Динамический расчет автомобиля

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего

профессионального образования

Ульяновский государственный  технический университет

 

Кафедра «Автомобили»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Автомобили»

 

Тема: «Динамический расчет автомобиля»

 

 

 

 

 

 

 

                                     Выполнила:

                                                                                               студентка группы АХд-31

                                                                                              Луконькина К.А.

 

 

 

 

                                                                                               Проверил:      

                                                                                               Хусаинов А.Ш.

 

 

 

 

 

 

                                                        Ульяновск 2011

 

                                                        ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

« АВТОМОБИЛИ»

Студентки машиностроительного факультета

Луконькиной Кристины Александровны

 

 

Выполнить тягово-динамический расчет легкового переднепривоодного автомобиля. В качестве прототипа принять ВАЗ – Приора:

Выбрать шины и определить их статический радиус качения.

Рассчитать максимальную мощность двигателя автомобиля при: V_max = 180 км/ч; D_a = 0,09.

Построить внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Рассчитать передаточное число главной передачи.

Рассчитать передаточные числа в коробке передач при:

Ψ = 0,4.

Построить силовой и мощностной балансы автомобиля.

Построить динамический паспорт автомобиля.

Построить разгонную  характеристику автомобиля.

Рассчитать давление воздуха в шинах.

Построить топливно-экономическую  характеристику автомобиля.

 

 

 

 

Консультант ________________________________(Хусаинов А.Ш.)

 

Студент ____________________________________( Луконькина К.А.)

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
0. Паспортные данные автомобиля ВАЗ – Приора:

 

1. Масса снаряженного автомобиля ……….М_о = 1088 кг; в т.ч. на переднюю ось М₀₁ = 598 кг; на заднюю ось М₀₂ = 490 кг;

2. Полная масса автомобиля ……………….М_а = 1578 кг;

в т.ч. на переднюю ось М_а1 = 726 кг; на заднюю М_а2 = 852 кг;

3. Максимальная скорость …………………V_{a max} = 183 км/ч (50,8 м/с) ^*1;

4. Коробка передач – двухвальная; число передач k = 5; номер прямой передачи n =4; передаточные числа 3,64; 1,95; 1,36; 0,94; 0,78;

5. Колеса:

присоединительные размеры дисков 4 PCD98 ET32 58,5 (4 шпилек на Ø98 мм (т.е. Ø 3,86`); вылет 32 мм; центральное отверстие 58,5 мм);

• Размерность шин и дисков

Шины	Диски	Давление воздуха, кПа
		Передние колеса	Задние колеса
195/50 R15	R15 4x98 ET32 J6.5 D58.5	190	200
185/55 R15		180	190

• Размеры автомобиля:
• длина ………………………..…   L_г = 4,210 м;
• ширина……………………..…..  В_г = 1,680 м;
• высота……………………..……           Н_г = 1,420 м;
• колея наибольшая………………   В_к = 1,410 м;
• база………………………………          L = 2,492 м;
• высота центра масс……………..          h_g = 0,48 м;
• Коэффициент аэродинамического сопротивления с_х = 0,60;
• двигатель: ВАЗ-21126
• бензиновый, поперечный, рядный, четырехцилиндровый;
• мощность …………………………….P_max = 98 л.с. (72100 Вт) ^*2

при n_p = 5600 об/мин (ω_p = 586 c^-1)^*3;

• крутящий момент………………….T_max = 14,8 кгс∙м (145 Н∙м) ^*4

при n_T = 4000 об/мин (ω_T = 418 c^-1).

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет исходных данных по характеристике прототипа

 

Коэффициент приспособляемости двигателя по оборотам

К_ω = ω_p / ω_T.   К_ω = 586 / 418 = 1,40;

Коэффициент приспособляемости двигателя по моменту

К_Т = Т_max∙ω_p / P_max. К_Т = 145 ∙ 586 / 72100 = 1,178;

Площадь миделева сечения

А = Нг ∙ Вк .   А= 1,420 ∙ 1,410 = 2,002 м2;

КПД трансмиссии зависит от передаваемого крутящего момента и температуры масла. Однако переменные факторы в курсовой работе не учитываем из-за их сложности:

,

где z, k, n – число соответственно цилиндрических и конических передач, карданных шарниров. Автомобиль ВАЗ-Приора имеет z = 2 (на всех передачах, кроме прямой) и z = 0 (на прямой передаче); k = 1; n = 0. На режиме максимальной скорости на четвертой передаче

.

 

Справочные данные.

• Плотность воздуха ρ_в = 1,202 кг/м³ (200 м над уровнем моря);
• Коэффициент сопротивления качению f₀ = 0,014;
• Коэффициент влияния скорости A_f = 5,5 ∙ 10^–4 с²/м²;
• Удельный расход топлива g_e = 148 г/кВт·ч;
• Коэффициент коррекции мощности К_р = 0,95.

 

3. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА КОЛЕСА И ВЫБОР ШИН

 

Если данных о развесовке прототипа студентом не найдены:

Обычно автомобили имеют развесовку по осям в снаряженном состоянии 55/45, а с грузом 45/55. Тогда

на переднюю ось без груза :

 кг;

на заднюю ось без  груза :

 кг;

на переднюю ось с полной загрузкой :

 кг;

на заднюю ось с  полной загрузкой :

 кг.

Но мы нашли данные о развесовке автомобиля, поэтому пишем:

Нагрузки на оси прототипа  имеются в исходных данных, поэтому  определим лишь его коэффициенты развесовки. Доля массы автомобиля, приходящаяся на оси:

;  ;  ;  ,

где q₀₁, q₀₂, q_a1, q_a2 – соответственно нагрузка на переднюю (1) и заднюю (2) оси снаряженного (0) и полностью груженого (а) автомобиля.

;  ;    ;  .

Согласно исходным данным максимальная осевая нагрузка приходится на заднюю ось груженого автомобиля. Учитывая, что у прототипа нет спаренных колес, то максимальная масса приходится на каждое из задних колес при полной загрузке автомобиля

 кг.

Вес, приходящийся на колесо

G_к = M_кa2 · g.

G_к =426 · 9,81 = 4180 Н.

Назначаем индекс скорости – Р (200 км/ч). Назначаем индекс несущей способности шины – 76 (4180 Н). Выбираем шины 185/55R15 Р76. Рассчитаем статический радиус качения колеса:

r_c = 0,5 · d + В_ш ∙ Δ · λ_см,

где d – посадочный диаметр шины, м; В_ш – ширина профиля шины, м; Δ – относительная высота профиля шины; λ_см = 0,8…0,85 – смятие радиальной шины легкового автомобиля.

r_c = 0,5 · 15 · 0,0254 + 0,185 · 0,55 ·0,825 = 0,274 м.

 

4. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Сначала расчет ведем по мощности, необходимой для поддержания максимальной скорости:

,

где f_k – сопротивление качению на максимальной скорости:

f_k = f₀ · (1 + A_f · V²).  f_k = 0,014 · (1 + 0,00055 ·50,0 ²) = 0,033.

121460 Вт.

Таким образом, для поддержания максимальной скорости полностью груженого автомобиля необходим двигатель мощностью Р_е = 121 кВт.

Проведем расчет необходимой  мощности двигателя для обеспечения  заданного динамического фактора.

Найдем скорость автомобиля, при  которой динамический фактор будет близок к максимуму:

V_D = V_max/K_ω.   V_D = 50,0/1,40 = 35,7 м/с (129 км/ч).

Найдем необходимую  мощность двигателя на скорости V_D

.

 89267 Вт.

Рассчитаем максимальную мощность двигателя (в предположении, что закон изменения мощности от скорости двигателя описывается полиномом третьей степени с коэффициентами a, b, c, взятыми у прототипа):

; ; .

;   ;  ;

а = 0,073;    b = 3,098;    c = –2,172.

.

     

106189 Вт.

Таким образом, для обеспечения заданной динамики автомобиля на скорости 35,7 м/с (129 км/ч) необходима максимальная мощность двигателя 106 кВт. Так как < , то для дальнейших расчетов выбираем мощность двигателя, рассчитанную по сопротивлению качению на максимальной скорости.

Крутящий момент при  максимальной мощности

,  ≈ 207 Н·м;       Т_max = Т_е · К_Т;      Т_max = 207 · 1,18 ≈ 244 Н·м.

Таким образом, окончательно принимаем двигатель

Т_max = 244 Н·м при 418 рад/с (4000 об/мин).

Р_max = 121 кВт при 586 рад/с (5600 об/мин).

Расчет внешней скоростной характеристики двигателя сведен в табл. 1.

 

 

ωе, с-1	Pe, кВт	Те, Н∙м
100	11171	111,71
150	22517	150,12
200	36394	181,97
250	51817	207,27
300	67805	226,02
350	83372	238,21
400	97537	243,84
418	102104	244,27
450	109316	242,93
500	117727	235,45
586	121460	207,27
600	120508	200,85

 

Рис1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

5. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ

,

где ωр – угловая скорость ведущего вала главной передачи (если она равна скорости двигателя) при максимальной мощности двигателя, с-1.

 

6. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

 

Передаточное число  первой передачи коробки передач (КП) рассчитываем из условия обеспечения необходимой тяги в нормальных дорожных условиях. Передаточное число первой передачи в КП из условия преодоления соответствующего сопротивления Ψ₁

.             3,567.

Четвертая передача в  КП прямая: i₄ = 0,94. Передаточные числа остальных передач в КП рассчитываем по гиперболическому ряду

.

i₂ = 2,173;  i₃ = 1,562;   i₅ = 1.

 

7. СИЛОВОЙ И МОЩНОСТНОЙ БАЛАНСЫ АВТОМОБИЛЯ

 

В силовой баланс автомобиля при равномерном движении (F_и = 0) по горизонтальной дороге (F_п = 0) входят только две силы

F_T = F_k + F_в.

Составляющие баланса  вычисляем по зависимостям

;     ;     .

переменными в балансе являются:

– момент Т_е (зависит от угловой скорости двигателя);

– передаточное число i_кп в КП;

– КПД η_тр трансмиссии, зависит от загрузки по мощности трансмиссии (для упрощения принимаем постоянным на каждой из передач в КП или в РК, см. п. 1.2);

– скорость V автомобиля;

– кинематический радиус r_k зависит от крутящего момента на колесе, но для упрощения этой зависимостью пренебрежем и примем r_k = r_с.

Мощностной баланс получим, почленно умножив силовой баланс на скорость автомобиля:

P_T = F_T  V;    P_k = F_k  V;      P_в = F_в  V.

Расчет ведем для  всех передач в КП при повышенной передаче в раздаточной коробке, и для первой и второй передач  в КП на пониженной в РК передаче.

Текущую скорость вычисляем  по формуле

.

Результаты расчета  сведем в табл. 2 и покажем на рис. 2 и 3.

 

 

2. Силовой и мощностной балансы  автомобиля

КП	w	Te, Нм	V	Fk	Ft	Fk	Fв	Fk+Fв	Pt	Pk	Pв	Pk+Pв	Da	а
1	100	112	2,3	0,01404	4346	217	4	221	10	0,51	0,009	0,52	0,187	1,896
	150	150	3,5	0,01410	5840	218	8	226	21	0,77	0,029	0,80	0,250	2,583
	200	182	4,7	0,01417	7080	219	15	234	33	1,03	0,068	1,10	0,303	3,148
	250	207	5,9	0,01426	8064	221	23	244	47	1,29	0,133	1,43	0,344	3,592
	300	226	7,0	0,01438	8793	223	33	255	62	1,57	0,230	1,80	0,374	3,913
	350	238	8,2	0,01452	9268	225	45	269	76	1,84	0,365	2,21	0,393	4,112
	400	244	9,4	0,01468	9487	227	58	285	89	2,13	0,546	2,68	0,400	4,190
	418	244	9,8	0,01474	9493	228	64	292	93	2,24	0,623	2,86	0,400	4,183
	450	243	10,5	0,01486	9451	230	74	304	100	2,43	0,777	3,20	0,397	4,146
	500	235	11,7	0,01506	9161	233	91	324	107	2,73	1,066	3,80	0,382	3,980
	586	207	13,7	0,01545	8064	239	125	364	111	3,29	1,715	5,00	0,329	3,409
	600	201	14,1	0,01552	7814	240	131	371	110	3,38	1,841	5,22	0,318	3,281
2	100	112	4,4	0,01415	2312	219	13	232	10	0,97	0,057	1,02	0,126	1,287
	150	150	6,6	0,01434	3107	222	29	251	21	1,47	0,191	1,66	0,168	1,759
	200	182	8,8	0,01460	3766	226	51	277	33	1,99	0,453	2,44	0,202	2,140
	250	207	11,0	0,01493	4289	231	80	312	47	2,55	0,885	3,43	0,228	2,430
	300	226	13,2	0,01535	4677	238	116	353	62	3,14	1,529	4,67	0,246	2,629
	350	238	15,4	0,01583	4930	245	157	403	76	3,78	2,428	6,21	0,256	2,737
	400	244	17,6	0,01639	5046	254	206	459	89	4,47	3,625	8,10	0,259	2,753
	418	244	18,4	0,01661	5050	257	225	482	93	4,74	4,137	8,87	0,257	2,733
	450	243	19,8	0,01703	5027	264	260	524	100	5,23	5,161	10,39	0,253	2,679
	500	235	22,0	0,01774	4873	275	321	596	107	6,05	7,080	13,13	0,239	2,513
	586	207	25,8	0,01914	4289	296	441	738	111	7,65	11,398	19,05	0,196	2,015
	600	201	26,4	0,01938	4157	300	463	763	110	7,93	12,234	20,17	0,187	1,909
3	100	112	6,47	0,01432	1575	222	28	249	10	1,43	0,179	1,61	0,094	0,943
	150	150	9,70	0,01473	2116	228	62	290	21	2,21	0,605	2,82	0,124	1,286
	200	182	12,94	0,01529	2565	237	111	347	33	3,06	1,434	4,50	0,148	1,553
	250	207	16,17	0,01601	2922	248	173	421	47	4,01	2,800	6,81	0,165	1,742
	300	226	19,41	0,01690	3186	262	249	511	62	5,08	4,839	9,92	0,176	1,853
	350	238	22,64	0,01795	3358	278	339	617	76	6,29	7,684	13,98	0,180	1,888
	400	244	25,88	0,01916	3437	297	443	740	89	7,67	11,470	19,14	0,177	1,844
	418	244	27,04	0,01963	3440	304	484	788	93	8,22	13,089	21,31	0,174	1,807
	450	243	29,11	0,02053	3424	318	561	879	100	9,25	16,331	25,58	0,168	1,724
	500	235	32,35	0,02206	3319	341	693	1034	107	11,05	22,402	33,45	0,152	1,526
	586	207	37,91	0,02507	2922	388	951	1339	111	14,71	36,064	50,78	0,109	1,005
	600	201	38,82	0,02560	2831	396	997	1394	110	15,38	38,711	54,10	0,100	0,898
4	100	112	8,53	0,01456	1194	225	48	274	10	1,92	0,411	2,33	0,074	0,719
	150	150	12,80	0,01526	1605	236	108	345	21	3,02	1,388	4,41	0,097	0,972
	200	182	17,06	0,01624	1945	251	193	444	33	4,29	3,289	7,58	0,113	1,154
	250	207	21,33	0,01750	2215	271	301	572	47	5,78	6,424	12,20	0,124	1,263
	300	226	25,60	0,01905	2416	295	434	728	62	7,55	11,100	18,65	0,128	1,299
	350	238	29,86	0,02087	2546	323	590	913	76	9,65	17,626	27,27	0,126	1,263
	400	244	34,13	0,02297	2606	356	771	1126	89	12,14	26,311	38,45	0,094	1,154
	418	244	35,67	0,02379	2608	368	842	1210	93	13,14	30,026	43,16	0,094	1,095
	450	243	38,40	0,02535	2597	392	976	1368	100	15,07	37,463	52,53	0,105	0,973
	500	235	42,66	0,02801	2517	434	1205	1638	107	18,50	51,389	69,89	0,085	0,720
	586	207	50,00	0,03325	2215	515	1655	2169	111	25,74	82,728	108,46	0,036	0,114
	600	201	51,19	0,03418	2147	529	1735	2264	110	27,09	88,801	115,89	0,027	-0,005
5	100	112	10,60	0,01486	962	230	74	304	10	2,44	0,787	3,23	0,060	0,558
	150	150	15,89	0,01594	1292	247	167	414	21	3,92	2,657	6,58	0,077	0,740
	200	182	21,19	0,01746	1566	270	297	567	33	5,73	6,297	12,02	0,087	0,850
	250	207	26,49	0,01940	1784	300	464	765	47	7,96	12,300	20,26	0,092	0,886
	300	226	31,79	0,02178	1945	337	669	1006	62	10,72	21,254	31,97	0,090	0,850
	350	238	37,08	0,02459	2050	381	910	1291	76	14,12	33,750	47,87	0,083	0,740
	400	244	42,38	0,02783	2099	431	1189	1620	89	18,26	50,379	68,64	0,070	0,558
	418	244	44,29	0,02910	2100	451	1298	1749	93	19,95	57,491	77,44	0,063	0,472
	450	243	47,68	0,03150	2091	488	1504	1992	100	23,25	71,732	94,98	0,050	0,302
	500	235	52,98	0,03561	2027	551	1857	2409	107	29,20	98,397	127,60	0,025	-0,027
	586	207	62,09	0,04368	1784	676	2551	3228	111	41,98	158,404	200,39	-0,033	-0,763
	600	201	63,57	0,04512	1729	698	2675	3373	110	44,40	170,030	214,43	-0,044	-0,903