Тягово-динамический расчет автомобиля УАЗ

Курсовая работа тягово-динамического расчета автомобиля выполнена в полном объеме.Защита проходила в УлГТУ ,на оценку отлично. ...

1. Исходные данные…………………………………………………………… 5
1.1 Паспортные данные автомобиля УАЗ “HUNTER”……………………... 5
1.1 Расчет исходных данных по характеристике прототипа………………...6
1.2 Справочные данные……………………………………………………….. 6
2.1. Расчетная масса легкового автомобиля……………………………………..7
2.2. Полная масса автомобиля……….……………………………………….. 7
2.3. Развесовка по осям (координаты центра масс)…………………………. 8
2.4. Расчет нагрузки и выбор шин ……………………………………………10
3. Расчет мощности двигате-ля…………………………………………………..11
3.1. Расчет мощности двигателя по максимальной скорости автомобиля.11
3.2. Расчет мощности двигателя по динамическому фактору автомобиля..11
3.3. Выбор двигателя по результатам расчетов …..…………………………13
3.4. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя ……..…………13
4. Расчет передаточных чисел в трансмиссии………...………………….........15
5. Мощностной и силовой балансы автомобиля …………………....…………16
6. Динамический паспорт автомобиля……………………………...…………19
7. Разгонная характеристика автомобиля…………………………..…………21
8. Тормозной баланс автомобиля…………………………………..………….25
9. Определение давления в шинах......................................................................26
Библиографический список………………………………………...…………..32

В расчетах показан метод нахождения оптимального варианта конструк-тивной схемы автомобиля: тип двигателя, схему и тип трансмиссии, разве-совку и колесную формулу, определение характеристик двигателя и транс-миссии, обеспечивающих требуемые тягово-скоростные свойства, автомобиля в заданных условиях эксплуатации. В работе проведен анализ тяговых и динамических качеств автомобиля УАЗ Hunter.

Динамический радиус качения колеса:..3.1 РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯПО МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИСначала расчет ведем по мощности, необходимой для поддержания максимальной скорости:,где fk – сопротивление качению на максимальной скорости:fk = f0 · (1 + Af · V2).fk = 0,015 · (1 + 0,00055 · 41,672) = 0,029.107286 Вт.Таким образом, для поддержания максимальной скорости полностью груженого автомобиля необходим двигатель мощностью Ре = 107 кВт.3.2 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ПО ДИНАМИЧЕСКОМУ ФАКТОРУ1. Для отыскания угловой скорости двигателя при скорости автомобиля VD на прямой передаче в КП необходимо составить пропорцию, предполагая, что на максимальной скорости автомобиля двигатель будет иметь угловую скорость, равную угловой скорости при максимальной мощности ωр (часто называемой номинальной):.(29) с–1.Значение 277 с–1 (2645 об/мин) не удобно для дальнейшей обработки (см. ниже табл. 5). Примем ближайшее «круглое» (при отображении в размерности об/мин) значение угловой скорости 262 с–1 (2500 об/мин). Тогда . м/с = 85 км/ч.2. Вычисляем мощность двигателя PD, необходимую для начала разгона с динамическим фактором D со скорости VD. Расчет ведется по формуле (21):99952Вт.Таким образом, для того, чтобы автомобиль показал заданную динамичность на скорости 85 км/ч, необходим двигатель, развивающий мощность 100 кВт при угловой скорости 262 с–1.3. Далее определим максимальную мощность при ωр двигателя, развивающего мощность PD при угловой скорости ωD.Так как разработкой и изготовлением двигателей чаще занимаются поставщики автокомпонентов, то выбираем двигатель по каталогам продукции этих поставщиков. При этом по ВСХ предлагаемого производителями двигателя подбираем такой, у которого бы его мощность при угловой скорости ωD была бы равна или чуть больше рассчитанной PD (ωD рассчитывается по (29) для каждого конкретного двигателя по его ωр).В учебных задачах для упрощения поиска двигателя допускается использование ВСХ двигателя автомобиля-прототипа или ,(30)где верхний индекс п показывает, что параметр относится к характеристикам двигателя автомобиля-прототипа; и мощность по ВСХ двигателя прототипа при угловой скорости соответственно ωр и ωD; и – крутящий момент по ВСХ двигателя прототипа при угловой скорости соответственно ωр и ωD.5. ВСХ двигателя УАЗ Hunter ЗМЗ-409.10пе, мин–1100015002000250030003500400045005000ωe, с–1105157209262314367419471524, кВт2442607994113132144153, Н∙м170196212222220226231225216 Вт.Таким образом, для обеспечения заданной динамичности автомобиля на скорости 85 км/ч двигатель должен иметь максимальную мощность 193 кВт при угловой скорости 524 с–1 (5000 об/мин). 3.3. ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВИз двух рассчитанных в пп. 3.1 и 3.2 мощностей двигателя проектируемого автомобиля для дальнейших расчетов необходимо выбрать наибольшую, как обеспечивающую и достижение заданной максимальной скорости, и заданной динамичности автомобиля = 193 при 524 с–1.(31)Таким образом, для дальнейших расчетов принимаем мощность двигателя, рассчитанную по динамическому фактору. При этом динамический фактор автомобиля при скорости 85 км/ч должен оказаться больше 0,13.3.4. РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИЗавершается расчет мощности двигателя построением ВСХ двигателя. Сформулируем основные характеристики нового двигателя: максимальная мощность Рmax=193 при 524 с–1; Минимальная угловая скорость двигателя ωmin: определяется по характеристике прототипа. Обычно для современных легковых автомобилей составляет ωmin = 70…80 с–1. Максимальная угловая скорость двигателя ωmax: также определяется по характеристике прототипа. Обычно составляет ωmax= (1,05…1,15) ωр, с–1.(32)Принимаем ωmin ≈ 80 с–1. ωmax≈ 1,1 6,28 = 690 с–1.Двигатель рассчитан по новой методике, новую кривую мощности получим путем умножения ординат точек мощности (см. табл. 5) прототипа на постоянный коэффициент К ,(34)где мощность по ВСХ двигателя прототипа при угловой скорости ωр.По ВСХ двигателя прототипа табулируем значения его мощности по угловой скорости с шагом 10…50 с–1 (см. табл. 5). Рассчитываем коэффициент пропорциональностиК = 193 / 153 = 1,261.Находим значения мощности нового двигателя, умножив мощность прототипа в каждом столбце таблицы на коэффициент пропорциональности К. Затем находим крутящий момент по зависимости(35)6. ВСХ двигателя, рассчитанная по новой методике (прототип см. табл. 5)пе, мин–11000150020002500300035004000450050005500ωe, с–1105157209262314367419471524576Pe, кВт315376100118142166182194205Te, Н∙м291336363380377387396386370356Y100141166187178188195186172160Y – приведенное (для построения графика) к масштабу мощности значение момента: Y= (Тe – T–)∙kпр + Y0, где T– – округленное «вниз» значение минимального момента Tе (Tmin =291, T– = 290); Y0 – половина максимальной мощности, округленной «вверх» до ближайшего кратного четырем (Pmax = 194, P+=200, Y0 = 200/2 = 100); Т+ – округленное «вверх» значение максимального момента, при этом разность (Т+ – Т–) должна делиться без остатка на 2 (Тmax = 396, Т+ = 400). kпр= Y0/(Т+–Т–); kпр= 100/(400-290)=0,9.309880127000Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика двигателяωеТеРе396291Н∙м350кВтТеРе1000200300400500600Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика двигателяωеТеРе396291Н∙м350кВтТеРе10002003004005006004. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ В ТРАНСМИССИИГлавная пара,где ωр – угловая скорость ведущего вала главной передачи (она равна скорости двигателя, если высшие передачи в коробке передач (КП) (экономическую передачу не учитываем) и раздаточной коробке (РК) iкп высш = iрк высш = 1) при максимальной мощности двигателя, с-1:3,789.Расчет передаточных чисел в КП начинаем с определения первой передачи и (если есть) пониженной передачи в РК.Передаточное число первой передачи КП рассчитываем из условия обеспечения необходимой тяги в нормальных дорожных условиях по преодолеваемому сопротивлению Ψ1, имеющемуся в задании на курсовую работу:.4,279.Четвертая передача в КП прототипа прямая, поэтому i4 = 1.Передаточные числа остальных передач в КП рассчитываем по гиперболическому ряду . i2 = 2,044; i3 = 1,343; i5 = 0,797.Передаточное число в РК определим по максимальному дорожному сопротивлению Ψmax с учетом передаточного числа первой передачи КП:.1,774.5. СИЛОВОЙ И МОЩНОСТНОЙ БАЛАНСЫ АВТОМОБИЛЯВ силовой баланс автомобиля при равномерном движении (Fи = 0) по горизонтальной дороге (Fп = 0) входят только две силыFT = Fk + Fв.Составляющие баланса вычисляем по зависимостям; ; .переменными в балансе являются:– момент Те (зависит от угловой скорости двигателя);– передаточное число iкп в КП;– КПД ηтр трансмиссии, зависит от передачи в КП или в РК, см. п. 1.2;– текущая скорость V автомобиля;– кинематический радиус rk зависит от крутящего момента на колесе, но для упрощения этой зависимостью пренебрежем и примем rk = rс.Мощностной баланс получим, почленно умножив силовой баланс на скорость автомобиля:PT = FT V;Pk = Fk V;Pв = Fв V.Расчет ведем для всех передач в КП для высшей передачи в РК, а также для первой и второй передач в КП для пониженной в РК передаче. Текущую скорость вычисляем по формуле.Результаты расчета сведем в табл. 2 и покажем на рис. 2 и 3.-88265730252. Силовой и мощностной балансы автомобиля002. Силовой и мощностной балансы автомобиляПродолжение табл. 3КП/РКωTVfkFtFkFвFk+FвPtPkPвPk+Pв1п802681,00,0150118487390,10,8391,0180,370,000,371002711,20,0150118697390,31,3391,5220,460,000,472002802,40,0150519380391,25,2396,3460,930,010,942622823,10,0150819497392,08,9400,9611,220,031,253002813,60,0151119453392,711,7404,3691,400,041,444002744,80,0151918917394,820,7415,5901,880,101,984612655,50,0152518290396,427,5423,91002,180,152,335002576,00,0152917770397,532,4429,91062,370,192,565502466,50,0153516968399,139,2438,31112,610,262,872п802682,00,015038833390,83,6394,4180,780,010,791002712,50,015058933391,35,7396,9220,970,010,992002805,00,015209260395,322,7418,0461,970,112,082622826,50,015359316399,138,9438,0612,610,252,863002817,50,015469295401,951,0453,0693,000,383,3940027410,00,015829038411,290,7502,0904,100,905,0046126511,50,016098739418,2120,5538,81004,801,386,1950025712,50,016288490423,2141,8565,01065,271,777,0455024613,70,016558107430,2171,5601,81115,902,358,251в802681,70,0150211092390,62,6393,2190,660,000,661002712,10,0150411218390,94,1395,0240,830,010,832002804,20,0151511628393,816,3410,1491,660,071,732622825,50,0152511698396,528,0424,5652,190,152,353002816,30,0153311672398,636,7435,2742,530,232,764002748,40,0155911350405,365,2470,5963,420,553,984612659,70,0157810974410,386,6496,91074,000,844,8450025710,60,0159210662413,9101,9515,81134,371,085,4555024611,60,0161110181418,9123,3542,21184,871,436,302в802683,50,015105300392,611,4404,1191,390,041,431002714,40,015165360394,117,9412,0241,740,081,822002808,80,015645556406,771,4478,1493,600,634,2326228211,60,016115589418,7122,6541,3654,851,426,2730028113,30,016455577427,7160,7588,4745,672,137,8040027417,70,017585423457,0285,7742,7968,085,0513,1346126520,40,018435243479,0379,5858,51079,767,7317,5050025722,10,019035094494,7446,4941,111310,949,8720,8055024624,30,019884864516,8540,11056,911812,5613,1325,703в802685,40,015243482396,226,5422,6192,130,142,281002716,70,015373521399,741,4441,0242,690,282,9720028013,50,016493650428,8165,5594,3495,772,238,0026228217,60,017563672456,6284,0740,6658,055,0113,0630028120,20,018363664477,4372,3849,7749,647,5217,1540027426,90,020983563545,4661,91207,39614,6817,8232,5046126531,00,022943444596,4879,21475,610718,5027,2845,7850025733,60,024343347632,81034,31667,111321,2934,8056,0955024637,00,026303196683,81251,51935,311825,3146,3271,634в802687,20,015432699401,247,8448,9202,900,353,251002719,00,015672730407,574,6482,1253,680,674,3620028018,10,017702830460,0298,5758,5518,325,4013,7126228223,70,019632847510,2512,31022,56712,0812,1324,2130028127,10,021072840547,6671,61219,37714,8518,2133,0640027436,20,025782762670,31194,01864,310024,2343,1767,4046126541,70,029322670762,31586,02348,311131,7666,0897,8450025745,20,031852594828,01865,72693,611737,4284,31121,7355024649,70,035392477919,92257,53177,412345,73112,22157,955в802689,10,015682065407,675,3482,9193,700,684,3810027111,30,016062088417,6117,6535,2244,741,336,0720028022,70,019252165500,4470,5970,94911,3610,6822,0326228229,70,022292178579,5807,41386,96517,2324,0041,2330028134,00,024562173638,51058,61697,17421,7336,0357,7740027445,40,032002113831,81881,92713,79637,7585,42123,1746126552,30,037572043976,82499,73476,510751,10130,76181,8550025756,70,0415619851080,32940,54020,811361,29166,83228,1255024662,40,0471318951225,33558,04783,311876,47222,05298,52Рис. 3. Силовой баланс автомобиля: 1п, 2п, 1 – 5 – сила тяги на ведущих колесах; 6 – суммарная сила сопротивления движению (Fk+Fв); 1п, 2п – пониженная передача в РК и соответственно 1 и 2 передачи в КП; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП1п12п23456FHVм/сРис. 3. Силовой баланс автомобиля: 1п, 2п, 1 – 5 – сила тяги на ведущих колесах; 6 – суммарная сила сопротивления движению (Fk+Fв); 1п, 2п – пониженная передача в РК и соответственно 1 и 2 передачи в КП; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП1п12п23456FHVм/с\s-1651053340Рис. 3. Мощностной баланс автомобиля: 1п, 2п, 1 – 5 – мощность тяги на ведущих колесах; 6, 7, 8 – мощности сопротивления движению соответственно суммарная (Рk+Рв), аэродинамическая Рв и качению Рк; 1п, 2п – пониженная передача в РК и соответственно 1 и 2 передачи в КП; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП1п12п23456РкВтVм/с7800Рис. 3. Мощностной баланс автомобиля: 1п, 2п, 1 – 5 – мощность тяги на ведущих колесах; 6, 7, 8 – мощности сопротивления движению соответственно суммарная (Рk+Рв), аэродинамическая Рв и качению Рк; 1п, 2п – пониженная передача в РК и соответственно 1 и 2 передачи в КП; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП1п12п23456РкВтVм/с78\s6. ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ АВТОМОБИЛЯДля построения динамического паспорта автомобиля необходимо вычислить для каждой передачи в КП (РК) динамический фактор.Кроме того, на график выносится зависимость коэффициента сопротивления качению fk (V). Для построения номограммы необходимо найти верхний предел шкалы ,где – верхний предел шкалы Da.На шкале Da (рис. 4) получилось = 0,8, тогда.(округляем до десятых).Результаты расчета сведены в табл. 3.3. Динамическая характеристика автомобиля Daв зависимости от скорости двигателя ωеωеПередача в КП (РК)1п2п12345800,7110,3400,4270,2030,1330,1020,0771000,7190,3430,4310,2050,1340,1020,0762000,7450,3550,4470,2110,1340,0970,0652620,7500,3570,4490,2100,1500,130,0533000,7480,3560,4480,2080,1270,120,0434000,7270,3440,4340,1980,1120,0900,0094610,7020,3320,4190,1870,0990,082–0,0185000,6820,3210,4060,1790,0890,078–0,0375500,6510,3050,3870,1660,0750,08–0,064centertop00,10,20,30,40,50,60,70,8100510152025303540451502575DH, %Vм/сРис. 4. Динамический паспорт автомобиля: 1п, 2п, 1 – 5 – динамический фактор; 6 – коэффициент сопротивления качению (fk); 1п, 2п – пониженная передача в РК и соответственно 1 и 2 передачи в КП; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП; Н – полезная загрузка автомобиля1п12п234560000,10,20,30,40,50,60,70,8100510152025303540451502575DH, %Vм/сРис. 4. Динамический паспорт автомобиля: 1п, 2п, 1 – 5 – динамический фактор; 6 – коэффициент сопротивления качению (fk); 1п, 2п – пониженная передача в РК и соответственно 1 и 2 передачи в КП; 1 – 5 – прямая передача в РК и соответственно 1 – 5 передачи в КП; Н – полезная загрузка автомобиля1п12п23456Примечание: знак минус означает, что для преодоления аэродинамического сопротивления не хватает тяги двигателя (а есть еще и сопротивление качению).6. РАЗГОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЯРазгонную характеристику выполняют по ГОСТ 22576–90 для частичной загрузки автомобиля 160 кг (1570 Н). Из-за неполной загрузки изменяется динамический фактор и коэффициент учета вращающихся масс.Для расчета ускорений автомобиля необходимо сначала найти коэффициент учета вращающихся масс (см. п. 2.3 лекций); ,где Jд – момент инерции двигателя, кг∙м2. Jд= 0,37; Jk1, Jk2 – момент инерции пары ведущих колес с тормозами и полуосями соответственно передней и задней оси, кг∙м2. Jk1= Jk2= 13,0; rk0 – кинематический радиус колеса, примем равным статическому.;.Результаты расчета сведены в табл. 4.4. Коэффициент учета вращающихся масс δкп, ркна различных передачах в КП и РККПРК пониженнаяРК прямая12,281,4821,371,193–1,144–1,125–1,11Ускорения рассчитаем по динамическому фактору, скорректированному по массе автомобиля, для всех передач в КП на прямой передаче в РК и для 1 и 2 передач в КП на пониженной передаче в РК.Результаты сведем в табл. 5 и рис. 5.5. Зависимость ускорений а автомобиля на разных передачахот скорости двигателя ωеωеПередача в КП (РК)1п2п12345803,602,813,301,891,240,940,671003,642,843,341,911,250,930,662003,782,943,461,961,240,870,522623,802,953,481,951,200,770,363003,792,943,471,931,150,690,244003,682,843,361,810,970,41–0,194613,562,733,231,700,820,18–0,525003,452,643,131,620,710,02–0,755503,292,502,981,490,55–0,22–1,09Примечание: знак минус означает, что двигатель «не тянет» и результат этой ячейки в дальнейшем игнорируем.24765239395VРис. 5.