1 Выбор основных параметров проектируемого легкового автомобиля и двигателя

1. Обзор автомобилей – прототипов

Таблица 1 - Характеристики прототипов, проектируемого типа автомобиля

М арка автомобиля (фирма-производитель, страна) Параметр	МАЗ 5440А9 РБ	Scania-R380 Швеция	MAN TGX18.400 Германия
1	2	3	4
Двигатель Тип Рабочий объем Vh ,л Максимальная мощность Pemax при частоте вращения вала nр, кВт(л.с)/об/мин Максимальный крутящий момент Memax при частоте вращения коленчатого вала nM, Нм/об/мин Удельная мощность Руд=Pemax/ma, кВт/т	дизель 11,12 303(412)/ 1900 1870/1200 6,88	дизель 11 280(380)/ 1900 1800/1300 6,3	дизель 14,5 294(399)/ 2200 1900/1300 6,68
Трансмиссия Тип Привод Колесная формула Передаточные числа: коробки передач: u1 u2 u3 u 4 u5 u6 u7 u8 u9 uз.х главной передачи	Механич. задний 4х2 12,24 6,88 4,86 3,5 2,74 1,97 1,39 1,0 0,78 10,04 3,86
		Механич. задний 4х2 12,3 6,86 4,75 3,48 2,69 1,89 1,4 1,0 0,76 10,46 3,08	Механич. задний 4х2 12,18 6,67 4,9 3,46 2,7 1,92 1,33 1,0 0,76 10,14 3,46
Шины, типоразмер	315/80R22,5	315/70R22,5	315/70R22,5
4. Габаритные размеры 4.1 Высота Нг, м 4.2 Ширина Вг, м 4.3 Колесная база L, м 4.4 Коэффициент обтекаемости Сх	4 2,5 3,7 -	3,9 2,5 3,6 -	3,9 2,44 3,6 -
5. Масса 5.1Полная та, т 5.2Снаряженная то, т 5.3 Грузоподъёмность	44 7,75 36,25	44 8,1 35,7	44 8,2 35,64
Динамические характеристики Максимальная скорость Vamax, км/ч	100	85	90
Расход топлива, л/100км При скорости 80км/ч;	31,5	30	32
Вместимость 8.1 Число мест для сидения n	2	2	2

^{1.2 Техническое задание}

Таблица 2 – Данные технического задания на проектирование грузового автомобиля

Параметр	Значение
Двигатель 1.1 Тип 1.2 Коэффициент приспособляемости по частоте вращения коленчатого вала К n 1.3 Коэффициент приспособляемости по крутящему моменту , Км	дизель 1,583 1,228
Трансмиссия: число передач	9
Масса 3.1 Снаряжённая mо, т 3.2 Полная mа, т 3.3Грузоподъёмность mг , т	7,3 44 -
Число мест для сидения n (включая водителя)	2
5. Максимальная скорость Vamax, км/ч	105

2. Параметры проектируемого автомобиля

1. Полная масса

m_a = m_о + n (m_ч + m_б)+m_г; (1)

где m_о = снаряженная масса;

m_г = грузоподъёмность;

m_ч = 75 кг – масса человека;

m_б =5 кг – масса багажа водителя и пассажиров для грузового автомобиля;

n = 2 – число мест для сидения;

m_г = m_a – m_o –n(m_ч +m_б)=44000-7300-2(75+5)=36540 кг

2. Габариты

Основываясь на данных автомобилей - прототипов, принимаем для проектируемого автомобиля:

- габаритную высоту Н_г = 4 м;

- габаритную ширину В_г = 2,5 м;

- колесную базу L = 3,6м;

- коэффициент обтекаемости С_х = 0,6

Рассчитываем коэффициент сопротивления воздуха К_β и площадь лобового сопротивления S:

К_β = 0,5·С_х·ρ; (2)

где ρ=1,225 кг/м³ – плотность воздуха;

К_β = 0,5 ∙ 0,6 ∙ 1,225 = 0,367 Н·с²/м⁴

S = α · В_г · Н_г; (3)

α = 0,75…0,9 – коэффициент заполнения площади

Принимаем α=0,9

S=0,9·2,5·4 =9 м²

3. Трансмиссия

Рисунок 1 – Упрощенная кинематическая схема трансмиссии

Рассчитаем КПД трансмиссии по формуле:

η_т=η_кп·η_дм·η^п_к.ш.·η_о·η^g_кол (4)

где η_кп=0,98 – КПД коробки передач;

η_дм=0,98 – КПД демультипликатора;

η_к.ш.=0,995 – КПД карданных шарниров;

п=2 – число карданных шарниров;

η_о=0,97 – КПД главной передачи;

η_кол=0,98 – КПД колесной передачи;

g=2 – количество колесных передач

η_т=0,98·0,98·0,995²·0,97·0,98²=0,88

1.4 Параметры двигателя

Определим мощность двигателя P_eV, необходимую для движения автомобиля с максимальной скоростью:

; (5)

где - максимальная скорость автомобиля, км/ч;

- КПД трансмиссии;

g=9,81 м²/с – ускорение свободного падения;

m_а – полная масса автомобиля;

= 0,015 коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с максимальной скоростью;

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания – зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя Р_е и М_е от частоты вращения коленчатого вала n, приближенно может быть представлена зависимостью:

, (6)

где Р_е – текущая мощность ДВС, кВт;

Р_еmax – максимальная мощность ДВС, кВт;

a,b,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, принимаем для ДВС проектируемого автомобиля:

n_еmin = 700 об/мин – минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала;

n_р = 1900 об/мин – частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС;

n_емах =n_р = 1900 об/мин –т.к ДВС дизельного типа;

Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, развиваемом ДВС, определяем по соотношению:

n_м = n_p / K_n, (7)

где К_п – коэффициент приспособляемости по частоте вращения коленчатого вала ДВС

n_M = 1900/1,583= 1200 об/мин

Принятые и рассчитанные значения характеристик частот вращения коленчатого вала заносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Характерные частоты вращения коленчатого вала ДВС проектируемого автомобиля

Частота ДВС	обозначение	Величина, об/мин
Минимальная устойчивая	nemin	700
При максимальном крутящем моменте Меmax	nM	1200
При максимальной мощности Реmax	np	1900
Максимальная	nemax	1900

Определим коэффициенты a, b и с:

(8)

(9)

(10)

Если коэффициенты a, b и c определены правильно, то должны выполняться следующие условия:

1) с < 0,

-1,68<0;

2) a+b+c=1,

0,56+2,12+(-1,68)=1;

3) b+2c/К_п=0,

2,12+2·(-1,68)/1,583=0;

4) a+b/К_n+с/К_n²=К_М,

0,56+2,12/1,583+(-1,68)/1,583²=1,228;

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a, b и c заносим в таблицу 4

Таблица 4 – Коэффициенты для построения ВСХ

a	0,56
b	2,12
c	-1,68

Для дизельного ДВС максимальная мощность P_emax равна мощности при максимальной скорости P_eV, т.к. n_emax=n_p

P_emax=307,38 кВт (11)

Рассчитаем удельную мощность Р_уд. Для проектируемого автомобиля:

Р_уд.=Р_emax/m_a, (12)

Р_уд.=307,38/44=6,98 кВт/т

Крутящий момент М_р при максимальной мощности Р_emax:

М_р=9550·Р_emax/n_р, (13)

М_р=9550·307,38/1900=1545 Н∙м

Тогда максимальный крутящий момент М_emax равен:

М_emax=М_р·К_М, (14)

М_emax=1545·1,228=1897 Н∙м

Рассчитанные показатели мощности ДВС Р_emax, крутящего момента M_emax и удельной мощности Р_уд заносим в таблицу 5 и сравниваем с показателями ДВС автомобилей-прототипов.

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

	Рemax кВт/об/мин	Мemax Н∙м/об/мин	Руд. кВт/т
Проектируемый автомобиль	307,38/1900	1897/1200	6,98
Автомобиль-прототип	303/1900	1870/1200	6,88

Значение Р_уд. проектируемого автомобиля лежит заданных в пределах для автопоездов (4,5…8 кВт/т).