Реферат: Расчетно-графический анализ тягово-скоростных свойст автомобиля ВАЗ-21083

Министерство образования Украины

Харьковскийнациональный автомобильно-дорожный университет

Кафедраавтомобилей

Курсовая работа

Расчетно-графическийанализ тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ -21083

Выполнил: студентгр.А-33  

Бесчастнов П.С.

                                                      Проверил: Писарев В.П.

Харьков 2003

Введение

        Различные виды подвижного состава автомобильного транспорта – одиночныеавтомобили, седельные и прицепные автопоезда объединяются понятием “автотранспортныесредства”/АТС/. Общим для них служат колесные движители и опорные оси вразличных комбинациях. В связи с этим взаимодействие АТС с дорогой и окружающейсредой базируется на тех же основных закономерностях, что и для одиночногоавтомобиля.

        Эффективность использования АТС в различных условиях эксплуатации определяетсякомплексом их потенциальных эксплуатационных свойств – тягово-скоростных,тормозных, проходимости, топливной экономичности, устойчивости и управляемости,комфортабельности плавности хода. На эти эксплуатационные свойства влияютосновные параметры автомобиля и его узлов, прежде всего двигателя, трансмиссиии колес, а также характеристики дороги и условий движения.

        При выполнении курсовой работы оценивалась взаимосвязь и взаимозависимостьсовместного влияния конструктивных параметров автомобиля и условий движения наэксплуатационные свойства. При анализе тягово-скоростных свойств автомобиля ВАЗ– 21083 выполняются необходимые расчеты на основании конкретных техническихданных, строятся графики и по ним анализируются тягово-скоростные свойства.

Исходные данные длярасчета

Вид автомобиля легковой Полная масса м, кг 1370 Марка и тип двигателя ВАЗ-21083, карбюраторный Максимальная мощность Nemax, кВт 52,6 Частота вращения двигателя при максимальной мощности nN, об/мин 5600 Наличие ограничителя частоты вращения коленчатого вала нет Передаточные числа Uk1 3,636 Uk2 1,95 Uk3 1,357 Uk4 0,941 Uk5 0,784 раздаточной коробки или делителя нет главной передачи Ud 3,7 Шины 175/70R13 Статистический радиус колес rст 0,269 Габаритные размеры: /> ширина   Br, м 1,62 высота    Hr, м 1,402 КПД трансмиссии η 0,9

Коеффициент сопротивления воздуха  К, Η*c2/м4

0,25 σ/ Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами Максимальный крутящий момент двигателя Memax, Η*м 106,4 Частота вращения двигателя при максимальном крутящем моменте nм, об/мин 3400 Максимальная скорость Vmax, км/ч 156 Время разгона до 100 км/ч tp, с 13 1.Построениевнешней скоростной характеристики двигателя/> <td/> />
Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателявнутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известнымкоординатам одной точки скоростной характеристики (Nemax<sub/>и nN) воспроизвестивсю кривую мощности:

где Ne, кВт– текущее значениемощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала двигателя   n, об/мин; Nemax<sub/>, кВт – максимальная мощность двигателя внутреннегосгорания при частоте вращения nN ,об/мин; A1,A2– эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя внутреннегосгорания. 

Значения эмпирических коэффициентов A1,A2  принимают для карбюраторных двигателей A1= A2  =1,0.

/> <td/> />
Для выбора текущего значения n диапазон частотывращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов nminдо nN разбивают на произвольное числоучастков:

Так каку карбюраторного двигателя, не имеющего ограничителя частоты вращения,максимальная частота вращения коленчатого вала nmaxпри движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10-20% превышатьчастоту nN, для него берут еще однозначение n после nN c тем же интервалом Dn.

Минимальнуючастоту вращения коленчатого вала nminвыбирают в пределах 800 об/мин.

/> <td/> />
          Определив Ne  для принятых значений n, вычисляют соответствующие значения крутящего моментадвигателя, Нм:

Результатырасчетов сводят в табл.1 и строят внешнюю скоростную характеристику двигателя Ne=f(n) и Me=f(n).

                                                                                                                    Таблица1

Результаты расчетоввнешней скоростной характеристики двигателя

Параметры Значение параметров n, об/мин 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400

A1*n/nN

0,1429 0,2857 0,4286 0,5714 0,7143 0,8571 1 1,1429

A2(n/nN)^2

0,0204 0,0816 0,1837 0,3265 0,5102 0,7347 1 1,3061

(n/nN)^3

0,0029 0,0233 0,0787 0,1866 0,3644 0,6297 1 1,4927

A1*n/nN+A2(n/nN)^2-(n/nN)^3

0,1604 0,344 0,5336 0,7113 0,8601 0,9621 1 0,9563 Ne, кВт 8,437 18,0944 28,0674 37,4144 45,2413 50,6065 52,6 50,301 Ме,Hм 100,717 108,001 111,685 111,659 108,014 100,686 89,702 75,059

       

2.Построениеграфиков силового баланса и динамической характеристики/> <td/> />
При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростейдвижения автомобиля рассчитывают значения составляющих уравнения силовогобаланса:/> <td/> />
Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из выражения, Н:

где rд — динамический радиус колеса, который внормальных условиях движения принимаем равным rст,м. Вторую составляющую силового баланса — силу суммарного дорожногосопротивления определяют по формуле, Н:

/> <td/> />
где G=gm — полныйвес автомобиля, Н; g= 9.8I м/с2 — ускорение свободного падения.

Врасчетах не учитывается влияние скорости движения на коэффициент сопротивлениякачению, в связи c чем полагают Y=const.

Для ВАЗ-21083G=9,81*1370=13439,7Н, а при заданном Y=0,019  Р=0,019*1370*9,81=255,35 Н.

/> <td/> />
Сила сопротивления воздуха, Н:

где F — лобовая площадь, м2; v — скорость автомобиля, км/ч.

Лобоваяплощадь может быть определена по чертежу автомобиля, а при его отсутствии — приближенно по выражению:

/> <td/> />
где a — коэффициент заполненияплощади, для легковых автомобилей a=0,78-0,8.Для ВАЗ — 21083                           F =0,78*1,65*1,402=1,804 м2

Силасопротивления разгону, Н:

/> <td/> />
где d — коэффициент, учитывающийвлияние инерции вращающихся масс; j — ускорение автомобиля впоступательном движении, м/с2.

Припостроении и анализе графиков силового баланса величина Pjне рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Pk и суммы сопротивлений движению (PY+Pw).

/> <td/> />
График силового баланса и все последующие строят в функции скорости автомобиля v, км/ч, которая связана с частотой вращения валадвигателя n зависимостью:

где rk — радиус качения колеса, м, равный приотсутствии проскальзывания статическому радиусу rст.

/> <td/> />
Динамический фактор автомобиля D определяетсядля различных  передач и скоростей движения по формуле:

Переменныепо скорости величины Pk,Pw и D рассчитывают по формулам, сводят данные расчетов втабл.2 и строят по ним графики силового 6aланca и динамической характеристики.

                                                                                                                Таблица 2

Результаты расчетовсилового баланса и динамической характеристики

Параметры Значение параметров n, об/мин 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 Ме, Нм 100,717 108,001 111,685 111,659 108,014 100,686 89,702 75,059 V, км/ч 6,0081 12,0163 18,0244 24,0326 30,0407 36,0489 42,057 48,0652 Uк1 = Pк, Н 4600,82 4933,55 5101,84 5100,65 4934,15 4599,4 4097,64 3428,74 3,636 Рw, Н - - 11,3079 20,1031 31,411 45,232 61,5656 80,4124 Рк-Рw,H 4600,82 4933,55 5101,84 5100,65 4934,15 4599,4 4097,64 3428,74 D 0,3423 0,3671 0,3796 0,3795 0,3671 0,3422 0,3049 0,2551 V, км/ч 11,2029 22,4058 33,6086 44,8115 56,0144 67,2173 78,4202 89,6231 Uк2 = Pк, Н 2467,43 2645,88 2736,14 2735,5 2646,2 2466,68 2197,58 1838,85 1,95 Рw, Н - 17,474 39,315 69,894 109,21 157,262 214,051 279,577 Рк-Рw,H 2467,43 2645,88 2736,14 2735,5 2646,2 2466,68 2197,58 1838,85 D 0,1836 0,1969 0,2036 0,2035 0,1969 0,1835 0,1635 0,1368 V, км/ч 16,098 32,197 48,295 64,394 80,492 96,591 112,689 128,788 Uк3 = Pк, Н 1717,08 1841,26 1904,07 1903,63 1841,49 1716,55 1529,29 1279,65 1,357 Рw, Н 9,02 36,082 81,183 144,329 225,511 324,739 442,002 577,314 Рк-Рw,H 1717,08 1841,26 1904,07 1903,63 1841,49 1716,55 1529,29 1279,65 D 0,1278 0,137 0,1417 0,1416 0,137 0,1277 0,1138 0,0952 V, км/ч 23,215 46,431 69,646 92,861 116,077 139,292 162,507 - Uк4 = Pк, Н 1190,7 1276,81 1320,36 1320,05 1276,96 1190,33 1060,47 - 0,941 Рw, Н 18,76 75,04 168,83 300,14 468,98 675,33 919,19 - Рк-Рw,H 1171,94 1201,77 1151,53 1019,91 807,98 515 141,28 - D 0,0872 0,0894 0,0857 0,0759 0,0601 0,0383 0,0105 - V, км/ч 27,864 55,729 83,593 111,457 139,322 167,186 - - Uк5 = Pк, Н 992,04 1063,78 1100,07 1099,81 1063,91 991,73 - - 0,784 Рw, Н 27,02 108,1 243,22 432,39 675,62 972,88 - - Рк-Рw,H 965,02 955,68 856,85 667,42 388,29 18,85 - - D 0,0718 0,0711 0,0638 0,0497 0,0289 0,0014 - -

РΨ+РW,H          

282,37 363,45 498,57 687,74 930,97 1228,23 - - 255,3543 255,3543 255,3543 255,3543 255,3543 255,3543 - -

 

                                    

3.Оценкапоказателей разгона автомобиля

Показателиразгона автомобиля представляют собой графики ускорений, времени и пути разгонав функции скорости.

/> <td/> />
Ускорение j для разных передач и скоростей определяют по значениям D из табл.2, используя формулу:

где d =1,04 + 0.04 uki2предварительно рассчитывается для каждой передачи.

Расчетныеданные для построения графика ускорений сводят, в табл.3, где приводятсязначения величин, обратных ускорениям 1/j,которые будут использованы при определении времени разгона АТС.

Посколькупри максимальной скорости для автомобиля без ограничителя частоты вращения валадвигателя ускорение j=0, а обратная величина 1/j=¥,построение графика 1/j=f(v) ограничиваютпоследней точкой, примерно соответствующей 0.9vmax.Для ВАЗ — 21083это ограничение составляет 0,9*156=140 км/ч. Скорости 140 км/ч соответствуютзначения j = 0,1761м/с2 и 1/j = 5,6786c2/м.

                                                                                                                 Таблица 3

Результаты расчетовускорений и величин обратных ускорениям

n,

об/мин

800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 V, км/ч 6,0081 12,016 18,024 24,033 30,041 36,049 42,057 48,0652 1-я передача D 0,3423 0,3671 0,3796 0,3795 0,3671 0,3422 0,3049 0,2551 Uк1 = 3,636 D — ψ 0,3233 0,3481 0,3606 0,3605 0,3481 0,3232 0,2859 0,2361

δ1= 1,56882

j, м/с2 2,0216 2,1767 2,2549 2,2542 2,1767 2,021 1,7878 1,4764 1/j 0,4947 0,4594 0,4435 0,4436 0,4594 0,4948 0,5593 0,6773 V, км/ч 11,203 22,406 33,609 44,812 56,014 67,217 78,42 89,6231 2-я передача D 0,1836 0,1969 0,2036 0,2035 0,1969 0,1835 0,1635 0,1368 Uк2 = 1,95 D — ψ 0,1646 0,1779 0,1846 0,1845 0,1779 0,1645 0,1445 0,1178

δ2  = 1,1921

j, м/с2 1,3545 1,464 1,5191 1,5183 1,464 1,3537 1,1891 0,9694 1/j 0,7383 0,6831 0,6583 0,6586 0,6831 0,7387 0,841 1,0316 V, км/ч 16,098 32,197 48,295 64,394 80,492 96,591 112,69 128,788 3-я передача D 0,1278 0,137 0,1417 0,1416 0,137 0,1277 0,1138 0,0952 Uк3 = 1,357 D — ψ 0,1088 0,118 0,1227 0,1226 0,118 0,1087 0,0948 0,0762

δ3 = 1,11366

j, м/с2 0,9584 1,0394 1,0808 1,08 1,0394 0,9575 0,8351 0,6712 1/j 1,0434 0,9621 0,9252 0,9259 0,9621 1,0444 1,1975 1,4899 V, км/ч 23,215 46,431 69,646 92,861 116,08 139,29 162,51 - 4-я передача D 0,0872 0,0894 0,0857 0,0759 0,0601 0,0383 0,0105 - Uк4 = 0,941 D — ψ 0,0682 0,0704 0,0667 0,0569 0,0411 0,0193 -0,008 -

δ4 = 1,075419

j, м/с2 0,6221 0,6422 0,6084 0,519 0,3749 0,1761 -0,078 - 1/j 1,6075 1,5571 1,6437 1,9268 2,6674 5,6786 -12,9 - V, км/ч 27,864 55,729 83,593 111,46 139,32 167,19 - - 5-я передача D 0,0718 0,0711 0,0638 0,0497 0,0289 0,0014 - - Uk5=0.784 D — ψ 0,0528 0,0521 0,0448 0,0307 0,0099 -0,018 - - δ5 =1.06459 j, м/с2 0,4865 0,4801 0,4128 0,2829 0,0912 -0,162 - - 1/j 2,0555 2,0829 2,4225 3,5348 10,965 -6,165 - - /> <td/> />
Время разгона получают как интеграл функции

графическим интегрированием функции 1/j=f(v), используя графиквеличин, обратных ускорениям. Для этого площадь под кривыми 1/j=f(v) в интервале от vmin до 0.9vmax  разбивают на произвольное числоучастков. Переход с одной передачи на другую выбирают при равных или принаиболее близких значениях j и 1/j.Приэтом каждый участок будет ограничен частью оси абсцисс, частью кривойзависимости 1/j=f(v)  и ординатами точек этой кривой, соответствующихначальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участковпредставляют собой в определенном масштабе время разгона в соответствующеминтервала скоростей на данной дороге.

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, вычисляют времяразгона, сводят расчеты в табл.4 и строят график времени разгона.

                                                                                                                    Таблица4Результаты расчетов времени разгона  Параметр Значение параметра V, км/ч 6 26,5 47,5 68 88 109 128 139 140

Fti, мм2

157,5 189 241,5 304,5 378 462 330 138,6

ΣFti, мм2

157,5 346,5 588 892,5 1270,5 1732,5 2062,5 2201,1 Σ t,c 2,612 5,746 9,751 14,8 21,07 28,731 34,204 36,502 /> <td/> />
Путь разгона определяют по аналогии графическим интегрированием функции t=f(v), т.е. подсчетомсоответствующих площадей графика времени разгона, поскольку

Методикарасчета и построения аналогична предшествующей. Для этого площадь над кривой t=f(v) в интервале от vmin до 0.9vmax разбивают на произвольное число участков. Каждый участок ограничен частью осиординат, частью кривой t=f(v) и абсциссами точек этой кривой, соответствующихначальной и конечной скоростям выбранного интервала. Площади этих участковпредставляют собой в определенном масштабе путь разгона в соответствующеминтервале скоростей на данной дороге

Подсчитав площади участков и нарастающую сумму площадей, вычисляют путьразгона, сводят расчеты в табл.5 и строят график пути разгона.

                                                                                                                   Таблица 5Результаты расчетов пути разгонаПараметр Значение параметра V, км/ч 6 43,5 69,3 89 119,5 140 Fsi, мм^2 643,5 1466,4 2057,9 5421 7785 ΣFsi, мм^2 643,5 2109,9 4167,8 9588,8 17373,8 S, м 123,75 405,75 801,5 1844 3341,12 4.Графикмощностного баланса автомобиля

Уравнения баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne:

/>

/> <td/> />
или через мощность на колесах Nk:

где Nr — мощность, теряемая в трансмиссии;NY ,Nw — мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожныхсопротивлений и сопротивления воздуха; Nj — мощность, используемая для разгона.

Вначале вычисляют мощность на ведущих колесах Nk.Эту величину определяют через мощность Ne,развиваемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии

/>

Значения мощностей NY  иNw рассчитывают с использованием величин PY  и Pw, взятых изтабл.2 для высшей передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростейдвижения автомобиля:

/>

Полученныезначения величин NY  и Nw  суммируют.

Из табл.2 берут также значения скоростей движения автомобиля на всехпередачах, соответствующие принятым ранее величинам частоты вращенияколенчатого вали двигателя. Данные расчетов сводят в табл.6 и по ним строятграфик мощностного баланса автомобиля.

На графике мощностного баланса строят следующие зависимости. мощностейот скорости движения автомобиля: Ne=f(v)  — только для высшейпередачи; Nk=f(v)  — для всех передач; NY=f(v), NY+Nw=f(v).

Мощности Nr и Njопределяются на графике как разности Nr=Ne-Nk, Nj=Nk-(NY+Nw).

                                                                                                                    Таблица6Результаты расчета составляющих баланса мощностиПараметр Значение параметра n, об/мин 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 Ne, кВт 8,437 18,094 28,067 37,414 45,241 50,606 52,6 50,301 Nк, кВт 7,6777 16,466 25,541 34,047 41,17 46,052 47,866 45,774 V, км/ч        Uк1=3,636 6,0081 12,016 18,024 24,033 30,041 36,049 42,057 48,065 Uк2=1,95 11,203 22,406 33,609 44,812 56,014 67,217 78,420 89,623 Uк3=1,357 16,098 32,197 48,295 64,394 80,492 96,591 112,69 128,79 Uк4=0,941 23,215 46,431 69,646 92,861 116,08 139,29 162,51 - Uk5=0,784 27,864 55,729 83,593 111,46 139,32 167,19 - - Nψ, кВт 1,9764 3,953 5,9294 7,9058 9,8824 11,859 - - Nw, кВт 0,2091 1,6734 5,6476 13,387 26,147 45,181 - - Nψ+Nw, кВт 2,1856 5,6264 11,577 21,293 36,029 57,04 - - 5.Анализтягово-скоростных свойств автомобиля

Извнешней скоростной характеристики двигателя определяют значения максимальногокрутящего момента Memax, частотувращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте nM и момент при максимальной мощности MN. Полученные значения Memaxи nM сравниваются с реальнымиданными. По значениям Memax и MN можно вычислить коэффициентприспособляемости двигателя

/>

Для ВАЗ- 21083  значение Memax<sub/>= 89,872Н*м а MN<sub/>=90,3Н*м. Тогда Kпр=0,995

Пографику силового баланса определяют максимально возможную скорость движенияавтомобиля для заданных дорожных условий. Ее можно определить также подинамической характеристике, графику ускорений и мощностному балансуавтомобиля. При правильном построении указанных зависимостей максимальныезначения скорости будут для всех графиков одинаковы. По динамическойхарактеристике автомобиля для каждой передачи определяют максимальное дорожноесопротивление Ymax i, которое может преодолеть автомобиль, критическуюскорость vкр i и максимальный преодолеваемый продольный уклондороги imax<sub/>i.

Максимальныйпреодолеваемый продольный уклон дороги:

/>

Длябольшей наглядности полученное значение уклона представляют в процентах.

Дляавтомобиля ВАЗ — 21083  перечисленные параметры составляют:

vmax<sub/>=156 км/ч

Ymax1 = Dmax1=0,3782     vкр1 =20 км/ч

  Ymax2 =Dmax2=0,205       vкр2 = 39 км/ч

  Ymax3 =Dmax3=0,143       vкр3 = 56 км/ч

  Ymax4 =Dmax4=0,089        vкр4 = 46,4 км/ч

  Ymax5 =Dmax5=0,073        vкр5 = 44 км/ч

imax1=0,3782– 0,10 = 0,2782= 27,8%;

imax2=0,205– 0,10 = 0,105= 12,8%;

imax3   = 0,143 – 0,10 = 0,043 =4,3%

imax4=0,089 – 0,10 =-0,011 =- 0,1%

imax5   = 0,073 – 0,10 =-0,027 =-2,7%

Пографику ускорений определяется максимальное ускорение jmaxдля каждой передачи и оптимальные скорости перехода vперс одной передачи на другую на данной дороге.

Спомощью графиков времени и пути разгона для принятого дорожного сопротивленияопределяют соответственно время и путь разгона автомобиля до скорости 100 км/ч.

Дляавтомобиля ВАЗ — 21083 :

Jmax1 =2,77м/с2  ;            Vпер 1-2= 48км/ч ;

Jmax2 =1,53 м/с2;          Vпер 2-3= 87 км/ч ;

Jmax3 = 1,08м/с2   ;              Vпер 3-4=112км/ч ;

Jmax4 = 0,64м/с2                   ; t100 = 18,3 с ;

Jmax5 = 0,49м/с2                      ;   S100 = 315 м.

 

Список литературы

       Алекса Н.Н., Алексеенко В.Н., ГредескулА.Б. Теория эксплуатационных свойств автотранспортных средств в примерах и заданиях:Учеб. пособ. –К.:

УМКВО, 1990. –100 с.

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>