1.2 Техническое задание

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

Проектируемый легковой автомобиль 3 класса 1 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	Бензин 2,0 1,55 -
2 Трансмиссия: число передач	6
3 Масса 3.1 Снаряженная mcн, т	1,48
4 Число мест для сидения n (включая водителя)	5
5 Максимальная скорость Vаmax,км/ч	205

1.3 Параметры автомобиля

1.3.1 Полная масса автомобилей

m_a=m_cнар+n(m_ч+m_б) (1)

где m_cнар – снаряженная масса, кг;

m_ч = 75кг – масса человека;

m_б =10кг – масса багажа водителя и пассажиров;

n – число мест для сидения.

m_a=1480+5(75+10)=1905 кг

1.3.2 Габариты

Основываясь на данных сравниваемых автомобилей - прототипов, принимаем:

- габаритную высоту, H_Г = 1,48 м;

- габаритную ширину, B_Г =1,81 м;

- колёсную базу, L = 2,7 м;

- коэффициент обтекаемости, С_Х = 0,28.

Рассчитываем коэффициент сопротивления воздуха 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 = 0,5·0,28·1,225 = 0,17 Н·с²/м⁴,

S=α·В_Г·Н_Г, м² (3)

где α – коэффициент заполнения площади,

α = 0,78…0,8

принимаем α = 0,8;

S = 0,8·1,48·1,81 = 2,14 м².

1.3.3 Трансмиссия

По данным таблицы 1 “Характеристики автомобилей-прототипов” принимаем колесную формулу 4×2, тип привода (передний), приводим упрощенную кинематическую схему трансмиссии и рассчитываем коэффициент полезного действия (КПД) трансмиссии 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^.ηⁿ_к.ш.^.η^р_о, (4)

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

принимаем η_КП=0,97;

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 =0,96;

р – количество главных передач; p=1.

η_т =0,97·0,995⁴·0,96=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_Vamax – 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_еmin = 600…800 об/мин – минимальную устойчивую частоту вращения коленвала, n_{е min} = 800 об/мин;

n_p – частоту вращения коленчатого вала максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин, n_p= 5600 об/мин.

Для бензинового ДВС n_{е max}= n_p·K_o,

где: K_o= 0,9…1,115 – коэффициент соотношения максимальной частоты вращения коленчатого вала и частоты при максимальной мощности ДВС (обычно принимается большим 1,1).

n_{e max}= 5600 1,07 = 6000 об/мин

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= 5600/ 1,55 = 3600 об/мин,

_{Для бензинового ДВС рассчитываем коэффициент приспосабливаемости по крутящему моменту}

Полученное значение Км для бензинового ДВС должно находиться в пределах: Км= 1,05…1,45.

Принятые и рассчитанные значения характерных частот вращения коленчатого вала ДВС заносим в таблицу 4.

Таблица 3 – Характерные частоты вращения коленчатого вала ДВС проектируемого автомобиля

Частота ДВС	Обозначение	Величина, об/мин
минимальная устойчивая	ne min	800
при максимальном крутящем моменте Мemax	nM	3600
при максимальной мощности Рemax	nр	5600
максимальная	ne max	6000

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;

–1,41< 0;

2. а + b + с = 1;

0,6+ 1,81 + (-1,41) = 1;

3. b + 2с / К_n = 0;

1,81+ 2 · (-1,41) / 1,55= 0;

3. a + b / K_n + c/K_n² = K_м;

0,6+ 1,81 / 1,55+ (-1,41) / 1,55²= 1,177

3. a+2b+3c=0

0,6+2·1,81+3·(-1,41)=0

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a, b и с заносим в таблицу 5.

Таблица 4 – Коэффициенты для построения ВСХ

a	0,6
b	1,81
с	-1,41

Для бензинового ДВС максимальная мощность определяется по формуле:

Рассчитаем удельную мощность Р_уд, для проектируемого автомобиля:

Р_уд. =

Р_уд. = (11)

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= ₍₁₂₎

Тогда максимальный крутящий момент М_emax равен:

(13)

М_emax = М_р· К_М ,

М_emax = 187,75· 1,177= 221,0 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 5 и сопоставляется с данными таблицы 6.

Таблица 5 – Основные показатели ДВС проектируемого автомобиля и автомобилей – прототипов

	Рemax кВт (л.с.)/об/мин	Мemax Н. м/об/мин	Руд. кВт/т
Проектируемый автомобиль	110,1 (149,7)/5600	221/3600	57,8

Продолжение таблицы 5

Автомобили- Прототипы: Ford Mondeo Opel Astra Toyota Avensis

96(130,5)/6000 96(130,5)/6000 152(207)/6200

260/3600 285/3750 196/4000

60,5 59,0 79,7

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

2 Тягово-динамический расчёт проектируемого автомобиля

2.1 Построение внешней скоростной характеристики проектируемого автомобиля

Как показано в пункте 1.4, внешняя скоростная характеристика (ВСХ) ДВС приближенно может быть представлена зависимостью для эффективной мощности:

Р (14)

где значения Р_emax, n_р, а, b и с рассчитаны в пункте 1.4.

Преобразуем последнюю формулу:

Р и разделив обе (15)

части на ne, получим (16)

эффективный крутящий момент ДВС определяется следующей зависимостью:

(17)

где М_р– крутящий момент при максимальной мощности ДВС, Н^.м.

Подставляя ранее полученные значения Р_emax, n_р, а, b и с и М_р в формулы (14), (17) и, выбирая текущие значения частоты вращения коленчатого вала n_e (порядка 8-ми точек, в число которых обязательно включаются характерные частоты – n_emin, n_M, n_р, n_emax, а интервалы между ними разбиваются равномерно, но при этом значения n_e должны быть кратными 100) и производим расчет ВСХ: результаты вычислений заносим в таблицу 8, по данным которой строим график ВСХ.

Таблица 7 – Внешняя скоростная характеристика ДВС проектируемого автомобиля

обозначение	ne min	ne2	nem	ne4	ne5	ne6	ne7	np8	ne max
ne	800	1500	2200	2900	3600	4200	4900	5600	6000
Pe,кВт	13,1	29,0	47,3	66,1	83,6	96,1	106,4	110,1	108,6
Pe,л.с	17,8	39,5	64,3	89,9	113,7	130,8	144,7	149,7	147,7
Me,нм	155,8	184,7	205,3	217,6	221,0	218,6	207,3	187,8	172,9