Міністерство освіти і науки України

Луцький національний технічний університет

Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля

Задачі та приклади.

Методичні вказівки для студентів

спеціальності „Автомобілі та автомобільне господарство”

усіх форм навчання

Луцьк 2010

УДК 656.13 (07)

ББК 39.33

С – 62

Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля. Задачі та приклади: Методичні вказівки для студентів спеціальності „Автомобілі та автомобільне господарство” усіх форм навчання

Укладачі: Кищун В.А., к.е.н., доц.;

Сітовський О.П., к.т.н., доц.

Відповідальний

за випуск: Приймак О.В., к.т.н., доц.

Рецензент: Булік Ю.В., к.т.н., доц.

Затверджено науково – методичною радою ЛНТУ,

протокол № _4_від __29.05.2010 р.

Затверджено науково – методичною радою ННВ ІІІТ,

протокол № _4_від __22.05.2010 р.

Затверджено на засіданні кафедри автомобілів,

протокол № 6._ від _12.05.2010 р.

Вступ

Метою викладання учбової дисципліни «Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля» є формування знань закономірностей руху автомобіля, умінь і навиків вибору його параметрів, що забезпечують виконання заданих експлуатаційних властивостей.

Задачник містить 27 задач і служить навчально-методичним посібником для проведення практичних занять з курсу „Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля” студентів очної форми навчання і для виконання контрольних робіт студентами заочної форми навчання. З урахуванням останнього в умовах задач передбачені таблиці з вихідними даними, які дозволяють скласти 100 варіантів завдань. Згідно двох останніх цифр номера залікової книжки студент за таблицями вибирає вихідні дані до задач і таким чином отримує індивідуальне завдання.

Задачник охоплює усі розділи курсу „Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля”.Кожна задача містить зразок розв'язку, в якому наведені розрахункові формули і при необхідності довідкові дані. В деяких задачах за отриманими результатами зроблені висновки або проведений відповідний аналіз.

Методичні вказівки сприяють закріпленню теоретичного матеріалу, викладеного на лекційних заняттях.

Задача 1

Визначити ККД трансмісії автомобіля η_тр, передатне число, якої u_тр при русі його з швидкістю V по різних дорогах. На першій дорозі з невеликим опором ефективний крутний момент двигуна M_e=16 Нм, на другій, опір якої великий.M_e=110 Нм.

Повна вага автомобіля G=15 кH. Він має карданну передачу з трьома карданними шарнірами і колеса радіусом r.

Порівняти отримані результати між собою і зробити висновок.

Додаткові вихідні дні вибрати згідно номера залікової книжки за табл. 1.

Таблиця 1 - Вихідні дані до задачі 1

Цифра № зал. кн.	Парам.	Значення параметра згідно цифри номера
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ост.		3,91	4,02	4,12	4,23	4,30	4,42	4,51	4,63	4,72	4,91
Перед- ост.		9,5	10,0		10,5		11,0		11,5		12
	г, м	0,285		0,282		0,278		0,272		0,265

Приклад розв’язку

Дано: u_тр= 4.05, V=10 м/с, r=0.263 м.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) трансмісії визначається за формулою:

де М_ТР – момент, затрачений на третя в трансмісії, приведений до ведучих коліс;

М_Г – момент, який враховує гідравлічні втрати. Для автомобілів з колісною формулою 4х2 М_Г можна визначити за емпіричною формулою:

χ- коефіцієнт впливу навантаження,

тут k=1 і i=1 - кількість відповідно циліндричних і конічних зубчатих пар, які перебувають в зачеплені.

m=3 - показник, який враховує кількість карданних шарнірів, що передають навантаження.

Таким чином, ККД трансмісії автомобіля:

• на першій дорозі:

• на другій дорозі:

Висновок. При русі автомобіля по другій дорозі з невеликим навантаженням і з малою швидкістю ефективний момент двигуна невеликий. В такому випадку ККД трансмісії може знижуватися до 0,4, 0,5. При роботі двигуна з повним навантаженням ККД трансмісії наближається до коефіцієнта

Задача 2

Визначити передатне число трансмісії і швидкість автомобіля при поступальному русі, якщо відомі частота обертання вала двигуна , передатні числа коробки передач Радіус кочення .

Таблиця 2 - Вихідні дані по задачі 2

Цифра № зал. кн.	Парам.	Значення параметра згідно цифри номера
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ост.		3,91	4,02	4,12	4,23	4,30	4,42	4,51	4,03	4,72	4,81
		0,70	1,00	1,50	2,60	3,10	4,10	5,30	6,20	6,80	7,40
Передост.		0,8	-		1,3		1,9		2,1		-
		8,2		7,7		6,8		6,3		5,9

Приклад розв’язку

Дано:

Передатне число трансмісії:

Швидкість автомобіля визначається за формулою, м/с:

,

швидкість автомобіля, км/год:

Задача 3

Розрахувати і показати графічно зовнішню швидкісну характеристику чотиритактного бензинового двигуна, який розвиває максимальну потужність N_emax при частоті обертання колінчастого вала n_N. За допомогою побудованого графіка M_e(n_e) визначити максимальний обертальний момент M_emax і частоту обертання колінчастого вала n_М при якій він досягається. Швидкісний коефіцієнт β_v=1,2. Решта вихідних даних вибрати з таблиці 3.

Таблиця 3 – Вихідні дані до задачі 3

Цифра № зал. книжки	Параметр	Значення параметра згідно цифри номера залікової книжки
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Остання	Ne max, кВт	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150
Передостання	nN, хв.-1	5300	5350	5450	5500	5550	5600	5650	5700	5750	5800

Приклад розв’язку

Дано: N_{e max} = 39 кВт, n_N = 5400 хв^-1.

Розв’язок

Для побудови кривих зовнішньої швидкісної характеристики N_e(n_e) і M_e(n_e) використовують формулу Лейдермана, кВт:

N_e = N_{e max}(a₁·n_e/n_N + a₂·(n_e/n_N)² – a₃·(n_e/n_N)³ ),

де a₁=a₂=a₃=1 – коефіцієнти, які характеризують протікання зовнішньої швидкісної характеристики для бензинового двигуна.

Відповідні значення обертального моменту двигуна визначаються за формулою, Нм:

M_e = 9550 N_e/n_e.

Граничні значення частоти обертання вала двигуна задаються орієнтовно співвідношеннями:

n_min = 0,15· n_N = 0,15·5400 = 810 хв^-1 і

n_max = n_v = n_N·β_v = 5400·1,2 = 6480 хв^-1

після чого вісь абсцис n_е розбивається на 8…10 рівних частин з інтервалом

Δn=(n_max–n_min)/10=(6480–1080)=594≈600хв^-1.

Результати розрахунків N_e і M_e зведені в таблицю 4. Крайні значення n_e (900хв^-1 і 5700хв^-1) уточнюються для кожного варіанта окремо згідно рекомендацій заводу-виготовлювача.

Таблиця 4 – Розрахунок N_e і M_e.

nе, хв.-1	900	1500	2100	2700	3300	3900	4500	5100	5400	5700
Ne, кВт	4,7	11,2	17,0	22,7	27,7	32,5	36,4	38,7	39,0	38,4
Me, Нм	49,9	71,3	77,3	80,3	80,2	79,6	77,2	72,5	69,0	64,3

Примітка. Значенню n_e=5400 хв^-1 на графіку (див. рис. 1) має відповідати N_emax=39,0 кВт

За даними таблиці 4 на рисунках 1 і 2 побудована зовнішня швидкісна характеристика двигуна. Як правило, обидва графіки суміщаються і показуються у спільній системі координат для чого вертикальні осі N_e і M_e розташовуються по краях (зліва і справа) осі абсцис n_е.

Частота обертання колінчастого вала n_М при якій двигун розвиває максимальний обертальний момент M_emax визначається за допомогою побудованого графіка M_e(n_e) (див. рис. 2). Для цього з екстремуму (найвищої точки) кривої M_e опускається перпендикуляр на горизонтальну вісь n_e. Як видно з рисунка 2 максимальний момент заданого двигуна M_emax буде досягатися у діапазоні 2700…3300 хв^-1 тобто M_emax = 80,4Нм при n_М≈3000 хв^-1.

Рисунок 1 – Зовнішня швидкісна характеристика двигуна Ne(n_e)

Рисунок 2 – Зовнішня швидкісна характеристика двигуна Me(n_e)

Задача 4

Знайти вільній r_в, статичний r_с, динамічний r_д радіуси, а також радіус кочення r_к еластичного колеса твердою поверхнею згідно вихідних даних наведених у таблицях 5 і 6. Аналізуючи отримані результати, визначити режим руху колеса (пробуксовування, чисте кочення чи проковзування). Оцінити граничні значення радіуса кочення r_к при буксуванні колеса та при русі його юзом. Вихідні дані вибрати з таблиць 5 і 6.

Таблиця 5 – Вихідні дані до задачі 4

Остання цифра № зал. книжки	Позначення шини	Dз, м	d, м	Н, м
0	135/80R12	0,522	0,305	0,108
1	165/80R13	0, 596	0, 330	0, 132
2	205/70R14	0, 652	0, 355	0, 147
3	185/82R15	0, 674	0, 380	0, 200
4	215/80R16	0,755	0,405	0,172
5	175-16/6,95-13	0, 692	0, 405	0, 140
6	9,00-20(260-508)	1, 023	0, 508	0, 266
7	11,00R20(300R508)	1, 080	0, 508	0, 298
8	12,00R20(320R508)	1, 120	0, 508	0, 319
9	12,00-20(320-508)	1, 140	0, 508	0, 333

Таблиця 6 – Вихідні дані до задачі 4 (значення u_к і ω_к)

Цифра № зал. книжки	Параметр	Значення параметра згідно цифри номера
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ост.	Vк, м/с	35	33	32	30	28	25	20	15	10	8
Передост.	ωк, с-1	13	21	27	38	46	53	65	74	81	92

ПРИКЛАД РОЗВ’ЯЗКУ

Дано: позначення шини – 175/70R13, D_з=0,580м, d=0,330м, Н=0,125 м, V_к =18м/с, ω_к = 32 с^-1.

Розв’язок

Вільний радіус колеса r_в визначається як половина зовнішньо­го діаметра D_з колеса, яке не навантажене зовнішніми силами:

r_в = 0,5 D_з = 0,50 · 0,580 = 0,290м.

Статичний радіус колеса r_с – це відстань від центра нерухомого колеса, навантаженого вертикальною силою, до опорної поверхні дороги:

r_с = 0,5 d + λ ·H = 0,5 ·0,330 + 0,82 ·0,125 = 0,267м,

де d = 0,330 м – посадочний діаметр обода шини;

H = 0,125 м – висота профілю шини;

λ – коефіцієнт вертикальної деформації шини; для шин вантажних автомобілів, автобусів, шин з регульованим тиском (крім широкопрофільних), діагональних шин легкових автомобілів λ = 0,85…0,9; для радіальних шин легкових автомобілів λ = 0,80…0,85, тому можна прийняти λ = 0,82.

Під динамічним радіусом колеса r_д розуміють відстань від центра рухомого колеса до опорної поверхні дороги. На дорогах з твердим покриттям приймають r_д = r_с, отже

r_д = 0,267м.

Радіус кочення колеса r_к – це радіус умовно не здеформованого жорсткого колеса, яке котиться без проковзування і пробуксовування та має з даним еластичним колесом однакову кутову та лінійну швидкості:

r_к = V_к/ω_к = 18/32 = 0,562м,

де V_к = 18 м/с – поступальна швидкість колеса;

ω_к = 32 с^-1 – кутова швидкість колеса.

Радіус кочення може змінюватися в широких межах залежно від величини пробуксовування чи проковзування колеса. Для колеса, що буксує V_к = 0, тому r_к = 0. Для колеса, що рухається юзом (заблокованого колеса) ω_к = 0, тому r_к = ∞.

Висновок. Оскільки r_к>r_д, то колесо буде рухатись в режимі проковзування.

Задача 5

Визначити коефіцієнт опору коченню колеса і площу лобового опору автомобіля, якщо відомі коефіцієнт опору коченню при невеликій швидкості , висота Н, ширина В (або колія коліс В_і) і швидкість автомобіля V (табл. 5 і 6).

Приклад розв’язку

Дано:

Коефіцієнт опору коченню можна визначити за наступною емпіричною формулою:

Площа лобового опору автомобіля визначається за формулами:

• для легкових автомобілів

• для вантажних автомобілів

Таблиця 5 - Параметри і V

Цифра № залік. книжки	Пара-метр	Значення параметра згідно цифри номера
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Остання		0,014	0015	0,016	0,017	0,018	0,019	0,020	0,021	0,022	0,023
Передостання		13	14	15	16	17	18	19	20	21	22

Таблиця 6 - Розмірні параметри автомобіля

Цифра № залік. книжки	Параметр	Значення параметра згідно цифри номера
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Остання	Н, м	1,30	1,35	1,40	1,45	1,50	1,55	1,60	1,65	1,70	1,75
	Н’, м	2,20	2,30	2,40	2,50	2,70	3,00	3,20	3,40	3,60	3,70
Перед-остання	Н, м	1,40	1,45	1,50	1,55	1,60	1,65	1,70	1,75	1,80	1,85
	В1, м	1,56	1,60	1,64	1,71	1,75	1,80	1,84	1,90	1,94	1,97

Примітка: Н – висота легкового автомобіля;

Н’ – висота вантажного автомобіля.