3653
.pdf11 |
|
|
|
3.3. Определение фактора обтекаемости |
|
|
|
Фактор обтекаемости W, кг/м, рассчитывают по формуле: |
|
|
|
W K F , кг/м, |
|
(3.16) |
|
где К – коэффициент обтекаемости, кг/м3 (Н с2/м4); F – площадь Миделя, м2. |
|||
Коэффициент обтекаемости приведен в таблице 3.4. [3] |
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.4 |
Коэффициент обтекаемости АТС различных типов |
|
||
|
|
|
|
Тип АТС |
|
K, кг/м3 |
|
Легковые автомобили |
|
0,20 |
0,35 |
|
|
|
|
Автобусы капотной компоновки |
|
0,45 |
0,55 |
|
|
|
|
Автобусы вагонной компоновки |
|
0,35 |
0,45 |
Бортовые грузовые автомобили |
|
0,50 |
0,70 |
Фургоны |
|
0,50 |
0,60 |
Цистерны |
|
0,55 |
0,65 |
|
|
|
|
Автопоезда |
|
0,85 |
0,95 |
Площадь Миделя – лобовую площадь, равную площади проекции авто-
мобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси F, м2, для грузо-
вых и легковых АТС соответственно, приближенно можно определить по фор-
муле:
F B Н |
г |
, м2; |
(3.17) |
г |
|
|
|
F B Н |
г |
, м2, |
(3.18) |
г |
|
|
где Bг – габаритная ширина АТС, м;
Нг – габаритная высота АТС, м;
– коэффициент заполнения площади.
Коэффициент заполнения площади 0,8 . [6]
12
3.4. Выбор КПД трансмиссии
КПД механической трансмиссии ηтр принимают в зависимости от типа АТС и типа главной передачи (табл. 3.5). [5]
|
|
|
|
Таблица 2.5 |
|
КПД механической трансмиссии |
|
||
|
|
|
|
|
Легковые АТС |
Грузовые АТС и автобусы |
Много- |
||
классической |
Передне- |
с одинарной |
с двойной |
приводные |
компоновки |
приводные |
главной |
главной |
АТС |
|
|
передачей |
передачей |
|
0,92 |
0,95 |
0,9 |
0,86 |
0,84 |
3.5. Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности
Для построения внешней скоростной характеристики двигателя необхо-
димо также задать частоту вращения коленчатого вала двигателя при макси-
мальной мощности nN, об/мин (табл. 3.6). [5]
Таблица 3.6
Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности для двигателей различных типов
Бензиновые двигатели |
Дизели |
||
легковые АТС |
грузовые АТС и |
легковые АТС |
грузовые АТС и |
|
автобусы |
|
автобусы |
4500 ÷ 6000 |
3000 ÷ 4600 |
3500 ÷ 4600 |
2000 ÷ 3200 |
3.6. Выбор шин и определение радиуса колеса
Размер шин и радиус колеса выбирают по соответствующему стандарту в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости дви-
жения автомобиля.
Нагрузку на одно колесо моста Pk , кг, рассчитываем по формуле:
|
|
13 |
|
||
Pk |
|
M i |
|
(3.19) |
|
Zi |
|||||
|
|
|
|||
где M i – нагрузка на мост, кг; Zi |
– число колес на мосту. |
|
|||
Затем, с учетом заданной максимальной скорости движения АТС, по
ГОСТ 4754-97 и ГОСТ 5513-97 выбирают параметры шин: обозначение, стати-
ческий радиус, максимально допустимые нагрузку и скорость.
В дальнейших расчетах динамический радиус колеса и радиус качения принимают равными статическому радиусу.
14
4. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ
4.1. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
Скоростной характеристикой двигателя называют графическую зависи-
мость эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного рас-
ходов топлива от частоты вращения коленчатого вала.
Различают внешнюю (при полной подаче топлива) и частичные скорост-
ные характеристики. Внешняя скоростная характеристика является основой для оценки тягово-скоростных и ряда других эксплуатационных свойств.
Если мощность двигателя не определена техническим заданием, то ее на-
ходят по максимальной скорости или по удельной мощности, сопоставляя ха-
рактеристики проектируемого АТС и существующих аналогов-прототипов.
4.1.1.Определение мощности двигателя, необходимой для движения АТС
смаксимальной скоростью
Мощность двигателя, необходимую для движения АТС с максимальной скоростью Nv , кВт, определяем по формуле:
Nv |
M |
a |
g f V |
max |
|
|
W V 3 |
|
||
|
|
|
|
max |
, кВт |
(4.1) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1000 тр |
|
|
1000 |
тр |
|
|||
где g – ускорение свободного падения, м/с2;
f – коэффициент сопротивления качению;
Vmax – максимальная скорость движения АТС, м/с.
Ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2.
Коэффициент сопротивления качению f, при движении с максимальной скоростью (Va > 15 м/с) определяем по формуле:
|
|
|
|
|
V 2 |
|
|
|
f |
f0 |
|
|
|
max |
|
, |
(4.2) |
|
|
|||||||
1 |
1500 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
15
где f0 – коэффициент сопротивления качению для скоростей движения Va <15
м/с.
Коэффициент сопротивления качению для скоростей движения Va <15 м/с: [5]
–для легковых АТС и автобусов f0 = 0,015.
–для грузовых АТС и автопоездов f0 = 0,02.
4.1.2. Определение максимальной эффективной мощности двигателя Максимальную эффективную мощность двигателя Ne max , кВт, рассчитываем
по формуле:
Ne max |
|
|
|
|
Nv |
|
|
|
(4.3) |
|
|
n |
|
n2 v |
|
|
|||||
|
a |
b |
c |
n3v |
||||||
|
|
v |
|
|
|
|
||||
n |
N |
n2 N |
n3 N |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где a, b, c – коэффициенты Лейдермана, зависящие от типа и конструкции дви-
гателя;
nv – отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при
nN
максимальной скорости к частоте при максимальной мощности.
Коэффициенты Лейдермана а, b, с для двигателей без ограничителя мак-
симальной частоты вращения коленчатого вала (малофорсированные бензино-
вые двигатели) определяют по формулам
|
|
|
a 2 |
25 |
; |
(4.4) |
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
M з |
|
|||
|
|
|
b |
50 |
|
1 ; |
(4.5) |
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
M з |
|
|||||
|
|
|
c |
|
25 |
, |
|
(4.6) |
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
M з |
|
||||
где Мз – запас крутящего момента, %. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Запас крутящего момента определяют по формуле |
|
|||||||||
M з |
|
M e max M N |
100 (KМ 1) 100 , |
(4.7) |
||||||
|
||||||||||
|
|
M N |
|
|
|
|
|
|
|
|
16
где КМ – коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту.
Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту рассчитывает-
ся по формуле
К М |
|
M e max |
, |
(4.8) |
|
||||
|
|
M N |
|
|
где M e max – максимальный крутящий момент двигателя, Н м ; M N |
– крутящий |
|||
момент двигателя при максимальной мощности, Н м .
Для двигателей с ограничителем максимальной частоты вращения колен-
чатого вала (все дизели и высокофорсированные бензиновые двигатели грузо-
вых автомобилей и автобусов) коэффициенты Лейдермана a, b, c рассчитыва-
ются по формулам:
a 1 M з Kn (2 Kn ) ; 100 Kn 1 2
b 2 |
M з Kn |
|
; |
|||
100 Kn 1 2 |
||||||
c |
|
M |
з |
K 2 n |
, |
|
|
|
|
|
|||
100 Kn 1 2 |
|
|||||
(4.9)
(4.10)
(4.11)
где Кn – коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте.
Коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте по формуле
n
Kn n N ,
М
определяется
(4.12)
где nN – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощ-
ности, об / мин; nМ – частота вращения коленчатого вала двигателя при макси-
мальном крутящем моменте, об / мин.
Поскольку для двигателей проектируемых АТС значения этих параметров отсутствуют, предлагается воспользоваться имеющимися данными [5]:
– у бензиновых двигателей К м 1,10 1,35; Кn 1,5 2,5;
– у дизелей К м 1,10 1,15; Кn 1,45 2,0.
17
После определения коэффициентов Лейдермана необходимо проверить полученные значения на соответствие условию
a b c 1.
Если данное условие выполняется, то коэффициенты рассчитаны верно.
Отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при макси-
мальной скорости к частоте при максимальной мощности [5]:
– у дизелей |
nv |
1 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
nN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
– у бензиновых двигателей без ограничителя |
|
nv |
1,2 ; |
|
|||||||||
|
nN |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
– у бензиновых двигателей с ограничителем |
nv |
|
0,9 . |
|
|||||||||
nN |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4.1.3. Определение текущих значений мощности |
|
||||||||||||
Текущее значение мощности Ne , кВт, |
определяется по формуле: |
|
|||||||||||
|
|
Ne Ne max (a |
nе |
b |
n2 е |
c |
|
n3е |
) , кВт |
(4.13) |
|||
|
|
|
|
|
n3 N |
||||||||
|
|
|
n |
N |
|
n2 N |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где nе – текущее значение частоты |
|
вращения коленчатого вала |
двигателя, |
||||||||||
об/мин. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4.1.4. Определение текущих значений крутящего момента Текущее значение крутящего момента М е , Н м , определяют по формуле:
М е |
9550 |
Ne |
, Н м , |
(4.14) |
|
||||
|
|
ne |
|
|
4.1.5. Построение внешней скоростной характеристики двигателя Результаты расчетов по формулам (4.13), (4.14) сводят в таблицу 4.1.
18
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.1 |
|
|
Внешняя скоростная характеристика двигателя |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметр, |
|
|
|
ne , об / мин |
|
|
|
|
||
размер- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 nN |
0,2 nN |
0,3 nN |
|
… |
|
nN |
1,1 nN |
|
1,2 nN |
|
ность |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ne , кВт |
… |
… |
… |
|
… |
|
… |
… |
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M e , Н м |
… |
… |
… |
|
… |
|
… |
… |
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По данным таблицы 4.1 строят внешнюю скоростную характеристику двигателя проектируемого АТС (рис. 4.1).
Минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала для современ-
ных двигателей nmin 400 1000 об / мин [6], поэтому при расчете и построении внешней скоростной характеристики двигателя принимают nmin 400 об / мин.
На рисунке 4.1 показывают следующие характерные точки:
– максимальную эффективную мощность двигателя и соответствующую ей частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и раз-
мерности;
– максимальный крутящий момент двигателя и соответствующую ему час-
тоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;
– минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала.
Рис. 4.1. Внешняя скоростная характеристика двигателя
19
Ветви внешней скоростной характеристики после срабатывания ограни-
чителя показывают штриховой линией:
–у бензиновых двигателей с ограничителем после ne 0,9 nN ;
–у дизелей после ne nN .
4.2. Определение передаточных чисел трансмиссии
4.2.1. Определение передаточного числа главной передачи
Передаточное число главной передачи i0 определяется из условия обеспе-
чения движения АТС с максимальной скоростью при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и высших передачах в коробке передач и раздаточной коробки по формуле:
|
i0 |
0,105 |
nv |
rk |
|
|
, |
|
(4.15) |
||||
|
iкв Vmax |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где rk |
– радиус качения колеса, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iкв |
– передаточное число высшей ступени коробки передач. |
|
|||||||||||
|
r ( |
dn |
b |
K |
|
) k |
|
|
|
, м |
(4.16) |
||
|
|
h |
деф..ш. |
||||||||||
|
k |
2 |
|
n |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где dn |
– посадочный диаметр обода, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
bn |
– ширина профиля шины, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kh – коэффициент, определяемый отношение высоты профиля шины к его |
|||||||||||||
|
ширине Kh 0,9 0,92 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kдеф..ш. – коэффициент деформации шин kдеф..ш. |
0,95 . |
|
|||||||||||
Передаточное число высшей ступени коробки передач [3]:
– у легковых АТС классической компоновки, микроавтобусов на их базе,
грузовых АТС и автобусов, оснащенных трехвальными коробками передач
iк.в. 1;
20
– у легковых АТС переднеприводной компоновки и микроавтобусов на их базе, оснащенных двухвальными коробками передач iк.в. 0,95 0,98 или
iк.в. 1,03 1,08 .
С целью получения достаточного дорожного просвета и простой конст-
рукции главной передачи рекомендуют [5]:
–для легковых АТС i0 5 ;
–для грузовых АТС грузоподъемностью менее 8 т i0 7
–для грузовых АТС грузоподъемностью более 8 т i0 9
4.2.2. Выбор числа ступеней и определение передаточных чисел коробки передач
Основной тенденцией в выполненных конструкциях является увеличение числа ступеней и диапазона коробки передач при возрастании массы АТС.
Передаточное число первой (низшей) ступени коробки передач, если не установлен диапазон, определяется из необходимости соблюдения трех усло-
вий:
1) возможности преодоления автомобилем заданного максимального до-
рожного сопротивления; 2) возможности реализации максимальной силы тяги по условиям сцеп-
ления колес с дорогой; 3) возможности движения с минимальной устойчивой скоростью.
Передаточное число первой ступени из условия обеспечения возможно-
сти движения по дороге с заданным максимальным коэффициентом общего до-
рожного сопротивления рассчитывается по формуле:
|
i |
M a g max rk |
, |
(4.17) |
|
|
|
||||
|
1 |
M e max i0 |
тр |
|
|
|
|
|
|||
где |
max – максимальный коэффициент |
общего |
дорожного сопротивления |
||
max |
0,8 . |
|
|
|
|