Макеев А.М.Тягово-динамический и топливно-экономический расчеты автомобиля с механической трансмиссией: Курсовая работа по курсу “Теория автомобиля”. – Челябинск: ЮУрГУ, 2017. – 14 с., 1 табл., 7 рис., библиография литературы – 3 наименования.

В расчетах показан метод нахождения оптимального варианта конструктивной схемы автомобиля: тип двигателя, его расположение, схему и типтрансмиссии, развесовку и колесную формулу, определения характеристикдвигателя и трансмиссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростныесвойства, автомобиля в заданных условиях эксплуатации. В работе проведенанализ тяговых и динамических качеств будущего автомобиля. Выполнентопливно-экономический расчет.

Оглавление

АННОТАЦИЯ.. 3

Служебное назначение детали и ее роль в узле. 4

Способ получения заготовки детали и выбор способа, применяемого в серийном производстве. 5

Технологический процесс изготовления детали. 6

Оборудование и станки. 8

Пути повышения производительности. 10

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК: 11

ВВЕДЕНИЕ

Тягово-скоростные свойства автомобиля – это совокупность свойств,

определяющих выходные характеристики его прямолинейного движения в

различных условиях, при работе двигателя на внешней скоростной

характеристике.

Тяговый режим характеризуется передачей мощности от двигателя к

ведущим колесам достаточной для преодоления сопротивления движению.

Скорость движения автомобиля выбирают, исходя из эксплуатационных условий.

К показателям выходных характеристик, оценивающих тягово-скоростныесвойства автомобиля, относятся: для заданных дорожных условий максимальнаяскорость движения, максимальное ускорение, максимальные преодолеваемыеподъемы и минимальное время разгона до определенной скорости.

Тягово-скоростные свойства имеют важное значение при эксплуатацииавтомобиля. Они во многом определяют его среднюю скорость ипроизводительность, которые являются важнейшими его показателями.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Техническое задание:

- Легковой автомобиль с приводом на заднюю ось;

- Пассажировместимость 5 человек

- Используется на дорогах общей сети с асфальтобетонным и цементно-бетонным покрытием.

Выбираемые параметры:

- Прототип – ИЖ 2126

- Масса снаряженного автомобиля m₀ =1380 кг

- Максимальная скорость V_max = 156 км/час

- Максимальный угол подъёма, преодолеваемый автомобилем a_max=20°

- Распределение веса по осям автомобиля П/З = 46/54

Коэффициент полезного действия трансмиссии рассчитываем, опираясь назнания, полученные по курсу «Детали машин». КПД двувальной коробкипередач рассчитывается по формуле:

η_тр = η_цил*η_з.дифф*ηп.дифф= 0,97*0,96^2 = 0,93.

Рис.1

Трансмиссия ИЖ 2126

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Определение полной массы автомобиля

Полную массу автомобиля рассчитывают по формуле:

m_a=m₀+(m_ч + m_б) * n

где m_a – полная масса автомобиля, кг;

m₀ – масса снаряженного автомобиля, m₀ = 1380 кг;

m_ч – масса водителя или пассажира, m_ч = 75 кг;

n – число мест для сиденья, n = 5;

m_б – масса багажа на одного человека (m_б = 10 кг).

m_a= 1380 + (75 + 10) * 5 = 1805 кг

Выбор шин

Так как проектируемый автомобиль предназначен только для движения по дорогам общей сети, в том числе и с асфальтобетонным и цементобетонным покрытием, то принимаем колесную формулу 4х2.

Для определения нагрузки на переднюю ось воспользуемся развесовкой автомобиля – прототипа при полной нагрузке:

m_п = 0,46·m_a,

где m_п– масса приходящаяся на переднюю ось автомобиля, кг; m_a – полная масса автомобиля, кг.

m_п = 0,46·1805 = 830 кг,

соответственно на заднюю ось приходится остальная часть нагрузки, численно равная:

m_з = m_a – m_п,

где m_з – масса, приходящаяся на заднюю ось автомобиля, кг; m_п– масса приходящаяся на переднюю ось автомобиля, кг; m_a – полная масса автомобиля, кг.

m_з = 1805 – 830= 975 кг.

Выбор шин осуществляем в соответствии с рекомендациями завода –изготовителя.

Выбираем следующий размер шин: 165/80 R13,

где 165 – ширина профиля шины, мм;

80 – отношение высоты профиля к ширине (в процентах); R – радиальная шина;

13 – посадочный диаметр, соответствующий диаметру обода колеса d, дюйм. Рассчитываем радиус качения колеса с выбранной шиной:

rк = (0,9...0,95)×rс ,

где r_к–радиус качения колеса с выбранной шиной, м;

rс – статический радиус колеса, определяемый по формуле

rс = 0,5×d+lш × Н = 0,5 × 0,0254 ×13+ 0,89 × 0,165× 0,5 = 0,238 м,

где d– диаметр обода колеса, м;

lш – коэффициент, учитывающий вертикальную деформацию шин,

lш = 0,88…0,9;

Н – высота профиля шины, м;

rк = 0,925 ×0,238= 0,22 м.

ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЕ ЕГО ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

В настоящее время на автомобилях наиболее широкое распространение получили двигатели внутреннего сгорания. На легковых автомобилях применяют бензиновые двигатели.

Определим максимальную мощность двигателя Nmax. Для этого сначала найдем мощность двигателя при выбранной максимальной скорости автомобиля при движении на горизонтальной асфальтобетонной дороге.Мощность двигателя при Vmaxрассчитаем по формуле:

где N _Vmax – мощность двигателя при максимальной скорости, кВт;

G_a – полный вес автомобиля, Н.

V_max – выбранная максимальная скорость движения, км/ч;

kF – фактор обтекаемости, Н·с²/м²;

kF = 0,6…0,7;

ψ_Vmax – коэффициенты сопротивлению качению дороги при максимальной

скорости;

η _трVmax – КПД трансмиссии;

hтрVmax= 0,86…0,94.

yVmax=f=f0 (1 +k1V_max² ),

f0 – коэффициент сопротивления качения для асфальтобетона, относящийся к малым скоростям, f0 = 0,012...0,015;

k1 = (4...5)10^-5.

yVmax=f= 0,0135(1 + 4,5 ×10^-5×156²) = 0,028.

Ga=mag= 1805× 9,8 = 17689H.

Мощность двигателя при максимальной скорости:

На транспортных автомобилях, устанавливается двигатель несколько

завышенной мощности для того, чтобы создать собственную приспосабливаемость его к внешним перегрузкам и уменьшить количество вынужденныхпереключений передач.

Для бензиновых двигателей без ограничителя числа оборотов степень

использования равна:

Максимальная мощность двигателя определим по формуле:

где N_max–максимальная мощность двигателя, кВт;

N_Vmax – мощность двигателя при максимальной скорости, кВт;

a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкциюдвигателявнутреннего сгорания (для бензинового ДВС a = b = c = 1).

Определим стендовую мощность:

N_ст.max= k₂Nmax,

где k₂=1,1...1,2.

N_ст.max=1,2 82,67 = 99,2 кВт

Величину Nст.max двигателя проектируемого автомобиля используют лишь для сравнения ее с данными существующих двигателей и установления возможности применения выпускаемых промышленностью двигателей.

Внешняя скоростная характеристика может быть получена из решения

следующей эмпирической формулы:

,

где N_m – текущее значение мощности, кВт;

N_max – максимальная мощность двигателя, кВт;

n_m– текущее значение числа оборотов вала двигателя, об/мин;

n_N – максимальное значение числа оборотов вала двигателя, об/мин;

а, b и с – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания (для бензинового ДВС a = b = c = 1).

n_min=950 об/мин; n_N= 5300 об/мин.

Зададим в интервале от n_min до n_max ряд значений n_m , находим соответствующие значения N_m и строим кривую зависимости N_m= f (n_m ) , а затем M_m= f (n_m ) , имея ввиду, что:

Где – угловая частота вращения коленчатого вала, 1/с;

M_m – текущее значение крутящего момента, Н·м.

Результаты расчета занесем в таблицу 1.

Таблица 1 - Внешняя скоростная характеристика двигателя

Частота вращения коленчатого вала nm, об/мин	Мощность Nm,кВт	Крутящий момент Mm, Н·м
	12,85	129,19
	19,49	134,36
	26,30	138,01
	33,09	140,15
	39,65	140,77
	45,77	139,87
	51,24	137,45
	55,85	133,52
	59,41	128,07
	61,69	121,10
	62,50	112,62

График зависимостиNm = f (nm ) иMm = f (nm )представлен на рисунке 2.

Рис.2

Определим рабочий объем (литраж) двигателя по формуле:

где V_h – рабочий объем (литраж) двигателя, л;

t – тактность двигателя (для четырехтактного двигателя t =4);

N_max – максимальное значение мощности, кВт;

peN– среднее эффективное давление при максимальной мощности,МПа.

n_max – максимальное значение числа оборотов вала двигателя, об/мин.

Для современных автомобильных двигателей peN= 0,6...1,6 МПа.

По полученному рабочему объему двигателя можно установить класс и некоторые характеристики проектируемого легкового автомобиля. Автомобиль – малого класса (II), первой группы.