Санкт - Петербургская Государственная Академия
Сервиса и экономики
«Тяговой расчет автомобиля»
Калуга 2007
1. Исходные данные
Автомобиль - ВАЗ-2108
Колесная формула - 4х2
Грузоподъемность автомобиля - 450кг
Тип двигателя - Карбюраторный
Коробка передач - Механическая 5 ступенчатая
Максимальная скорость - 140 км/час
Коэффициент суммарного сопротивления дороги - f0
=0.0085
Полная масса автомобиля - 1425кг
Масса, приходящаяся на ведущие колеса - 800кг
Мощность двигателя - 135 л.с. (100 кВт) при 6000 об/мин
Удельный расход топлива - 7 л на 100 км
Шины - 175/65 R 14
Радиус качения Rк
=0.288 м
КПД трансмиссии - &=0.953
Коэффициент лобового сопротивления Kw
=0.3
Лобовая площадь Fa=2 м2
2. Тягово-динамический расчет автомобиля
К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:
где Ne
-эффективная мощность двигателя, кВт
Me
-эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м
ge
-удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч
ne
-частота вращения коленчатого вала ДВС,мин-1
Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала
В рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от nemin
до nemax
при этом:
Для карбюраторных двигателей- nemin
=600-1200 мин-1
nemax
=(1.25-1.3)neN
мин-1
По указанным рекомендациям устанавливаем nemin
=800 мин-1
и
nemax
=1.3*6000=7800 мин-1
Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов
Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:
Nei
=Nemax
(a*(nei
/neN
)+b*(nei
/neN
)2
-c*(nei
/neN
)3
),
где nei
-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1
.
nei
изменяется в диапазоне отnemin
до nemax
neN
- частота вращения коленчатого вала при максимально эффективной мощности двигателя,мин-1
i=1,2,3…-номера расчетных точек.
a, b, c –коэффициенты (константы Лейдермана),зависящие от конструкции ДВС. Для карбюраторных двигателей a=b=c=1
Nei
–текущее значение эффективной мощности, кВт
Nemax
-максимальная эффективная мощность двигателя, кВ
N800
=100*(1*(800/7800)+1*(800/7800)2
-1*( 800/7800)3
)=11,2 кВт
N7800
=100*(1*(7800/7800)+1*(7800/7800)2
-1*( 7800/7800)3
)=100 кВт
Остальные данные заносятся в таблицу
| Ni
|
11.2 | 23.86 | 37.39 | 50.96 | 64 | 76.1 | 86.34 | 90.68 | 94.13 | 98.86 | 100 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Определение минимального удельного расхода топлива
gemin
- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч
gemin=
[1.22-1.22*( ni
/nNe max
)+( ni
/ nNe max
)2
]
gemin
=
287 г/кВт*ч
Определение эффективного крутящего момента.
Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:
Mei
=9550*Nei
/nei
,
Н*м
где Nei
–текущее значение эффективной мощности,кВт
nei
-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1
.
M800
=9550*11.2/800=133,7 Н*м
M7800
=9550*100/7800=122,44 Н*м
Остальные данные заносятся в таблицу
| М | 133,7 | 142,3 | 150,65 | 152,1 | 153 | 151 | 147 | 144 | 140 | 131 | 122,4 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива.
Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:
gei
=Kg*gemin
(A-B(nei
/neN
)+C(nei
/neN
)2
), г/кВт*ч
где Kg-коэффициент,учитывающий равномерность горения заряда топлива: для карбюраторных Kg=0.99…1
gemin
-минимальный удельный расход топлива,г/кВт*ч
nei
текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1
.
изменяется в диапазоне от nemin
до nemax
A,B,C-коэффициенты,характеризующие конструктивные особенности двигателя: A=1.3 B=0.85 C=0.6
g800
=1*287*(1,3-0,85*(800/7800)+0,6*(800/7800)2
)=349,88 г/кВт*ч
g7800
=1*287*(1,3-0,85*(7800/7800)+0,6*(7800/7800)2
)=301,35 г/кВт*ч
Остальные данные заносим в таблицу
| g | 349 | 330 | 314 | 301 | 293 | 288 | 286 | 287 | 288 | 294 | 301 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Полученные данные заносятся в таблицу
По данным расчетов строятся графики зависимостей Ne
, Me
, ge
.
Определение передаточных чисел КПП
По справочным данным: 1 – 3,64 3 – 1,36 2 – 1,95 4 – 0,94 5 – 0,78
Увеличение числа передач улучшает тяговые свойства автомобиля, динамический фактор на передачах и способствует развитию больших ускорений при одинаковых сопротивлениях, сокращает время разгона. Главное передаточное число 3,7.
3. Определение динамических показателей автомобиля
К ним относят касательную силу тяги на ведущих колесах, динамический фактор, скорость движения, ускорения, время и путь разгона. Последние три параметра характеризуют быстроту разгона автомобиля и определяют его приёмистость. Параметры динамичности автомобиля определяются по универсальной динамической характеристики и заданному дорожному сопротивлению для горизонтального участка дороги с твердым покрытием.
Тяговая характеристика автомобиля
Сила тяги определяется из зависимости:
Pkn
= Uт
pn
*Mei
*nтр
/rk
,
Н
где: Pk
– сила тяги на ведущих колесах
Uтр
n
- передаточное отношение трансмиссии на n-ом
номере передач
Uтр
n
=U0n
*Un
*Upkn
Где:
U0
n
- передаточное отношение главной передачи
Un
- передаточное отношение в коробке передач на n-ой
передаче
Uтр1
=3,7*3,64=13,468
Uтр2
=3,7*1,95=7,252
Uтр3
=3,7*1,36=5,032
Uтр4
=3,7*0,94=3,478
Uтр5
=3,7*0,78=2,886
Mei
- текущее значение крутящего момента двигателя
nтр
- КПД трансмиссии на всех передачах – постоянно
rk
- Радиусы качения всех колес одинаковые и не изменяются во всем диапазоне скоростей движения автомобиля
Сила тяги на 1-ой
передаче:
Pk
800
=13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н
Pk
7800
=13.468*122.44*0.95/0.288=5439.482H
Остальные значения заносятся в таблицу
| Pk
|
5939 | 6321 | 6692 | 6756 | 6798 | 6726 | 6541 | 6404 | 6240 | 5825 | 5439 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Сила тяги на 2ой
передаче:
Pk
800
=7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н
Pk
7800
=7.252*122.44*0.95/0.288=2928.952H
Остальные данные заносят в таблицу
| Pk
|
3198 | 3404 | 3603 | 3637 | 3660 | 3621 | 3522 | 3448 | 3360 | 3136 | 2928 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Сила тяги на 3ий
передачи:
Pk
800
=5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н
Pk
7800
=5.032*122.44*0.95/0.288=2032.334H
Остальные данные заносят в таблицу
| Pk
|
2219 | 2361 | 2500 | 2524 | 2540 | 2513 | 2443 | 2393 | 2331 | 2176 | 2032 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Сила тяги на 4ой
передачи:
Pk
800
=3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H
Pk
7800
=3,478*122.44*0.95/0.288=1404,701H
Остальные данные заносятся в таблицу
| Pk
|
5939 | 6321 | 6692 | 6756 | 1755 | 1737 | 1689 | 1654 | 1611 | 1504 | 1404 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Сила тяги на 5ой
передачи:
Pk
800
=2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H
Pk
7800
=2.886*122.44*0.95/0.288=1165.603H
Остальные данные заносятся в таблицу
| Pk
|
1278 | 1354 | 1434 | 1447 | 1456 | 1441 | 1401 | 1372 | 1337 | 1248 | 1165 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Сила лобового (аэродинамического) сопротивления
Pw
=Kw
*Fa
*V2
ani
/13
где Kw
- Коэффициент лобового сопротивления
Fa
– Лобовая площадь автомобиля
Vani
– скорость движения автомобиля на n-ой
передаче в iой
расчетной точке Vani
=0.377*rk
*nei
/Uтр
n
Где:
nei
-частота вращения вала двигателя в i-ой
расчетной точке,мин-1
rk
-радиус качения шины
Uтр
n
-передаточное отношение трансмиссии на n-ой
номере передач
в каждом из агрегатов
На первой передаче:
Vani
800
=(0.377*0.288*800)/13.46=6.4
Vani
7800
=(0.377*0.288*7800)/13.46=63
На второй передаче:
Vani
800
=(0.377*0.288*800)/7.2=12
Vani
7800
=(0.377*0.288*7800)/7.2=116
На третьей передаче:
Vani
800=(0.377*0.288*800)/5=17
Vani
7800=(0.377*0.288*7800)/5=163
На четвертой передаче:
Vani
800=(0.377*0.288*800)/3.4=25
Vani
7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171
На пятой передаче:
Vani
800=(0.377*0.288*800)/2.8=30
Vani
7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293
На первой передаче:
Pw
800
=0.3*2*41.59/13=1.9
Pw
7800
=0.3*2*3954.12/13=182.49
На второй передаче:
Pw
800
=0.3*2*143.4=6.7
Pw
7800
=0.3*2*13.637=629.4
На третьей передаче:
Pw
800
=0.3*2*297.9=13.7
Pw
7800
=0.3*2*283.25=1307.5
На четвертой передаче:
Pw
800
=0.3*2*623.7=28.7
Pw
7800
=0.3*2*5929.2=2736.5
На пятой передаче:
Pw
800
=0.3*2*905.8=41.9
Pw
7800
=0.3*2*8611.9=3974.5
Остальные данные заносятся в таблицу
На первой передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Pw
|
1.9 | 7.6 | 17.2 | 30.7 | 48 | 70 | 94 | 107 | 122 | 155 | 182 |
На второй передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Pw
|
6.6 | 26 | 56 | 105 | 165 | 238 | 324 | 372 | 423 | 536 | 629 |
На третьей передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Pw
|
14 | 55 | 123 | 220 | 343 | 495 | 673 | 773 | 880 | 1113 | 1307 |
На четвертой передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Pw
|
28.7 | 115 | 259 | 460 | 719 | 1036 | 1410 | 1619 | 1842 | 2331 | 2736 |
На пятой передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 6800 | 7800 |
| Pw
|
41 | 167 | 376 | 668 | 1045 | 1505 | 2048 | 2351 | 2675 | 3386 | 3976 |
Скорость движения автомобиля:
V=0.105*((ni
*rk
)/(i0
*ik
))
где: ni
- частота вращения коленчатого вала
rk
– радиус качения
i0
– главное передаточное число
ik
– передаточное число для каждой передачи
На первой передаче
V800
=0,105*((800*0,288)/(3,7*3,64))=1,8
V7800
=17
На второй передаче
V800
=3.5
V7800
=33.5
На третей передаче
V800
=4.8
V7800
=47
На четвертой передаче
V800
=7
V7800
=67
На пятой передаче
V800
=8
V7800
=81
Остальные данные заносятся в таблицу
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Va
|
1,8 | 3,57 | 5,4 | 7,14 | 9 | 11 | 12,5 | 13,4 | 14 | 16 | 17 |
На второй передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Va
|
3.5 | 7 | 10 | 14 | 17 | 20 | 24 | 26 | 27.5 | 30 | 33.5 |
На третьей передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Va
|
4.8 | 9.6 | 14 | 19 | 24 | 29 | 33 | 36 | 39 | 43 | 47 |
На четвертой передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Va
|
7 | 13.7 | 20 | 27 | 34 | 41 | 48 | 51 | 55 | 62 | 67 |
На пятой передаче
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
| Va
|
8 | 16 | 25 | 33 | 41 | 50 | 58 | 62 | 67 | 75 | 81 |
Динамическая характеристика автомобиля
Для сравнительной оценки тяговых качеств автомобиля, независимо от массы, используется динамический фактор
Д = (Pk
-Pw
)/(ma
*g),
где Pk
– тяговая сила на ведущих колесах
Pw
– величина силы сопротивления встречного воздуха
ma
– масса автомобиля
g – ускорение свободного падения(9,8)
На первой передаче
Д800
=(Pk
800
-Pw
800
)/(1425*9.8)=(5939-2)/14=424
Д7800
=(5439-182)/14=375
На второй передаче
Д800
=(3198-6,6)/14=228
Д7800
=(2928-629)/14=164
На третьей передаче
Д800
=(2219-14)/14=157
Д7800
(2032-1307)/14=58
На четвертой передаче
Д800
=(1533-29)/14=107
Д7800
(1404-2736)/14=0
На пятой передаче
Д800
=(1272-41)/14=88
Д7800
(1165-3974)/14=0
Остальные данные заносят в таблицу
На первой передаче
| Д1
|
424 | 451 | 477 | 480 | 482 | 475 | 460 | 450 | 437 | 405 | 375 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
На второй передаче
| Д2
|
228 | 241 | 253 | 252 | 250 | 241 | 228 | 220 | 210 | 186 | 164 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
На третьей передаче
| Д3
|
157 | 165 | 170 | 165 | 157 | 114 | 126 | 116 | 104 | 76 | 58 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
На четвертой передаче
| Д4
|
107 | 108 | 105 | 92 | 74 | 50 | 20 | 2,5 | 0 | 0 | 0 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
На пятой передаче
| Д5
|
88 | 85 | 76 | 56 | 29 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| ni
|
800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 |
Мощностной баланс автомобиля
N=Nb +
Nтр
+Nw
+Nj+
Nq
Nb
=10-3
*Pb
*Va
[кВт] – мощность затраченная на привод вспомогательного оборудования где:
Va
– скорость автомобиля (м/с);
Рb
– сила сопротивления вспомогательного оборудования;
Ne
– мощность двигателя;
| Наим. | Показатели | Частота вращения коленчатого вала об/мин. | |||||||||||||||
| Обозн. | Разм. | 800 | 1600 | 2400 | 3200 | 4000 | 4800 | 5600 | 6000 | 6400 | 7200 | 7800 | |||||
| Мощн. ДВС | Ne
|
кВт | 11 | 23 | 37 | 50 | 64 | 76 | 86 | 90 | 94 | 98 | 100 | ||||
| Мощн. потерь прив. | Nb
|
кВт | 0,04 | 0,14 | 0,32 | 0,63 | 1,12 | 1,83 | 2,8 | 4,08 | 5,72 | 7,75 | 10,2 | ||||
| Ne
-Nb |
кВт | 11 | 23 | 37 | 40,8 | 63 | 75 | 84 | 86 | 90 | 91 | 89,8 | |||||
| Перед. | Va
|
м/с | |||||||||||||||
| 1 | Va
1 |
м/с | 2 | 5 | 7 | 9 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | ||||
| 2 | Va
2 |
м/с | 4 | 7 | 10 | 14 | 17 | 20 | 24 | 26 | 27 | 30 | 33 | ||||
| 3 | Va
3 |
м/с | 5 | 9 | 14 | 19 | 24 | 29 | 33 | 36 | 39 | 43 | 47 | ||||
| 4 | Va
4 |
м/с | 7 | 13 | 20 | 27 | 34 | 41 | 48 | 51 | 55 | 62 | 67 | ||||
| 5 | Va
5 |
м/с | 8 | 16 | 25 | 33 | 41 | 50 | 58 | 62 | 67 | 75 | 81 | ||||
Список использованной литературы
1. Чудаков Е.А. «Теория автомобиля» М: Машииз, 1990, - 344с.
2. «Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей» /под ред. Орлина А.И., Круглова М.Т. М: Машиностроение. - 1993 г. 372с.
3. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» М: Высшая школа, 1997г. - 400с.
4. Митрофанов В.И., Шабашева М.М. «Методы расчета эффективного удельного расхода топлива ДВС при проектировании автомобилей» Межвузовский сборник научных трудов. М: ВЗМИ, 1996г. - 145с.
5. Смирнов Г.А. «Теория автомобиля» М: ВШ, 1991. 344с.