Расчет автомобиля ВАЗ 21045

                   Введение

Тягово-динамические расчеты могут выполняться как проектные и как поверочные. Последний является частным случаем проектного.

Целью проектного расчета является определение основных параметров автомобиля, обеспечивающих наибольшую эффективность его использования  в характерных для заданного класса условиях. К таким параметрам относятся массовые характеристики, размер шин, литраж двигателя, его мощность, крутящий момент и характер их протекания на внешней скоростной характеристике (ВСХ), передаточные числа агрегатов трансмиссии и тягово-динамические характеристики. Число таких характеристик зависит от назначения работы (курсовое проектирование, дипломная работа и др.).

 

1. Назначение автомобиля и эффективность его использования

 

Раздел излагается на основе изучения задания после подбора соответствующей литературы. Класс автомобиля указывается по классификации, принятой в РФ и по 180. Описываются характерные условия эксплуатации и возможные модификации, а также потенциал эффективности его использования.

 

2. Выбор компоновочной схемы

 

Схему разрабатывают на основе анализа технических характеристик  и описания устройства современных отечественных и зарубежных автомобилей этого класса. Рассматривается форма и тип кузова (кабины), возможность использования прицепа, количество и расположение ведущего(их) моста(ов), тип трансмиссии (ступенчатая, бесступенчатая), наличие дополнительных редукторов, дифференциальных механизмов. Указываются преимущества и недостатки различных вариантов.

В заключении приводится краткая  характеристика выбранной компоновки.

 

3. Тягово-динамичсский расчет

3.1. Определение массовых показателей автомобиля и размера шин

В расчетах используется полная масса автомобиля (тягача) G_а, н.

G_а = G_с + G_п = 11.9+5=16,9 кН  (1690 кг);            

где G_п - масса полезной нагрузки;

G_с - собственная масса автомобиля в снаряженном состоянии. Для нахождения G_с используют статистические данные современных автомобилей, выраженные через коэффициент использования массы К_м.

К_м= G_п/G_c;

 G_c= G_п/ К_м=5/0,42=11.9 кН

По табличным данным принимаем, что 0,45 G_а приходится на переднюю ведущую ось, т.е.:

G_п=16,9 *0,45 =7,605 кН;

Нагрузка на одно колесо:

Р_к= G_п/2=7,605/2=3,8025 кН;

Шины выбирают в зависимости от назначения автомобиля, преимущественных условий его эксплуатации и максимальной нагрузки на одно колесо Р_max.

Р_max= Р_к*Ф_с*Ф_т,

Где Ф_с – коэффициент, учитывающий фактор скорости (Ф_с =1,1);

       Ф_т – коэффициент, учитывающий тормозной фактор (Ф_т =1,0);

Р_max=3,8025*1,2*1= 4,563 кН;

По ГОСТ 20993-75 для такой нагрузки подходит шина 155R15.

Свободный радиус, определяемый по маркировке выбранной шины:

r₀=d/2+(0,6…0,9)=15*25,4/2+0,65*155=291,25 мм.

Радиус качения выбранной  шины – статистический радиус колеса:

r_k=λ’*r₀,

где λ’ – коэффициент деформации шины; для легковых автомобилей λ’=0,97;

r_k=0,97*291,25 =282.5 мм = 0,28м.

 

 

3.2. Расчёт параметров двигателя.

Мощность двигателя необходимая  для движения автомобиля с установившейся максимальной скоростью в характерных дорожных условиях определяют из уравнения мощностного баланса:

N_max = (1,1...1,3) [G_aΨV_max + 0,077 kFV³_max]* 3*10^-4/ή_T = 1,1*[16900*0,035*130+0,077*0,2*1,82*130³]*3*10^-4/0,9=50.8 кВт

где N_max - мощность, кВт;

Ψ - суммарный коэффициент дорожного сопротивления:

Ψ = f+I =0,02+0,015=0,035

f- коэффициент сопротивления качению колёс

f =0,015.....0,02 - для сухого асфальтобетонного шоссе

f = 0,03.....0,04 - для грунтовых и песчаных дорог.

i - подъём преодолеваемый автомобилем при движении на максимальной скорости

i =0,015.....0.035 - для легковых автомобилей;

k - коэффициент аэродинамического сопротивления нс²/м⁴

F - лобовая площадь (миделево сечение), м²

F = 0,78В_аН_а =0,78*1.62*1.443=1,82 м²;

Здесь:

В_а - наибольшая ширина, м

Н_а - наибольшая высота, м.

Ориентировочные значения К и F представлены в таблице 4.

Таблица 1

Тип автомобиля	К, не /м	F,m2
Легковые автомобили	0,15...0,35	1,5...2,5
Автобусы особо малого и малого класса	0.25...0.4	3...5
Городские и междугородные  автобусы	0,5...0,6	4...5
Грузовые автомобили с  открытой платформой или с фургоном	0,5...0,6	4...5
Тягачи с прицепом или  полуприцепом	0,6..0,75	5...7

 

ή_T - КПД трансмиссии, значение которого ή_T = 0,8...0,95.

Скоростная характеристика двигателя представляет собой график зависимости эффективной мощности N_с , удельного расхода топлива g_е и крутящего момента М_к от частоты вращения коленчатого вала двигателя n (об/мин) при постоянно открытой дроссельной заслонке или постоянном положении рейки топливного насоса.

Эта характеристика строится на основе результатов испытаний двигателей на специальных стендах. Для проектных расчетов зависимость g_е = f(n) строится на основе статистических данных и является сугубо ориентировочной.

Для построения зависимостей N_e = f(n) и М_к = f(n) чаще всего используется метод С.Р. Лейдермана.

Текущие значения N_e:

Ne = N_max[n/n_N + (n/n_N)²-(n/n_N)³]

Текущие значения М_к:

М_к = 9554*N_e/n ,нм

 

Таблица 2

Текущие значения n об/мин	n/nN	(n/nN)2	(n/nN)3	Ne,кВт	Мк,нм
1000	0,24	0,06	0,013	14,6	139,5
2000	0,48	0,23	0,11	30,5	145,7
3000	0,71	0,51	0,36	43,7	140,2
4200	1	1	1	50,8	115,6

 

 

Скоростная характеристика

 

3.3 Определение  параметров трансмиссии

Vi_2 ....V4.5 - перекрытие скоростей.

Из задания следует, что  автомобиль не имеет дополнительной коробки и i_gв = 1, a

i_кв = 0,8.

 

i₀=i_тв=0,377*r_k*n_N/ i_кв* i_gв*V_max,

где  i_gв – передаточное число дополнительной коробки на высшей передаче;

       i_кв – передаточное число основной коробки на высшей передаче;

i₀=i_тв=0,377*0,28*4200/(0,8*130)= 4,263

Находим передаточное число  коробки на 1-ой передаче:

i₁=G_a*Ψ*r_k/M_kmax* i₀* i_gв* ή_T* i_кв=16900*0,27*0,28/(145,7*4,263*1*0,9*0,8)=2,86

При наибольшем коэффициенте сцепления ведущих колес с  дорогой на горизонтальном участке:

i₁=G_a*r_k*m*φ_max/ M_kmax* i₀* i_gв* ή_T* i_кв

i₁=16900*0,28*0,55*0,27/(145,7*4,263*1*0,9*0,8)=1,57

Проверим обеспечивает ли эти пределы необходимый диапазон изменения скоростей по условию:

i₁>= V_max*n_M/(V_min*n_N)*(i_кв*i_gв)

i₁>=130*2000*0,8*1/(3*4200)=1,65

здесь n_N и n_M принимаются по графику ВСХ; в соответствии с рекомендациями принимаем наибольшее из трех полученных, т.е. i₁=2,86;

Находим знаменатель геометрической прогрессии q:

q= _,

где z – заданное число передач;

q= = 1,38

По закону геометрической прогрессии следует:

i₂ =i₁/q = 2,86/1,38=2,07;

i₃=i₂/q=2,07/1,38=1,5;

i₄=i₃/q= 1,5/1,38=1,09;

i₅=0,8– из задания.

i_T=i₀*i_k*i_g Полученныезначения сводятся в таблице 3.

 

Таблица 3

показатель	Номер передачи
	1	2	3	4	5
Расчетное значение Iк	2,86	2,07	1,5	1,09	0,8
Принятое значение IТ	12,2	8,8	6,4	4,6	3,4

 

Таблица 4  V_min и V_max на всех передачах

Скорость, км/ч
	1	2	3	4	5
Vmin (1000 об/мин)	8,65	12,00	16,5	22,95	31,05
Vmax (4200 об/мин)	36	50,4	69,3	96,4	130,4

 

 

 

Диапазоны скоростей  автомобиля

 

 

3.4. Тяговая характеристика.

Тяговой характеристикой  называют зависимость сил тяги Р_т от скорости автомобиля V на всех передачах в трансмиссии. Для расчета воспользуемся формулой:

 

Р_т= М_к*а,

Где а = I_Т* ή_T/ r_к,

Где М_к, из таблицы 2; I_Т-из таблицы 3; r_к=0,28 м; V, км/ч скорость.

Здесь а- величина постоянная для рассчитываемой передачи. Результаты вычислений заносятся в таблицу 5 и график P_T=f(V) в удобном для работы масштабе

Таблица 5

Передача	Сила тяги РТ,Н и скорость V,км/ч	Частота вращения n об/мин
		1000	2000	3000	4200
		Крутящий момент Мк,нМ
		139,5	145,7	140,2	115,6
1-ая, IТ =12,2	РТ1 V1	5470,393 8,652459	5713,521 17,30492	5497,843 18,3	4533,171 25,62
2-ая IТ =8,8	РТ2 V2	3945,857 11,99545	4121,229 23,99091	3965,657 35,98636	3269,829 50,38091
3-ая, IТ =6,4	РТ3 V3	2869,714 16,49375	2997,257 32,9875	2884,114 49,48125	2378,057 69,27375
4-ая IТ =4,6	РТ4 V4	2062,607 22,94783	2154,279 45,89565	2072,957 68,84348	1709,229 96,38087
5-ая IТ =3,4	РТ5 V5	1524,536 31,04706	1592,293 62,09412	1532,186 93,14118	1263,343 130,3976

 

 

3.5. Динамическая характеристика.

Динамической характеристикой  называется зависимость динамического  фактора Д от скорости автомобиля V на различных передачах.

Д= (Р_т-Р_w)/G_a,

Где Р_w – сила аэродинамического сопротивления; Р_w= k*F*V²/13,

Здесь: k и F из таблицы 1, Р_т и V из таблицы 5для каждого значения n в принятом диапазоне.

Передача	показатель	Частота вращении n об/мин
		1000	2000	3000	4200
1-ая	Рw1	2,096221	8,384887	9,37692	18,37876
	Д1	0,323568	0,337582	0,324761	0,267147
2-ая	Рw2	4,028943	16,11579	36,26051	71,07061
	Д2	0,233359	0,243364	0,234099	0,192394
3-ая	Рw3	7,617226	30,4689	68,55503	134,3679
	Д3	0,169682	0,176856	0,170103	0,139626
4-ая	Рw4	14,74488	58,9795	132,7039	260,0996
	Д4	0,121924	0,126976	0,122105	0,10005
5-ая	Рw5	26,98976	107,959	242,9078	476,099
	Д5	0,090085	0,093722	0,090107	0,073667

 

 

Определим ускорение автомобиля по дороге с твердым покрытием  хорошего качества при отсутствии буксования ведущих колес:

J_a=(Д-Ψ)*g/δ,

Где δ – коэффициент учета вращающихся масс, который показывает во сколько раз работа, затрачиваемая на разгон автомобиля больше работы, необходимой для разгона автомобиля , все детали которого движутся только поступательно;