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.2. Расчет эксплуатационных свойств автомобиля.3. Расчет основных параметров агрегатов трансмиссии, подвески и механизмов, обеспечивающих безопасность движения автомобиля 4. Расчет рулевого редуктора червячного типа5. Список используемой литературы24
ЗАДАНИЕ Вариант 7.1. Тип автомобиляКоли-чество мест для пассажиров, Z.Коэффи-циент использо-вания массы, Кп.Максимальная скорость движения автомобиля, Vmax, МСАвтобус между-городнийZ40Кm20033 Тип двигателяКоэффициенты сопротивления дорогиУзел для конструк-торской разработки Максимальный ШmaxПри максимальной скорости ШvДизельный0340,017Коробка передач 1. Тяговый расчет автомобиля.
1.2 Определение полного веса автомобиля. Полный вес автомобиля определяется по следующей формуле Gаm0mnZ 2 mбZ 2g,Н Gа8000754215429,81115562,Н mп – масса пассажира mп75 кг Z – число мест для пассажиров по заданию g – ускорение свободного падения, мс mо – 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 m0ZKm,кг m0402008000,кг где Km – соответственно коэффициент использования массы по заданию. 1.3 Распределение веса по мостам автомобиля. Компоновка автомобиляСхема компоновкиНазвание компоновкиВес, приходящийся на передний мост автомобиля Gа1,H Двигатель сзадиGа10,5 Gа Gа10,5115562 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 mak – полная масса автомобиля, приходящаяся на колесо, кг Gan – полный вес, приходящийся на передний или задний мост автомобиля, Н g – ускорение свободного падения, мс2 к – количество колес на мосту автомобиля n – номер рассматриваемого моста передний мост n1, задний мост тележка n2. 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, rст0,505, м.
1.4 Выбор двигателя автомобиля 4.1 Мощность двигателя, необходимая для движении автомобиля в заданных дорожных условиях с заданной скоростью где Ga – полный вес автомобиля, Н шv – коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости Кв – коэффициент сопротивления воздуха, Нс2м4 F – лобовая площадь автомобиля, м2 Vmax – максимальная скорость движения автомобиля, мс зmp – к.п.д. трансмиссии.
4.2 Максимальная мощность двигателя где a, b, с – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателяДизель- ные двигатели a0.53b1.56с1,09 щe – текущее значение угловой скорости коленчатого вала, 1с щN – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности двигателя, 1с Отношение угловых скоростей щeщN необходимо принять для карбюраторных двигателей легковых автомобилей щeщN 4.3 Скоростная характеристика двигателя Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость эффективной мощности Nе и эффективного момента Ме от угловой скорости коленчатого вала. 4.4 Эффективная мощность Для определения эффективной мощности двигателя принимаем следующие значения щeщN, для дизельных двигателей любых типов автомобилей0,2 0,4 0,6 0,8 1,4.5 Эффективный момент. Эффективный момент двигателя определяют по следующей формуле
Ме l000Neщe, Hм Чтобы определить значения Ме необходимо знать текущие изменяющиеся по времени значения угловой скорости коленчатого вала щe. Для этого поступаем следующим образом. Задамся угловой скоростью коленчатого вала при максимальной мощности щN рекомендуемые значения щN 220 ч 360 1с а затем используя отношение щeщN, определяем значения щe. Например при щeщN 0,2 – щe 0,2щN, а при щeщN 0,4 – щe 0,4щN и т.д.
Определив значения Ne, Me и щe, их вносим в таблицу и по ее данным строим скоростную характеристику двигателя. Таблица щeщN0,20,40,60,81щe1с72144216288360NeкВт 27,88268,420112,478150,920174,611MeНм387 ,249475,137520,730524,028485,031Примечан ие – на скоростной характеристике двигателя отмечаем следующие значения угловой скорости коленчатого вала щmin – минимальная угловая скорость коленчатого вала, при которой двигатель работает устойчиво щm – угловая скорость коленчатого вала при максимальном моменте
щN – угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности щmax – максимальная угловая скорость коленчатого вала значения щN и щmax могут совпадать Kм МmaxМN Kщ щNщM щmin 72 щm 288 щN 360 щmax 360 Kм 524,028485,0311,08 Kщ 3602881,1.5 Определение параметров трансмиссии 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 Vmax – максимальная скорость движения автомобиля, мс по заданию Uкв – 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 Uркв – передаточное число высшей передачи раздаточной коробки высшая передача раздаточной коробки, как правило, является прямой, т.е. Uркв 1,0 щemax – максимальная угловая скорость коленчатого вала, 1с 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 шmax – максимальный коэффициент сопротивления дороги по заданию Меmах – 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 ц – коэффициент сцепления шин с дорогой ц 0,85 Gвк – вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля, Н Если Uк1 Uк1ц, 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 DUK1Uкв – 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 Umpn UKnU0 где n- количество передач. Из формулы видно, что количество передач трансмиссии равно количеству передач коробки передач. Ump1 8,0865,5144,552 Ump2 4,0295,5122,197 Ump3 2,0075,5111,059 Ump4 15,515,510 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 Мс и др основных характеристик дороги коэффициентов ш и ц 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
Рт – тяговая сила, Н Рв – сила сопротивления воздуха, Н Ga – полный вес автомобиля, Н. где Ме – эффективный момент двигателя определяется в скоростной характеристике, Нм Uтр – передаточное число трансмиссии Кв – коэффициент сопротивления воздуха, нс2м4 F – лобовая площадь автомобиля, м2 зтр- к.п.д. трансмиссии r – радиус колеса, м V – скорость движения автомобиля, мс. Скорость движения автомобиля определяем по следующей формуле где
ще – угловая скорость коленчатого вала двигателя, 1с определяется в скоростной характеристике двигателя. Параметры, определенные по формулам, а также значения ще и Ме вносим в таблицу и по ее данным строим динамическую характеристику. Таблица ще1с72144216288360МеНм387,249475,137520, 730524,028485,031Ump1 8,0865,5144,552Vмс0,8161,6322,4493,2654, 081РТН29035,49135625,20939043,71639291,0 1236367,097РвН0,9993,9978,99415,99024,98 4Da-0,2510,3080,3380,3400,314Ump2 4,0295,5122,197Vмс1,6383,2774,9156,5538, 191РТН14466,11917749,26219452,43719575,6 4618118,887РвН4,02616,10436,23464,416100 ,649Da-0,1250,1530,1680,1690,156Ump3 2,0075,5111,059Vмс3,2886,5779,86513,1531 6,441РТН7207,3398843,0729691,6329753,017 9027,228РвН16,21964,876145,971259,504405
,476Da-0,0620,0760,0830,0820,075Ump4 15,515,510Vмс6,60013,20019,80026,40033,0 00РТН3590,8544405,8134828,5844859,167449 7,563РвН65,340261,360588,0601045,4401633 ,500Da-0,0310,0360,0370,0330,025 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 Da, и на ней наносят шкалу динамического фактора для порожнего автомобиля D0. Масштаб для шкалы D0 определяем по формуле a0aa-GaG0 где aа – масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой
G0m0g – вес снаряженного автомобиля, Н m0 – масса снаряженного автомобиля, кг Равнозначные деления шкал D0 и Da 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, мс2 двр- коэффициент учета вращающихся масс. двр1,03 0,04 двр1,03 0,048,08623,645 Таблица Ump1 44,552 двр3,645Vмс0,8161,6322,4493,2654,081Da-0 ,2510,3080,3380,3400,314jмс20,6310,7850, 8640,8700,801Ump2 22,197 двр1,679Vмс1,6383,2774,9156,5538,191Da-0 ,1250,1530,1680,1690,156jмс20,6320,7980, 8830,8880,812Ump3 11,059 двр1,191Vмс3,2886,5779,86513,15316,441Da -0,0620,0760,0830,0820,075jмс20,3730,486 0,5410,5370,475Ump4 5,51 двр1,07Vмс6,60013,20019,80026,40033,000D a-0,0310,0360,0370,0330,025jмс20,1240,17 30,1810,1470,071 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, гкВт-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, мс – плотность топлива к.п.д. трансмиссии. Плотность топлива в расчетах можно принять следующую – для дизельного топлива ст 0,860 кгдм3 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 расчта Для оформления расчетов и построения графика топливной экономичности автомобиля заполняем таблицу. Таблица ,20,40,60, кВт 27,88268,420112,478150,920174, кВт 23,6996396958,1567310795,60596132128,282 0177148, 0,20,40,60, 1,0951,0060,9640,9681,018V мс 6,60013,20019,80026,40033, кВт 12,96625,93238,89851,86464, кВт 0,4313,45011,64427,60053, кВт 13,39729,38250,54279,464118,736U0,5650,5 050,5290,6190, 0,8270,8610,8460,8080, л100 км 18,28019,18820,70723,39930,055 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 передачаWeWN0,20,40,60,81,0NtкВт23,69964 58,1567395,60596128,282148,419Vмс0,8161, 6322,4493,2654,0812 – ая передачаNtкВт23,69958,15695,605128,28214 8,419Vмс1,6383,2774,9156,5538,1913-я передача NtкВт23,69958,15695,605128,282148,419Vмс 3,2886,5779,86513,15316,4414-ая передачаNtкВт23,69958,15695,605128,28214 8,419Vмс6,60013,20019,80026,40033,000Nш
NBкВт13,39729,38250,54279,464118,736 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 м-коэффициент трения м0,25 -средний радиус трения 3.2 Коробка передач 2.2.1 Межосевое расстояние
Где К коэффициент, зависящий от типа автомобиля для легковых автомобилей К8,9-9,3 для грузовых К8,6-9,6 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 d0,035-0,06 м грузовые автомобили и автобусы d0,06-0,10 м. Значения диаметра D определяют, задаваясь толщиной стенки вала.
Dd , 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, мс 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. щкрщмах 760343,442 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 fn8-12 см. Статический прогиб задней подвески определяют из соотношений для автобусов f3 1,0-1,2fn
Определенное значение технической частоты колебаний подвески должно лежать в следующих пределах автобусы 70-100 колебмин 3.7 Рулевое управление 3.7.1 Момент сопротивления повороту , где – полный вес, приходящийся на управляемые колеса, Н f- коэффициент сопротивления качению f0,02 а- плечо обкатки, м автобусы а0,06-0,1 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
GkGank,H Где Gan полный вес на мост автомобиля К кол-во колес на мосту автомобиля N номер моста Gk157781228891, Н Gk257781414445, Н