Курсовая работа: Теоретическая оценка возможности работы автомобиля в заданных условиях эксплуатации

Содержание

1. Исходные данные

Краткая техническая характеристика АТС. Принятые значения коэффициентов

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Оценка приспособляемости ДВС

3. Расчёт КПД и передаточных чисел трансмиссии. Кинематическая схема трансмиссии автомобиля. Расчёт КПД и передаточных чисел

4. Расчёт показателей тяговой характеристики АТС

5. Расчёт и построение динамического паспорта

6. Расчёт и построение мощностной характеристики. Установившееся движение АТС. Анализ энергозатрат для общего случая движения

Литература

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

1. Исходные данные для расчетов

Таблица 1.1

Краткая техническая характеристика АТС.

Таблица 1.2

Принятые значения коэффициентов.

*В примечании указать, откуда взята принятая величина коэффициента (ссылка на литературу).

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Оценка приспособляемости ДВС

Эффективные показатели поршневых двигателей внутреннего сгорания расчетным путем можно определить с использованием приведенных ниже аналитических зависимостей. Эти расчеты, выполненные в предложении полной подачи топлива, дают показатели, которые являются предельно возможными для рассчитываемого двигателя, т.е. они характеризуют, что максимально можно “выжать” из этого источника энергии. График, построенный по этим данным в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, называется внешней скоростной характеристикой ДВС.

Расчетные формулы:

-эффективная мощность двигателя для интересующего режима работы, кВт;

, кВт,

где

- для карбюраторного 4-х цилиндрового двигателя;

, кВт(2.1)

-эффективный крутящий момент на коленчатом валу, H*м;

, Нм(2.2)

-эффективный удельный расход топлива, г/кВт*ч;

, (2.3)

где

- для карбюраторных двигателей

-часовой расход топлива,кг/ч.

Q_ч =g_е N_е 10^-3 (2.4)

В формулах (2.1)-(2.3) :

N_H =N_{e max} – номинальная(максимальная) мощность двигателя;

λ_д =ω_д /ω_H – коэффициент, характеризующий скоростной режим работы ДВС:

ω_д - текущая(интересующая) частота вращения коленчатого вала, с^-1 ;

λ_д =λ_H =1 – номинальный режим работы двигателя (с максимальной мощностью);

λ_д <1 – работа двигателя с нагрузкой выше номинала (с перегрузкой);

λ_д >1 – работа двигателя с недогрузкой;

a,b,c – коэффициенты, выбираемые с учетом типа двигателя при расчете N_e (см. приложение 2);

a_T ,b_{T ,} c_T - то же для расчета g_e . (см. Приложение 2).

Для табл.2 недостающие параметры определяют и принимают:

- текущее значение частоты, где

- коэффициент, характеризующий степень использования оборотов двигателя;

- номинальное значение частоты, ;

;

l_мах =1.20...1.25 – для ЛА с карбюраторным двигателем;

l_мах =1.10...1.15 - для ГА с карбюраторным двигателем;

l_мах =1.07...1.08 – для АТС с дизельным двигателем.

*Здесь и далее по всем формулам следует привести хотя бы один вариант расчёта в цифрах.

Коэффициенты приспособляемости ДВС.

Чтобы оценить, какие перегрузки способен преодолеть двигатель, необходимо определить коэффициенты приспособляемости, которые рассчитываются по формулам:

K_м =М_емах /М_н = 142,72/114,18=1,25 (2.5)

– коэффициент приспособляемости по нагрузке;

K_w =w_н /w_м = 481,71/240,86=1,99 (2.6)

- коэффициент приспособляемости по частоте вращения,

где М_емах –максимальный крутящий момент двигателя (из табл. 2);

w_м – частота вращения коленчатого вала при М_емах.

Данные расчёта см. табл. 2

Графическая зависимость - рис.1.

Таблица 2.

Расчет выходных данных ДВС.

№ n/n	λд	ωд, С	Ne * , кВт	Ме, Н*м	ge , г/(кВт*ч)	Qч , кг/ч	Примечание
1	0,3	144,51	19,965	138,15	272,16	5,43	Nн =55кВт nн =4600 об/мин gе( N н) =280 г/кВт*ч или gе min =248,64 KM =1,25 Kω = 1,99
2	0,4	192,68	27,280	141,58	259,84	7,09
3	0,5	240,86	34,375	142,72	252,00	8,66
4	0,6	289,03	40,920	141,58	248,64	10,17
5	0,7	337,20	46,585	138,15	249,76	11,64
6	0,8	385,37	51,040	132,44	255,36	13,03
7	0,9	433,54	53,955	124,45	265,44	14,32
8	1,0	481,71	55,000	114,176	280,00	15,40
9	1,1	529,88	53,845	101,617	299,04	16,10
10	1,2	578,05	50,160	86,774	322,56	16,18
lмах

* Для дизелей N_е рассчитывают по формуле 2.1 до l_д =1

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Рис. 1.

3. Расчет КПД и передаточных чисел трансмиссии

3.1 Кинематическая схема трансмиссии автомобиля

Рис. 2.

3.2 Расчет КПД и передаточных чисел

Расчетные формулы (см. 3.1 и 3.2):

Коэффициент полезного действия (КПД) механической ступенчатой трансмиссии АТС можно определить по формуле:

(3.1)

где, кроме обозначенных в табл. 1.2:

КПД цилиндрической пары

КПД конической пары

- число работающих ( передающих крутящий момент) пар шестерен с цилиндрическими зубчатыми колесами при включении рассматриваемой передачи;

-количество конических пар шестерен;

-количество карданных шарниров.

Определяя количество элементов трансмиссии, необходимо учитывать степень их нагружения. Если элемент имеет 100% нагружение, то =1.

Если поток мощности разветвляется, то на участках с 50% нагружением два элемента считают за один (=0.5), т.п.

Передаточное число трансмиссии находят по формуле:

== (3.2)

где - частота вращения ведущих колес;

передаточное число коробки передач;

передаточное число главной передачи

-передаточное число дополнительных устройств, позволяющих изменить общее передаточное число трансмиссии, например – раздаточная коробка, колесный редуктор и др.

U_тр1 =3,455·4,111=14,204

U_тр2 =1,789·4,111=7,355

U_тр3 =1,065·4,111=4,378

U_тр4 =0,703·4,111=2,890

Расчётные данные по пункту 3 представлены в табл.3.

Таблица 3

Расчет КПД и передаточных чисел.

4. Расчет и построение тяговой характеристики АТС (для установившегося движения по горизонтальной местности)

Линейная скорость движения автомобиля, м/с:

м/с(4.1)

где – скорость движения АТС, км/ч.

Тяговая сила на ведущих колесах (касательная сила тяги), Н:

(4.2)

Сила сопротивления воздуха, Н:

, (4.3)

где –коэффициент обтекаемости; – плотность воздуха, кг/м³ ;

площадь лобовой поверхности, :

=- для легковых автомобилей; (4.4)

где -ширина колеи.

P_w =0,5·0,31·1,29·0,78·1,816·1,42·2,396² =2,309H

Сила сопротивления качению колес, Н:

,

где для радиальных шин (4.6)

f₀ =f_т

f_т =0,03

f_v =0,03·(1+(0,0216·2,396)² )=0,03008

P_f =0,03008·1300·9,81=383,61Н

Сила тяги по сцеплению (сила сцепления ведущих колес с дорогой) в продольном направлении, Н:

(4.8)

P_k φ=0,4·690·9,81=2707,56 Н

где коэффициент сцепления колес с дорогой;

сила, прижимающая ведущие колеса к дороге (G_{c ц} =R_z ведущая), Н;

m_i – масса, приходящаяся на ведущую ось, кг;

m_i = m₁ – для переднеприводных АТС;

P_{kφ ( o )} =φ_x ×m_{o 1} ×g- сцепная сила ведущих колёс порожнего автомобиля.

P_{kφ ( o )} =0,4×590×9,81=2315,16 Н

Данные расчетов см. табл. 4, график - рис. 3.

Расчет показателей тяговой характеристики.

Таблица 4.

Продолжение таблицы 4.

*Расчеты выполнить для =1.

Тяговая характеристика автомобиля

Audi 100 Avant

(V=const, i=tgα=0)

Рис. 3.

Схема внешних сил действующих на АТС

при ________________________________ (по указанию преподавателя)

5. Расчет и построение динамического паспорта АТС

Динамический фактор автомобиля (коэф. динамичности по тяге):

,(5.1)

где : P_к и P_W из табл.4.

Расчеты сведены в табл. 5.

Динамический фактор по сцеплению

==0,4·0,531=0,2124(5.2)

где -коэффициент нагрузки ведущих колес:

=-для АТС классической схемы;

Масштаб шкалы следует выбрать из соотношения:

=(5.3)

где -цена деления шкалы D, мм;

-цена деления шкалы D₀ , мм;

-снаряженная масса, кг;

-полная масса, кг.

Коэффициент сопротивления качению с учетом влияния скорости движения АТС -см. табл 4, динамический паспорт- рис. 5.

Таблица 5.

Расчет показателей динамического паспорта.

Динамический паспорт.

Рис. 5

6. Расчет и построение мощностной характеристики автомобиля

6.1 Установившееся движение АТС

Расчетные формулы:

Мощность, подведенная к ведущим колесам с ипользованием возможностей двигателя и трансмиссии, кВт:

N_к =N_е -N_тр =N_е ·η_тр =19,965·0,913=18,23(6.1)

где: N_е – (см. табл. 2)

Мощность, теряемая на преодоление внешних сопротивлений при установившемся движении на горизонтальном участке дороги, соответственно, кВт:

(6.2)

(6.3)

где: P_f , P_w и v – (см. табл. 4)

Результаты расчетов см. табл.6.1. и 6.2., график – рис. 6.

Таблица 6.1

Расчет показателей мощностной характеристики автомобиля

Передача		v, м/с	Nе , кВт	Nk , кВт	Примеч.
I	0,3	2,396	19,965	0,925
	0,4	3,195	27,28	1,241
	0,5	3,993	34,375	1,565
	0,6	4,792	40,92	1,897
	0,7	5,591	46,585	2,240
	0,8	6,389	51,04	2,596
	0,9	7,188	53,955	2,966
	1	7,987	55	3,351
	1,1	8,785	53,845	3,755
	1,2	9,584	50,16	4,178
II	0,3	4,627	19,965	1,828
	0,4	6,169	27,28	2,497
	0,5	7,712	34,375	3,217
	0,6	9,254	40,92	4,001
	0,7	10,797	46,585	4,862
	0,8	12,339	51,04	5,812
	0,9	13,882	53,955	6,864
	1	15,424	55	8,032
	1,1	16,966	53,845	9,327
	1,2	18,509	50,16	10,763

Передача		v, м/с	Nе , кВт	Nk , кВт	Примеч.
III	0,3	7,773	19,965	3,247
	0,4	10,365	27,28	4,612
	0,5	12,956	34,375	6,220
	0,6	15,547	40,92	8,131
	0,7	18,139	46,585	10,405
	0,8	20,730	51,04	13,104
	0,9	23,321	53,955	16,287
	1	25,912	55	20,016
	1,1	28,503	53,845	24,352
	1,2	31,094	50,16	29,354
IV	0,3	11,776	19,965	5,454
	0,4	15,701	27,28	8,255
	0,5	19,627	34,375	11,900
	0,6	23,552	40,92	16,598
	0,7	27,478	46,585	22,560
	0,8	31,403	51,04	29,997
	0,9	35,328	53,955	39,120
	1	39,254	55	50,140
	1,1	43,179	53,845	63,266
	1,2	47,104	50,16	78,711

Таблица 6.2

Расчет потерь мощности на преодоление внешних сопротивлений

Мощностная характеристика автомобиля

(V=const, i=0)

6.2 Анализ энергозатрат для общего случая движения

Уравнение мощностного баланса АТС для общего случая движения:

N_e =N_тр +N_f +N_w ±N_α ±N_j +N_пр = (6.2.1)

В частности:

, кВт-мощность, необходимая для преодоления подъёма; (6.2.2)

Где -продольный уклон дороги.

, кВт-затраты энергии на ускорение;

где -коэфициент учёта вращающихся масс; (6.2.3)

-передаточное число коробки.

При расчётах можно принять:

-для ведомых колёс;

-для ведущих колёс.

Возможные значения и , которое способно преодолеть АТС в разных случаях движения на рассматриваемой дороге, легко можно оценить, используя динамический паспорт:

, при V=const и Д<Д_φ ;

, при i=0 (движение по равнине),

Где g=9.81 м/с²

Расчётные данные и графические зависимости по произведённому анализу см.табл.6.3, рис 12

Таблица 6.3

Анализ P_α и N_α

Расчётные показатели	Единицы измерения	i=tgα			Примечание
		2%	4%	6%
Pα Nα	H кВт	m=

Таблица 6.4

Анализ P_j и N_j

Литература

1. Краткий автомобильный справочник. М., Трансконсалтинг, 1994 или др. издания.

2. Руководство по устройству и эксплуатации автомобиля

3. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М., Машиностроение, 1989.

4. Конотилов В.И. Автомобили, теоретические основы. Тюмень, ТюмГНТУ, 1999.

5. Иларионов В.А. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий. М., Транспорт, 1989

6. ГОСТ Р51709-2001. Автотранспортные средства, требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. М., Госстандарт России, 2001.

7. Конспект лекций по дисциплине «Теория АТС» и методические указания.

Приложение 1

Где взять указанные данные [1]*

Приложение 2

Таблица 2.1

Примерные значения коэффициентов a,b,c.

Таблица 2.2

Примерные значения коэффициентов a_т ,b_т ,c_т .

Таблица 2.3

Примерное значение удельного расхода топлива у современных ДВС.

Можно также принять:

g_{e / N н} =g_emin (1.05...1.10)

Приложение 3

Примерные значения коэффициентов для расчета КПД трансмиссии

Приложение 4

Таблица 4.1

Коэффициенты сопротивления качению АТС

Приложение 4 (продолжение)

Таблица 4.2

Коэффициенты сцепления колес с дорогой

Таблица 4.3

Коэффициенты сцепления для шин, имеющих рисунок протектора повышенной проходимости

Таблица 4.4

Примерные значения коэффициента сопротивления воздуха АТС. Н^. с² /м⁴

Таблица 4.5

Коэффициенты обтекаемости некоторых автомобилей.