Проектирование грузового автомобиля

     Для автомобиля с задними ведущими колесами: 

        ,

где – вес, приходящийся на задние колеса, Н;

       – коэффициенты перераспределения нагрузки на задние колеса при функционировании автомобиля на подъеме.

     Значение  коэффициента находится по выражению: 

        ,  

где   – база автомобиля, м;

        – высота центра масс автомобиля, м;

       – коэффициент сцепления колес с дорогой.

       – максимальный угол подъема, преодолеваемый проектируемым автомобилем.

    Значения  и принимаются по прототипу: L = 3,800 м; =0, 85 м.

       Максимальный  преодолеваемый автомобилем угол подъема α находится по формуле:

где f – коэффициент сопротивления качению.

       Принимается f = 0,015. [2]

 

       Передаточные  числа промежуточных передач  рассчитываются из тех соображений, что общий ряд передаточных чисел  коробки передач должен представлять собой геометрическую прогрессию. Тогда расчёт ведётся по формуле:

где U₁ – передаточное число первой передачи;

    n – число ступеней переднего хода, включая прямую передачу (для трёхвальной коробки передач);

    s – номер ступени, для которой рассчитывается передаточное число.

    Передаточное  число второй передачи:

        Передаточное число третьей передачи:

         Передаточное число четвертой  передачи:

      Передаточное число пятой передачи:  
 

1.5 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

      Под внешней скоростной характеристикой  двигателя обычно понимают зависимость  показателей его работы от угловой  скорости выходного (коленчатого) вала при полной подаче топлива в дизелях  или полном открытии дросселя в карбюраторных  двигателях.

      Для построения внешней скоростной характеристики может быть использована формула  С.Р. Лейдермана:

      Интервал  скоростей движения на высшей передаче от до разбивается на 7 промежутков, которые включают в себя:

      ω_{е min} – минимальная устойчивая скорость вращения коленчатого вала (ω_{е min}=80 рад/с);

      ω_М – скорость вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте двигателя;

      ω_N – скорость вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя.

      По  рассчитанным значениям мощности в  каждой точке характеристики определяется крутящий момент двигателя:

Результаты  расчета заносятся в таблицу 1.

  Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя

Таблица 1

         По результатам расчета строится внешняя скоростная характеристика двигателя. 
 

2 Расчет тягово-экономических характеристик автомобиля 

2.1 Тяговая  характеристика и тяговый баланс  автомобиля 

      Тяговая характеристика представляет собой зависимость силы тяги на колесах автомобиля от скорости движения по передачам . Скорость автомобиля для всех ступеней коробки передач рассчитывается в зависимости от скорости вращения коленчатого  вала двигателя. Расчет ведется по формуле:

.

где ω_е – скорость вращения коленчатого вала, рад/с;

    r_k – радиус качения колеса автомобиля, м;

   U₀ – передаточное число главной передачи;

  U_КП – передаточное число рассчитываемой ступени коробки передач;

       Значения  V_a заносятся в столбец 4 таблицы 2.

       Значение  силы тяги Р_Т, Н, рассчитывается в отдельных точках по формуле:

где М_е – крутящий момент на валу двигателя, Н·м;

   η_ТР – КПД трансмиссии.

       Значения  заносятся в столбец 5 таблицы 2.

       Тяговый баланс автомобиля описывается уравнением:

где Р_f – сила сопротивления качению, Н;

   P_n – сила сопротивления подъему, Н;

   P_B – сила сопротивления воздушной среды, Н;

   P_u – сила сопротивления разгону (сила инерции), Н.

       Общая сила сопротивления дороги Р_d будет равна:

где f – коэффициент сопротивления качению;

   α – угол подъема;

  G_a – полный вес автомобиля, Н.

       Для практических значений уклонов дороги (до 10%) значение cos α весьма близко к единице и при расчетах обычно не учитывается. Тогда

,

где i – уклон дороги в долях единицы.

       Суммарный коэффициент сопротивления дороги определяется по формуле:

.

       На  горизонтальном ее участке (i = 0) ψ равен коэффициенту сопротивления качению на указанной дороге . В свою очередь, коэффициент сопротивления качению f зависит от скорости движения автомобиля. Однако учет этой зависимости сильно осложняет выполнение тягового расчета и в то же время практически не дает важного уточнения. Поэтому при выполнении тягового расчета значение f принимается постоянным и .

      При выбранном значении величина остается постоянной для всех расчетных точек на всех передачах. Поэтому значение подсчитывается один раз и в таблицу не заносится:  

.                 

       Сила  сопротивления воздушной среды  Р_В, Н, равна:

где k_B – коэффициент сопротивления воздуха, Н·с²/м⁴;

    F – лобовая площадь автомобиля, м²;

   V_a – скорость автомобиля, м/с.

       Значения  заносятся в столбец 6 таблицы 2.

       Сила  инерции автомобиля P_u после расчета P_д и P_B может быть определена как замыкающий член силового баланса:

       Рассчитанные  значения следует занести в столбец 7 таблицы 2. 

2.2 Мощностной баланс автомобиля 

       Уравнение мощностного баланса автомобиля может быть получено из уравнения  тягового (силового) баланса почленным  умножением его на скорость автомобиля.

       В общем случае уравнение мощностного  баланса имеет вид:

где N_T – мощность, подводимая к колесам, кВт;

   N_f – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления

        качения, кВт;

   N_n – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления

        подъема, кВт;

   N_B – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушной

        среды, кВт;

   N_u – мощность, затрачиваемая на разгон автомобиля, кВт.

       Если, как это обычно делается, обозначить (N_д – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги), то уравнение мощностного баланса примет вид:

       Величина  мощности, подводимая к колесам, равна:

где N_e – мощность в соответствующей точке внешней характеристики

        двигателя, кВт.

       Очевидно, что, если принять значение η_ТР постоянным, то для всех передач значения N_Т при одинаковых значениях скорости вращения коленчатого вала двигателя будут также одинаковы. Кривые будут по своему характеру повторять форму внешней характеристики двигателя, но для высших передач они будут более растянуты по оси абсцисс.

       Рассчитанные  значения N_Т заносятся в столбец 9 таблицы 2.

       Мощность, затрачиваемая на преодоление суммарного сопротивления дороги, кВт, рассчитывается по формуле:

где – вес автомобиля, Н;

       – скорость автомобиля, м/с.

      Для расчета принимается  . Полученные значения заносятся в столбец 10 таблицы 2.

       Мощность  сопротивления воздушной среды  определяется из выражения:

      Значения  записываются в столбец 11 таблицы 2 и по ним строится график. При построении этого графика используется прием, аналогичный тому, который был использован при построении графика в тяговом балансе. Значения откладывается не от оси абсцисс, а от ранее построенного луча, выражающего зависимость . Таким образом, ордината получившейся кривой представляет в принятом масштабе сумму мощностей, затрачиваемых на преодоление сопротивлений дороги и сопротивления воздуха – .