Динамический расчет УАЗ-3303

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1.  РАСЧЕТ  И ВЫБОР ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ  МОЩНОСТИ АВТОМОБИЛЬНОГО  ДВИГАТЕЛЯ……………………...3

1.1. Техническая  характеристика автомобиля УАЗ-3303………………….3

1.2. Расчет мощности  и частоты вращения коленчатого  вала двигателя автомобиля……………………………………………………………………….4

 

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ……………………………..7

2.1. Расчет и построение  внешней скоростной характеристики  двигателя…………………………………………………………………………7

 

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ  АВТОМОБИЛЯ……………………………………………………9

3.1. Определение передаточного числа главной передачи…………………9

3.2.  Подбор передаточных чисел коробки передач………………………..10

3.3. Построение универсальной  динамической характеристики автомобиля………………………………………………………………………13

3.4. Расчет и  построение экономической характеристики автомобиля...20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1.  РАСЧЕТ  И ВЫБОР ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ  МОЩНОСТИ

АВТОМОБИЛЬНОГО  ДВИГАТЕЛЯ

1.1. Техническая  характеристика автомобиля УАЗ-3303

 

Тип кузова Цельнометалический фургон

Колесная база 2300 мм

Дорожный просвет 220 мм

Число мест 7

Длина автомобиля 4360 мм

Ширина автомобиля 1940 мм

Высота автомобиля 2090 мм

Колея передних колес 1445/1445 мм

Радиус поворота, м:

по оси следа внешнего передн. Колеса 6

наружн.габаритный 6,8

Мотор:

Двигатель УМЗ 451

Объем двигателя 2445 см3

Расположение цилиндров  рядное

Топливо АИ-80

Цилиндры/клапаны R4/2

Мощность 70 л.с. (53 КВт) при 4000 об/мин

Крутящий момент 167 Нм при 2000 об/мин

Трансмиссия:

Сцепление однодисковое, сухое

Коробка передач 4-ступ. с  синхронизаторами на III и IV передачах

Главная передача одинарная  коническая со спиральными зубьями

Передаточные числа:

коробки передач 4,12; 2,64; 1,58

главной передачи 5,125

Передаточные числа  раздаточной коробки 1,0

Привод Постоянный привод на все колеса

Раздаточная коробка  двухступенчатая

Эксплуатация:

Максимальная скорость 100 км/ч

Собственная масса,.кг 1500

В т. ч. на передн. ось 990

Задн. ось 730

Снаряжённая масса автомобиля 1900 кг

Полная масса автомобиля 3000 кг

Грузоподъемность 1500 кг

235/75 R15

 

1.2. Расчет мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля

 

Мощноть N_E двигателя, необходимую для движения нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью V_A.MAX в заданных дорожных условиях, определим по формуле:

,кВт 

,кВт

где: V_A.MAX – максимальная скорость движения автомобиля (по заданию), км/ч;

G – сила тяжести автомобиля с грузом, Н;

Ψ – приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

к - коэффициент сопротивления воздуха, кг/м³;

F – площадь лобового сопротивления автомобиля, м²;

η_ТР – механический КПД трансмиссии для режима максимальной скорости.

Площадь лобового сопротивления  для автомобилей:

, м² (2)

где: В – колея задних колес, м;

Н – габаритная высота автомобиля, м.

Рассчитаем площадь лобового сопротивления автомобиля:

Значения коэффициента сопротивления воздуха к эмпирические и принимаются из характеристики прототипа. В случае отсутствия этого коэффициента (устаревшая модель, некоторые грузовые автомобили) он принимается в следующих пределах:

к=0,20...0,30 – легковые автомобили с закрытым кузовом;

к= 0,35...0,60 – легковые автомобили с необтекаемой формой кузова;

к= 0,60...0,70 – грузовые автомобили;

к= 0,30...0,50 – автобусы.

Примем k=0,5 как для легковых автомобилей с необтекаемой формой кузова

Сила тяжести автомобиля определяется как:

,Н (4)

где: т₀ – собственная (снаряженная) масса автомобиля (принимается по прототипу), кг;

т_Г – масса перевозимого груза (по заданию), кг;

g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с².

Исходя из расчетных  значений рассчитаем мощность прототипа УАЗ-3303:

 

При проектировании для обеспечения  необходимого динамического фактора  в области средних эксплуатационных скоростей движения определяют максимальную мощность двигателя по формуле:

(5)

Частота вращения коленчатого  вала двигателя, соответствующая максимальной мощности, определяется коэффициентом  оборотности двигателя η_п , равным отношению частоты вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости движения автомобиля.

, отсюда  (6)

Коэффициент оборотности  принимают равным в пределах 35...50 в соответствии с прототипом автомобиля и расчетной максимальной мощностью двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

 

С некоторой долей  погрешности внешняя скоростная характеристика может быть определена и построена для четырехтактных двигателей с искровым зажиганием на основании следующих данных:

Табл.1: Внешне скоростные характеристики автомобиля УАЗ-3303

п, %	20	40	60	80	100	120
п, мин-1	800	1600	2400	3200	4000	4800
NE, %	20	50	73	92	100	92
NE, кВт	6,73	16,82	24,56	30,95	36,8	30,95
Н м	80,37	100,43	97,77	92,41	80,35	61,60

 

Таким образом, получив  в результате расчета N_E.MAX и п_МАХ и приняв их за 100%, можно рассчитать и графически построить внешнюю скоростную характеристику для двигателя УАЗ-3303.

На график также наносится  кривая крутящего момента двигателя, каждая точка которой определяется по формуле:

, Н м (7)

где: ω – угловая скорость коленчатого вала, с^-1.

, с^-1 (8)

М_кр=9550(N_E/n)=9550*36.8/4000=80.37, Н м

по аналогии рассчитываем остальные значения крутящего момента  и заносим их в табл.1

Кривая удельного расхода  топлива двигателя g_e строится согласно процентному распределению, указанному ниже в таблице:

 

 

Табл.2: Удельный расход топлива автомобиля УАЗ-3303

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин-1	800	1600	2400	3200	4000	4800
ge, %	110	100	95	95	100	115
ge, г/кВт·ч	358,6	326	309,7	309,7	326	374,9

 

За 100% удельного расхода  топлива принимают для карбюраторного двигателя 300...330 г/кВт·ч.

Часовой расход топлива  для каждого значения частоты  вращения коленчатого вала двигателя  подсчитывается по формуле:

 

, кг/ч

2,41

5,48

7,61

9,58

10,97

11,6

 

, кг/ч (9)

 

 

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ

3.1. Определение передаточного числа главной передачи

 

Передаточное число  главной передачи определяется по выражению:

; (10)

где: i_KZ – передаточное число КПП на высшей передаче; (Для УаЗ-3303 передаточное число на IV передаче=1,0);

i_Д – передаточное число в дополнительной (раздаточной) коробке(Для УаЗ-452 передаточное число в РК=1,00);

r_K – расчетный радиус качения ведущих колес автомобиля, м.

Для определения радиуса ведущих колес автомобиля УаЗ-3303 необходимо выбрать марку шины колеса согласно расчетной нагрузки. Для этого определяется нормальная нагрузка на одну шину полностью нагруженного автомобиля:

, Н (10,5)

где: п_Ш – число шин, приходящихся на ведущие оси;

λ – коэффициент нагрузки на ведущие колеса, учитывающий распределение массы автомобиля по осям:

для грузовых и легковых автомобилей типа 4 4 и 6 6 λ = 1,0.

Рассчитаем нормальную нагрузку на одну шину автомобиля УаЗ-3303:

R_z=9,81*(1900+320)*1,0/4=2992,05Н

Выберем шину 235/75 R15 для прототипа УаЗ-3303

 

Радиус колеса будет определяться по следующей формуле:

; (11)

где: d – диаметр диска колеса, дюйм;

Δ – высота борта  шины, выраженная в долях от ширины шины, %;

в – ширины профиля  шины, м.

Отсюда найдем радиус колеса для УаЗ-3303:

r_k=0,0254*(0,5*15)+0,75*0,235=0,0254*7,5+0,176=0,36 м

 

Отсюда найдем передаточное число главной передачи автомобиля УаЗ-3303:

I₀=0,377*4000*0,36/1,0*1,00*80=693,7/410=6,8

 

3.2. Подбор передаточных чисел коробки передач

 

Для определения передаточных чисел  коробки передач, вначале определяют передаточное число на первой, самой  низкой передаче.

Передаточное число  первой передачи должно удовлетворять  следующим требованиям:

• обеспечивать преодоление повышенных дорожных сопротивлений движению;
• не вызывать буксование ведущих колес автомобиля при передаче максимального крутящего момента двигателя.

Для преодоления автомобилем повышенных дорожных сопротивлений и обеспечения максимальной силы тяги на ведущих колесах максимальная касательная силы будет определяться следующим равенством:

; (14)

Из данного равенства передаточное число коробки передач на первой передаче будет равно:

; (15)

где: G – сила тяжести автомобиля, Н(G=21778,2H);

М_{КР МАХ} – максимальный крутящий момент, определяемый внешней скоростной характеристикой двигателя, Н∙м(следуя пункту 2 М_кр=80,35Н*м);

η_{ТР 1} – КПД трансмиссии на первой передаче.( η_{ТР 1}=0.88-0.92).

Определим передаточное число на первой передачи для УаЗ-3303:

I_k1 ≥21778,2*0,027*0,36/80,35*0,90*6,7=211,7/484,5=0,4

Найденное передаточное отношение первой ступени коробки  передач должно исключать полное буксование ведущих колес, которое  может возникнуть при максимальной касательной силе тяги автомобиля.

Для этого необходимо, чтобы максимальная касательная  силы тяги, подводимая к ведущим  колесам, была бы меньше или равна  максимальной силе сцепления ведущих  колес с дорогой, то есть:

; (16)

Выразим искомую величину:

; (17)

где: φ – коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой принимается в пределах 0,5...0,7.

Вычислим значение передаточного  числа КПП на 1 передаче при помощи формулы (17):

I_kр=1*21778,*0.5*0.36/80,35*0,90*6,7=3920/484,5=8,1

Таким образом, передаточное число первой ступени коробки  передач должно лежать в пределах, обуславливающих преодоление автомобилем  максимального дорожного сопротивления  и отсутствие буксования ведущих  колес.

Зная передаточное число 1-й ступени коробки передач, переходят к определению передаточных чисел на промежуточных передачах.

Если исходить из условия  сохранения постоянного интервала  изменения чисел оборотов двигателя, при разгоне на различных передачах, что обуславливает наибольшую производительность и экономичность автомобиля, то получим ряд передаточных чисел, подчиняющихся закону геометрической прогрессии:

, (18)

откуда:

; ; (19)

где: z – число передач;

; (20)

Вычислим знаменатель  прогрессии.

 

Вычислим значения передаточных чисел на остальных передачах:

I_k2=8,1/2=4

I_k3=4/2=2

I_k4=2/2=1