Конструирование и расчет автомобиля

Конструирование и расчет автомобиля

1. Исходные данные

Таблица 1. Исходные данные для проекта

№	Наименование параметра	Обозначение	Единцы измерения	Численные значения
1	Тип двигателя (дизель, карбюратор)
2	Макс. скор. Движения автомобиля	Vmax	км/ч	95
3	Полный вес автомобиля (гружен.)	Rz	Н	150142
4	База одиночного трансп. Средства	L	м	3190+1320
5	Макс. Мощность двигателя	Ne max	кВт	184,95
6	Угловая скор.коленчатого вала при макс. Мощности двигателя Ne mzx	ωN	рад/с	303
7	Радиус качения колеса	rk	м	0,768
8	КПД трансмиссии	ƞ		0,90
9	Фактор обтекаемости	kF	Н·с2/м2	4
10	Постоянная для определения δ	d		0,03
11 12 13	Постоянные коэффициенты в Формуле Лейдермана	a b c		0,5 1 1,5
14	Удельный расход топлива при Nemax	gN	г/кВт·ч	210
15	Плотность топлива	ϒ	кг/л	0,82
16	Передаточное число главнойпередачи (расчетное значение)	i0		8,82
17	Передаточное число раздаточной коробки	ipk		-
18	Количество передач в коробке передач	m		5
19 20 21 22 23	Передаточные числа коробки передач (по прототипу)	i1 i2 i3 i4 i5		7,82 4,03 2,5 1,53 1
24 25 26 27 28 29 30 31	Угловые скорости коленчатого вала взятые для расчета характеристик двигателя и автомобиля	ω1 ω2 ω3 ω4 ω5 ω6 ω7 ω8	рад/с	60,6 90,9 121,2 151,5 181,8 212,1 242,4 303
32	Коэффициент сопротивления качению (асфальт - на первом и втором участке)	f0		0,015
33	Коэффициент сопротивления  подъёму (первый участок - в гору)	i		0,07

где f коэффициент сопротивления качению (в данном случае он равен коэффициенту сопротивления качению f_Vmax);

k - коэффициент сопротивления воздуха (исходные данные); лобовая площадь автомобиля, принимается, как 80% от произведения ширины автомобиля (без учета выступающих малогабаритных деталей) на высоту; f₀ = 0,015.

где i₀ - передаточное число главной передачи, как центральной, так и разнесенной (с учетом бортовых и колесных редукторов);

,6 - коэффициент, переводящий скорость автомобиля из км/ч в м/с;

ω_emax - максимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с; _к - радиус качения колеса, м; _max - максимальная скорость движения груженого автомобиля, км/ч;

i_kc - «скоростное» передаточное число в коробке передач, на котором достигается максимальная скорость движения автомобиля.

где ω₁…ω₅ - значения угловых скоростей коленчатого вала двигателя, при которых рассчитываются все параметры, рад/с.

2. Определение тягово-скоростных свойств автомобиля

.1 Определение тягово-скоростных свойств автомобиля

Первой строим внешнюю характеристику мощности двигателя, в зависимости от угловой скорости коленчатого вала по формуле Лейдермана:

где Nemax - максимальная мощность двигателя, кВт; при скорости вращения коленчатого вала ω_N , рад/с (ω_N - в задании на проектирование); _e - мощность двигателя, кВт, при текущем значении угловой скорости коленчатого вала ω_e, рад/с и полной подаче топлива; , b, c - коэффициенты формулы (в исходных данных).

Таблица 2

Ne1	Ne2	Ne3	Ne4	Ne5	Ne6	Ne7	Ne8
28,11	47,72	69,54	92,48	115,41	137,21	156,84	184,95

Далее строим характеристику крутящего момента двигателя. Известно, что при вращательном процессе мощность считается по формуле

N = M · ω

где М - крутящий момент;

ω - угловая скорость вращения под действием момента. Тогда крутящий момент двигателя М_е (Н·м) рассчитываем по формуле:

где Ne - мощность двигателя по графику, кВт; 1000 - коэффициент для перевода мощности из кВт в Вт.

Таблица 3

Me1	Me2	Me3	Me4	Me5	Me6	Me7	Me8
463,90	524,94	573,77	610,39	634,81	647,02	647,02	610,39

К_ω - коэффициент, учитывающий скоростной режим работы двигателя, определяется по эмпирической зависимости:

Таблица 4

Kω1	Kω2	Kω3	Kω4	Kω5	Kω6	Kω7	Kω8
1,11	1,04	1,00	0,97	0,95	0,94	0,95	1,00

К_N - коэффициент, учитывающий степень загрузки двигателя. Для дизельного двигателя:

автомобиль скорость деталь демпфер

где р - степень загрузки двигателя, определяется по формуле. Для внешней скоростной характеристики р = 1,0, поэтому - К_N = 1,0.

Характеристика удельного расхода топлива строится по формуле:

где gN - удельный расход топлива при N_emax, г/кВт·ч (берется в исходных данных).

Таблица 5

ge1	ge2	ge3	ge4	ge5	ge6	ge7	ge8
232,85	220,14	210,25	203,18	198,91	197,46	198,83	210,00

Часовой расход топлива определяем по формуле:

где размерность N_e - кВт, часовой расход топлива G_t - кг/ч, а удельный расход топлива g_e- г/кВт·ч. Коэффициент 1000 переводит граммы g_e в килограммы G_t.

Таблица 6

Gt1	Gt2	Gt3	Gt4	Gt5	Gt6	Gt7	Gt8
6,55	10,50	14,62	18,79	22,96	27,1	31,18	38,84

В дальнейшем на основании скоростных характеристик двигателя строим характеристики автомобиля с учетом следующих зависимостей:

Скорость движения автомобиля, км/ч:

Таблица 7

V1	V2	V3	V4	V5
2,429187	4,713708	7,598498	12,41585	18,99624
3,643781	7,070563	11,39775	18,62377	28,49437
4,858375	9,427417	15,197	24,83169	37,99249
6,072968	11,78427	18,99624	31,03962	47,49061
7,287562	14,14113	22,79549	37,24754	56,98873
8,502156	16,49798	26,59474	43,45546	66,48686
9,716749	18,85483	30,39399	49,66339	75,98498
12,14594	23,56854	37,99249	62,07923	94,98122

Сила тяги на ведущих колесах, Н:

Таблица 8

Pk1	Pk2	Pk3	Pk4	Pk5
37495,74	19323,25	11987,13	7336,123	4794,852
42429,39	21865,79	13564,38	8301,402	5425,753
46376,31	23899,81	14826,19	9073,626	5930,474
49336,5	25425,33	15772,54	9652,793	6309,015
51309,96	26442,34	16403,44	10038,91	6561,376
52296,69	26950,85	16718,89	10231,96	6687,556
52296,69	26950,85	16718,89	10231,96	6687,556
49336,5	25425,33	15772,54	9652,793	6309,015

Мощность на ведущих колесах, кВт:

Таблица 9

Nk1	Nk2	Nk3	Nk4	Nk5	Nk6	Nk7	Nk8
25,29	42,94	62,59	83,23	103,86	123,51	141,16	166,46

.2 Построение силового баланса

где P_f - сила сопротивления качению, Н;

Таблица 10

f1	f2	f3	f4
0,015004	0,015013	0,015035	0,015092	0,015217
0,015008	0,01503	0,015078	0,015208	0,015487
0,015014	0,015053	0,015139	0,01537	0,015866
0,015022	0,015083	0,015217	0,015578	0,016353
0,015032	0,01512	0,015312	0,015832	0,016949
0,015043	0,015163	0,015424	0,016133	0,017652
0,015057	0,015213	0,015554	0,01648	0,018464
0,015089	0,015333	0,015866	0,017312	0,020413

Таблица 11

Pf1	Pf2	Pf3	Pf4	Pf5
2252,662	2254,132	2257,331	2266,017	2284,638
2253,326	2256,634	2263,833	2283,376	2325,273
2254,256	2260,136	2272,935	2307,678	2382,162
2255,452	2264,64	2284,638	2338,923	2455,304
2256,914	2270,144	2298,941	2377,112	2544,701
2258,642	2276,65	2315,845	2422,245	2650,352
2260,635	2284,156	2335,35	2474,321	2772,256
2265,42	2302,17	2382,162	2599,303	3064,828

Сила сопротивления уклона (в данном случае подъема), Н:

где i - величина уклона дороги (указана на дорожных знаках в процентах).

Сила сопротивления воздуха, Н:

где к·F - фактор обтекаемости (исходные данные)

Таблица 12

Pw1	Pw2	Pw3	Pw4	Pw5
1,815677	6,83663	17,76528	47,43177	111,033
4,085274	15,38242	39,97189	106,7215	249,8243
7,262709	27,34652	71,06113	189,7271	444,1321
11,34798	42,72894	111,033	296,4485	693,9564
16,3411	61,52967	159,8876	426,8859	999,2972
22,24205	83,74872	217,6247	581,0391	1360,155
29,05084	109,3861	284,2445	758,9083	1776,528
45,39193	170,9157	444,1321	1185,794	2775,826

График силового баланса в курсовом проекте строим для движения по горизонтальной асфальтированной дороге, поэтому сила сопротивления уклона на нем отсутствует. На график наносим: характеристику силы тяги при соответствующей скорости движения автомобиля; силы сопротивления качению (откладываются от оси абсцисс); силы сопротивления воздуха (откладываются вверх от характеристики силы сопротивления качению).

.3 Построение мощностного баланса автомобиля

_η - мощность расходуемая на трение в трансмиссии.

Таблица 13

Nη1	Nη2	Nη3	Nη4	Nη5	Nη6	Nη7	Nη8
2,81	4,77	6,95	9,25	11,54	13,72	15,68	18,49

Другие мощности сопротивлений определяются путем перемножения соответствующих сил на скорость движения автомобиля:

Таблица 14

Nf51	Nf52	Nf53	Nf54	Nf55	Nf56	Nf57	Nf58
12,06	18,40	25,14	32,39	40,28	48,95	58,51	80,86

Таблица 15

Nw51	Nw52	Nw53	Nw54	Nw55	Nw56	Nw57	Nw58
0,59	1,98	4,69	9,17	15,85	25,17	37,58	73,39

В знаменателях формул стоят коэффициенты, переводящие скорость автомобиля из км/ч в м/с и мощность из Вт в кВт.

График мощностного баланса в курсовом проекте строим с учетом движения автомобиля по горизонтальной дороге, т.е. N_i = 0.

Значения N_w - так же, как в силовом балансе откладываются вверх от уже построенной характеристики N_f так, чтобы их значения суммировались.

Значения N_η откладываются вниз от характеристики Ne.

.4 Построение динамической характеристики

На динамической характеристике отображается зависимость динамического фактора груженого автомобиля от скорости его движения.

Динамический фактор:

где R_z - полный вес автомобиля, Н.

Таблица 16

D1	D2	D3	D4	D5
0,248994	0,127959	0,079098	0,04812	0,031194
0,280928	0,143967	0,088676	0,053623	0,03447
0,305919	0,156217	0,095784	0,05747	0,036535
0,323968	0,164711	0,10042	0,05966	0,037389
0,335074	0,169447	0,102584	0,060194	0,037032
0,339238	0,170425	0,102277	0,059071	0,035464
0,336459	0,167646	0,099498	0,056293	0,032686
0,310074	0,150817	0,086526	0,045766	0,023495

.5 Построение графика ускорения

График ускорения строим на основе динамической характеристики по формуле:

где D и ψ = f берутся из динамической характеристики для груженого автомобиля и горизонтальной дороги;

g - ускорение свободного падения, ≈ 9,81 м/с²; δ - коэффициент учета вращающихся масс.

- передаточное число в коробке передач.

Таблица 17

δ1	δ2	δ3	δ4	δ5
2,864572	1,517227	1,2175	1,100227	1,06

Таблица 18

j1	j2	j3	j4	j5
0,801323	0,730276	0,516187	0,294486	0,147871
0,910668	0,833672	0,593019	0,342521	0,175683
0,996231	0,91273	0,649798	0,375375	0,191286
1,058013	0,967452	0,686523	0,393048	0,194681
1,096014	0,997836	0,703194	0,39554	0,185867
1,110234	1,003883	0,699811	0,382852	0,164845
1,100672	0,985593	0,676375	0,354983	0,131614
1,010205	0,876002	0,569341	0,253704	0,028527

3. Проектирование сцепления

.1 Выбор основных параметров ведомого диска

Таблица 19

Наружный диаметр ведомого диска Dд, мм	350
Угловая скорость вращения коленчатого вала, не более, рад/с	400
Наружный диаметр накладок, Dн, мм	350
Внутренний диаметр накладок, Dв, мм	290
Толщина накладок, δнакл, мм	6

.2 Определение силы сжатия дисков

Максимальное рабочее давление на поверхность накладки q определяем по формуле:

где S_н - фактическая рабочая площадь одной накладки с учетом отверстий под заклепки, м²:

В формуле ω_N - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности (см. тяговый расчет) соответственно, рад/с;

в - коэффициент, равный: 0,72 - дизельных двигателей;

J_а- момент инерции автомобиля, приведенный к ведущему валу коробки передач, кг·м².

где m_а - полная масса автомобиля, кг;

r_к - радиус качения колеса (из исходных данных), м;

δ - коэффициент учета вращающихся масс ≈ 1,05; i_к, i_рк, i₀ - передаточные числа коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи соответственно;

.3 Расчет размеров нажимного диска

где ρ - плотность материала нажимного диска (чугун) 7,85·10³ кг/м³.

Толщину ведомого диска принял без расчетов 2,0 мм.

.4 Расчет витых цилиндрических пружин

Диаметр витка пружины:

где ΔР - приращение реакции пружины при выключении.

Затем вычисляю жесткость пружины с, Н/м:

где Δf= 0,004 - дополнительная деформация пружины при выключении сцепления, м.

Количество рабочих витков пружины n_р:

где G = 8·10¹⁰ Па - модуль упругости при кручении.

Полное число витков превышает рабочее на 2.

.5 Расчет пружин демпфера крутильных колебаний

Диаметр витка пружины:

Количество рабочих витков пружины n_р:

где G = 8·10¹⁰ Па - модуль упругости при кручении; жесткость с для демпферных пружин принимается200000H/м.

3.6 Расчет шлицевого соединения

Наружный D= 0,047 и внутренний d = 0,039 диаметры шлицевого вала (в метрах) беру из прототипа и, затем, провожу проверочный расчет вала на кручение:

Шлицы проверяю на смятие и срез.

Количество шлицев z= 10. Длина шлицевой втулки l = 0,056 принимаю 1,2 от наружного диаметра D шлицевого вала, м.

Список литературы

1. Краткий автомобильный справочник НИИАТ.- М.: Транспорт, 2002-202 с.

2. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. Учебник для вузов по специальности "Автомобиль и автомобильное хозяйство" - 2-е изд., репринт.- М.: Бастет, 2007 - 304 с.

. Конструирование и расчет автомобиля: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобили и тракторы»/ Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. - М.: Машиностроение, 1984. - 376 с.

4. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобили» для студентов специальности 190601 (дневной и заочной формы обучения). Составитель: А.М. Зарщиков. г. Омск издательство - СибАДИ 2007 г.