Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Чернігівський державний технологічний університет

ОСНОВИ КОНСТРУКЦІЙ АВТОМОБІЛІВ

Методичні вказівки

до практичних занять та виконання розрахунково-графічної роботи

для підготовки фахівців за напрямом підготовки

6.070106 – “Автомобільний транспорт”

Обговорено і рекомендовано

на засіданні кафедри

інтегрованих технологій

машинобудування і автомобілів

Протокол № 1від 31. 08.2011 р.

Чернігів ЧДТУ 2011

Основи конструкцій автомобілів. Методичні вказівки до практичних занять та виконання розрахунково-графічної роботи для підготовки фахівців за напрямом підготовки 6.070106 – “Автомобільний транспорт” / Укл.: Хоменко І. М.–Чернігів: ЧДТУ, 2011. – 47 с.

Укладач: Хоменко Іван Михайлович,

кандидат технічних наук, доцент

Відповідальний за випуск: Кальченко В.І., завідувач кафедри

інтегрованих технологій машинобудування

і автомобілів,

доктор технічних наук, професор

Рецензент: Рудик А.В., кандидат технічних наук,

доцент кафедри інтегрованих технологій

машинобудування і автомобілів Чернігівського

державного технологічного університету

Вступ

Методичні вказівки з дисципліни «Основи конструкцій автомобілів» мають на меті шляхом проведення практичних занять і індивідуального виконання розрахунково-графічної роботи (РГР)закріпити знання з теоретичних основ руху автомобіля, будови та розрахунку найбільш важливих його агрегатів, перш за все, автомобільного двигуна; навчитися визначати розміри і розраховувати основні функціональні параметри і показники агрегатів автомобіля.

Практичні заняття і розрахунково-графічна робота виконуються відповідно до варіанту завдання і згідно з вихідними параметрами, які залежать від варіанту завдання і визначаються за схемою, обумовленою у другому практичному завданні даних методичних вказівок.

Номер варіанта визначається залежно від останньої або двох останніх цифр номера залікової книжки.

В процесі проведення практичних занять визначають основні параметри і показники конструкції автомобіля, потужність і інші характеристики двигуна, передавальне число головної передачі, передавальні числа коробки передач.

Вихідні дані, які задаються для проведення розрахунків кожного практичного заняття:

– тип, призначення автомобіля та дорожні умови;

– коефіцієнт зчеплення з дорогою φ, що вибирається з відповідних таблиць залежно від дорожнього покриття. Для доріг із твердим покриттям коефіцієнт зчеплення приймається при розрахунках φ = 0,7;

– маса, що перевозиться автомобілем, т_в, кг (для вантажного автомобіля – вантажопідйомність, для легкового – кількість посадкових місць із водієм включно);

– максимальна швидкість руху автомобіля V_max, м/с на горизонтальній асфальтобетонній дорозі;

– максимальний коефіцієнт опору дороги ψ_mах, що повинен долати автомобіль під час руху;

– кількість ступенів коробки передач;

– мінімальна частота обертання колінчастого вала; фази механізму газорозподілу; максимально допустима швидкість заряду робочого тіла у прохідному перерізі впускного клапана (для двигуна внутрішнього згоряння).

Розрахунково-графічна робота за темою, що обумовлена в методичних вказівках до другого і третього практичних занять.

Обсяг розрахунково–графічної роботи – 12…15 аркушів машинописного тексту, викладеному на папері формату А4.

Графіки в розрахунково-графічній роботі виконується у вигляді креслень, які можуть виконуватись на міліметровому папері олівцем. Креслення повинні відповідати вимогам ЄСКД.

Практичне заняття 1. Конструктивні параметри і показники автомобілів

Основні параметри автомобіля

Основні параметри автомобіля вибирають, використовуючи спеціальну літературу, електронні засоби інформації, лекційний матеріал на основі аналізу компонувальних схем автомобілів, світового автомобілебудування та наукового прогнозу.

Повна маса автомобіля (кг), визначається за статистичними даними згідно з формулою:

, (1.1)

де – власна маса автомобіля, кг;

– маса вантажу, який перевозиться, кг;

= 75кг- маса пасажира та водія;

z - число місць для пасажирів;

- маса багажу (для легкових автомобілів і автобусу), кг; для легкового автомобіля приймають масу багажу М_б =50 кг, для приміського та міжміського автобусу із розрахунку по 10 кг на одного пасажира. При розробці міського автобуса масу вантажу не враховують.

Власна маса автомобіля М0 – його маса у спорядженому стані без вантажу ( складається із сухої маси автомобіля та маси палива, охолоджувальної рідини, запасного колеса ( коліс), інструменту, обов’язкового обладнання).

При проектуванні автомобіля її визначають, орієнтуючись на існуючі однотипні конструкції.

При визначенні власної маси вантажного автомобіля переважно виходять із маси вантажу Мв [9], що перевозиться автомобілем за формулою:

М0 = q ∙ Мв (1.2)

де q – коефіцієнт тари.

Для вантажних автомобілів з колісними формулами 4х2 та 6х4 коефіцієнт q можна визначити, використовуючи поліноми, які отримано шляхом статистичної обробки параметрів мас існуючих автомобілів.

q = 1,613 – 5,565 ∙ 10^-4 · М_в + 1,398∙ 10^-7 ·М²_в – 1,800∙ 10^-11· М³_в +

+1,145 ∙ 10^-15· М⁴_в – 2,852∙ 10^-20·М⁵_в ; (1.3)

q = 1,529 – 4,317 ∙ 10^-4· М_в + 8,261∙ 10^-8 ·М²_в – 7,034∙ 10^-12·М³_в +

+ 2,187 ∙ 10^-16· М⁴_в, (1.4)

Приймемо для розрахунку масу вантажу, що перевозиться вантажним автомобілем Мв = 5000кг.

Використовуючи поліном (1.3), знаходимо:

q = 1,613 – 5,565∙10^-4·5000+ 1,398∙10^-7 ·5000² – 1,800∙ 10^-11· 5000³+

+1,145 ∙ 10^-15·5000⁴ – 2,852∙ 10^-20·5000⁵ = 0,702.

Згідно з поліномом (1.4) маємо:

q = 1,529 – 4,317 ∙ 10^-4· 5000+ 8,261∙ 10^-8 ·5000² – 7,034∙ 10^-12·5000³ +

+ 2,187 ∙ 10^-16·5000⁴ =0,693.

Прийнявши q = 0,7, знаходимо власну масу автомобіля:

М0 = 0,7 ∙5000 = 3500кг.

За формулою (1.1) при z=1 і = 0 кг знаходимо повну масу автомобіля:

кг.

Масу (кг), що припадає на кожну з осей двовісного автомобіля (індекс указує на номер осі), визначаємо за формулами:

M₂ = (0,62...0,67) M_a; (1.5)

M₂ = 0,65∙M_a;= 5622,5 кг.

кг.

Повна вага автомобіля (Н) визначається за формулою:

G_а =М_а g. (1.6)

Чисельне значення у нашому випадку:

G_а =8650∙9,81=84856,5 Н.

Для повноприводних вантажних автомобілів з колісною формулою 4х4 коефіцієнт тари можна приймати q = 1,6…1,7, з колісною формулою 6Х6 – q = 1,4….1,5, з колісною формулою 8Х8 – q = 1,3….1,4[9].

База автомобіля L приймається, орієнтуючись на існуючі конструкції автомобілів.

Координати центра мас згідно з базою знаходять за формулами:

; (1.7)

; (1.8)

де, а – відстань від передньої осі до центра мас автомобіля, мм;

b - відстань від задньої осі до центра мас автомобіля, м.

Прийнявши за прототипом базу автомобіля L = 3,7 м, отримаємо:

м ;

м.

Висоту центра мас для вантажних автомобілів h_с часто приймають рівною 0,8 м .

Координати центра мас автомобіля можна взяти з результатів лабораторної роботи за темою « Bизначення координат центра мас автомобіля» або визначити шляхом вивішування автомобіля-прототипу.

Схеми вивішування автомобіля наведено на рисунку1.1.

Рисунок 1.1 – Схеми вивішування автомобіля при визначенні координат центра мас

Відстань b визначають з рівняння моментів відносно точки опори С при горизонтальному розташуванні автомобіля, підвішеного за передню частину:                                                   b = P₁∙ L₁/ G (1.9) де P₁ – показання динамометра;

G – вага автомобіля;

L₁ – відстань по горизонталі між проекціями на опорну поверхню точки опори і точки підвісу. Для визначення вертикальної координати центру мас hс передню частину автомобіля піднімають на деяку висоту. Кут підйому дуже малим вибирати не слід, оскільки при цьому знижується точність вимірювань. Координату hс визначають з рівняння моментів відносно точки С перетину перпендикуляра ОС до опорної поверхні, що проходить через точку опори, і лінії, що проходить через точку підвіски паралельно опорній поверхні:                                     b∙Gcosa – h₁∙G sina = L₁∙P₂∙cosa, (1.10) звідки                                            h₁ = ctgα (b – P₂∙L₁ / G), (1.11) де α – кут підйому автомобіля над горизонтальною площиною;

сtgα = L₂ / h_под;

P₂ – показання динамометра;

L₂ – відстань по горизонталі між проекціями на опорну поверхню точки опори і точки підвісу;

h₁ – проекція відстані від центру ваги до точки підвісу на площину, що перпендикулярна площині руху.

Уточнення колісної формули

Колісну формулу автомобіля визначають, користуючись наступними умовами.

Повнопривідний автомобіль приймається у випадку, якщо:

–для двовісних автомобілів з одинарними колесами задньої осі;

де, φ - коефіцієнт зчеплення коліс із дорогою; приймається φ = 0,7;

ψ_max – максимальний коефіцієнт опору асфальтобетонної дороги; приймають для розрахунку = 0,25.

Після підстановки чисельних значень знаходимо:

Отже, у нашому випадку приймаємо неповнопривідний автомобіль.

Вибір шин

Шини вибирають згідно з Держстандартами 4754-80 "Шины пневматические для легковых автомобилей", 5513-97 "Шины пневматические для грузовых автомобилей".

Умовні позначки на бічній поверхні шини вказують на її параметри :

В – ширина, Н –висота її профілю, посадковий d і зовнішній D діаметри покришки.

Більшість вітчизняних шин мають позначення розмірів у мм ( у дужках – розміри в дюймах). Наприклад, В - d→ 170 - 380 ( 6,70 - 15).

Інколи зустрічається у позначеннях сполучення. Наприклад, D Х В – d → 1200 Х 500 – 508.

Індекси швидкості вказують на максимальні швидкості руху. Позначаються латинськими буквами : L – до 120 км/год; P – до 150 км/год; Q – до 160 км/год; S – до 180 км/год.

Індекси вантажопідйомності вказують на максимальне навантаження на шину: 75→ 3870Н ; 85 → 5750 Н ; 103 → 8750Н.

Зі стандарту виписують: позначення шини ( наприклад, 240-508(8,20 -20)), максимальне навантаження на шину G_{к max}, зовнішній діаметр шини без навантаження D (мм), посадковий діаметр шини d (мм), допустиму швидкість руху V_max. (м/с).

Навантаження на одне колесо будь-якої осі становить

G_кi = Gi /nкi, (1.12)

де і – номер осі;

nкi – кількість коліс, встановлених на осі (кожне здвоєне колесо враховується як два).

Таким чином, для передньої осі G_к1 ,Н , для всіх автомобілів визначають за формулою

; (1.13)

Після підстановки значень параметрів отримуємо:

Н.

Навантаження на одне заднє колесо автомобіля за умови, що маємо одну задню вісь і задні колеса здвоєні, Н :

. (1.14)

Після підстановки значень параметрів знаходимо:

Н.

Згідно з Держстандартом 5513-97 "Шины пневматические для грузовых автомобилей" знаходимо:

– позначення шини 240 –508(9,00 –20)

– максимальне навантаження на шину G_{к max}= 20,21 кН

– зовнішній діаметр шини без навантаження D=976 мм

– посадковий діаметр шини d=508 мм

– допустима швидкість руху V_max. =100к м/год.

Важливим показником автомобільної шини є її радіус. Розрізняють наступні радіуси :

– номінальний r_н ( вказано у маркуванні шини) ;

– статичний r_с – відстань від геометричної осі колеса до його опорної поверхні при дії лише вертикального навантаження;

– динамічний rд – відстань від геометричної осі колеса до опорної поверхні при його коченні;

– кінематичний r_к – відстань від геометричної осі колеса до миттєвого центра його обертання.

З достатньою точністю кінематичний радіус колеса r_к (мм) можна визначити за формулою:

; (1.15)

де, d – діаметр обода, мм;

D – зовнішній діаметр колеса без навантаження, мм;

λ_z – коефіцієнт вертикальної деформації. λz = 0,88…0,92 (менші значення беруть для легкових автомобілів, більші – для вантажівок і автобусів).

Динамічний радіус колеса r_d та статичний – r_с при розрахунках приймають рівним статичному радіусу r_с , наведеному в стандарті, тобто вважають, що r_d ≈ r_к ≈ r_с . В подальших розрахунках будемо користуватись поняттям радіус колеса r_к, вважаючи, що для визначення параметрів динаміки автомобіля – це динамічний радіус r_d, а параметрів кінематики – це радіус кочення колеса r_к..

Підставляючи в формулу (1.15) параметри шини, знаходимо:

мм.