Расчет прямолинейного двигателя автомобиля

Солержание

1.Введение.

1. Заданные параметры.

2. Выбираемые параметры

3. Расчетные параметры

    3.1 Определение полной массы автомобиля

    3.2 Подбор шин

    3.3 Выбор двигателя и построение его внешней скоростной характеристики

    3.4 Определение передаточного числа главной передачи

    3.5 Выбор числа передач и определение передаточных чисел коробки передач

    3.6 Тяговая и динамическая характеристика автомобиля

    3.7 Ускорение автомобиля

                3.8 Определение времени и пути разгона

         4. Топливная экономичность автомобиля

         5. Мощностная характеристика двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Заданные параметры

 

1.1 Тип и назначения автомобиля

 

Автомобиль легковой четырёхдверный с цельнометаллическим кузовом. Двухосный, для дорог общего пользования, колесная формула 4×2, передний привод.

 

1.2 Краткая характеристика области  его применения и условия эксплуатации

 

Автомобиль предназначен для перевозки  пассажиров по дорогам общего пользования  и рассчитан на эксплуатацию при  температуре окружающего воздуха от -45 ºС до +40 ºС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбираемые параметры

 

Прототип ВАЗ - 2109

• собственная масса автомобиля в снаряженном состоянии……...m0 = 1020 кг
• максимальная скорость…………………............Vmax = 185 км/ч
• максимальный угол подъема, преодолеваемый автомобилем……αmax = 20º
• фактор обтекаемости…………………..............kF = 0,4Н. /м2
• коэффициент полезного действия трансмиссии………….µтр = 0,9
• обороты двигателя при максимальной мощности………nN = 5400 об/мин
• распределение веса по осям автомобиля…….………..ε = 60/40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчетные параметры

 

3.1 Определение полной массы  автомобиля

 

Полную массу автомобиля рассчитывают по формуле:

 

 (1)

 

где m0 – масса снаряженного автомобиля с заправкой и снаряжением, но без пассажиров и водителя; m0 =1020 кг;

mч = 70…80 кг – масса водителя или пассажира; mч = 80 кг;

n – число мест для сидения пассажиров; n =5;

mб – масса багажа; mб =10 кг – на одного человека в легковых автомобилях.

Снаряженную массу m0 на этом этапе проектирования лучше брать по аналогии с существующими прототипами.

В число мест n для сидения пассажиров в легковых автомобилях включается мест водителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Подбор  шин

 

Так как проектируемый автомобиль является легковым и предназначен для эксплуатации по дорогам общего пользования, то принимаем колёсную формулу 4×2.

Для определения нагрузки на переднюю ось воспользуемся развесовкой  автомобиля-прототипа при полной нагрузке, то есть 60/40

 

 (2)

где m1 – масса, приходящееся на переднюю ось;

ma – полная масса автомобиля.

Выбор шин осуществляется по максимальной скорости и нагрузке на колесо. Максимальная скорость автомобиля равна 170 километров в час, тогда индекс категории  скорости М, индекс нагрузки на шину – 93. Диаметр обода колеса выберем как у

прототипа – 14 дюймов. Шины будем подбирать  с рисунком протектора повышенной проходимости; радиальную, поскольку у такой  шины выше стойкость к износу, она  долговечнее и обладает меньшим коэффициентом сопротивления качению, что позволяет экономить топливо, также она обеспечивает лучшую управляемость и боковую устойчивость автомобиля, и лучшую устойчивость автомобиля за счет большего по площади пятна контакта; также шины должны быть бескамерными, потому что при проколе такие шины дольше сохраняют давление и, следовательно, обеспечивают большую безопасность.

Пусть шина будет иметь следующий  размер 175/65R14 93, где

175 – ширина профиля шин в  мм;

65 – отношение высоты профиля  к ширине в процентах;

R – радиальная шина;

14 – внутренний диаметр шины, соответствующий диаметру обода  колеса в дюймах;

93 – индекс грузоподъемности;

М – индекс скорости.

Рассчитываем радиус качения колеса с выбранной шиной:

 

 (3) 

 

где rc – статический радиус, определяемый по формуле:

 

 (4)

Здесь d – диаметр обода колеса, м;

λш – коэффициент, учитывающий вертикальную деформацию шины ( для стандартных шин λш= 0,88…0,9);

H – высота профиля шины, м.

Рассчитываем d=14 2,54=0,355 (м), λш= 0,9; Н = 0,114 (м). Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Выбор двигателя и построение  его внешней скоростной характеристики

 

В настоящее время на автомобилях  наиболее широкое распространение  получили двигатели внутреннего сгорания. Выбирать тип двигателя вновь проектируемого автомобиля необходимо с учётом развития отечественного и зарубежного двигателестроения. В последние годы у нас в стране наблюдается тенденция устанавливать на грузовые автомобили средней и большой грузоподъемности дизельные двигатели. На легковых и грузовых автомобилях малой грузоподъемности применяют бензиновые двигатели.

Выбрав тип двигателя, определяют его максимальную мощность Nmax. Для этого сначала находят мощность двигателя при выбранной максимальной скорости автомобиля при движении на горизонтальной асфальтобетонной или другой заданной дороге. Мощность двигателя при Vmax рассчитывают по формуле:

 

 (5)

 

в которой ΨVmax и – коэффициент сопротивления дороги и КПД трансмиссии при максимальной скорости;

 (6)

 

где f0 – коэффициент сопротивления качению, относящийся к малым скоростям и для асфальтобетона f0 = 0,012…0,015;

k1 = (52…65).10-5;

Ga = ma.g = 1470.9,81 = 14420.7 (Н) – вес автомобиля;

Vmax = 185 км/ч = 51.39 м/с; kF = 0,4 Н. /м2;

 

= 0,9, тогда коэффициент сопротивления дороги при Vmax:

А мощность двигателя  при выбранной максимальной скорости:

Степень использования  оборотов двигателя:

 

 (7)

 

где - обороты двигателя, соответствующее максимальной мощности. Для бензиновых двигателей =1,1…1,2.

Максимальная мощность определяется по формуле:

 

      (8) 

 

где a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1; тогда

       (9)

Внешняя скоростная характеристика может быть получена из анализа следующей формулы

 (10)

 

где Nmax определено по формуле (9);

Nm и nm – текущее значение мощности и числа оборотов вала двигателя в минуту;

a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1;

nN = 5400 об/мин;

nmin = 900 об/мин;

nmax = 5940 об/мин;

Зададим в интервале от nmin до nmax еще ряд значений nm, найдём соответствующие

значения Nm и построим кривую зависимости Nm = f(nm), а затем и Mm = f(nm), имея ввиду, что

 

 (11)

    (12)

 

где Nm – в кВт;

nm – в об/мин

ωm – угловая частота вращения коленчатого вала, 1/с.

 

 

Таблица 1

n, об/мин	Nm, кВт	Mm, Н*м
900	16,97	180,06
1100	21,17	183,75
1300	25,46	187,00
1500	29,82	189,82
1700	34,22	192,21
1900	38,63	194,16
2100	43,03	195,68
2300	47,39	196,76
2500	51,68	197,42
2700	55,88	197,63
2900	59,95	197,42
3100	63,87	196,76
3300	67,62	195,68
3500	71,16	194,16
3700	74,47	192,21
3900	77,52	189,82
4100	80,28	187,00
4300	82,74	183,75
4500	84,85	180,06
4700	86,59	175,94
4900	87,94	171,39
5100	88,86	166,40
5300	89,34	160,98
5500	89,34	155,12
5700	88,83	148,83
5900	87,80	142,11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – внешняя скоростная характеристика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочий объем (литраж) двигателя рассчитывается по формуле:

 

 (13)

 

где Nmax (кВт) и nN (об/мин) – выбрано по внешней скоростной характеристики;

τ – тактность двигателя; τ = 4 для четырёхтактного двигателя;

PeN – среднее эффективное давление при максимальной мощности;

PeN = 0,75 МПа.

По полученному рабочему объему двигателя можно установить класс  и некоторые характеристики проектируемого легкового автомобиля. Автомобиль среднего класса второй группы.

 

3.4 Определение передаточного  числа главной передачи

 

Так как в техническом задании  определена максимальная скорость автомобиля, то передаточное число главной передачи определяется исходя из соотношения 

 

 (14)

 

где nV – обороты коленчатого вала, соответствующие максимальной скорости автомобиля; nV =5940 об/мин;

iкв – передаточное число коробки передач на высшей передачи; iкв = 0,784;

iдв – передаточное число высшей передачи в дополнительной или раздаточной коробке; iдв = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Выбор числа  передач и определение передаточных  чисел коробки передач

При выборе числа передач в коробке  передач обычно учитывают два  фактора:

- чем выше число передач, тем  выше динамические качества автомобиля и меньше расход топлива;

- с увеличением числа передач  растут габариты, металлоемкость  и стоимость коробки передач.

 

Исходя из вышеизложенного, обычно выбирают для легковых автомобилей  и грузовых автомобилей малой  и средней грузоподъёмность при механической трансмиссии 4…5 передач, для автомобилей большой грузоподъемности может бытии 6…12 передач.

Выбор передаточных чисел коробки передач начинается с выбора передаточного числа  первой передачи.

Передаточное  число первой передачи выбирают из условия преодоления максимального сопротивления дороги Ψmax и отсутствия буксования ведущих колёс при заданном значении φ:

 

 (15)

 

где