Тяговый расчет автомобиля ГАЗ-3221

 

При расчетах радиусов качения колес, в качестве исходных данных, используют статический радиус - rстат.

При этом следует учитывать, что радиус качения rк обычно несколько больше статического и определяется индивидуально для диагональных и радиальных шин.

Радиус качения колеса с диагональной шиной: rк = 1,02 × rстат,  [м];

Радиус качения колеса с радиальной шиной:     rк = 1,04 × rстат,  [м].

 

 

 

 

 

Таблица 2.2. - Качения радиус колеса

статический радиус, м	rстат	0,31
радиус качения, м	rк	0,322

 

КПД  трансмиссии автомобиля определяется на основании потерь мощности на трение:

,                                           (2.3)

Часть мощности при этом затрачивается на преодоление сил трения в зацеплениях зубчатых шестерен коробки передач, главных передачах ведущих мостов, в карданных шарнирах и шлицах,  подшипниках и сальниках, расходуется на взбалтывание масла и на его разбрызгивание. Поэтому мощность Nк - подводимая к ведущим колесам автомобиля, меньше мощности развиваемой двигателем - Ne’ на величину вышеперечисленных потерь - NТP.  Таким образом, величина NТP - учитывает два вида потерь мощности: потери, вызванные наличием трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах, подшипниках, а также гидравлические потери. Причем, потери мощности на преодоление трения в зубчатых зацеплениях, шарнирах и подшипниках пропорциональны моменту, передаваемому трансмиссией.

Для упрощения расчетов определим КПД трансмиссии с учетом потерь на трение:

hтр = 0,98К ×0,97L× 0,99M                                 (2.4)

 

где:  K - число пар цилиндрических шестерен в трансмиссии автомобиля, через которые передается крутящий момент на i-той передаче;

L - число пар конических или гипоидных шестерен;

M - число карданных шарниров.

Следует помнить, что КПД трансмиссии - hтр следует определять для каждой i - той передачи коробки перемены передач, а также раздаточной коробки или делителя.

Расчеты зависимостей силы тяги на колесах автомобиля, от его скорости Fк i = f(Va),  выполняют с использованием выражения (2.4). При этом, значения крутящего момента двигателя нетто - Мe’ берутся из таблицы 1.2 внешней скоростной характеристики двигателя для каждого значения частоты вращения ne коленчатого вала. Причем, для тех же значений частот вращения ne, рассчитывают скорость движения автомобиля на всех передачах по формуле:

,     [км/ ч]                   (2.5)

Таблица 2.3 - КПД трансмиссии

1		передача	1	2	3	4	5
2	Число пар цилиндрических шестерен, через которые передается момент	K	2	2	2	2	0
3	Число пар конических шестерен, через которые передается момент	L	1	1	1	1	1
4	Число карданных шарниров, через которые передается момент	M	2	2	2	2	2
5	КПД трансмиссии	KPD	0,913	0,913	0,913	0,913	0,951

 

Значения силы тяги на колесах и скорости автомобиля, рассчитанные для каждой передачи заносим в таблицу 3.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4.

1		1 передача
2	скорость движения, км/ч	va	4,09	7,19	10,30	13,40	16,51	19,61
3	сила тяги, Н	Fк	7028,5	7403,0	7686,3	7878,3	7979,2	7988,8
4		2 передача
5	скорость движения, км/ч	va	6,33	11,14	15,94	20,75	25,56	30,37
6	сила тяги, Н	Fк	4538,4	4780,2	4963,1	5087,2	5152,3	5158,5
7		3 передача
8	скорость движения, км/ч	va	9,86	17,36	24,85	32,35	39,84	47,34
9	сила тяги, Н	Fк	2911,8	3067,0	3184,3	3263,9	3305,7	3309,6
10		4 передача
11	скорость движения, км/ч	va	14,30	25,17	36,03	46,90	57,77	68,64
12	сила тяги, Н	Fк	2008,1	2115,1	2196,1	2251,0	2279,8	2282,5
13		5 передача
14	скорость движения, км/ч	va	18,33	32,27	46,20	60,13	74,06	88,00
15	сила тяги, Н	Fк	1630,9	1717,8	1783,6	1828,1	1851,5	1853,8

 

Продолжение таблицы 2.4.

1
2	22,72	25,82	28,93	32,03	35,14	38,24	41,35	44,12
3	7907,2	7734,3	7470,2	7114,9	6668,4	6130,6	5501,6	4861,5
4
5	35,18	39,99	44,80	49,60	54,41	59,22	64,03	68,33
6	5105,8	4994,1	4823,6	4594,2	4305,9	3958,6	3552,5	3139,1
7
8	54,83	62,33	69,82	77,32	84,81	92,31	99,80	106,51
9	3275,8	3204,2	3094,8	2947,6	2762,6	2539,8	2279,2	2014,1
10
11	79,50	90,37	101,24	112,11	122,97	133,84	144,71	154,43
12	2259,2	2209,8	2134,3	2032,8	1905,2	1751,6	1571,9	1389,0
13
14	101,93	115,86	129,79	143,73	157,66	171,59	185,53	197,99
15	1834,8	1794,7	1733,4	1651,0	1547,4	1422,6	1276,6	1128,1

Далее определяют силы сопротивления качению колес автомобиля по дорожному покрытию используя выражение:

  ,   [Н]                                             (2.6)

где:   ma - для условий данной курсовой работы, это масса полностью загруженного автомобиля,  [кг] (выбирается в соответствии с выданным заданием из таблицы 8.4);

g  = 9,81 -  ускорение свободного падения, [м/с2];

f  -  коэффициент сопротивления качению автомобильного колеса.

Величина коэффициента сопротивления качению колеса – f, зависит от скорости автомобиля. Для его определения используют выражение, предложенное Б.С. Фалькевичем:

  ,                                           (2.7)

где: f 0 = 0,018- коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по асфальтобетону;

      f 0 = 0,03 - коэффициент сопротивления качению колес автомобиля по грунтовой дороге.

 

Для расчета действующей на автомобиль силы сопротивления воздуха воспользуемся выражением вида:

  ,   [Н]                                      (2.8)

где: Кв – коэффициент обтекаемости формы автомобиля,

Sx - площадь Миделя - площадь проекции автомобиля на плоскость перпендикулярную продольной оси,  [м2].

 

При известном значении безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления Сх можно легко определить значение коэффициента обтекаемости Кв по выражению, предложенному академиком Е.А. Чудаковым:

 

Кв = 0,5 × Сх × r в,   [кг/м3]                                   (2.9)

 

где: r в = 1,225 , [кг/м3] – плотность воздуха.

Для нахождения площади Миделя автомобиля Sx воспользуемся выражениями:

- для легковых автомобилей   -  Sx = 0,78 × Ва × Н,  [м2];

-для автобусов                          -  Sx = Ва × Н,            [м2];

- для грузовых автомобилей   -  Sx = В × Н,                 [м2];

 

где: Ва и Н - соответственно наибольшие ширина и высота автомобиля,  [м];

В - колея передних колес автомобиля, [м] (выбирается в соответствии с выданным заданием из таблицы 8.4).

Графики суммарных сил сопротивления движению, строят для случаев разгона автомобиля с полной нагрузкой для 2-х типов дорог (строки № 6 и 7 таблицы 2.2).

Рассчитанные значения сил сопротивления движению заносят в таблицу 2.4.

Значение максимального значения скорости - Va max выбирают таким, чтобы оно было  примерно на 10% больше наибольшего значения скорости, определенного для высшей передачи и находящегося в строке №1 таблицы 2.1.

График тягового баланса строят на основе данных, таблиц 2.4 и 2.6. На графике тягового баланса должны быть нанесены линии, показывающие предельные величины сил сцепления ведущих колес, полностью загруженного автомобиля с дорогой, при следующих значениях коэффициента сцепления:

• = 0,8  - сухой асфальтобетон;
• = 0,6  - сухая грунтовая дорога;
• = 0,4  - мокрый асфальтобетон;
• = 0,2  - укатанная снежная дорога.

Значения предельных сил сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой определяются по формуле:

 

Fсц  =  mк × g × j , [Н]                                     (2.10)

 

где:  mк - масса автомобиля, приходящаяся на его ведущие колеса.

 

Таблица2.5. - Площадь Миделя автомобиля

Коэфф. Аэродинамического сопротивления	Cx	0,4
плотность воздуха, кг/м3	pв	1,225
ширина автомобиля, м	Ba	1,9
высота автомобиля, м	H	2,22
Коэфф. Обтекаемости формы	Кв	0,245
полная масса автомобиля, кг	ma	3250
площадь Миделя, м2	Sx	3,290

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.6. - Суммарная сила сопротивлению движения

1	Скорость движения автомобиля, км/ч	va	0	20	40	60	80
2	коэфф. Сопротивления качению на асфальте	fасф	0,018	0,01836	0,01944	0,02124	0,02376
3	коэфф. Сопротивления качению на грунте	fгр	0,03	0,0306	0,0324	0,0354	0,0396
4	Сила сопротивления качению на грунте, Н	Ffасф	573,9	585,4	619,8	677,2	757,5
5	Сила сопротивления качению на асфальте, Н	Ffгр	956,5	975,6	1033,0	1128,6	1262,5
6	Сила аэродинамического сопротивления, Н	Fw	0,0	24,9	99,5	223,9	398,1
7	Суммарная сила сопротивления на асфальте, Н	Fw+Ffасф	573,9	610,2	719,3	901,1	1155,6
8	Суммарная сила сопротивления на грунте, Н	Fw+Ffгр	956,5	1000,5	1132,5	1352,5	1660,6