Тяговый расчет автомобиля
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 от nemin
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=
Uтpn*Mei*nтр/rk,
Н
где: Pk
– сила тяги на ведущих колесах
Uтрn
-
передаточное отношение трансмиссии на n-ом
номере передач
Uтрn=U0n*Un*Upkn
Где:
U0n-
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:
Pk800=13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н
Pk7800=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:
Pk800=7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н
Pk7800=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:
Pk800=5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н
Pk7800=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:
Pk800=3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H
Pk7800=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:
Pk800=2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H
Pk7800=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*V2ani
/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/Uтрn
Где:
nei-частота
вращения вала двигателя в i-ой
расчетной точке,мин-1
rk-радиус
качения шины
Uтрn-передаточное
отношение трансмиссии на n-ой
номере передач
в каждом из агрегатов
На первой передаче:
Vani800=(0.377*0.288*800)/13.46=6.4
Vani7800=(0.377*0.288*7800)/13.46=63
На второй передаче:
Vani800=(0.377*0.288*800)/7.2=12
Vani7800=(0.377*0.288*7800)/7.2=116
На третьей передаче:
Vani800=(0.377*0.288*800)/5=17
Vani7800=(0.377*0.288*7800)/5=163
На четвертой передаче:
Vani800=(0.377*0.288*800)/3.4=25
Vani7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171
На пятой передаче:
Vani800=(0.377*0.288*800)/2.8=30
Vani7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293
На первой передаче:
Pw800=0.3*2*41.59/13=1.9
Pw7800=0.3*2*3954.12/13=182.49
На второй передаче:
Pw800=0.3*2*143.4=6.7
Pw7800=0.3*2*13.637=629.4
На третьей передаче:
Pw800=0.3*2*297.9=13.7
Pw7800=0.3*2*283.25=1307.5
На четвертой передаче:
Pw800=0.3*2*623.7=28.7
Pw7800=0.3*2*5929.2=2736.5
На пятой передаче:
Pw800=0.3*2*905.8=41.9
Pw7800=0.3*2*8611.9=3974.5
Остальные данные
заносятся в таблицу
На первой передаче
ni
|
800
|
1600
|
2400
|
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=(Pk800-Pw800)/(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
|
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
|
Va1
|
м/с
|
2
|
5
|
7
|
9
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
|
2
|
Va2
|
м/с
|
4
|
7
|
10
|
14
|
17
|
20
|
24
|
26
|
27
|
30
|
33
|
|
3
|
Va3
|
м/с
|
5
|
9
|
14
|
19
|
24
|
29
|
33
|
36
|
39
|
43
|
47
|
|
4
|
Va4
|
м/с
|
7
|
13
|
20
|
27
|
34
|
41
|
48
|
51
|
55
|
62
|
67
|
|
5
|
Va5
|
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.