Динамический расчет УАЗ-3303

Зная передаточные числа  коробки перемены передач и главной  передачи, определяем передаточные числа трансмиссии:

;

Вычислим:

I_TP1=8,1*6,7=54,3

I_TP2=4*6,7=26,8

I_TP3=2*6,7=13,4

I_TP4=1*6,7=6,7

 

 

3.3. Построение универсальной динамической характеристики автомобиля

автомобиль двигатель  вал передача

Динамической  характеристикой автомобиля называют графически выраженную зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на разных передачах.

Универсальная динамическая характеристика автомобиля является его  основным техническим документом.

Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы к силе тяжести автомобиля:

; (23)

Величина динамического фактора  зависит от характера протекания кривой крутящего момента двигателя, передаточного числа трансмиссии, скорости движения автомобиля и его массы.

Вначале строят динамическую характеристику порожнего  автомобиля без груза и без  прицепа.

Масса порожнего автомобиля определяется следующим образом:

; (24)

где: т_ВОД – масса водителя (примем массу человека за 80 кг)

m₀-масса автомобиля ( для УаЗ-3303 масса автомобиля равна 1900 кг)

Рассчитаем массу порожнего УаЗ-3303:

m_пор=1900+80=1980кг 

Расчет значения динамического  фактора автомобиля ведется в  следующей последовательности:

1.Зададимся рядом значений частот  вращения коленчатого вала (20, 40, 60, 80,100, от п_МАХ).Для УаЗ-3303 ранее было рассчитано:

 

n, %	20	40	60	80	100
n, мин-1	800	1600	2400	3200	4000

 

2.Для выбранных частот подсчитывают  величины скоростей автомобиля  на каждой передаче по формуле:

; км/ч (25)

Рассчитываем скорости движения автомобиля на каждой передаче:

 

1передача (передаточное число трансмиссии  54,3)

V=0,377*800*0,36/54,3=1,9 км/ч

V=0,377*1600*0,36/54,3=3,8км/ч

V=0,377*2400*036/54,3=5,7 км/ч

V=0,377*3200*0,36/54,3=7,6 км/ч

V=0,377*4000*0,36/54,3=9,5 км/ч

 

2 передача (передаточное число  трансмиссии 26,8)

V=0,377*800*0,36/26,8=4,1 км/ч

V=0,377*1600*0,36/26,8=8,2 км/ч

V=0,377*2400*036/26,8=12,3 км/ч

V=0,377*3200*0,36/26,8=16,4 км/ч

V=0,377*4000*0,36/26,8=20,5 км/ч

 

3 передача (передаточное число  трансмиссии 13,4)

V=0,377*800*0,36/13,4=8,1 км/ч

V=0,377*1600*0,36/13,4=16,2 км/ч

V=0,377*2400*0,36/13,4=24,3 км/ч

V=0,377*3200*0,36/13,4=32,4 км/ч

V=0,377*4000*0,36/13,4=40,5 км/ч

 

4 передача (передаточное число трансмиссии 6,7):

V=0,377*800*0,36/6,7=16,2 км/ч

V=0,377*1600*0,36/6,7=32,4 км/ч

V=0,377*2400*036/6,7=48,6 км/ч

V=0,377*3200*0,36/6,7=64,8 км/ч

V=0,377*4000*0,36/6,7=80,0 км

 

3. Определяем величину касательной  силы тяги Рк по передачам;

Касательная сила тяги Р_к вычисляется по формуле:

_,Н (25,5)

Где: М_кр- крутящий момент двигателя. Для УаЗ-3303 он приведен в таблице:

 

Н м

80,37

100,43

97,77

92,41

80,35

61,60

 

iⁱ_ТР- передаточное число трансмиссии на i-ой передаче (для 1,2,3,4 передач соответственно 54,3; 26,8; 13,4; 6,7)

ή_ТР-КПД трансмиссии (для прототипа автомобиля КПД трансмиссии берется в пределах от 0,88 до 0,92)

r_к- радиус колеса ( для УаЗ-3303 радиус колеса равен 0,36 м)

Рассчитаем касательную силу тяги автомобиля УаЗ-3303 по передачам

1 передача (передаточное число  54,3):

Р_к=80,37*54,3*0,9/0,36=10910,2 Н

Р_к=100,43*54,3*0,9/0,36=13633,4 Н

Р_к=97,77*54,3*0,9/0,36=13272,3Н

Р_к=92,41*54,3*0,9/0,36=12544,7 Н

Р_к=80,35*54,3*0,9/0,36=10907,5 Н

 

2 передача (передаточное число  26,8)

Р_к=80,37*26,8*0,9/0,36=5384,8Н

Р_к=100,43*26,8*0,9/0,36=6728,8Н

Р_к=97,77*26,8*0,9/0,36=6550,6Н

Р_к= 92,41*26,8*0,9/0,36=6191,5 Н

Р_к=80,35*26,8*0,9/0,36=5383,5Н

 

3 передача (передаточное число  13,4)

Р_к=80,37*13,4*0,9/0,36=2692,4 Н

Р_к=100,43*13,4*,9/0,36=3364,4 Н

Р_к=97,77*13,4*0,9/0,36=3275,3 Н

Р_к= 92,41*13,4*0,9/0,36=3095,7 Н

Р_к=80,35*13,4*0,9/0,36=2692,7Н

 

4 передача (передаточное число  6,7)

Р_к=80,37*6,7*0,9/0,36=1347,5Н

Р_к=100,43*6,7*0,9/0,36=1637,6 Н

Р_к=97,77*6,7*0,9/0,36=1109,5 Н

Р_к= 92,41*6,7*0,9/0,36=1547,8Н

Р_к=80,35*6,7*0,9/0,36=1345,9 Н

4. Подсчитаем значение силы сопротивления воздуха Rw для V, соответствующим исходном значениям n на каждой передаче.

Сила сопротивления воздуха  рассчитывается формулой:

Н (25,6)

 

Где Rw-сила сопротивления воздуха для скоростей соответствующим исходным значениям n на каждой передаче

k-коэффициент сопротивления воздуха (k=0,06 кг/м)

F-площадь лобового сопротивления (для УаЗ-3303 F=2,58 м² )

V-скорость движения автомобиля (для разных передач рассчитано в п.2)

1 передача

Rw=0,06*2,58*5,29/12,96=0,06H Rw=0,06*2,58*21,16/12,96=0,25H

Rw=0,06*2,58*47,67/12,96=0,55H Rw=0,06*2,58*84,64/12,96=0,98H

Rw=0,06*2,58*132,25/12,96=1,5H

 

2 передача.

Rw=0,06*2,58*19,36/12,96=0,22H Rw=0,06*2,58*77,44/12,96=0,89H

Rw=0,06*2,58*176,89/12,96=2,04H Rw=0,06*2,58*246,49/12,96=2,9H

Rw=0,06*2,58*404,1/12,96=4,7H

 

3 передача

Rw=0,06*2,58*70,56/12,96=0,81H Rw=0,06*2,58*282,4/12,96=3,3H

Rw=0,06*2,58*635,04/12,96=7,35H Rw=0,06*2,58*1128,9/12,96=13,06H

Rw=0,06*2,58*1764/12,96=20,4H

 

4 передача

Rw=0,06*2,58*2262,4/12,96=26,8H Rw=0,06*2,58*1049,7/12,96=12,2H

Rw=0,06*2,58*2361,9/12,96=27,3H Rw=0,06*2,58*4199,04/12,96=48,6H

Rw=0,06*2,58*6400/12,96=74,1H

5.Рассчитаем  динамический фактор автомобиля  исходя из полученных данных:

1 передача

D=6399,9-0,06/21778,2=0,3 D=7358,6-0,98/21778,2=0,3

D=7997,3-0,25/21778,2=0,4 D=6398,-1,5/21778,2=0,2

D=7785,5-0,55/21778,2=0,4

 

2 передача

D=3365,05-0,22/21778,2=0,15 D=3869,2-2,9/21778,2=0,17

D=4204,9-0,89/21778,2=0,19 D=3364,2-4,7/21778,2=0,15

D=4093,6-2,04/21778,2=0,18

 

3 передача

D=1761-0,88/21778,2=0,08 D=2024,9-13,06/21778,2=0,09

D=2200,7-3,3/21778,2=0,1 D=1760,7-20,4/21778,2=0,07

D=2142,4-7,35/21778,2=0,09

 

4 передача

D=912-26,8/21778,2=0,04 D=1048,6-48,6/21778,2=0,04

D=1139,6-12,2/21778,2=0,05 D=910,2-74,1/21778,2=0,03

D=1109,5-27,3/21778,2=0,04

Занесем полученные расчетные значения динамики автомобиля УАЗ-3303 в Таблицу 3.

Таблица3. Расчетные  значения динамической характеристики автомобиля УАЗ-3303.

передача	V ,км/ч	n, мин-1	МКР, Нм	РК, Н	RW, Н	D
I	1,9	800	80,37	6399,9	0,06	0,3
	3,8	1600	100,43	7997,3	0,25	0,4
	5,7	2400	97,77	7785,5	0,55	0,4
	7,6	3200	92,41	7358,6	0,98	0,3
	9,5	4000	80,35	6398,3	1,5	0,2
II	4,1	800	80,37	3365,05	0,22	0,15
	8,2	1600	100,43	4204,9	0,89	0,19
	12,3	2400	97,77	4093,6	2,04	0,18
	16,4	3200	92,41	3869,2	2,9	0,17
	20,4	4000	80,35	3364,2	4,7	0,15
III	8,1	800	80,37	1761	0,88	0,08
	16,2	1600	100,43	2200,7	3,3	0,1
	24,3	2400	97,77	2142,4	7,35	0,09
	32,4	3200	92,41	2024,9	13,06	0,09
	40,5	4000	80,35	1760,7	20,4	0,07
IV	16,2	800	80,37	912	26,8	0,04
	32,4	1600	100,43	1139,6	12,2	0,05
	48,6	2400	97,77	1109,5	27,3	0,04
	64,8	3200	92,41	1048,6	48,6	0,04
	80,0	4000	80,35	910,2	74,1	0,03

 

Для построения универсальной построенной  динамической характеристики необходимо в верхней части графика (рис. 2) провести вторую горизонтальную координатную ось и на ней отметить значения коэффициента загрузки автомобиля:

; (26)

Г=2650/1980=1,4

Начало отсчета по оси Г начинается с 1, что соответствует массе порожнего автомобиля. Отношение полностью груженого автомобиля к порожнему даст максимальное значение Г и его нужно отложить в точке координаты, соответствующей V_MAX . Точки Г_МАХ и V_MAX соединяются вертикальной линией, которая будет служить ординатой динамического фактора полностью груженого автомобиля.

Умножив значения динамического фактора порожнего автомобиля на Г_МАХ, получают численные значения динамического фактора полностью груженого автомобиля и откладывают их на второй ординате:

; (27)

Соединяют соответствующие значения динамического фактора порожнего и полностью груженого автомобиля наклонными линиями. Ось Г разбивают на ряд равных отрезков и через их граничные точки проводят вертикальные линии до пересечения с нижней горизонтальной осью. Эти линии будут соответствовать промежуточным значениям Г.

Таким образом, построенная универсальная динамическая характеристика позволяет определять значение динамического фактора при любой степени загрузки автомобиля.

 

3.4. Расчет и  построение экономической характеристики  автомобиля

 

Экономическая характеристика показывает, сколько топлива расходуется на единицу длины пробега автомобиля при его равномерном движении на разных скоростях и в различных дорожных условиях.

Топливную экономичность  автомобиля принято оценивать расходом топлива на 100 км пройденного пути

Обычно экономическая характеристика строится на каждой передаче. В курсовой работе характеристика строится при движении автомобиля на высшей передаче с заданным коэффициентом дорожного сопротивления.

Если известен часовой  расход топлива двигателя и скорость движения автомобиля, то расход топлива в литрах на 100 км пробега выразится в виде следующей зависимости:

; л/100 км (28)

где: γ_Т – плотность топлива, кг/л; для бензина – 0,725 кг/л; для дизельного топлива – 0,825 кг/л.

Эффективная мощность двигателя N_E , потребная для движения автомобиля в заданных дорожных условиях, определяется по формуле (1).

При выполнении работы следует  учесть, что удельный расход топлива g_e является величиной переменной, зависящей от скоростного и нагрузочного режима работы двигателя. Чтобы учесть это влияние, следует воспользоваться эмпирической формулой:

; (29)

где: g_e(N_{E MAX}) – удельный расход топлива при максимальной мощности по внешней скоростной характеристике;

К_п – коэффициент учитывающий влияние на удельный расход топлива скоростного режима работы двигателя;

К_N - коэффициент учитывающий влияние на удельный расход топлива нагрузочного режима работы двигателя.

Величина коэффициентов К_п и К_N определяется из графиков на рис. 4, где значение коэффициента К_п дано в функции от отношения текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя при данной скорости движения к частоте вращения вала при максимальной скорости автомобиля; значение коэффициента К_N дано в функции от отношения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений с данной скоростью к мощности двигателя при той же частоте вращения вала по внешней скоростной характеристике.

Рекомендуется следующая  последовательность построения экономической  характеристики:

1.Зададимся рядом значений частот вращения коленчатого вала (20, 40, 60, 80,100, 120 от п_МАХ).Для Уаз3303 ранее было рассчитано:

 

n%	20	40	60	80	100	120
n мин-1	800	1600	2400	3200	nmax=4000	4800

 

Для построения экономической  характеристики по формуле (25) рассчитаем скорость движения автомобиля по передачам.(см.пункт 5 "Построение Динамической характеристики")

2. По формуле (1) определяют мощность  двигателя, требуемую для движения  автомобиля на заданных скоростях.

 

1 передача

N_e=1,9/3240*(588,1+1,3*3,61/13)=0,005(588,1+0,4)=1,3 кВт

N_e=3,8/3240*(588,1+1,3*14,44/13)=0,001(588,1+1,5)=2,6 кВт

N_e=5,7/3240*(588,1+1,3*32,49/13)=0,002(588,1+3,2)=4,1 кВт

N_e=7,6/3240*(588,1+1,3*57,76/13)=0,002(588,1+5,8)=4,9 кВт

N_e=9,5/3240*(588,1+1,3*90,25/13)=0,003(588,1+9,03)=6,6 кВт

 

4 передача

N_e=16,2/3240*(588,1+1,3*262,44/13)=0,006(588,1+26,3)=10,7кВт

N_e=32,4/3240*(588,1+1,3*1049,76/13)=0,01(588,1+104,9)=17,9 кВт

N_e=48,6/3240*(588,1+1,3*2361,96/13)=0,02(588,1+236,2)=30,5 кВт

N_e=64,8/3240*(588,1+1,3*4199,04/13)=0,02(588,1+419,9)=55,2 кВт

N_e=80/3240*(588,1+1,3*6400/13)=0,03(588,1+640)=76,8 кВт

3. Зная частоту вращения  коленчатого вала двигателя для  разных скоростей движения автомобиля, определяют отношения , согласно которым по графику находят значения коэффициентов Кп.