Расчет тягового усилия

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин-1
Ne, %	20	50	73	92	100	92
Ne, кВт

 

Для дизельных  автомобильных четырехтактных двигателей с ограничителем зависимость  эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала в процентах принимают:

n, %	20	40	60	80	100	110
n, мин-1
Ne, %	17	41	67	87	100	0
Ne, кВт

 

Таким образом, получив в результате расчета  N_{e max} и n_max и приняв их за 100%, можем рассчитать и графически построить внешнюю скоростную характеристику для двигателя проектируемого автомобиля.

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

, Нм.

Кривая  удельного расхода топлива для  двигателя строится на основании  следующих данных:

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин-1
ge, %	17	41	67	87	100	0
ge,

 

За 100% удельного расхода топлива при 100% n следует принять для карбюраторного двигателя со степенью сжатия 6,5...7 и .305...325 г/кВт×ч, для дизельных двигателей 240 ...250 г/кВт×ч.

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

G_т=g_eN_e×10^-3, кг/ч.

и также наносится  на график скоростной характеристики (рис. 4).

Рис. 4. Скоростная характеристика

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО  ЧИСЛА

ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Пользуясь выражением для определения теоретической скорости движения автомобиля , можно найти передаточное число главной передачи автомобиля. При движении автомобиля на прямой передаче передаточное число коробки передач i_к=l, а скорость движения V будет максимальной, тогда ,

где n_v - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля на прямой передаче, N_v = (0,8…0,9)n_max; r_к - расчетный радиус

ведущих колес автомобиля в м.

При выполнении расчетов можно принять среднюю величину динамического радиуса постоянной по формуле

r_к = [0,5 d+(0,8…0,85)b] м,

где d – наружный диаметр обода колеса; b – ширина шины, м.

r_о = 0,0254 (0,5d+b), м,

Маркировка  и размер шин для грузовых автомобилей, применяющихся в сельском хозяйстве, в зависимости от нагрузки и давления воздуха в шине приведена в табл. 5 методических указаний по курсу «Тракторы и автомобили».

4. 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  условию обеспечения преодоления  наибольшего дорожного сопротивления  движению автомобиля. Максимальное значение касательной силы тяги Р_{к max} будет равно максимальному сопротивлению движения

.

Отсюда  передаточное число коробки передач  на первой передаче

,

где G_a - сила тяжести автомобиля, Н; y_max - приведенный максимальный коэффициент дорожного сопротивления; r_к - расчетный радиус качения ведущих колес, м;

М_{кр max} - максимальный крутящий момент двигателя по внешней скоростной характеристике, Нм; h_тр - КПД трансмиссии на первой передаче; i_o - передаточное

число главной  передачи.

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 коленчатого вала двигателя, при  разгоне на различных передачах, что обусловливает наибольшую производительность и экономичность автомобиля, то получим  ряд передаточных чисел, подчиняющихся  закону геометрической прогрессии:

откуда  ,

отсюда знаменатель  геометрической прогрессии

.

В частном  случае, когда высшая передача является прямой

(i_z=1),

тогда

,

где z - заданное число передач коробки.

Зная  передаточное число первой передачи, остальные передаточные числа коробки  передач могут быть найдены по следующим формулам

Передача	Коробка передач
	трехступенчатая	четырехступенчатая	пятиступенчатая
Первая	i1	i1	i1
Вторая
Третья	1
Четвертая	-	1
Пятая	-	-	1

 

Зная  передаточные числа коробки передач  и главной передачи, определяют передаточные числа трансмиссии i_тр = i_кi_о, а затем и скорость движения автомобиля при по постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

5. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

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

Как известно, динамический фактор представляет собой  отношение избыточной касательной  силы к силе тяжести автомобиля:

,

где Р_к - касательная сила тяги автомобиля; Р_в - сила сопротивления воздуха; G_a - сила

тяжести автомобиля с грузом.

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

С целью  получения данных для построений динамической характеристики автомобиля проводят ряд расчетов в следующей  последовательности:

1. Задаются  рядом значений частот вращения  коленчатого вала - 20, 40, 60, 80 и 100, 120% от, n_{Ne max}.

2. Для  выбранных частот вращения коленчатого  вала двигателя подсчитывают  величины скоростей автомобиля  на каждой передаче по формуле

, км/ч.

3. Определяют  величину касательной силы тяги  по передачам

, Н.

Величину  М_кр при каждом значении частоты вращения коленчатого вала определяют по ранее построенной внешней скоростной характеристике двигателя.

4. Подсчитываются  значения силы сопротивления  воздуха для скоростей движения  автомобиля, соответствующих исходным  значениям частоты вращения коленчатого вала двигателя по формуле

, Н.

5. Определяют  величину динамического фактора  для каждой скорости на всех  передачах по формуле

.

6. Полученные  данные заносят в таблицу:

Передача	V, км/ч	nv, мин-1	Мкр, Нм	Рк, Н	Рв, Н	D

 

7. По  расчетным данным строят кривые  динамического фактора для каждой передчи, рис. 5.

Рис. 5.Динамическая характеристика автомобиля

 

8. По  динамической характеристике  автомобиля  следует определить:

- максимальную скорость движения на прямой передаче по горизонтальному асфальтированному шоссе;

- максимальный динамический фактор на высшей и низшей передачах;

- величину максимально-возможного подъема автомобиля в градусах на высшей и низшей передачах при движении по асфальтированному шоссе и сухой грунтовой дороге.

6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ  ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

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

Если  известен часовой расход топлива  двигателя - G_т кг/ч и скорость движения автомобиля V км/ч, то расход Q_s топлива в литрах на 100 км пробега выразится в виде следующей зависимости:

, л/100 км,

где g_е - удельный расход топлива, г/кВт×ч; N_e - мощность двигателя, потребная для движения автомобиля в заданных условиях, кВт; g_т - плотность топлива, кг/л;

для бензина g_т = 0,725 кг /л; для дизельного топлива g_т = 0,825 кг/л.

Эффективная мощность двигателя N_e, потребная для движения автомобиля в заданных дорожных условиях определяется по формуле

,

где y - приведенный коэффициент дорожного сопротивления; G_a - сила тяжести автомобиля, Н; h_тр - КПД трансмиссии; V - скорость движения автомобиля, км/ч;

К и F - соответственно коэффициент обтекаемости и площадь лобовой поверхности

автомобиля.

Подставляя  значение мощности двигателя в уравнение  расхода топлива, получим

, л/100 км.

При выполнении работы следует учесть, что удельный расход топлива g_e является величиной переменной, зависящей от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Чтобы учесть это влияние, удельный расход топлива g_е определяют по формуле

g_e = Кn × K_N × g_{e (Ne max)},

где g_{e(Ne max)} - удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя по внешней скоростной характеристике, г/кВт×ч; К_n и K_N - коэффициенты, учитывающие соответственно влияние на удельный расход топлива скоростного и нагрузочного

режимов работы двигателя.

Величина  коэффициентов К_n и K_N может быть определена из графиков (рис. 6, а, б), где значение коэффициента К_n 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. K_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. Эта зависимость приведена в виде двух кривых: дли карбюраторных автомобильных двигателей, для дизельных двигателей.

Для лучшего  представления об экономичности автомобиля строится график, показывающий зависимость расхода топлива автомобиля на 100 км пробега от скорости движения и дорожного сопротивления, эта характеристика носит название экономической характеристики автомобиля.

Обычно  теоретическая экономическая характеристика строится для условий равномерного прямолинейного движения автомобиля на разных скоростях в разных дорожных условиях.