4.DOC тсек расчетка

З а д а н и е № 15

РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Цель работы: изучение технической характеристики автомобиля, расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

Исходные данные:

1Автомобиль (марка задается преподавателем).

2Коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательного оборудования принимается по минимальному значению для первой подгруппы, для второй подгруппы – по максимальному значению, взависимости от типов подвижного состава.

Требуется:

1Выписать краткую техническую характеристику автомобиля, привести

подробную расшифровку модели.

2 Рассчитать значения коэффициентов приспособляемости, величины мощности и крутящего момента двигателя в зависимости от оборотов коленчатого вала двигателя.

3 Построить внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Теоретические основы выполнения работы

1 Техническая характеристика автомобиля.

Для составления краткой технической характеристики автомобиля следует воспользоваться данными, приведенными в приложении Б к пособию. Рассмотрим краткую техническую характеристику автомобиля ГАЗ-24. К основным исходным данным, необходимым для дальнейших расчетов, относятся:

1.1 Марка и тип автомобиля: ГАЗ-24 (легковой автомобиль).

Марка автомобиля составляется из букв и цифрового индекса. Буквы представляют собой сокращенное название завода-изготовителя, а цифры: первая – класс автомобиля по рабочему объему цилиндров двигателя (для легковых), вторая – условное обозначение вида, третья и четвертая

– порядковый номер модели в классе, пятая – номер модификации. Номер модели обозначает базовую конструкцию автомобиля, а номер модификации учитывает отличия от базовой конструкции, которые чаще всего относятся к комплектации автомобиля. Однако это не касается автомобилей более ранних выпусков, когда каждому заводу заранее были установлены номера моделей. Например, Горьковский автомобильный завод (ГАЗ) получил номера от 0 до 99, Московский автомобильный за-

164

вод имени И. А. Лихачева (ЗИЛ) – 100–199, Кременчугский автомобильный завод (КрАЗ) – 200–299 и т. д.

1.2 Колесная формула: 4×2.

Автомобили, рассчитанные на движение по дорогам с усовершенствованным покрытием, имеют обычно два ведущих и два не ведущих колеса, а автомобили, рассчитанные в основном на эксплуатацию в тяжелых дорожных условиях, имеют все ведущие колеса. Эти различия отражаются в колесной формуле автомобиля, которая включает общее число колес и число ведущих.

1.3 Число мест или масса перевозимого груза: 5 мест.

Для легковых автомобилей и автобусов необходимо указать общее количество мест, включая место водителя. Легковым считается пассажирский автомобиль с числом мест для сидения не более девяти, включая место водителя. Автобусом считется пассажирский автомобиль с числом мест более девяти, включая место водителя. Пассажирским является автомобиль, который по своей конструкции и оборудованию предназначен для перевозки пассажиров и багажа с обеспечением необходимого комфорта и безопасности. Микроавтобусом считается одноэтажный автобус с числом мест для сидения не более семнадцати, включая место водителя.

Грузовой автомобиль по своей конструкции и оборудованию предназначен для перевозки грузов.

Грузовые автомобили по типу кузова подразделяются на бортовые, самосвальные, фургоны, цистерны и автомобили-тягачи. В технической характеристике грузовых автомобилей указывается номинальная грузоподъемность, т. е. максимально допустимая масса перевозимого груза.

1.4 Собственная масса автомобиля: 1420 кг (в том числе на перед-

нюю и заднюю оси, соответственно, 755 и 655 кг).

Собственная масса автомобиля – масса автомобиля в снаряженном состоянии без нагрузки. Слагается из сухой массы автомобиля (не заправленный и не снаряженный), массы топлива, охлаждающей жидкости, запасного колеса (колес), инструмента, принадлежностей и обязательного оборудования.

1.5Полная масса автомобиля: 1790 кг (в том числе на переднюю и заднюю оси, соответственно, 855 и 935 кг).

Полная масса – сумма собственной массы автомобиля и массы груза или пассажиров, перевозимых автомобилем.

1.6Габаритные размеры (длина, ширина, высота): 4735×1510×1476

мм.

1.7Максимальная скорость автомобиля – 147 км/ч.

1.8Контрольный расход топлива: 10,5 л/100 км при 80 км/ч .

165

1.9Тип двигателя: карбюраторный, 4-цилиндровый.

1.10Рабочий объем цилиндров: 2,445 л.

1.11Максимальная мощность двигателя: 69,9 кВт.

1.12Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности 4500 об/мин.

1.13Максимальный крутящий момент двигателя: 186,3 Н×м.

1.14Частота вращения вала, соответствующая максимальному кру-

тящему моменту: 2300 об/мин.

1.15Тип коробки передач: 4-ступенчатая с синхронизаторами на всех передачах переднего хода, передаточные числа – 3,5; 2,26; 1,45; 1; З.Х.- 3,54.

1.16Раздаточная коробка (если есть) – нет.

1.17Тип главной передачи: коническая, гипоидная, передаточное чис-

ло 3,9.

1.18Шины и их маркировка: радиальные, бескамерные или камерные,

размер 205/75R14.

Краткие технические характеристики позволяют объективно сравнить основные технические показатели существующих автомобилей (прило-

жение Б). Полная техническая характеристика приводится в руководстве по эксплуатации или в инструкции завода-изготовителя, прилагаемой к автомобилю. Заводская инструкция включает, помимо технических показателей автомобиля, сведения и рекомендации по обслуживанию его в эксплуатации.

2 Расчет внешней скоростной характеристики двигателяю

Окружная сила на ведущих колесах, движущая автомобиль, возникает в результате того, что к ведущим колесам подводится через трансмиссию крутящий момент от двигателя.

Влияние двигателя на тягово-скоростные свойства автомобиля определяется его скоростной характеристикой, которая представляет собой зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты его вращения. Если эта характеристика снята при максимальной подаче топлива в цилиндр, то она называется внешней, если при неполной подаче – частичной. Скоростную характеристику находят экспериментально при испытании двигателя на тормозном стенде.

Для расчета внешней скоростной характеристики двигателя необходимо взять технические характеристики значения ключевых точек.

2.1 Максимальная мощность двигателя: Рр , кВт.

Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности: np, об/мин.

2.2 Максимальный крутящий момент двигателя: Ме(mах) , кН×м.

Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту: nM , об/мин.

166

Рассчитанные значения мощности и момента будут несколько отличаться от фактических, передаваемых в трансмиссию за счет потерь мощности двигателя на привод вспомогательного оборудования. Поэтому фактические значения мощности и момента определяются по формулам:

где Кп − коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательного оборудования; Кп = 0,95…0,98 − для легковых автомобилей; Кп = 0,93…0,96 − для грузовых и автобусов.

Пример расчета внешней скоростной характеристики двигателя авто- мобиля ГАЗ-24.

Значения в ключевых точках берём из краткой технической характеристики:

1 Максимальная мощность двигателя Рр = 69,9 кВт.

Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности, np = 4500 об/мин.

2 Максимальный крутящий момент двигателя Ме(mах) = 186,3 Н×м. Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту, nM = 2300 об/мин.

Перевод частот в рад/с:

wм = 3,14 × 2300 : 30 = 240,855 рад/с; wр = 3,14 × 4500 : 30 = 471,239 рад/ с.

Тогда крутящий момент при максимальной мощности

Мр = 69,9 : 471,239 = 0,148 кН×м.

Коэффициенты приспособляемости по моменту и по частоте вращения:

Км = 0,186 : 0,148 = 1,256; Kw = 471,239 : 240,855 = 1,957.

Коэффициенты полинома:

= 1,256×1,957(2 -1,957)-1 = а ( ) 0,976 ;

1,957 2 -1,957 -1

Проверка: 0,976 + 1,095 – 1,071 = 1.

Следовательно, расчеты коэффициентов произведены правильно.

168

Приведем расчеты мощности и крутящего момента для холостого хода. Минимальная частота вращения, при которой двигатель работает устойчиво

с полной нагрузкой, находится в пределах we(min) = 60…80 рад/с, причем меньшее значение характерно для карбюраторных двигателей, а большее —

для дизельных:

Pe(60) = 69,9 [0,976 (60 : 471,239] + 1,095 (60 : 471,239)2 –

– 1,071 (60 : 471,239)3] = 9,774 кВт; Ме(60) = Ре(60) : wе = 9,774 : 60 = 0,163 кН×м; Реф(60) = Ре(60) × 0,98 = 9,774 × 0,9 = 9,57 кВт; Меф(60) = Ме(60) · 0,98 = 0,163 × 0,9 = 0,16 кН×м.

Дальнейшие расчеты приведены в таблице 15.1, по данным которой строится графики изменения внешней скоростной характеристики (рисунок

15.1):

Me = f(we); Ме(ф) = f(we); Pe = f(we); Ре(ф) = f(we).

Правильность расчетов и построений проверяются следующим образом: 1 Кривая изменения мощности обязательно должна проходить через

точку с координатами (Рр; wp);

2 Кривая изменения момента двигателя должна проходить через точку с

координатами (Ме(mах); wм);

3 Экстремум функции моментов должен находиться в точке с координатами (Ме(mах); wм).

Таблица 15.1 – Расчет значений внешней скоростной характеристики

169

Далее по результатам расчетов и построений внешней скоростной характеристики необходимо сделать вывод.

170

З а д а н и е № 16

РАСЧЕТ ТЯГОВОЙ ДИАГРАММЫ АВТОМОБИЛЯ

Цель работы: освоение методики расчета окружной силы на ведущих колесах автомобиля и построение тяговой диаграммы автомобиля.

Исходные данные:

1 Коэффициент сцепления колеса с дорогой ϕ (задается преподавателем).

2 Коэффициент сопротивления качению f (задается преподавателем).

3 КПД трансмиссии принять для легкового автомобиля – 0,90 (0,92 для второй подгруппы); грузового и автобуса – 0,82 (0,84), грузового автомобиля повышенной проходимости – 0,83 (0,85).

Требуется:

1 Рассчитать передаточные числа трансмиссии.

2Определить радиус качения колеса.

3Рассчитать значения окружной силы и соответствующую скорость автомобиля.

4Построить тяговую диаграмму автомобиля.

5Определить ограничение окружной силы по условиям сцепления.

Теоретические основы выполнения работы.

Тяговой диаграммой называется зависимость окружной силы на веду-

щих колесах Fк от скорости движения автомобиля va.

Основной движущей силой автомобиля является окружная сила, приложенная к его ведущим колесам. Эта сила возникает в результате работы двигателя и вызвана взаимодействием ведущих колес и дороги.

Каждой частоте вращения коленчатого вала соответствует строго определенное значение момента (по внешней скоростной характеристике). По найденным значениям момента определяют Fк, а по соответствующей частоте вращения вала – va.

Для установившегося режима окружная сила на ведущих колесах

где Ме(ф) − фактическое значение момента, кН·м; Uт − передаточное число трансмиссии;

rк − радиус качения колеса, м; ηт − КПД трансмиссии.

171

Установившимся называется такой режим, при котором будут отсутствовать потери мощности, обусловленные ухудшением наполнения цилинд-

При движении в тяжелых дорожных условиях (значении коэффициента сопротивления качению по заданию свыше 0,020) для автомобилей, имеющих раздаточную коробку, расчеты должны производиться для пониженного значения передаточного числа раздаточной коробки, так как в этом слу-

где η(к.п), η(р.к), ηо, η(к), η(кар) − КПД соответственно коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи, колесного движителя, кардан-

ной передачи;

i− число карданных шарниров.

Врасчетах принимают следующие значения коэффициентов:

η(к.п) = 0,96 … 0,98; η(к) = 0,96 … 0,98; η(р.к) = 0,96 … 0,98; ηо = 0,96 … 0,97; η(кар) = 0,995.

При работе трансмиссии с полной нагрузкой, т. е. при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, КПД трансмиссии имеет следующие значения :

легковые автомобили − 0,90–0,92; грузовые автомобили и автобусы − 0,8–0,86;

грузовые автомобили повышенной проходимости − 0,80–0,85. Окружную силу определяют как отношение момента на валах привода

ведущих колес к радиусу ведущих колес при равномерном движении автомобиля. Следовательно, для определения движущей силы автомобиля необходимо знать величину радиуса качения ведущих колес. Так как на колесах автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то величина радиуса качения колес во время движения изменяется.

Радиус качения характеризует путь, пройденный колесом за один оборот. Он соответствует радиусу такого фиктивного жесткого колеса, которое при отсутствии пробуксовывания и проскальзывания имеет одинаковую с действительным колесом угловую и поступательную скорости качения.

Радиус качения колеса зависит от нормальной нагрузки, внутреннего

172

давления воздуха в шине, окружной силы, коэффициента сцепления колеса с дорогой и поступательной скорости движения колеса при его качении.

Расчетный радиус качения rк превышает статический rст на 2–3 %. Приближённо rcт, мм, можно определить по цифрам обозначения шин:

где d – посадочный диаметр обода, мм;

=Н / В (Н и В – высота и ширина профиля шины, мм);

Н– высота профиля шины в свободном состоянии;

λ cм – коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой.

При нагрузке и внутреннем давлении воздуха, указанных в стандартах для шин грузовых автомобилей и автобусов и шин с регулируемым давлением, Н/В ≈ 1. Для легковых автомобилей, если шины имеют дюймовое обозначение, Н/В ≈ 0,95, если смешанное (миллиметрово-дюймовое), Н/В ≈ 0,8...0,85. У радиальных шин легковых автомобилей в обозначение введён индекс, соответствующий отношению Н/В. Для данного автомобиля он равен

0,75 (обозначение шин 205/75R14).

Для шин грузовых автомобилей, автобусов, шин с регулируемым давлением ( кроме широкопрофильных), диагональных шин легковых автомобилей

λ cм = 0,85...0,9, для радиальных шин легковых автомобилей λ cм = 0,8...0,85. Шины согласно стандартам ГОСТ 4754-97 и ГОСТ 5513-97 могут иметь

обозначение, выраженное в дюймах (1 дюйм = 25,4 мм), или смешанное, выраженное в миллиметрах и дюймах.

Примеры обозначения шины:

1)7,50R20 – шина радиальная обычного профиля;

2)315/80R22,5 – шина радиальная низкопрофильная;

3)7,50-20 – шина диагональная,

где 7,50 и 315 – обозначение ширины профиля шины соответственно в дюймах и миллиметрах;

20 и 22,5 – обозначение посадочного диаметра обода в дюймах; R – обозначение радиальной шины;

80 – серия шины (отношение высоты Н к ширине В профиля шины в процентах).

4) 1300×530-533 – шина диагональная широкопрофильная, мм, где 1300 – обозначение наружного диаметра; 530 – ширина профиля; 533 – обозначение посадочного диаметра.

Скорость движения автомобиля

где va − скорость автомобиля, м/с;

173