Теоретическая оценка возможности работы автомобиля в заданных условиях эксплуатации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Автомобили и  технологические машины»

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Автомобили  ч. II»

на тему: «Теоретическая оценка возможности работы

автомобиля в заданных условиях эксплуатации»

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы: ЭТС-10                                       Урасов К. А.

Проверил и принял:                                                                Свиридов Е.В.

 

 

 

 

 

Пермь, 2013

Содержание

1.Исходные  данные для расчетов 3

2. Расчет  и построение внешней скоростной  характеристики двигателя. Оценка  приспособляемости двигателя 5

3.Расчет КПД  и передаточных чисел трансмиссии 8

4. Расчет  и построение тяговой характеристики  АТС 10

5. Расчет  и построение динамического паспорта  АТС 14

6. Расчет  и построение мощностной характеристики  автомобиля 18

7. Оценка  разгонных свойств автомобиля 22

8. Расчет  и построение топливно-экономической  характеристики 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные данные для расчетов

1. Краткая характеристика АТС – ГАЗ 3307 (щебень).

Показатели	Единицы измерения	Условное обозначение	Численное значение
Колесная формула	-	-	4х2
Снаряженная масса	Кг	mc	3200
Полная масса /ведущая ось	Кг	M	7850/5815
Габаритные размеры	Мм	B	2330
		L	6330
		hg	2350
Максимальная скорость	км/ч	υмах	90
Время разгона до 80 км/ч	С	tp	64
Двигатель ЗМЗ-4063
Номинальная мощность	кВт	NH	84,5
Частота вращения коленчатого  вала при номинальной мощности	об/мин	nн	4200
Удельный расход топлива  при номинальной мощности	г/кВт ч	ge(NH)	300
Максимальный крутящий момент	Н m	Ммах	247,7
Частота вращения при максимальном крутящем моменте	об/мин	nМ	2250
Трансмиссия
Передаточный числа коробки  передач
1		Uкп 1	6,55
2		Uкп 2	3,09
3		Uкп 3	1,71
4		Uкп 4	1
Передаточное число главной  передачи		Uгп	6,17
Размер пневматических шин			8,25 R20

 

Таблица 1.2 – Принятые значения коэффициентов.

Наименование	Условное обозначение	Числовое значение
Коэффициент холостых потерь в трансмиссии	Кхол	0,04
Коэффициент эксплуатационных нагрузок	ӽэ	1
КПД цилиндрической пары зубчатых колес	ɳц	0,985
КПД конической пары зубчатых колес	ɳк	0,975
КПД карданного шарнира	ɳкш	0,995
Коэффициент сопротивления  качению	F	0.02
Коэффициент сцепления колес  с опорной поверхностью		0,6
Коэффициент обтекаемости	С
Коэффициент аэродинамического  сопротивления	К	0,4

 

 

 

 

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Оценка приспособляемости двигателя

Эффективная  мощность двигателя  для интересующего режима работы:

,

 

где  a=b=c=1 – коэффициенты, выбираемые с учетом типа двигателя при расчете;

N_H -  номинальная мощность, кВт;

n_н – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности, об/мин;

n – текущая частота вращения коленчатого вала, об/мин.

- коэффициент характеризующий  степень использования оборотов  двигателя.

Эффективная номинальная  мощность при минимальном коэффициенте использования оборотов двигателя ( ):

Эффективный крутящий момент на коленчатом валу, Н*м:

 

При :

Полученные значения эффективной  мощности и крутящего момента  представлены в таблице 2

 

 

 

 

 

Таблица 2 – Результаты расчета  эффективной мощности и крутящего  момента.

	n, об/мин	Ne, кВт	Ме, Н*м	Примечание:   Nе=84,5 кВт nн=4200 об/мин
0,2	840	19,60	222,88
0,3	1260	30,67	232,49
0,4	1680	41,91	238,25
0,5	2100	52,81	240,17
0,6	2520	62,87	238,25
0,7	2940	71,57	232,49
0,8	3360	78,42	222,88
0,9	3780	82,89	209,43
1	4200	84,50	192,14
1,1	4620	82,73	171,00
1,2	5040	77,06	146,02

 

 

Коэффициенты  приспособляемости.

Чтобы оценить, какие перегрузки способен преодолеть двигатель необходимо определить коэффициенты приспособляемости, которые рассчитываются по формулам:

Коэффициент приспособляемости  по нагрузке:

  
где М_{е мах} - максимальный крутящий момент двигателя, Н*м; 
                 М_н – крутящий момент двигателя при номинальной мощности, Н*м;

Коэффициент приспособляемости  по частоте вращения:

n_м – частота вращения коленчатого вала при М_{е мах}, об/мин; 
n_н  - частота вращения коленчатого вала при N_{е мах}, об/мин;

Графическая зависимость  представлена на рисунке 1.

Вывод: Согласно графику, полученному  по результатам расчетов эффективной  мощности и крутящего момента, данный автомобиль обладает приемлемыми коэффициентами приспособляемости (К_м=1,25, =2), Максимальный крутящий момент равен 240,17 Н*м при 2100 об/мин, а максимальная мощность двигателя – 87,5 кВт при 4200 об/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Расчет КПД и передаточных чисел трансмиссии

 

Рисунок 2 – кинематическая схема трансмиссии автомобиля ГАЗ 3307

Расчет КПД  и передаточных чисел.

Коэффициент полезного действия (КПД) механической ступенчатой трансмиссии  АТС можно определить по формуле:

,

где    - КПД цилиндрической пары. Принимаем 0,98;

      - КПД конической пары. Принимаем 0,97;

     - КПД карданного шарнира 0,995

    n  - число работающих (передающих крутящий момент) пар шестерен цилиндрическими зубчатыми колесами при включении передачи;

    m – количество конических пар шестерен;

    k – количество  карданных шарниров.

_{Для прямой передачи (4ой):}

 

Если поток мощности разветвляется, то на участках с 50% нагружением два  элемента считаются за один.

Передаточное число трансмиссии  находят по формуле:

 

где U_кп -  передаточное отношение коробки передач;

      U_гп  - передаточное отношение главной передачи;

U_{тр 1}  =6,55*6,17=40,41;

U_{тр 2} =3,05*6,17=19,07;

U_{тр 3} =1,71*6,17=10,55;

U_{тр 4} = 1,0*6,17=6,17;

 

Расчетные данные представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет КПД  и передаточных чисел трансмиссии.

Передачи	ɳтр	U
1	0,904	40,41
2	0,904	19,07
3	0,904	10,55
4	0,9412	6,17

 

 

Вывод: согласно расчетам, КПД  трансмиссии автомобиля ГАЗ -33021 равен 0,89, и 0,93 для прямой (четвёртой) передачи, что является средним для большинства автомобилей с подобной трансмиссией. Передаточное число трансмиссии изменяется в пределах от 4,35 (на пятой передаче) до 20,76 (на первой передаче).

 

 

 

4. Расчет и построение тяговой характеристики АТС

Линейная скорость движения автомобиля, м/с:

 

где - частота вращения коленчатого вала, рад/с; 
     U_тр  - передаточное число трансмиссии на заданной передаче; 
      r_к  - радиус качения колеса, м.

Тяговая сила на ведущих  колесах (касательная сила тяги), Н:

При :

Сила сопротивления воздуха, Н:

 

где с_х – коэффициент обтекаемости автомобиля;

      - коэффициент аэродинамического сопротивления;

        - плотность воздуха, кг/м³;

      F – площадь лобовой поверхности, м²;

 Сила сопротивления  качению колес, Н:

 

где  - для радиальных шин;

 

Сила тяги по сцеплению (сила сцепления ведущих колес с  дорогой) в продольном направлении, Н:

 

 

где

  - коэффициент сцепления колес с дорогой; 
      m_i - масса, приходящаяся на ведущую ось, кг; 

 
Результаты расчетов приведены  в таблице 4, график – рис. 3.

Таблица 4 – Расчет показателей  тяговой характеристики.

	V1, м/с	V2, м/с	V3, м/с	V4, м/с	Pк1, Н	Pк2, Н	Pк3, Н	Pк4, Н
0,2	1,01	2,14	3,88	6,63	17509,47	8262,95	4571,27	2783,45
0,3	1,52	3,22	5,82	9,94	18264,19	8619,11	4768,31	2903,42
0,4	2,02	4,29	7,75	13,26	18717,02	8832,81	4886,53	2975,41
0,5	2,53	5,36	9,69	16,57	18867,97	8904,04	4925,94	2999,40
0,6	3,04	6,43	11,63	19,89	18717,02	8832,81	4886,53	2975,41
0,7	3,54	7,51	13,57	23,20	18264,19	8619,11	4768,31	2903,42
0,8	4,05	8,58	15,51	26,52	17509,47	8262,95	4571,27	2783,45
0,9	4,55	9,65	17,45	29,83	16452,87	7764,32	4295,42	2615,48
1,0	5,06	10,72	19,39	33,15	15094,37	7123,23	3940,75	2399,52
1,1	5,57	11,80	21,32	36,46	13433,99	6339,67	3507,27	2135,58
1,2	6,07	12,87	23,26	39,78	11471,72	5413,65	2994,97	1823,64
	Pw1,Н	Pw2, Н	Pw3, Н	Pw4, Н	Рf1, Н	Рf2, Н	Рf3, Н	Рf4, Н
0,2	2,72	12,19	39,83	116,47	1539,34	1541,90	1549,39	1570,15
0,3	6,11	27,43	89,63	262,05	1540,25	1546,03	1562,88	1609,59
0,4	10,86	48,77	159,34	465,86	1541,54	1551,81	1581,76	1664,80
0,5	16,97	76,20	248,97	727,91	1543,20	1559,24	1606,04	1735,78
0,6	24,44	109,73	358,51	1048,19	1545,22	1568,32	1635,72	1822,54
0,7	33,26	149,35	487,98	1426,70	1547,61	1579,06	1670,79	1925,07
0,8	43,44	195,07	637,36	1863,45	1550,37	1591,44	1711,25	2043,38
0,9	54,98	246,88	806,65	2358,43	1553,49	1605,48	1757,11	2177,47
1,0	67,88	304,79	995,87	2911,64	1556,99	1621,16	1808,37	2327,32
1,1	82,13	368,80	1205,00	3523,08	1560,85	1638,50	1865,02	2492,96
1,2	97,74	438,90	1434,05	4192,76	1565,08	1657,49	1927,07	2674,36
	PW1+f1, Н	PW2+f2, Н	PW3+f3, Н	PW4+f4, Н	fv1	fv2	fv3	fv4
0,2	1542,05	1554,09	1589,23	1686,61	0,02	0,02	0,02	0,02
0,3	1546,36	1573,46	1652,51	1871,63	0,02	0,02	0,02	0,02
0,4	1552,40	1600,58	1741,10	2130,66	0,02	0,02	0,02	0,02
0,5	1560,17	1635,44	1855,01	2463,69	0,02	0,02	0,02	0,02
0,6	1569,66	1678,05	1994,23	2870,73	0,02	0,02	0,02	0,02
0,7	1580,87	1728,41	2158,76	3351,78	0,02	0,02	0,02	0,03
0,8	1593,81	1786,51	2348,61	3906,83	0,02	0,02	0,02	0,03
0,9	1608,47	1852,36	2563,77	4535,89	0,02	0,02	0,02	0,03
1,0	1624,87	1925,96	2804,24	5238,96	0,02	0,02	0,02	0,03
1,1	1642,98	2007,30	3070,02	6016,04	0,02	0,02	0,02	0,03
1,2	1662,82	2096,40	3361,12	6867,12	0,02	0,02	0,03	0,03

 

Вывод: При движении данного  автомобиля в заданных дорожных условиях (щебень) максимальная скорость ограничена:  22,5 м/с (81 км/ч ). Дальнейший разгон невозможен, т.к. суммарная сила сопротивления движению (сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха) превосходят по значению силу тяги на ведущих колесах. Согласно полученной диаграмме, движение автомобиля без пробуксовки реализуется на любой передачи, во всем диапазоне скоростей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет и построение динамического паспорта АТС

Динамический фактор автомобиля (коэффициент динамичности по тяге):

 

где  G – вес автомобиля, Н;

       m – масса автомобиля, кг;

       Р_к – тяговая сила на ведущих колесах, Н;

       - сила сопротивления воздуха, Н;

       М_е - крутящий момент, Н*м;

       U_тр – передаточное число трансмиссии;

       r_к  - радиус качения колеса, м;

         - КПД трансмиссии;

       F – площадь лобовой поверхности, м²;

         - коэффициент аэродинамического сопротивления;

Динамический фактор по сцеплению.

 

где   - коэффициент нагрузки ведущих колес;

        - коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью;

      G_сц – вес автомобиля, приходящийся на ведущую ось, Н;

      G – полный вес автомобиля, Н;

 

Масштаб шкалы  следует выбрать из соотношения:

 

где - цена деления шкалы D, мм;

      - цена деления шкалы D₀, мм;

      m₀ – снаряженная масса, кг;

      m – полная масса, кг.

Результаты расчета динамического  фактора по сцеплению для различных  коэффициентов сцепления колес с опорной поверхностью представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Расчет динамического  фактора

Φ	D при полной массе	D при снаряженной массе
0,2	0,15	0,08
0,3	0,22	0,12
0,4	0,30	0,16
0,5	0,37	0,20
0,6	0,44	0,24