,

1 Выбор основных параметров проектируемого автомобиля и двигателя

1.1 Обзор автомобилей - прототипов

Характеристики автомобилей-прототипов приводятся в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики автомобилей-прототипов

Марка автомобиля (фирма - производитель, страна) Параметр	Peugeot 605 2.0i. Франция	Ford Mondeo, США	Opel Astra, Германия
1	2	3	4
1 Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем Vh , л 1.3 Максимальная мощность Рemax при частоте вращения вала nР, кВт (л.с.)/об/мин 1.4 Максимальный крутящий момент Меmax при частоте вращения коленчатого вала nM, Н.м/об/мин 1.5 Удельная мощность Руд = Рemax /ma, кВт/т	Бензин 2.0 108(147)/ 5300 235/2500 55,81	Бензин 2.0 96(201)/6000 260/3600 52,8	Бензин 2.0 100(210)/ 6000 285/3750 58,9
2 Трансмиссия 2.1 Тип Привод 2.3 Колесная формула 2.4 Передаточные числа коробки передач: первой передачи U 1 U 2 U 3 U 4 U 5 U 0	Механич. Передний 4×2 3,17 1,82 1,25 0,97 0,77 4,06	Механич. Передний 4×2 3,42 2,14 1,45 1,03 0,77 3,84	Механич. Передний 4×2 3,58 2,14 1,48 1,12 0,89 3,74
3 Шины, типоразмер	205/60 R15	185/65 R14	195/60 R15
4 Габаритные размеры 4.1 Высота Нг, м 4.2 Ширина Вг, м 4.3 Колесная база L, м 4.4 Коэффициент обтекаемости Сх	1,410 1,8 2,800 0,25	1,420 1,75 2,7 0,25	1,430 1,71 2,6 0,25
5 Масса 5.1 Полная ma, т 5.2 Снаряженная m0 , т 5.3 Сухая mc, т	1,935 1,515	1,815 1,245	1,695 1,170
6 Динамические характеристики Максимальная скорость Vаmax, км/ч	213	206	208

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4
Время разгона tp, с 0 – 100 км/ч, с	10	9,9	9
7 Расход топлива, л/100 км: 7.1 При скорости 90 км/ч 7.2 Городской цикл 7.3 Смешанный цикл	8 14,5 9,5	5,9 11,6 7,75	6,6 12 8,3
8 Вместимость 8.1 Число мест для сидения n	5	5	5

1.2 Техническое задание

В таблице 2 приводятся исходные данные для проектирования автомобиля согласно заданию на курсовое проектирование.

Проектируемый легковой автомобиль 2 класса 3 группы.

Таблица 2 - Данные технического задания на проектирование легкового автомобиля

Параметр	Значение
1 Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем, л 1.3 Коэффициент приспособляемости по частоте вращения, Кn 1.4 Коэффициент приспособляемости по крутящему моменту, Km	Бензин 2,0 2,12
2 Трансмиссия: число передач	6
3 Масса 3.1 Снаряженная mcн, т	1,3
4 Число мест для сидения n (включая водителя)	5
5 Максимальная скорость Vаmax, км/ч	215

1.3 Параметры автомобиля

1.3.1 Полная масса автомобилей

m_a=m₀+n(m_ч+m_б) , (1)

где m₀ =1300 кг– снаряженная масса;

m_ч = 75кг – масса человека;

m_б =10кг – масса багажа водителя и пассажиров;

n – число мест для сидения.

m_a=1300+5(75+10)=1725 кг

1.3.2 Габариты

Основываясь на данных сравниваемых автомобилей - прототипов,

принимаем:

- габаритную высоту, H_Г = 1,41м;

- габаритную ширину, B_Г =1,8 м;

- колёсную базу, L = 2,868 м;

- коэффициент обтекаемости, С_Х = 0,25.

Рассчитываем коэффициент сопротивления воздуху К_В и площадь лобового сопротивления S:

К_В = 0,5С_Х ρ, (2)

где ρ – плотность воздуха,

ρ = 1,225 кг/м³;

К_В = 0,5·0,25·1,225 = 0,15 Н·с²/м⁴,

S=α·В_Г·Н_Г,м² (3) где α – коэффициент заполнения площади,

α = 0,78…0,8

принимаем α = 0,78;

S = 0,8·1,8·1,41 = 2,03 м².

1.3.3 Трансмиссия

По данным таблицы 1 “Характеристики автомобилей-прототипов” принимаем колесную формулу, тип привода (передний, задний, полный привод), приводим упрощенную кинематическую схему трансмиссии и рассчитываем коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссия η_т.

Упрощенная кинематическая схема трансмиссии изображена на рисунке 1.

1-двигатель; 2-коробка передач; 3-приводные валы со ШРУСами Рисунок 1 – Упрощённая кинематическая схема трансмиссии

КПД механической трансмиссии автомобиля практически не зависит от режима ее работы и при проектных расчетах может быть найден по формуле:

η_т = η_КП ^. η ⁿ_к.ш. ^. η ^р_о, (4)

где η_КП = 0,95…0,98 – КПД коробки передач;

принимаем η_КП =0,98;

η_к.ш. = 0,995 – КПД карданных шарниров;

n – число карданных шарниров; n=4 (по схеме);

η_о = 0,93…0,97 – КПД главной передачи;

принимаем η_о =0,94;

р – количество главных передач; p=1.

η_т =0,98·0,995²·0,94=0,91;

КПД механической трансмиссии находится в установленных пределах:

η_т = 0,89…0,92 – легковые автомобили.

1.4 Параметры двигателя

Определим мощность двигателя Р_eV, необходимую для движения автомобиля с максимальной скоростью:

, (5)

где V_amax – максимальная скорость автомобиля, км/ч (приводится в техническом задании на проектирование);

η_т – КПД трансмиссии;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

m_a – полная масса автомобиля, т;

ψ_{Va max} – коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с максимальной скоростью; для легковых автомобилей - ψ_Vamax = 0,025…0,04; принимаем ψ_Vamax =0,03;

К_В и S определены в пункте 1.3.2.

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания – зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя Ре и Ме от частоты вращения коленчатого вала n, приближенно может быть представлена зависимостью:

Р (6)

где Р_е – текущая мощность ДВС;

Р_{е max} – максимальная мощность ДВС, кВт;

a, b и c – коэффициенты зависящие от типа и конструкции ДВС;

n_е – текущая частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин;

n_р – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин.

Основываясь на данных по ДВС автомобилей – прототипов, которые приведены в таблице 1, принимаем для ДВС проектируемого автомобиля:

n_{е min} = 600…800 об/мин – минимальную устойчивую частоту вращения коленвала, n_{е min} = 800 об/мин;

n_М – частоту вращения коленчатого вала максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин.

Для бензинового ДВС n_{е max}= n_р k₀₌5300 1,05=5565 об/мин, где k₀=0,9..1,15

Для бензинового ДВС частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, развиваемом ДВС, определяется по соотношению:

n_М = n_р/ к_n , (7)

где к_n – коэффициент приспосабливаемости по частоте вращения коленчатого вала ДВС (приведено в техническом задании на проектирование).

n_М = 5300 / 2,12 = 2500 об/мин ,

Принятые и рассчитанные значения характерных частот вращения коленчатого вала ДВС заносим в таблицу 3.

Таблица 4 - Характерные частоты вращения коленчатого вала ДВС проектируемого автомобиля

Частота ДВС	Обозначение	Величина, об/мин
минимальная устойчивая	ne min	800
при максимальном крутящем моменте Мe max	nM	2500
при максимальной мощ ности Рemax	nр	5300
Максимальная	ne max	5565

_{Для бензиновых ДВС}

Определим коэффициенты a, b и c, входящие в формулу (6) для , бензинового ДВС:

(8)

(9)

(10)

Если коэффициенты a, b и c, определены правильно, то для обоих типов ДВС должны выполнятся следующие условия:

1. с < 0;

–0,93< 0;

2. а + b + с = 1;

1,052+ 0,878 + (-0,93) = 1;

3. b + 2с / К_n = 0;

0,878+ 2 · (-0,93) / 2,12= 0;

4. a + b / K_n + c/K_n² = K_м;

1,052+ 0,878 / 2,22 + (-0,93) / 2,12²= 1,26.

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a, b и с заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Коэффициенты для построения ВСХ

A	1,052
B	0,878
С	-0,93

Для бензинового ДВС максимальная мощность определяется по формуле:

Рассчитаем удельную мощность Р_уд, Для проектируемого автомобиля:

Р_уд. = (11)

_Руд. =

Крутящий момент М_р при максимальной мощности Р_emax:

М_р= (12)

где Р _emax – максимальная мощность, кВт;

n_р– частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин.

М_р=

Тогда максимальный крутящий момент М_{e max} равен:

М_{e max} = М_р· К_М , (13)

М_{e max} = 191,7· 1,26= 241,56 Н·м

Рассчитанные показатели мощности ДВС Р_emax, крутящего момента М_emax и удельной мощности Р_уд должны находиться на уровне автомобилей - прототипов, что отражается в таблице 6 и сопоставляется с данными таблицы 7.

Таблица 6 - Основные показатели ДВС проектируемого автомобиля и автомобилей - прототипов

	Р e max кВт (л.с.)/об/мин	Мe max Н . м/об/мин	Руд. кВт/т
Проектируемый автомобиль	106,4 (144,7)/5300	241,56/1801	58,9
Автомобили- Прототипы: Peugeot 605 Ford Mondeo Opel Astra	130(180)/5565 147(201)/6000 150(210)/6000	350/1800 260/3600 285/3750	55,81 52,9 58,99

Таблица 6 - Значения удельной мощности Р_уд. для различных типов автомобилей

Тип автомобиля	Легковой	грузовой	Автобусы	автопоезда	Внедорожные
Руд., кВт/т	17…90	8…20	9…15	4,5…8	7…16