для специальностей 171100 МОП и 190603 ЭОМ

Тверь 2006

Методические указания "Тяговый расчет автомобиля" являются руководством к выполнению курсового проекта студентами высших учебных заведений специальностей 17.11 "Машины и оборудование природообустройства и ре­монт машин" и 2301 "Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования (водное хозяйство).

Методические указания составлены в соответствии с программами дисциплин "Тракторы и автомобили" и "Транс­портные и базовые машины и оборудование, применяемые в водном хозяйстве".

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры "Механизация природообустройства и ремонт машин" (протокол № 3 от 26 декабря 1997 г.).

Составитель: к.т.н., доц. Закорин Г.В.

© Тверской государственный

технический университет, 1998

Тяговым расчетом определяются: полная масса автомоби­ля, расчетные скорости движения, передаточные числа транс­миссии и мощность двигателя.

Исходными данными для расчета являются: назначение и тип автомобиля, номинальная грузоподъемность, максималь­ная скорость движения и величина приведенного (суммарно­го) коэффициента сопротивления дороги ψ, на которой дол­жна достигаться максимальная скорость автомобиля. В рас­четах можно принимать ψ = 0,03... 0,04.

Расчетом последовательно определяются:

1. Полная масса автомобиля

m = mо + mr + an, кг,

где т₀ — масса снаряженного автомобиля;

т_r — масса груза (номинальная грузоподъемность); п — число мест в кабине; а = 75 кг — масса водителя или пассажира.

Масса снаряженного автомобиля принимается по прото­типу (приложение 1, табл. 1 и 2) или находится, задаваясь

коэффициентом грузоподъемности ηG = .

Для грузовых автомобилей дорожной (нормальной) проходи­мости

ηG = 0,9... 1,1.

Сила тяжести (вес) автомобиля G=тg = m 9,81, Н.

2. Номинальная мощность двигателя

Мощность двигателя, необходимая для движения полнос­тью загруженного автомобиля с максимальной скоростью движения в заданных условиях, определяется по формуле

где G — полный вес автомобиля (сила тяжести);

G = 9,81 т, Н;

Pw max — сила сопротивления воздуха при V max в Н, опреде­ляемая по формуле.(/1/ с. 15);

_{η тр} - механический КПД трансмиссии, определяемый по

эмпирической формуле (/1/ с. 31); V max — максимальная скорость движения, км/ч.

Полученное значение номинальной мощности округляется и по окончательно принятому значению рассчитывается ди­зель и характеристики автомобиля. В случае установки на

автомобиль карбюраторного двигателя определяется его мак­симальная мощность, значение мощности округляется и рас­чет двигателя выполняется для режима максимальной мощ­ности.

Максимальная мощность карбюраторного двигателя, ра­ботающего с ограничителем, может быть определена по эмпи­рической формуле:

где или берется по прототипу;

nmax= пN — частота вращения при максимальной мощнос­ти;

пH — частота вращения при номинальной мощности, обычно указываемая в задании или принимае­мая по прототипу.

3. Подбор шин и определение радиуса качения ведущих колес

Подбор шин производится по нагрузке, приходящейся на колесо. Для нахождения нагрузки на колесо распределение массы по осям можно принять по прототипу. Находятся коэф­фициенты нагрузки передних и задних колес прототипа

или ;

где m_пР — полная масса заданного прототипа автомобиля;

mп и mK — массы, приходящиеся на переднюю и заднюю оси

(приложение 1, табл. 1 и 2).

Массы, приходящиеся на передние и задние колеса проек­тируемого автомобиля находятся по выражениям

или ;

где т_кП — полная масса проектируемого автомобиля;

z 1 — число колес передней оси автомобиля;

z 2 — число колес задней оси или тележки.

По ГОСТ 5513 — 75 следует подобрать размер шин и оп­ределить статический радиус колеса. Радиус качения ведущих колес определяется по выражению r _к= (0,98... 0,99) r _ст.

4. Передаточные числа коробки передач

Кинематическая схема трансмиссии не разрабатывается и принимается такой же, как у конструктивного прототипа (Приложение 2, рис. 1... 5,). Схема выполняется на милли­метровой бумаге по размеру листа записки.

Передаточное число главной передачи находится по фор­муле:

где r _к — в метрах;

n Н— об/мин., V_mах — км/ч.

Величина i₀ уточняется исходя из практической возможно­сти подбора чисел зубьев шестерен главной передачи, ориен­тируясь на прототип.

В двухступенчатых главных передачах можно изменить число зубьев шестерен цилиндрической передачи на 1—2 зу­ба, оставляя сумму зубьев этих шестерен неизменной. В этом случае конструкция картера главной передачи не меняется.

Пример 2. По расчету передаточное число главной переда­чи i₀ = 6,60. Конструктивный прототип имеет:

Оставляя неизменным модуль зуба и межосевое расстояние шестерен, изменим число зубьев шестерен цилиндрической

Пары (z1₇ И z 1₆),

Тогда

Как видно, полученное значение i ₀ больше отличается от рас­четного, чем i₀ прототипа. Поэтому для последующих расче­тов следует принять i₀ = 6,456.

По окончательно принятому значению i₀ уточняется мак-

симальная скорость автомобиля ()

Передаточное число трансмиссии на первой основной пере­даче определяется по формуле:

где Gсц =λк * mg = 9.81* λк *m — сцепной вес автомобиля, Н;

φ - коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой

(/1/, с. 378, приложения, табл. 2);

ηтр1 — механический КПД трансмиссии ([1] с. 31);

Мmax = к * Мн = К9554

максимальный крутящий момент двигателя Н-М;

К — коэффициент приспособляемости двигателя по кру­тящему моменту;

к =1,2... 1,4 — карбюраторные двигатели;

к = 1,15... 1,22 — дизели с корректором подачи топлива. Передаточное число первой передачи коробки передач будет

Полученное значение сравнивается с передаточным числом конструктивного прототипа и, если надо, то вносятся измене­ния в число зубьев шестерен на 1—3 зуба (см. примеры 1 и 2). При этом целесообразно изменять число зубьев шестерен второй пары, оставляя неизменными шестерни постоянного зацепления, входящие в передаточные числа других передач. В записке указывается принятое значение передаточного чис­ла i_К1 и число зубьев шестерни первой передачи.

В первом приближении принимается, что передаточные числа коробки передач образуют геометрический ряд со зна­менателем прогрессии

где z – число передач, включая прямую передачу. Передаточные числа последующих передач определяются по выражениям:

……………

Так же, как для первой передачи, определяются уточне­нием (действительные) передаточные числа коробки передач и соответствующие им расчетные скорости автомобиля (; км/ч).

Данные тягового расчета автомобиля заносятся в табл./ и в последующем используются для расчета и построения тяговых и динамических характеристик автомобиля.

Данные тягового расчета автомобиля

Таблица 1

5. Расчет и построение тяговых и динамических характеристик автомобиля

В курсовом проекте должны быть рассчитаны и построены графики силового и мощностного баланса автомобиля, дина­мическая характеристика, графики ускорения, времени и пути разгона автомобиля для движения его с полной нагрузкой на всех передачах. Для построения указанных зависимостей выбирают 8—10 расчетных скоростных режимов двигателя от nmin до п_н (пN) и по скоростной характеристике определя­ют значения крутящего момента и мощности двигателя. Полу­ченные данные заносят в табл. 2.

Далее для всех скоростных режимов работы последова­тельно рассчитываются:

1. Скорость движения автомобиля

2. Касательная сила тяги

где М_к — крутящий момент двигателя для данного скорост-

ного режима рабочего двигателя;

_η тр — механический КПД трансмиссии /1/. В расчетах его можно принять одинаковым для всех передач.

3. Сила сопротивления воздуха

Значения коэффициента обтекаемости кw приведены в учеб­нике (/1/ с. 15).

4. Сила суммарного сопротивления дороги

5. Составляющие мощностного баланса

При будет

6. Динамический фактор автомобиля

где G — полный вес автомобиля (сила тяжести), Н

G = 9,81* m, Н

7. Ускорение автомобиля

где G = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения;

_{δ В}р= 1,05 + 0,05 iк²— коэффициент учета вращающихся

масс автомобиля;

i _К — передаточное число коробки передач.

Результаты расчетов вносятся в таблицу и по расчетным данным строятся графики тягового (силового) и мощностного баланса, динамическая характеристика, графики ускорения и обратной величины ускорения. Характер кривых и методика построения изложены в рекомендуемой литературе: (1), (5).

Таблица 2

I передача (i1 =)

2 передача (i2 =)

и т. д.

Графики времени и пути разгона ввиду отсутствия точно выраженной аналитической связи между ускорением и ско­ростью движения строятся графоаналитическим способом. Для этого строится график величин обратных ускорениям

(рис. 1). На этом графике заштрихованная эле­ментарная площадка представляет собой в масштабе подин-

тегральное выражение интеграла, выражающего время разгона

где V в .

Поэтому любая площадка ограниченная кривой , осью

абсцисс и двумя ординатами, представляет собой время раз­гона в данном интервале скоростей. Разбив площадь графика вертикальными линиями на отдельные участки, находят (при­ближенно) время разгона

и т. д.

где ; и т. д. — средние значения величины обратной

ускорению соответственно на первом, втором, и т. д. участках;

ΔV1 ΔV ₂ и т. д. — интервалы скоростей, км/ч.

Обычно принимают ΔV =ΔV1=ΔV2 = ΔVз и т. д. Рекомендуется при­нимать ΔV=10 км/ч.

Время разгона от минимально устойчивой скорости Vmin до конечной скорости Vmax будет:

, с.

По полученным значениям строят кривую времени разгона t = f(V), принимая t = 0 при минимальной скорости движения Vmin = V1. Скорости V ₂ будет соответствовать значение Δt 1, скорости V3 — значение Δt1 + Δt2 и т. д. Полученные точки соединяют плавной кривой, выражающей зависимость време­ни разгона от скорости движения (рис. 2).

Для определения пути разгона также пользуются методом графического интегрирования. График времени разгона так же, как описано ранее, разбивается на участки изменения скорости и определяется путь разгона на каждом участке

и т. д.

где V_СР1, V_cР2 и т. д. — средние скорости движения соответ­ственно на первом, втором и т. д. участках.

Очевидно

Общий путь разгона

м.

По полученным данным следует построить график пути разгона автомобиля. Кривую пути разгона строят от мини­мальной скорости V ₁= V_тiп, для которой S = 0. Графический способ определения времени и пути разгона подробно рас­смотрен в литературе (/1/ с 170). В расчетно - пояснительной записке должен быть приведен полный расчет вре­мени и пути разгона для одного из промежуточных участков (интервалов) скоростей. Результаты всех расчетов вносятся в табл. 3.

Таблица 3.

В заключение должна быть составлена краткая техничес­кая характеристика автомобиля.

Основная графическая часть проекта должна быть выпол­нена на трех листах миллиметровой бумаги формата А1. На первом листе вычерчиваются: индикаторная диаграмма дви­гателя; графики газовых сил, сил инерции, суммарной и тан­генциальной сил и сил, действующих на стенку цилиндра и по радиусу кривошипа; скоростная характеристика двигателя. На втором листе должны быть динамические характеристики автомобйля^рис.3.;.

. На третьем листе вычерчивается кинематическая схема трансмиссии автомобиля по данным тягового расчета. На каждом листе проекта должен быть штамп; диаграммы долж­ны иметь названия.

Библиографический список

1. Основы теории и расчета трактора и автомобиля/ В, А. Скотников, А.А. Машенский, А.С. Солонский. Под ред. В.А. Скотникова,- М.: Агропромиздат, 1986. - 383 с, ил.

к. Автотракторный транспорт: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1984. - 304 с, ил.

3. Основы теории автомобиля и трактора /В.В.Иванов, В.А.Иларионов, М.М. Морин. - М.: Высшая школа, 1987. ■

4. Техническая характеристика и описание конструкции заданного прототипа автомобиля.

5. Тракторы и автомобили: Методические указания по изу­чению дисциплины / Московский ордена Трудового Крас­ного Знамени гидромелиоративный институт. Сост. В.И. Кнороз, Г.А. Затолокин, М.А. Кульчев и др. М.,1991. 118 с.