Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Чернігівський державний технологічний університет

ОСНОВИ КОНСТРУКЦІЙ АВТОМОБІЛІВ

Методичні вказівки

до практичних занять та виконаннярозрахунково-графічної роботи

для підготовки фахівців за напрямом

6.070106 – “Автомобільний транспорт”

Затверджено

на засіданні кафедри

інтегрованих технологій

машинобудування і автомобілів

Протокол № від 2011 р.

Чернігів ЧДТУ 2011

Основи конструкцій автомобілів. Методичні вказівки допрактичних занять та виконання розрахунково-графічної роботи для підготовки фахівців за напрямом 6.070106 – “Автомобільний транспорт” / Укл.: Хоменко І. М.–Чернігів: ЧДТУ, 2011. – 47 с.

Укладач:

Хоменко Іван Михайлович,

кандидат технічних наук, доцент

Відповідальний за випуск:

Кальченко В.І., завідувач кафедри

інтегрованих технологій

машинобудування і автомобілів,

доктор технічних наук, професор

Рецензент:

Рудик А.В., кандидат технічних наук,

доцент кафедри інтегрованих технологій

машинобудування і автомобілів Чернігівського

державного технологічного університету

Вступ

Методичні вказівки з дисципліни «Основи конструкцій автомобілів» мають на меті шляхом проведення практичних занять і індивідуального виконання розрахунково-графічної роботи (РГР)закріпити знання з теоретичних основ руху автомобіля, будови та розрахунку найбільш важливих його агрегатів, перш за все, автомобільного двигуна; навчитися визначати розміри і розраховувати основні функціональні параметри і показники агрегатів автомобіля.

Практичні заняття і розрахунково-графічна робота виконуються відповідно до варіанту завдання і згідно з вихідними параметрами, які залежать від варіанту завдання і визначаються за схемою, обумовленою у другому практичному завданні даних методичних вказівок.

Номер варіанта визначається залежно від останньої або двох останніх цифр номера залікової книжки.

В процесі проведення практичних занять визначають основні параметри і показники конструкції автомобіля, потужність і інші характеристики двигуна, передавальне число головної передачі, передавальні числа коробки передач.

Вихідні дані, які задаються для проведення розрахунків кожного практичного заняття:

– тип, призначення автомобіля та дорожні умови;

– коефіцієнт зчеплення з дорогою φ, що вибирається з відповідних таблиць залежно від дорожнього покриття. Для доріг із твердим покриттям коефіцієнт зчеплення приймається при розрахунках φ = 0,7;

– маса, що перевозиться автомобілем, т_в, кг (для вантажного автомобіля – вантажопідйомність, для легкового – кількість посадкових місць із водієм включно);

– максимальна швидкість руху автомобіля V_max, м/с на горизонтальній асфальтобетонній дорозі;

– максимальний коефіцієнт опору дороги ψ_mах, що повинен долати автомобіль під час руху;

– кількість ступенів коробки передач;

– мінімальна частота обертання колінчастого вала; фази механізму газорозподілу; максимально допустима швидкість заряду робочого тіла у прохідному перерізі впускного клапана (для двигуна внутрішнього згоряння).

Розрахунково-графічна робота за темою, що обумовлена в методичних вказівках до другого і третього практичних занять.

Обсяг розрахунково–графічної роботи – 12…15 аркушів машинописного тексту, викладеному на папері формату А4.

Графіки в розрахунково-графічній роботі виконується у вигляді креслень, які можуть виконуватись на міліметровому папері олівцем. Креслення повинні відповідати вимогам ЄСКД.

Практичне заняття 1. Тема:Конструктивні параметри і показники автомобілів

Основні параметри автомобіля

Автомобіль ВАЗ-2115 Самара-2 - передньоприводний седан, перший представник оновленого складу автомобілей "Самара".  Модельний ряд включає 3-дверний хэтчбек ВАЗ- 2113, 5-дверний хэтчбек ВАЗ- 2114 і, власно, седан ВАЗ- 2115. Автомобілі Самара-2 являють собою модернизацію моделей ВАЗ -2108, 2109 и 21099.  В 1997 г. седан ВАЗ- 2115 почали збирати в «Опытно-промышленном производстве» (ОПП), з 2001 г. почалося збирання і на заводському конвейєрі. Зараз ВАЗ -2115 знаходиться в широкому продажі. Існують три варианти виконання: стандарт (21150-20), норма (21150-21) і люкс (21150-22). По вартості автомобіль займає проміжне положення між "Самарами" и "десятим" семейством.  Зовнішність машини змінилась - змінені передня та задня частини, обновлен салон, при цьому боковини, двері і криша залишились без змін. Передня частина кузова виконана з оригінальними передніми фарами, змінена форма капота і передниіх крил, нові задні фонарі зі вставкою між ними, бампери окрашені в колір кузова, спойлер багажника з додатковим стоп-сигналом, молдинги дверей, обтекателі порогів, нова кришка багажника раз'ємом по рівню пола. Передбачена нова ефективна світлотехніка. Модернизація покращила зовнішній вигляд машини, а

також покращила аеродинаміку автомобіля.  Салон автомобіля ВАЗ-2115 став більш комфортабельним, з'явилась нова панель приборов, яка має більш ергономічну форму, кнопочні переключателі з підсвіткою і контрольні лампи (т.н. "европанель"), регулюєма рулева колонка, руль від "десятого" семейства, "консоль" між передніми сидіньями. Нова конструкція опаливателя забезпечує ефективний обігрів салона. До стандартної комплектації входить бортова система оповіщення водія о закритті замків дверей, незастебнутих ремнях безпеки, залишеному в замку ключі запалення, рівні масла і охолоджуючої рідинии в двигуні, граничному зносі тормозних колодок. Багажне віділення стало більш вмістким, за рахунок збільшення кришки багажника. Силові агрегати аналогічні ВАЗ-21099.  На автомобілях застосовуються 1,5-литрові бензинові двигуни як карбюраторні, так і з електронною системою керування впорскування палива з 5- швидкістною механічною коробкою передач. Спочатку випускались модифікації з карбюраторним двигуном. В 2001 году вийшла модифікація ВАЗ- 2115i з інжекторним (ВАЗ -2111) двигуном з розподіленим вприскуванням палива. Для підвищення довговічності раоботи і зниження шума на холостому ходу передбачається новий ведомий диск зчеплення з демпфером холостого ходу.  В модельном ряду АО "АВТОВАЗ" представлена модифікация ВАЗ-2115 с двигуном з розподіленим впорскуванням палива, яка має високодинамічні якості, добру керованість та стійкість на різних типах дорог.

Рисунок 1 – Зовнішній вигляд автомобіля ВАЗ -2115

На рисунку 2 зоброжено габаритні розміри автомобіля

Рисунок 2- Габаритные размеры (справочные) автомобиля ВАЗ-2115

Технічні характеристики автомобілей зведені до таблиці і дозволяють зробити порівняльний аналіз моделей автомобілів.

Показатель	ВАЗ-2114-20	ВАЗ-2115-20		ВАЗ-2115-01
Общие данные
Количество мест	5
Полезная масса, кг	425
Снаряженная масса, кг	970	985		985
Габаритные размеры автомобилей с собственной массой		см. рис. 2
Максимальная скорость, км/ч		158
Время разгона с места с переключением передач на автомобиле с полной массой до скорости 100 км/ч, с	13,2
Показатель	ВАЗ-2114-20	ВАЗ-2115-20		ВАЗ-2115-01
Двигатель
Модель	2111		21083
Тип	четырехтактный, бензиновый, с распределенным впрыском топлива		четырехтактный, бензиновый, карбюраторный
Число и расположение цилиндров	4, в ряд
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм	82x71
Рабочий объем, л	1,499
Степень сжатия	9,8
Номинальная мощность по ГОСТ 14846 (нетто) и по ISO 1585 при частоте вращения коленчатого вала 5400 мин1, не менее, кВт	56,4
Номинальная мощность по ГОСТ 14846 (нетто) и по ISO 1585 при частоте вращения коленчатого вала 5400 мин1
Номинальная мощность по ГОСТ 14846 (нетто) и по ISO 1585 при частоте вращения коленчатого вала 5600 мин1, не менее, кВт			49
Порядок работы цилиндров
Трансмиссия
Сцепление	однодисковое, сухое, с диафрагменной нажимной пружиной
Привод выключения сцепления	тросовый, беззазорный
Коробка передач	пятиступенчатая, с синхронизаторами на всех передачах переднего хода Главная передача цилиндрическая, косозубая. Дифференциал конический, двухсателлитный
Передаточные числа: первая передача вторая передача третья передача четвертая передача пятая передача задний ход главная передача	3,636 1,95 1,357 0,941 0,784 3,5 3,706
Привод передних колес	валами с шарнирами равных угловых скоростей
Ходовая часть
Передняя подвеска	независимая, с телескопическими амортизационными стойками, с винтовыми цилиндрическими пружинами, нижними поперечными рычагами с растяжками и стабилизатором поперечной устойчивости
Задняя подвеска	с винтовыми цилиндрическими пружинами, телескопическими гидравлическими амортизаторами двустороннего действия и продольными рычагами, упруго соединенными поперечной балкой
Колеса размер обода	дисковые, штампованные 5J-13H2
Шины размер шин	радиальные, низкопрофильные, бескамерные 165/70R13, 175/70R13
Рулевое управление
Тип рулевого управления	травмобезопасный, с регулируемым наклоном рулевой колонки
рулевой механизм	шестерня-рейка
Рулевой привод	две тяги с резинометаллическими шарнирами со стороны рулевого механизма и шаровыми шарнирами со стороны поворотных рычагов
Тормоза
Рабочая тормозная система:
передний тормозной механизм	дисковый, с подвижным суппортом и автоматической регулировкой зазора между диском и колодками
задний тормозной механизм	барабанный, с самоустанавливающимися колодками и автоматической регулировкой зазора между колодками и барабаном
тормозной привод	гидравлический двухконтурныи с диагональным разделением контуров, с вакуумным усилителем и регулятором давления
Стояночный тормоз	ручной, с тросовым приводом на колодки тормозных механизмов задних колес
Электрооборудование
	однопроводная, отрицательный полюс источников питания соединен с "массой"
Номинальное напряжение	12В
Аккумуляторная батарея	6СТ-55А, зарядом 55 А-ч
Генератор	переменного тока со встроенным выпрямительным блоком и электронным регулятором напряжения
Стартер	дистанционного управления с электромагнитным включением и муфтой свободного хода
Кузов
Модель Тип Модель Тип	ВАЗ-2115 седан, цельнометаллический, несущей конструкции, четырехдверный (для автомобилей ВАЗ-2115) ВАЗ-2114 хэтчбек, цельнометаллический, несущей конструкции, пятидверный (для автомобилей ВАЗ-2114)

2 Визначаємо повну масу автомобіля:

, (1.1)

де = власна маса автомобіля, кг; кг

–маса вантажу, який перевозиться, кг;

= 75кг– маса пасажира та водія;

z = 4 - число місць для пасажирів;

=50кг- маса багажу.

кг

Масу вантажу не враховуємо тому, що автомобіль легковий.

Згідно паспортних даних складає 425кг. Тобто розрахунок підтверджує характеристику автомобіля.

Власна маса автомобіля М0 – його маса у спорядженому стані без вантажу ( складається із сухої маси автомобіля та маси палива, охолоджувальної рідини, запасного колеса ( коліс), інструменту, обов’язкового обладнання).

Споряджена маса автомобіля складає 985кг згідно технічної характеристики.

Масу (кг), що припадає на кожну з осей двовісного автомобіля (індекс указує на номер осі), визначаємо за формулами:

M₂ = (0,62...0,67) M_a; (1.2)

M₂ = 0,65∙985= 610,7 кг.

кг.

Повна вага автомобіля (Н) визначається за формулою:

G_а =М_а g. (1.3)

Чисельне значення у нашому випадку:

G_а =985∙9,81=9662,85 Н.

3 БазаавтомобіляLприймається, орієнтуючись на існуючі конструкції автомобілів.

Координати центра мас згідно з базою знаходять за формулами:

; (1.4)

; (1.5)

де, а – відстань від передньої осі до центра мас автомобіля, мм;

а =1230мм

b - відстань від задньої осі до центра мас автомобіля, м.

Прийнявши за прототипом базу автомобіля L = 4,33 м, отримаємо:

м ;

м.

Висоту центра мас для вантажних автомобілів h_счасто приймають рівною 0,8м .

Координати центра мас автомобіля можна взяти з результатів лабораторної роботи за темою « Bизначення координат центра мас автомобіля» або визначити шляхом вивішування автомобіля-прототипу.

Схеми вивішування автомобіля наведено на рисунку1.1.

Рисунок 1.1 – Схеми вивішування автомобіля при визначенні координат центра мас

Відстань b визначають з рівняння моментів відносно точки опори С при горизонтальному розташуванні автомобіля, підвішеного за передню частину:                                                   b = P₁∙ L₁/ G (1.6) де P₁ – показання динамометра;

G – вага автомобіля;

L₁ – відстань по горизонталі між проекціями на опорну поверхню точки опори і точки підвісу. Для визначення вертикальної координати центру мас hс передню частину автомобіля піднімають на деяку висоту. Кут підйому дуже малим вибирати не слід, оскільки при цьому знижується точність вимірювань. Координату hс визначають з рівняння моментів відносно точки С перетину перпендикуляра ОС до опорної поверхні, що проходить через точку опори, і лінії, що проходить через точку підвіски паралельно опорній поверхні:                                     b∙Gcosa – h₁∙G sina = L₁∙P₂∙cosa, (1.7) звідки                                            h₁ = ctgα (b – P₂∙L₁ / G), (1.8) де α – кут підйому автомобіля над горизонтальною площиною;

сtgα = L₂ / h_под;

P₂ – показання динамометра;

L₂ – відстань по горизонталі між проекціями на опорну поверхню точки опори і точки підвісу; L₂ =2460мм

h₁ – проекція відстані від центру ваги до точки підвісу на площину, що перпендикулярна площині руху.

Уточнення колісної формули

Колісну формулу автомобіля визначають, користуючись наступними умовами.

Повнопривідний автомобіль приймається у випадку, якщо:

–для двовісних автомобілів з одинарними колесами задньої осі;

де, φ - коефіцієнт зчеплення коліс із дорогою; приймається φ = 0,7;

ψ_max – максимальний коефіцієнт опору асфальтобетонної дороги; приймають для розрахунку = 0,25.

Після підстановки чисельних значень знаходимо:

Отже, у нашому випадку приймаємо неповнопривідний автомобіль.

Вибір шин

Шини вибирають згідно з Держстандартами 4754-80 "Шины пневматические для легковых автомобилей", 5513-97 "Шины пневматические для грузовых автомобилей".

Умовні позначки на бічній поверхні шини вказують на її параметри :

В – ширина, Н –висота її профілю, посадковий d і зовнішній D діаметри покришки.

Більшість вітчизняних шин мають позначення розмірів у мм ( у дужках – розміри в дюймах). Наприклад, В - d→ 170 - 380 ( 6,70 - 15).

Інколи зустрічається у позначеннях сполучення. Наприклад, D Х В – d → 1200 Х 500 – 508.

Індекси швидкості вказують на максимальні швидкості руху. Позначаються латинськими буквами : L – до 120 км/год; P – до 150 км/год; Q – до 160 км/год; S – до 180 км/год.

Індекси вантажопідйомності вказують на максимальне навантаження на шину: 75→ 3870Н ; 85 → 5750 Н ; 103 → 8750Н.

Зі стандарту виписують: позначення шини ( наприклад, 240-508(8,20 -20)), максимальне навантаження на шину G_{к max}, зовнішній діаметр шини без

навантаження D (мм), посадковий діаметр шини d (мм), допустиму швидкість руху V_max. (м/с).

 Приклад: 185/65 R15 87Т - розмір шини та її технична характеристика:

185 –ширина профіля шини в мм;

65 - відношення висоти профіля до її ширини, в процентах; R –радіальна конструкція шини;

15 - посадочный диаметр обода в дюймах; 87 - індекс грузопідъємності.

Ряд зарубіжних фірм вказують максимальную нагрузку (MAX LOAD) в кг. і англійских фунтах; Т - індекс максимальної швидкості, на яку розрахована шина 

- надпис "Radial" - вказує на радиільну конструкцію шини;

- "Tubeless" - маркировка безкамерної шини. Камерная шина позначается "TUBE TYPE";

- "M+S" (Mud+Snow -грязь+снег) - тип рисунка протектора. Маркировка позначає, що шина призначена для експлуатації в зимовий період і по грязі.

- цифри 376 - дата випуску шини: виготовлена на 37-й недели 1996 года

- знак Е одним цифровим індексом (на шинах може бути двоцифровой індекс) вказує, що шина перевірена на відповідність европейскому стандарту безпеки - Правилу N 30 Европейскої економічної комісії ООН. Індекс в кружке - умовний номер країни, де призначена правительством комісія провела перевірку. Наприклад, Е - перевірено в Швеції. П'ятизначний (може бути і шестизначний) індекс, нанесений поряд с кружком, означає номер сертифіката, о результатах перевірки, и виданого країной, провівшей проверку;

Навантаження на одне колесо будь-якої осі становить

G_кi = Gi /nкi,(1.9)

де і – номер осі;

nкi– кількість коліс, встановлених на осі (кожне здвоєне колесо враховується як два).

Таким чином, для передньої осі G_к1 ,Н , для всіх автомобілів визначають за формулою

; (1.10)

Після підстановки значень параметрів отримуємо:

Н.

Навантаження на одне заднє колесо автомобіля за умови, що маємо одну задню вісь і задні колеса нездвоєні, Н :

. (1.11)

Після підстановки значень параметрів знаходимо:

Н.

Згідно з Держстандартом 4754-80 "Шины пневматические для легковых автомобилей" знаходимо:

165/70R13, 175/70R13

– позначення шини 175/70R13

– максимальне навантаження на шину G_{к max}= 20,21 кН

– зовнішній діаметр шини без навантаження D=976 мм

– допустима швидкість руху V_max. =155к м/год.

Важливим показником автомобільної шини є її радіус. Розрізняють наступні радіуси :

– номінальний r_н ( вказано у маркуванні шини) ;

– статичний r_с – відстань від геометричної осі колеса до його опорної поверхні при дії лише вертикального навантаження;

– динамічний rд – відстань від геометричної осі колеса до опорної поверхні при його коченні;

– кінематичний r_к – відстань від геометричної осі колеса до миттєвого центра його обертання.

З достатньою точністю кінематичний радіус колеса r_к (мм) можна визначити за формулою:

; (1.12)

де, d – діаметр обода, мм;

D – зовнішній діаметр колеса без навантаження, мм;

λ_z – коефіцієнт вертикальної деформації. λz = 0,88…0,92 (менші значення беруть для легкових автомобілів, більші – для вантажівок і автобусів).

Позначення колеса – розмір ободу 5J-13H2

Динамічний радіус колеса r_d та статичний – r_с при розрахунках приймають рівним статичному радіусу r_с , наведеному в стандарті, тобто вважають, що r_d ≈ r_к ≈ r_с . В подальших розрахунках будемо користуватись поняттям радіус колеса r_к, вважаючи, що для визначення параметрів динаміки автомобіля – це динамічний радіус r_d, а параметрів кінематики – це радіус кочення колеса r_к..

Підставляючи в формулу (1.15) параметри шини, знаходимо:

мм.