Л.С, Жданов Тезника Транспорта. Методические указания к курсовой работе для специальности 240400

10

2.4 Выбор КПД трансмиссии

КПД механической трансмиссии выбирают в зависимости от типа АТС и типа главной передачи (таблица 2.5) [3].

Таблица 2.5 - КПД механической трансмиссии

2.5 Выбор размера шин и определение радиуса колеса

Размер шин и радиус колеса выбирают по соответствующему ГОСТ в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо и максимальной скорости движения автомобиля.

Наибольшую нагрузку на одно колесо Pk , кг, рассчитывают по формуле

где Mi - нагрузка на мост, кг; Zki - число колес на мосту.

Затем, исходя из рассчитанной нагрузки и заданной максимальной скорости движения АТС, по ГОСТ 4754 - 80 (легковые автомобили) и ГОСТ 5513 - 75 (грузовые автомобили, автобусы, прицепы и полуприцепы) выбирают шины и их параметры: обозначение шин, максимально допустимую нагрузку, статический радиус колеса и максимально допустимую скорость.

В дальнейших расчетах динамический радиус колеса и радиус качения принимают равными статическому радиусу.

2.6 Выбор частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя при известной мощности и коэффициентах Лейдермана необходимо

11

определить частоту вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности (таблица 2.6)[2].

Таблица 2.6 - Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности для двигателей различных типов в об/мин

3 ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

3.1 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Если мощность двигателя не определена техническим заданием, то ее находят по максимальной скорости или по удельной мощности, сопоставляя характеристики проектируемого АТС и существующих аналогов - прототипов.

3.1.1 Определение мощности двигателя, необходимой для движения АТС с максимальной скоростью

Мощность двигателя, необходимую для движения АТС с максимальной скоростью N v , кВт, определяют по формуле

где g - ускорение свободного падения, м/с2; f - коэффициент сопротивлению качению;

Vmax - максимальная скорость движения АТС, м/с. Ускорение свободного падения - g =9,81 м/с2.

Для скоростей движения Va >15 м/с коэффициент сопротивления качению f определяют по формуле

12

где f0 - коэффициент сопротивления качению для скоростей движения Va <15 м/с.

Коэффициент сопротивления качению для скоростей движения

Va <15 м/с [2]:

•для легковых АТС и автобусов - f0 =0,015;

•для грузовых АТС и автопоездов - f0 =0,020.

3.1.2 Определение максимальной эффективной мощности двига-

теля

Максимальную эффективную мощность двигателя N e max , кВт, рассчитывают по формуле

ля при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности; a , b, c - коэффициенты Лейдермана.

Отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости к частоте при максимальной мощности [2]:

• для дизелей nV =1,0; nN

• для бензиновых двигателей без ограничителя nV =1,2; nN

• для бензиновых двигателей с ограничителем nV =0,9. nN

Коэффициенты Лейдермана для двигателей без ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала (малофорсированные двигатели) a , b, c определяют по формулам

где KM - коэффициент приспосабливаемости двигателя по момен-

ту.

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту KM рассчитывают по формуле

где Me max - максимальный крутящий момент двигателя, Н м;

M N - крутящий момент двигателя при максимальной мощно-

сти, Н м.

Так как для двигателя проектируемого АТС значения этих параметров неизвестны, предлагается воспользоваться имеющимися данными для бензиновых двигателей - KM =1,05 - 1,35 [2].

Для двигателей с ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала (все дизели и высокофорсированные бензиновые двигатели грузовых автомобилей и автобусов) коэффициенты Лейдермана a , b, c рассчитывают по формулам

a = 1 - MзKn (2 − Kn ), (3.9) 100(Kn −1)2

где Kn - коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте вращения.

14

Коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте Kn определяют по формуле

где nN - частота вращения коленчатого вала двигателя при мак-

симальной мощности, об/мин;

nM - частота вращения коленчатого вала двигателя при мак-

симальном крутящем моменте, об/мин.

Так как для двигателя проектируемого АТС значения этих параметров неизвестны, предлагается воспользоваться имеющимися данными [2]:

• для бензиновых двигателей - Kn =1,50 - 2,50;

•для дизелей - Kn = 1,45 - 2,00; KM =1,10 - 1,20.

Коэффициенты приспосабливаемости характеризуют устойчивость работы двигателя и его способность автоматически приспосабливаться к изменениям внешней нагрузки. Работа двигателя является устойчивой, если с уменьшением частоты вращения коленчатого вала двигателя (увеличением внешней нагрузки) при неизменном положении органов управления подачей топлива его крутящий момент увеличивается. В этом случае возрастание в некоторых пределах нагрузки на двигатель автоматически уравновешивается увеличением крутящего момента.

Чем больше коэффициент приспосабливаемости двигателя по моменту, тем больше предельное увеличение внешней нагрузки на двигатель, при котором возможна его автоматическая приспосабливаемость к повышению нагрузки.

Чем больше коэффициент приспосабливаемости двигателя по частоте, тем шире диапазон устойчивой работы двигателя; во-вторых, увеличение этого коэффициента при заданной частоте вращения коленчатого вала при максимальной мощности улучшает топливную экономичность автомобиля.

После определения коэффициентов Лейдермана необходимо проверить полученные значения на соответствие условию

a + b - c = 1. (*)

Если условие (*) выполняется, коэффициенты рассчитаны правильно.

15

3.1.3 Определение текущих значений мощности

Текущее значение мощности N e , кВт, определяют по формуле

3.1.5 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Результаты расчетов по формулам (3.13), (3.14) сводят в таблицу

3.1.

Таблица 3.1 - Внешняя скоростная характеристика

По данным таблицы 3.1 строят внешнюю скоростную характеристику (рисунок 3.1)

Минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала для современных двигателей - nmin =400 - 1000 об/мин [2]. Если 0,1 nN <400

об/мин, то nmin принимают равным 0,2 nN , в противном случае nmin =0,1 nN .

На рисунке 3.1 показывают следующие характерные точки:

• максимальную эффективную мощность двигателя и соответствующую ей частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;

16

• максимальный крутящий момент двигателя и соответствующую ей частоту вращения коленчатого вала с указанием числовых значений и размерности;

•минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала.

Рисунок 3.1 - Внешняя скоростная характеристика Ветви внешней скоростной характеристики после срабатывания

ограничителя показывают штриховой линией:

•для бензиновых двигателей с ограничителем - после ne=0,9 nN (в точке ne=0,9 nN срабатывает ограничитель);

•для дизелей - после ne= nN .

3.2 Определение передаточных чисел трансмиссии

3.2.1 Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи i0 определяют из условия

обеспечения движения АТС с максимальной скоростью при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и высших передачах в коробке передач и раздаточной коробке по формуле

где rk - радиус качения колеса, м;

iк.в. - передаточное число высшей ступени коробки передач.

17

Передаточное число высшей ступени коробки передач [3]:

• для легковых АТС классической компоновки, микроавтобусов на их базе, грузовых АТС и автобусов - iк.в.=1 (трехвальные коробки

передач);

• для легковых АТС переднеприводной компоновки и микроавтобусов на их базе - iк.в.=1,03 - 1,08 или iк.в.=0,95 - 0,98 (двухвальные ко-

робки передач).

С целью получения достаточного дорожного просвета и простой конструкции главной передачи рекомендуют [2]:

•для легковых АТС - i0 ≤ 5;

•для грузовых АТС грузоподъемностью менее 8 т - i0 ≤ 7;

•для грузовых АТС грузоподъемностью более 8 т - i0 ≤ 9.

3.2.2 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. Увеличение числа ступеней и диапазона позволяет более эффективно использовать мощность двигателя при работе автомобиля с различной степенью загрузки и в различных дорожных условиях, однако при этом увеличиваются масса и стоимость коробки передач и усложняется управление автомобилем.

Передаточное число первой (низшей) ступени коробки передач, если не установлен диапазон, определяют из необходимости соблюдения трех условий:

•возможности преодоления автомобилем заданного максимального дорожного сопротивления;

•возможности реализации максимальной силы тяги по условиям сцепления колес с дорогой;

•возможности движения с минимальной устойчивой скоростью. Передаточное число первой ступени из условия обеспечения воз-

можности движения по дороге с заданным максимальным коэффициен-

18

где ψmax - максимальный коэффициент общего дорожного сопро-

тивления.

Полученное передаточное число необходимо проверить по условиям отсутствия буксования. Буксования не будет, если выполняется условие

где Mвед - масса, приходящаяся на ведущие колеса, кг; ϕmax - максимальный коэффициент сцепления;

- коэффициент динамического изменения нормальных

реакций на ведущих колесах.

Максимальный коэффициент сцепления - ϕmax = 0,7 - 0,8 [3]. Коэффициент динамического изменения нормальных реакций [2]:

•на передних ведущих колесах - mвед= 0,8 - 0,9;

•на задних ведущих колесах - mвед= 1,1 - 1,2.

Для трехосного автомобиля с двумя задними ведущими мостами (колесная формула 6×4) масса, приходящаяся на ведущие колеса, - это масса, приходящаяся на тележку.

Если условие (* *) не выполняется, то следует проверить возможность увеличения нагрузки на ведущие колеса. При этом следует учитывать, что изменение распределения нагрузки может повлечь за собой необходимость применения шин другого размера. В том случае, если увеличение нагрузки, приходящейся на ведущие колеса, невозможно, принимают меньшее из рассчитанных передаточных чисел.

Передаточные числа промежуточных ступеней выбирают из условия обеспечения оптимальных параметров как тягово-скоростных, так и топливно-экономических свойств. Существуют различные методики выбора: одни предусматривают наилучшее использование свойств приемистости, другие - оптимальной топливной экономичности, третьи - наибольшей средней скорости в некоторых заданных условиях движения.

19

В большинстве случаев передаточные числа промежуточных ступеней коробки передач рассчитывают по закону геометрической прогрессии, что обеспечивает возможность работы двигателя при разгоне АТС в одинаковом режиме на всех передачах с наилучшим использованием мощности. При этом передаточные числа промежуточных ступеней ik определяют по формуле

где k - номер промежуточной ступени коробки передач; n - число ступеней в коробке передач.

Число ступеней коробки передач зависит от типа, удельной мощности и предполагаемых условий эксплуатации АТС. Как правило, в выполненных конструкциях [3]:

•легковых АТС - n = 5;

•грузовых АТС грузоподъемностью менее 3 т - n = 4;

•грузовых АТС грузоподъемностью 3 - 10 т - n = 5;

•грузовых АТС грузоподъемностью более 10 т - n = 6. Передаточное число ускоряющей передачи i = 0,6 - 0,8 [3]. Это пе-

редаточное число иногда не входит в геометрический ряд, и поэтому в формуле (3.15) высшей передачей следует считать прямую.

Диапазон работы двигателя, возможность и легкость переключения передач, условия работы синхронизаторов зависят от интервала передаточных чисел между смежными ступенями в коробке передач. Интервал между передачами оценивают по плотности ряда передаточных чисел qk, k+1:

Найденные по формуле (3.18) значения передаточных чисел корректируют, уменьшая плотность ряда для высших передач за счет увеличения интервалов между низшими путем изменения полученных значений передаточных чисел на 5 - 15 %.

Из условия возможности переключения значение плотности ряда передаточных чисел на высших передачах [3] - qk, k+1≤ 1,6 - 1,7. На

низших передачах возможно значение плотности ряда qk, k+1= 2. При

этом обеспечивается лучшее использование мощности двигателя при движении АТС на наиболее употребляемых высших передачах, а также улучшаются условия работы синхронизаторов.