1.2 Пример расчета тсх легкового автомобиля с 5-ти ступенчатой мп (механической передачей).
1.2.1 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя с искровым
зажиганием.
а) Определение потребной мощности энергетической установки легкового автомобиля
при максимальной скорости (формула (1)).
Ne,vmax = Vmax (Ga · Ψv · kВ + F · Vmax2)/1000 · ηт · kP, [кВт]
Из исходных данных задания, по прототипу [2] и литературы [1] принимаем:
Vmax = 190/3.6 = 52.778 (м/с);
ma = mc + mп = 900+5*80+50 = 1350, (кг) – полная масса автомобиля;
ηт = 0.94 – КПД трансмиссии, значение принято из расчета на то, что в данной трансмиссии применяется синтетическое масло;
kP = 0.955;
Учитывая хорошую обтекаемость автомобиля, выбираем Сх=0.3;
Тогда kВ = 0.5 * Cx * ρВ = 0.5·0.3·1.225 = 0.18 (кг/м3) – коэффициент обтекаемости, (кг/м3)
Площадь обтекаемого Миделя:
– Fл = 0.8 * Bг * Hг = 0.8 * 1.68 * 1.42 = 1.908 (м2),
где Вг – габаритная ширина автомобиля, (м)
Нг – габаритная высота автомобиля, (м)
Фактор обтекаемости:
– kВ Fл = 0.18∙ 1.908 = 0.343 (кг/м),
Коэффициент суммарного дорожного сопротивления (формула (2)):
– Ψvmax = fvmax + iVmax = fvmax = f0(1 + kf Vmax2);
Принимаем iVmax = 0, что соответствует движению по горизонтальной дороге,
Kf = 0.0005184 – коэффициент учитывающий влияние скорости на сопротивление
качению,
f0 = 0.008 – коэффициент сопротивления качения при малой скорости на асфальто-бетонной поверхности в хорошем состоянии при движении на которой будет достигнута максимальная скорость,
– Ψvmax = 0.008(1+0.0005184 * 52.7782) = 0.019552,
– Ne,vmax = 52.778(13230 * 0.019552 + 0.18 * 1.908 * 52.7782)/1000 * 0.94 * 0.955 = 71.452
[кВт],
Изменением значений коэффициентов f0 и kВ в рекомендованных пределах можно по значению максимальной мощности приблизиться к прототипу.
б) Определение набора расчетных частот, мощностей и крутящих моментов для
построения внешней скоростной характеристики.
б.1) Предварительное определение набора расчетных частот:
Соотношение частот для автомобильных двигателей.
Для легковых автомобилей принимаем
отношение:
,
тогда
при nN = 5600 (мин-1) ; nmax = 1.1· nN = 5600 · 1.1 = 6160 (мин-1),
nм= (0,4…0,77)nN
по данным прототипа nМ = 3700 (мин-1),
Для автомобильных двигателей с впрыском топлива nmin= 750…950 мин-1,
принимаем nmin = 750 (мин-1),
Определение промежуточных частот nx1 и nx2 (формулы (7) и (8)):
nx1=
–
nx2=
1.б.2) Определение стендовых значений мощности для внешней скоростной характеристики
на расчетных частотах.
Максимальная мощность энергетической установки (формула (3))
где Аnx=
,
Nе,nmin = 72.985[750/5600 + (750/5600)2 – (750/5600)3] = 10.909 [кВт],
Nе,nx1 = 72.985[2225/5600 + (2225/5600)2 – (2225/5600)3] = 35.942 [кВт],
Nе,nM = 72.985[3700/5600 + (3700/5600)2 – (3700/5600)3] = 59.032 [кВт],
Nе,nx2 = 72.985[4650/5600 + (4650/5600)2 – (4650/5600)3] = 69.14 [кВт],
Nе,nN = 72.985[5600/5600 + (5600/5600)2 – (5600/5600)3] = 72.985 [кВт],
Nе,nmax = 72.985[6160/5600 + (6160/5600)2 – (6169/5600)3] = 71.452 [кВт],
1.б.3) Определение значений крутящего момента при 100% подаче топлива на расчетных
частотах. (формула (4))
Mкnmin = 9550 * 10.909/750 = 138.908, [H м]
Mкnx1 = 9550 * 35.942/2225 = 154.268, [H м]
MкnМ = 9550 * 59.032/3700 = 152.366, [H м]
Mкnx2 = 9550 * 65.002/4650 = 141.997, [H м]
MкnN = 9550 * 72.985/5600 = 124.465, [H м]
Mкnmax = 9550 * 71.452/6160 = 110.774, [H м]
Из анализа значений моментов для различных предварительно выбранных частот nx видно, что максимальное значение крутящего момента приходится на частоту вращения коленчатого вала nx1, следовательно необходимо произвести пересчет частот и соответствующих им значений мощности и крутящего момента.
1.б.4) Выбор окончательных значений расчетных частот:
nmin = 750 (мин-1) – минимальная частота,
nx1=
- первая дополнительная расчетная
частота;
nx2=
- вторая дополнительная расчетная
частота;
nМ = 0.5 nN = 0.5 * 5600 = 2800 (мин-1) – частота, соответствующая максимальному
крутящему моменту,
nN = 5600 (мин-1) – частота, соответствующая номинальной (максимальной) мощности),
nmax = 6160 (мин-1) – частота, соответствующая максимальной скорости проектируемого
автомобиля.
Тогда: Nе,nmin = 72.985[750/5600 + (750/5600)2 – (750/5600)3] = 10.909 [кВт],
Nе,nx1 = 72.985[1755/5600 + (1755/5600)2 – (1775/5600)3] = 28.142 [кВт],
Nе,nM = 72.985[2800/5600 + (2800/5600)2 – (2800/5600)3] = 45.616 [кВт],
Nе,nx2 = 72.985[4200/5600 + (4200/5600)2 – (4200/5600)3] = 65.002 [кВт],
Nе,nN = 72.985[5600/5600 + (5600/5600)2 – (5600/5600)3] = 72.985 [кВт],
Nе,nmax = 72.985[6160/5600 + (6160/5600)2 – (6169/5600)3] = 71.452 [кВт],
Mкnmax = 9550 * 10.909/750 = 138.908, [H м]
Mкnx1 = 9550 * 28.142/1775 = 151.412, [H м]
MкnМ = 9550 * 45.616/2800 = 155.583, [H м]
Mкnx2 = 9550 * 65.002/4200 = 147.802, [H м]
MкnN = 9550 * 72.985/5600 = 124.465, [H м]
Mкnmax = 9550 * 71.452/6160 = 110.774, [H м]
Из расчета видно, что при частоте nx = 2800 (мин-1), значение крутящего момента максимально, следовательно, данная частота есть nM = 2800 (мин-1).
Полученные значения Ne, Мк и принятые окончательно значения частот заносятся в таблицу 1.1 и строятся графики Nе=f(n) и Мк=f(n) внешней скоростной характеристики (100% подачи топлива) (рис. 1.2а).