Санкт - Петербургская Государственная Академия
Сервиса и экономики
«Тяговой расчет автомобиля»
Калуга 2007
1. Исходные данные
Автомобиль - ВАЗ-2108
Колесная формула - 4х2
Грузоподъемность автомобиля - 450кг
Тип двигателя - Карбюраторный
Коробка передач - Механическая 5 ступенчатая
Максимальная скорость - 140 км/час
Коэффициент суммарного сопротивления дороги - f0
=0.0085
Полная масса автомобиля - 1425кг
Масса, приходящаяся на ведущие колеса - 800кг
Мощность двигателя - 135 л.с. (100 кВт) при 6000 об/мин
Удельный расход топлива - 7 л на 100 км
Шины - 175/65 R 14
Радиус качения Rк
=0.288 м
КПД трансмиссии - &=0.953
Коэффициент лобового сопротивления Kw
=0.3
Лобовая площадь Fa=2 м2
2. Тягово-динамический расчет автомобиля
К внешним скоростным характеристикам двигателя внутреннего сгорания относят зависимости вида:
где Ne
-эффективная мощность двигателя, кВт
Me
-эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя, Н*м
ge
-удельный эффективный расход топлива, г/кВт*ч
ne
-частота вращения коленчатого вала ДВС,мин-1
Определение рабочего диапазона двигателя по частоте вращения коленчатого вала
В рабочем диапазоне частота вращения коленчатого вала ДВС изменяется от nemin
до nemax
при этом:
Для карбюраторных двигателей- nemin
=600-1200 мин-1
nemax
=(1.25-1.3)neN
мин-1
По указанным рекомендациям устанавливаем nemin
=800 мин-1
и
nemax
=1.3*6000=7800 мин-1
Определение текущего значения мощности в рабочем диапазоне оборотов
Мощность двигателя определяется по формуле Лейдермана:
Nei
=Nemax
(a*(nei
/neN
)+b*(nei
/neN
)2
-c*(nei
/neN
)3
),
где nei
-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1
.
nei
изменяется в диапазоне отnemin
до nemax
neN
- частота вращения коленчатого вала при максимально эффективной мощности двигателя,мин-1
i=1,2,3…-номера расчетных точек.
a, b, c –коэффициенты (константы Лейдермана),зависящие от конструкции ДВС. Для карбюраторных двигателей a=b=c=1
Nei
–текущее значение эффективной мощности, кВт
Nemax
-максимальная эффективная мощность двигателя, кВ
N800
=100*(1*(800/7800)+1*(800/7800)2
-1*( 800/7800)3
)=11,2 кВт
N7800
=100*(1*(7800/7800)+1*(7800/7800)2
-1*( 7800/7800)3
)=100 кВт
Остальные данные заносятся в таблицу
Ni
|
11.2 |
23.86 |
37.39 |
50.96 |
64 |
76.1 |
86.34 |
90.68 |
94.13 |
98.86 |
100 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Определение минимального удельного расхода топлива
gemin
- минимальный удельный расход топлива, г/кВт*ч
gemin=
[1.22-1.22*( ni
/nNe max
)+( ni
/ nNe max
)2
]
gemin
=
287 г/кВт*ч
Определение эффективного крутящего момента.
Эффективный крутящий момент на коленчатом валу двигателя рассчитывается по формуле:
Mei
=9550*Nei
/nei
,
Н*м
где Nei
–текущее значение эффективной мощности,кВт
nei
-текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1
.
M800
=9550*11.2/800=133,7 Н*м
M7800
=9550*100/7800=122,44 Н*м
Остальные данные заносятся в таблицу
М |
133,7 |
142,3 |
150,65 |
152,1 |
153 |
151 |
147 |
144 |
140 |
131 |
122,4 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Определение текущих значений эффективного удельного расхода топлива.
Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по выражению:
gei
=Kg*gemin
(A-B(nei
/neN
)+C(nei
/neN
)2
), г/кВт*ч
где Kg-коэффициент,учитывающий равномерность горения заряда топлива: для карбюраторных Kg=0.99…1
gemin
-минимальный удельный расход топлива,г/кВт*ч
nei
текущее значение частоты вращения коленчатого вала,мин-1
.
изменяется в диапазоне от nemin
до nemax
A,B,C-коэффициенты,характеризующие конструктивные особенности двигателя: A=1.3 B=0.85 C=0.6
g800
=1*287*(1,3-0,85*(800/7800)+0,6*(800/7800)2
)=349,88 г/кВт*ч
g7800
=1*287*(1,3-0,85*(7800/7800)+0,6*(7800/7800)2
)=301,35 г/кВт*ч
Остальные данные заносим в таблицу
g |
349 |
330 |
314 |
301 |
293 |
288 |
286 |
287 |
288 |
294 |
301 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Полученные данные заносятся в таблицу
По данным расчетов строятся графики зависимостей Ne
, Me
, ge
.
Определение передаточных чисел КПП
По справочным данным: 1 – 3,64 3 – 1,36 2 – 1,95 4 – 0,94 5 – 0,78
Увеличение числа передач улучшает тяговые свойства автомобиля, динамический фактор на передачах и способствует развитию больших ускорений при одинаковых сопротивлениях, сокращает время разгона. Главное передаточное число 3,7.
3. Определение динамических показателей автомобиля
К ним относят касательную силу тяги на ведущих колесах, динамический фактор, скорость движения, ускорения, время и путь разгона. Последние три параметра характеризуют быстроту разгона автомобиля и определяют его приёмистость. Параметры динамичности автомобиля определяются по универсальной динамической характеристики и заданному дорожному сопротивлению для горизонтального участка дороги с твердым покрытием.
Тяговая характеристика автомобиля
Сила тяги определяется из зависимости:
Pkn
= Uт
pn
*Mei
*nтр
/rk
,
Н
где: Pk
– сила тяги на ведущих колесах
Uтр
n
- передаточное отношение трансмиссии на n-ом
номере передач
Uтр
n
=U0n
*Un
*Upkn
Где:
U0
n
- передаточное отношение главной передачи
Un
- передаточное отношение в коробке передач на n-ой
передаче
Uтр1
=3,7*3,64=13,468
Uтр2
=3,7*1,95=7,252
Uтр3
=3,7*1,36=5,032
Uтр4
=3,7*0,94=3,478
Uтр5
=3,7*0,78=2,886
Mei
- текущее значение крутящего момента двигателя
nтр
- КПД трансмиссии на всех передачах – постоянно
rk
- Радиусы качения всех колес одинаковые и не изменяются во всем диапазоне скоростей движения автомобиля
Сила тяги на 1-ой
передаче:
Pk
800
=13,468*133,7*0,95/0,288=5939,715Н
Pk
7800
=13.468*122.44*0.95/0.288=5439.482H
Остальные значения заносятся в таблицу
Pk
|
5939 |
6321 |
6692 |
6756 |
6798 |
6726 |
6541 |
6404 |
6240 |
5825 |
5439 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Сила тяги на 2ой
передаче:
Pk
800
=7.252*133,7*0,95/0,288=3198.308Н
Pk
7800
=7.252*122.44*0.95/0.288=2928.952H
Остальные данные заносят в таблицу
Pk
|
3198 |
3404 |
3603 |
3637 |
3660 |
3621 |
3522 |
3448 |
3360 |
3136 |
2928 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Сила тяги на 3ий
передачи:
Pk
800
=5.032*133,7*0,95/0,288=2219,234Н
Pk
7800
=5.032*122.44*0.95/0.288=2032.334H
Остальные данные заносят в таблицу
Pk
|
2219 |
2361 |
2500 |
2524 |
2540 |
2513 |
2443 |
2393 |
2331 |
2176 |
2032 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Сила тяги на 4ой
передачи:
Pk
800
=3,478*133,7*0,95/0,288=1533.883H
Pk
7800
=3,478*122.44*0.95/0.288=1404,701H
Остальные данные заносятся в таблицу
Pk
|
5939 |
6321 |
6692 |
6756 |
1755 |
1737 |
1689 |
1654 |
1611 |
1504 |
1404 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Сила тяги на 5ой
передачи:
Pk
800
=2.886*133,7*0,95/0,288=1278.796H
Pk
7800
=2.886*122.44*0.95/0.288=1165.603H
Остальные данные заносятся в таблицу
Pk
|
1278 |
1354 |
1434 |
1447 |
1456 |
1441 |
1401 |
1372 |
1337 |
1248 |
1165 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Сила лобового (аэродинамического) сопротивления
Pw
=Kw
*Fa
*V2
ani
/13
где Kw
- Коэффициент лобового сопротивления
Fa
– Лобовая площадь автомобиля
Vani
– скорость движения автомобиля на n-ой
передаче в iой
расчетной точке Vani
=0.377*rk
*nei
/Uтр
n
Где:
nei
-частота вращения вала двигателя в i-ой
расчетной точке,мин-1
rk
-радиус качения шины
Uтр
n
-передаточное отношение трансмиссии на n-ой
номере передач
в каждом из агрегатов
На первой передаче:
Vani
800
=(0.377*0.288*800)/13.46=6.4
Vani
7800
=(0.377*0.288*7800)/13.46=63
На второй передаче:
Vani
800
=(0.377*0.288*800)/7.2=12
Vani
7800
=(0.377*0.288*7800)/7.2=116
На третьей передаче:
Vani
800=(0.377*0.288*800)/5=17
Vani
7800=(0.377*0.288*7800)/5=163
На четвертой передаче:
Vani
800=(0.377*0.288*800)/3.4=25
Vani
7800=(0.377*0.288*7800)/3.4=171
На пятой передаче:
Vani
800=(0.377*0.288*800)/2.8=30
Vani
7800=(0.377*0.288*7800)/2.8=293
На первой передаче:
Pw
800
=0.3*2*41.59/13=1.9
Pw
7800
=0.3*2*3954.12/13=182.49
На второй передаче:
Pw
800
=0.3*2*143.4=6.7
Pw
7800
=0.3*2*13.637=629.4
На третьей передаче:
Pw
800
=0.3*2*297.9=13.7
Pw
7800
=0.3*2*283.25=1307.5
На четвертой передаче:
Pw
800
=0.3*2*623.7=28.7
Pw
7800
=0.3*2*5929.2=2736.5
На пятой передаче:
Pw
800
=0.3*2*905.8=41.9
Pw
7800
=0.3*2*8611.9=3974.5
Остальные данные заносятся в таблицу
На первой передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Pw
|
1.9 |
7.6 |
17.2 |
30.7 |
48 |
70 |
94 |
107 |
122 |
155 |
182 |
На второй передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Pw
|
6.6 |
26 |
56 |
105 |
165 |
238 |
324 |
372 |
423 |
536 |
629 |
На третьей передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Pw
|
14 |
55 |
123 |
220 |
343 |
495 |
673 |
773 |
880 |
1113 |
1307 |
На четвертой передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Pw
|
28.7 |
115 |
259 |
460 |
719 |
1036 |
1410 |
1619 |
1842 |
2331 |
2736 |
На пятой передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
6800 |
7800 |
Pw
|
41 |
167 |
376 |
668 |
1045 |
1505 |
2048 |
2351 |
2675 |
3386 |
3976 |
Скорость движения автомобиля:
V=0.105*((ni
*rk
)/(i0
*ik
))
где: ni
- частота вращения коленчатого вала
rk
– радиус качения
i0
– главное передаточное число
ik
– передаточное число для каждой передачи
На первой передаче
V800
=0,105*((800*0,288)/(3,7*3,64))=1,8
V7800
=17
На второй передаче
V800
=3.5
V7800
=33.5
На третей передаче
V800
=4.8
V7800
=47
На четвертой передаче
V800
=7
V7800
=67
На пятой передаче
V800
=8
V7800
=81
Остальные данные заносятся в таблицу
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Va
|
1,8 |
3,57 |
5,4 |
7,14 |
9 |
11 |
12,5 |
13,4 |
14 |
16 |
17 |
На второй передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Va
|
3.5 |
7 |
10 |
14 |
17 |
20 |
24 |
26 |
27.5 |
30 |
33.5 |
На третьей передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Va
|
4.8 |
9.6 |
14 |
19 |
24 |
29 |
33 |
36 |
39 |
43 |
47 |
На четвертой передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Va
|
7 |
13.7 |
20 |
27 |
34 |
41 |
48 |
51 |
55 |
62 |
67 |
На пятой передаче
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Va
|
8 |
16 |
25 |
33 |
41 |
50 |
58 |
62 |
67 |
75 |
81 |
Динамическая характеристика автомобиля
Для сравнительной оценки тяговых качеств автомобиля, независимо от массы, используется динамический фактор
Д = (Pk
-Pw
)/(ma
*g),
где Pk
– тяговая сила на ведущих колесах
Pw
– величина силы сопротивления встречного воздуха
ma
– масса автомобиля
g – ускорение свободного падения(9,8)
На первой передаче
Д800
=(Pk
800
-Pw
800
)/(1425*9.8)=(5939-2)/14=424
Д7800
=(5439-182)/14=375
На второй передаче
Д800
=(3198-6,6)/14=228
Д7800
=(2928-629)/14=164
На третьей передаче
Д800
=(2219-14)/14=157
Д7800
(2032-1307)/14=58
На четвертой передаче
Д800
=(1533-29)/14=107
Д7800
(1404-2736)/14=0
На пятой передаче
Д800
=(1272-41)/14=88
Д7800
(1165-3974)/14=0
Остальные данные заносят в таблицу
На первой передаче
Д1
|
424 |
451 |
477 |
480 |
482 |
475 |
460 |
450 |
437 |
405 |
375 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
На второй передаче
Д2
|
228 |
241 |
253 |
252 |
250 |
241 |
228 |
220 |
210 |
186 |
164 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
На третьей передаче
Д3
|
157 |
165 |
170 |
165 |
157 |
114 |
126 |
116 |
104 |
76 |
58 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
На четвертой передаче
Д4
|
107 |
108 |
105 |
92 |
74 |
50 |
20 |
2,5 |
0 |
0 |
0 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
На пятой передаче
Д5
|
88 |
85 |
76 |
56 |
29 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
ni
|
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Мощностной баланс автомобиля
N=Nb +
Nтр
+Nw
+Nj+
Nq
Nb
=10-3
*Pb
*Va
[кВт] – мощность затраченная на привод вспомогательного оборудования где:
Va
– скорость автомобиля (м/с);
Рb
– сила сопротивления вспомогательного оборудования;
Ne
– мощность двигателя;
Наим. |
Показатели |
Частота вращения коленчатого вала об/мин. |
Обозн. |
Разм. |
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5600 |
6000 |
6400 |
7200 |
7800 |
Мощн. ДВС |
Ne
|
кВт |
11 |
23 |
37 |
50 |
64 |
76 |
86 |
90 |
94 |
98 |
100 |
Мощн. потерь прив. |
Nb
|
кВт |
0,04 |
0,14 |
0,32 |
0,63 |
1,12 |
1,83 |
2,8 |
4,08 |
5,72 |
7,75 |
10,2 |
Ne
-Nb
|
кВт |
11 |
23 |
37 |
40,8 |
63 |
75 |
84 |
86 |
90 |
91 |
89,8 |
|