Определение передаточных чисел трансмиссии проектируемого автомобиля.

Расчет тяговой динамики и топливной экономичности автомобиля.

Расчет скоростной характеристики двигателя проектируемого автомобиля.

Скоростная характеристика двигателя – это зависимость мощности и крутящего момента от числа оборотов коленчатого вала.

В случае, если максимальная мощность двигателя Nmax известна, внешнюю скоростную характеристику двигателя можно рассчитать по формуле Р.С.Лейдермана:

Ne = Nmax*{a*ne/nN+b*(ne/nN)²-c*(ne/nN)³}, кВт (1)

Где ne – текущее значение оборотов, для которого определяется мощность

а, b, c – коэффициенты: для автомобилей с карбюраторным двигателем a=b=с=1, с дизельным - a=0,53, b=1,56, c=1,09.

Необходимо найти 6-8 значений мощности в диапазоне от минимального устойчивого числа оборотов двигателя nmin до nmax, nmin двигателем следует принимать:

Легковые автомобили с карбюраторным двигателем nmin=800-1000 об/мин

Грузовые автомобили с карбюраторным двигателем nmin=500-600 об/мин

Грузовые с с дизельным двигателем nmin=400-500 об/мин.

Максимальное число оборотов двигателя принимается:

Для легковых автомобилей nmax=(1,05-1,16) nN

Для грузовых автомобилей nmax= nN.

Если максимальная мощность не задана, то она определяется следующим образом:

А) Легковые автомобили

Максимальная мощность двигателя выбирается из условий обеспечения заданных динамических качеств, при максимальной скорости движения.

Динамический фактор при этом принимается

Dbmin=ψ= 0,0165[1+0,01*(V-50)], (2)

Где ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления при максимальной скорости.

Для нахождения Nmax вначале определяется мощность сопротивления Nψ+Nw при Vmax, представляющая собой мощность на ведущих колесах.

Nψ+Nw=m* Dbmin*g* Vmax/367+k*F* V³max/46656, (3)

Где Nψ – мощность суммарного дорожного сопротивления, кВт;

Nw – мощность сопротивления воздуха, кВт;

m – полная масса автомобиля, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Vmax – максимальная скорость движения, км/ч;

k – коэффициент обтекаемости, k=0,2-0,35 Н*с²/м⁴

F- лобовая площадь, которую можно вычислить по формуле НАМИ, зная габаритные ширину и высоту автомобиля;

F=0,78*В_а*Н_а, м²

или принять в пределах 1,6-2,8м²

Полная масса автомобиля определяется по следующей зависимости:

m=m_a+(75+m_б)*n+m_г , кг

где m_a - собственная масса автомобиля, кг;

m_б – масса багажа, кг

для легковых автомобилей, m_б=10-16 кг

для автомобилей повышенной проходимости m_б=25 кг

n – число пассажиров, включая водителя;

m_г – грузоподъемность автомобиля.

Собственная масса автомобиля определяется следующим образом. Легковые автомобили, автобусы: m_a=k_u*n

где k_u – коэффициент использования веса, кг/пассажира.

Грузовые автомобили: m_a=k_c*m_г

где k_c – коэффициент снаряженного веса.

Значения k_c и k_u приведены в таблицах № 1,2,3

Таблица №1

n, чел
ku

Таблица №2

mг, кг
kc	1,25	0,8	0,75	0,8	0,85	0,9

Таблица №3, автобусы

N,пассаж.
ku,кг/пассаж.

После определения мощности сопротивления дороги и воздуха, определяется мощность двигателя при максимальной скорости

N_Vmax=(N_ψ+N_w)/ή_т, кВт (4)

где ή_т – КПД трансмиссии:

для легковых автомобилей - ή_т=0,90-0,92,

для грузовых - ή_т=0,85-0,90,

для автомобилей повышенной проходимости - ή_т=0,78-0,85.

Далее из формулы Р.С.Лейдермана находят максимальную мощность двигателя.

Ne = Nvmax*{a*ne/nN+b*(ne/nN)²-c*(ne/nN)³}, кВт (5)

Б) Грузовые автомобили, автобусы и др. АТС.

Максимальную мощность двигателя определяют из условия обеспечения заданного минимального D_bmin динамического фактора на прямой передаче при максимальной скорости движения.

Минимальный динамический фактор для грузовых автомобилей и автобусов выбирается в интервале от 0,030 до 0,045.

Коэффициент обтекаемости k и лобовая площадь F принимаются соответственно:

Грузовые автомобили 0,50-0,65 Н*с²/м⁴ и 3-5 м²

Автобусы 0,37-0,43 Н*с²/м⁴ и 4,5-6,5 м².

Лобовая площадь автотранспортного средства может быть также при наличии данных, определена по приведенной выше формуле.

Потребная мощность при максимальной скорости определяется аналогично легковым автомобилям и принимается равной максимальной мощности двигателя (формулы 3,4).

Момент двигателя при принятых оборотах коленчатого вала определяется по формуле:

M_e=9555,3*N_e/n_e, Н*м.

Полученные значения текущей мощности и момента следует свести в таблицу и построить график.

ne, об/мин
Ne,кВт
Me,Н*м

Определение передаточных чисел трансмиссии проектируемого автомобиля.

Передаточное число главной передачи определяется исходя из обеспечения заданной максимальной скорости движения автомобиля:

i_o=0,377*r_k*n_emax/(i_k*V_max)

где r_k – радиус качения колеса, м;

n_emax – максимальные обороты коленчатого вала двигателя, об/мин;

i_k – передаточное число коробки передач на высшей передаче;

V_max – максимальная скорость движения автомобиля на прямой ή_T передаче, км/ч.

Для прямой передачи i_k=1, для ускоряющей i_k следует задаваться в пределах 0,7-0,85.

Максимальная скорость движения легковых автомобилей в задании может быть не указана, в этом случае ее следует найти из условия равенства мощности N_k, подводимой к ведущим колесам и мощностей сопротивлений:

N_k= N_ψ+ N_w, кВт,

или

N_Vmax*ή_T=m*ψ*V_max*g/3600+k*F*V³_max/46656

где N_Vmax – мощность двигателя при максимальной скорости движения

автомобиля;

ή_T – КПД трансмиссии, для легковых автомобилей ή_T=0,9-0,92,

для грузовых и автобусов ή_T=0,85-0,90,

для автомобилей повышенной проходимости ή_T=0,78-0,85;

m – полная масса автомобиля, кг;

ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления, при уклоне ψ=0, ψ=f=0,015(1+V²/20000)

k – коэффициент обтекаемости, для легковых автомобилей

k=0,2-0,35 Н*с²/м⁴

F – лобовая площадь автомобиля, м²

F=0,78*B_a*H_a, м²

где B_a и H_a габаритные ширина и высота автомобиля.

Полная масса автомобиля определяется по формуле (4), (см. П.1. «Расчет скоростной характеристики двигателя проектируемого автомобиля»).

Уравнение (2) решается графически. Для этого задавшись 4-мя значениями ожидаемой V_max, строят кривую N_ψ+N_w далее поводят горизонтальную линию, соответствующую мощности N_к на ведущих колесах при n_max. Точка пересечения этих линий даст искомую максимальную скорость движения автомобиля.

Для определения радиуса качения колес необходимо установить нагрузку, приходящуюся на одну шину.

У легковых автомобилей вес распределяется между передними и задними осями примерно поровну.

У грузовых автомобилей на переднюю ось при полном использовании грузоподъемности приходится около 20-30% нагрузки, задние оси, соответственно, порядка 70-80%.

При максимальной нагрузке G_ш, приходящейся на одну шину и по максимальной скорости движения автомобиля на высшей передаче выбирают тип и размер шины (см. «Краткий автомобильный справочник НИИАТ», «Приложения») и определяют радиус качения колеса:

r_k=0,0127(d+1.7B), м,

где d и B соответственно диаметр обода и ширина профиля шины в дюймах.

При определении передаточных чисел коробки передач вначале необходимо найти передаточное число первой из условия преодоления максимального сопротивления дороги:

i_kΙ= ψ_max*r_k*m*g/(M_emax*i₀*ή_T)

где ψ_max – коэффициент суммарного сопротивления дороги, преодолеваемого автомобилем на первой передаче,

ψ_max=0,30-0,40, меньшие значения относятся к легковым автомобилям, большие к грузовым.

Для автомобилей повышенной проходимости ψ_max=0,40-0,45;

Полученное значение необходимо проверить по сцеплению ведущих колес с дорогой (на отсутствие буксования)

Р_Kmax≤Рcц

или

(M_emax*i_k1*i₀* ή_T)/r_k≤φ*G_сц

где φ – коэффициент сцепления, φ=0,6-0,8;

G_сц – сцепной вес автомобиля, Н.

G_сц= G₂*m₂,

где G₂ – нагрузка на ведущие колеса,

m₂ – коэффициент перераспределения нормальных реакций m₂=1,2.

Передаточные числа других передач:

i_km= ^n-1√i_k1^n-m

где n – число ступеней коробки переда, без ускоряющей;

m – порядковый номер рассчитываемой передачи.

При наличии ускоряющих передач, последние выбирают в пределах

0,7-0,8 от прямой.

Для раздаточной коробки передаточное число понижающей передачи определяется из условия отсутствия буксования автомобиля по следующей зависимости:

i_rk<(m*g*φ*r_k)/(M_emax*i_k1*i₀* ή_T)

Полученное значение должно обеспечивать минимальную скорость движения автомобиля 1-2 км/ч. Проверка производится по формуле:

V_min=0,377*r_k*n_min/(i_k1*i₀*i_рк), км/ч,

где n_min=800-1000 об/мин – для легковых автомобилей

n_min=500-600 об/мин – для грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями, 400-500 – с дизельными.