Конструирование и расчет агрегатов и систем автомобиля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН.

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Д.М. Серикбаева

Факультет машиностроения и транспорта

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине «Автомобили».

Конструирование и расчет агрегатов и систем автомобиля.

Выполнил студент группы___________

Ф.И.О.____________________________

Принял преподаватель

Ф.И.О.____________________________

Усть-Каменогорск

2006 г.

Содержание:

1. Тяговый расчет автомобиля………………………………………………….4

2. Расчет эксплуатационных свойств автомобиля…………………………….9

3. Расчет основных параметров агрегатов трансмиссии, подвески и механизмов, обеспечивающих безопасность движения автомобиля………...15

4. Расчет рулевого редуктора червячного типа………………………………19

5. Список используемой литературы…………………………………………24

ЗАДАНИЕ

Вариант 7.1.

Тип автомобиля	Коли-чество мест для пас­сажиров, Z.	Коэффи-циент использо-вания массы, Кп.	Макси­мальная скорость движения автомобиля, Vmax, М/С
Автобус между-городний	Z=40	Кm=200	33

Тип двигателя	Коэффициенты сопротив­ления дороги	Узел для конструк-торской разработки
	Макси­мальный ?max	При макси­мальной скорости ?v
Дизельный	034	0,017	Коробка передач

1. Тяговый расчет автомобиля.

1.2 Определение полного веса автомобиля.

Полный вес автомобиля определяется по следующей формуле:

G_а=(m₀+m_n(Z + 2) +m_б(Z + 2))g,Н

G_а=(8000+75*42+15*42)*9,81=115562,Н

m_п - масса пассажира (m_п=75 кг);

Z - число мест для пассажиров (по заданию);

g - ускорение свободного падения, м/с ;

m_о - масса снаряженного автомобиля, кг;

m₆ - масса багажа (массу багажа для автобусов междуго­родних принимают равной 15 кг);

Массу снаряженного автомобиля определяют по следующей формуле:

Автобусы и легковые автомобили

m₀=Z*Km,кг

m₀=40*200=8000,кг

где K_m - соответственно коэффициент использования массы (по заданию).

1.3 Распределение веса по мостам автомобиля.

Компоновка автомобиля
Схема компоновки	Название компоновки	Вес, приходящийся на передний мост автомобиля Gа1,H
	Двигатель сзади	Gа1=0,5 Gа Gа1=0,5*115562= 57781 Н

1.4 Выбор шин.

Выбор шин осуществляем по наиболее нагруженному колесу. Для этого определяют нагрузку на колеса при полностью груженом автомобиле по следующей формуле

где:

m_ak - полная масса автомобиля, приходящаяся на колесо, кг;

G_an - полный вес, приходящийся на передний или задний мост авто­мобиля, Н;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

к - количество колес на мосту автомобиля;

n - номер рассматриваемого моста ( передний мост n=1, задний мост (тележка) n=2).

По формуле определяем нагрузку на одно колесо перед­него моста и на одно колесо заднего моста и выбираем из них наи­более нагруженное.

Пользуясь таблицами приложения краткого автомобильного справочника НИИАТ по нагрузке на колесо подбираем шину. Выбор шин заключается в выборе радиуса колеса, рисунка протектора и максимальной допустимой нагрузки.

Параметры колеса:

маркировка шины-300-508Р

допустимая нагрузка-930, кг

рисунок протектора-Д

радиус колеса статический, r_ст=0,505, м.

1.4 Выбор двигателя автомобиля

1.4.1 Мощность двигателя, необходимая для движении автомоби­ля в заданных дорожных условиях с заданной скоростью

где:

G_a - полный вес автомобиля, Н;

?_v - коэффициент сопротивления дороги при максимальной скоро­сти;

К_в - коэффициент сопротивления воздуха, Н·с²/м⁴;

F - лобовая площадь автомобиля, м²;

V_max - максимальная скорость движения автомобиля, м/с;

?_mp - к.п.д. трансмиссии.

1.4.2 Максимальная мощность двигателя

где:

a, b, с - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя(Дизель- ные двигатели a=0.53;b=1.56;с=1,09);

?_e - текущее значение угловой скорости коленчатого вала, 1/с;

?_N - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощно­сти двигателя, 1/с;

Отношение угловых скоростей ?_e/?_N необхо­димо принять для карбюраторных двигателей легковых автомобилей ?_e/?_N =1;

1.4.3 Скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зави­симость эффективной мощности N_е и эффективного момента М_е от угловой скорости коленчатого вала.

1.4.4 Эффективная мощность

Для определения эффективной мощности двигателя принимаем следующие значения ?_e/?_N, для дизельных двигателей любых типов автомобилей
0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.

1.4.5 Эффективный момент.

Эффективный момент двигателя определяют по следующей формуле

М_е =l000N_e/?_e, H·м;

Чтобы определить значения М_е необходимо знать текущие (изменяющиеся по времени) значения угловой скоро­сти коленчатого вала ?_e. Для этого поступаем следующим образом. Задаёмся угловой скоростью коленчатого вала при максимальной мощности ?_N (рекомендуемые значения ?_N = 220 ? 360 1/с.), а за­тем используя отношение ?_e/?_N, определяем значения ?_e. Напри­мер: при ?_e/?_N =0,2 - ?_e = 0,2?_N, а при ?_e/?_N =0,4 - ?_e =0,4?_N и т.д.

Определив значения N_e, M_e и ?_e, их вносим в таблицу и по ее данным строим скоростную характеристику двигателя.

Таблица

?e/?N		0,2	0,4	0,6	0,8	1
?e	1/с	72	144	216	288	360
Ne	кВт	27,882	68,420	112,478	150,920	174,611
Me	Нм	387,249	475,137	520,730	524,028	485,031

Примечание - на скоростной характеристике двигателя отмечаем следующие значения угловой скорости коленчатого вала:

?_min - минимальная угловая скорость коленчатого вала, при ко­торой двигатель работает устойчиво;

?_m - угловая скорость коленчатого вала при максимальном мо­менте;

?_N - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

?_max - максимальная угловая скорость коленчатого вала (значе­ния ?_N и ?_max могут совпадать)

K_м= М_max/М_N

K_? =?_N/?_M

?_min =72

?_m =288

?_N =360

?_max =360

K_м= 524,028/485,031=1,08

K_? =360/288=1,25

1.5 Определение параметров трансмиссии

1.5.1 Передаточное число главной передачи

Передаточное число главной передачи U₀ определяют из условия обеспечения движения автомобиля с максимальной скоростью при максимальной угловой скорости коленчатого вала ютах, которую определяют по скоростной характеристике.

где:

V_max - максимальная скорость движения автомобиля, м/с (по зада­нию);

U_кв - передаточное число высшей передачи коробки передач (выс­шая передача коробки передач принимается прямой или повышаю­щей, причем повышающая передача, как правило, в пятиступенча­тых коробках передач и передаточное число может находиться в пределах 0,75...0,9)

U_ркв - передаточное число высшей передачи раздаточной коробки (высшая передача раздаточной коробки, как правило, является пря­мой, т.е. U_ркв = 1,0);

?_emax - максимальная угловая скорость коленчатого вала, 1/с;

r - радиус колеса, м.

1.5.2 Передаточные числа коробки передач

1.5.2.1 Передаточное число первой (низшей) передачи коробки передач

Передаточное число первой передачи определяем из условия возможности преодоления автомобилем максимального сопротивле­ния дороги

где:

?_max - максимальный коэффициент сопротивления дороги (по зада­нию);

М_еmах - максимальный эффективный момент двигателя, Нм (по ско­ростной характеристике двигателя).

Определенное по формуле передаточное число первой передачи коробки передач проверяем по возможности реализации его по условиям сцепления колес с дорогой по следующей формуле

где ? - коэффициент сцепления шин с дорогой (? = 0,85);

G_вк - вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля, Н;

Если U_к1>U_к1(?), то передаточное число первой передачи при­нимаем по второму условию, но при этом в состав трансмиссии необходимо включать раздаточ­ную коробку.

Методика определения передаточных чисел раздаточной короб­ки приведена ниже.

1.5.2.2 Передаточные числа промежуточных передач

Передаточные числа коробки передач определяем исходя из диапазона коробки передач (D=U_K1/U_кв - отношение передаточных чисел крайних передач) и числа ступеней.

В общем случае передаточные числа коробок передач промежу­точных передач определяем по формуле

где:

n - количество передач в коробке передач;

m - номер передачи.

1.5.3 Передаточные числа трансмиссии

Передаточные числа трансмиссии для автомобилей без разда­точных коробок определяем по формуле

U_mpn =U_Kn·U₀;

где n- количество передач.

Из формулы видно, что количество передач трансмис­сии равно количеству передач коробки передач.

U_mp1 =8,086·5,51=44,552

U_mp2 =4,029·5,51=22,197

U_mp3 =2,007·5,51=11,059

U_mp4 =1·5,51=5,510

2. Расчет эксплуатационных свойств автомобиля

2.1 Динамический паспорт автомобиля

Динамический паспорт автомобиля представляет собой совокупность динамической характеристики и номограммы нагрузок. Динамический паспорт автомобиля позволяет решать уравнение движения с учетом конструктивных параметров автомобиля (М_с и др.), основных характеристик дороги (коэффициентов ? и ?) и нагрузки на автомобиль.

2.2 Динамическая характеристика

Динамическую характеристику строят для автомобиля с полной нагрузкой. С изменением веса автомобиля динамический фактор ме­няется и его можно определить по формуле

где:

Р_т - тяговая сила, Н;

Р_в - сила сопротивления воздуха, Н;

G_a - полный вес автомобиля, Н.

где:

М_е - эффективный момент двигателя (определяется в скоростной характеристике), Н·м;

U_тр - передаточное число трансмиссии;

К_в - коэффициент сопротивления воздуха, нс²/м⁴;

F - лобовая площадь автомобиля, м²;

?_тр- к.п.д. трансмиссии;

r - радиус колеса, м;

V - скорость движения автомобиля, м/с.

Скорость движения автомобиля определяем по следующей формуле

где ?_е - угловая скорость коленчатого вала двигателя, 1/с (оп­ределяется в скоростной характеристике двигателя).

Параметры, определенные по формулам, а также значения ?_е и М_е вносим в таблицу и по ее дан­ным строим динамическую характеристику.

Таблица

?е	1/с	72	144	216	288	360
Ме	Н·м	387,249	475,137	520,730	524,028	485,031
Ump1 =8,086·5,51=44,552
V	м/с	0,816	1,632	2,449	3,265	4,081
РТ	Н	29035,491	35625,209	39043,716	39291,012	36367,097
Рв	Н	0,999	3,997	8,994	15,990	24,984
Da	-	0,251	0,308	0,338	0,340	0,314
Ump2 =4,029·5,51=22,197
V	м/с	1,638	3,277	4,915	6,553	8,191
РТ	Н	14466,119	17749,262	19452,437	19575,646	18118,887
Рв	Н	4,026	16,104	36,234	64,416	100,649
Da	-	0,125	0,153	0,168	0,169	0,156
Ump3 =2,007·5,51=11,059
V	м/с	3,288	6,577	9,865	13,153	16,441
РТ	Н	7207,339	8843,072	9691,632	9753,017	9027,228
Рв	Н	16,219	64,876	145,971	259,504	405,476
Da	-	0,062	0,076	0,083	0,082	0,075
Ump4 =1·5,51=5,510
V	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,000
РТ	Н	3590,854	4405,813	4828,584	4859,167	4497,563
Рв	Н	65,340	261,360	588,060	1045,440	1633,500
Da	-	0,031	0,036	0,037	0,033	0,025

2.3 Номограмма нагрузок

Чтобы не пересчитывать при каждом изменении веса (нагрузки) величину динамического фактора D, динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, которую строят следующим образом. Ось абсцисс динамической характери­стики продолжают влево и на ней откладывают отрезок произволь­ной длины. На этом отрезке наносят шкалу нагрузки Н в процентах. Через нулевую точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллель­ную оси D_a, и на ней наносят шкалу динамического фактора для по­рожнего автомобиля D₀. Масштаб для шкалы D₀ определяем по формуле

a₀=a_a-G_a/G₀;

где:

a_а - масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой;

G₀=m₀·g - вес снаряженного автомобиля, Н (m₀ - масса снаряжен­ного автомобиля, кг

Равнозначные деления шкал D₀ и D_a (например 0,05; 0,1 и т.д.) соединяют прямыми линиями.

Наклонные линии на номограмме нагрузок обычно проводят через «круглые» значения динамического фактора.

2.4 Ускорение при разгоне

Ускорение во время разгона автомобиля определяют для случая движения на всех передачах трансмиссии по следующей формуле

где:

- коэффициент сопротивления дороги при максимальной скоро­сти

- ускорение свободного падения, м/с²;

?_вр- коэффициент учета вращающихся масс.

?_вр=1,03 + 0,04·

?_вр=1,03 + 0,04·8,086²=3,645

Таблица

Ump1 =44,552 ?вр=3,645
V	м/с	0,816	1,632	2,449	3,265	4,081
Da	-	0,251	0,308	0,338	0,340	0,314
j	м/с2	0,631	0,785	0,864	0,870	0,801
Ump2 =22,197 ?вр=1,679
V	м/с	1,638	3,277	4,915	6,553	8,191
Da	-	0,125	0,153	0,168	0,169	0,156
j	м/с2	0,632	0,798	0,883	0,888	0,812
Ump3 =11,059 ?вр=1,191
V	м/с	3,288	6,577	9,865	13,153	16,441
Da	-	0,062	0,076	0,083	0,082	0,075
j	м/с2	0,373	0,486	0,541	0,537	0,475
Ump4 =5,51 ?вр=1,07
V	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,000
Da	-	0,031	0,036	0,037	0,033	0,025
j	м/с2	0,124	0,173	0,181	0,147	0,071

2.5 Топливная экономичность автомобиля

Показателем топливной экономичности автомобиля служит контрольный расход топлива, т.е. путевой расход.

1.6.5.1 Путевой расход топлива

Путевой расход топлива определяется по следующей формуле

где:

- минимальный удельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч

- эмпирические коэффициенты, зависящие от степени ис­пользования мощности и от угловой скорости коленчатого вала со­ответственно;

- мощность, затрачиваемая на сопротивление дороги, кВт;

- мощность, затрачиваемая на сопротивление воздуха, кВт;

V – скорость движения автомобиля, м/с;

- плотность топлива, ;

- к.п.д. трансмиссии.

Плотность топлива в расчетах можно принять следующую:

• для дизельного топлива ?_т =0,860 кг/дм3;

Коэффициенты, зависящие от степени использования мощности и от угловой скорости коленчатого вала можно определить по сле­дующим эмпирическим зависимостям:

- для карбюраторных двигателей

;

Где:

U – называется степенью использования мощности и определяется по следующей зависимо­сти

где

- тяговая мощность автомобиля, кВт.

мощно­сти и определяют по формулам,

Пример расчёта

Для оформления расчетов и построения графика топливной экономичности автомобиля заполняем таблицу.

Таблица

		0,2	0,4	0,6	0,8	1
	кВт	27,882	68,420	112,478	150,920	174,611
	кВт	23,69963969	58,15673107	95,60596132	128,2820177	148,4195873
		0,2	0,4	0,6	0,8	1
		1,095	1,006	0,964	0,968	1,018
V	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,000
	кВт	12,966	25,932	38,898	51,864	64,830
	кВт	0,431	3,450	11,644	27,600	53,906
	кВт	13,397	29,382	50,542	79,464	118,736
U		0,565	0,505	0,529	0,619	0,800
		0,827	0,861	0,846	0,808	0,825
	л/100 км	18,280	19,188	20,707	23,399	30,055

Заполнив таблицу, строим график топливной экономично­сти автомобиля. На графике отмечают экономи­ческую скорость которая соответствует минимальному путевому расходу топлива .

Для оформления расчетов и построения графика мощностного баланса автомобиля заполняем таблицу.

	1-ая передача
We/WN		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Nt	кВт	23,69964	58,15673	95,60596	128,282	148,419
V	м/с	0,816	1,632	2,449	3,265	4,081
			2 - ая передача
Nt	кВт	23,699	58,156	95,605	128,282	148,419
V	м/с	1,638	3,277	4,915	6,553	8,191
			3-я передача
Nt	кВт	23,699	58,156	95,605	128,282	148,419
V	м/с	3,288	6,577	9,865	13,153	16,441
			4-ая передача
Nt	кВт	23,699	58,156	95,605	128,282	148,419
V	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,000
N? +NB	кВт	13,397	29,382	50,542	79,464	118,736

3 Расчет основных параметров агрегатов транс­миссии, подвески и механизмов, обеспечивающих безопасность движения

3.1 Сцепление

3.1.1 Максимальный момент передаваемый сцеплением

где:

- максимальный эффективный момент двигателя, (опреде­ляется по скоростной характеристике двигателя);

- коэффициент запаса сцепления (для легковых автомобилей =1,3... 1,75; для грузовых автомобилей и автобусов =1,6...2,0).

3.1.2 Наружный диаметр фрикционного диска

Если значение , то рекомендуется применять двухдисковое сцепление. В этом случае в формулу подставляют зна­чение 0,5 .

3.1.3 Внутренний диаметр фрикционного диска

3.1.4 Усилие прижатие дисков

Где:

z-количество пар поверхностей трения

?-коэффициент трения (??0,25)

-средний радиус трения

3.2 Коробка передач

2.2.1 Межосевое расстояние

Где:

К – коэффициент, зависящий от типа автомобиля (для легковых автомобилей К=8,9-9,3; для грузовых К=8,6-9,6)

3.3 Карданная передача

3.3.1 Критическая угловая скорость карданного вала

где:

D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры карданно­го вала, м (легковые автомобили d=0,035-0,06 м; грузовые автомо­били и автобусы d=0,06-0,10 м). Значения диаметра D определяют, задаваясь толщиной стенки вала. D=d+, где - толщина стенки вала (для легковых автомобилей =0,002- 0,0035 м; для грузовых авто­мобилей и автобусов =0,002-0,006 м);

- длина карданного вала, м (длина карданного вала выбирается на основе анализа существующих конструкций).

3.3.2 Максимальная угловая скорость карданного вала

где:

- максимальная скорость движения автомобиля, м/с (по зада­нию);

- передаточное число высшей передачи трансмиссии, соответст­вующее передаточным числам агрегатов трансмиссии, расположен­ных между рассчитываемым карданным валом и ведущими колеса­ми автомобиля;

г - радиус колеса, м.

?_кр/?_мах= 760/343,44=2

3.4 Главная передача

3.4.1 Число зубьев шестерен главной передачи

При одинарной главной передаче.

Приняв количество зубьев ведущей шестерни (для легковых автомобилей =5-10; для грузовых автомобилей и автобусов =6-14), определяют количество зубьев ведомой шестерни

3.4.2 Конусное расстояние

Где - передаточное число первой передачи коробки передач

3.6 Подвеска

3.6.1 Техническая частота колебаний

Пер.подвеска

Зад.подвеска

где f — статический прогиб упругого элемента подвески, см:

Техническая частота колебаний определяется для передней и задней подвесок. Для этого выбирают статический прогиб передней подвески fn (для автобусов fn=8-12 см.)

Статический прогиб задней подвески определяют из соотноше­ний:

для автобусов f₃ =(1,0-1,2)f_n;

Определенное значение технической частоты колебаний под­вески должно лежать в следующих пределах:

автобусы 70-100 колеб/мин;

3.7 Рулевое управление

3.7.1 Момент сопротивления повороту

,

где:

- полный вес, приходящийся на управляемые колеса, Н;

f- коэффициент сопротивления качению (f=0,02);

а- плечо обкатки, м (автобусы а=0,06-0,1);

г-радиус колеса, м;

- коэффициент сцепления шин с дорогой ( =0,8);

- к.п.д. рулевого управления (=0.78-0.8).

3.8 Тормозное управление

3.8.1 Максимальный тормозной момент

Максимальный тормозной момент рассчитывают для передних и задних тормозов по следующей формуле

Пер.мост

Зад.мост

где:

- вес, приходящийся на тормозящее колесо, Н;

— коэффициент сцепления шин с дорогой ( =0,8);

г — радиус колеса, м;

m - коэффициент перераспределения масс (для передних тормозов =1,5.,.2,0; для задних тормозов- -0,5...0,7).

Для определения веса, приходящегося на тормозящее колесо пользуются формулой:

Gk=Gan/k,H;

Где Gan – полный вес на мост автомобиля;

К – кол-во колес на мосту автомобиля;

N – номер моста

Gk1=57781/2=28891, Н Gk2=57781/4=14445, Н