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, К_п.

Максимальная скорость движения автомобиля,

Vmax, М/С

Автобус между-городний

Z=40

К_m=200

33

Тип двигателя

Коэффициенты сопротивления дороги

Узел для

конструк-торской разработки

Максимальный

Ψmax

При максимальной

скорости

Ψv

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

G_а1,H

Двигатель

сзади

G_а1=0,5 G_а

G_а1=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;

ψ_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;

η_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);

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

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

Отношение угловых скоростей ω_e/ω_N необходимо принять для карбюраторных двигателей легковых автомобилей ω_e/ω_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 ω_e/ω_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/ω_e, H·м;

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

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

Таблица

ω_e/ω_N

0,2

0,4

0,6

0,8

1

ω_e

1/с

72

144

216

288

360

N_e

кВт

27,882

68,420

112,478

150,920

174,611

M_e

Нм

387,249

475,137

520,730

524,028

485,031

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

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

ω_m - угловая скорость коленчатого вала при максимальном моменте;

ω_N - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

ω_max - максимальная угловая скорость коленчатого вала (значения ω_N и ω_max могут совпадать)

K_м= М_max/М_N

K_ω =ω_N/ω_M

ω_min =72

ω_m =288

ω_N =360

ω_max =360

K_м= 524,028/485,031=1,08

K_ω =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);

ω_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:

ψ_max - максимальный коэффициент сопротивления дороги (по заданию);

М_е_m_ах - 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 φ - коэффициент сцепления шин с дорогой (φ = 0,85);

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

Если U_к1>U_к1(φ), 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_mp_n =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 ψ и φ) 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;

η_тр- к.п.д. трансмиссии;

r - радиус колеса, м;

V - скорость движения автомобиля, м/с.

Скорость движения автомобиля определяем по следующей формуле

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

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

Таблица

ω_е

1/с

72

144

216

288

360

М_е

Н·м

387,249

475,137

520,730

524,028

485,031

U_mp1 =8,086·5,51=44,552

V

м/с

0,816

1,632

2,449

3,265

4,081

Р_Т

Н

29035,491

35625,209

39043,716

39291,012

36367,097

Р_в

Н

0,999

3,997

8,994

15,990

24,984

D_a

-

0,251

0,308

0,338

0,340

0,314

U_mp2 =4,029·5,51=22,197

V

м/с

1,638

3,277

4,915

6,553

8,191

Р_Т

Н

14466,119

17749,262

19452,437

19575,646

18118,887

Р_в

Н

4,026

16,104

36,234

64,416

100,649

D_a

-

0,125

0,153

0,168

0,169

0,156

U_mp3 =2,007·5,51=11,059

V

м/с

3,288

6,577

9,865

13,153

16,441

Р_Т

Н

7207,339

8843,072

9691,632

9753,017

9027,228

Р_в

Н

16,219

64,876

145,971

259,504

405,476

D_a

-

0,062

0,076

0,083

0,082

0,075

U_mp4 =1·5,51=5,510

V

м/с

6,600

13,200

19,800

26,400

33,000

Р_Т

Н

3590,854

4405,813

4828,584

4859,167

4497,563

Р_в

Н

65,340

261,360

588,060

1045,440

1633,500

D_a

-

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;

δ_вр- коэффициент учета вращающихся масс.

δ_вр=1,03 + 0,04·

δ_вр=1,03 + 0,04·8,086²=3,645

Таблица

U_mp1 =44,552         δ_вр=3,645

V

м/с

0,816

1,632

2,449

3,265

4,081

D_a

-

0,251

0,308

0,338

0,340

0,314

j

м/с²

0,631

0,785

0,864

0,870

0,801

U_mp2 =22,197         δ_вр=1,679

V

м/с

1,638

3,277

4,915

6,553

8,191

D_a

-

0,125

0,153

0,168

0,169

0,156

j

м/с²

0,632

0,798

0,883

0,888

0,812

U_mp3 =11,059         δ_вр=1,191

V

м/с

3,288

6,577

9,865

13,153

16,441

D_a

-

0,062

0,076

0,083

0,082

0,075

j

м/с²

0,373

0,486

0,541

0,537

0,475

U_mp4 =5,51         δ_вр=1,07

V

м/с

6,600

13,200

19,800

26,400

33,000

D_a

-

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

- 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 ρ_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

Nψ +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

μ-коэффициент трения (μ≈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.

ω_кр/ω_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 (.

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

5rik.ru

Материалы для учебы и работы

Конструирование и расчет агрегатов и систем автомобиля