2 Тягово-динамический расчет проектируемого автомобиля и двигателя

2.1 Обзор автомобилей-прототипов

Тягово-динамический расчет выполняется в соответствии с методическими указаниями к выполнению курсового проекта по дисциплине: «Конструкция, теория и основы расчета автомобиля».

Приводим свободную таблицу характеристик автомобилей-прототипов данного класса

Таблица 1 – Характеристики прототипов, проектируемого типа автомобиля

Марка автомобиля (фирма – производитель страна) Параметр	Fiat Idea 1.3 td multijet Италия	Audi A2 1.4 tdi Германия	Skoda Fabia 1.4 tdi Чехия
1	2	3	4
1 Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем Vh , л 1.3 Максимальная мощность Рemax при частоте вращения вала np, кВт (л.с)/об/мин 1.4 Максимальный крутящий момент Memax при частоте вращения коленчатого вала nM Нм/об/мин 1.5 Удельная мощность Pуд=Рemax/ma/кВт/т	Дизель 1,3 52(70)/4000 180/1750 -	Дизель 1,4 55(75)/4000 195/2200 -	Дизель 1,4 59(80)/4000 195/2200 -
2 Трансмиссия Тип Привод Колесная формула Передаточные числа: коробки передач: первой передачи U1 U2 U3 U4 U5 Uз.х. главной передачи UГ.П.	Механическая Передний 4х2 3,909 2,238 1,444 1,029 0,767 3,909 3,563	Механическая Передний 4х2 3,45 2,10 1,39 1,03 0,81 3,18 3,88	Механическая Передний 4х2 3,77 2,10 1,39 1,03 0,81 3,18 4,188
3 Шины, типоразмер	195/65 R15	175/60 R15	165/70 R14

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4
4 Габаритные размеры 4.1 Высота Нг, м 4.2 Ширина Вг, м 4.3 Колесная база L, м 4.4 Коэффициент обтекаемости Cx	1,660 1,698 2,508 0,28	1,553 1,673 2,405 0,28	1,498 1,642 2,462 0,28
5 Масса 5.1 Полная, т 5.2 Снаряженная, т 5.3 Сухая, т	1,700 1,200 -	1,535 1,020 -	1,665 1,150 -
6 Динамические характеристики Максимальная скорость Vamax, км/ч Время разгона tp, c 0 – 100 км/ч	159 15,4	173 12,1	171 13,7
7 Расход топлива, л/100 км: При скорости 120 км/ч	4,5	4,5	4,8
8 Вместимость Число мест для сидения, n	5	5	5

2.2 Техническое задание

Исходные данные для сравнения приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Данные технического задания на проектирование легкового автомобиля

Параметр	Значения
1 Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем, л 1.3 Коэффициент приспособляемости по частоте вращения, Кn 1.4 Коэффициент приспособляемости по моменту, Км	1
	Дизель 1,3 2,29 1,49
2 Трансмиссия: число передач	5
3 Масса 3.1 Сухая, 3.2 Снаряженная 3.3 Полная	- - 1,700
4 Число мест для сидения n (включая водителя)	5
5 Максимальная скорость Vamax, км/ч	159

2.3 Параметры автомобиля

2.3.1 Снаряженная масса автомобиля

m_cн=m_a –n(m_ч+m_б) (1)

где m_a – полная масса, кг;

m_ч = 75кг – масса человека;

m_б =10кг – масса багажа водителя и пассажиров;

n – число мест для сидения.

m_cн=1700-5 (75+10)=1275 кг

2.3.2 Габариты

Основываясь на данных сравниваемых автомобилей, принимаем:

- габаритную высоту, В_Г = 1,698 м;

- габаритную ширину, Н_Г = 1,660 м;

- колёсную базу, L = 2,508 м;

- коэффициент обтекаемости, С_Х = 0,28.

Рассчитываем коэффициент сопротивления воздуху К_В и площадь лобового сопротивления А_В:

К_В = 0,5С_Х ρ, (2)

где ρ – плотность воздуха,

ρ = 1,225 кг/м³;

К_В = 0,5 0,28 1,225 = 0,171 Н с²/м⁴,

А_В = α В_Г Н_Г, м² (3) где α – коэффициент заполнения площади,

α = 0,78…0,8

принимаем α = 0,78;

Ав = 0,78 1,698 1,660 = 2,198 м².

2.3.3 Трансмиссия

Колесная формула 4х2.

Передний привод.

Рисунок 10-Кинематическая схема трансмиссии

Находим КПД механической трансмиссии:

₍₄₎

где = 0,95…0,98 – КПД коробки передач;

= 0,995 – КПД карданных шарниров;

n - число карданных шарниров;

= 0,93…0,97 КПД ГП;

p - количество ГП

= 0,97 0,995⁴ 0,97 = 0,92.

2.4 Параметры двигателя

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

(5)

где V_amax – максимальная скорость автомобиля, км/ч;

- КПД трансмиссии

- 9,81 м/с² – ускорение свободного падения

m_a - полная масса автомобиля

- коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с максимальной скоростью;

для легковых автомобилей - = 0,025…0,04

K_B и S_В определены в пункте 2.3.2

Основываясь на данных по ДВС автомобилей прототипов принимаем для ДВС сравниваемых автомобилей:

n_emin = 600об/мин – минимально устойчивую частоту вращения коленчатого вала;

n_p – частоту вращения коленчатого максимальной мощности, развиваемой ДВС

n_p=4000 об/мин

Так как двигатель дизельный то:

n_emax = n_p (6)

где n_emax – максимальная частота вращения коленчатого вала ДВС

n_emax =4000 об/мин

Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте развиваемом ДВС:

n_M=n_p/k_n (7)

n_M =4000/2,29=1746 об/мин

Таблица 3-Значения характерных частот вращения коленчатого вала ДВС

Частота ДВС	Обозначение	Величина об/мин
Минимально устойчивая	nemin	600
При максимальном крутящем моменте Мemax	nM	1746
При максимальной мощности Pemax	np	4000
Максимальная	nemax	4000

Формулы для расчета значений внешней скоростной характеристики не учитывают особенностей турбонаддува современных дизельных двигателей. В связи с этим необходимо снизить значение коэффициента приспосабливаемости по моменту с 1,49 до любого значения из интервала 1,05-1,25. Принимаем Км=1,15

Определяем коэффициенты a,b и с, для данного ДВС:

₍₈₎

₍₉₎

₍₁₀₎

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

с<0

-0,47269<0

a+b+c=1,

1,05986+0,412835-0,47269=1

b+2c/k_n=0,

0,412835+2 (-0,47269)/2,29 =0

a+b/k_n+c/k_n² = k_M,

1,05986+0,412835/2,29+(-0,47269)/2,29²=1,15

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a,b и с заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Коэффициенты для построения ВСХ

a	1,05986
b	0,412835
c	-0,47269

_{Pemax определим по формуле:}

_{Pemax = Pev (11)}

_{Pуд=Pemax/ma, кВт/т (12)}

_{Pуд=55,1/1,7=32,41 кВт/т}

Крутящий момент M_p при максимальной мощности Р_emax:

М_р=9550 Р_emax/n_p (13)

М_р=9550 55,1/4000 = 131,55 H м

где Р_emax, кВт;

n_p, об/мин

M_emax=М_р К_М Н м

M_emax = 131,55 1,15=151,28 H м/об/мин;

Таблица 5 – Основные показатели ДВС

Pemax кВт(л.с.)/об/мин	Memax H м/об/мин	Руд кВт/т
55,1 (73)/4000	151,28/4000	32,41

2.5 Тягово-динамический расчет проектируемого автомобиля

2.5.1 Построение внешней скоростной характеристики проектируемого автомобиля

Внешняя скоростная характеристика ДВС приближенно может быть представлена зависимостью для эффективной мощности:

(14)

эффективный крутящий момент ДВС определяется следующей зависимостью:

(15)

Таблица 6 – Внешняя скоростная характеристика первого автомобиля

Обозначение	nemin1	ne2	ne3	nм	nе	ne6	ne7	ne8	ne9	nemax10
ne, об/мин	600	1000	1400	1746	2200	2600	3000	3400	3800	4000
Ре, кВт	9,18	15,61	22,11	27,66	34,67	40,42	45,61	50,08	53,68	55,1
Ре, л.с.	12,48	21,23	30,06	37,61	47,14	54,96	62,02	68,1	73	74,93
Ме, Н м	146,17	149,11	150,48	151,28	150,48	148,45	145,17	140,66	134,89	131,55