Полноприводный грузовой автомобиль с расчётом прочностных характеристик комбинированного моста

Расчет тягово-динамических характеристик

Общий вид автомобиля приведен на рисунке 1.1.

Рис 1.1 Внешний вид и основные размеры автомобиля.

Основные технические данные автомобиля [2,3]:

Колесная формула 44

Полная масса, кг 7900

Колея, мм 1800

Высота, мм 2820

Длинна, мм 5200

Двигатель:

тип: дизель

Коробка передач:

тип: механическая

Шины: 215/75 R17,5

Для анализа работы автомобильных и тракторных двигателей используются различные характеристики: скоростные, нагрузочные (тягово-динамические) регуляторные, регулировочные и специальные. Обычно все характеристики получают экспериментальным путем при испытаниях двигателей [9].

При проектировании нового двигателя отдельные характеристики (например, скоростная и нагрузочная) могут быть построены расчетным путем. В этом случае ряд параметров определяют по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.

Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала. Расчеты базируются на результатах теплового расчета и теплового баланса двигателя и изложены в ряде учебников, пособий. [13]

Тягово-динамические характеристики автомобиля

Мощность двигателя необходимая для достижения максимальной скорости определяется по формуле (1.1).

(1.1)

где – максимальная скорость движения автомобиля, км/ч, (=95);

– полная масса автомобиля, кг, (=7900);

– ускорение свободного падения, м/с2, ();

F – лобовая площадь автомобиля, м2;

k – коэффициент обтекаемости, Н*с2/м4, (k =0,7);

– КПД трансмиссии, ();

(1.2)

где – коэффициент полноты лобовой площади, (= 1)[7];

В – ширина автомобиля, м, (В =1,80 м);

Н – высота автомобиля, м, (Н=2,82 м);

Лобовая площадь трактора рассчитывается согласно формуле (1.2):

F=*В*Н=1*1,8*2,82=5,08 м2

Используя эти данные, рассчитаем мощность двигателя при максимальной скорости по формуле (1.1):

Построение внешней скоростной характеристики [7].

Nex=Ne*, кВт (1.3)

где Nex – эффективная мощность в искомой точке скоростной характеристики двигателя, кВт;

Ne – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт;

nx – выбранные значения текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

nN – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности, об/мин (nN=3500 об/мин)[2].

Согласно формуле (1.3) рассчитываем:

Результаты расчетов сводим в приложение А.

Определение эффективного крутящего момента двигателя

Мех = 9550*, Нм (1.4)

Согласно формуле (1.4) рассчитываем:

Мех= 9550*=9550*=345,8 Н*м

Результаты расчета сводим в приложение А.

Рисунок 1.2 - Эффективная мощность двигателя

Рисунок 1.3 - Эффективный крутящий момент двигателя

Радиус качения вычисляем из следующего выражения:

(1.5)

где d-посадочный диаметр шины, м, (d=0,445);

Вш–высота профиля шины, м, (Вш =0,161);

λш–коэффициент смятия шины, (λш=0,9).

Расчет передаточных отношений трансмиссии.

Значение передаточного числа главной передачи определяют по формуле (1.6):

, (1.6)

где – передаточное число на высшей передаче, ().

Согласно формулы (1.6):

Передаточное число первой передачи определяется по формуле:

(1.7)

где – максимальный коэффициент сопротивления дороги, ()[3];

– максимальный крутящий момент на валу двигателя, Н*м, ();

Вычисляем передаточное число первой передачи согласно (1.7):

Передаточные числа коробки передач, начиная со второй, определяются по формуле:

(1.8)

где – число передач, ();

– номер передачи.

Согласно выражения (1.8) рассчитываем передаточное число второй передачи:

Согласно выражения (1.8) рассчитываем передаточное число третьей и четвертой передачи:

Как указывалось ранее .

Расчет передаточных отношений трансмиссии.

iк= uкп*iгл; (1.9)

где uкп – передаточное число коробки передач;

iгл – передаточное число главной передачи.

Согласно формуле (1.9):

для первой передачи- i1 = u1*iгл =9,57*5,14=49,14;

для второй передачи- i 2= u2*iгл=5,44*5,14=27,94;

для третьей передачи- i 3= u3*iгл =3,09*5,14=15,89;

для четвертой передачи- i 4=u4*iгл =1,76*5,14=9,03;

для пятой передачи- i5=u5*iгл =1*5,14=5,14.

Расчет значений тяговых сил.

Сила тяги на ведущих колесах выражается следующим образом

Рk= ,Н (1.10)

где ik – передаточное отношение трансмиссии;

ηТ – механический к.п.д. трансмиссии (ηТ =0,9)[5];

rК – радиус качения колеса, м, (rК = 0,37 м)[3].

Согласно (1.10) для первой передачи получаем следующее значение силы тяги:

Рk1==

Результаты вычислений сводим в приложение Б.

Расчет значений кинематической скорости.

, км/ч (1.11)

Скорость для первой передачи:

Результаты вычислений сводим в приложение Б.

По данным приложения Б строим тяговую характеристику автомобиля на рисунке 1.4.

1 — на первой передаче; 2 — на второй передаче; 3 — на третьей передаче; 4 — на четвертой передаче; 5–на пятой передаче.

Рисунок 1.4 - Тяговая характеристика автомобиля

Определение силы аэродинамического сопротивления.

(1.12)

где k– коэффициент обтекаемости, Н*с2/м4 (k=0,7 Н*с2/м4) [5];

F – лобовая площадь автомобиля, м2,

Согласно (1.12) получаем следующее значение силы аэродинамического сопротивления:

Результаты вычислений сводим в приложение В.

Расчет динамического фактора.

D= (1.13)

где D – динамический фактор представляет собой остаточную силу тяги автомобиля;

m – полная масса автомобиля, кг,(m =7900 кг).

D==

Результаты вычислений сводим в приложение Г

По данным приложения Г строим график на рисунке1.5.

1 — на первой передаче; 2 — на второй передаче; 3 — на третьей передаче; 4 — на четвертой передаче; 5–на пятой передаче.

Рисунок 1.5 - Динамическая характеристика автомобиля

Сила сопротивления качению

Коэффициент сопротивления качению в зависимости от скорости приближенно можно выразить по формуле:

(1.14)

Согласно (1.14) рассчитываем значение коэффициента:

Результаты вычислений сводим в приложение Д.

Сила сопротивления качению определяется выражением:

Pf = f*m* g, H (1.15)

Согласно (1.15) производим вычисления для высшей передачи:

Pf = f*m* g=0,0134*7900*9,81=1038,6 H

Рассчитанные значения сводим в приложение Е.

Силовой баланс автомобиля.

Значения сил сопротивления (см. приложения В и Е) и силы тяги (см. приложение Б) для пятой передачи сводим в приложение Ж.

По данным приложения Ж строим график на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Силовой баланс автомобиля

1 – Pk1, сила тяги на ведущих колесах на первой передаче; 2– Pk2, сила тяги на ведущих колесах на второй передаче; 3– Pk3, сила тяги на ведущих колесах на третьей передаче; 4 – Pk4, сила тяги на ведущих колесах на четвертой передаче; 5 – Pk5, сила тяги на ведущих колесах на пятой передаче; 6 – Pw, сила сопротивления воздуха; 7 – Рf, сила сопротивления качения; 8 –Pw+Pf .

Мощностной баланс автомобиля на высшей передаче

Мощностной баланс автомобиля на каждой передаче показывает соотношение между мощностью, которой обладает автомобиль на данной передаче и мощностью, которую требуется потратить для движения с данной скоростью [5].

Мощность на ведущих колесах.

, кВт (1.16)

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качения.

, кВт (1.17)

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха.

, кВт (1.18)

Вычисления производим для пятой передачи, согласно (1.16), (1.17) и (1.18):

.

Результаты вычислений сводим в приложение З.

По данным приложения З строим график представленный на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Мощностной баланс автомобиля

1 – Nk, мощность на ведущих колесах; 2 – Nw, мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха; 3 – Nf, мощность, затрачиваемые на преодоление сопротивления качения; 4 –Nw+Nf .

Расчет расхода топлива

Топливно-экономическая характеристика определяется удельным эффективным расходом топлива по формуле:

(1.19)

где gN – удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя, (=220) [5];

kn – коэффициент изменения удельного эффективного расхода топлива в зависимости от оборотов коленчатого вала двигателя;

kN – коэффициент изменения удельного эффективного расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя.

Удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности для бензиновых двигателей составляет 300...340 г/(кВт*ч), а для дизелей- 220...260 г/(кВт-ч) [5].

Коэффициент kn (приложение И) определяется в зависимости от отношения оборотов коленчатого вала двигателя при текущем и максимальном значениях мощности [5].

Коэффициент KИ определяется в зависимости от степени использования мощности двигателя И. Степень использования мощности двигателя И определяется из соотношения:

(1.20)

Производим расчет для пятой передачи и двух значений.

Согласно формуле (1.20):

Результаты вычислений сводим в приложение К.

Согласно (1.19) рассчитываем ge:

Уравнение расхода топлива автомобилем:

(1.21)

где ρт – плотность топлива, ( =0,74 кг/л) [5];

ηтр – КПД трансмиссии;

V – скорость движения автомобиля, км/ч.

Согласно (1.21) для пятой передачи получаем:

По полученным значениям зависимости расхода топлива строим график топливной экономичности автомобиля приведенный на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Удельный расход топлива

Рисунок 1.9 - Путевой расход топлива

• Характеристика ускорения автомобиля
• Конструкция комбинированного моста
• Расчет параметров зубчатого конического соединения