Тяговые и динамические характеристики автомбиля ВАЗ 21074-20

 
Курсовая работа: Тяговые и динамические характеристики автомбиля ВАЗ 21074-20

Содержание

1 Исходные данные для расчета

2 Расчет внешней скоростной  характеристики двигателя

2.1 Определение минимальной частоты  вращения коленчатого вала

2.2 Расчет мощности двигателя

2.3 Определение крутящего момента  двигателя

3 Тяговый расчет автомобиля

3.1 Определение скорости движения  автомобиля

3.2 Расчет сил, действующих на  автомобиль

3.3 Расчет динамического фактора  автомобиля

3.4 Определение ускорения автомобиля

3.5 Определение времени разгона  автомобиля

3.6 Определение пути разгона  автомобиля

3.7 Расчет и построение графика  пути торможения автомобиля

4 Таблицы

5 Графики

5.1 Внешняя скоростная характеристика  двигателя

5.2 Тяговая характеристика автомобиля

5.3 Динамическая характеристика  автомобиля

5.4 График ускорения автомобиля

5.5 График обратной ускорению  величины   

5.6 График времени разгона автомобиля

5.7 График пути разгона автомобиля

5.8 График пути торможения автомобиля

6 Выводы по работе и сравнение  исследуемого автомобиля с аналоговыми  моделями

7 Литература

 

1. Исходные данные для  расчета 

 

Марка автомобиля	ВАЗ – 2121
Тип привода	Полноприв.
Полная масса, m, кг	1550
Мощность двигателя  , кВт	75
Номинальные обороты n, об/мин	5400
Передаточные числа:
коробки передач	3,667
	1,95
	1,36
	1,0
	0,82
главной передачи	4,1
Габаритные размеры:
ширина B, м	1,680
высота H, м	1,640
Тип и размер шин	175/80R16
Коэф. перераспределения веса на ведущие колеса λ	1
Коэф. деформации шин ∆	0,14-0,2
Коэф. сопротивления воздуха К,	0,2-0,35
Условия эксплуатации:
Горизонтальный участок  дороги с асфальтобетонным покрытием: коэф. сопротивления качению, f коэф. сцепления, φ	0,014-0,018 0,7-0,8

 

2. Расчет внешней скоростной  характеристики двигателя 

 

Внешняя скоростная характеристика двигателя – это зависимость крутящего момента, мощности двигателя, расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива. 

 

2.1 Определение минимальной  частоты вращения коленчатого  вала

(2.1) ,

где  - номинальная частота вращения коленчатого вала, рад/с.

(2.2)  ,

где n – номинальная частота вращения коленчатого вала, об /мин.

 (рад/с)

0,19×565 = 107 (рад/с)

Для построения внешней скоростной характеристики, зная значения максимальной и минимальной частот вращения коленчатого  вала, разделим всю область значений ω на 9 примерно равных промежутков.

 

2.2 С помощью формулы Лейдермана определяем значения мощности двигателя   соответственно для каждого значения частоты вращения ω коленчатого вала

(2.3)

где   - текущее значение мощности, кВт

 - номинальная мощность двигателя,  кВт

 – текущее значение частоты вращения коленчатого вала, (рад/с)

- номинальная частота вращения  коленчатого вала, (рад/с)

A, B, C – коэффициенты зависящие от типа двигателя (A, B, C=1)

Определим значение  соответствующее значению ωдв=100 (рад/с)

= =16,38 (кВт)

Аналогично определяем остальные  значения мощности   для каждого значения частоты вращения коленчатого вала  .

2.3 Определение крутящего  момента двигателя

(2.4) 

0,153 (кН × м)

Аналогичным образом определяем остальные  значения  .

Рассчитанные значения  ,  ,   сводим в таблицу 2.1

По полученным данным (таблицу 2.1) строим внешнюю скоростную характеристику двигателя (Рисунок 1).

 

3. Тяговый расчет автомобиля

3.1 Определение скорости  движения автомобиля

(3.1)  , где r – радиус колеса, м.

(3.2)   , где:

d – посадочный диаметр колес, дюйм;

B – условная ширина профиля  шины, мм;

λ – коэффициент высоты профиля  шины;

∆ – коэффициент деформации шины.

В соответствии с параметрами шины ( раздел 1 ) d = 16 (дюймов) и B = 175 (мм), λ = 0,80 см, параметры шины в разделе 1.

Для радиальных шин ∆ = 0,14 – 0,2. Принимаем  ∆ = 0,14.

Рассчитаем значения r:

 = 0,32 (м).

(3.3)   

где: Un – передаточное число k-той передачи,

Uo – передаточное число главной передачи.

Значения передаточных чисел всех передач приведены в разделе 1.

Определим значение Va для первой передачи при ω = 107 рад/с:

 = 2,30 (м/с).

Аналогичным образом определяем значения скорости движения автомобиля на других передачах и значениях ω.

Рассчитанные значения скорости сводим в таблицы 3.1 – 3.5.

3.2 Расчет сил, действующих  на автомобиль

Тяговая сила на ведущих колесах  определяется по формуле:

(3.4)  ,

где   - коэффициент полезного действия трансмиссии, которая зависит от типа и конструкции автомобиля, усредненные значения   для механических трансмиссии легкового автомобиля равны 0,9.

Определим первое значение тяговой  силы на I-ой передаче:

=6.40 (кН)

Аналогичным образом определяем значения   автомобиля на других передачах и значениях ω и заносим их в таблицы 3.1 – 3.5.

Максимальное значение тяговой  силы по сцеплению колес с дорогой  Pсц определяем выражением:

(3.5)  , где:

 - сцепной вес автомобиля(вес приходящийся на ведущие колеса), Н.   - коэффициент сцепления с дорогой.

(3.6)  ,

где   - полная масса автомобиля, кг.

g – ускорение свободного падения, м/с .

 = 0,7 - 0,8. Принимаем   = 0,8.

=6,57 (кН).

Сила сопротивления качению  Pk определяется выражением:

(3.7) 

где: Ga – вес автомобиля, Н;

f – коэффициент сопротивления качению.

f = 0,014-0,018.

Принимаем f = 0,014.

= 0,21287 (кН).

Сила сопротивления воздуха  рассчитывается по формуле:

(3.8)  ,

где k – коэффициент обтекаемости;

F – площадь лобовой поверхности,  ;

 – скорость движения автомобиля, м/с.

k = 0.35

(3.9) F = 0.78×B×H,

где B и H ширина и высота автомобиля соответственно, м.

F = 0.78×1,68×1,64= 2,15 ( ).

Рассчитаем значения   на первой передаче:

 = 0,0030 (кН).

Остальные значения   на других передачах рассчитываем аналогично

приведенному примеру и заносим  полученные данные в таблицы 3.1 – 3.5.

Строим тяговую характеристику автомобиля (Рисунок 2).

3.3 Расчет динамического  фактора автомобиля

Динамически фактор – это удельная избыточная тяговая сила, которая затрачивается на преодоление дорожных сопротивлений и разгон автомобиля.

(3.10)   -

формула для определения динамического  фактора.

Пример расчета:

 = 0,54

Таким же образом рассчитываем остальные  значения динамического фактора  и заносим их в таблицу 3.1 – 3.5.

Динамически фактор по сцеплению с  дорогой рассчитывается по формуле:

(3.11)  ,

где   - коэффициент сцепления с дорогой.   = 0,8.

 = 0,553

Строим динамическую характеристику автомобиля (Рисунок 3).

3.4 Определение ускорения  автомобиля

Выражение для определения ускорения  автомобиля имеет вид:

(3.12)  ,

где   - суммарный коэффициент дорожных сопротивлений;

g – ускорение свободного падения, м/с .

- коэффициент учета вращающихся  масс.

(3.13)   ,

 - уклон дороги,  .

Так как расчет ведется для сухой  горизонтальной асфальтобетонной дороги, то  =0. Поэтому справедливо равенство:

(3.14)   ,

где Uk – передаточное число k-той передачи;

- 0,04-0,08. Принимаем   = 0,08.

Рассчитаем значение   на I -ой передаче:

= 2,12

Остальные значения  на других передачах рассчитываем аналогично приведенному выше примеру.

Значение   на всех передачах:  =2,12;  = 1,34;   1,18;   1,12;   1,09.

Для примера определим одно из значений ускорения автомобиля на I-ой передаче:

= 1.88 (м/с ).

Аналогично приведенному примеру  рассчитываем остальные значения ускорения  на других передачах и заносим  их в таблицы 3.1-3.6.

Строим график ускорения автомобиля на всех передачах в   и   – координатах(Рисунок 4). Для каждого из рассчитанных значении   определяем обратную величину   и заносим полученные значения в таблицы 3.1–3.5. Строим графическую зависимость в  , Va – координатах (Рис. 5)

 

3.5 Определение времени  разгона автомобиля

Для определения времени разгона  автомобиля до какой-либо скорости необходимо разбить всю область под кривыми  графика в  ,  – координатах на вертикальные участки, нижние основания которых – отрезки оси абсцисс, а верхние представляют собой части кривых графика. Рассчитав значения площадей  , всех участков, можем определить время разгона автомобиля до скорости соответственно   по формуле:

(3.15) 

где:  = - площадь k-го участка, мм (l- длинна основания, h- средняя высота);

- масштаб скорости автомобиля  Va на графике обратной ускорению величины  ;

- масштаб величины  .

Полученные результаты заносим  в таблицу 3.6.

Строим график времени разгона  автомобиля (Рисунок 6).

3.6 Определение пути разгона  автомобиля

Для определения пути разгона разбиваем  все пространство по левую сторону  от кривой времени разгона автомобиля на 9 горизонтальных областей, левые  основания которых - отрезки на оси  координат   , а правые представляют собой участки кривой времени разгона.

Рассчитав значения площадей   всех областей, можем рассчитать путь разгона  … , который необходимо проехать автомобилю для разгона до скорости   по формуле:

(3.16)  , где:

- масштаб времени разгона автомобиля  ,  .

Рассчитаем значения пути разгона  … до скорости соответственно  .

Полученные значения запишем в  таблицу 3.7.

Строим график пути разгона автомобиля (Рисунок 7).

3.7 Расчет и построение  графика пути торможения автомобиля

Тормозные свойства автомобиля можно  оценить величиной минимального тормозного пути за время торможения с максимальной эффективностью. Для  этого используем зависимость :

(3.18)   , где:

 – скорость автомобиля;

 - время запаздывания тормозов (принимаем  = 0,05с);

- время нарастания ( принимаем   = 0,4с).

Считаем два варианта торможения: на сухой и мокрой дороге с асфальтобетонным покрытием с коэффициентами

 = 0,8 – сухая дорога;

 = 0,3 – мокрая дорога.

Полученные значения занесем в  таблицу 3.8.

Строим график пути торможения автомобиля (Рисунок 8).

 

4. Таблицы

Таблица 2.1 – характеристика двигателя.

, рад/с	107	150	200	250	300	350	400	450	500	565
Ne, кВт	16,38	23,79	32,61	41,37	49,74	57,41	64,07	69,41	73,12	75
Me, кН*м	0,153	0,159	0,163	0,165	0,166	0,164	0,16	0,154	0,146	0,134

Таблица 3.1 – Результаты тягово-динамического  расчета ( I передача).

, рад/с	107	150	200	250	300	350	400	450	500	565
	2,303	3,2285	4,3047	5,3809	6,4571	7,5332	8,6094	9,6856	10,7618	11,9671
	6,4027	6,633	6,8199	6,9199	6,933	6,8591	6,6982	6,4504	6,1157	5,6376
	0,0031	0,006	0,0108	0,0168	0,0242	0,0329	0,043	0,0544	0,0672	0,0831
D	0,4208	0,4358	0,447	0,4539	0,4543	0,448	0,4376	0,4206	0,3977	0,3652
	1,8865	1,9558	2,0114	2,04	2,0418	2,0166	1,9644	1,8854	1,7794	1,6288
	0,53	0,5112	0,4971	0,4901	0,4897	0,4958	0,509	0,5303	0,5619	0,6139

Таблица 3.2 – Результаты тягово-динамического  расчета ( II передача).

, рад/с	100	150	200	250	300	350	400	450	500	523
	4,330	6,071	8,095	10,118	12,142	14,166	16,190	18,2139	20,237	22,504
	3,4048	3,5272	3,6266	3,6798	3,6867	3,6474	3,5619	3,4301	3,2522	2,9979
	0,0109	0,0214	0,038	0,0594	0,0856	0,1164	0,1521	0,1925	0,2376	0,2939
D	0,2232	0,2305	0,236	0,238	0,2368	0,2322	0,2242	0,2129	0,1982	0,1778
	1,5267	1,5804	1,6202	1,6354	1,6262	1,5925	1,5343	1,4517	1,3447	1,19563
	0,6549	0,6327	0,617	0,6114	0,6149	0,6279	0,6517	0,6888	0,7436	0,8363

Таблица 3.3 – Результаты тягово-динамического  расчета ( III передача).

, рад/с	100	150	200	250	300	350	400	450	500	523
	6,209	8,705	11,60	14,508	17,410	20,312	23,213	26,115	29,017	32,267
	2,3746	2,46	2,5293	2,5664	2,5713	2,5439	2,4842	2,3923	2,2682	2,0909
	0,0224	0,044	0,0782	0,1221	0,1759	0,2394	0,3127	0,3957	0,4886	0,6041
D	0,1546	0,1588	0,1611	0,1607	0,1575	0,1515	0,1428	0,1313	0,117	0,0977
	1,1618	1,1964	1,2155	1,2118	1,18528	1,1359	1,0636	0,9687	0,8508	0,6918
	0,8607	0,8357	0,8226	0,8251	0,8436	0,8803	0,9401	1,0323	1,1752	1,4454