Проектирование электрооборудования автомобиля ваз 2107

... ...

Содержание
Введение 5
1 Общая часть 7
1.1 Характеристика транспортного средства 7
1.2 Выбор напряжения 10
1.3 Расчёт максимальной потребляемой мощности 12
1.4 Расчёт и выбор аккумуляторной батареи 15
1.5 Выбор аппаратов защиты и контроля 18
1.6 Расчёт и выбор электрических проводов 22
1.7 Устройство и принцип действия стартера 25
1.8 Расчёт системы электростартерного пуска 27
1.8.1 Расчёт мощности, выбор АКБ и расчёт вольт-амперной
характеристики 27
1.8.2 Расчёт главных размеров электродвигателя 29
1.8.3 Расчёт обмотки якоря 32
1.8.4 Расчёт размеров полузакрытого паза прямоугольной
формы 34
1.8.5 Расчёт магнитной системы электродвигателя 36
1.8.6 Расчёт напряжённости магнитного поля 39
1.8.7 Расчёт обмотки возбуждения 46
1.8.8 Расчёт рабочих характеристик стартерного
электродвигателя 48
1.9 Описание принципа действия электрической схемы
автомобиля 53
2 Специальная часть 57
2.1 Общая характеристика системы освещения 57
2.2 Основные неисправности системы освещения 67
2.3 Исследование неисправностей фар головного освещения
и составление технологических карт 72
3 Экономическая часть 78
3.1 Основы авторемонтного производства 78
3.2 Расчёт пробега наличного подвижного состава 80
3.3 Корректирование нормативов технического обслуживания
и ремонта подвижного состава 80
3.3.1 Расчёт нормы пробега до капитального ремонта 80
3.3.2 Расчёт периодичности технического обслуживания 81
3.3.3 Расчёт трудоёмкости технического обслуживания и


технического ремонта 81
3.3.3.1 Для технического обслуживания 81
3.3.3.2 Для технического ремонта 81
3.3.4 Расчёт нормы пробега после капитального ремонта 81
3.4 Расчёт количества ремонтов оборудования 83
3.5 Расчёт трудоёмкости технического обслуживания и
ремонта подвижного состава 83
3.6 Расчёт численности ремонтников 83
3.7 Расчёт эксплуатационных затрат участка 84
3.8 Расчёт себестоимости сборки стартера 85
3.9 Расчёт технико-экономических показателей участка 87
4 Экология 88
4.1 Охрана окружающей среды при эксплуатации
транспортных средств 88
5 Техника безопасности 91
5.1 Техника безопасности при техническом обслуживании и
ремонте автомобилей 91
Заключение 96
Список литературы 98

Современный автомобиль состоит из четырех основных агрегатов: двигателя внутреннего сгорания (ДВС), кузова, шасси и ходовой части. Эти агрегаты состоят из различных функциональных систем, которые обеспечивают выполнение глав¬ной функции автомобиля - перевозку грузов и пассажиров. Для того чтобы пере¬возки были безопасными, а для пассажиров и комфортными, чтобы агрегаты, узлы, блоки, системы работали безотказно, на автомобиле широко используются электротехнические устройства и средства электронной автоматики.
В последние годы техническая оснащенность автомобилей электронной бортовой автоматикой значительно возрастает.
Совсем недавно бесконтактные и микропроцессорные системы зажигания, электронные систе¬мы управления гидравлическими тормозами, системы впрыска бензина, бортовая самодиагностик а считались последними достижениями в области автомобильного аппарато- и приборостроения. Теперь их относят к классическим системам и устанавливают почти на каждый серийный автомобиль.
В наши дни на вновь разрабатываемые модели автомобилей дополнительно на¬чинают устанавливать совершенно нетрадиционные бортовые автоматические си¬стемы, к которым относятся: информационная система водителя с микропроцес¬сорным обеспечением; спутниковая навигационпо-поисковая система; радарные и ультразвуковые системы защиты автомобиля от столкновений и угона; системы повышения безопасности и комфорта людей в салоне; система круиз-контроля; система «электронная карта»; мультиплексная электропроводка.
Параллельно проводятся поиски более эффективных компьютерных техноло¬гий обработки информации в бортовых электронных системах. Разработаны и уже находят применение так называемые лингвистические функциональные преобра¬зователи, работающие с нечеткими подмножествами лингвистических перемен¬ных, выраженных отдельными словами или целыми предложениями на естествен¬ном (английском) или искусственном (компьютерном) языке. При некотором усложнении логических и арифметических операций в микроЭВМ это позволяет повысить точность и скорость (быстроту) обработки сигналов. Как следствие, зна¬чительно усложнился интерфейс и возникла необходимость в ведении CAN-npoтокола в мультиплексную систему.
Наряду с усовершенствованием автомобильных бензиновых ДВС все более ак¬тивизируются работы по созданию экологически чистых силовых установок для электромобилей. Полагают, что достойной заменой городскому автомобилю мо¬жет стать гибридный электромобиль, электронные системы управления которым также относятся к современным новациям в области автомобилестроения.
В современных условиях глобальным требованием к новейшим автомобильным электрическим и электронным системам является неукоснительное исполне¬ние международных стандартов OBD-II (США) и EOBD-II (EU), которые также продолжают совершенствоваться.
Помимо специфики выполняемых функций новейшие системы автомобильной бортовой автоматики кардинально отличаются от классических, чисто элек¬тронных систем широким разнообразием принципов действия входящих в них со¬ставных подсистем. В зависимости от решаемой задачи в новую систему в качестве основных компонентов могут входить не только электрические и электронные узлы и блоки, но и механические, гидравлические, светооптические, ультразвуко¬вые и любые прочие устройства, имеющие неэлектрическую природу функциони¬рования. Их роль в реализации заданной функции управления главная, хотя все информационные процессы в системе реализуются на уровне электронных блоков управления (ЭБУ), а в новейших системах - в бортовых микропроцессорах. Такие крупные составные комплексы управления не могут относиться ни к механиче¬ским, ни к электрическим, ни к электронным, ни к любым другим «чистым» по принципу действия системам. В этой связи новейшие системы автомобильной бортовой автоматики, устанавливаемые на концептуальные автомобили, получили новое название - автотронные системы.
Автотронная система, управляя неэлектрическими процессами через неэлектрическую периферию на выходе, сама управляется от сигналов, имеющих неэлек¬трическую природу, которые формируются неэлектрической входной периферией [13, с. 4].

Высоту первого участка зубцовой зоны определяем по выражению:
, (55)
.
Высота третьего участка зубцовой зоны:
, (56)
.
Высота зубца:
, (57)
где - высота первого участка зубцовой зоны, ;
- высота второго участка зубцовой зоны, ;
- высота третьего участка зубцовой зоны, .
.
Зубцовые шаги по наружному диаметру якоря и в расчётных сечениях зубца:
, (58)
.
,(59)
где - диаметр первого участка зубцовой зоны, .
.
, (60)
.
, (61)
где - диаметр второго участка зубцовой зоны, .
.
, (62)
.
, (63)
где - диаметр третьего участка зубцовой зоны, .
.
Далее определяем ширину зубца в расчётных сечениях зубца:
, (64)
, (65)
, (66)
, (67)
, (68)
, (69)
где - зубцовые шаги по наружному диаметру якоря и в расчётных сечениях зубца, .
,
,
,
,
,
.
Магнитные индукции в расчётных сечениях зубца определяем по следующим выражениям:
, (70)
, (71)
, (72)
, (73)
, (74)
где - ширина зубца в расчётных сечениях зубца, ;
- коэффициент заполнения пакетов сталью (0,9…0,95).
,
,
,
,
.
Значение индукции не выходит за рекомендуемые пределы (1,8…3,2 Тл).
Зубцовые коэффициенты для расчётных сечений зубца:
, (75)
, (76)
, (77)
, (78)
, (79)
,
,
,
,
.
1.8.6 Расчёт напряжённости магнитного поля
Напряжённость магнитного поля в расчётных сечениях зубцовой зоны () определяем по зависимостям, приведённым на рисунке 12, в зависимости от магнитных индукций в расчётных сечениях зубца и зубцовых коэффициентов.
Рисунок 12 - Зависимости при различных зубцовых коэффициентах для стали 10
Магнитная индукция в полюсе , сердечнике якоря и в корпусе для стартерных электродвигателей должна составлять .
Средняя напряжённость на втором участке:
, (80)
где - напряжённости магнитного поля в расчётных сечениях зубцовой зоны, .
.
Далее рассчитываем МДС для трёх участков зубцовой зоны:
- для первого участка:
, (81)
- для второго участка:
, (82)
- для третьего участка:
, (83)
где - напряжённости магнитного поля в расчётных сечениях зубцовой зоны, .
,
,
.
МДС для всей зубцовой зоны:
, (84)
где - МДС для трёх участков зубцовой зоны, .
.
Длина воздушного зазора у стартерных электродвигателей равна .
Принимаем длину воздушного зазора . Коэффициент воздушного зазора определяем по формуле:
, (85)
где - длина воздушного зазора, ;
- ширина зубца, .
.
МДС для воздушного зазора:
, (86)
где - коэффициент воздушного зазора;
- абсолютная магнитная проницаемость воздуха ().
.
Далее находим размеры корпуса:
- наружный диаметр:
, (87)
.
- длину корпуса:
, (88)
.
- площадь расчётного сечения при :
, (89)
где ,
- магнитная индукция в корпусе,.
.
- толщину корпуса:
, (90)
где - площадь расчётного сечения, ;
- длина корпуса, .
.
Диаметр расточки полюсов:
, (91)
.
Длина полюсной дуги:
, (92)
.
Центральный угол полюсной дуги:
, (93)
где - длина полюсной дуги, .
.
Далее определяем размеры полюса:
- длину полюса:
, (94)
.
- площадь сечения полюса при :
, (95)
где - магнитная индукция в полюсе, .
.
- ширину полюса:
, (96)
где - площадь сечения полюса, ;
- длина полюса, .
.
- высоту полюса:
, (97)
где - наружный диаметр корпуса, ;
- толщина корпуса, .
.
- высоту полюсного наконечника:
, (98)
где - высота полюса, .
.
- длину полюсного наконечника:
, (99)
где - ширина полюса, .
.
Диаметр вала якоря определяем по формуле:
, (100)
.
Высота сердечника якоря:
, (101)
где - диаметр вала якоря, ;
- высота зубца, .
.
Далее определяем магнитную индукцию якоря:
- в сердечнике:
, (102)
где - высота сердечника якоря, .
.
- в полюсе:
, (103)
.
- в корпусе:
, (104)
.
Далее определяем длину средних магнитных силовых линий якоря:
- в сердечнике:
, (105)
.
- корпусе:
, (106)
.
Напряжённости магнитного поля в сердечнике якоря , в полюсе , в корпусе определяются по характеристикам намагничивания представленным на рисунке 13, в соответствии с рассчитанными индукциями.
Рисунок 13 - Характеристики намагничивания стали 10: 1, 2, 3 - номера кривых, соответствующие номерам осей абсцисс
МДС якоря:
- для сердечника:
, (107)
- для корпуса:
, (108)
- для полюса
, (109)
где - длина средних магнитных силовых линий якоря в сердечнике, ;
- длина средних магнитных силовых линий якоря корпусе, ;
,,- напряжённости магнитного поля в сердечнике якоря, в полюсе, в корпусе, .
,
,
.
МДС для воздушного зазора в стыке полюса с корпусом:
, (110)
где .
.
Суммарная МДС на два полюса в расчётном режиме работы:
, (111)
где - МДС зубцовой зоны, ;
- МДС воздушного зазора, ;
- МДС якоря для сердечника, ;
- МДС якоря для полюса, ;
- МДС якоря для корпуса, ;
- МДС для воздушного зазора в стыке полюса с корпусом, .
.
Аналогично рассчитываем МДС на два полюса и для других значений магнитной индукции в пределах 0,1…1,0 Тл. Результаты расчёта сводим в таблицу 3.
Таблица 3 - Расчёт МДС для построения графика
Формулы
1
2
3
4
5
6
7
8
158,4
286,6
562,8
855,1
1274
2212
0,15
0,29
0,59
0,88
1,17
1,46
0,24
0,49
0,98
1,47
1,96
2,4
0,31
0,61
1,23
1,85
2,4
3
0,37
0,74
1,5
2,2
2,9
3,7
0,35
0,71
1,41
2,13
2,84
3,55
0,12
0,23
0,46
0,7
0,93
1,16
Продолжение таблицы 3
1
2
3
4
5
6
7
8
0,18
0,35
0,71
1,07
1,43
1,78
0,16
0,32
0,63
0,95
1,27
1,58
14,2
28,4
56,7
85,1
113,4
141,8
800
1000
1200
1320
1400
1850
по графику
963
1170
1587
2247
8433
23275
1015
1154
1765
3590
17240
34050
по графику
900
1150
1390
1870
2900
7550
по графику
957
1170
1560
1940
7550
23500
по графику
1050
1195
1890
3850
17500
38100
по графику
4,8
6
7,2
7,92
8,4
11,1
11,4
13,8
18,7
26,5
99,5
274,6
3,4
3,9
6
12,2
58,6
115,7
19,6
23,7
31,9
46,6
166,5
401,4
120
158
350
400
520
787
по графику
150
178
405
784
1590
7840
по графику
140
164
367
696
1120
4800
по графику
3,7
4,9
10,8
12,4
16,1
24,4
10,9
12,8
28,6
54
87,4
374,4
4
4,8
10,8
21
42,6
210
106
212
424
636
848
1060
По результатам расчёта строим характеристику намагничивания стартерного электродвигателя в режиме холостого хода (см. рисунок 14).
Рисунок 14 - Характеристика намагничивания
1.8.7 Расчёт обмотки возбуждения
Требуемая МДС возбуждения с учётом размагничивающего действия реакции якоря:
, (112)
где - суммарная МДС на два полюса в расчётном режиме работы, .
.
Выбираем схему стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением и попарно параллельным соединением катушек, с числом параллельных ветвей в обмотке возбуждения .
Число витков катушки возбуждения:
, (113)
где - требуемая МДС возбуждения с учётом размагничивающего действия реакции якоря, ;
- число параллельных ветвей в обмотке возбуждения.
.
Сопротивление последовательной обмотки возбуждения:
, (114)
.
Сопротивление катушки:
, (115)
где - сопротивление последовательной обмотки возбуждения, ;
- число катушек последовательной обмотки возбуждения.
.
Максимально возможная ширина катушки:
, (116)
где - высота полюсного наконечника, ;
- воздушный зазор, .
.
Средняя длина витка катушки:
, (117)
где - максимально возможная ширина катушки, .
.
Площадь сечения провода обмотки возбуждения:
, (118)
где ;
- средняя длина витка катушки, ;
- сопротивление катушки, ;
- число витков катушки возбуждения.
.
Высота катушки возбуждения:
, (119)
.
Витки катушек изолированы электроизоляционным картоном толщиной . Снаружи катушки изолированы хлопчатобумажной лентой толщиной 0,25мм и шириной 15мм, пропитанной лаком. После пропитки и сушки толщина внешней изоляции катушек составляет .
Ширина провода катушки возбуждения:
, (120)
где - высота катушки возбуждения, ;
- толщина внешней изоляции катушек.
.
Далее, по расчётному сечению и ширине провода обмотки возбуждения подбираем прямоугольный провод марки ПММ, сечением. Рекомендуемое соотношение ширины провода к толщине .
После выбора сечения провода и толщины межвитковой изоляции необходимо уточнить ширину катушки по формуле:
, (121)
где - толщина межвитковой изоляции.
.
Плотность тока в проводниках обмотки возбуждения:
, (122)
.
Расчётная плотность тока меньше допустимой: .
Уточнённое значение средней длины витка катушки:
, (123)
где - уточнённое значение ширины катушки, .
Уточнённое значение сопротивления катушки:
, (124)
где - уточнённое значение средней длины витка катушки, .
.
Уточнённое значение сопротивления последовательной обмотки возбуждения:
, (125)
где - уточнённое значение сопротивления катушки, .
.
Уточнённое значение сопротивления стартера:
, (126)
где - уточнённое значение сопротивления последовательной обмотки возбуждения, .
.
Уточнённое значение суммарного сопротивления цепи якоря:
, (127)
где - уточнённое значение сопротивления стартера, .
.
1.8.8 Расчёт рабочих характеристик стартерного электродвигателя
Сила тока в режиме торможения:
, (128)
где - уточнённое значение суммарного сопротивления цепи якоря, .
.
Сила тока в режиме максимальной электромагнитной мощности:
, (129)
где - сила тока в режиме торможения, .
.
Максимальная электромагнитная мощность:
, (130)
.
Параметры, необходимые для построения рабочих характеристик, определяются для нескольких значений силы тока стартера. Ниже приведены результаты расчёта для силы тока .
Напряжение на выводах стартера:
, (131)
где - сила тока в расчётном режиме работы, .
.
МДС возбуждения на два полюса стартера:
, (132)
.
Линейная нагрузка якоря:
, (133)
.
МДС поперечной реакции якоря:
, (134)
.
Магнитная индукция в воздушном зазоре с учётом размагничивающего действия реакции якоря:
, (135)
где - МДС поперечной реакции якоря, ;
- максимальная индукция в воздушном зазоре, ;
- минимальная индукция в воздушном зазоре, ;
- средняя индукция в воздушном зазоре, ;
- средняя МДС соответствующая , ;
- минимальная МДС соответствующая , .
.
Среднюю МДС принимаем равной .
, (136)
, (137)
где - МДС поперечной реакции якоря, .
,
Далее, используя расчётную характеристику намагничивания стартерного электродвигателя в режиме холостого хода , по , , определяем , , :
Соответствующий магнитный поток:
, (138)
где - магнитная индукция в воздушном зазоре с учётом размагничивающего действия реакции якоря, .
ЭДС в обмотке якоря:
, (139)
.
Частота вращения якоря:
, (140)
.
Электромагнитная мощность:
, (141)
.
Потери на трение в подшипниках стартерных электродвигателей:
, (142)
.
Потери на трение в контакте щётка-коллектор:
, (143)
где - коэффициент трения;
- сила давления щетки на коллектор;
- число щеток;
- скорость коллектора, .
.
Суммарные механические потери:
, (144)
где - потери на трение в подшипниках стартерных электродвигателей, ;
- потери на трение в контакте щётка-коллектор, .
.
Для определения магнитных потерь предварительно рассчитываем:
- частоту перемагничивания стали:
, (145)
.
- диаметр якоря на 1/3 высоты трапеции дальнего участка зубца от основания:
, (146)
.
- зубцовый шаг:
, (147)
где - диаметр якоря на 1/3 высоты трапеции дальнего участка зубца от основания, .
.
- ширину зубца:
, (148)
где - зубцовый шаг, .
.
- магнитную индукцию в сечении 1/3 зубца:
, (149)
где - ширина зубца, .
.
- магнитную индукцию в сердечнике якоря:
, (150)
.
- массу зубцового слоя:
, (151)
где ;
- ширина прорези паза, ;
- высота прорези паза, принимается в пределах 0,001-0,002, .
.
- массу сердечника якоря:
, (152)
.
Соответствующие магнитные потери (при ):
- в зубцовом слое:
, (153)
где - магнитная индукция в сечении 1/3 зубца, ;
- масса зубцового слоя, ;
- частота перемагничивания стали, .
.
- в сердечнике якоря:
, (154)
где - магнитная индукция в сердечнике якоря, ;
- масса сердечника якоря, .
.
Суммарные магнитные потери:
, (155)
где - магнитные потери в зубцовом слое, ;
- магнитные потери в сердечнике якоря, .
.
Сумма механических и магнитных потерь:
, (156)
.
Полезная мощность:
, (157)
где - сумма механических и магнитных потерь, .
.
Мощность подводимая к стартеру:
, (158)