Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта

по дисциплине "Автомобили"

для студентов всех форм обучения

специальности 7.09.0258

"Автомобили и автомобильное хозяйство"

Севастополь

2006

2 УДК 629.113 Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Автомобили". /Разраб. В.Н. Торлин, Т. А. Рогозина, С.В. Огрызков, А.Г. Остренко.

– Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2006. 44 с.

Целью методических указаний является оказание помощи студентам при выполнении курсового проекта по дисциплине "Автомобили". Излагаются основные теоретические сведения, порядок выполнения расчетов и требования к оформлению курсового проекта.

Методические указания предназначены для студентов специальности 7. "Автомобили и автомобильное хозяйство" всех форм обучения.

Методические рекомендации рассмотрены и утверждены на заседании кафедры Автомобильного транспорта (протокол №3 от 20 ноября 2006 г.) Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний Рецензент: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Технологии машиностроения Ю.К. Новоселов

СОДЕРЖАНИЕ

1 Цели и задачи курсовой работы

2 Конструкторский анализ автомобиля

2.1 Анализ исходных данных

2.2 Описание прототипа

2.3 Анализ компоновки автомобиля и определение параметров массы............ 2.4 Подбор шин

2.5 Определение КПД трансмиссии автомобиля

2.6 Фактор сопротивления воздуха

2.7 Определение мощности двигателя и построение его внешней скоростной характеристики

2.8 Определение количества передач и передаточных чисел трансмиссии автомобиля

2.9 Нахождение тягово-скоростных характеристик автомобиля

2.9.1 Динамические характеристики автомобиля

2.9.2 Динамический паспорт автомобиля

2.10 Расчет показателей разгона автомобиля

2.10.1 Построение графика пути и времени разгона автомобиля................. 3 Проектирование базовой системы автомобиля

3.1 Основные требования к проектированию системы

Библиографический список

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Цель курсового проекта: закрепить знания по теории рабочих процессов и основ расчета автомобиля; получить навыки в выполнении силового расчета автомобиля; научиться оценивать качество конструкции, определять размеры и рассчитывать на качество основные функциональные элементы автомобиля.

Задача курсового проекта произвести конструкторский анализ автомобиля, с целью определения возможности повышения грузоподъемности и максимальной скоростью движения.

Необходимо проанализировать техническую характеристику и компоновочную схему автомобиля прототипа, рассчитать параметры двигателя и трансмиссии автомобиля исходя из технического задания на проектирование, рассчитать силоскоростные характеристики автомобиля с измененными параметрами.

После расчета основных характеристик автомобиля производится анализ заданной системы автомобиля и производится расчет основных параметров с подробной разработкой заданного узла. В результате анализа базового узла необходимо сделать заключение о внесении необходимых изменениях в конструкцию. Необходимо обосновать выбор материала для основных деталей базового узла.

В заключении необходимо сравнить технические характеристики прототипа и автомобиля с измененными параметрами.

Графическая часть должна содержать:

1) Чертеж общего вида автомобиля (формат А1);

2) Динамический паспорт автомобиля (формат А3);

3) Расчетная схема базового узла или графические построения к расчету базового узла (формат А3);

4) Сборочный чертеж базового узла (формат А1);

5) Рабочий чертеж детали (формат А2).

2 КОНСТРУКТОРСКИЙ АНАЛИЗ АВТОМОБИЛЯ

2.1 Анализ исходных данных Исходными данными на проектирование являются:

1) модель автомобиля;

2) грузоподъемность Мг, т;

3) максимальная скорость движения автомобиля Va, м/с;

4) коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости движения v ;

5) базовые система и узел автомобиля.

2.2 Описание прототипа В данном разделе необходимо проанализировать назначение автомобиля, описать условия эксплуатации и отобразить основные требования, которым должна отвечать конструкция автомобиля.

Дать краткую историю развития конструкции автомобиля.

Если обозначение автомобиля соответствует ОН-025270-66 произвести его расшифровку.

Привести техническую характеристику и дать описание всех основных систем автомобиля.

2.3 Анализ компоновки автомобиля и определение параметров массы Equation Section В разделе необходимо разработать компоновочную схему автомобиля, определить параметры массы, координаты центра тяжести порожнего и полностью груженого автомобиля, определить развесовку собственной и полной массы автомобиля.

Основными весовыми техническими характеристиками для автомобиля являются: грузоподъемность, пассажировместимость, снаряженная масса, полная масса.

Грузоподъемность. Определяется как масса перевозимого груза без массы водителя и пассажиров в кабине. Для легкового автомобиля и автобуса – масса пассажиров и их багажа (без водителя); для грузового автомобиля – масса груза, перевозимого в кузове; для седельного тягача – нагрузка на седельно-сцепное устройство.

Грузоподъемность легкового автомобиля, автобуса M Г, кг, определяется по формуле:

где m1 – масса одного пассажира в зависимости от типа подвижного состава, кг; n –пассажировместимость, чел; M груза – масса перевозимого груза (багажа), кг.

Расчетные массы (на одного человека) пассажиров, обслуживающего персонала и багажа. Для легковых автомобилей — 80 кг (70 кг + 10 кг багаж) Для ав тобусов городского — 68 кг, пригородного — 71 кг (68+3 кг багаж), сельскою (местного) — 81 кг (68+13 кг багаж), междугородного — 91 кг (68+23 кг багаж). Обслуживающий персонал автобусов (водитель, гид, кондуктор и др.) и водитель, и пассажиры в кабине грузового автомобиля — 75 кг. Масса багажника с грузом установленного на крыше легковых автомобилей в полную массу включается при соответствующем сокращении числа пассажиров.

Пассажировместимость (число мест). В число мест легковых автомобилей и кабин грузовых включено место водителя. В автобусах в число мест для сидящих пассажиров не включены места обслуживающего персонала — водителя, гида и др..

Вместимость автобусов приведена как сумма числа мест для сидящих пассажиров и числа мест для стоящих пассажиров из расчета 0,2 м2 свободной площади пола на одного стоящего пассажира (5 чел. на 1 м2) – номинальная вместимость 0,125 м (8 чел. 1 м2) — предельная вместимость.

Снаряженная масса автомобиля, прицепа, полуприцепа. Определяется как масса полностью заправленного (топливом, маслами, охлаждающей жидкостью и пр.) и укомплектованного (запасным колесом, инструментом и т.п.), но без груза или пассажиров водителя, другого обслуживающего персонала и их багажа.

Снаряженную массу автомобиля M 0, кг, ориентировочно определяют исходя из коэффициента тары автомобиля:

где M г – грузоподъёмность автомобиля, кг q – коэффициент тары (таблицы А.1, А.2).

Коэффициент тары для автомобилей специального назначения, легковых автомобилей и автобусов можно определить по прототипу.

Полная масса автотранспортного средства. Состоит из снаряженной массы, массы груза (по грузоподъемности) или пассажиров (по числу мест), их багажа, водителя и другого обслуживающего персонала.

Полная масса автобусов (городских и пригородных) определяется раздельно для номинальной и предельной вместимостей.

Полная масса автопоездов: для прицепного поезда — сумма полных масс тягача и прицепа; для седельного – сумма снаряженной массы тягача, массы персонала в кабине и полной массы полуприцепа.

Полная масса автотранспортного средства определяется по формуле:

где M ВОД – масса водителя (для легковых автомобилей и автобусов) или водителя и пассажиров в кабине (для грузовых автомобилей), кг.

После определения полной массы автомобиля ориентировочно назначить массы основных узлов автомобиля на основании технической характеристики прототипа и заполнить таблицу 2. Таблица 2.1 Массы узлов и агрегатов Двигатель с оборудованием и сцеплением Радиатор Коробка передач Раздаточная коробка Карданные валы Передний мост Средний мост Задний мост Колесо в сборе Топливный бак с топливом Кабина Водитель (пассажиры) Кузов Груз Рама Неучтенные детали Для легковых автомобилей и автобусов масса груза (багажа) определяется из формулы (2.1).

Массу неучтенных деталей необходимо принять таким образом, чтобы полная масса автомобиля была равна табличным или расчетным данным.

Предположив, что неучтенные детали равномерно распределены вдоль рамы, необходимо добить их массу к массе рамы.

Разработать чертеж общего вида автомобиля. На виде сбоку пунктирными линиями нанести очертания основных узлов и ориентировочно указать их координаты центров тяжести, а также координаты центров тяжести водителя (пассажиров), перевозимого груза.

При нанесении координат центров тяжести, за начало оси "X" принимается передняя ось автомобиля, оси "Y" – уровень дорожного покрытия (рисунок).

Зная координаты центров тяжести отдельных узлов рассчитать координаты центров тяжести порожнего и груженого автомобиля.

Координаты a и h рассчитывают по формулам:

Расчет необходимо свести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Расчет координат центра тяжести Пример расчета таблицы в пакете Excel приведен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Пример расчета координаты центра тяжести Координата h рассчитывается аналогично.

Полученные координаты центра тяжести автомобиля полной массы и порожнего (снаряженной массы, с учетом водителя) обозначить на чертеже общего вида.

Центр тяжести обозначается значком.

Пример определения координат центра тяжести представлен на рисунке 2.2.

Зная положение центра тяжести, необходимо найти нагрузки на оси автомобиля в загруженном состоянии и порожнем.

Нагрузка на переднюю ось, G1, Н определяется из выражения:

где Ga – вес от полной массы автомобиля, Н; L – база автомобиля, мм;

a – координата центра тяжести, определенная в таблице 2.2, мм Нагрузка на заднюю ось, G2, Н, или на тележку:

Сравнить полученные нагрузки на оси с допустимыми нагрузками, которые обусловлены качеством дорожных покрытий (таблица А.3).

Рисунок 2.2 – Пример обозначения координат центра тяжести на чертеже общего вида автомобиля 2.4 Подбор шин Выбор шин осуществляется по следующим условиям:

1) максимальной нагрузки на колесо;

2) максимальной скорости движения автомобиля;

3) размера обода автомобиля прототипа.

Нагрузку на одно колесо необходимо рассчитать для каждой оси в зависимости от приходящейся на нее нагрузки:

где Gi нагрузка приходящаяся на i -ую ось;

ni количество колес на i -ой оси;

По справочной литературе [1] подобрать типоразмер шин, привести техническую характеристику шину, дать расшифровку обозначения шины. Если невозможно выполнить условие 2, указать какие изменения необходимо внести в конструкцию шины, если не выполняется условие 3 – указать необходимый размер обода колеса.

Если в технической характеристике не приводится динамический радиус качения колеса, то рассчитать его по формуле:

где Ш =0,95...0,97 коэффициент деформации шины, меньшие значения относятся к более эластичным шинам;

RCT статический радиус качения, определяемый по технической характеристике, мм.

2.5 Определение КПД трансмиссии автомобиля КПД трансмиссии определяется ориентировочно в зависимости от состава трансмиссии:

где к- количество пар цилиндрических шестерен, через которые передаётся в трансмиссии крутящий момент, когда автомобиль двигается на одной передаче;

l- количество пар конических (гипоидных) шестерён в трансмиссии;

m- количество карданных шарниров в трансмиссии;

В данном разделе необходимо на основании конструкции прототипа начертить ориентировочную кинематическую схему трансмиссии, указать ее состав. Для полноприводных автомобилей указать схему включения полного привода, и рассчитать КПД трансмиссии при включении различных передач раздаточной коробки.

При выполнении кинематических схем рекомендуется использовать библиотеку условных обозначений кинематических элементов программы КОМПАС.

на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Примеры выполнения кинематических схем трансмиссии: а – заднеприводный автомобиль; б – автомобиль с колесной формулой 4х4; в – автомобиль с колесной формулой 6х6.

2.6 Фактор сопротивления воздуха Фактор сопротивления воздуха W, Нс2/м2, равен:

где kB коэффициент обтекаемости автомобиля, Нс2/м4 (таблица 2.4);

Fa лобовая площадь площадь проекции автомобиля в сечении, перпендикулярном его продольной оси, м2.

Лобовая площадь определяется по чертежу общего вида автомобиля. При выполнении чертежа с помощью программы КОМПАС площадь рекомендуется определять площадь с помощью функции «Определение площади плоских фигур».

Ориентировочно лобовую площадь, Fa, м2, можно рассчитать:

для легковых автомобилей для грузовых автомобилей где Ba габаритная ширина автомобиля, м;

H габаритная высота автомобиля, м;

K П колея передних колес автомобиля, м.

2.7 Определение мощности двигателя и построение его внешней скоростной характеристики Необходимую эффективную мощность двигателя N v , кВт, проектируемого автомобиля определяют по указанным в задании на курсовой проект величинами Vmax, v из уравнения мощностного баланса при движении автомобиля с максимальной скоростью Vmax :

где v коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости автомобиля;

Ga сила тяжести от полной массы автомобиля, Н;

Vmax максимальная скорость автомобиля, м/с;

W фактор сопротивления воздуха, Нс /м ;

TP – механический КПД трансмиссии.

Скоростные характеристики двигателей показывают изменение мощности.

крутящего момента, расхода топлива и ряда других параметров. В зависимости от положения органа, управляющего подачей топлива различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.

Скоростная характеристика, полученная при полном дросселе (бензиновый двигатель) или при положении рейки топливного насоса, соответствующем номинальной мощности называется внешней скоростной характеристики. Любая скоростная характеристика полученная при других положениях органов управления называется частичной скоростной характеристикой.

При проектировании нового двигателя характеристики строят по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.

Мощность N v соответствует частоте вращения коленчатого вала двигателя, при которой скорость движения автомобиля будет максимальной.

У дизелей максимальную частоту вращения поддерживает регулятор, обеспечивая равенство где N max максимальная мощность двигателя, кВт;

N частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, рад/с.

Частоту вращения при максимальной мощности можно принимать по прототипу или из диапазона:

В карбюраторных двигателях легковых автомобилей и автобусов малых классов (без ограничителя частоты вращения) частота вращения определяется равенством мощности Nk, которая подводится к ведущим колёсам автомобиля и суммой мощностей Nш и Nw, которые необходимы для преодоления автомобилем сопротивления дороги и воздуха. При этом Nv меньше чем Nmax, а больше чем N. При проектировании принимают Значение максимальной частоты вращения при этом уточняется после построения кривой мощности.

Для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей и автобусов с ограничителями частоты мощность при максимальных оборотах будет равна эффективной мощности Рекомендуется построить полную кривую мощности, указав пунктиром участок после включения ограничителя частоты вращения. Значение частоты включения ограничителя принимается сначала ориентировочно по прототипу или из рекомендуемого диапазона, затем после построения кривой мощности окончательно уточняется. При построении кривой мощности двигателя с ограничителем частоты вращения принимают:

В курсовом проекте необходимо построить графики изменения мощности N, кВт, крутящего момента M k, Нм, и удельного расхода топлива, g, г/(кВтчас), по приближённым формулам:

где N max максимальная мощность двигателя, кВт;

i текущие значения частоты вращения коленчатого вала двигателя, с (необmax min ходимо принять 10 – 12 значений через равные интервалы = в диапазоне от min = 70...90 с-1 до max. Минимальную частоту вращения можно принять по прототипу);

N частота вращения при максимальной мощности, с ;

N i, M k, gi последовательные значения соответственно мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива в зависимости от текущего значения частоты вращения;

a, b, c постоянные коэффициенты, зависят от типа двигателя (таблица А.6);

k коэффициент, учитывающий изменение расхода топлива от угловой скорости коленчатого вала:

g N искомый расход горючего, г/(кВтчас), при максимальной мощности двигателя, g N = 330...360 в бензиновых двигателях, g N = 220...240 у дизелей.

Результаты расчетов для построения внешней скоростной характеристики двигателя сводят в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Параметры внешней скоростной характеристики двигателя.

N i, кВт gi, г/(кВтчас) В результате расчета необходимо так подобрать частоту вращения max, чтобы при этом значении мощность была равна эффективной N v. В среде математических таблиц Microsoft Excel это можно осуществить, используя функцию "подбор параметра" (рисунок 2.4 – 2.6).

Также необходимо определить при какой частоте M крутящий момент будет иметь максимальное значение. Максимум функции M k ( ) можно определить также с помощью среды математических таблиц Microsoft Excel, используя функцию "поиск решения" (рисунок 2.7 – 2.9) Примеры внешних скоростных характеристик различных двигателей показаны на рисунках 2.11-2.13.

Рисунок 2.4 – Пример применения функции "подбор параметра" для построения внешней скоростной характеристики двигателя Рисунок 2.5 – Последовательность задания значений при использовании функции "подбор параметра" для определения требуемой частоты вращения Рисунок 2.6 – Результат подбора параметра Рисунок 2.7 – Выбор функции "поиск решения" Рисунок 2.8 – Последовательность определения максимального значения крутящего момента и соответствующей ему частоты вращения коленчатого вала Рисунок 2.9 – Результаты поиска решения Рисунок 2.10 – Параметры внешней скоростной характеристики Рисунок 2.11 Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя легкового без ограничителя частоты вращения

NМАХ ОБ

Рисунок 2.12 Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя легкового с ограничителем частоты вращения N, кВт МК, Рисунок 2.13 Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя 2.8 Определение количества передач и передаточных чисел трансмиссии автомобиля В данном разделе рассчитываются передаточные числа коробки передач, для полноприводных автомобилей раздаточной коробки и главной передачи.

Расчет производится в следующем порядке:

1) минимальное передаточное число трансмиссии по условию обеспечения заданной максимальной скорости движения автомобиля;

2) принимается минимальное передаточное число коробки передач;

3) принимается минимальное передаточное число дополнительной коробки (мультипликатора коробки передач или повышенной передачи раздаточной коробки);

4) передаточное число главной передачи;

5) максимальное передаточное число первой передачи по условию преодоления максимального коэффициента сопротивления дороги;

6) максимальное передаточное число первой передачи по условию использования сцепной массы;

7) выбрать для дальнейших расчетов минимальное из двух или увеличить сцепную 8) проверить полученную величину по условию минимальной скорости маневрирования;

9) для раздаточных коробок с пониженной передачей рассчитать передаточное отношение пониженной передачи;

10) рассчитать количество передач в коробке передач;

11) рассчитать промежуточные передачи коробки передач.

Минимальное передаточное число назначают из условия обеспечения заданной максимальной скорости движения автомобиля:

где max – частота оборотов коленчатого вала двигателя при движении с максимальной скоростью, 1/с;

Rk – динамический радиус качения колеса, м;

Vmax максимальная скорость автомобиля, м/с.

одновременно где U К min минимальное передаточное число коробки передач;

U ДК min минимальное передаточное число дополнительной коробки (раздаточная коробка, демультипликатор коробки передач); если ее нет принимают U ДК min = 1 ;

U 0 передаточное число главной передачи.

Минимальное передаточное число коробки передач и дополнительной коробки принимают по базовому автомобилю, или учитывая следующее:

для грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями высшая передача для грузовых автомобилей с дизельными двигателями U К min = 0, 72...1, 0 ;

если на грузовых автомобилях используется основная коробка передач вместе с дополнительной коробкой (демультипликатором, делителем передач), можно принять U К min = 0, 71...0,82 ;

для легковых автомобилей заднеприводных U К min = 0,82...1 ;

для легковых переднеприводных автомобилей U К min = 0, 73...0,96 ;

для городских и пригородных автобусов U К min = 1, 0 ;

для автобусов междугороднего сообщения U К min = 0, 72...0, Минимальные передаточные числа раздаточных коробок современных грузовых автомобилей лежат в диапазоне U ДК min = 0,917...1, 31.

Приняв U К min и U ДК min, из (2.24) вычисляют Максимальное передаточное число трансмиссии определяется из необходимости соблюдения трех условий.

1) Условие преодоления максимального дорожного сопротивления:

где max максимальное значение коэффициента сопротивления дороги. Принимают в зависимости от типа автомобиля: max = 0,35...0,5 для легковых автомобилей;

max = 0,25...0,35 автобусов и грузовых автомобилей, предназначенных для междугородних сообщений; max = 0,35...0,45 для грузовых автомобилей общего назначения; для автомобилей повышенной проходимости;

max = 0,18...0,4 для автопоездов;

М k max максимальное значение крутящего момента двигателя по внешней скоростной характеристике двигателя, Нм.

2) Условие полного использования сцепной массы где = 0, 7...0,9 коэффициент сцепления колес с полотном дороги, (принимается для сухого шоссе);

GСЦ сцепной вес автомобиля, вес от полной массы автомобиля, приходящийся на ведущие колеса, кг (для полноприводных автомобилей GСЦ = Ga ; для автомобилей с колесной формулой 42; GСЦ = 2 Ga ; для автомобилей с колесной формулой GСЦ = 2 ( G2 + G3 ) ; для переднеприводных GСЦ = 1 G1, где 1 и 2 коэффициенты перераспределения масс: 1 = 0,8...0,9 ; 2 = 1,1...1,3 ).

3) Условие возможности движения с минимально устойчивой скоростью:

где min минимально устойчивая частота вращения двигателя, 1/с;

Va min 5 км/ч минимально устойчивая скорость движения для удобства маневрирования.

Если U ТР max1 > U ТР max 2, то целесообразно увеличить сцепную массу. Если сцепную массу увеличить не возможно, то принимается передаточное число вычисленное по второму условию. При этом автомобиль не сможет преодолевать заданное дорожное сопротивление. Передаточное число выбранное по первому и второму условию, сопоставляется с определенным по третьему условию.

Для неполноприводных автомобилей максимальное передаточное число трансмиссии равно:

Для полноприводных автомобилей с раздаточной коробкой, вычисленная величина передаточного числа будет соответствовать максимальному передаточному числу трансмиссии при включенной повышенной передачи раздаточной коробки:

где U К 1 передаточное число первой передачи коробки передач;

U ДК max максимальное передаточное число дополнительной коробки передач. Для коробок передач с демультипликатором можно принять по прототипу. Если дополнительная коробка передач отсутствует U ДК max = 1, 0.

Передаточное число первой передачи рассчитывается из формул (2.27), (2.25).

Для полноприводных автомобилей максимальное передаточное число раздаточной коробки рассчитывается по трем условиям: преодоления максимального подъема, полного использования сцепной массы и минимальной скорости движения.

1) Условие преодоления максимального подъема:

где max П = 0, 7...0,9 значение коэффициента сопротивления дороги при максимальном подъеме.

2) Условие полного использования сцепной массы:

3) Условие движения с минимальной скоростью:

Va min = 2...3 км/ч минимально устойчивая скорость движения.

Значение U ДК max может находиться в пределах 1,31…2,28.

Если передаточные числа в коробке передач подбирать по закону геометрической прогрессии, то количество передач находят из выражения:

где q знаменатель геометрической прогрессии, q = M для грузовых автомобиNоб лей и автобусов с карбюраторными двигателями с ограничителем частоты вращеM ния; q = для легковых автомобилей и автобусов с карбюраторными двигатеmax лями, без ограничителя частоты вращения; q = M для автомобилей с дизельным двигателем.

Передаточные числа промежуточных передач находятся из выражения:

где j – порядковый номер промежуточной передачи; n – число передач в коробке.

Передаточное число задней передачи обычно принимают по прототипу или из соотношения:

При расчете числа зубьев зубчатых колес передаточные числа трансмиссии уточняются.

2.9 Нахождение тягово-скоростных характеристик автомобиля В данном разделе необходимо рассчитать следующие показатели:

1) динамический фактор автомобиля на каждой передаче;

2) ускорение автомобиля на каждой передаче;

3) на основании графика динамического фактора построить динамический паспорт автомобиля.

В пояснительной записке строятся графики ускорений автомобиля, времени и величины разгона. Динамический паспорт автомобиля выносится в графическую часть работы на листе формата А3.

2.9.1 Динамические характеристики автомобиля Используя передаточные отношения трансмиссии заданного автомобиля, необходимо построить динамическую характеристику в координатах Va D, где D динамический фактор.

Величину динамического фактора определяют из выражения:

где FK сила тяги на ведущих колесах, Н;

где M K крутящий момент двигателя, Нм;

U Тi = U Кi U ДКj U 0 передаточное число трансмиссии на I-той передаче.

FW сила сопротивления воздуха, Н Скорость движения автомобиля, м/с можно рассчитать по формуле Ускорение автомобиля равно где = 1, 04 + 0, 04 U Ki коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся деталей автомобиля.

Таблица 2.4 Расчет динамических характеристик, 1/c M K, Нм UТ Va, м/c FK, Н FW, Н ja1, м/с Динамической характеристикой автомобиля называют график зависимости динамического фактора D автомобиля с полной нагрузкой от скорости движения на различных передачах. Примерный вид динамической характеристики автомобиля показан на рисунке 2.14. Для решения уравнения движения сопоставляют величины динамических факторов, рассчитанных по условиям тяги и по условиям сцепления, с коэффициентом сопротивления дороги.

Коэффициент сопротивления дороги состоит из коэффициента сопротивления качению f и продольного уклона i :

где f – коэффициент сопротивления качению, зависящий от типа и состояния дорожного покрытия (таблица А.7); i – продольный уклон дороги, равный тангенсу угла наклона дороги к горизонту.

Так, например, для определения максимальной скорости Vmax автомобиля на участке дороги, который характеризуется постоянным коэффициентом, нужно по оси ординат динамической характеристики отложить его величину в том же масштабе, что и масштаб динамического фактора, и провести прямую, параллельную оси абсцисс.

Если линия (прямая 1–1 на рисунке 2.14, а) пересекает кривую динамического фактора, то максимальная скорость равна V1, так как при этой скорости соблюдается условие D =. Если кривая динамического фактора проходит выше линии (прямая 2—2), то равномерное движение автомобиля при полностью открытой дроссельной заслонке невозможно, так как динамический фактор даже на высшей передаче во всем диапазоне скоростей больше коэффициента, и происходит разгон автомобиля. Чтобы обеспечить равномерное движение, водитель в этом случае должен прикрыть дроссельную заслонку.

Линия 3–3 соответствует случаю, когда D <. Движение с постоянной скоростью при таком коэффициенте невозможно, и автомобиль может двигаться только замедленно. Если прямая пересекает кривую в двух точках (линия 4–4), то автомобиль при полностью открытой дроссельной заслонке может двигаться равномерно как со скоростью V2, так и со скоростью V3. Для движения со скоростью, большей скорости V2 и меньшей скорости V3, нужно уменьшить мощность двигателя, прикрыв дроссельную заслонку.

С помощью динамической характеристики можно определить коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с заданной скоростью. Для этого по динамической характеристике находят величину D при указанной скорости, а, следовательно, и значение. Так, при скорости V1, (рисунок 2.14, б) коэффициент сопротивления дороги равен, а при скорости V2 он равен 2.

Если известен коэффициент сопротивления качению f, то, определив значение, можно найти максимальный угол подъема, преодолеваемого автомобилем. Например, если коэффициент сопротивления качению принят постоянным и равным f1, то при движении со скоростью V1 автомобиль преодолевает подъем, уклон i которого составляет i = 1 f1.

Наибольшее значение коэффициент имеет при максимальном динамическом факторе D. Поэтому для определения max, нужно провести прямую, параллельную оси абсцисс и касательную к кривой динамического фактора на данной передаче.

Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат, характеризует величину Dmax, а также и max.

Рисунок 2.14 – Динамическая характеристика автомобиля: а – определение скорости; б – определение коэффициента.

При частичной загрузке автомобиля его вес Gx меньше веса Ga при полной загрузке, а динамический фактор Dx соответственно больше D, так как а для незагруженного автомобиля, вес которого G динамический фактор 2.9.2 Динамический паспорт автомобиля Динамический паспорт автомобиля представляет собой совокупность динамической характеристики, номограммы нагрузок и графика контроля буксования. Динамический паспорт автомобиля позволяет решать уравнение движения с учетом конструктивных параметров автомобиля ( M K и др.), основных характеристик дороги (коэффициентов и ) и нагрузки на автомобиль.

Тягово-скоростные качества автомобиля при различных его нагрузках оценивают с помощью предложенной Н. А. Яковлевым номограммы нагрузок, которая дополняет динамическую характеристику автомобиля, соответствующую номинальной (100%) его загрузке (рисунок 2.15).

По оси абсцисс влево от начала координат, соответствующего 100% нагрузки, откладывают уменьшающийся до нуля процент нагрузки автомобиля. В той точке оси абсцисс, где нагрузка равна 0%, проводят вторую ось ординат, на которой откладывают значения динамического фактора D 0 ненагруженного автомобиля.

Масштаб a, в котором откладываются значения D 0, определяют в зависимости от масштаба a, принятого для D по выражению отношение Равнозначные значения величин D и D (0,05; 0,1; 0,2 и т.д.) соединяют прямыми линиями. В соответствии с уравнением (2.45) каждая из этих линий представляет собой совокупность равных значений динамического фактора D для всех возможных нагрузок автомобиля. Эти же линии в случае установившегося движения автомобиля соответствуют каждая своему определенному значению коэффициента суммарного сопротивления дороги, поскольку в этом случае D =.

По динамической характеристике автомобиля с номограммой нагрузок решают некоторые практически важные задачи по определению тягово-скоростных возможностей автомобиля. На рисунке 2.15а показан порядок определения того, какому динамическому фактору соответствует точка А при 90 %-ной нагрузке. Точка А находится между линиями, которые соответствуют значениям динамического фактора 0,20 и 0,3. Чтобы определить динамический фактор при данной нагрузке с точностью около одной сотой, разделим отрезок ab на пять равных частей. Точка А находится приблизительно на третьем делении выше линии 0,2, следовательно, динамический фактор равен 0,25.

Номограмма нагрузок позволяет решать все указанные выше задачи не только для случая полной нагрузки автомобиля, но и для любого ее значения. Так, на рисунке 2.15а штрих-пунктирной линией показано, что при нагрузке Н = 40% и скорости автомобиля Va = 47 м/с коэффициент =0,048. При Н=80% и =0,14 максимальная скорость автомобиля равна Va = 27 м/с, а при Va = 39 м/с и =0,10 нагрузка (точка В) не должна превышать 20% (пунктирная линия).

Горизонтальная линия, проведенная через точку пересечения вертикальной линии с кривой динамического фактора, может пройти или выше правого (верхнего) конца, или ниже левого (нижнего) конца наклонной прямой, соответствующей заданному значению. В первом случае даже при полной нагрузке автомобиля для движения с постоянной скоростью необходимо прикрыть дроссельную заслонку, так как при полностью открытой заслонке D >. Во втором случае равномерное движение невозможно, так как D < даже при полностью открытой дроссельной заслонке и нагрузке, равной нулю.

Аналогично решаются и другие практические задачи эксплуатационного характера.

Круг этих задач значительно расширяется, если динамическую характеристику с номограммой нагрузок дополнить графиком контроля буксования — штриховые линии на рисунке 2.15б.

Рисунок 2.15 Использование динамической характеристики автомобиля:

а – динамическая характеристика с номограммой нагрузок; б – динамический паспорт автомобиля.

График представляет собой зависимость динамического фактора по сцеплению от нагрузки и позволяет определить предельную возможность движения по условиям сцепления. Каждая из линий графика контроля буксования достаточно точно описывается уравнением:

где Ga x полная масса автомобиля при х % его загрузки, Н;

Gx 2 часть массы приходящаяся на ведущие колеса, Н;

k2 коэффициент перераспределения нагрузки на ведущие колеса:

где угол продольного уклона дороги;

коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием, зависящий от вида и состояния дорожного покрытия (таблица А.8);

hд высота центра тяжести (определенная в разделе 2.3, таблица 2.2), мм;

L база автомобиля, мм.

По уравнению (2.47) получают столько линий, сколько задают значений коэффициенту сцепления. На рисунке 2.11 б показаны линии, соответствующие значениям = 0,1…0,8 с шагом 0,1. Коэффициент k2 подсчитывают в зависимости от по уравнению (2.48), в котором для упрощения принимают cos =1.

Величину отношения в уравнении (2.47) можно выразить через нагрузку автомобиля х% так:

где G0 собственный вес автомобиля;

GГР номинальная грузоподъемность автомобиля;

G2, G02 масса, приходящаяся на ведущие колеса полностью груженого и ненагруженного автомобиля соответственно.

G2, G02 Из уравнения (2.49) получаем граничные значения отношения при х = 0% и при х = 100% соответственно:

Тогда граничные значения динамического фактора по сцеплению (ненагруженного и полностью груженого автомобиля) определятся выражениями Величины D 0 и D откладывают соответственно на осях ОD0 и ОD масштабах, принятых для этих осей ( a0 и a ). Затем штриховой прямой соединяем соответствующие точки. Над линией записывают соответствующее ей значение.

Пользуясь графиком контроля буксования, можно учесть ограничения, накладываемые на движение автомобиля сцеплением шин ведущих колес с дорогой. Например, можно определить минимальный коэффициент, необходимый для движения с заданными нагрузкой и скоростью или с заданными нагрузкой и коэффициентом. В первом случае поступают так же, как при определении динамического фактора по известным значениям нагрузки Н и скорости V, только вместо величины D по сплошным наклонным линиям определяют значение DСЦ по штриховым линиям. Так, при скорости Va = 25 м/с и нагрузке Н = 80% коэффициент = 0, 23 (точка А). Во втором случае проводят вертикальную линию через точку, соответствующую известному значению нагрузки Н, и на ней откладывают значение коэффициента, после чего по наклонным штриховым линиям определяют коэффициент.

Так, при нагрузке Н=40% и коэффициенте =0,2 коэффициент = 0,37 (точка В).

Так же можно определить максимальные коэффициент и скорость V при известных нагрузке Н и коэффициенте или нагрузку Н и скорость V при известных величинах и. Если нагрузка Н = 50 % и коэффициент =0,7, то коэффициент =0,38. При таком коэффициенте сопротивления дороги автомобиль может двигаться лишь на первой передаче, причем для равномерного движения дроссельная заслонка должна быть прикрыта. Если сопротивление дороги не ограничивает движения автомобиля, то он может двигаться с любой скоростью, вплоть до максимальной (52 м/с). При коэффициентах = 0,2 и = 0,4 нагрузка Н = 90%, а скорость автомобиля V = 22 м/с.

Динамическую характеристику с номограммой нагрузок и графиком контроля буксования называют динамическим паспортом автомобиля.

Динамический паспорт автомобиля позволяет комплексно решать важные практические задачи по определению тягово-скоростных качеств автомобиля в конкретных условиях его эксплуатации.

2.10 Расчет показателей разгона автомобиля Ускорения, которые автомобиль способен развивать при разгоне,— важная характеристика его тягово-скоростных качеств. Чем они больше, тем меньшее время требуется для достижения автомобилем возможной или допустимой в данных условиях максимальной скорости движения и, следовательно, тем большей будет средняя скорость его движения, определяющая транспортную производительность автомобиля.

Для оценки динамики разгона автомобиля наиболее часто используют следующие зависимости:

= f (v a ) – ускорения от скорости движения автомобиля по передачам;

v a = f (t ) – скорости движения автомобиля при разгоне от времени;

v a = f (S ) – скорости движения автомобиля при разгоне от пройденного пути.

Графики этих зависимостей принято называть соответственно графиками ускорений, времени и пути разгона автомобиля. График ускорений – основной, по нему строят два других.

Используя графики ускорений, строят графики пути и времени разгона автомобиля.

Для небольших интервалов скоростей ( v ai v ai 1 ) движение автомобиля можно считать равноускоренным при среднем ускорении jiCP, определяемом как среднее арифметическое величин ji 1 и ji. Исходя из этого предположения время t i для разгона автомобиля от скорости vai1 до скорости vai определяется по закону равноускоренного движения:

Суммарное время разгона автомобиля от скорости v a = 0 до v a max Время разгона автомобиля с места до некоторого промежуточного значения скорости vai определяется выражением:

Величины t vai и v ai являются соответственно абсциссой и ординатой i-й точки при построении графика времени разгона автомобиля.

Величина пути S i, на котором происходит увеличение скорости движения автомобиля от vai1 до скорости vai, на основании принятого предположения определяется выражением Путь разгона автомобиля с места до скорости vai Величины S vai и vai – соответственно абсцисса и ордината i-й точки при построении графика пути разгона автомобиля.

Суммарный путь разгона автомобиля с места до максимальной скорости v a max :

2.10.1 Построение графика пути и времени разгона автомобиля По методу академика Е. А. Чудакова и Н. А. Яковлева расчетный интервал скоростей разбивают на мелкие участки, как показано на рисунке 2.5, и считают, что на каждом из участков автомобиль разгоняется с постоянным ускорением jiCP.

Для точности расчета интервалы скоростей 0,5—1 м/с — на первой передаче, 1—3 м/с — на промежуточных и 3—4 м/с — на высшей передаче.

Рисунок 2.16 – Зависимости ускорения от скорости движения соответственно Рассчитанные величины по формулам (2.52) – (2.58)сводят в таблицу 2.5.

Исходными данными являются значения скоростей и соответствующих им ускорений на всех передачах, от v a min до v a max.

Таблица 2.5 – Построение графиков пути и времени разгона автомобиля v ai, м/с ji, м/с jiCP, м/с vai vai 1, м/с ti, с t vai, с vai 1 + vai Si, м S vai, м V, м/с Рисунок 2.17 – График пути и времени разгона

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

3.1 Основные требования к проектированию системы Задачей этой части проекта является выбор и обоснование типа и конструктивной схемы основных функциональных элементов базовой системы, с подробной разработкой базового узла.

В разделе необходимо охарактеризовать систему в целом. Дать краткое описание основных узлов системы. Произвести выбор основных элементов по справочным материалам или произвести упрощенные расчеты основных параметров узлов.

Расчет базового узла должен содержать следующие пункты:

1) описание устройства, назначение, достоинства и недостатки базового узла;

2) кинематическую схему базового узла;

3) расчет сил и нагрузок действующих на проектируемый узел со стороны дороги или других узлов;

4) расчет функциональных параметров деталей узла;

5) прочностной расчет деталей узла;

6) выбор материалов основных деталей, с указанием твердости, термообработки.

По результатам расчета выполняется сборочный чертеж базового узла на листе формата А1.

На лист формата А3 выносятся кинематическая схема узла или графические построения, связанные с проектированием узла.

На листе формата А2 выполняется рабочий чертеж детали.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1) Понизовкин А.Н. Краткий автомобильный справочник НИИАТ /А.Н. Понизовкин – М.: АО Трансконсалтинг, 1994.– 779 с.

2) Солтус А.П. Теория эксплуатационных свойств автомобиля: Учебное пособие для ВУЗов / А.П. Солтус. – К.: Аристей, 2004. – 188 с.

3) Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие / В.А. Стуканов. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2004. – 368 с.

4) Осепчугов В. В., Фрумкин А.К. Автомобиль: анализ конструкций, элементы расчета / В. В. Осепчугов, А.К. Фрумкин– М.: Машиностроение, 1989.- 304с.

5) Лукин П.П. Конструирование и расчет автомобиля / П.П. Лукин, Г. А. Гаспарянц, В. Ф. Радионов.- М.: Машиностроение, 1984.- 376с.

6) Гришкевич А.И. Автомобили: конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия /А.И. Гришкевич, В.А. Вавуло, А.В. Карпов и др.; под ред. А.И. Гришкевича. – Минск: Вышэйш. шк., 1985. – 240с.

7) Автомобили: конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть. / А.И. Гришкевич, Д.М. Ломако, В.П. Автушко и др.;

под ред. А.И. Гришкевича.- Минск: Вышэйш. шк., 1987. – 200 с.

8) Проектирование трансмиссий автомобилей: справочник / под общ. ред.

А.И. Гришкевича.- М.: Машиностроение, 1984. – 272с.

9) Шасси автомобилей: атлас конструкции.- М.: Машиностроение, 1977.- 108с.

10) Иларионов В.А. Теория автомобиля. - М.: Машиностроение, 1982.- 344с.

11) Афанасьев Л.Л., Дьяков Р.Б., Иларионов В.А. Конструктивная безопасность автомобиля / Л.Л. Афанасьев, Р.Б. Дьяков, В.А. Иларионов. - М.: Машиностроение, 1983.- 282с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 – Ориентировочные значения q для автомобилей общего назначения с колесными формулами 4х2 и 6х Коэффициент тары, q 1,15 0,80 0,70 0,65 0, Таблица А.2 – Ориентировочные значения q для полноприводных автомобилей Коэффициент тары, q 1,6...1,7 1,4...1,5 1,3...1, Таблица А.3 - Допустимые осевые нагрузки ходимости, на базе двуосных автомобилей Спаренные оси по расстоянию между ними, м Таблица А.4 Коэффициенты обтекаемости автомобилей Тип автомобиля Таблица А.5 Ориентировочные значения фактора обтекаемости Тип автомобиля Легковые:

Грузовые грузоподъёмностью, т:

Автобусы средней и большой паcсажировместимости с кузовом Таблица А.6 – Значение коэффициентов a и b ент легкового автомо- грузового ав- грузового автомо- легкового авбиля или автобуса томобиля биля или автобуса томобиля Таблица А.7 – Значение коэффициента сопротивления качению в зависимости от типа и состояния дорожного покрытия Тип состояние дорож- Тип состояние дорожного Бетон, асфальтобетон и 0,01 – 0,03 Сухой суглинок 0,04 – 0, асфальт Булыжная мостовая 0,023 – 0,3 Мокрый суглинок 0,1 – 0, Укатанная сухая грун- 0,02 – 0,03 Обледенелая дорога 0,01 – 0, товая дорога Разбитая мокрая грун- 0,1 – 0,25 Укатанный снег 0,03 – 0, товая дорога Таблица А.8 – Значения коэффициентов сцепления шин автомобилей для дорог с различными типами и состояниями покрытий Тип дорожного покрытия

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

1) Выбрать из таблицы Б.1 профиль АТП согласно последней цифры зачетной 2) Определить модель автомобиля, подходящего к профилю АТП по справочной литературе, например, [1].

3) Выписать техническую характеристику выбранного автомобиля.

4) Определить базовую систему и базовый узел для подробного расчета, определив по формуле (Б.1) коэффициент K и по таблице Б.2.

Таблица Б.1 – Выбор специализации предприятия Узел выбирается по коэффициенту K и таблице Б.2:

где №ПОСЛ – последняя цифра зачетной книжки;

№ПРЕДПОСЛ – предпоследняя цифра зачетной книжки.

Таблица Б.2 – Задание на курсовой проект 12. Передний тормозной механизм

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Пример выполнения графической части курсового проекта Рисунок В.1 – Пример выполнения чертежа общего вида автомобиля Рисунок В.2 – Пример выполнения динамического паспорта автомобиля Рисунок В.3 – Пример выполнения схемы к расчету базового узла Рисунок В.4 – Пример выполнения сборочного чертежа базового узла.